النباتات هي الكائنات المنتجة في الهرم الغذائي ، فبدلاً من استهلاك الطعام للحصول على الطاقة ، يصنعون طعامًا بأنفسهم ، خلال عملية التمثيل الضوئي ، تأخذ النباتات الطاقة من ضوء الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية مخزنة في الكربوهيدرات.

التمثيل الضوئي ينطوي على نفس الجزيئات والتفاعلات الكيميائية في النباتات البرية والنباتات المائية ، النباتات العائمة تماثل الكثير مثل النباتات التي تنمو على الأرض ، و مع ذلك ، فإن العملية تقدم تحديًا أكبر للنباتات المائية إذا كانت مغمورة تمامًا تحت سطح الماء.

أساسيات البناء الضوئي

– الأوراق هي الموقع الرئيسي لعملية التمثيل الضوئي ،  فالأوراق تحتوي على البلاستيدات الخضراء ، وةالتي هي عضيات في الخلايا النباتية يحدث من خلالها التمثيل الضوئي ، و تحتوي البلاستيدات الخضراء على جزيئات من الكلوروفيل تمتص الضوء ، خاصة في الأطوال الموجية الحمراء و الزرقاء.

– تستخدم النباتات السكر المصنوع أثناء عملية التمثيل الضوئي لتغذية النمو والتطور والتكاثر والإصلاح ، السكريات البسيطة التي تنتج في عملية التركيب الضوئي من النشويات الأكثر تعقيدًا مثل السليلوز التي توفر بنية للنباتات ، بالإضافة إلى توفير مصدر غذاء للحيوانات والمستهلكين الآخرين ، و يعمل التمثيل الضوئي أيضًا على إزالة ثاني أكسيد الكربون من البيئة ويعيد تغذية الأكسجين.

مراحل التمثيل الضوئي

– مرحلتي التمثيل الضوئي هي تفاعلات مستقلة تعتمد على الضوء ، تتضمن التفاعلات التي تعتمد على الضوء امتصاص ضوء الشمس وتكسير جزيئات الماء في غاز الأكسجين وأيونات الهيدروجين والإلكترونات ، و الهدف من هذه المرحلة هو التقاط الطاقة الضوئية ونقلها إلى الإلكترونات لعمل جزيئات نشطة مثل ATP. الأكسجين هو نتاج النفايات لهذه المرحلة من التمثيل الضوئي.

– تستخدم المرحلة الثانية من عملية التمثيل الضوئي ، المعروفة أيضًا باسم دورة كالفين ، الجزيئات النشطة التي تم إنشاؤها في المرحلة الأولى لتقسيم جزيئات ثاني أكسيد الكربون المأخوذة من بيئة النبات ، و انهيار ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء في الخلية يؤدي إلى تكوين جزيئات السكر ، على وجه التحديد ، ست جزيئات من ثاني أكسيد الكربون وستة جزيئات من الماء تنتج جزيء واحد من الجلوكوز ، مع ستة جزيئات من الأكسجين تعطى كناتج ثانوي.

التمثيل الغذائي في النباتات العائمة

قد تأخذ النباتات المائية ثاني أكسيد الكربون من الهواء أو الماء ، اعتمادًا على ما إذا كانت أوراقها تطفو أو تحت الماء ، فأوراق النباتات العائمة ، مثل اللوتس و زنابق الماء ، تحصل على أشعة الشمس المباشرة ، و هذه الأنواع من النباتات المائية لا تتطلب تكيفات خاصة لأداء التمثيل الضوئي ، و يمكنهم تناول ثاني أكسيد الكربون من الهواء و إطلاق الأكسجين في الهواء ، و تحتوي الأسطح المكشوفة للأوراق على بشرة شمعية لتخفيف فقد الماء إلى الغلاف الجوي ، مثل النباتات الأرضية.

حصول النباتات المائية على ثاني أكسيد الكربون

وتستخدم النباتات المغمورة ، مثل أعشاب البورنو و أعشاب البحر ، استراتيجيات محددة لمواجهة تحديات إجراء عملية التمثيل الضوئي تحت الماء ، حيث تنتشر الغازات مثل ثاني أكسيد الكربون ببطء أكثر في الماء عنها في الهواء ، و النباتات التي تغمرها المياه بالكامل تواجه صعوبة أكبر في الحصول على ثاني أكسيد الكربون الذي تحتاجه ، و للمساعدة في تحسين هذه المشكلة ، تفتقر الأوراق المغمورة بالمياه إلى طبقة شمعية لأن ثاني أكسيد الكربون يسهل امتصاصه بدون هذه الطبقة ، و يمكن للأوراق الصغيرة أن تمتص ثاني أكسيد الكربون من الماء بسهولة أكبر ، و بعض الأنواع تكمل استهلاكها من ثاني أكسيد الكربون من خلال توسيع عدد قليل من الأوراق إلى السطح لامتصاص ثاني أكسيد الكربون من الهواء.

امتصاص النباتات المائية لأشعة الشمس

من الصعب أيضا الحصول على ضوء الشمس الكافي لأنواع النباتات المغمورة ، كمية الطاقة الضوئية التي يمتصها النبات تحت الماء أقل من الطاقة المتوفرة على الأرض ، الجسيمات في الماء مثل الطمي ، و المعادن ، و النفايات الحيوانية و غيرها من النفايات العضوية تقلل من كمية الضوء التي تدخل الماء ، و غالبًا ما توجد البلاستيدات الخضراء في هذه النباتات على سطح الورقة لزيادة التعرض للضوء ، و كلما زاد العمق تحت السطح ، انخفض مقدار ضوء الشمس المتاح للنباتات المائية ، و هنا بعض أنواع النباتات يكون لها تكيفات تشريحية أو خلوية أو كيميائية حيوية تمكنها من القيام بعملية التمثيل الضوئي بنجاح في المياه العميقة أو المظلمة على الرغم من قلة توافر ضوء الشمس.