水生植物の光合成

植物は生産者です。 エネルギーを得るために食物を消費する代わりに、彼らは彼ら自身を作ります。 光合成の過程で、植物は太陽光からエネルギーを取り込み、炭水化物に蓄えられた化学エネルギーに変換します。 光合成には、陸上植物と水生植物で同じ分子と化学反応が含まれます。 浮遊植物は、陸上で育つ植物のように光合成します。 ただし、水生植物が水面下に完全に沈んでいる場合、このプロセスは水生植物にとってより多くの課題を提示します。

葉は光合成の主要な場所です。 葉には、光合成が起こる植物細胞の細胞小器官である葉緑体が含まれています。 葉緑体には、主に赤と青の波長の可視光を吸収する葉緑素の分子が含まれています。 クロロフィルのほんの数分子が緑色の波長を吸収します。 その結果、植物は吸収するよりも多くの緑色の光を反射するため、緑色に見えます。

植物は、光合成中に作られた糖を使用して、成長、発達、生殖、修復を促進します。 光合成で生成された単糖は、植物に構造を提供するセルロースなどのより複雑なデンプンから結合します。 光合成は、動物や他の消費者に食料源を提供するだけでなく、環境から二酸化炭素を取り除き、酸素を補給します。

光合成の2つの段階は、光依存性と光非依存性の反応です。 光依存反応には、太陽光の吸収と水分子の酸素ガス、水素イオン、電子への分解が含まれます。 この段階の目標は、光エネルギーを捕捉して電子に伝達し、ATPなどのエネルギーを与えられた分子を作ることです。 酸素は、光合成のこの段階の廃棄物です。

カルビン回路としても知られる光合成の第2段階では、第1段階で生成されたエネルギーを与えられた分子を使用して、植物の環境から取り込まれた二酸化炭素分子を分割します。 細胞内の二酸化炭素と水分子の分解は、糖分子の形成をもたらします。 具体的には、6分子の二酸化炭素と6分子の水が1分子のグルコースを生成し、6分子の酸素が副産物として放出されます。

水生植物は、葉が浮いているか水中にあるかに応じて、空気または水から二酸化炭素を取り込むことがあります。 蓮や睡蓮などの浮かぶ植物の葉は直射日光を浴びます。 これらのタイプの水生植物は、光合成を実行するために特別な適応を必要としません。 それらは空気から二酸化炭素を取り入れ、酸素を空気中に放出することができます。 葉の露出面には、陸生植物のように大気への水分損失を軽減するためのワックス状のキューティクルがあります。

ツノゴケ類や海草などの水中植物は、特定の戦略を使用して、水中で光合成を行うという課題に対処します。 二酸化炭素などのガスは、空気中よりも水中ではるかにゆっくりと拡散します。 完全に水没した植物は、必要な二酸化炭素を得るのが非常に困難です。 この問題を改善するために、二酸化炭素はこの層がないと吸収しやすいため、水中の葉にはワックス状のコーティングがありません。 葉が小さいほど、水から二酸化炭素を吸収しやすくなるため、水没した葉は表面と体積の比率を最大化します。 いくつかの種は、空気から二酸化炭素を吸収するために表面にいくつかの葉を伸ばすことによって二酸化炭素摂取量を補います。

水中の植物種にとっても、十分な日光を得るのは困難です。 水中植物によって吸収される光エネルギーの量は、陸上植物が利用できるエネルギーよりも少ないです。 シルト、ミネラル、動物の排泄物、その他の有機物の残骸などの水中の粒子は、水に入る光の量を減らします。 これらの植物の葉緑体は、光への露出を最大化するために葉の表面に配置されることがよくあります。 水面下の深さが増すにつれて、水生植物が利用できる日光の量は減少します。 いくつかの植物種は、日光の利用可能性が低下しているにもかかわらず、深海または濁った水で光合成を成功させることを可能にする解剖学的、細胞的または生化学的適応を持っています。

植物以外の多くの生物は、水界生態系において生産者の役割を果たしています。 バクテリアのいくつかの形態だけでなく、藻類や他の原生生物も光合成を行います。 単細胞藻類のコロニーが連携して、海藻として一般に知られている大型藻類の昆布を形成します。