Fotosynthese is een van de meest opmerkelijke biochemische processen op aarde en stelt planten in staat zonlicht te gebruiken om voedsel te maken van water en koolstofdioxide. Eenvoudige experimenten uitgevoerd door wetenschappers tonen aan dat de snelheid van fotosynthese kritisch afhankelijk is van variabelen zoals temperatuur, pH en lichtintensiteit. De fotosynthesesnelheid wordt meestal indirect gemeten door de hoeveelheid koolstofdioxide te detecteren die door planten wordt afgegeven.
Hoe fotosynthese werkt
Fotosynthese definieert het proces waarbij planten en sommige bacteriën glucose produceren. Wetenschappers vatten het proces als volgt samen: met behulp van zonlicht, kooldioxide + water = glucose + zuurstof. Het proces vindt plaats in speciale structuren, chloroplasten genaamd, die zich in de cellen van bladeren bevinden. Optimale fotosynthesesnelheden leiden tot de verwijdering van grotere hoeveelheden koolstofdioxide uit de lokale atmosfeer, waardoor grotere hoeveelheden glucose worden geproduceerd. Omdat glucosespiegels in planten moeilijk te meten zijn, gebruiken wetenschappers de hoeveelheid koolstofdioxide-assimilatie of de afgifte ervan als een middel om fotosynthesesnelheden te meten. Tijdens de nacht bijvoorbeeld, of wanneer de omstandigheden niet optimaal zijn, geven planten koolstofdioxide af. Maximale fotosynthesesnelheden variëren tussen plantensoorten, maar gewassen zoals maïs kunnen koolstofdioxide bereiken assimilatiesnelheden zo hoog als 0,075 ounce per kubieke voet per uur, of 100 milligram per decimeter per uur. Om een optimale groei van sommige planten te bereiken, houden boeren ze in kassen die voorwaarden zoals vochtigheid en temperatuur reguleren. Er zijn drie temperatuurregimes waarbij de snelheid van fotosynthese verandert.
Lage temperatuur
Enzymen zijn eiwitmoleculen die door levende organismen worden gebruikt om biochemische reacties uit te voeren. De eiwitten worden in een zeer specifieke vorm gevouwen en hierdoor kunnen ze efficiënt binden aan de moleculen van belang. Bij lage temperaturen, tussen 32 en 50 graden Fahrenheit – 0 en 10 graden Celsius – werken de enzymen die de fotosynthese uitvoeren niet efficiënt, en dit verlaagt de fotosynthesesnelheid. Dit leidt tot een afname van de glucoseproductie en zal resulteren in groeiachterstand. Voor planten in een kas voorkomt de installatie van een kasverwarming en thermostaat dit.
Gemiddelde temperaturen
Bij gemiddelde temperaturen, tussen 50 en 68 graden Fahrenheit, of 10 en 20 graden Celsius, werken de fotosynthetische enzymen op hun optimale niveau, dus de fotosynthesesnelheid is hoog. Stel, afhankelijk van de betreffende plant, de kasthermostaat in op een temperatuur binnen dit bereik voor het beste resultaat. Bij deze optimale temperaturen wordt de beperkende factor de diffusie van kooldioxide in de bladeren.
Hoge temperaturen
Bij temperaturen boven 68 graden Fahrenheit of 20 graden Celsius neemt de snelheid van fotosynthese af omdat de enzymen bij deze temperatuur niet zo efficiënt werken. Dit ondanks de toename van de diffusie van kooldioxide in bladeren. Bij een temperatuur boven de 104 graden Fahrenheit – 40 graden Celsius – verliezen de enzymen die de fotosynthese uitvoeren hun vorm en functionaliteit, en de fotosynthesesnelheid neemt snel af. De grafiek van fotosynthesesnelheid versus temperatuur geeft een gekromd uiterlijk weer, waarbij de pieksnelheid dichtbij kamertemperatuur komt. Een kas of tuin die optimaal licht en water geeft, maar te warm wordt, produceert minder krachtig.
