Fotosinteza este un proces complex in cadrul caruia putem distinge doua tipuri de reactii:
a) "reactii de lumina" care sunt direct dependente de lumina si asigura procesul fotochimic prin care energia luminoasa este convertita intr-un compus bogat in energie (ATP) si un reducator primar (NADPH?);
b) "reactii de intuneric", corespunzatoare fazei biochimice (metabolice) in cadrul careia au loc reducere CO? pana la nivelul hidratilor de carbon.
Procesul fotochimic nu este posibil decat prin interventia pigmentilor asimilatori. Deci esenta fotosintezei consta in transformarea unei forme de energie intr-o alta forma de energie, forma ce poate fi utilizata deopotriva de catre organismele fotosintetizatoare si de catre celelalte vietuitoare existente.
Fotosinteza reprezinta asadar conditia indispensabila pentru desfasurarea tuturor proceselor metabolice din biosfera. Nu se cunoaste nici un alt proces de transformare a energiei care sa semene cu ce se intampla in frunza verde si care sa efectueze aceasta transformare cu o eficienta atat de mare. Intelegerea mecanismului fotosintezei permite nu numai gasirea celor mai adecvate mijloace pentru cresterea plantelor ci deschide si calea pentru producerea de energie prin fotosinteza.
INFLUENTA FACTORILOR EXTERNI ASUPRA FOTOSINTEZEI
a) Influenta luminii
Faptul ca plantele nu cresc bine la intuneric a fost observat inca din antichitate. Totusi, numai cu doua secole in urma, s-a demonstrat rolul luminii in cresterea plantelor, acordandu-i-se acestui fapt, pe langa importanta practica si o semnificatie filozofica. Ingen-Housz mai intai si apoi R. Mayer au contribuit poate cel mai mult la aprecierea rolului luminii ca o conditie indispensabila a asimilarii CO2 de catre plantele verzi.
Lumina poate influenta fotosinteza prin intensitatea, calitatea si durata ei. Cercetatorii Pantanelli si Liubimenko, adepti ai teoriei celor trei puncte cardinale sustineau ca fotosinteza incepe la o anumita intensitate a luminii. Fotosinteza nu este insa un fenomen de sensibilizare a protoplasmei, ci un fenomen fotochimic de transformare a energiei. Astfel, N. Salageanu, determinad fotosinteza la aceeasi frunza si la intensitati din ce in ce mai slabe de lumina a constatat faptul ca fotosinteza are loc pana la cele mai mici intensitati ale luminii. Valoarea intensitatii luminii la care emisiunea O2 prin fotosinteza este egala cu absorbtia lui prin respiratie reprezinta punctul de compensatie al luminii. Cunoasterea valorii punctului de compensatie prezinta o mare importanta deoarece sub acest nivel respiratia predomina asupra asimilatiei, plantele nu mai produc substante organice, iar organismul traieste din rezervele sale. Supravietuirea si cresterea plantelor nu sunt posibile decat prin iluminarea cateva ore pe zi deasupra punctului de compensatie.
b) Influenta concentratiei dioxidului de carbon
Importanta "aerului fixat", adica a CO2, in procesul de purificare a aerului de catre plante a fost clar formulata de catre botanistul elvetian Senebier. Acesta, tratand critic tot ce se cunostea de la Priestley, in lucrarile sale publicate la Geneva in 1783 si intitulate Cercetari fizico-chimice privitoare la influenta luminii solare asupra modificarii fiintelor vii din cele trei regnuri naturale si mai ales din regnul vegetal, scria ca "aerul eliberat de catre plantele expuse la soare este produsul transformarii aerului cu ajutorul luminii".
Priestley, Ingen-Housz si Senebier au facut numai observatii calitative sau foarte sumare estimari cantitative, iar lucrarile lor foloseau inca limbajul naiv si confuz al terminologiei chimice din vremea aceea. Cei trei cercetatori au intrat si intr-o polemica de prioritate, dar acest aspect nu le umbreste cu nimic meritele.
Pentru plantele terestre concentratia de CO2 este unul dintre cei trei factori limitanti pusi in evidenta de catre F.Blackman. Exceptand iluminarile foarte slabe (sub 1000 lucsi) si temperaturile scazute (sub 5?C), cantitatea de CO? din atmosfera (0,03%) este puternic limitata; nivelul optim al concentratiei de CO? se situeaza catre 0,1%, iar la concentratii mai mari de 2-5% , CO? devine toxic. N.Salageanu a constatat ca frunzele plantelor crescute in umbra au fotosinteza cea mai intensa la concentratii de 0,5 - 1% CO?, iar cele crescute in plin soare, la 2-3% CO?.
c) Influenta temperaturii
Ca si in cazul altor procese metabolice, se constata un efect pozitiv al temperaturii asupra fotosintezei pina la 30sC, dupa care se constata o actiune depresiva, urmata de incetarea procesului catre 45sC. Intensitatea fotosintezei creste odata cu temperatura, atingand nivelul optim la 30-35sC apoi coboara rapid catre zero la temperatura de 40-45sC. Partea fotochimica a fotosintezei este independenta de temperatura, in vreme ce partea biochimica, enzimatica este strict dependenta de temperatura. Cu toate acestea exista printre plante o mare varietate si capacitate de adaptare la temperaturile extreme. Muschii, lichenii si coniferele raman verzi si isi pastreaza capacitatea fotosintetica in timpul iernii, iar unele alge albastre din lacurile termale cresc si la temperatura de 80sC.
Temperaturile minima, optima si maxima a fotosintezei nu sunt fixe, ci difera de la o specie la alta si dupa provenienta plantelor. Astfel, cartoful, adaptat la regiuni mai reci are optimul fotosintezei la 30sC, iar frunzele de tomate si castraveti, plante de proveninta sudica au optimul in jur de 40sC.
d) Influenta concentratiei oxigenului
Influenta oxigenului asupra fotosintezei a fost pentru prima data scoasa in evidenta la alga Chlorela de catre Warburg care a gasit ca la lumina intensa fotosinteza scade o data cu cresterea concentratiei O? peste valorile normale de 21% din atmosfera. La plantele superioare terestre, prima observatie referitoare la efectul oxigenului asupra fotosintezei a fost efectuata de McAlister la frunzele de grau.
Oxigenul din atmosfera terestra normala exercita un puternic efect inhibitor asupra fotosintezei unor plante superioare terestre (grau, secara, orz etc.). La toate aceste plante s-a constatat ca la concentratia normala a oxigenului din atmosfera fotosinteza este micsorata cu 40-50%.
ROLUL APEI IN FOTOSINTEZA
Fenomenul fotosintezei a fost clarificat si descris in termeni chimici abia in anul 1804 de catre chimistul din Geneva, de Saussure, unul din cei mai buni experimentatori care a pus bazele cercetarii cantitative in fotosinteza, in termeni moderni. El a publicat un tratat intitulat Cercetari chimice asupra vegetalelor, in care a aratat ca suma greutatilor materiei organice produse de catre plante si O2 eliberat este considerabil mai mare decat greutatea CO2 consumat. Deoarece plantele folosite in experientele sale nu primeau nimic in afara de apa si aer, el a conchis just ca in fotosinteza participa pe langa CO2 si apa.
De Saussure a observat ca plantele nu pot trai nici in absenta CO2 si nici a O2, ca intensitatea fotosintezei poate creste o data cu cresterea concentratiei CO2 si ca CO2 in concentratii ridicate poate fi toxic pentru plante. Totusi era de parere ca O2 produs in fotosinteza provine din descompunerea CO2, ceea ce s-a dovedit gresit.
Desi nu toate afirmatiile lui de Saussure au rezistat timpului, el ramane totusi in istoria fotosintezei prin aceea ca a aratat rolul apei, ignorat pana la el.
