Fotosintesis pada Tumbuhan Air

Tumbuhan adalah produsen. Alih-alih mengonsumsi makanan untuk mendapatkan energi, mereka membuat sendiri. Selama proses fotosintesis, tanaman mengambil energi dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi kimia yang tersimpan dalam karbohidrat. Fotosintesis melibatkan molekul dan reaksi kimia yang sama pada tumbuhan darat dan tumbuhan air. Tumbuhan terapung berfotosintesis seperti tumbuhan yang tumbuh di darat. Namun, proses tersebut menghadirkan lebih banyak tantangan bagi tanaman air jika mereka sepenuhnya terendam di bawah permukaan air.

Daun merupakan tempat utama fotosintesis. Daun mengandung kloroplas, yang merupakan organel dalam sel tumbuhan tempat berlangsungnya fotosintesis. Kloroplas mengandung molekul klorofil yang menyerap cahaya tampak, terutama dalam panjang gelombang merah dan biru. Hanya beberapa molekul klorofil yang menyerap panjang gelombang hijau. Akibatnya, tanaman tampak hijau karena memantulkan lebih banyak cahaya hijau daripada yang diserapnya.

Tanaman menggunakan gula yang dibuat selama fotosintesis untuk mendorong pertumbuhan, perkembangan, reproduksi, dan perbaikan. Gula sederhana yang dihasilkan dalam fotosintesis berikatan dengan pati yang lebih kompleks seperti selulosa yang menyediakan struktur bagi tanaman. Selain menyediakan sumber makanan bagi hewan dan konsumen lainnya, fotosintesis juga menghilangkan karbon dioksida dari lingkungan dan mengisi kembali oksigen.

Dua tahap fotosintesis adalah reaksi yang bergantung pada cahaya dan tidak bergantung pada cahaya. Reaksi tergantung cahaya melibatkan penyerapan sinar matahari dan pemecahan molekul air menjadi gas oksigen, ion hidrogen dan elektron. Tujuan dari tahap ini adalah untuk menangkap energi cahaya dan mentransfernya ke elektron untuk membuat molekul energi seperti ATP. Oksigen adalah produk limbah dari tahap fotosintesis ini.

Tahap kedua fotosintesis, juga dikenal sebagai siklus Calvin, menggunakan molekul berenergi yang dibuat pada tahap pertama untuk memecah molekul karbon dioksida yang diambil dari lingkungan tanaman. Pemecahan molekul karbon dioksida dan air dalam sel menghasilkan pembentukan molekul gula. Secara khusus, enam molekul karbon dioksida dan enam molekul air menghasilkan satu molekul glukosa, dengan enam molekul oksigen dilepaskan sebagai produk sampingan.

Tumbuhan air dapat mengambil karbon dioksida dari udara atau air, tergantung pada apakah daunnya mengapung atau berada di bawah air. Daun tanaman terapung, seperti teratai dan lili air, mendapatkan sinar matahari langsung. Jenis tumbuhan air ini tidak memerlukan adaptasi khusus untuk melakukan fotosintesis. Mereka dapat mengambil karbon dioksida dari udara dan melepaskan oksigen ke udara. Permukaan daun yang terbuka memiliki kutikula lilin untuk mengurangi kehilangan air ke atmosfer, seperti tanaman terestrial.

Tanaman terendam, seperti lumut tanduk dan rumput laut, menggunakan strategi khusus untuk memenuhi tantangan melakukan fotosintesis di bawah air. Gas seperti karbon dioksida berdifusi jauh lebih lambat di dalam air daripada di udara. Tanaman yang sepenuhnya terendam memiliki kesulitan yang lebih besar untuk mendapatkan karbon dioksida yang mereka butuhkan. Untuk membantu mengatasi masalah ini, daun bawah air tidak memiliki lapisan lilin karena karbon dioksida lebih mudah diserap tanpa lapisan ini. Daun yang lebih kecil dapat lebih mudah menyerap karbon dioksida dari air, sehingga daun yang terendam memaksimalkan rasio permukaan terhadap volumenya. Beberapa spesies melengkapi asupan karbon dioksida mereka dengan menjulurkan beberapa daun ke permukaan untuk menyerap karbon dioksida dari udara.

Sinar matahari yang memadai juga sulit didapat untuk spesies tanaman terendam. Jumlah energi cahaya yang diserap oleh tanaman bawah air lebih sedikit daripada energi yang tersedia untuk tanaman darat. Partikel dalam air seperti lumpur, mineral, kotoran hewan dan sampah organik lainnya mengurangi jumlah cahaya yang masuk ke dalam air. Kloroplas pada tanaman ini sering terletak di permukaan daun untuk memaksimalkan paparan cahaya. Ketika kedalaman di bawah permukaan meningkat, jumlah sinar matahari yang tersedia untuk tanaman air berkurang. Beberapa spesies tanaman memiliki adaptasi anatomi, seluler atau biokimia yang memungkinkan mereka untuk melakukan fotosintesis dengan sukses di air yang dalam atau keruh meskipun ketersediaan sinar matahari berkurang.

Banyak organisme selain tumbuhan menjalankan peran produsen dalam ekosistem perairan. Beberapa bentuk bakteri serta alga dan protista lainnya melakukan fotosintesis. Koloni ganggang bersel tunggal bekerja sama untuk membentuk rumput laut makroalga, umumnya dikenal sebagai rumput laut.