Η επίδραση της θερμοκρασίας στον ρυθμό της φωτοσύνθεσης

Η φωτοσύνθεση είναι μια από τις πιο αξιοσημείωτες βιοχημικές διεργασίες που βρίσκονται στη Γη και επιτρέπει στα φυτά να χρησιμοποιούν το ηλιακό φως για να παράγουν τροφή από νερό και διοξείδιο του άνθρακα. Απλά πειράματα που πραγματοποιήθηκαν από επιστήμονες δείχνουν ότι ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από μεταβλητές όπως η θερμοκρασία, το pH και η ένταση του φωτός. Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης συνήθως μετράται έμμεσα ανιχνεύοντας την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται από τα φυτά.

Πώς λειτουργεί η φωτοσύνθεση

Η φωτοσύνθεση ορίζει τη διαδικασία με την οποία τα φυτά και ορισμένα βακτήρια παράγουν γλυκόζη. Οι επιστήμονες συνοψίζουν τη διαδικασία ως εξής:χρησιμοποιώντας ηλιακό φως, διοξείδιο του άνθρακα + νερό =γλυκόζη + οξυγόνο. Η διαδικασία λαμβάνει χώρα μέσα σε ειδικές δομές που ονομάζονται χλωροπλάστες που βρίσκονται στα κύτταρα των φύλλων. Οι βέλτιστοι ρυθμοί φωτοσύνθεσης οδηγούν στην απομάκρυνση μεγαλύτερων ποσοτήτων διοξειδίου του άνθρακα από την τοπική ατμόσφαιρα, παράγοντας μεγαλύτερες ποσότητες γλυκόζης. Δεδομένου ότι τα επίπεδα γλυκόζης στα φυτά είναι δύσκολο να μετρηθούν, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν την ποσότητα της αφομοίωσης του διοξειδίου του άνθρακα ή την απελευθέρωσή του ως μέσο για τη μέτρηση των ρυθμών φωτοσύνθεσης. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, για παράδειγμα, ή όταν οι συνθήκες δεν είναι ευνοϊκές, τα φυτά απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Οι μέγιστοι ρυθμοί φωτοσύνθεσης ποικίλλουν μεταξύ των φυτικών ειδών, αλλά καλλιέργειες όπως ο αραβόσιτος μπορούν να επιτύχουν ρυθμούς αφομοίωσης διοξειδίου του άνθρακα έως και 0,075 ουγγιές ανά κυβικό πόδι ανά ώρα ή 100 χιλιοστόγραμμα ανά δεκατόμετρο ανά ώρα. Για να επιτευχθεί η βέλτιστη ανάπτυξη ορισμένων φυτών, οι αγρότες τα διατηρούν σε θερμοκήπια που ρυθμίζουν συνθήκες όπως η υγρασία και η θερμοκρασία. Υπάρχουν τρία καθεστώτα θερμοκρασίας κατά τα οποία αλλάζει ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης.

Χαμηλή θερμοκρασία

Τα ένζυμα είναι μόρια πρωτεΐνης που χρησιμοποιούνται από ζωντανούς οργανισμούς για τη διεξαγωγή βιοχημικών αντιδράσεων. Οι πρωτεΐνες διπλώνονται σε ένα πολύ συγκεκριμένο σχήμα και αυτό τους επιτρέπει να συνδέονται αποτελεσματικά με τα μόρια που μας ενδιαφέρουν. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, μεταξύ 32 και 50 βαθμών Φαρενάιτ – 0 και 10 βαθμών Κελσίου – τα ένζυμα που πραγματοποιούν τη φωτοσύνθεση δεν λειτουργούν αποτελεσματικά και αυτό μειώνει τον ρυθμό φωτοσύνθεσης. Αυτό οδηγεί σε μείωση της παραγωγής γλυκόζης και θα έχει ως αποτέλεσμα την καθυστέρηση της ανάπτυξης. Για φυτά μέσα σε θερμοκήπιο, η εγκατάσταση θερμαντήρα και θερμοστάτη θερμοκηπίου αποτρέπει αυτό το ενδεχόμενο.

Μεσαίες Θερμοκρασίες

Σε μεσαίες θερμοκρασίες, μεταξύ 50 και 68 βαθμών Φαρενάιτ, ή 10 και 20 βαθμών Κελσίου, τα φωτοσυνθετικά ένζυμα λειτουργούν στα βέλτιστα επίπεδά τους, επομένως τα ποσοστά φωτοσύνθεσης είναι υψηλά. Ανάλογα με το συγκεκριμένο φυτό, ρυθμίστε τον θερμοστάτη θερμοκηπίου σε θερμοκρασία εντός αυτού του εύρους για καλύτερα αποτελέσματα. Σε αυτές τις βέλτιστες θερμοκρασίες, ο περιοριστικός παράγοντας γίνεται η διάχυση διοξειδίου του άνθρακα στα φύλλα.

Υψηλές Θερμοκρασίες

Σε θερμοκρασίες πάνω από 68 βαθμούς Φαρενάιτ ή 20 βαθμούς Κελσίου, ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μειώνεται επειδή τα ένζυμα δεν λειτουργούν τόσο αποτελεσματικά σε αυτή τη θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει παρά την αύξηση της διάχυσης διοξειδίου του άνθρακα στα φύλλα. Σε θερμοκρασία πάνω από 104 βαθμούς Φαρενάιτ – 40 βαθμούς Κελσίου – τα ένζυμα που πραγματοποιούν τη φωτοσύνθεση χάνουν το σχήμα και τη λειτουργικότητά τους και ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μειώνεται γρήγορα. Το γράφημα του ρυθμού φωτοσύνθεσης έναντι της θερμοκρασίας παρουσιάζει μια καμπύλη εμφάνιση με τον μέγιστο ρυθμό να εμφανίζεται κοντά στη θερμοκρασία δωματίου. Ένα θερμοκήπιο ή ένας κήπος που παρέχει το βέλτιστο φως και νερό, αλλά ζεσταίνεται πολύ, παράγει λιγότερο έντονα.