Die Photosynthese ist einer der bemerkenswertesten biochemischen Prozesse auf der Erde und ermöglicht es Pflanzen, Sonnenlicht zu nutzen, um aus Wasser und Kohlendioxid Nahrung herzustellen. Einfache Experimente von Wissenschaftlern zeigen, dass die Photosyntheserate entscheidend von Variablen wie Temperatur, pH-Wert und Lichtintensität abhängt. Die Photosyntheserate wird normalerweise indirekt gemessen, indem die von Pflanzen freigesetzte Kohlendioxidmenge erfasst wird.
Wie die Photosynthese funktioniert
Die Photosynthese definiert den Prozess, durch den Pflanzen und einige Bakterien Glukose herstellen. Wissenschaftler fassen den Prozess wie folgt zusammen: Verwendung von Sonnenlicht, Kohlendioxid + Wasser = Glukose + Sauerstoff. Der Prozess findet in speziellen Strukturen statt, die Chloroplasten genannt werden und sich in den Zellen der Blätter befinden. Optimale Photosyntheseraten führen dazu, dass größere Mengen Kohlendioxid aus der lokalen Atmosphäre entfernt werden, wodurch größere Mengen an Glukose produziert werden. Da der Glukosespiegel in Pflanzen schwer zu messen ist, verwenden Wissenschaftler die Menge an Kohlendioxid, die aufgenommen oder freigesetzt wird, um die Photosyntheserate zu messen. In der Nacht zum Beispiel oder wenn die Bedingungen nicht optimal sind, setzen Pflanzen Kohlendioxid frei. Die maximalen Photosyntheseraten variieren je nach Pflanzenart, aber Pflanzen wie Mais können Kohlendioxid erzeugen Assimilationsraten von bis zu 0,075 Unzen pro Kubikfuß pro Stunde oder 100 Milligramm pro Dezimeter pro Stunde. Um ein optimales Wachstum einiger Pflanzen zu erreichen, halten Landwirte sie in Gewächshäusern, die Bedingungen wie Feuchtigkeit und Temperatur regulieren. Es gibt drei Temperaturbereiche, über die sich die Photosyntheserate ändert.
Niedrige Temperatur
Enzyme sind Proteinmoleküle, die von lebenden Organismen verwendet werden, um biochemische Reaktionen durchzuführen. Die Proteine werden in eine ganz bestimmte Form gefaltet und können dadurch effizient an die interessierenden Moleküle binden. Bei niedrigen Temperaturen zwischen 0 und 10 Grad Celsius arbeiten die Enzyme, die die Photosynthese durchführen, nicht effizient, und dies verringert die Photosyntheserate. Dies führt zu einer Abnahme der Glukoseproduktion und führt zu einem verkümmerten Wachstum. Bei Pflanzen in einem Gewächshaus verhindert die Installation einer Gewächshausheizung und eines Thermostats dies.
Mittlere Temperaturen
Bei mittleren Temperaturen zwischen 50 und 68 Grad Fahrenheit oder 10 und 20 Grad Celsius arbeiten die photosynthetischen Enzyme auf ihrem optimalen Niveau, sodass die Photosyntheserate hoch ist. Stellen Sie den Gewächshausthermostat je nach Pflanze auf eine Temperatur innerhalb dieses Bereichs ein, um beste Ergebnisse zu erzielen. Bei diesen optimalen Temperaturen wird der limitierende Faktor die Diffusion von Kohlendioxid in die Blätter.
Hohe Temperaturen
Bei Temperaturen über 68 Grad Fahrenheit oder 20 Grad Celsius nimmt die Photosyntheserate ab, da die Enzyme bei dieser Temperatur nicht so effizient arbeiten. Dies trotz der Zunahme der Kohlendioxiddiffusion in die Blätter. Bei einer Temperatur über 40 Grad Celsius verlieren die Enzyme, die die Photosynthese durchführen, ihre Form und Funktionalität, und die Photosyntheserate nimmt rapide ab. Der Graph der Photosyntheserate gegen die Temperatur zeigt ein gekrümmtes Aussehen, wobei die Spitzenrate nahe der Raumtemperatur auftritt. Ein Gewächshaus oder Garten, der optimales Licht und Wasser bietet, aber zu heiß wird, produziert weniger kräftig.