Η σημασία της
Η φωτοσύνθεση παράγει υψηλής ενέργειας οργανικά μόρια αξιοποιώντας ανόργανες πρώτες ύλες. Η φωτοσύνθεση δίνει την ενέργεια στο οικοσύστημα και απ’ αυτήν εξαρτώνται ενεργειακά όλοι οι ζωικοί οργανισμοί. Τα φύλλα και όλα τα πράσινα μέρη των φυτών, είναι αυτά που έχουν την ευθύνη για την παρουσία όλων σχεδόν των οργανισμών επάνω στον πλανήτη.
Η διαδικασία
Η φωτοσύνθεση αποτελεί συνδυασμό βιοφυσικών και βιοχημικών διαδικασιών που καθορίζονται και κατευθύνονται από την ηλιακή ακτινοβολία της φασματικής περιοχής 400-700 nm, η οποία προσλαμβάνεται από τους χλωροπλάστες. Η φωτοσύνθεση περιλαμβάνει φωτοχημικές διαδικασίες που λαμβάνουν χώρα παρουσία φωτός, ενζυματικές διαδικασίες που δεν απαιτούν φως (σκοτεινές αντιδράσεις) και διαδικασίες διάχυσης που έχουν ως αποτέλεσμα την ανταλλαγή CO2 και O2 μεταξύ χλωροπλαστών και ατμοσφαιρικού αέρα. Η πρώτη φάση γίνεται παρουσία φωτός (φωτοχημική) κατά την οποία οξειδώνεται (φωτολύεται) το νερό με απελευθέρωση υδρογόνου και οξυγόνου, το οποίο και εκλύεται. Με τον τρόπο αυτό εμπλουτίζονται τα φυσικά συστήματα με οξυγόνο. Το υδρογόνο κατόπιν εισέρχεται στη δεύτερη φάση (ενζυματική), κατά την οποία δεν απαιτείται φως, όπου και ενώνεται με το CO2 (καρβοξυλίωση) και το αναγάγει σε υδατάνθρακες.
Πρωταρχικής σημασίας για την έναρξη της φωτοσύνθεσης είναι η απορρόφηση ηλιακής ακτινοβολίας από τους χλωροπλάστες. Ο βαθμός με τον οποίο η ακτινοβολία χρησιμοποιείται από τα φυτά εξαρτάται από τη συγκέντρωση των φωτοσυνθετικά ενεργών χρωστικών. Η φωτοχημική διαδικασία ξεκινά όταν οι χλωροπλάστες προσλαμβάνουν τη φωτοσυνθετικά αξιοποιήσιμη ακτινοβολία. Η ενέργεια και η αναγωγική δύναμη που παρέχεται από τις αρχικές αντιδράσεις χρησιμοποιείται για την αναγωγή του CO2 και τη σύνθεση υδατανθράκων υψηλής ενεργειακής αξίας. Ο ρυθμός καρβοξυλίωσης ή διαφορετικά η ταχύτητα με την οποία το προσλαμβανόμενο CO2 αφομοιώνεται εξαρτάται κυρίως από την παροχή του CO2, τη συγκέντρωση του αποδέκτη και τη δραστηριότητα του ενζύμου ριβουλόζη (RuBisCo, RuBP), η οποία εξαρτάται από τη θερμοκρασία, το Ψ του κυττάρου, τη διαθεσιμότητα των θρεπτικών στοιχείων και το στάδιο ανάπτυξης, και δραστηριότητας του φυτού.
Φωτοσυνθετικοί κύκλοι
Αναλόγως του φωτοσυνθετικού μονοπατιού που ακολουθούν και κυρίως της αναγωγής του CO2, τα φυτά των μεσογειακών λιβαδιών διακρίνονται σε αυτά που ακολουθούν το φωτοσυνθετικό κύκλο:
(α) Calvin – Benson – Bassham
Η αναγωγή οδηγεί στη δημιουργία ενός μορίου υδατάνθρακα με 6 άτομα άνθρακα, το οποίο διασπάται σε 2 μόρια τρι-φωσφο-γλυκερικού οξέος με 3 άτομα άνθρακα (C) το καθένα. Για το λόγο αυτό, τα φυτά που ακολουθούν το φωτοσυνθετικό μονοπάτι των Calvin – Benson – Bassham ονομάζονται C3 φυτά. Τέτοια είναι τα περισσότερα φυτά των ελληνικών λιβαδιών, ψυχρόβια αγρωστώδη, ψυχανθή, πλατύφυλλες πόες, ξυλώδη φυτά και δένδρα.
(β) Hatch – Slack – Kortschak
Η αναγωγή γίνεται σε δύο φάσεις. Στην πρώτη δημιουργείται οξαλοακετικό οξύ που έχει 4 άτομα άνθρακα (C) και στη δεύτερη ακολουθείται η πορεία του φωτοσυνθετικού μονοπατιού των C3 φυτών. Τα φυτά που ακολουθούν το φωτοσυνθετικό μονοπάτι των Hatch – Slack – Kortschak ονομάζονται C4 φυτά. Τέτοια για τη χώρα μας είναι θερμόβια αγρωστώδη, όπως τα Cynodon dactylon, Dichanthium ischaemum, Chrysopogon gryllus, Hypparhenia hirta, Andropogon distachyos αλλά και καλλιεργούμενα εαρινά φυτά (όπως σόργο, καλαμπόκι, βαμβάκι).
(γ) CAM φωτοσύνθεσης (από το Crassulacean Acid Metabolism)
Στην περίπτωση των CAM φυτών το CO2 ανάγεται τη νύχτα (στόματα ανοιχτά) σε μαλικό οξύ, το οποίο στη συνέχεια διασπάται την ημέρα (στόματα κλειστά) σε πυρουβικό οξύ και CO2. Το τελευταίο ακολουθεί την πορεία του φωτοσυνθετικού μονοπατιού των C3 φυτών. Τα CAM φυτά είναι παχύφυτα κακτοειδή, Liliaceae, Crassulaceae κ.ά., με πολύ καλή προσαρμογή στην ξηρασία.
Άρθρα – Πληροφορίες
Καράταγλης Στ. Σ. & Κωνσταντίνου Μ.Κ. 2002. Βοτανική, Μορφολογία-Ανατομία. Εκδόσεις Χάρις. Θεσσαλονίκη.
Τσέκος Ι. & Κουκολή Ε. 1986. Βοτανική (Μορφολογία, Φυσιολογία). Εκδοτικός Οίκος Αφων Κυριακίδη. Θεσσαλονίκη.
Χριστοδουλάκης Ν.Σ. 2011. Ανατομία Φυτών «τα φυτά ένδοθεν». Τμήμα Βιολογίας, ΕΚΠΑ.
Κείμενο
Αιμιλία Λεμπέση, MSc Δασολογίας, Δασοπόνος
