Asymilacja CO2 przez rośliny wodne

Dostępność CO2 dla roślin zanurzonych jest dość niska, swój udział w tym ma tutaj tempo dyfuzji gazów, prawie 10 tysięcy razy wolniejsze niż w powietrzu, przez co ogranicza tempo wzrostu roślin wodnych.

Niewielka grubość liści typowa dla roślin zanurzonych znacznie zmniejsza znaczenie tego zjawiska. Również warstwa graniczna jest znacznie mniejsza – stanowi ją ok. 0,5 mm warstwa wody związana z powierzchnią liści stanowiącą barierę dyfuzyjną dla gazów.

Dzięki niewielkiej grubości liścia, CO2 ma do pokonania krótszą drogę w roślinie zanim ulegnie asymilacji.

Największe znaczenie ma jednak możliwość regulacji ilości różnorodnych enzymów (np. rubisco, pepkarboksylazy) biorących udział w asymilacji CO2 (Ole Pedersen, 1999). Przy niewielkiej dostępności CO2 roślina może przeznaczyć więcej energii na syntezę enzymów zaangażowanych w transport i asymilację CO2, co w efekcie doprowadzi do częściowego zniesienia ograniczenia wzrostu.

Niektóre rośliny są również w stanie wytwarzać izoenzymy (Ole Pedersen, 1999), które są enzymami katalizującymi te same reakcje, ale różniącymi się od siebie warunkami, w których ich działanie jest optymalne. Na przykład mogą zostać wytworzone enzymy, które będą łatwiej wiązać CO2 przy jego niskim stężeniu co usprawni proces asymilacji.

W literaturze naukowej izoenzymy najczęściej wiązane są z procesem aklimatyzacji roślin do różnych warunków termicznych i do końca nie wiadomo jak duże znaczenie mają one w przypadku procesu asymilacji dwutlenku węgla.

Adaptacja do środowiska wodnego ponosi za sobą niezbędne koszty energetyczne (związane z produkcją większej ilości chlorofilu czy enzymów). Wzrost zużycia energii wiąże się też z faktem, że dla podtrzymania prawidłowego funkcjonowania białek komórkowych potrzebna jest ciągła wymiana zużytych cząsteczek na nowe. Tym samym nie cały CO2, który został wbudowany do węglowodanów w procesie fotosyntezy może zostać wykorzystany na potrzeby wzrostu roślin.

Eksperymenty prowadzone przez Ole Pedersena na wątrobowcu Riccia fluitans miały na celu wykazanie, że wzrost roślin wodnych może być limitowany przez więcej niż jeden czynnik (w odniesieniu do prawa Liebiega) (Andersen, Sand Jensen). Brano tu pod uwagę dwa podstawowe czynniki wpływające na ograniczenie wzrostu roślin wodnych w naturalnym środowisku – natężenie światła i ilość dostępnego dwutlenku węgla (poza tym roślina miała zapewnione pozostałe czynniki regulujące wzrost takie jak m.in. dostęp substancji odżywczych). Doświadczenie potwierdziło, że światło i dwutlenek węgla mogą jednocześnie wpływać ograniczająco na wzrost roślin, przy czym zauważono, że wyższe wartości w odniesieniu do jednego z czynników działają kompensacyjnie na niedobór drugiego.

Na przykład w warunkach słabego oświetlenia samo tylko dodanie CO2 przyspiesza wzrost prawie czterokrotnie. W ten sposób skutki niskiego natężenia światła mogą być kompensowane odpowiednią ilością dostępnego CO2, i odwrotnie - wyższe natężenie światła neutralizuje skutki niedoboru dwutlenku węgla. Wyniki doświadczenia ilustruje poniższa tabela (tabela 4):