ผลของอุณหภูมิต่ออัตราการสังเคราะห์ด้วยแสง

การสังเคราะห์ด้วยแสงเป็นหนึ่งในกระบวนการทางชีวเคมีที่โดดเด่นที่สุดที่พบในโลก และช่วยให้พืชใช้แสงแดดเพื่อสร้างอาหารจากน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ การทดลองง่ายๆ ที่ดำเนินการโดยนักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าอัตราการสังเคราะห์แสงขึ้นอยู่กับตัวแปรต่างๆ เช่น อุณหภูมิ pH และความเข้มของแสงเป็นสำคัญ อัตราการสังเคราะห์แสงมักจะวัดทางอ้อมโดยการตรวจจับปริมาณก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ที่ปล่อยออกมาจากพืช

การสังเคราะห์ด้วยแสงกำหนดกระบวนการที่พืชและแบคทีเรียบางชนิดผลิตกลูโคส นักวิทยาศาสตร์สรุปกระบวนการดังนี้ โดยใช้แสงแดด คาร์บอนไดออกไซด์ + น้ำ = กลูโคส + ออกซิเจน กระบวนการนี้เกิดขึ้นภายในโครงสร้างพิเศษที่เรียกว่าคลอโรพลาสต์ซึ่งอยู่ในเซลล์ของใบ อัตราการสังเคราะห์แสงที่เหมาะสมจะนำไปสู่การกำจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในปริมาณที่มากขึ้นจากบรรยากาศในท้องถิ่น ทำให้เกิดกลูโคสในปริมาณที่มากขึ้น เนื่องจากระดับกลูโคสในพืชนั้นวัดได้ยาก นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ปริมาณของคาร์บอนไดออกไซด์ที่ดูดกลืนเข้าไปหรือการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เพื่อวัดอัตราการสังเคราะห์แสง ในช่วงเวลากลางคืน เช่น หรือในสภาวะที่ไม่ปกติ พืชจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ อัตราการสังเคราะห์แสงสูงสุดแตกต่างกันไปตามชนิดของพืช แต่พืชผล เช่น ข้าวโพดสามารถบรรลุคาร์บอนไดออกไซด์ได้ อัตราการดูดซึมสูงถึง 0.075 ออนซ์ต่อลูกบาศก์ฟุตต่อชั่วโมง หรือ 100 มิลลิกรัมต่อเดซิเมตรต่อชั่วโมง เพื่อให้พืชบางชนิดเจริญเติบโตได้อย่างเหมาะสม เกษตรกรต้องเก็บไว้ในโรงเรือนที่ควบคุมสภาวะต่างๆ เช่น ความชื้นและอุณหภูมิ มีสามระบอบอุณหภูมิที่อัตราการสังเคราะห์แสงเปลี่ยนแปลง

เอนไซม์คือโมเลกุลโปรตีนที่สิ่งมีชีวิตใช้ในการทำปฏิกิริยาทางชีวเคมี โปรตีนถูกพับเก็บเป็นรูปร่างพิเศษ ซึ่งช่วยให้พวกมันจับกับโมเลกุลที่น่าสนใจได้อย่างมีประสิทธิภาพ ที่อุณหภูมิต่ำ ระหว่าง 32 ถึง 50 องศาฟาเรนไฮต์ – 0 ถึง 10 องศาเซลเซียส เอ็นไซม์ที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสงจะไม่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพ ซึ่งจะทำให้อัตราการสังเคราะห์แสงลดลง สิ่งนี้นำไปสู่การลดลงของการผลิตกลูโคสและจะส่งผลให้การเจริญเติบโตแบบแคระแกรน สำหรับพืชภายในเรือนกระจก การติดตั้งเครื่องทำความร้อนและเทอร์โมสตัทสำหรับเรือนกระจกจะป้องกันไม่ให้สิ่งนี้เกิดขึ้น

ที่อุณหภูมิปานกลาง ระหว่าง 50 ถึง 68 องศาฟาเรนไฮต์ หรือ 10 ถึง 20 องศาเซลเซียส เอนไซม์สังเคราะห์แสงจะทำงานในระดับที่เหมาะสมที่สุด ดังนั้นอัตราการสังเคราะห์แสงจึงสูง ให้ตั้งค่าตัวควบคุมอุณหภูมิเรือนกระจกเป็นอุณหภูมิภายในช่วงนี้เพื่อผลลัพธ์ที่ดีที่สุด ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับพืชที่เป็นปัญหา ที่อุณหภูมิที่เหมาะสมเหล่านี้ ปัจจัยจำกัดจะกลายเป็นการแพร่กระจายของคาร์บอนไดออกไซด์สู่ใบ

ที่อุณหภูมิสูงกว่า 68 องศาฟาเรนไฮต์หรือ 20 องศาเซลเซียส อัตราการสังเคราะห์ด้วยแสงจะลดลงเนื่องจากเอ็นไซม์ไม่ทำงานอย่างมีประสิทธิภาพที่อุณหภูมินี้ นี่คือแม้จะมีการเพิ่มขึ้นของการแพร่กระจายของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในใบ ที่อุณหภูมิสูงกว่า 104 องศาฟาเรนไฮต์ – 40 องศาเซลเซียส เอ็นไซม์ที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสงจะสูญเสียรูปร่างและการทำงาน และอัตราการสังเคราะห์แสงจะลดลงอย่างรวดเร็ว กราฟของอัตราการสังเคราะห์แสงกับอุณหภูมิแสดงลักษณะโค้ง โดยมีอัตราสูงสุดเกิดขึ้นใกล้กับอุณหภูมิห้อง เรือนกระจกหรือสวนที่ให้แสงและน้ำได้อย่างเหมาะสม แต่ร้อนเกินไป ให้พลังงานน้อยลง