Fotosentez, bitkilerde ışık enerjisi kullanılarak organik bileşiklerin üretilmesidir.
Yeryüzündeki her canlı, metabolizma etkinlikleri için gerekli olan enerjiyi temelde üç yoldan sağlar.
Fotosentetik organizmalar, ışık enerjisinden yararlanarak enerjiyi depolarlar ve organik bileşikler üretebilirler.
İlk kez 1771 yılında Joseph Priestley, bitkiler tarafından dışarı verilen oksijenin hayvanlar tarafından kirletilen havayı temizlediği fikrini ortaya atmıştır. Daha sonra 1779’da Jan Ingenhousz havanın temizlenmesinin yeşil bitkiler tarafından ışıkta yapıldığını açıklamıştır. 1804 yılında De Saussure fotosentez esnasında eşit hacimde CO2 ve O2 alış verişi olduğu, buna benzer eşit hacimde bir gaz alış verişinin solunum esnasında da meydana geldiğini ileri sürmüştür. Yirminci yüzyılın başlarında tek hücreli yeşil su yosunlarında (Chlorella vulgaris) fotosentezle ilgili araştırmalar Warburg tarafından yapılmıştır.
Genel Fotosentez denklemi:
nCO2 + 2nH2O + Işık enerjisi → (CH2O)n + nO2 + nH2O
Ancak heksoz şekerleri ve nişasta ana ürünler olduğundan, genelde aşağıdaki spesifik (basit) denklem fotosentezin ifadesinde kullanılır: 6CO2 + 12H2O + Işık enerjisi → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O + 673 Kalori
Havadaki karbondioksit güneş enerjisi kullanılarak, nişasta ve diğer yüksek enerjili karbonhidratlara dönüştürülür. Karbon kullanıldıktan sonra ortaya çıkan oksijen ise havaya bırakılır. Bitki daha sonra besine ihtiyaç duyduğunda bu karbonhidratlarda depoladığı enerjiyi kullanır. Bu bitkilerle beslenen canlılar da bitkide bulunan karbonhidratlardan enerji ihtiyaçlarını karşılarlar.
Fotosentez olayının meydana gelebilmesi için gerekli olan maddeler, ışık, klorofil, karbondioksit, canlı organizma olup, bu maddelerden birinin eksikliğinde oluşan sonuçlar şu basit deneylerle açıklanabilmektedir:
Işık
Bitkilerde fotosentez olayı için gün ışığı şarttır. Alt taraflarında (alt yüzeylerinde) bulunan STOMAT’Iar aracılığı ile yaprağın içine giren karbondioksit, burada mevcut klorofil tararından emilip güneş ışığının yardımı ile parçalanarak karbon ve oksijen moleküllerine ayrılır. Bitki, ayırdığı bu karbonu, karbonhidratların, proteinlerin ve oligoasitlerin sentezinde kullanır.
Klorofilin böyle bir reaksiyonu yapabilmesi için de IŞIK faktörüne son derece gereksinimi vardır. Gece fotosentez olayı durmaktadır. Ağaçların alt yapraklarının üstte bulunanlara oranla daha ince ve geniş olması, gölgede kalmış olmalarından ileri gelir. Alt yapraklardaki klorofilli hücreler daha fazladır. Nisbeten zayıf ışık altında özümleme (fotosentez) olayını eksiksiz bir şekilde gerçekleştirirler.
Klorofilsiz talli bitkiler ayrı tutulursa, diğer bütün bitkiler için ışık gereksinimi az ya da çok farklı olmamakla birlikte, mutlaka gereklidir.
Bitkiler ışık gereksinimlerine göre:
Işık bitkileri
Gölge bitkileri
Yarı gölge bitkileri
gibi üç grupta toplanabilir.
Örneğin bir ormanın tahrip edildiği açık alanlarda yayılma olanağı bulan Yüksük Otu (Digitalis), ormanın yeniden vejetasyona başlayıp bu bitkiyi gölgesi altına aldığında, ortadan kalkar. Maki türleri çok ışık isterler (Akdeniz kuşağı). Bu sebepten sık orman altlarında yetişmezler.
Sonuç olarak denilebilinir ki; bitki türlerinin en iyi şekilde yetişebilecekleri optimum ışık dereceleri vardır. Optimumdan uzaklaştıkça bitkinin fonksiyonları da yavaşlar ve ışık derecelerinin değişmesi maksimum veya minimum derecelere eriştiği takdirde bu fonksiyonlar tamamen durur. Toplu haldeki bitkiler (Orman gibi) ışık gereksinimi temin için birbiriyle yansırlar. Bu yüzden sağlıklı ağaçlar daha fazla boy ve gövde yaparlar.
Işık direkt olduğu gibi çoğu zaman da endirekttir. Bir bitkinin gerçek olarak aldığı ışık miktarına IŞIK BESİNİ denir.Gelen ışığın bitki tarafından alınan kısmına da nisbi ışık besini adı verilir. Nisbi ışık besini kesirle ifade edilir. Uzun yıllar yapılan fenolojik araştırmalarda çeşitli orman ağaçlarının ışık gereksinimlerinin birbirinden farklı olduğu saptanmıştır.
Güneş ışınlarının görünen ve görünmeyen olarak genelde iki türü olduğunu hepimiz biliyoruz. Dalga boyları 0.78 mikron kırmızı ile 0.39 mikron mor arasındaki ışınları gözümüzle algılayabiliyoruz. 0.78-33 mikrona kadar dalga boyu olan. görünmeyen ışınlarla (biz bunlara uzun dalgalı ışınlar, kızıl ötesi ışınlar ya da enfraruj ışınlan diyoruz); buna karşılık 0.1 mikron ile 0.39 mikron dalgaboyundaki ışınlan (bunlara da mor ötesi, ultraviole ya da kısa dalgalı ışınlar diyoruz) ise gözümüzle algılayamıyoruz.
Uzun yıllar yapılan denemelerde görünen ışınların, enerjisinin diğer görünmeyenlere göre daha az olduğu saptanmıştır. Mor ötesi ışınlar kimyasal, kızılötesi ışınlar ise fiziksel etki yaparlar. Ultraviole ışınlar etkilerine göre ikiye ayrılır: Bir kısmı 0.1 mikrona yakın olan kısa boylular, diğeri 0.39 mikrona yakın olan uzun boylu ultraviole (mor ötesi) ışınlardır. Kaynağı güneş olan ultraviole ışınlar atmosferden geçerken gazlar, tozlar, mikroorganizmalarca tutulur veya emilerek ozonun oluşmasında harcanan enerjiden bir kısmını kaybederken, dalga boylan 0.39 mikron sınırına doğru büyür. Katettiği atmosfer katmanı ne kadar uzun (kalın) olursa ultravioleler o oranda uzun dalga boyunda yeryüzüne inerler.
Yapılan araştırmalarda uzun dalgalı ultraviolelerin bitkilerin gelişme ve boylanmaları üzerine olumlu etkileri olduğu halde, bunların kısa boylularının gelişmeyi geciktirdiği, hatta ölümcül etkiler yaptığı saptanmıştır. Enfraruj ışınlan ise daha çok bitkilerin asimilasyon işlevinde rol üstlenerek onların beslenmesini temin ederler.1. Dış Faktörler
a. Işık Şiddeti : Karanlık ortamda bitki klorofil taşısa bile fotosentez yapamaz. Işık seven bitkilerin fotosentezi ışık şiddeti arttıkça artar, gölge bitkilerinde de ışık şiddeti arttıkça fotosentez hızı biraz artar, ancak ışık bitkilerine oranla artış daha azdır.
b. Işığın Dalga Boyu : Beyaz ışık birden fazla ışığın birleşmesi sonucunda oluşur. Bitkiler ışığın bazı dalga boylarını emerken (soğururken) bazılarını yansıtırlar. Fotosentezde en çok kırmızı ve mor ışık, en az ise yeşil ışık soğrulur
Işığın etkisi:Işık dalgalar halinde hareket eden ve fotontanecikleri denen enerjibirimlerindenoluşmuşlardır.Fotosentezde ışık olmadan hem klorofil sentezlenemez hem de fotosentez yapılamaz