ტემპერატურის გავლენა ფოტოსინთეზის სიჩქარეზე

ფოტოსინთეზი ერთ – ერთი ყველაზე გამორჩეული ბიოქიმიური პროცესია, რომელიც დედამიწაზე გვხვდება და მცენარეებს საშუალებას აძლევს გამოიყენონ მზის სხივები წყლისა და ნახშირორჟანგის საკვების მისაღებად. მეცნიერების მიერ ჩატარებული მარტივი ექსპერიმენტები აჩვენებს, რომ ფოტოსინთეზის სიჩქარე კრიტიკულად არის დამოკიდებული ისეთ ცვლადებზე, როგორიცაა ტემპერატურა, pH და სინათლის ინტენსივობა. ჩვეულებრივ, ფოტოსინთეზის სიჩქარე იზომება არაპირდაპირი გზით, მცენარეთა მიერ გამოყოფილი ნახშირორჟანგის რაოდენობის დადგენის გზით.

ფოტოსინთეზი განსაზღვრავს პროცესს, რომლის დროსაც მცენარეები და ზოგიერთი ბაქტერია აწარმოებენ გლუკოზას. მეცნიერები ამ პროცესს შემდეგნაირად აჯამებენ: მზის, ნახშირორჟანგის + წყალი = გლუკოზა + ჟანგბადი. ეს პროცესი ხდება სპეციალურ სტრუქტურებში, სახელწოდებით ქლოროპლასტები, რომლებიც განლაგებულია ფოთლების უჯრედებში. ოპტიმალური ფოტოსინთეზის სიჩქარე იწვევს ადგილობრივი ატმოსფეროდან უფრო მეტი რაოდენობით ნახშირორჟანგის მოცილებას, უფრო მეტი რაოდენობით გლუკოზის წარმოქმნას. მას შემდეგ, რაც მცენარეებში გლუკოზის დონის გაზომვა რთულია, მეცნიერები იყენებენ ნახშირორჟანგის ასიმილაციის რაოდენობას ან მის გამოყოფას, როგორც ფოტოსინთეზის სიჩქარის გაზომვის საშუალებას. მაგალითად, ღამის განმავლობაში, ან როდესაც პირობები არ არის უმთავრესი, მცენარეები გამოყოფენ ნახშირორჟანგს. მაქსიმალური ფოტოსინთეზის მაჩვენებლები მცენარეთა სახეობებს შორის განსხვავებულია, მაგრამ ისეთი კულტურები, როგორიცაა სიმინდი, ნახშირორჟანგის მიღწევას შეძლებს ათვისების სიჩქარე მაქსიმუმ 0,075 უნცია საათში კუბურ ფუტზე, ან 100 მილიგრამი საათში დეციმეტრზე. ზოგიერთი მცენარის ოპტიმალური ზრდის მისაღწევად, ფერმერები ინახავენ მათ სათბურებში, რომლებიც არეგულირებენ ისეთ პირობებს, როგორიცაა ტენიანობა და ტემპერატურა. არსებობს სამი ტემპერატურული რეჟიმი, რომელთა დროსაც იცვლება ფოტოსინთეზის სიჩქარე.

ფერმენტები არის ცილის მოლეკულები, რომლებსაც ცოცხალი ორგანიზმები იყენებენ ბიოქიმიური რეაქციების განსახორციელებლად. ცილები ძალიან სპეციფიკურ ფორმაში იკეცება და ეს მათ საშუალებას აძლევს ეფექტურად დაუკავშირდნენ მათთვის საინტერესო მოლეკულებს. დაბალ ტემპერატურაზე, ფარენგეიტის 32 – დან 50 გრადუსამდე - 0 და 10 გრადუსი ცელსიუსით - ფერმენტები, რომლებიც ახორციელებენ ფოტოსინთეზს, ეფექტურად არ მუშაობენ და ეს ამცირებს ფოტოინთეზის სიჩქარეს. ეს იწვევს გლუკოზის წარმოების შემცირებას და გამოიწვევს შეჩერებულ ზრდას. სათბურის შიგნით მცენარეებისთვის, სათბურის გამათბობლისა და თერმოსტატის დამონტაჟება ხელს უშლის ამის წარმოქმნას.

საშუალო ტემპერატურაზე, 50 – დან 68 გრადუს ფარენგეიტამდე, ან 10 – დან 20 გრადუს ცელსიუსამდე, ფოტოსინთეზური ფერმენტები მუშაობენ თავიანთ ოპტიმალურ დონეზე, ამიტომ ფოტოსინთეზის მაჩვენებლები მაღალია. მოცემული კონკრეტული მცენარის შესაბამისად, სათბურის თერმოსტატი დააყენეთ ამ დიაპაზონში ტემპერატურაზე საუკეთესო შედეგის მისაღწევად. ამ ოპტიმალურ ტემპერატურაზე, შემზღუდველი ფაქტორი ხდება ნახშირორჟანგის დიფუზია ფოთლებში.

68 გრადუს ფარენჰეიტზე, ან 20 გრადუს ცელსიუსზე მაღალ ტემპერატურაზე, ფოტოსინთეზის სიჩქარე მცირდება, რადგან ამ ტემპერატურაზე ფერმენტები არ მუშაობენ ისე ეფექტურად. ეს ხდება ნახშირორჟანგის ფოთლებში დიფუზიის გაზრდის მიუხედავად. 104 გრადუს ფარენგეიტზე მაღალ ტემპერატურაზე - 40 გრადუსი ცელსიუსით - ფერმენტები, რომლებიც ახორციელებენ ფოტოსინთეზს, კარგავენ ფორმას და ფუნქციონირებას, ხოლო ფოტოსინთეზის სიჩქარე სწრაფად იკლებს. ფოტოსინთეზის სიჩქარისა და ტემპერატურის გრაფიკი წარმოადგენს მრუდე სახეს, პიკური სიხშირე ხდება ოთახის ტემპერატურასთან ახლოს. სათბური ან ბაღი, რომელიც უზრუნველყოფს ოპტიმალურ შუქსა და წყალს, მაგრამ ძალიან თბება, ნაკლებად ენერგიულად აწარმოებს.