La fotosintesi è uno dei processi biochimici più notevoli trovati sulla Terra e consente alle piante di utilizzare la luce solare per produrre cibo da acqua e anidride carbonica. Semplici esperimenti condotti da scienziati mostrano che la velocità della fotosintesi dipende in modo critico da variabili come temperatura, pH e intensità della luce. Il tasso fotosintetico viene solitamente misurato indirettamente rilevando la quantità di anidride carbonica rilasciata dalle piante.
Come funziona la fotosintesi
La fotosintesi definisce il processo mediante il quale le piante e alcuni batteri producono il glucosio. Gli scienziati riassumono il processo come segue: utilizzando la luce solare, anidride carbonica + acqua = glucosio + ossigeno. Il processo avviene all'interno di speciali strutture chiamate cloroplasti situate nelle cellule delle foglie. Velocità fotosintetiche ottimali portano alla rimozione di maggiori quantità di anidride carbonica dall'atmosfera locale, producendo maggiori quantità di glucosio. Poiché i livelli di glucosio all'interno delle piante sono difficili da misurare, gli scienziati utilizzano la quantità di anidride carbonica assorbita o il suo rilascio come mezzo per misurare i tassi fotosintetici. Durante la notte, ad esempio, o quando le condizioni non sono ottimali, le piante rilasciano anidride carbonica. I tassi fotosintetici massimi variano tra le specie vegetali, ma colture come il mais possono raggiungere l'anidride carbonica tassi di assimilazione fino a 0,075 once per piede cubo all'ora, o 100 milligrammi per decimetro all'ora. Per ottenere una crescita ottimale di alcune piante, gli agricoltori le tengono in serre che regolano condizioni come umidità e temperatura. Ci sono tre regimi di temperatura oltre i quali cambia la velocità della fotosintesi.
Bassa temperatura
Gli enzimi sono molecole proteiche utilizzate dagli organismi viventi per effettuare reazioni biochimiche. Le proteine sono piegate in una forma molto particolare, e questo permette loro di legarsi efficacemente alle molecole di interesse. A basse temperature, tra 32 e 50 gradi Fahrenheit – 0 e 10 gradi Celsius – gli enzimi che svolgono la fotosintesi non funzionano in modo efficiente e questo diminuisce il tasso fotosintetico. Ciò porta a una diminuzione della produzione di glucosio e si tradurrà in una crescita stentata. Per le piante all'interno di una serra, l'installazione di un riscaldatore per serra e di un termostato impedisce che ciò accada.
Temperature medie
A temperature medie, tra 50 e 68 gradi Fahrenheit, o 10 e 20 gradi Celsius, gli enzimi fotosintetici lavorano ai loro livelli ottimali, quindi i tassi di fotosintesi sono alti. A seconda della particolare pianta in questione, impostare il termostato della serra su una temperatura all'interno di questo intervallo per ottenere i migliori risultati. A queste temperature ottimali, il fattore limitante diventa la diffusione dell'anidride carbonica nelle foglie.
Alte temperature
A temperature superiori a 68 gradi Fahrenheit, o 20 gradi Celsius, la velocità della fotosintesi diminuisce perché gli enzimi non funzionano in modo altrettanto efficiente a questa temperatura. Questo nonostante l'aumento della diffusione dell'anidride carbonica nelle foglie. A una temperatura superiore a 104 gradi Fahrenheit – 40 gradi Celsius – gli enzimi che svolgono la fotosintesi perdono forma e funzionalità e il tasso fotosintetico diminuisce rapidamente. Il grafico della velocità fotosintetica in funzione della temperatura presenta un aspetto curvo con la velocità di picco che si verifica vicino alla temperatura ambiente. Una serra o un giardino che fornisce luce e acqua ottimali, ma diventa troppo caldo, produce meno vigorosamente.
