بدأت أبحاث التمثيل الضوئي منذ حوالي 300 سنة ، حيث أجرى الطبيب البلجيكي والكيميائي يناير بابتيستا فان هيلمونت العديد من التجارب ذات الصلة بالتمثيل الضوئي ، وفي وقت لاحق ، وجدت تجارب أخرى علي النباتات حيث يمتص من الهواء ثاني أكسيد الكربون من خلال أوراقها ، وكانت جميع هذه التجارب هي الجهود الأولية التي مهدت الطريق لمزيد من اكتشاف ظاهرة التمثيل الضوئي .

حيث كشفت ان عملية التمثيل الضوئي تتم من خلال النباتات الخضراء وهي قادرة على أمتصاص المواد الغذائية التي تبدأ بسلسلة لتغذية جميع الكائنات الحية .

والتمثيل الضوئي هي العملية التي تتم من خلال الخلايا النباتية لتحويل

الطاقة الشمسية

والطاقة الكيميائية إلى الأكسجين والجلوكوز ، والأكسجين هو واحد من أهم العناصر للحياة ، ويتم تخزين الجلوكوز في شكل نشا ويستخدم كغذاء للكائنات الحية .

حيث أن جزء من المصنع يأخذ الضوء من مكان مرتفع بكثافة إلي الورقة ، ثم تتناول الورقة من قبل البشرة التي توفر لها الحماية ، حيث أن هناك خلايا على الوجه الخلفي للورقة ، أو السفلي ، ومن خلال الثغور ، تتلقى carbondiocsit، والطاقة الكيميائية والطاقة الشمسية إلى ورقة .

وهناك خلايا تحت البشرة تسمى السور حمة التي تحتوي على الكثير من البلاستيدات الخضراء التي تحتوي على حزم الكلوروفيل ، ويتكون الضلع المركزي من السفن الخشبية ، التي تنقل المياه والمعادن ، والسكر نتاج عملية التمثيل الضوئي ، لتصل إلى جميع أجزاء النبات .

العوامل التالية ضرورية لأداء عملية التمثيل الضوئي :

أشعة الشمس:

تحتاج النباتات إلى الضوء لأداء عملية التمثيل الضوئي القادم من أشعة الشمس .

الكلوروفيل :

الكلوروفيل

هو الصبغة الخضراء التي يتم العثور عليها في البلاستيدات الخضراء من الأوراق الحمة . الكلوروفيل هو العنصر الضروري لامتصاص الأشعة الضوئية ، وتحويلها إلى طاقة ، والمصنع دون الكلوروفيل سيكون غير قادر على إنتاج المواد الغذائية وسيكون بحاجة إلى أن يعيش كطفيلي أو رمامة .

ويتم الحصول على الأملاح المعدنية والماء من خلال جذور الشعر المتصله بالنبات ، وتستخدم هذه المعادن ، في تشكيل الكلوروفيل كمادة خام لتشكيل السكريات ، والتي هي من المنتجات الأساسية لعملية التمثيل الضوئي .

ويتم الحصول على غاز ثاني أكسيد الكربون من قبل النباتات من الهواء عن طريق عملية الانتشار من خلال أغشية الخلايا الورقية حيث يشارك ثاني أكسيد الكربون مباشرة في تكوين الجلوكوز .

الطاقة:

والنباتات تحتاج إلى الطاقة لتنفيذ تفاعلات التمثيل الضوئي ، وتتم الطاقة عن طريق جزيئات تسمى إقبال الطاقة .

الإنزيمات:

الإنزيمات هي مواد عضوية التي من شأنها تعمل على تسريع التفاعلات الكيميائية في التمثيل الضوئي .

وتنقسم ردود الفعل الضوئي إلى مرحلتين :

المرحلة الخفيفة

المرحلة المظلمة ” الكيميائية”

وتنطوي هذه العملية على المرحلة الخفيفة لجزيئات الماء بسبب الضوء والكلوروفيل ، لتشكل الأكسجين والهيدروجين . وبالتالي يتشكل الأكسجين ليخرج وليتم تحريره من قبل المصنع ، لتأتي ردود فعل الهيدروجين وليدخل في المرحلة المقبلة .

المرحلة المظلمة أو الضوء الكيميائي هي المرحلة التي ليست بالضروري أن تقوم بشكل مباشر . فقد يتفاعل ثاني أكسيد الكربون من الجو مع المواد الكيميائية الأخرى الموجودة في البلاستيدات الخضراء ، مثل ريبولوز ، لتشكيل الجلوكوز ، ويتم كل ذلك مع مساعدة الإنزيمات في سلسلة معقدة من التفاعلات .

ولم يتم تنفيذ البناء الضوئي الدائم بنفس الشدة ، فهناك بعض العوامل التي يمكن أن تتجاوز أو تتم بالتعجيل ، وهناك العوامل التي تؤثر على وظيفة التمثيل الضوئي للنباتات ، وهي :

شدة الإضاءة

درجة الحرارة

مدى تركيز ثاني أكسيد الكربون علي الغلاف الجوي

والأنزيمات المشاركة في عملية التمثيل الضوئي هي العطوب الحرارية ” التي توقفت عن العمل في درجات حرارة عالية” ، بحيث تصل إلى درجات الحرارة فوق 40 درجة مئوية ليختفي البناء الضوئي .

ثاني أكسيد الكربون هو المادة الخام التي تقوم على تشكيل

الجلوكوز

، وبالتالي ، يجب أن تكون بتركيزات مناسبة في الغلاف الجوي .

المواد المصنعة من قبل الخضروات الخضراء تستهلك جزئيا لأداء الوظائف الحيوية ، بينما يتم تخزين الأجزاء المتبقية في الأجزاء المختلفة من النباتات وتستخدم التغذية في الكائنات الحية الأخرى .

وبالإضافة إلى ذلك ، فإن خلال عملية التمثيل الضوئي يتم إطلاق الأكسجين في الغلاف الجوي ، وهذا عنصر ضروري للتنفس .