Fotosynteza zachodzi w zielonych częściach roślin.

Czym jest fotosynteza?

Fotosynteza to proces tworzenia związków organicznych (węglowodanów) z dwutlenku węgla, wody i energii słonecznej. Produktem ubocznym tego procesu jest tlen. Dzięki fotosyntezie rośliny rosną (następuje przyrost biomasy).
Fotosynteza składa się z dwóch etapów: fazy świetlnej i fazy ciemnej.

Faza świetlna (jasna) służy temu, żeby energię świetlną (słoneczną) zamienić na chemiczną, którą można zmagazynować w komórkach roślinnych pod postacią związków chemicznych.

W trakcie fazy ciemnej ta zmagazynowana energia jest zużywana do redukcji obecnego w powietrzu dwutlenku wegla (ditlenku węgla - CO₂), z którego powstają związki organiczne. Proste związki węglowe są transportowane z chloroplastów do innych części komórek roślinnych, a następnie do innych komórek i tkanek (zachodzi też wtedy synteza bardziej rozbudowanych związków). Co jest efektem? Przyrost biomasy.

Gdzie zachodzi fotosynteza?

Fotosynteza odbywa się w chloroplastach. Są to specjalne struktury w komórkach roślinnych, zawierające chlorofil. 1 komórka roślinna zawiera z reguły kilkadziesiąt chloroplastów. Faza jasna fotosyntezy zachodzi w specjalnych błonach znajdujących się w chloroplastach – te błony zawierają tzw. barwniki fotosyntetyczne. Najważniejszym barwnikiem jest chlorofil, nadający roślinom zielony kolor. Barwniki to „anteny”, które wychwytują energię świetlną (absorbują światło). Faza ciemna zachodzi w płynnym wnętrzu chloroplastów. Można przyjąć, że wszystkie zielone części roślin są zdolne do asymilacji CO₂. Najwięcej uwagi poświęca się procesom zachodzącym w liściach. Ale duże znaczenie dla produkcji biomasy mają też procesy zachodzące w zielonych kłosach zbóż, wąsach grochu, owocach pomidora.

Co wpływa na fotosyntezę?

Młode rośliny nie prowadzą fotosyntezy z taką intensywnością, jak te w pełni rozwinięte. Pierwsze liście do wzrostu wykorzystują raczej substancje odżywcze zgromadzone w nasionach i organach spichrzowych. Wraz z rozwojem, roślina w coraz większym stopniu „zajmuje się” fotosyntezą. Maksymalną intensywność fotosyntezy osiąga czasami dopiero w pełni rozwinięty liść, a czasami liść mający ok. połowę końcowej powierzchni (to cecha gatunkowa). Oczywiście rozpoczęcie procesu starzenia ponownie zmienia intensywność fotosyntezy.

Wśród czynników zewnętrznych, największe znaczenie dla przebiegu fotosyntezy mają:

• światło,
• dwutlenek węgla,
• woda,
• temperatura.

Poniżej opisano wpływ światła i dwutlenku węgla na natężenie fotosyntezy.
Rośliny wykorzystują mniej więcej ten zakres światła słonecznego, który jest widzialny dla człowieka. Ale uwaga – w optymalnych warunkach tylko do ok. 5% tej energii, która dotrze do roślin, znajdziemy w produktach fotosyntezy. Oczywiście natężenie światła zmienia się w zależności od strefy klimatycznej, pory roku i dnia, warunków atmosferycznych (zachmurzenie), umiejscowienia danej rośliny względem innych roślin, ułożenia liści na roślinie. Jeśli intensywność światła jest bardzo mała, natężenie fotosyntezy również jest niskie.

Oczywiście rośliny przystosowały się do tego, żeby jak najlepiej wykorzystać dostępne im światło: rośliny światłolubne mają inną budowę niż cieniolubne, niektóre rośliny (np. motylkowate) reagują też zmianą ułożenia liści na zmiany położenia tarczy słonecznej tak, aby wykorzystać jak najwięcej padającego światła. Jeszcze jedna uwaga: bardzo wysoka intensywność promieniowania też będzie niekorzystna dla roślin. Może doprowadzić do zniszczenia barwników, uszkodzenia chloroplastów (a w efekcie obniżenia intensywności fotosyntezy). Widocznym efektem tych zmian są odbarwienia i uszkodzenia liści.

Dwutlenek węgla dostaje się do wnętrza roślin przede wszystkim przez aparaty szparkowe (struktury umieszczone na powierzchni liści, odpowiedzialne za wymianę gazową). Niskie stężenie CO₂ ogranicza fotosyntezę. I choć, tak jak intensywność światła, wysokie stężenie CO₂ również nie będzie korzystne, to zwiększenie stężenia dwutlenku węgla do odpowiednich wartości może przełożyć się na większą intensywność fotosyntezy. Tę zależność wykorzystuje się w uprawach pod osłonami. Intensywność fotosyntezy roślin uprawnych zależeć będzie również od strat spowodowanych porażeniem przez choroby i żerowaniem szkodników, czy od stopnia zachwaszczenia (chwasty konkurują z roślinami o światło, wodę i składniki pokarmowe).

A w praktyce…

Jak wspomniano powyżej, chlorofil absorbuje energię słoneczną. Przekazując ją dalej, ulega jednocześnie zjawisku fluorescencji. I właśnie fluorescencja (czyli świecenie) chlorofilu wykorzystywana jest do określania stanu aparatu fotosyntetycznego, a przez to stanu całych roślin. Metoda przydaje się na przykład do oceny odporności roślin na stres biotyczny (np.: patogeny) i abiotyczny (np.: wysoka i niska temperatura, niedobór wody i składników pokarmowych, zasolenie). Pomiary można wykonać za pomocą fluorymetru.

Literatura:
1.Kopcewicz J. (red.), Lewak S. (red.). 2002. Fizjologia roślin. Wyd. Nauk. PWN, Warszawa.
2.Olszewski J. 2004. Wpływ wybranych stresów abiotycznych i biotycznych na intensywność fotosyntezy i transpiracji, plonowanie oraz zdrowotność bobiku i grochu siewnego. Rozprawy i monografie 85. Uniwersytet Warmińsko-Mazurski w Olsztynie.
3.Sulkiewicz M., Ciereszko I. 2016. Fluorescencja chlorofilu α – historia odkrycia i zastosowanie w badaniach roślin. Kosmos, 65(1), 103-115.