מדוע צמחים זקוקים למים בפוטוסינתזה?

פוטוסינתזה היא תגובה כימית מופלאה ועם זאת פשוטה המתרחשת כאשר צמחים משתמשים באור שמש, מים ופחמן דו חמצני כדי ליצור מולקולות מזון מלאות אנרגיה. צמחים מושכים מים משורשיהם וסופגים מולקולות של פחמן דו חמצני אטמוספרי בכדי לאסוף את החומרים הדרושים לסינתזת גלוקוז (סוכר).

מים (H₂מולקולות O) לפצל ולתרום אלקטרונים למולקולות פחמן דו חמצני כאשר אנרגית האור מהשמש מומרת לקשרים כימיים של גלוקוז (סוכר) במהלך הפוטוסינתזה.

המתכון לגלוקוז הוא שש מולקולות של מים (H₂O) בתוספת שש מולקולות של פחמן דו חמצני (CO₂) בתוספת חשיפה לאור השמש. פוטונים בגלי אור יוצרים תגובה כימית בתא המפרקת את קשרי המים ומולקולות הפחמן הדו-חמצני ומארגנת מחדש את המגיבים הללו לגלוקוז וחמצן - תוצר לוואי.

הנוסחה ל פוטוסינתזה מתבטא בדרך כלל כמשוואה:

6H₂O + 6CO₂ + אור שמש → ג₆ה₁₂או₆ + 6O₂

לפני כמעט 3.5 מיליארד שנים שינו ציאנובקטריות את מסלול העולם בכוחן הפוטוסינתטי להמיר אנרגיית אור וחומרים אורגניים לאנרגיה כימית למזון. לפי מגזין קוונטה, מיקרו-אורגניזמים ארכאיים יצרו את התנאים הפלנטריים שהולידו מפל של צמחים מגוונים עם יכולת משותפת לפוטוסינתזה ושחרור חמצן.

למרות שהפרטים עדיין נחקרים ומתווכחים, נראה כי התאמה למרכזים פוטוסינתטיים בצורות חיים מוקדמות כמו צמחים חד תאיים ואצות התחילה להתפתח.

פוטוסינתזה חיונית לחיים ולקיימות במערכת אקולוגית מאוזנת. אורגניזמים פוטוסינתטיים נמצאים בתחתית רשת מזון, כלומר הם מייצרים באופן ישיר או עקיף אנרגיית מזון עבור אוכלי עשב, אוכלי כל, צרכנים משניים ושלישוניים וטורפי איפקס. כאשר מולקולות מים מתפצלות במהלך התגובה הפוטוסינתטית נוצרות מולקולות חמצן ומשתחררות למים ולאוויר.

ללא חמצן, החיים לא היו קיימים כמו היום.

יתר על כן, הפוטוסינתזה ממלאת תפקיד חיוני בשקיעת פחמן דו חמצני. תהליך ההמרה של פחמן דו חמצני לפחמימות נקרא קיבוע פחמן. כאשר אורגניזמים חיים מבוססי פחמן מתים, שרידיהם הקבורים יכולים להידחס, ועם הזמן, לפנות אליהם דלק מאובנים.

מים מסייעים בהובלת מזון וחומרים מזינים בתוך התאים ובין רקמות בכדי לספק הזנה לכל חלקי הצמח החי. גָדוֹל vacuoles בתוך התאים מכילים מים המחזקים את הגבעול, מחזקים את דופן התא ומקלים על אוסמוזה בעלים.

תאים לא מובחנים במריסטם לא יכלו להתמחות כראוי בעלים, פריחה או גבעול אם התאים ברקמה היו מיובשים קשות. גבעולים ועלים נושרים כאשר צרכי המים אינם מסופקים, והפוטוסינתזה מאטה.

סטודנטים המעוניינים ללמוד עוד על צמחים ודרישות מים עשויים ליהנות מניסויים בזרעי שעועית מונבטים. שעועית לימה ושעועית מוט גדלות במהירות, מה שהופך אותן למתאימות היטב להאכלה פרויקט מדע צמחים או הפגנה בכיתה. מורים יכולים לשתול את הזרעים כשבוע לפני התלמידים מתחילים להתנסות כדי לקבוע אילו גורמים סביבתיים, כמו מים מספקים, משפיעים על צמיחת הצמחים.

למשל, שיעור מדע יכול להמשיך לגדול, להשקות ולמדוד חמישה נבטי שעועית או יותר לצד חלון למשך שבועיים או יותר. לצורך השוואה, הם יכלו להציג משתנים בקבוצות ניסיוניות של נבטים ולפתח השערה. קבוצות ניסוי של חמישה צמחים ומעלה מומלצות לגודל מדגם גדול יותר.

לדוגמה:

• קבוצת ניסוי 1: לעצור מים כדי לראות עד כמה התפתחות ההתייבשות משפיעה על צמיחת נבטי שעועית.

• קבוצת ניסוי 2: הניחו שקית נייר מעל נבטי השעועית בכדי לראות כיצד אור נמוך יכול להשפיע על פוטוסינתזה וייצור כלורופיל.

• קבוצת ניסוי 3: עוטפים שקיות כריכים מפלסטיק סביב נבטי שעועית כדי לחקור את ההשפעות של חילופי גזים מופרעים.
  

• קבוצת ניסוי 4: הניחו נבטי שעועית במקרר בכל לילה כדי לראות כיצד טמפרטורות קרות יותר עשויות להשפיע על הצמיחה.