Περιεχόμενο
Η φωτοσύνθεση είναι μία από τις πιο αξιόλογες βιοχημικές διεργασίες που υπάρχουν στη Γη και επιτρέπει στα φυτά να χρησιμοποιούν το φως του ήλιου για να φτιάξουν τρόφιμα από το νερό και το διοξείδιο του άνθρακα. Απλά πειράματα που διεξάγονται από επιστήμονες δείχνουν ότι ο ρυθμός φωτοσύνθεσης εξαρτάται κριτικά από μεταβλητές όπως η θερμοκρασία, το ρΗ και η ένταση του φωτός. Ο ρυθμός φωτοσύνθεσης συνήθως μετριέται έμμεσα ανιχνεύοντας την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που απελευθερώνεται από τα φυτά.
Πώς λειτουργεί η Φωτοσύνθεση
Η φωτοσύνθεση καθορίζει τη διαδικασία με την οποία τα φυτά και κάποια βακτήρια παράγουν γλυκόζη. Οι επιστήμονες συνοψίζουν τη διαδικασία ως εξής: χρησιμοποιώντας ηλιακό φως, διοξείδιο του άνθρακα + νερό = γλυκόζη + οξυγόνο. Η διαδικασία γίνεται 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 αφομοίωσης του διοξειδίου του άνθρακα ή την απελευθέρωσή του ως μέσο μέτρησης των φωτοσυνθετικών ρυθμών. Κατά τη διάρκεια της νύχτας, για παράδειγμα, ή όταν οι συνθήκες δεν είναι πρωταρχικές, τα φυτά απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα. Οι μέγιστες ταχύτητες φωτοσύνθεσης ποικίλλουν μεταξύ των φυτικών ειδών, αλλά καλλιέργειες όπως ο αραβόσιτος μπορούν να επιτύχουν ποσοστά αφομοίωσης διοξειδίου του άνθρακα τόσο υψηλές όσο 0,075 ουγγιές ανά κυβικό πόδι ανά ώρα, ή 100 χιλιοστόγραμμα ανά δεκαδικό ψηφίο ανά ώρα. Για να επιτευχθεί η βέλτιστη ανάπτυξη ορισμένων φυτών, οι αγρότες τους κρατούν σε θερμοκήπια που ρυθμίζουν συνθήκες όπως η υγρασία και η θερμοκρασία. Υπάρχουν τρία καθεστώτα θερμοκρασίας πάνω από τα οποία αλλάζει η ταχύτητα της φωτοσύνθεσης.
Χαμηλή θερμοκρασία
Τα ένζυμα είναι πρωτεϊνικά μόρια που χρησιμοποιούνται από ζωντανούς οργανισμούς για τη διεξαγωγή βιοχημικών αντιδράσεων. Οι πρωτεΐνες διπλώνονται σε ένα πολύ ιδιαίτερο σχήμα, και αυτό τους επιτρέπει να δεσμεύονται αποτελεσματικά με τα μόρια που μας ενδιαφέρουν. Σε χαμηλές θερμοκρασίες, μεταξύ 32 και 50 βαθμών Φαρενάιτ - 0 και 10 βαθμών Κελσίου - τα ένζυμα που διεξάγουν τη φωτοσύνθεση δεν λειτουργούν αποτελεσματικά και αυτό μειώνει τον ρυθμό φωτοσύνθεσης. Αυτό οδηγεί σε μείωση της παραγωγής γλυκόζης και θα έχει ως αποτέλεσμα την παρατεταμένη ανάπτυξη. Για τα φυτά μέσα σε ένα θερμοκήπιο, η εγκατάσταση θερμοσίφωνου θερμοκηπίου και θερμοστάτη εμποδίζει την εμφάνιση αυτού.
Μέσες θερμοκρασίες
Σε μεσαίες θερμοκρασίες, μεταξύ 50 και 68 βαθμών Φαρενάιτ, ή 10 και 20 βαθμών Κελσίου, τα φωτοσυνθετικά ένζυμα δουλεύουν στα βέλτιστα επίπεδα, έτσι τα ποσοστά φωτοσύνθεσης είναι μεγάλα. Ανάλογα με το συγκεκριμένο εργοστάσιο, ρυθμίστε το θερμοστάτη θερμοκηπίου σε θερμοκρασία εντός αυτού του εύρους για καλύτερα αποτελέσματα. Σε αυτές τις βέλτιστες θερμοκρασίες, ο περιοριστικός παράγοντας καθίσταται η διάχυση του διοξειδίου του άνθρακα στα φύλλα.
Υψηλές θερμοκρασίες
Σε θερμοκρασίες άνω των 68 βαθμών Φαρενάιτ ή 20 βαθμών Κελσίου, ο ρυθμός φωτοσύνθεσης μειώνεται επειδή τα ένζυμα δεν λειτουργούν τόσο αποτελεσματικά σε αυτή τη θερμοκρασία. Αυτό συμβαίνει παρά την αύξηση της διάχυσης του διοξειδίου του άνθρακα στα φύλλα. Σε θερμοκρασία άνω των 104 βαθμών Φαρενάιτ - 40 βαθμούς Κελσίου - τα ένζυμα που διεξάγουν φωτοσύνθεση χάνουν το σχήμα και τη λειτουργικότητά τους και ο φωτοσυνθετικός ρυθμός μειώνεται ραγδαία. Το γράφημα του ρυθμού φωτοσύνθεσης έναντι της θερμοκρασίας παρουσιάζει μια καμπύλη εμφάνιση με το ρυθμό κορυφής να συμβαίνει κοντά στη θερμοκρασία δωματίου. Ένα θερμοκήπιο ή κήπος που παρέχει βέλτιστο φως και νερό, αλλά γίνεται πολύ ζεστό, παράγει λιγότερο έντονα.