Konu Detayı Sayfası
Fotosentez Hızına Etki Eden Çevresel Faktörler
Fotosentez Hızına Etki Eden Çevresel Faktörler
► Bir hücrenin fotosentez hızı; birim zamanda kullandığı CO2 ile ürettiği O2 miktarıyla ölçülür.
► Ancak doğal süreçlerde fotosentez hızını sadece bu durum belirlemez.
► Fotosentez aynı anda birden çok faktörün etkisi altında gerçekleşir.
► Bitkinin ihtiyacına göre fotosentez hızını ortamda miktarı en az olan faktör belirler. Buna Minimum Yasası adı verilir.
Fotosentez hızını etkileyen faktörler şunlardır:
1. Çevresel faktörler
2. Kalıtsal (genetik) faktörler
1. Çevresel Faktörler
- Işık Şiddeti: Işık olmadan fotosentez gerçekleşemez. Bir ışık kaynağının birim zamanda yaydığı ışık enerjisine Işık Şiddeti denir. Işık fotosentezin ışığa bağımlı tepkimelerinde ATP ve NADPH+H+ sentezlenmesinde kullanılır. Ayrıca suyun fotoliz ile ayrışmasında rol oynar. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı belirli bir seviyeye kadar artar sonra sabit kalır. Çünkü minimum kuralına göre miktarı sabit kalan diğer faktörler (CO2, H2O, Klorofil Miktarı vb.) fotosentez hızını sınırlandırır.
- Işığın Dalga Boyu: Canlıların fotosentez yapabilmesi için öncelikle ışığın soğurulması gerekir. Görünür ışık olarak ifade edilen ışık yeryüzüne ulaşan ve fotosentezde kullanılan ışık aralığıdır. Görünür ışığın dalga boyu 380 - 750 nm aralığındadır. Bu aralık; mor, mavi, yeşil, sarı, turuncu, kırmızı şeklindedir. Klorofil; mor, mavi ve kırmızı dalga boylarındaki ışığı en iyi soğurduğu için fotosentez hızı bu dalga boylarında yüksektir. Fotosentez hızının en düşük olduğu dalga boyu ise yeşil renkte olur. Çünkü klorofil yeşil ışığı absorbe etmez yansıtır.
- Karbondioksit Miktarı (CO2 Yoğunluğu): Atmosferdeki CO2 yoğunluğu yaklaşık %0,034'tür. Fotosentez bu yoğunlukta maksimum seviyede gerçekleşir. Bu değerden sonra sabit kalır. CO2 yoğunluğunun belli bir değerin altına düşmesi (%0,005) durumunda bitki CO2'yi bağlayamaz ve fotosentez durur. CO2 ışıktan bağımsız tepkimelerin başlaması için şarttır. Atmosferdeki CO2 miktarı arttığında fotosentez hızı belli bir değere kadar (%0,034) artar daha sonra sabit kalır. Fotosentezin gerçekleştiği ortamda CO2 bağlayan bileşiklerin bulunması durumunda fotosentez hızı düşer. Bu bileşikler; kalsiyum hidroksit Ca(OH)2, potasyum hidroksit (KOH), Na(OH), Ba(OH) gibi bileşiklerdir. Fotosentezin gerçekleştiği bir ortama CO2 içeren soda, gazoz gibi maddeler eklendiğinde fotosentez hızının arttığı görülmüştür.
- Sıcaklık: Fotosentezin gerçekleştiği optimum (uygun) sıcaklık aralığı 25 - 35 oC arasıdır. Ortam sıcaklığı 35 oC'nin üstüne çıktığında enzimlerin yapısı olumsuz etkilenir ve fotosentez hızı düşer. Sıcaklık 50 - 55 oC'ye ulaştığında enzimlerin yapısı bozulduğu için fotosentez durur. Bu nedenle sıcaklık en çok ışıktan bağımsız tepkimeler üzerinde etkili olur.
- Su Miktarı: Su miktarı %15'in altına düşerse enzimler çalışamayacağı için fotosentez durur. H2O ışığa bağımlı tepkimelerde ışık enerjisi ile iyonlarına ayrışarak (fotoliz) NADP için H+, FS II için elektron, atmosfer için O2 kaynağı olur. CO2 bitkiye stomalardan girer. Bunun için stomaların açılması gerekir. Bu durumu suyun oluşturduğu turgor basıncı sağlar. Fotosentezin tüm evrelerindeki enzimlerin çalışabilmesi için ortamdaki su miktarının %15'in üzerinde olması gerekir.
- Ortamın pH Değeri: Ortamın pH'ı enzimlerin çalışabilmesi için önemli bir faktördür. Özellikle ışığa bağımlı olmayan reaksiyonların enzimatik yönü fazla olduğundan görevli enzimler ortamın pH'ından (aidik ya da bazik) olumlu ya da olumsuz etkilenebilirler. Bu durumda fotosentez hızını etkiler.
CO2 ve Işık Şiddetinin Fotosentez Hızına Birlikte Etkisi
► Doyma noktasına kadar fotosentez hızını CO2 yoğunluğu belirler. Doymamnoktasından itibaren ise ışık şiddeti belirleyici faktör olur.
► CO2 ve ışık şiddeti birlikte düşünülürse, CO2 yoğunluğu arttıkça fotosentez hızı artar. Daha sonra sabit kalır. Işık şiddeti arttırıldıkça CO2 artışıyla birlikte fotosentez hızı bir süre artar daha sonra yine sabit kalır.
- Mineraller: Mineral olmadan fotosentez gerçekleşemez. Çünkü mineraller; klorofil sentezinde, ETS elemanlarının yapısında ve bazı enzimlerin kofaktörü olarak görev yaparlar. Klorofil yapısında C, H, O, N, Mg mineralleri bulunurken Fe olmadan klorofil sentezi gerçekleşemez. Fe ayrıca bazı ETS elemanlarının yapısına da katılır. K, Ca, Mn gibi mineraller ise fotosentezde görev alan bazı enaimlerin kofaktörüdür. Minimum yasasına göre; fotosentez hızını ortamda miktarı en az olan mineral belirler.
2. Kalıtsal (Genetik) Faktörler
Bitkinin genetik olarak sahip olduğu özellikleri kapsar. Bunlar;
- Klorofil miktarı: Optimum (uygun) koşullarda klorofil miktarı arttıkça fotosentez hızı artar. Örneğin koyu yeşil bitkilerdeki fotosentez hızı, açık yeşil bitkilere göre daha fazladır. Ayrıca klorofil miktarının fazla olması birim zamanda oluşan ürün miktarını da artırır. Yani klorofillerin fazla olması oluşacak olan ürünün artışına da neden olur.
- Kloroplast sayısı: Fotosentez bitki hücresindeki kloroplastta gerçekleştiği için kloroplast sayısı arttıkça fotosentezde fazla olur. Yaprakta fotosentezin en yoğun gerçekleştiği hücreler mezofil tabakasında bulunan plizat ve sünger parankiması hücreleridir. Epidermis hücrelerinde kloroplast olmadığı için fotosentez olmaz.
- Stoma sayısı, konumu ve büyüklüğü: Bitkide stomaları epidermis hücreleri oluşturur. Stoma kloroplast taşıyan ve fotosentezin gerçekleştiği hücrelerdir. Görevi CO2 ve O2 giriş çıkışını sağlamaktır. Ayrıca terleme ile bitkideki su miktarını ayarlar. Stoma sayısı ne kadar çok olursa bitki CO2'den daha fazla yararlanır. Böylece fotosentez hızı artar. Stomaların yapısı, büyüklüğü ve dağılımı fotosentez hızını etkiler. Stomalar yaprak yüzeyine yakınsa CO2 O2 difüzyonu daha kolay olacağı için fotosentez hızı daha artacaktır. Bu nedenle nemli ortamlarda yaşayan bitkilerde durum böyledir. Kurak bölge bitkilerde stoma sayısı daha azdır.
- Yaprak sayısı ve yapısı: Fotosentezin asıl gerçekleştiği yapılar yapraklardır. Bitkide yaprak sayısı, yaprağın yüzey genişliği arttıkça fotosentez miktarı da artar. Bir bitkinin doğrudan ışık alabilen yaprakları ile ışığı tam alamayan yaprakları arasındaki fotosentez hızı farklılık gösterir. Işığı alan yapraklarda fotosentez daha fazla olur. Bu durum yaprağın konumu ile ilgilidir. Kurak bölge bitkilerinde yaprak yüzeyi dardır.
- Epidermis ve kutikula kalınlığı: Kutikula epidermis hücreleri tarafından oluşturulan ve yaprak yüzeyini örten tabakadır. Epidermis hücreleri Kutin adı verilen mumsu bir madde salgılayarak kutikulanın oluşumunu sağlarlar. Kutikulanın görevi; bitkide su kaybını önlemektir. Şeffaf bir tabaka olduğu için yaprağın alt tabakalarında bulunan hücrelere (palizat, sünger parankiması hücreleri gibi) hücrelere ışığın geçişini engellemezler. Ancak epidermis ve kutikula kalınlaştıkça güneş ışığı iç tabakaya daha az geçeceğinden fotosentez hızı yavaşlar. Kurak bölge bitkilerinde kutikula kalın, su bitkilerinde incedir.
- Enzim miktarı: Fotosentezin tüm evrelerinde enzimler görev yapar. Özellikle stromada gerçekleşen ışığa bağımlı olmayan reaksiyonlar bir enzimatik reaksiyon zinciridir. Bu evrede çok sayıda enzim görev yapar. Görev alan enzimlerin miktarı ne kadar fazla olursa fotosentez de o derece hızlı olacaktır.
- Kloroplast sayısı artarsa fotosentez hızı artar.
- Yaprak yapısı ve sayısı, yaprak yüzeyi ve sayısı artarsa fotosentez hızı artar.
- Stoma sayısı artarsa fotosentez hızı artar.
- Enzim miktarı artarsa fotosentez hızı artar.
- Kutikula kalınlığı artarsa fotosentez hızı azalır.
Fotosentez Hızını Etkileyen Faktörlerle İlgili Deneyler
► Işığın farklı dalga boylarının fotosentez hızına etkisi ile ilgili bir deney yapmıştır.
► Yaptığı deneyde; ipliksi bir alg (Spirogyra) aerob (O2'yi seven) bakteriler ve beyaz ışığı kullanmıştır.
► Engelmann beyaz ışığı prizmadan geçirerek dalga boylarına ayırmış ve ipliksi bir alg üzerine düşürmüştür.
► Algdeki fotosentez hızını ölçebilmek için ortama O2'li solunum yapan bakteriler koymuştur.
► Deney sonunda; mor, mavi ve kırmızı ışıkların alg üzerine düştüğü bölgelerde aerob bakterilerin daha fazla toplandığını görmüştür. Bu durum bu bölgelerde fotosentezin daha hızlı gerçekleşmesinden dolayı daha fazla O2 üretildiğini göstermiştir.
► Bakterilerin en az toplandığı bölge ise yeşil ışığın bulunduğu bölge olduğunu görmüştür. Çünkü alglerdeki klorofil yeşil ışığın çok az kısmını soğurur. Bu bölgede fotosentez hızı düşük olur.
Deneyin Sonucu: Fotosentez hızı mor - mavi ve daha sonra kırmızı ışıkta maksimum düzeydedir. Yeşil ışıkta ise minimum düzeydedir. Fotosentez hızını belirleyen durum ışığın klorofil tarafından absorbe (emilme) edilmesidir. Klorofil en çok sırasıyla mor, mavi, kırmızı ışığı absorbe eder. Yeşil ışığı ise çok az emerek büyük çoğunluğunu yansıtır.
Yeşil bir yaprak alınır yarısı siyah bir kağıt ile kapatılarak sabahtan akşama kadar fotosentez yapması sağlanır. Akşam yaprak kaynar suya konarak öldürülür. Sonra alkol ile klorofili çıkartılır. Yaprağın nişastanın ayracı olan iyot (lugol) çözeltisi damlatılır. Işık gören kısmın maviye boyandığı, siyah kağıt ile kapatılan ve ışık görmeyen kısmında ise renk değişimi olmadığı görülür.
Deneyin Sonucu: Yaprağın ışık gören kısmında fotosentez ile glikoz üretilmiştir. Fazla glikoz ise nişastaya dönüştürülerek depolanmıştır.
Hazırlanan deney düzeneği ışıksız bir ortamda bekletirilse O2 oluşmadığı ve O2 kabarcıklarının olmadığı gözlenir.
Deneyin Sonucu: Işık olmadan fotosentez gerçekleşmez. Bu durum O2 kabarcıklarının oluşmamasından gözlenir.
Düzenlenen deneyde su yosununun bulunduğu ortama soda eklendiğinde ortamdaki CO2 miktarında artış olduğu için fotosentez kızı artmıştır. Bu durum O2 kabarcıklarının miktarındaki artıştan anlaşılmıştır.
Deneyin Sonucu: Ortamda yeterli CO2'nin bulunması fotosentez hızını artırır.
Şekildeki düzenek hazırlanır. Bu düzenekte 1.kaba KOH 2.kaba ise yeşil bitki ve Ba(OH)2 bırakılır. 2 deney kabı cam boru ile bağlanır. 2.kaptaki yeşil bitkinin bir süre sonra öldüğü görülür. 1.kaptaki KOH dışarıdan giren CO2'yi, 2.kaptaki Ba(OH)2 ise bitkinin solunum sonucu oluşturduğu CO2'yi tutar.
Deneyin Sonucu: Bitkinin fotosentezde kullanabileceği CO2 olmadığı için fotosentez yapamaz, besin üretemez ve besinsizlikten ölür. Deneyde kullanılan KOH, Ba(OH)2 CO2 tutucu maddelerdir.
Deney düzeneğinde su yosunu üzerine cam huni ve deney tüpü geçirilerek içi su dolu bir kaba şekildeki gibi yerleştirilir. Bir süre sonra deney tüpünün üst kısmında gaz kabarcıklarının toplandığı görülür. Bu deney tüpüne kıvılcımlı bir çubuk sokulursa parlak alev oluştuğu gözlenir. Bu durum O2 gazının çıkışını belirtir.
Deneyin Sonucu: Fotosentezde su kullanıldığında O2 oluştuğu görülür.
Bir yaprak orta damarından iki parçaya ayrılır. Yaprağın yarısı sabah erkenden alınır ve kurutularak tartılır. Yaprağın diğer yarısı ise bitki üzerinde bırakılarak akşam alınır ve kurutularak tartılır. Akşama kadar bitki üzerinde bırakılan kısmın daha ağır olduğu görülür.
Deneyin Sonucu: Ağır olan yaprağın fotosentez ile organik madde artışını sağladığı bunun da yaprakta ağırlık artışına neden olduğu görülür.
Konu İle İlgili Sorular