השפעת הטמפרטורה על קצב הפוטוסינתזה

פוטוסינתזה היא אחד התהליכים הביוכימיים המדהימים ביותר שנמצאו על פני כדור הארץ ומאפשר לצמחים להשתמש באור השמש כדי לייצר מזון ממים ופחמן דו חמצני. ניסויים פשוטים שביצעו מדענים מראים כי קצב הפוטוסינתזה תלוי באופן קריטי במשתנים כמו טמפרטורה, pH ועוצמת האור. הקצב הפוטוסינתטי נמדד בדרך כלל בעקיפין על ידי גילוי כמות הפחמן הדו-חמצני שמשחררים הצמחים.

פוטוסינתזה מגדירה את התהליך שבו צמחים וחיידקים מסוימים מייצרים גלוקוז. מדענים מסכמים את התהליך באופן הבא: שימוש באור שמש, פחמן דו חמצני + מים = גלוקוז + חמצן. התהליך מתרחש במבנים מיוחדים הנקראים כלורופלסטים הנמצאים בתאי העלים. קצב פוטוסינתטי אופטימלי מוביל להסרת כמויות גדולות יותר של פחמן דו חמצני מהאטמוספירה המקומית, לייצור כמויות גדולות יותר של גלוקוז. מכיוון שקשה למדוד את רמות הגלוקוז בצמחים, מדענים משתמשים בכמות ההטמעה של פחמן דו חמצני או בשחרורו כאמצעי למדידת קצב פוטוסינתטי. במהלך הלילה, למשל, או כאשר התנאים אינם ראשוניים, צמחים משחררים פחמן דו חמצני. שיעורי פוטוסינתזה מרביים משתנים בין מיני צמחים, אך יבולים כמו תירס יכולים להשיג פחמן דו חמצני שיעורי הטמעה גבוהים ככל 0.075 אונקיה למטר מעוקב לשעה, או 100 מיליגרם לדצימטר לשעה. כדי להשיג צמיחה מיטבית של צמחים מסוימים, החקלאים שומרים אותם בחממות המווסתות תנאים כמו לחות וטמפרטורה. ישנם שלושה משטרי טמפרטורה שמהם משתנה קצב הפוטוסינתזה.

אנזימים הם מולקולות חלבון המשמשות אורגניזמים חיים לביצוע תגובות ביוכימיות. החלבונים מקופלים לצורה מסוימת מאוד, וזה מאפשר להם להיקשר ביעילות למולקולות המעניינות. בטמפרטורות נמוכות, בין 32 ל 50 מעלות פרנהייט - 0 עד 10 מעלות צלזיוס - האנזימים המבצעים פוטוסינתזה אינם פועלים ביעילות, וזה מקטין את הקצב הפוטוסינתטי. זה מוביל לירידה בייצור הגלוקוז ויביא לצמיחה מעוכבת. עבור צמחים בתוך חממה, התקנת תנור חממה ותרמוסטט מונעת זאת.

בטמפרטורות בינוניות, בין 50 ל -68 מעלות צלזיוס, או 10 עד 20 מעלות צלזיוס, האנזימים הפוטוסינתטיים פועלים ברמות האופטימליות שלהם, כך ששיעורי הפוטוסינתזה נמדדים גבוהים. בהתאם למפעל המסוים המדובר, הגדר את תרמוסטט החממה לטמפרטורה בטווח זה לקבלת התוצאות הטובות ביותר. בטמפרטורות אופטימליות אלה, הגורם המגביל הופך לדיפוזיה של פחמן דו חמצני לעלים.

בטמפרטורות מעל 68 מעלות פרנהייט, או 20 מעלות צלזיוס, קצב הפוטוסינתזה יורד מכיוון שהאנזימים אינם עובדים באותה יעילות בטמפרטורה זו. זאת למרות הגידול בדיפוזיה של פחמן דו חמצני לעלים. בטמפרטורה מעל 104 מעלות פרנהייט - 40 מעלות צלזיוס - האנזימים שמבצעים פוטוסינתזה מאבדים את צורתם ואת הפונקציונליות שלהם, והקצב הפוטוסינתטי יורד במהירות. הגרף של קצב פוטוסינתטי לעומת טמפרטורה מציג מראה מעוקל כאשר קצב השיא מתרחש קרוב לטמפרטורת החדר. חממה או גינה המספקים אור ומים אופטימליים, אך מתחממים מדי, מייצרים פחות נמרצות.