Wpływ temperatury na szybkość fotosyntezy

Fotosynteza jest jednym z najbardziej niezwykłych procesów biochemicznych występujących na Ziemi i umożliwia roślinom wykorzystywanie światła słonecznego do wytwarzania żywności z wody i dwutlenku węgla. Proste eksperymenty przeprowadzone przez naukowców pokazują, że szybkość fotosyntezy jest krytycznie zależna od zmiennych, takich jak temperatura, pH i natężenie światła. Szybkość fotosyntezy mierzy się zwykle pośrednio, wykrywając ilość dwutlenku węgla uwalnianego przez rośliny.

Fotosynteza określa proces, w którym rośliny i niektóre bakterie wytwarzają glukozę. Naukowcy podsumowują ten proces w następujący sposób: przy użyciu światła słonecznego dwutlenek węgla + woda = glukoza + tlen. Proces ten zachodzi w specjalnych strukturach zwanych chloroplastami zlokalizowanymi w komórkach liści. Optymalne szybkości fotosyntezy prowadzą do usuwania większych ilości dwutlenku węgla z lokalnej atmosfery, wytwarzając większe ilości glukozy. Ponieważ poziomy glukozy w roślinach są trudne do zmierzenia, naukowcy wykorzystują ilość asymilacji dwutlenku węgla lub jego uwalniania jako środek do pomiaru szybkości fotosyntezy. Na przykład w nocy lub gdy warunki nie są najlepsze, rośliny uwalniają dwutlenek węgla. Maksymalne szybkości fotosyntezy różnią się w zależności od gatunku rośliny, ale uprawy takie jak kukurydza mogą wytwarzać dwutlenek węgla asymilacja wynosi nawet 0,075 uncji na stopę sześcienną na godzinę lub 100 miligramów na decymetr na godzinę. Aby osiągnąć optymalny wzrost niektórych roślin, rolnicy trzymają je w szklarniach, które regulują warunki, takie jak wilgotność i temperatura. Istnieją trzy reżimy temperaturowe, w których zmienia się szybkość fotosyntezy.

Enzymy to cząsteczki białka wykorzystywane przez żywe organizmy do przeprowadzania reakcji biochemicznych. Białka są zwinięte w bardzo szczególny kształt, co pozwala im skutecznie wiązać się z cząsteczkami będącymi przedmiotem zainteresowania. W niskich temperaturach, od 32 do 50 stopni Fahrenheita – od 0 do 10 stopni Celsjusza – enzymy przeprowadzające fotosyntezę nie działają wydajnie, a to zmniejsza tempo fotosyntezy. Prowadzi to do zmniejszenia produkcji glukozy i spowoduje zahamowanie wzrostu. W przypadku roślin w szklarni, instalacja grzejnika szklarniowego i termostatu zapobiega temu.

W średnich temperaturach, od 50 do 68 stopni Fahrenheita, czyli od 10 do 20 stopni Celsjusza, enzymy fotosyntezy działają na optymalnym poziomie, więc tempo fotosyntezy jest wysokie. W zależności od konkretnej rośliny, ustaw termostat szklarniowy na temperaturę w tym zakresie, aby uzyskać najlepsze wyniki. W tych optymalnych temperaturach czynnikiem ograniczającym staje się dyfuzja dwutlenku węgla do liści.

W temperaturach powyżej 68 stopni Fahrenheita, czyli 20 stopni Celsjusza, tempo fotosyntezy spada, ponieważ enzymy nie działają tak wydajnie w tej temperaturze. Dzieje się tak pomimo wzrostu dyfuzji dwutlenku węgla do liści. W temperaturze powyżej 104 stopni Fahrenheita – 40 stopni Celsjusza enzymy dokonujące fotosyntezy tracą swój kształt i funkcjonalność, a tempo fotosyntezy gwałtownie spada. Wykres szybkości fotosyntezy w funkcji temperatury przedstawia zakrzywiony wygląd z szybkością szczytową występującą w pobliżu temperatury pokojowej. Szklarnia lub ogród, który zapewnia optymalne światło i wodę, ale robi się zbyt gorąco, produkuje mniej energicznie.