การสังเคราะห์ด้วยแสงในพืชน้ำ

พืชเป็นผู้ผลิต แทนที่จะกินอาหารเพื่อให้ได้พลังงาน พวกเขาทำอาหารกินเอง ในระหว่างกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง พืชจะดึงพลังงานจากแสงแดดและเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีที่เก็บไว้ในคาร์โบไฮเดรต การสังเคราะห์ด้วยแสงเกี่ยวข้องกับโมเลกุลและปฏิกิริยาเคมีเดียวกันในพืชบกและพืชน้ำ พืชลอยน้ำสังเคราะห์แสงได้เหมือนกับพืชที่เติบโตบนบก อย่างไรก็ตาม กระบวนการนี้ทำให้เกิดความท้าทายมากขึ้นสำหรับพืชน้ำ หากพวกมันจมอยู่ใต้ผิวน้ำจนสุด

ใบไม้เป็นพื้นที่หลักสำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง ใบประกอบด้วยคลอโรพลาสต์ซึ่งเป็นออร์แกเนลล์ในเซลล์พืชที่มีการสังเคราะห์แสง คลอโรพลาสต์ประกอบด้วยโมเลกุลของคลอโรฟิลล์ที่ดูดซับแสงที่มองเห็นได้ ส่วนใหญ่มีความยาวคลื่นสีแดงและสีน้ำเงิน คลอโรฟิลล์เพียงไม่กี่โมเลกุลเท่านั้นที่ดูดซับความยาวคลื่นสีเขียว เป็นผลให้พืชปรากฏเป็นสีเขียวเพราะสะท้อนแสงสีเขียวมากกว่าที่ดูดซับ

พืชใช้น้ำตาลที่ทำขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเพื่อกระตุ้นการเจริญเติบโต การพัฒนา การสืบพันธุ์ และการซ่อมแซม น้ำตาลอย่างง่ายที่ผลิตขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสงจากแป้งที่ซับซ้อนมากขึ้น เช่น เซลลูโลสที่ให้โครงสร้างแก่พืช นอกจากการจัดหาแหล่งอาหารสำหรับสัตว์และผู้บริโภคอื่นๆ แล้ว การสังเคราะห์ด้วยแสงยังช่วยขจัดคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากสิ่งแวดล้อมและเติมออกซิเจนอีกด้วย

การสังเคราะห์ด้วยแสงสองขั้นตอนคือปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงและปฏิกิริยาที่เป็นอิสระจากแสง ปฏิกิริยาที่ขึ้นกับแสงเกี่ยวข้องกับการดูดกลืนแสงแดดและการสลายโมเลกุลของน้ำให้เป็นก๊าซออกซิเจน ไฮโดรเจนไอออน และอิเล็กตรอน เป้าหมายของขั้นตอนนี้คือการจับพลังงานแสงและถ่ายโอนไปยังอิเล็กตรอนเพื่อสร้างโมเลกุลที่มีพลังงานเช่น ATP ออกซิเจนเป็นของเสียจากการสังเคราะห์ด้วยแสงในระยะนี้

ขั้นตอนที่สองของการสังเคราะห์ด้วยแสงหรือที่เรียกว่าวัฏจักรคาลวินใช้โมเลกุลที่มีพลังงานที่สร้างขึ้นในระยะแรกเพื่อแยกโมเลกุลของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดึงมาจากสิ่งแวดล้อมของพืช การสลายตัวของคาร์บอนไดออกไซด์และโมเลกุลของน้ำในเซลล์ส่งผลให้เกิดโมเลกุลน้ำตาล โดยเฉพาะอย่างยิ่ง คาร์บอนไดออกไซด์ 6 โมเลกุลและน้ำ 6 โมเลกุลให้กลูโคส 1 โมเลกุล โดยให้ออกซิเจน 6 โมเลกุลเป็นผลพลอยได้

พืชน้ำอาจดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศหรือน้ำ ขึ้นอยู่กับว่าใบของพวกมันลอยหรืออยู่ใต้น้ำ ใบของพืชลอยน้ำ เช่น ดอกบัว และดอกบัว ได้รับแสงแดดโดยตรง พืชน้ำประเภทนี้ไม่ต้องการการดัดแปลงพิเศษเพื่อทำการสังเคราะห์ด้วยแสง พวกมันสามารถรับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศและปล่อยออกซิเจนสู่อากาศ พื้นผิวที่เปิดเผยของใบมีหนังกำพร้าคล้ายขี้ผึ้งเพื่อลดการสูญเสียน้ำสู่ชั้นบรรยากาศ เช่น พืชบนบก

พืชใต้น้ำ เช่น ฮอร์นเวิร์ตและหญ้าทะเล ใช้กลยุทธ์เฉพาะเพื่อตอบสนองความท้าทายในการสังเคราะห์แสงใต้น้ำ ก๊าซ เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ จะแพร่กระจายในน้ำได้ช้ากว่าในอากาศมาก พืชที่จมอยู่ใต้น้ำอย่างเต็มที่มีปัญหามากขึ้นในการได้รับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ต้องการ เพื่อช่วยแก้ไขปัญหานี้ ใบไม้ใต้น้ำขาดการเคลือบคล้ายขี้ผึ้งเพราะคาร์บอนไดออกไซด์จะดูดซับได้ง่ายกว่าหากไม่มีชั้นนี้ ใบที่เล็กกว่าสามารถดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากน้ำได้ง่ายกว่า ดังนั้นใบที่จมอยู่ใต้น้ำจึงมีอัตราส่วนพื้นผิวต่อปริมาตรสูงสุด บางชนิดเสริมการบริโภคคาร์บอนไดออกไซด์โดยการขยายใบสองสามใบขึ้นไปที่พื้นผิวเพื่อดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์จากอากาศ

แสงแดดที่เพียงพอยังเกิดขึ้นได้ยากสำหรับพืชใต้น้ำ ปริมาณพลังงานแสงที่พืชใต้น้ำดูดซับนั้นน้อยกว่าพลังงานที่มีให้กับพืชบก อนุภาคในน้ำ เช่น ตะกอน แร่ธาตุ ของเสียจากสัตว์ และเศษอินทรีย์อื่นๆ จะลดปริมาณแสงที่เข้าสู่น้ำ คลอโรพลาสต์ในพืชเหล่านี้มักจะอยู่บนพื้นผิวของใบเพื่อให้ได้รับแสงสูงสุด เมื่อความลึกใต้ผิวน้ำเพิ่มขึ้น ปริมาณแสงแดดที่พืชน้ำได้รับจะลดลง พืชบางชนิดมีการดัดแปลงทางกายวิภาค เซลล์ หรือทางชีวเคมีที่ช่วยให้สามารถสังเคราะห์แสงได้สำเร็จในน้ำลึกหรือมืดครึ้มแม้จะมีแสงแดดน้อยลงก็ตาม

สิ่งมีชีวิตหลายชนิดนอกเหนือจากพืชมีบทบาทในการผลิตในระบบนิเวศทางน้ำ แบคทีเรียบางชนิด สาหร่าย และโพรทิสต์อื่นๆ ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง อาณานิคมของสาหร่ายเซลล์เดียวทำงานร่วมกันเพื่อสร้างสาหร่ายทะเลมาโครหรือที่เรียกกันทั่วไปว่าสาหร่าย