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Die Photosynthese ist einer der bemerkenswertesten biochemischen Prozesse auf der Erde und ermöglicht es Pflanzen, mit Sonnenlicht aus Wasser und Kohlendioxid Lebensmittel herzustellen. Einfache von Wissenschaftlern durchgeführte Experimente zeigen, dass die Photosyntheserate entscheidend von Variablen wie Temperatur, pH-Wert und Lichtintensität abhängt. Die Photosyntheserate wird normalerweise indirekt gemessen, indem die von Pflanzen freigesetzte Kohlendioxidmenge erfasst wird.
Wie Photosynthese funktioniert
Die Photosynthese definiert den Prozess, durch den Pflanzen und einige Bakterien Glukose produzieren. Wissenschaftler fassen den Prozess wie folgt zusammen: Verwendung von Sonnenlicht, Kohlendioxid + Wasser = Glukose + Sauerstoff. Der Prozess findet in speziellen Strukturen statt, die Chloroplasten genannt werden und sich in den Zellen der Blätter befinden. Optimale Photosyntheseraten führen zur Entfernung größerer Mengen Kohlendioxid aus der lokalen Atmosphäre, wodurch größere Mengen Glucose erzeugt werden. Da es schwierig ist, den Glucosespiegel in Pflanzen zu messen, nutzen Wissenschaftler die Menge der Kohlendioxidassimilation oder ihre Freisetzung, um die Photosyntheseraten zu messen. Zum Beispiel während der Nacht oder wenn die Bedingungen nicht optimal sind, setzen Pflanzen Kohlendioxid frei. Die maximalen Photosyntheseraten variieren zwischen den Pflanzenarten, aber Pflanzen wie Mais können Kohlendioxid-Assimilationsraten von bis zu 0,075 Unzen pro Kubikfuß pro Stunde oder 100 Milligramm pro Dezimeter pro Stunde erreichen. Um ein optimales Wachstum einiger Pflanzen zu erzielen, halten die Landwirte sie in Gewächshäusern, die die Bedingungen wie Feuchtigkeit und Temperatur regeln. Es gibt drei Temperaturbereiche, in denen sich die Photosyntheserate ändert.
Niedrige Temperatur
Enzyme sind Proteinmoleküle, mit denen lebende Organismen biochemische Reaktionen durchführen. Die Proteine werden in eine ganz bestimmte Form gefaltet, wodurch sie sich effizient an die interessierenden Moleküle binden können. Bei niedrigen Temperaturen zwischen 32 und 50 Grad Fahrenheit - 0 und 10 Grad Celsius - arbeiten die Enzyme, die die Photosynthese durchführen, nicht effizient, was die Photosyntheserate senkt. Dies führt zu einer Abnahme der Glukoseproduktion und zu einem verkümmerten Wachstum. Bei Anlagen in einem Gewächshaus wird dies durch die Installation einer Gewächshausheizung und eines Thermostats verhindert.
Mittlere Temperaturen
Bei mittleren Temperaturen zwischen 50 und 68 Grad Fahrenheit oder 10 und 20 Grad Celsius arbeiten die photosynthetischen Enzyme auf ihrem optimalen Niveau, sodass die Photosyntheseraten hoch sind. Stellen Sie den Gewächshaus-Thermostat je nach Anlage auf eine Temperatur innerhalb dieses Bereichs ein, um die besten Ergebnisse zu erzielen. Bei diesen optimalen Temperaturen wird der begrenzende Faktor die Diffusion von Kohlendioxid in die Blätter.
Hohe Temperaturen
Bei Temperaturen über 68 Grad Fahrenheit oder 20 Grad Celsius nimmt die Photosyntheserate ab, da die Enzyme bei dieser Temperatur nicht so effizient arbeiten. Dies ist trotz der Zunahme der Kohlendioxid-Diffusion in die Blätter. Bei einer Temperatur über 40 Grad Celsius (104 Grad Fahrenheit) verlieren die Enzyme, die die Photosynthese durchführen, ihre Form und Funktionalität, und die Photosyntheserate nimmt rapide ab. Das Diagramm der Photosyntheserate gegen die Temperatur zeigt ein gekrümmtes Erscheinungsbild, wobei die Spitzenrate nahe der Raumtemperatur auftritt. Ein Gewächshaus oder Garten, der optimales Licht und Wasser liefert, aber zu heiß wird, produziert weniger kräftig.