Yhteyttäminen ja hengitys

Yhteyttäminen eli fotosynteesi on välttämätön kaikelle elämälle maapallolla.

Ruokatieto, kasvin biologia

Yhteyttämisessä valon energia muuttuu kemialliseksi energiaksi, jota eläimet voivat käyttää ravintona. Fotosynteesin tuloksena muodostuu happea ja sokeria. Eläimet ja ihmiset elävät kasvien yhteyttämisessä tuottaman ravinnon varassa.

Yhteyttämisessä syntyy sokeria ja happea

Vain vihreät kasvit ja vihreät levät voivat yhteyttää, koska reaktioon tarvitaan lehtivihreää eli klorofylliä. Lehtivihreää on kasvin kaikissa vihreissä osissa. Lehtivihreää ei yleensä muodostu, jos kasveja kasvatetaan pimeässä.

Yhteyttämisessä auringon säteilyenergian avulla hiilidioksidi ja vesi muuttuvat sokeriksi ja hapeksi.

Vedestä (H2O) kasvi ottaa yhteyttämiseen tarvitsemansa vedyn (H) ja vapauttaa ilmaan happea (O). Tämä tapahtuu ns. valoreaktiossa.

Hiilen (C) kasvi ottaa ilman hiilidioksidista. Hiilidioksidi pelkistyy sokeriksi (glukoosi) valoreaktion tuotteiden avulla ns. pimeäreaktiossa.

Fotosynteesin kaava:
6 CO2 + 6 H2O C6H12O6 + 6 O2

Hengitys vapauttaa energiaa

Sokerista syntyy kasvien aineenvaihdunnassa muita ravintoaineita ja energiaa. Soluhengityksessä kasvit vapauttavat sokerin sisältämää energiaa. Tätä energiaa ne käyttävät omiin elintoimintoihinsa: kasvuun, liikkeisiin, hengitykseen ja uusien yhdisteiden valmistukseen. Kasvien hengitys vastaa ihmisen ravinnon käyttöä. Ihminenkin hengittää happea, jonka avulla solut vapauttavat ruuan sisältämän energian. Uloshengityksessä ilmaan tulee vettä ja hiilidioksidia.

Hengityksen kaava
C6H12O6 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O + energiaa

Kasvien hengityksessä sokerin sisältämästä energiasta noin 40 % sitoutuu yhdisteisiin, joista kasvi saa helposti energiaa käyttöönsä. Loput 60 % energiasta vapautuu lämpönä. Kun hengitys on vähäisempää kuin yhteyttäminen, osa sokerista varastoituu ja kasvi kasvaa.


Sokeri vararavinnoksi juuriin, mukuloihin, siemeniin

Ylimääräisen glukoosin kasvi varastoi yleensä tärkkelyksenä, mutta myös öljyinä, rasvoina ja proteiineina. Hyötykasvit ryhmitellään sen mukaan, missä muodossa kasvi yhteyttämistuotteet varastoi:

  • tärkkelyskasvit, kuten viljat ja peruna
  • sokerikasvit, kuten sokerijuurikas ja sokeriruoko
  • öljykasvit, kuten rypsi ja auringonkukka
  • palkokasvit, kuten pähkinät, pavut ja herneet (näissä on paljon proteiinia, koska palkokasvien juurissa elää typpibakteereja, jotka tehostavat kasvin typpiravinnon saantia).

Yksivuotiset kasvit säilövät aineita siemeniin ja hedelmiin, mutta kaksi- ja monivuotiset kasvit myös maavarsiin, juuriin, mukuloihin, runkoon ja silmuihin. Esimerkiksi juurekset varastoivat tärkkelystä juureen, peruna maanalaisiin varsiin ja viljat siemeniin eli jyviin.

Ruokatieto, kasvin biologia

Hiilidioksidin (CO2) määrän kasvu nopeuttaa yhteyttämistä

Ilman hiilidioksidipitoisuus on noin 0,03 %. Hiilidioksidipitoisuuden noustessa 3 - 4 -kertaiseksi eli noin 0,1 prosenttiin, yhteyttäminen nopeutuu. Yhteyttävät kasvit sitovat runsaasti hiilidioksidia (CO2 ).

Esimerkiksi hehtaarin suuruinen kasvava ruispelto sitoo noin 200 kg hiilidioksidia päivässä, mikä vastaa noin 35 metrin korkuisen ilmamäärän hiilidioksidia. Peltokasveille tehdyssä kokeessa satoi kasvoi 30 - 50 %, kun hiilidioksidipitoisuus oli kaksinkertainen ja vuorokauden keskilämpötila oli + 22 astetta.

Sopivin lämpötila on 20 - 30° C

Lämpötila voi rajoittaa yhteyttämistä vain voimakkaassa valossa. Jos kasvilla on riittävästi valoa ja hiilidioksidia, ilman lämpeneminen voi parantaa yhteyttämistä. Paras lämpötila vaihtelee kasvilajeittain, mutta keskimäärin se on 20 - 30° C.

Veden puute sulkee ilmaraot

Jos kasvi kärsii kuivuudesta, se vähentää myös yhteyttämistä. Säästääkseen vettä kasvi sulkee lehtiensä ilmaraot. Näin vesi ei pääse haihtumaan kasvista ilmaan.

Toisaalta kun ilmaraot ovat suljettuina, ilmarakojen kautta ei hiilidiksidi pääse kasviin. Näin yhteyttäminen estyy, koska hiilidioksidi on välttämätön yhteyttämiselle. Lämpimällä ilmalla kasvit kuluttavat luonnollisesti enemmän vettä kuin viileällä säällä. Lisäksi tuuli lisää veden haihduntaa. Liiallinen märkyys taas aiheuttaa sen, että juuret tukahtuvat, koska eivät saa riittävästi happea.

Hapen väheneminen lisää yhteyttämistä

Jos happipitoisuutta alennetaan, yhteyttäminen yleensä lisääntyy. Esimerkiksi vehnän yhteyttäminen lisääntyy noin 30 - 50 % ilmassa, jossa happea on vain 0,5 %. Normaalisti ilmakehän happipitoisuus on noin 21 %, mitä kasvit yhteyttämisellään ylläpitävät.

Sininen ja punainen valo tehokkaimmat

Yhteyttämiseen vaikuttavat ainoastaan näkyvän valon aallonpituudet. Tehokkaimmat valon aallonpituudet ovat sinisen ja punaisen valon alueilla. Kasvien lehtien pinnasta heijastuu noin 10 % siihen tulevasta valosta ja toiset 10 % kulkee lehden lävitse. Valon voimistuminen lisää yleensä yhteyttämistä, mutta liiallinen valo voi olla haitallista. Punaista valoa on luonnossa eniten aamulla ja illalla, mikä edistää siementen itämistä. Sininen valo kohdistuu kasvien latvaosiin kun taas kaukopunainen valo kohdistuu aluskasvillisuuteen.

Eri tekijöiden vaikutus yhteyttämiseen ja hengitykseen
Tekijät Yhteyttäminen Hengitys
Lehtivihreä Lehtivihreä välttämätön, vain vihreät kasvisolut yhteyttävät. Lehtivihreä ei välttämätön, kaikki elävät solut voivat hengittää.
Valo Yhteyttäminen tarvitsee ehdottomasti valoa. Hengitys tapahtuu sekä pimeässä että valossa.
Lähtöaineet Hiilidioksidi (CO2) ja vesi (H2O). Happi (O2) ja ravinto (hiilihydraatit, rasvat tms.).
Lämpötila Lämpötilan nousu lisää yhteyttämistä vain voimakkaassa valossa. Lämpötilan nousu lisää hengitystä.
Happi Happipitoisuuden pieneneminen lisää yhteyttämistä. Normaali happipitoisuus hyvä. Juuret saattavat kärsiä hapen puutteesta.
Energia Valon energia sitoutuu eloperäisiin yhdisteisiin. Eloperäisten yhdisteiden energia vapautuu.
Tuotteet Hiilihydraatit ym. muut eloperäiset aineet sekä happi (O2). Hiilidioksidi (CO2) ja vesi (H2O).