Dwutlenek węgla w wodzie, najważniejsze reakcje, formy asymilacji węgla

Dwutlenek węgla spełnia bardzo ważną rolę – mianowicie dostarcza węgiel do budowy związków organicznych. Pobieranie go przez rośliny wodne związane jest z dużą różnorodnością form, w jakie przechodzi w środowisku wodnym.

Rośliny lądowe pod tym względem mają ułatwione zadanie – środowisko zaopatrywane jest stale w jedną postać węgla tj,CO2.

Gazowy CO2 jest łatwo rozpuszczalny, w wodzie przechodzi następujące przemiany (za Kajakiem 2001):

CO₂ + H₂0 ↔ H₂CO₃ ↔ H⁺ + HCO₃^- ↔ 2H + CO3^2-

Słaby kwas, jakim jest HCO₃^- dysocjuje w wodzie z wydzieleniem OH^- regulując w ten sposób odczyn środowiska, co ilustrują poniższe reakcje:

HCO₃^- + H₂0 ↔ H₂CO₃ + OH^-

CO₃^2- + H₂0 ↔ HCO₃^- + OH^-

H₂CO₃ ↔ H₂0 + CO₂

HCO₃^-↔ H⁺ + CO₃^2-

Formy występowania zależą od pH wody – może on przyjąć jedną z czterech form (wykres2, tabela 3).

Poniżej pH4 występuje wyłącznie CO2 (100%)
przy ph7 przeważa forma HCO₃^- (80%), następnie CO2↔H₂CO₃ (20%), brak natomiast CO₃^2- (0%)

Przy pH10 również dominuje forma HCO₃^- (70%), pojawia się CO₃^2- (30%) a zanikają formy CO₂↔H₂CO₃ (0%)


Rośliny wodne wykazują zróżnicowaną preferencję w stosunku do formy asymilowanego przez siebie dwutlenku węgla.

Pod tym względem możemy podzielić je na dwie grupy (za Bernatowiczem i Wolnym, 1974).

Do pierwszej z nich można zaliczyć rośliny kwiatowe asymilujące różnorodne formy CO2 np. związanego w dwuwęglanach (jako przykład mogą posłużyć gatunki Myriophyllum).

Druga grupa roślin obejmuje mchy, glony nitkowate i plankton, wszystkie je charakteryzuje przyswajalność jedynie wolnego dwutlenku węgla (CO2, np. Fontinalis antipyretica i inne gatunki mchów wodnych nie potrafią korzystać ze związanego dwutlenku węgla).

Z pierwszej grupy, czyli roślin kwiatowych wyłamują się Lobelia i Isoëtes, które zachowują się analogicznie do mchów.

Rośliny potrafiące wykorzystywać CO2 związany w jonach wodorowęglanowych posiadają specyficzny enzym – anhydrazę węglanową umożliwiający przekształcanie jonów węglanowych w dwutlenek węgla (taki sam enzym zawierają w karboksysomach organizmy prokariotyczne – sposób ten wykorzystują do zwiększenia lokalnego stężenia CO2 w pobliżu miejsc karboksylacji rubisco)

Sztuczne wzbogacanie w CO2 stosowane przez akwarystów ma zatem na celu zwiększenie puli niezwiązanego dwutlenku węgla, który mógłby zostać wykorzystany przez wszystkie rośliny.