ფოტოსინთეზი და მცენარის სუნთქვა

ფოტოსინთეზი მწვანე მცენარეების უმნიშვნელოვანესი სასიცოცხლო ფუნქციაა, რომლის შედეგიც ორგანული ნაერთების პირველადი სინთეზია. ფოტოსინთეზის წარმართვისათვის ერთდროულად აუცილებელია სინათლის წყარო, სითბო, წყალი, ნახშირორჟანგი (ჰაერიდან) და საკვები ელემენტები (ნიადაგიდან). ფოტოსინთეზის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ მზის სხივების ენერგიის მოქმედებით, რომელიც შთაინთქმება ფოთლის ქლოროპლასტების მიერ, წყალი იშლება. აამ დროს წარმოიქმნება თავისუფალი ჟანგბადი, რომელიც გამოიყოფა გარე სამყაროში, ხოლო წყალბადი უერთდება ნახშირორჟანგს, აღადგენს მას და შედეგად წარმოიქმნება ორგანული ნაერთები: ნახშირწყლები, ცილები, მჟავები, ვიტამინები, ფიტოჰორმონები და ა.შ. ფოტოსინთეზი რთული, მრავალსაფეხურიანი პროცესია, რომელიც მიმდინარეობს მრავალრიცხოვანი ფერმენტების მონაწილეობით.

ორგანულ ნივთიერებათა წარმოქმნასთან ერთად მცენარეში მიმდინარეობს საპირისპირო პროცესი _ სუნთქვა. დსუნთქვას თან სდევს ორგანული ნივთიერებების ხარჯვა, რომელიც სჭირდება მცენარეს ნიადაგიდან წყლისა და საკვები ელემენტების ასათვისებლად და ფოთლებისთვის მისაწოდებლად, ზრდის პროცესის და სხვა სასიცოცხლო ფუნქციების უზრუნველსაყოფად. სუნთქვის დროს მცენარეები შთანთქავენ ჟანგბადს და გამოყოფენ ნახირორჟანგს.

მცენარეთა ფოთლები შთანთქავენ ფოტოსინთეზურად აქტიური სხივების 80-85%ს, 80-710 ნმ სიგრძის ტალღებით. მზის სპექტრის ამ ნაწილს ეწოდება ფოტოსინთეზურად აქტიური რადიაცია (ფარ). სხივები კარგად შთაინთქმება ქლოროპლასტების მწვანე პიგმენტით _ ქლოროფილით და გვევლინება ფოტოსინთეზის ენერგეტიკულ საფუძვლად, თუმცა ფიტოსინთეზზე იხარჯება შთანთქმული ენერგიის (ფარ) არაუმეტეს 1,5-3%-სა. მცენარეებში ფოტოსინთეზი იწყება ძალზე მცირე განათების პირობებში, განათების მატებასთან ერთად იგი თანდათან ძლიერდება. სინათლის ნაკლებობის დროს, სუნთქვა აჭარბებს ფოტოსინთეზს, ორგანული ნივთიერებები აღარ გროვდება და პირიქით იხარჯება.

მსგავს მოვლენებს ადგილი აქვს ძლიერ ჩახშირებულ ნათესებსა და ნარგავებში. სინათლის ინტენსივობა და სპექტრის შემადგენლობა, განათების ხანგრძლივობა მოქმედებს არა მარტო ფოტოსინთეზზე, არამედ მცენარეთა ზრდა-განვითარების ტემპზეც. ამცირებენ ან ახანგრძლივებენ დათესვიდან მცენარეთა ყვავილობისა და მოსავლის აღებამდე პერიოდს.

ნათესებში სინათლის პირობების რეგულირება შეიძლება თესვის ვადებით, თესვის სიხშირით, შერეული შეთესვით და სხვა აგროღონისძიებებით. სასოფლო-სამეურნეო მცენარეთათვის ფოტოსინთეზის დასაწყებად მინიმალური ტემპერატურა 0-5°C. ყველაზე ხელსაყრელი ოპტიმალური ტემპერატურა, რომლის დროსაც ფოტოსინთეზის ინტენსივობა  მაქსიმუმს აღწევს, სხვადასხვა მცენარეთათვის  20-30°C ფარგლებში მერყეობს. ტემპერატურის შემდგომი მატება იწვევს ფოტოსინთეზის ინტენსივობის შემცირებას, ხოლო 40-45°C-ზე პროცესი საერთოდ წყდება.

ყოველი ცოცხალი ორგანიზმის სუნთქვის არსი ერთნაირია, მაგრამ ცხოველთა სუნთქვა უფრო ინტენსიურია, ვიდრე მცენარის. სუნთქვის ინტენსივობაზე დიდ გავლენას ახდენს შინაგანი და გარეგანი ფაქტორები. სხვადასხვა მცენარის სუნთქვის ინტენსივობა ერთმანეთისგან განსხვავებულია. უმდაბლესი მცენარეები სუნთქვის დიდი ინტენსივობით გამოირჩევა, განსაკუთრებით ობის სოკოები.

დიდი ენერგიით სუნთქავენ მცენარის სწრაფად მზარდი ორგანოები, გაღივებადი თესლები, ნორჩი კვირტები, ფოთლები, წვნიანი ნაყოფი.

ასაკთან ერთად სუნთქვის ინტენსივობა მკვეთრად ეცემა.

მცენარის ზრდადასრულებულ ნაწილებში (გახევებულ ღეროებში, ძველ ფესვებში, მშრალ ნაყოფებსა და თესლებში) სუნთქვა სუსტია და ზოგჯერ სრულიად შეუმჩნეველი. მაგალითად, მშრალი თესლი სუნთქვაზე წელიწადში მშრალი ნივთიერების მხოლოდ 3-4%-ს ხარჯავს.

გარეგანი პირობებიდან სუნთქვის პროცესზე მნიშვნელოვან გავლენას ახდენს ჰაერის ტემპერატურა. ფოტოსინთეზისგან განსხვავებით, მცენარეები გაცილებით დაბალი ტემპერტურის პირობებშიც სუნთქავენ. 0°C-ზე დაბალ ტემპერატურაზე მცენარის სუნთქვა ჩვეულებრივ ჩერდება, თუმცა მღიერები მინუს 10°C-ზე, ხოლო წიწვოვნები კი მინუს 20°C-ზეც განაგრძობენ სუნთქვას.

ტემპერატურის მატებასთან ერთად  სუნთქვის ინტენსივობაც იზრდება. ტემპერატურის ყოველი 10°C-ის მომატებით, სუნთქვის ინტენსივობა დაახლოებით ორჯერ იზრდება. მცენარეთა უმეტესობისათვის, სუნთქვის მაქსიმალური ინტენსივობა შეინიშნება 35-40°C ანუ 5-10°C–ზე მაღლა, ვიდრე ფოტოსინთეზის დროს.

მაღალ ტემპერატურაზე მცენარე კარგავს ნახშირწყლების მარაგს და მასში ე.წ. ცილოვანი სუნთქვა იწყება, რამაც მცენარის დასუსტება და მოსავლიანობის შემცირება შეიძლება გამოიწვიოს. სუნთქვის მაქსიმალური ტემპერატურა 45-50°C-ია, შემდეგ მცენარის ცილები განიცდიან დენატურაციას. სუნთქვის ენერგიაზე მოქმედებს სინათლეც. მწვანე მცენარეები სინათლეზე გაძლიერებულად სუნთქავენ, არამწვანეები კი პირიქით, სუნთქვას აჩერებენ.

სუნთქვისთვის მეტად დიდი მნიშვნელობა აქვს წყალს. მშრალ თესლში, რომლის ტენიანობა 10%-მდეა, სუნთქვა ოდნავაა შესამჩნევი. ტენიანობის 15 %-მდე მომატების დროს სუნთქვის ენერგია 3-4-ჯერ იზრდება, 33%-მდე ტენიანობის დროს კი თესლების გაჯირჯვება იწყება და სუნთქვის ინტენსივობა უმაღლეს ზღვარს აღწევს.

მცენარის სუნთქვისთვის აუცილებელი პირობაა ჰაერის ჟანგბადის არსებობა. ჟანგბადის ნაკლებობა სუნთქვის ინტენსივობას ამცირებს, ამცირებს აგრეთვე მცენარეში მინერალურ ნივთიერებებთან ხსნარების შეწოვას, რაც გავლენას ახდენს მცენარეთა ზრდა-განვითარებაზე. ჟანგბადის ნაკლებობის დროს, ნორმალური სუნთქვის (აერობულის) ნაცვლად, უჟანგბადო სუნთქვის პროცესი (ანაერობული) იწყება. ასეთი სუნთქვა აქვს ზოგიერთ უმდაბლეს და უმაღლეს მცენარეს, რომლებიც ჟანგბადს დროებით მოკლებულნი არიან. მრავალი მცენარის ღივი უჰაეროდ, დღე-ღამეს და მეტსაც ძლებს. ჭაობის მცენარეებში სუნთქვის ანაერობულ წესს კიდევ უფრო დიდი მნიშვნელობა აქვს.

ილია მჭედლიძე, სმმ დოქოტორი