La fotosintesi è uno dei più importanti processi biochimici trovati sulla Terra e consente alle piante di utilizzare la luce solare per produrre cibo da acqua e anidride carbonica. Semplici esperimenti condotti dagli scienziati dimostrano che il tasso di fotosintesi dipende in modo critico da variabili come la temperatura, il pH e l'intensità della luce. La velocità della fotosintesi viene solitamente misurata indirettamente rilevando la quantità di anidride carbonica rilasciata dalle piante.
Gli scienziati riassumono il processo come segue: usando luce solare, anidride carbonica + acqua = glucosio + ossigeno. Il processo avviene all'interno di strutture speciali chiamate cloroplasti situati nelle cellule delle foglie. I tassi fotosintetici ottimali portano alla rimozione di maggiori quantità di anidride carbonica dall'atmosfera locale, producendo quantità maggiori di glucosio. Poiché i livelli di glucosio all'interno delle piante sono difficili da misurare, gli scienziati utilizzano la quantità di assimilazione del biossido di carbonio o il suo rilascio come mezzo per misurare i tassi di fotosintesi. Durante la notte, per esempio, o quando le condizioni non sono prime, le piante rilasciano anidride carbonica. I tassi massimi di fotosintesi variano tra le specie vegetali, ma colture come il mais possono raggiungere tassi di assimilazione dell'anidride carbonica fino a 0,075 once per piede cubico all'ora o 100 milligrammi per decimetro all'ora. Per ottenere una crescita ottimale di alcune piante, i coltivatori li tengono in serre che regolano condizioni quali umidità e temperatura. Esistono tre regimi di temperatura oltre i quali varia la velocità della fotosintesi.
Bassa temperatura
Gli enzimi sono molecole proteiche utilizzate dagli organismi viventi per svolgere reazioni biochimiche. Le proteine sono piegate in una forma molto particolare, e questo permette loro di legarsi in modo efficiente alle molecole di interesse. A basse temperature, tra 32 e 50 gradi Fahrenheit - 0 e 10 gradi Celsius - gli enzimi che svolgono la fotosintesi non funzionano in modo efficiente, e questo riduce il tasso fotosintetico. Ciò porta ad una diminuzione della produzione di glucosio e provocherà una crescita stentata. Per le piante all'interno di una serra, l'installazione di un riscaldatore e termostato a effetto serra impedisce che ciò accada.
Temperature medie
A temperature medie, tra 50 e 68 gradi Fahrenheit o 10 e 20 gradi Celsius , gli enzimi fotosintetici funzionano ai loro livelli ottimali, quindi i tassi di fotosintesi sono molto alti. A seconda della particolare pianta in questione, impostare il termostato della serra su una temperatura all'interno di questo intervallo per ottenere i migliori risultati. A queste temperature ottimali, il fattore limitante diventa la diffusione del biossido di carbonio nelle foglie.
Alte temperature
A temperature superiori a 68 gradi Fahrenheit, o 20 gradi Celsius, il tasso di fotosintesi diminuisce perché gli enzimi non funzionano in modo efficiente a questa temperatura. Questo nonostante l'aumento della diffusione di anidride carbonica nelle foglie. A una temperatura superiore a 104 gradi Fahrenheit - 40 gradi Celsius - gli enzimi che svolgono la fotosintesi perdono la loro forma e funzionalità, e il tasso fotosintetico diminuisce rapidamente. Il grafico della velocità fotosintetica rispetto alla temperatura presenta un aspetto curvo con la frequenza di picco che si verifica vicino alla temperatura ambiente. Una serra o un giardino che fornisce luce e acqua ottimali, ma diventa troppo caldo, produce meno vigorosamente.
