تأثير درجة الحرارة على معدل التمثيل الضوئي

يعد التمثيل الضوئي أحد أكثر العمليات الكيميائية الحيوية بروزًا الموجودة على الأرض ويسمح للنباتات باستخدام ضوء الشمس لإنتاج الغذاء من الماء وثاني أكسيد الكربون. أظهرت التجارب البسيطة التي أجراها العلماء أن معدل التمثيل الضوئي يعتمد بشكل حاسم على متغيرات مثل درجة الحرارة ودرجة الحموضة وشدة الضوء. عادة ما يتم قياس معدل التمثيل الضوئي بشكل غير مباشر عن طريق الكشف عن كمية ثاني أكسيد الكربون التي تطلقها النباتات.

يحدد التمثيل الضوئي العملية التي تقوم بها النباتات وبعض البكتيريا بتصنيع الجلوكوز. يلخص العلماء العملية على النحو التالي: استخدام ضوء الشمس ، وثاني أكسيد الكربون + الماء = الجلوكوز + الأكسجين. تحدث العملية داخل هياكل خاصة تسمى البلاستيدات الخضراء الموجودة في خلايا الأوراق. تؤدي معدلات التمثيل الضوئي المثلى إلى إزالة كميات أكبر من ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي المحلي ، مما ينتج عنه كميات أكبر من الجلوكوز. نظرًا لصعوبة قياس مستويات الجلوكوز داخل النباتات ، يستخدم العلماء كمية امتصاص ثاني أكسيد الكربون أو إطلاقه كوسيلة لقياس معدلات التمثيل الضوئي. أثناء الليل ، على سبيل المثال ، أو عندما لا تكون الظروف مواتية ، تطلق النباتات ثاني أكسيد الكربون. تختلف معدلات التمثيل الضوئي القصوى بين الأنواع النباتية ، لكن المحاصيل مثل الذرة يمكن أن تحقق ثاني أكسيد الكربون معدلات الاستيعاب تصل إلى 0.075 أونصة لكل قدم مكعبة في الساعة ، أو 100 ملليغرام لكل ديسيمتر في الساعة. لتحقيق النمو الأمثل لبعض النباتات ، يحتفظ بها المزارعون في بيوت بلاستيكية تنظم ظروفًا مثل الرطوبة ودرجة الحرارة. هناك ثلاثة أنظمة لدرجة الحرارة يتغير فيها معدل التمثيل الضوئي.

الإنزيمات هي جزيئات بروتينية تستخدمها الكائنات الحية لإجراء تفاعلات كيميائية حيوية. يتم طي البروتينات في شكل خاص للغاية ، وهذا يسمح لها بالارتباط بكفاءة مع الجزيئات ذات الأهمية. في درجات حرارة منخفضة ، بين 32 و 50 درجة فهرنهايت - 0 و 10 درجات مئوية - لا تعمل الإنزيمات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي بكفاءة ، وهذا يقلل من معدل التمثيل الضوئي. هذا يؤدي إلى انخفاض في إنتاج الجلوكوز وسوف يؤدي إلى توقف النمو. بالنسبة للنباتات داخل الدفيئة ، فإن تركيب سخان الدفيئة وترموستات يمنع حدوث ذلك.

في درجات حرارة متوسطة ، بين 50 و 68 درجة فهرنهايت ، أو 10 و 20 درجة مئوية ، تعمل إنزيمات التمثيل الضوئي بمستوياتها المثلى ، لذا فإن معدلات التمثيل الضوئي تقيس ارتفاعًا. اعتمادًا على النبات المعين المعني ، اضبط ترموستات الدفيئة على درجة حرارة ضمن هذا النطاق للحصول على أفضل النتائج. في درجات الحرارة المثلى هذه ، يصبح العامل المحدد هو انتشار ثاني أكسيد الكربون في الأوراق.

عند درجات حرارة أعلى من 68 درجة فهرنهايت ، أو 20 درجة مئوية ، ينخفض ​​معدل التمثيل الضوئي لأن الإنزيمات لا تعمل بكفاءة عند درجة الحرارة هذه. هذا على الرغم من زيادة انتشار ثاني أكسيد الكربون في الأوراق. عند درجة حرارة أعلى من 104 درجة فهرنهايت - 40 درجة مئوية - تفقد الإنزيمات التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي شكلها ووظائفها ، وينخفض ​​معدل التمثيل الضوئي بسرعة. يمثل الرسم البياني لمعدل التمثيل الضوئي مقابل درجة الحرارة مظهرًا منحنيًا حيث يحدث معدل الذروة بالقرب من درجة حرارة الغرفة. الدفيئة أو الحديقة التي توفر الضوء والماء المثاليين ، ولكنها ساخنة جدًا ، تنتج بقوة أقل.