פוטוסינתזה בצמח

מדוע צמחים ירוקים ואיזה מנגנון גורם להם לפרוח? מה הקשר בין אור לנביטה וכיצד הוא משפיע על מועד השלכת? איזה צמחים יודעים לעקוב אחרי השמש במשך היום כדי לקלוט את הכמות המירבית של האור?

כתבה: רקפת הדר-גבאי צילמו: נורית חרמון ורקפת הדר-גבאי

תפקיד האור בחיי צמח הוא קריטי. צמח זקוק לאנרגיית האור המאפשרת לו להפוך תרכובות המכילות מעט אנרגיה - פחמן דו-חמצני ומים - לתרכובות עשירות באנרגיה כמו פחמימות. זהו תהליך הפוטוסינתזה (הטמעה).

הכלורופלסט הוא האזור בתאי צמח בו מתרחשת קליטת אנרגיית האור. הצבע הירוק של עלים - כלורופיל- הוא הפיגמנט העיקרי קולט האור. חלקיק אור פוגע בכלורופיל וגורם לאלקטרון בתוכו לעלות לרמת אנרגיה גבוהה יותר, כך מתחילה שרשרת פעולות שבסופה הופכת אנרגיית האור לאנרגיה כימית השמורה בפחמימות (סוכרים) שהצמח מייצר.
צמחים הגדלים בעצמות אור נמוכות מייצרים כלורופיל בכמות זעומה. אלו צמחים אטיולנטיים. צבעם חיוור והם ארוכים (עקב "ניסיונם" להגיע אל האור לפני שרזרבות המזון יגמרו) ובעלי עלים קטנים מהרגיל. ללא ייצור כלורופיל לא מתרחשת פוטוסינתזה ולצמח אין מזון. לכן, יש לגדל צמחים בעוצמות אור מתאימות. גם צמחי צל זקוקים למנות אור מסויימות כדי ליצור חומרי מזון.
חמצן הוא תוצר לוואי של תהליך הפוטוסינתזה, שנוצר על ידי ביקוע מולקולות מים בקרב צמחים, אצות וחיידקים מסוימים ומאפשר נשימה ותהליכים נוספים ביצורים חיים. החמצן שמיוצר ע"י צמחים מאפשר את קיומם של מרבית יצורי העולם כולו.
בסתיו, מתבלטים בעלים של עצי שלכת הפיגמנטים השונים מירוק. הצבע הירוק של עלים אינו נעלם, הוא מוחזר לתוך גזע עץ. זהו חומר יקר לייצור מבחינה אנרגטית והחזרתו לעץ חוסכת ב'עלויות ייצור'. כשמוחזר הצבע הירוק של הכלורופיל נראים הצבעים האחרים שמצויים תמיד בעלה. אלה הצבעים הצהובים, הכתומים והאדומים. צבעים אלו שמורים באברונים הקרויים כרומופלסטידות (צבע=chromo).

תפקידי האור
לאור תפקידים נוספים בחייו של צמח מלבד ההטמעה: חלקי צמח צומחים בכיוון האור; מועד פריחה נקבע לפי אורך הלילה; מועד נשירת עלים תלוי באורך היום; נביטת זרעים מוכתבת על ידי כמות האור המגיעה אליהם; להלן יתוארו כמה תופעות מעניינות בקרב צמחים המוכתבות על-ידי אור.

צמחי מימוזה בישנית (Mimosa pudica)מגיבים לחושך בצורה ייחודית: עליהם מתקפלים מדי לילה, כאשר כמות האור יורדת. בערב מתרחש בתאי הצמח תהליך של יציאת מים מבסיס העלה בתגובה להחשכה והוא מתקפל. אותו תהליך קורה גם בנגיעה בעלים.
העלים של צמחי שעועית הגינה (Phaseolus vulgaris) זזים למצב אופקי ביום ולמצב מאונך בלילה. מקובל שהדבר קשור לאור השמש. למרות זאת, התגלה שצמחי שעועית שהועברו לתנאים של אור חלש קבוע, ממשיכים בתנועות העלים למשך כמה ימים. אלה מקצבים פנימיים של הצמח, הדומים למקצבי בעלי-חיים וקיימים גם בחיידקים מסוימים. הסיבה למקצבים אינה ידועה במלואה. הם נקראים שעונים ביולוגיים.

מועד נשירת העלים נקבע לפי אורך היום. כאשר הימים מתקצרים, נוצרת בצמח תגובה כימית המעודדת נשירת עלים. עצים ממוצא ממוזג הגדלים מתחת לפנסי רחוב מאחרים בנשירת עלים, כיוון שהם קולטים אור גם בלילה, משמע - הצמח מרגיש שעכשיו קיץ, לכן היום ארוך (יותר נכון הלילה עדיין קצר) ואין עדיין צורך להשיר את העלים.
זרעי צמחים מסוימים נובטים רק באור. זרעים אחרים נובטים בחושך. ישנם זרעים אדישים לכמות האור בזמן הנביטה. הרבה זרעים ינבטו אחרי הארה קצרה ואילו הארה ארוכה תעכב אותם. המשמעות האקולוגית של תופעה זו היא מתן אפשרות לזרעים מכוסים חלקית - שאינם קבורים עמוק מדי אך גם לא חשופים לגמרי - לנבוט.

זרעי מיני צמחים קרובים יכולים להיות שונים בדרישתם לאור בזמן הנביטה. נביטת זרעי בכור-אביב חרוטי (Primula obconica)מזורזת על ידי הארה ואלו נביטת המין הקרוב בכור-אביב הדור Primula spectabilisמעוכבת על ידי הארה.
צמחים עוקבים אחרי אורך היום ויודעים מתי לפרוח לפי אורכה של תקופת החושך. בצמחי יום קצר (אלה הפורחים כשהלילות ארוכים), כגון חרצית, ניתן למנוע פריחה על-ידי הארה חד-פעמית בלילה. בצמחי יום ארוך (אלה הפורחים כשהלילה קצר), ניתן לעודד פריחה על-ידי הארה קצרה בתקופת החושך, אפילו אם היום קצר מדי לפריחה.

זרעים של צמחי הבר אספרגולת השדה (Spergula arvensis)וכוכבית מצויה (Stellaria media)אינם זקוקים להארה בעודם טריים. אך אחרי שהם נקברים בקרקע הם לא ינבטו ללא אור. יש לכך משמעות אקולוגית והיא מניעת נביטת זרעים הקבורים עמוק מדי, כיוון שאם ינבטו לא יצליחו לצמוח.

עלי צמחי תורמוס ההרים (Lupinus pilosus)מבצעים תנועה יומית העוקבת אחר מהלך השמש. כך שתמיד החלק השטוח של העלה מופנה אל השמש ברוב שטח הפנים שלו. הדבר מאפשר קליטת אור מרבית לביצוע פוטוסינתזה.
ידועה התופעה של תנועת קרקפות פרחי החמנית המצויה (Helianthus annuus)אחרי השמש, כפי שמעיד שמה ( שמש=Helios) בבסיס עוקץ הפרח מצויות בלוטות המתמלאות ומתרוקנות במים וכך גורמות לתנועה.
עלים של צמחים טרופיים הגדלים בעוצמות אור נמוכות, מסודרים על הגבעול כך שלא יסתירו זה לזה את האור. הדבר מאפשר ניצול מרבי של אנרגיית האור.

טריוויה ומספרים
1727- היא השנה שבה העלה חובב טבע בשם סטפן הלס (Stefan Hales)את הרעיון שצמחים זקוקים לאור לשם הזנתם.

1845- בשנה זו גילה רופא גרמני בשם Mayerשצמחים קולטים את כוח האור והופכים אותו לכוח כימי.

250 ביליון טון - היא כמות הסוכר שנוצרת על-ידי צמחים בעולם כולו מדי שנה.

200 גרםמים - היא הכמות הנחסכת על ידי צמחים ממשפחת הטבוריתיים לכל גרם של פחמן דו חמצני בו הם משתמשים בפוטוסינתזה.

25 וואט – זאת עוצמתה של מנורה, המאירה במשך דקה אחת בלילה, הנדרשת כדי לדחות פריחה בחרציות חממה.

שבע שעות - הינו פרק הזמן הממוצע הנדרש לגבעולי החמניות להזיז את התפרחת מכיוון מערב, אליו הגיעו עם השקיעה, חזרה לכיוון מזרח עוד לפני זריחת השמש.

21 שעות עד 27 שעות- הוא מחזור התנועה הטבעי הנשמר בצמחים גם אם מניחים אותם בתנאי אור חלש קבוע.

להמשך קריאה על גנים מניאטוריים