תוֹכֶן
פוטוסינתזה היא אחד התהליכים הביוכימיים המדהימים ביותר שנמצאים על כדור הארץ ומאפשרת לצמחים להשתמש באור השמש להכנת מזון ממים ופחמן דו חמצני. ניסויים פשוטים שנערכו על ידי מדענים מראים כי קצב הפוטוסינתזה תלוי באופן קריטי במשתנים כמו טמפרטורה, pH ועוצמת האור. הקצב הפוטוסינתטי נמדד בדרך כלל בעקיפין על ידי איתור כמות הפחמן הדו-חמצני שמשתחרר על ידי צמחים.
איך עובד פוטוסינתזה
הפוטוסינתזה מגדירה את התהליך שבאמצעותו מייצרים צמחים וחיידקים מסוימים גלוקוז. מדענים מסכמים את התהליך באופן הבא: באמצעות אור שמש, פחמן דו חמצני + מים = גלוקוז + חמצן. התהליך מתרחש בתוך מבנים מיוחדים הנקראים כלורופלסטים הממוקמים בתאי העלים. שיעורים פוטוסינתטיים אופטימליים גורמים להסרת כמויות גדולות יותר של פחמן דו חמצני מהאטמוספרה המקומית, ומייצרת כמויות גדולות יותר של גלוקוז. מכיוון שקשה למדוד את רמות הגלוקוז בצמחים, מדענים משתמשים בכמות ההטמעה של הפחמן הדו-חמצני או בשחרורו כאמצעי למדידת שיעורי פוטוסינתטיים. במהלך הלילה, למשל, או כאשר התנאים אינם טובים, צמחים משחררים פחמן דו חמצני. שיעורי פוטוסינתטיים מקסימליים משתנים בין מיני צמחים, אך גידולים כמו תירס יכולים להשיג שיעורי הטמעה של פחמן דו חמצני עד לגובה של 0.075 אונקיות למטר מעוקב לשעה, או 100 מיליגרם לדצימטר לשעה. כדי להשיג גידול מיטבי של צמחים מסוימים, החקלאים שומרים אותם בחממות המסדירים תנאים כמו לחות וטמפרטורה. ישנם שלושה משטרי טמפרטורה בהם משתנה קצב הפוטוסינתזה.
טמפרטורה נמוכה
אנזימים הם מולקולות חלבון המשמשות אורגניזמים חיים לצורך ביצוע תגובות ביוכימיות. החלבונים מקופלים לצורה מאוד מסוימת, וזה מאפשר להם להיקשר ביעילות למולקולות המעניינות. בטמפרטורות נמוכות, בין 32 ל 50 מעלות פרנהייט - 0 עד 10 מעלות צלזיוס - האנזימים המבצעים פוטוסינתזה אינם פועלים ביעילות, וזה מוריד את הקצב הפוטוסינתטי. זה מוביל לירידה בייצור הגלוקוז ותביא לצמיחה נדהמת. עבור צמחים בתוך חממה, התקנת דוד חממה ותרמוסטט מונעת התרחשות זו.
טמפרטורות בינוניות
בטמפרטורות בינוניות, בין 50 ל- 68 מעלות פרנהייט, או 10 עד 20 מעלות צלזיוס, האנזימים הפוטוסינתטיים פועלים ברמות האופטימליות שלהם, כך ששיעורי הפוטוסינתזה אומדים גבוה. בהתאם לצמח המסוים המדובר, הגדר את תרמוסטט החממה לטמפרטורה בטווח זה לקבלת התוצאות הטובות ביותר. בטמפרטורות האופטימליות הללו, הגורם המגביל הופך להתפשטות של פחמן דו חמצני לעלים.
טמפרטורה גבוהה
בטמפרטורות שמעל 68 מעלות פרנהייט, או 20 מעלות צלזיוס, קצב הפוטוסינתזה יורד מכיוון שהאנזימים אינם פועלים באותה יעילות בטמפרטורה זו. זאת למרות העלייה בפיזור הפחמן הדו-חמצני לעלים. בטמפרטורה שמעל 104 מעלות פרנהייט - 40 מעלות צלזיוס - האנזימים המבצעים פוטוסינתזה מאבדים את צורתם ופונקציונליותם, והקצב הפוטוסינתטי יורד במהירות. גרף הקצב הפוטוסינתטי לעומת הטמפרטורה מציג מראה מעוקל כאשר קצב השיא מתרחש קרוב לטמפרטורת החדר. חממה או גינה המספקים אור ומים מיטביים, אך מתחממים מדי, מייצרים פחות נמרצות.