Effekten av temperatur på fotosyntesens hastighet

Fotosyntes är en av de mest anmärkningsvärda biokemiska processerna som finns på jorden och gör det möjligt för växter att använda solljus för att göra mat från vatten och koldioxid. Enkla experiment utförda av forskare visar att hastigheten för fotosyntes är kritiskt beroende av variabler som temperatur, pH och ljusintensitet. Den fotosyntetiska hastigheten mäts vanligtvis indirekt genom att detektera mängden koldioxid som frigörs av växter.

Fotosyntes definierar processen genom vilken växter och vissa bakterier tillverkar glukos. Forskare sammanfattar processen enligt följande: användning av solljus, koldioxid + vatten = glukos + syre. Processen sker inom speciella strukturer som kallas kloroplaster i bladens celler. Optimala fotosyntetiska hastigheter leder till avlägsnande av större mängder koldioxid från den lokala atmosfären, vilket ger större mängder glukos. Eftersom glukosnivåerna i växter är svåra att mäta använder forskarna mängden koldioxidassimilering eller dess frisättning som ett medel för att mäta fotosyntetiska hastigheter. Under natten, till exempel eller när förhållandena inte är bra, släpper växter ut koldioxid. Maximal fotosyntetisk hastighet varierar mellan växtarter, men grödor som majs kan uppnå koldioxid assimileringshastigheter så höga som 0,075 uns per kubikfot per timme, eller 100 milligram per decimeter per timme. För att uppnå en optimal tillväxt av vissa växter håller jordbrukarna dem i växthus som reglerar förhållanden som fukt och temperatur. Det finns tre temperaturregimer över vilka hastigheten för fotosyntes förändras.

Enzymer är proteinmolekyler som används av levande organismer för att utföra biokemiska reaktioner. Proteinerna vikas till en mycket speciell form, och detta gör att de binder effektivt till molekylerna av intresse. Vid låga temperaturer, mellan 32 och 50 grader Fahrenheit - 0 och 10 grader Celsius - fungerar enzymerna som utför fotosyntes inte effektivt, och detta minskar fotosyntetiken. Detta leder till en minskning av glukosproduktionen och kommer att leda till en hämmad tillväxt. För växter i ett växthus förhindrar installationen av en växthusvärmare och termostat att detta inträffar.

Vid medelhöga temperaturer, mellan 50 och 68 grader Fahrenheit eller 10 och 20 grader Celsius, fungerar de fotosyntetiska enzymerna på sina optimala nivåer, så fotosynteshastigheterna mäter höga. Beroende på den aktuella anläggningen i fråga, ställ in växthustermostaten på en temperatur inom detta intervall för bästa resultat. Vid dessa optimala temperaturer blir den begränsande faktorn diffusion av koldioxid i bladen.

Vid temperaturer över 68 grader Fahrenheit eller 20 grader Celsius minskar hastigheten för fotosyntes eftersom enzymerna inte fungerar lika effektivt vid denna temperatur. Detta trots ökningen av koldioxiddiffusion i löv. Vid en temperatur över 104 grader Fahrenheit - 40 grader Celsius - förlorar enzymerna som utför fotosyntes sin form och funktionalitet, och den fotosyntetiska hastigheten minskar snabbt. Grafen för fotosyntetisk hastighet kontra temperatur visar ett böjt utseende med toppfrekvensen som inträffar nära rumstemperaturen. Ett växthus eller trädgård som ger optimalt ljus och vatten, men blir för varmt, producerar mindre kraftigt.