(koolzuurassimilatie), proces waarbij de plant organische stof opbouwt uit anorganische verbindingen met behulp van licht, m.n. zonlicht. Uitgaande van kooldioxide (CO2) en water vinden in het bladgroen (chlorofyl) van de plant een aantal snel opeenvolgende reacties plaats, die ervoor zorgen dat de koolstof gereduceerd wordt.
De tussenprodukten die bij de reactie ontstaan, zijn slechts in kleine concentraties aanwezig en worden snel omgezet in vooral glucose en aminozuren, die als bouwstof dienen voor het celmateriaal. De fotosynthese is de grondslag van de primaire produktie en staat dus aan de basis van de voedselketens (→ ecosysteem). Chlorofyl. Groene planten bevatten chlorofyl. Dit pigment is van essentieel belang voor de fotosynthese. Sommige planten die geen groene kleur hebben (b.v. rodekool), bevatten toch chlorofyl.
Het kan overal in de plant voorkomen, maar is geconcentreerd in de bladeren. Chlorofyl bevindt zich in de chloroplasten, die door een dubbele membraan zijn omgeven. Het pigment bestaat uit vier componenten: chlorofyl-a, chlorofyl-b, het gele xanthofyl en het oranje caroteen. Van deze vier kleurstoffen die bij de fotosynthese samenwerken, is het chlorofyl-a het belangrijkst. Kenmerkend voor een chlorofylmolecule is een ringvormige verbinding, een zgn. porfyrinering, met een centraal magnesiumatoom. Aan de ring is verder een lange koolwaterstofketen verbonden.
De structuur van het chlorofylmolecule lijkt sterk op die van een hemoglobinemolecule (de belangrijke bloedkleurstof bij zoogdieren). In het chlorofylmolecule komt geen ijzer voor, maar een plant die gebrek heeft aan ijzer kan geen chlorofyl maken en vertoont bleekzucht (chlorose). Door b.v. bodemverzuring kunnen ijzerzouten in oplossing gaan en uitgespoeld worden, waardoor ijzergebrek kan optreden. Voor de vorming van chlorofyl is ook licht nodig. Planten die in het donker staan, blijven geel (etioleren). Er zijn planten die hun assimilatiekleurstof hebben aangepast aan het milieu waarin zij leven.
In een bos waar de bladeren van de bomen het rode en blauwe licht goeddeels hebben weggevangen, is de fotosynthese van de bodemvegetatie het grootst bij groen licht. Water absorbeert vooral bij rood licht, waardoor de kleur van het licht op grotere diepte vooral blauwgroen is. Roodwieren, die vrij diep in zee leven, hebben een rode kleurstof in hun chloroplasten met een maximumabsorptie in het groene licht. Chemische processen. De door de plantewortels uit de bodem opgenomen water en zouten worden via de stengels naar de bladeren getransporteerd. De huidmondjes in de bladeren zorgen ervoor dat kooldioxide uit de lucht bij het bladjgroen komt.
De lichtenergie brengt de pigmenten in een aangeslagen toestand, waardoor zij in de vorm van potentiële energie in het pigment wordt vastgelegd. Deze energie wordt gebruikt om waterstofionen en elektronen te onttrekken aan het water en voor het transport hiervan naar het kooldioxide, dat dan gereduceerd wordt tot koolhydraten. Bij deze processen spelen de volgende reacties een rol:2 H2O + energie → O2 + 4 H
4 H + CO2 → (CH2O) + H2O
6 (CH20) → C6H12O6
De reacties zijn slechts schematisch aangeduid. De eerste reactie stelt het waterstoftransport voor. Hierbij is de energie uit het licht noodzakelijk (lichtreactie). De tweede en derde reactie vormen de zgn. assimilatiecyclus en hebben geen lichtenergie nodig. Zij kunnen zowel in het licht als in het donker plaatsvinden (donkerreactie). Alle plantedelen worden bevoorraad met het in de bladeren geproduceerde suiker.
Het teveel aan suikers wordt omgezet in zetmeel en vnl. in de wortels opgeslagen. De zuurstof die bij deze reacties gevormd wordt, is in feite een afvalprodukt. Dit wordt door de plant via de huidmondjes geloosd in de lucht.
Factoren die de fotosynthese beïnvloeden De fotosynthese wordt vooral beïnvloed door de temperatuur en de beschikbare hoeveelheden water, licht en kooldioxide. Groenblijvende en arctische planten assimileren nog bij lage temperaturen, zelfs beneden het vriespunt. Bij tropische planten staat de assimilatie op het midden van de dag vrijwel stil. Dit is niet zozeer het gevolg van de hoge temperatuur als wel van het sluiten van de huidmondjes om uitdrogen te voorkomen. Hierdoor stagneert de aanvoer van kooldioxide. Ook in zeer droge zomers is de fotosynthese minder en de plantengroei dus gering.
Toename van de lichtintensiteit geeft tot een zeker maximum een verhoging van de fotosynthese. Maar sommige schaduwplanten kunnen alleen goed assimileren bij een lage intensiteit van het licht. Bij sterkere belichting gaan zij hangen (b.v. klaverzuring en varens, die tot de bodemvegetatie van een bos behoren). Andere schaduwplanten zijn ten opzichte van licht tolerant. Zij kunnen zich handhaven bij een zwakke belichting en groeien goed bij een sterkere belichting. In het volle licht zouden de meeste planten veel meer kooldioxide (tot 0,3 %) kunnen verwerken dan in de lucht aanwezig is (0,03-0,04 %).
Om de fotosynthese en daarmee de plantengroei te bevorderen wordt in plantenkassen vaak extra kooldioxide aan de lucht toegevoegd. Nu op wereldschaal vooral door de verbranding van fossiele brandstoffen het kooldioxidegehalte toeneemt, neemt ook de fotosynthese over het algemeen toe. Tenzij om andere redenen de vegetatie is vernietigd (men denke hierbij aan de vernietiging van grote delen van het tropisch regenwoud). Voor de hogere fotosynthese zijn echter ook meer water en voedingsstoffen nodig, omdat anders een van hen als beperkende factor gaat optreden.
Voert men het kooldioxidegehalte op, maar houdt men de temperatuur constant, dan zal de fotosynthese tot een zeker maximum toenemen; voor een verdere toename is een verhoging van de temperatuur nodig. In het Westeuropese klimaat is in het najaar, als de lichtintensiteit nog hoog genoeg is voor een voldoende fotosynthese, de temperatuur vaak te laag, zodat de fotosynthese tot staan komt.
