Fotosynthese is een wonderbaarlijke en toch eenvoudige chemische reactie die optreedt wanneer planten zonlicht, water en koolstofdioxide gebruiken om energierijke voedselmoleculen te maken. Planten halen water uit hun wortels en absorberen moleculen van koolstofdioxide uit de lucht om de noodzakelijke ingrediënten te verzamelen voor het synthetiseren van glucose (suiker).
Water (H2O) moleculen splitsen en doneren elektronen aan koolstofdioxidemoleculen terwijl lichtenergie van de zon wordt omgezet in de chemische bindingen van glucose (suiker) tijdens fotosynthese.
Fotosynthese vergelijking
Het recept voor glucose is zes moleculen water (H2O) plus zes moleculen koolstofdioxide (CO2) plus blootstelling aan zonlicht. Fotonen in lichtgolven initiëren een chemische reactie in de cel die de bindingen van water- en kooldioxidemoleculen verbreekt en deze reactanten reorganiseert in glucose en zuurstof - een bijproduct.
De formule voor fotosynthese wordt gewoonlijk uitgedrukt als een vergelijking:
6H2O + 6CO2 + zonlicht → C6H12O6 + 6O2
Vroege oorsprong van fotosynthese
Bijna 3,5 miljard jaar geleden veranderden cyanobacteriën de koers van de wereld met hun fotosynthetische kracht om lichtenergie en anorganische stoffen om te zetten in chemische energie voor voedsel. Volgens Quanta Magazine, hebben archaïsche micro-organismen de planetaire omstandigheden gecreëerd die aanleiding gaven tot een cascade van diverse planten met een gedeeld vermogen om te fotosynthetiseren en zuurstof af te geven.
Hoewel de details nog steeds worden bestudeerd en besproken, lijkt de aanpassing van fotosynthetische centra in vroege levensvormen zoals eencellige planten en algen de evolutie op gang te hebben gebracht.
Waarom is fotosynthese belangrijk?
Fotosynthese is essentieel voor leven en duurzaamheid in een evenwichtig ecosysteem. Fotosynthetische organismen staan onderaan de voedselweb, wat betekent dat ze direct of indirect voedselenergie produceren voor herbivoren, alleseters, secundaire en tertiaire consumenten en toproofdieren. Wanneer watermoleculen tijdens de fotosynthetische reactie splitsen, worden zuurstofmoleculen gevormd en afgegeven aan het water en de lucht.
Zonder zuurstof zou het leven niet bestaan zoals het nu is.
Verder speelt fotosynthese een cruciale rol bij het afzinken van koolstofdioxide. Het proces van het omzetten van koolstofdioxide in koolhydraten wordt koolstoffixatie genoemd. Wanneer op koolstof gebaseerde levende organismen sterven, kunnen hun begraven overblijfselen worden samengedrukt en na verloop van tijd veranderen in fossiele brandstof.
Waterbehoefte van planten
Water helpt voedsel en voedingsstoffen binnen cellen en tussen weefsels te transporteren om alle delen van een levende plant te voeden. Groot vacuolen in cellen bevatten water dat de stengel versterkt, de celwand versterkt en osmose in bladeren vergemakkelijkt.
Ongedifferentieerde cellen in het meristeem konden zich niet goed specialiseren in bladeren, bloemen of stengels als cellen in het weefsel ernstig uitgedroogd waren. Stengels en bladeren hangen af als niet aan de waterbehoefte wordt voldaan, en de fotosynthese vertraagt.
Planten en water: gerelateerde wetenschappelijke projecten
Studenten die meer willen weten over planten en waterbehoeften, kunnen experimenteren met gekiemde bonenzaden. Limabonen en poolbonen groeien snel, waardoor ze zeer geschikt zijn voor een voeding planten wetenschappelijk project of demonstratie in de klas. Docenten kunnen de zaden ongeveer een week voordat de leerlingen gaan experimenteren planten om te bepalen welke omgevingsfactoren, zoals voldoende water, de plantengroei beïnvloeden.
Een wetenschapsklas zou bijvoorbeeld twee weken of langer kunnen blijven groeien, water geven en vijf of meer taugé naast een raam afmeten. Ter vergelijking zouden ze variabelen kunnen introduceren in experimentele groepen spruiten en een hypothese kunnen ontwikkelen. Experimentele groepen van vijf planten of meer worden aanbevolen voor een grotere steekproefomvang.
Bijvoorbeeld:
- Experimentele groep 1: Houd water achter om te zien hoe snel de groei van taugé wordt beïnvloed door uitdroging.
- Experimentele groep 2: Plaats een papieren zak over de taugé om te zien hoe weinig licht de fotosynthese en chlorofylproductie kan beïnvloeden.
- Experimentgroep 3: Wikkel plastic boterhamzakjes om taugé om effecten van verstoorde gasuitwisseling te bestuderen.
- Experimentele groep 4: Plaats taugé elke nacht in de koelkast om te zien hoe koudere temperaturen de groei kunnen beïnvloeden.