تاثیر دما بر فتوسنتز در گیاهان

دما چگونه بر فتوسنتز تاثیر می‌گذارد. دما یکی از مهمترین عواملی است که بر میزان فتوسنتز در گیاهان تاثیر می‌گذارد. دانشمندان ثابت کرده‌اند که درجه حرارت به طور مستقیم بر آنزیم‌های گیاهان اثر می‌گذارد. اورگانیزم‌های فتوسنتزی می‌توانند در حضور نور مواد مغذی خود را از دی اکسید کربن و آب سنتز کنند. بیشتر گیاهان، بیشتر جلبک‌ها و بعضی از باکتری‌ها مانند باکتری‌های فیروزه‌ای فتوسنتز می‌کنند. فتوسنتز اساساً مسئول تولید و حفظ سطح اکسیژن مورد نیاز برای زندگی در زمین است. همچنین تمام ترکیبات اورگانیک و بیشتر انرژی ضروری برای زندگی در زمین را تأمین می‌کند.

باکتری‌های فیروزه‌ای: باکتری‌ فیروزه‌ای نوعی از باکتری‌های تثبیت‌کننده‌ی نیتروژن است که در انواع متنوعی از خاک مرطوب و آب زندگی می‌کند. این باکتری می‌تواند به طور آزاد یا در همزیستی با قارچ‌ها زندگی کند. در آب مزارع برنج یا در سطح بیرونی جلبک‌های سبز یافت می‌شود. این باکتری در پروسه‌ای بی‌هوازی نیتروژن جو را تثبیت می‌کند. همچنین با عمل فتوسنتز نور را به کلوگز تبدیل می‌کند.

فتوسنتز در جلبک‌ها: جلبک‌ها اورگانیزم‌هایی آبزی هستند. آن‌ها نور را برای فتوسنتز جذب می‌کنند و این تقریباً شامل 50 درصد از نوری است که در زمین پدیدار می‌شود. جلبک‌ها با کاهش مقدار دی اکسید کربن جو نقشی بسیار حیاتی را در چرخه‌ی کربن ایفا می‌کنند. آن‌ها می‌توانند به عنوان منبعی از سوخت بیودیزل استفاده شوند. جلبک‌ها انرژی خورشیدی را جذب و آنرا به صورتی موثر به انرژی شیمیایی تبدیل می‌کنند. همانگونه که میزان کربن در جو بر دمای یک ناحیه موثر است، می‌توانیم بگوییم که جلبک‌ها به ثابت ماندن دمای سراسری کمک می‌کنند.

فتوسنتز در جلبک‌های تک‌سلولی و کپک‌های مخاطی: اورگانیزم‌هایی میکروسکوپی هستند که ساختاری تک‌سلولی دارند. این اورگانیزم‌ها مواد مغذی خود را با تبدیل نور خورشید به انرژی به دست می‌آورند. کپک‌ها با جلبک‌های فیروزه‌ای رابطه‌ی همزیستی دارند و در حفظ میزان اکسیژن جو بسیار مفید هستند. از این رو با تولید اکسیژن به حفظ دمای جو کمک می‌کنند.

مشخصات آنزیم‌ها: در‌حالی‌که دما مستقیماً بر آنزیم‌های گیاه که به فتوسنتز کمک می‌کنند تاثیر‌گذار است، تغییرات دما نیز بر فتوسنتز موثر هستند. آنزیم‌ها پروتئین‌هایی کروی هستند که مانند کاتالیست‌های غیرزنده عمل می‌کنند. این آنزیم‌ها با پایین آوردن انرژی فعالسازی میزان واکنش‌ها را درون اورگانیزم‌های زنده افزایش می‌دهند. همه‌ی آنزیم‌ها دمایی بهینه دارند که در آن به بهترین حالت عمل می‌کنند. در این دما انرژی جنبشی برخوردها افزایش می‌یابد. دما میل دارد برای آنزیم‌ها بسیار بالا باشد تا آن‌ها به طور مناسبی کار کنند. دمای بهینه برای بیشتر آنزیم‌های گیاهان 25 درجه سلسیوس است.

دما مشخصات آنزیم‌ها را از بین می‌برد. همچنین باعث ایجاد لرزش درون آنزیم‌ها می‌شود که با شکست پیوند‌های هیدروژن در آنزیم منتج به خراب شدن شکل موقعیت فعال می‌شود. در نتیجه آنزیم‌ها نمی‌توانند به درستی عمل کنند چون دیگر متناسب کاتالیست خاص لازم برای واکنش نیست. به علاوه، این پروسه سرعت فتوسنتز را کاهش می‌دهد. برخوردها بین آنزیم‌ها و بسترها در دمای بسیار پایین کاهش می‌یابد. بنابراین فعالیت آنزیم‌ها کمتر می‌شود. آنزیم‌ها و بسترها در این دما انرژی جنبشی کمی دارند. در نتیجه میزان واکنش شیمیایی کاهش می‌یابد.

بررسی تأثیر دما بر نرخ فتوسنتز

آزمایش‌های ساده‌ای که توسط دانشمندان انجام شده نشان می‌دهد که نرخ فتوسنتز به شدت به متغیرهایی مانند دما، pH و شدت نور وابسته است. معمولاً نرخ فتوسنتز به‌طور غیرمستقیم با اندازه‌گیری میزان دی‌اکسیدکربن آزاد شده توسط گیاهان سنجیده می‌شود. برای دستیابی به رشد بهینه برخی گیاهان در گلخانه‌هایی، باید شرایطی مانند رطوبت و دما را تنظیم شوند. سه بازه‌ی دمایی وجود دارد که نرخ فتوسنتز بر اساس آن‌ها تغییر می‌کند.

دماهای پایین

در دماهای پایین، بین 0 تا 10 درجه سانتی‌گراد، آنزیم‌هایی که فتوسنتز را انجام می‌دهند به‌خوبی عمل نمی‌کنند و این امر باعث کاهش نرخ فتوسنتز می‌شود. این امر منجر به کاهش تولید گلوکز و در نتیجه رشد کم‌تر می‌شود. برای گیاهان داخل گلخانه، نصب یک بخاری و ترموستات گلخانه‌ای مانع از بروز این مشکل می‌شود.

دماهای متوسط

در دماهای متوسط، بین 10 تا 20 درجه سانتی‌گراد، آنزیم‌های فتوسنتزی در سطح بهینه خود کار می‌کنند، بنابراین نرخ فتوسنتز بالا است. بسته به گیاه مورد نظر، دمای ترموستات گلخانه را در این محدوده تنظیم کنید تا بهترین نتایج را بگیرید. در این دماهای بهینه، عامل محدودکننده، انتشار دی‌اکسیدکربن به داخل برگ‌ها می‌شود.

دماهای بالا

در دماهای بالاتر از 20 درجه سانتی‌گراد، نرخ فتوسنتز کاهش می‌یابد، زیرا آنزیم‌ها در این دما به‌خوبی عمل نمی‌کنند. این امر با وجود افزایش انتشار دی‌اکسیدکربن به داخل برگ‌ها رخ می‌دهد. در دماهای بالای 40 درجه سانتی‌گراد، آنزیم‌هایی که فتوسنتز را انجام می‌دهند شکل و کارایی خود را از دست می‌دهند و نرخ فتوسنتز به‌سرعت کاهش می‌یابد. نمودار نرخ فتوسنتز در مقابل دما دارای شکلی منحنی است که نرخ اوج در دمای نزدیک به دمای اتاق رخ می‌دهد. گلخانه یا باغی که نور و آب بهینه فراهم کند اما بیش از حد گرم شود، تولید کمتری خواهد داشت.

نتیجه گیری:

بدین ترتیب، همانگونه که از مباحثه مذکور می‌دانیم میزان فتوسنتز فقط در یک دمای مشخص بهینه است. زمانی که دما از آن میزان بالاتر می‌رود یا پایین‌تر می‌آید، میزان فتوسنتز به شدت کاهش می‌یابد.