Lite om CO2 och fotosyntes.

CO2
En av de tre stora när det gäller växter. De andra två är näring och ljus. Utan CO2 kommer du aldrig att få den optimala tillväxten som många av oss vill se.
Om det är för lite av en hjälper det inte att öka de andra två, det kommer inte att kompensera för det som saknas.

Hur utnyttjar växterna CO2?
Med CO2-tillförsel startas en process där växterna omvandlar CO2 och näring till kolhydrater och O2 under förutsättning att det finns tillräckligt med energi (ljus) för att upprätthålla fotosyntesen.
Ju mer ljus och CO2 desto snabbare fotosyntes.
Fotosyntes = CO2 +H2O => O2 + C6H12O6
Fotosyntes är en process där växterna använder klorofyll, (med hjälp av ljus, kolföreningar och andra näringsämnen) för att framställa socker. Sockret används som energi för växternas tillväxt.

Förhållandet mellan pH-KH-CO2 i hydromagasin.
CO2 + H2O <=> H2CO3 <=> H + HCO3- <=> H + CO3-
De olika formerna av “CO2” i vatten, som framgår av ovanstående, är koldioxid, kolsyra, bikarbonat och karbonat. Dessa kallas gemensamt för DIC ( Dissolved inorganic carbon). Den totala mängden av DIC bestämmer till stor del buffringskapaciteten hos sötvatten, och förhållandena dem emellan avgör pH. Det framgår klart av ovanstående formel att om du tillsätter CO2 ( till vänster) så förskjuts reaktionen åt höger och fria H+ joner sänker pH. Om du avlägsnar CO2 (t.ex. genom luftning) så förskjuts jämnvikten åt vänster och H+ joner tas upp och pH höjs. Kom också ihåg att reaktionen inte bara går till jämnviktsläget och stannar där utan den pågår hela tiden åt båda håll, lika mycket åt båda håll!
Detta under förutsättning att karbonat (CO3) är den enda förekommande bufferten. Om det är tillsatt pH upp/ner, Discus buffer el.dyl. kommer detta att göra det svårt att bestämma mängden CO2 då fosfater påverkar mätresultatet. Även kommersiella tester för CO2 kommer att vara felaktiga. Det går inte som en del verkar tro att höja/sänka CO2 genom att på kemisk väg förändra pH/KH. Enda sättet är att tillsätta CO2.

Prandtls gränslager.
På ytan av ett blad bildas det ett tunt lager av luft som inte är i rörelse. Det är detta som kallas Prandtls gränslager. Det fungerar som en buffertzon som försvårar bladets upptagningsförmåga av CO2 och andra näringsämnen. Tjockleken på det här lagret kan minskas genom luftcirkulation. Normalt är det 0,05 mm tjockt.

Mer än du någonsin vill veta om CO2 hittar du här:136000 träffar på Google.
Jag använde sökorden CO2 och plants. Gör en sökning inom resultatet så lär du säkert hitta något matnyttigt.

Fotosyntes & CO2
Växterna är s k fotoautotrofer, de använder solljus som sin energikälla för att syntetisera kolhydrater, fetter, proteiner och andra organiska substanser. Det enda som krävs är koldioxid från luften, vatten och mineraler från jorden. Människan och alla övriga heterotrofer är helt beroende av fotoautotroferna, både för föda och syreproduktion — en biprodukt vid fotosyntesen.

Det är i kloroplasterna som fotosyntesen äger rum, dessa linsformade organeller som endast är några  m stora är nödvändiga för vår överlevnad. Alla gröna delar hos en planta innehåller kloroplaster, men det är i bladen som fotosyntesen sker. Det finns upp till en halv miljon kloroplaster per mm2 lövyta. Klorofyll är det gröna pigment som finns inne i kloroplasterna och det är klorofyllet som absorberar ljusenergin som driver fotosyntesen. Koldioxid, syrgas och vatten förs in i och ut ur bladen genom mikroskopiska porer, klyvöppningar även kallade stoma. Fotosyntesen kan sammanfattas i följande formel:

6CO2 + 12H2O + Ljusenergi; C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

12 vattenmolekyler går åt i processen, samtidigt som 6 vattenmolekyler nybildas. Därför används ofta en förenklad formel. Syret som avges har kloroplasterna brutit loss från vattenmolekylerna, inte från koldioxiden som man skulle kunna tro. Hälften av vätet som frigörs byggs in i sockermolekylen, resten nybildar vattenmolekyler.

Fotosyntesen består av två delreaktioner, bägge med multipla steg. Reaktionerna kallas ljusreaktionen och Calvincykeln (eller mörkerreaktionen, fast den även sker i solljus). I ljusreaktionen omvandlas solenergi till kemisk energi, i form av ATP och NADPH, här avges också det fria syret. I Calvincykeln inkorporeras koldioxiden och sockret tillverkas (växtens mål), men det skulle inte kunna ske utan hjälp av den kemiska energin som tillverkas i ljusreaktionen.

C3-växter
I de flesta växter sker den initiella koldioxidfixeringen via rubisco (även kallat RuBP-karboxylas), ett enzym i Calvincykeln som binder koldioxiden till ribulosbisfosfat, RuBP. Dessa växter kallas C3-växter eftersom den första organiska produkten vid fixeringen är en 3-kolförening, 3-fosfoglycerat. Dessa växter producerar mindre näring när klyvöppningarna är stängda under varma, torra dagar, då de inte kan ta in någon koldioxid. Solljus orsakar klyvöppningarna att öppna sig, eftersom slutarcellerna runt öppningarna innehåller klorofyll, något som övriga epidermisceller inte har. På morgonen när slutarcellerna börjar assimilera bildas det socker i dem, de suger då till sig vatten från närliggande celler och öppnar klyvöppningarna. Dessa sluter sig dock när saftspänningen i slutarcellerna sjunker p g a vattenbrist.

Rubisco kan dessutom acceptera syrgas istället för koldioxid. När syrgaskoncentrationen i bladen blir större än koldioxidkoncentrationen inkorporerar rubisco syret i Calvincykeln. När så är fallet uppstår fotorespiration, genom denna andning frigörs den kemiska energi som finns buden i organiska ämnen i växten. Dessutom avges vatten och koldioxid till omgivningen, d v s samma ämne som binds vid fotosyntesen. Fotorespirationen utgör m a o en ren förlustpost i fotosyntesen, ett obegripligt slöseri med material och energi. I motsats till vanlig cellandning produceras ingen ATP och organiska material förs ut från Calvincykeln. När respirationen sker i snabbare takt än fotosyntesen förbrukas mer assimilationsprodukter än vad växten producerar. Den måste då använda sig av sitt förråd, sin växtbiomassa.

Det finns en hypotes som säger att fotorespirationen är en rest från den tidiga evolutionen hos växterna, när atmosfären bestod av mer koldioxid än syrgas. Då skulle rubisco´s oförmåga att utesluta syrgas från Calvincykeln inte ha spelat någon roll.

C4-växter
Vissa växter har utvecklat alternativa sätt att fixera koldioxiden så att fotorespirationen minimeras. Vid C4-fotosyntes fixeras koldioxiden före Calvincykeln. Växterna har två typer av fotosyntetiska celler: bundle-sheath celler och mesofyllceller. I mesofyllcellerna binds koldioxiden, med hjälp av enzymet PEP-karboxylas, vid fosfoenolpyrodruvsyra, PEP, så att oxalättiksyra (en 4-kolförening) bildas. Denna omvandlas sedan till malat som överlämnar koldioxiden till ribulosbisfosfatet (RuBP) i bundle-sheath cellerna, där Calvincykeln äger rum. Malatet övergår till pyrodruvsyra och omvandlas med hjälp av ATP till PEP för att hålla igång processen.

I jämförelse med rubisco har PEP-karboxylas en mycket högre affinitet för koldioxid och kan fixera denna i förhållanden när rubisco inte kan göra det, t ex när det är varmt och klyvöppningarna delvis är slutna. Denna metod ser också till att ingen eller lite syrgas blir åtkomlig för rubisco. Fotorespirationen blir minimal och sockerproduktionen maximeras, de betalar dock med en högre ATP-förbrukning.

CAM-växter

Suckulenterna, däribland många kaktusarter, intar en intressant särställning beträffande gasutbytet. De öppnar sina stoma (klyvöppningar) under natten och håller dem stängda under dagen. Detta hjälper dem att konservera vatten men hindrar också koldioxidupptaget. Det är alltså nattetid som dessa växter fixerar koldioxid, med hjälp av PEP-karboxylas. När de andas under natten släpper de inte ut den bildade koldioxiden utan binder den som karboxylgrupper i äppelsyra. Smakar man på bladen hos växterna känner man att de är mycket surare och syrligare på morgonen än på kvällen, detta beror på anrikningen av äppelsyra som sker under natten.

På dagen när ljusreaktionerna tillverkar ATP och NADPH för att driva Calvincykeln, frigörs koldioxiden och kan direkt användas för fotosyntetisk produktion av kolhydrater. Denna metod för koldioxidfixering kallas crassulacean acid metabolism, CAM, efter växtfamiljen Crassulaceae, de suckulenter där processen först upptäcktes.

C4- och CAM-fotosyntes är två evolutionära lösningar på problemet att upprätthålla fotosyntesen under varma och torra dagar. Båda karakteriseras av att det primära upptaget av koldioxid fixeras med organiska syror, följt av transport till Calvincykeln. Skillnaden är att hos C4-växter sker detta i två olika celltyper och hos CAM-växter sker stegen i samma celltyp men vid skilda tidpunkter.