Bitkiler, yeryüzüne ulaşan Güneş ışığının taşıdığı enerjinin yaklaşık olarak % 5’ini fotosentez sonucu oluşturdukları karbonhidratlar içerisine depolayabilirler.
Fotosentez hızı, fotosentez sırasında kullanılan CO2 ya da açığa çıkarılan O2 miktarı ölçülerek tespit edilmektedir. Fotosentez hızına etki eden faktörler başta, çevresel ve genetik faktörler olmak üzere 2 ana başlık altında toplanır.
Çevresel faktörler
Fotosentez hızına etki eden çevresel faktörler şu şekilde sıralanabilir.
- Işık şiddeti
- Işığın dalga boyu
- CO2 miktarı
- Sıcaklık
- H2O miktarı
- Ortamın pH değeri
- Mineraller
Işık şiddeti
Işık enerjisi almayan klorofilli bir hücre fotosentez yapamaz. Işık, fotosentezin ışık reaksiyonları safhasında ATP ve NADPH moleküllerinin sentezi için gereklidir.
Işık şiddeti arttıkça, fotosentez belli bir seviyeye kadar artar. Daha sonra ise hız sabit kalır.
Işık kaynağının şiddetine, kaynağın uzaklığına ve ışığın kırılma derecesine göre bitkiye gelen ışık şiddeti farklı olmaktadır. Gölgede ışık az olduğundan fotosentez hızı azalır.
Gölge bitkilerinin anatomik yapıları Güneş bitkilerinden bazı farklılıklar gösterir ve bu bitkiler maximum fotosentez hızlarına daha düşük ışık şiddetlerinde ulaşabilirler.
Işığın dalga boyu
Fotosentez hızı mor ve kırmızı ışıkta en fazla, yeşil ışıkta ise en azdır. Fotosentez hızını, ışığın dalga boyu ya da enerjisinin artıp azalması değil klorofil tarafından soğurulma yeteneği belirler.
Klorofil molekülü, en fazla kırmızı ve mor dalga boyundaki ışığı soğururken en az oranda ise yeşil dalga boyunu soğurma yeteneği gösterir.
CO2 miktarı
Ortamdaki CO2 miktarı, belli bir seviyeye kadar arttığında fotosentez hızı da artar. Ancak belli bir noktadan sonra CO2 seviyesindeki artış, fotosentez hızını artıramaz.
Aşağıdaki grafik incelendiğinde aynı CO2 değerlerinde fotosentezin farklı hızlarda gerçekleştiği görülmektedir. Burada dikkate değer husus şudur ki; fotosentez hızı tüm çevresel ve genetik faktörlerin ortak etkisi altında şekillenmektedir.
Aynı CO2 derişimlerinde düşük, orta ve yüksek ışık altında farklı fotosentez hızlarının gözlenmesi fotosentez hızının olumsuz olan faktörce sınırlandırıldığını gösterir.
Fotosentez hızı, üzerine etki eden çevresel faktörlerden minimum değere sahip olanı tarafından belirlenir ve bu kural minimum yasası olarak adlandırılır. Minimum yasası en basit şekliyle şöyle ifade edilebilir. ‘’ Pasta yapacağımız zaman ortaya çıkacak pastanın miktarını elimizde en az olan malzeme belirlemektedir.’’
Sıcaklık
Yüksek ışık şiddetinde sıcaklık artışı, fotosentez hızını belli bir değere kadar yükseltir. Ancak bu değerden sonra fotosentez hızı, karanlık evre reaksiyonlarında görev yapan enzimlerin yapısının olumsuz etkilenmesi sebebiyle düşer.
Sıcaklığın 35 ᴏC’nin üzerine çıkması birçok bitkide fotosentez hızının düşmesine yol açar.
Su miktarı
Fotosentezin gerçekleşmesi için su mutlaka gereklidir. Devirsel olmayan elektron akışı sırasında fotolize uğrayan su, fotosistem II için elektron, NADP+ için hidrojen, atmosfer için ise O2 sağlamaktadır.
Enzimlerin çalışabilmesi için gerekli olan %15’lik su değerinin üzerindeki su yoğunluklarında fotosentez hızı artar. Ancak belli bir noktadan sonra su oranındaki artış, fotosentez hızını artıramaz.
Ortamın pH’ı
Fotosentezdeki biyokimyasal reaksiyonların gerçekleşebilmesi için hücrenin pH değerinin belli aralıklar arasında olması gereklidir.
Mineraller
Bitkilerin büyük oranda suda çözünmüş şekilde topraktan aldıkları minerallerin bitki gelişiminde ve fotosentez olayında etkinlikleri çok büyüktür.
Örneğin demir ( Fe ), hem klorofil sentezinde rol oynaması hem de ferrodoksinin yapısına katılması yönünden önem arz ederken, fosfor ( P ) nükleik asitlerin ve ATP molekülünün yapısına katılması itibariyle çok önemlidir.
Azot ( N ) nükleik asitlerin, aminoasitlerin ve bazı vitaminlerin yapısına katılması bakımından bitki için büyük öneme sahiptir.
Ayrıca potasyum ( K ) ve kükürt ( S ) mineralleri karanlık evre reaksiyonlarında görev alan enzimlerin aktive edilmesinde görevlidir.
Genetik faktörler
Bitkinin genetik yapısından kaynaklanan ve fotosentez hızı üzerinde etkili olan özellikleri şu şekilde sıralanabilir.
- Kloroplast sayısı
- Yaprak genişliği
- Stomaların sayısı ve yapısı
- Enzim miktarı
- Kutikula kalınlığı
Kloroplast sayısı
Bir hücredeki kloroplast sayısı 20 – 100 arasında değişir. Kloroplast sayısı arttıkça fotosentez hızı da artar.
Yaprak genişliği
Yaprak ayasının genişliğinin fazla olması, daha fazla kloroplast organelinin yerleşimine imkân sağlayacağından fotosentez hızını da artırır.
Stomaların sayısı ve yapısı
Bitkilerin çevreleriyle gaz alış verişi ve terlemesi büyük ölçüde stoma ( gözenek ) denen yapılarla sağlanır ve stomalar da büyük çoğunlukla bitkinin yaprakları üzerine yerleşmiştir.
Stomalar, açılıp kapanma yetenekleri sayesinde bitkinin terlemesi ile gaz alış verişi arasındaki dengeyi sağlarlar. Farklı ortam koşullarında yaşayan bitkilerin yapraklarındaki stoma sayısı ve bu stomaların yapraktaki yerleşim biçimleri de farklılık arz etmektedir.
Enzim miktarı
Fotosentezin karanlık evre reaksiyonları enzimlerin denetiminde gerçekleştiğinden enzim miktarı da fotosentez hızı üzerine direkt olarak etki eder.
Kutikula kalınlığı
Kutikula, bitkilerde yaprak yüzeyini koruyan ve su kaybını engelleyen mumsu bir tabakadır. Nemli ortam bitkilerinde ince olan bu tabaka, kurak ortam bitkilerinde oldukça kalındır. Kutikula, su kaybına bağlı olarak fotosentez hızı üzerinde etkinlik gösterir.
Kutikulanın kalın olduğu bitkilerde terlemenin azalması sebebiyle kökten su ve mineral alımı yavaşladığı için fotosentez hızı da azalır.