12. SINIF ÜNİTE, KONU, KAZANIM VE AÇIKLAMALARI 12.2.2.3. Fotosentez hızını etkileyen faktörleri değerlendirir. a. Fotosentez hızını etkileyen faktörlerden ışık şiddeti, ışığın dalga boyu, sıcaklık, klorofil miktarı ve karbondioksit yoğunluğu verilir. b. Fotosentez hızını etkileyen faktörlerle ilgili kontrollü deney yaparken bilimsel yöntem basamakları kullanılır. c. Tarımsal ürün miktarını artırmada yapay ışıklandırma uygulamalarının araştırılması ve paylaşılması sağlanır. -Fotosentetik bir hücrenin birim zamanda ortamdan aldığı CO2 veya ürettiği O2 miktarı fotosentez hızını gösterir. -Fotosentez aynı anda birden çok faktörün etkisi altındadır. Bu durumda fotosentezin hızını, (bitkinin ihtiyacına göre) miktarı en az olan faktör belirler. Buna minimum yasası denir. - Fotosentez hızını etkileyen faktörler çevresel ve genetik olmak üzere ikiye ayrılır. Çevresel faktörler | Genetik (Kalıtsal) faktörler | -Işık şiddeti -Işığın dalga boyu -CO2 miktarı -Ortam sıcaklığı -Ortamın pH değeri -Su miktarı -Mineraller | - Kloroplast sayısı -Stoma sayısı, konumu ve büyüklüğü -Yaprak yapısı ve sayısı, -Epidermis ve kutikula kalınlığı -Enzim miktarı |
A. Çevresel Faktörler 1. CO2 miktarı: CO2, fotosentezin ışıktan bağımsız tepkimelerinin başlaması için gereklidir. CO2 miktarı arttığında fotosentez hızı belirli bir değere kadar artar. Sonra da sabit kalır. Havadaki CO2 yoğunluğu belirli bir sınırın altına düşerse bitki CO2 bağlayamaz ve fotosentez durur. Bu sınır yaklaşık %0,005’tir. -Kalsiyum hidroksit Ca(OH)2 veya potasyum hidroksit (KOH), Na(OH), Ba(OH)2 gibi CO2 bağlayan bileşiklerin ortamda bulunması fotosentez hızını düşürür. Sodada ve gazozda CO2 ve mineral fazla olduğu için fotosentez hızını olumlu etkiler. 
Grafik: CO2 Miktarının Fotosentez Hızına Etkisi |
2. Işık şiddeti: Bitkiler ışıksız ortamda fotosentez yapamaz. Işık, fotosentezin ışığa bağımlı tepkimelerinde ATP ve NADPH+H+ sentezlenmesinde kullanılır. Işık şiddeti arttıkça fotosentez hızı belirli bir seviyeye kadar artar, sonra sabit kalır. 
Grafik: Işık Şiddetinin Fotosentez Hızına Etkisi |
3. CO2 ve ışık şiddetinin birlikte etkisi: CO2 ve ışık şiddeti bir arada düşünülürse, CO2 miktarı arttıkça fotosentez hızı da artmakta, ancak sonra sabit kalmaktadır. Işık şiddeti artırıldıkça CO2 miktarındaki artış ile birlikte fotosentez hızı biraz daha artmakta, ancak sonra yine sabit kalmaktadır. Doyma noktasına kadar fotosentez hızını CO2 belirlerken doyma noktasından itibaren ışık şiddeti belirleyici faktör olmaktadır. 
Grafik: Işık Şiddeti ve CO2 Miktarının Fotosentez Hızına Birlikte Etkisi |
4. Işığın dalga boyu: Fotosentez, 350-780 nm dalga boyu aralığındaki görünür ışıkta gerçekleşir. Canlıların fotosentez yapabilmesi için öncelikle ışığın soğrulması gerekir. Klorofil mor, mavi ve kırmızı dalga boylarındaki ışığı en iyi soğurduğu için fotosentez bu dalga boylarında daha hızlıdır. Fotosentez hızının en düşük olduğu dalga boyu ise klorofil tarafından yansıtılan yeşil renge karşılık gelmektedir. 
Grafik: Işığın Dalga Boyunun Fotosentez Hızına etkisi |
5. Ortam sıcaklığı: Fotosentezin ışıktan bağımsız tepkimeleri üzerinde daha çok etkilidir. Çünkü bu tepkimelerde bir çok enzim görev yapmaktadır. Sıcaklık artışı tepkimelerin hızını da artırır; belirli bir noktadan sonra ise bu artış tepkimeleri durdurabilir. Fotosentezin ideal sıcaklık (optimum sıcaklık) derecesi 25-350C arasıdır. 350C'un üstüne çıktığında genellikle enzim yapısı bozulacağından fotosentez hızı düşer ve durur. 
Grafik: Sıcaklığın Fotosentez Hızına Etkisi |
6. Su miktarı: Fotosentezin ışığa bağımlı tepkimelerinde su, iyonlarına ayrılarak FS II için elektron, NADP+ için hidrojen ve atmosfer için oksijen kaynağı olur. Fotosentezde kullanılan CO2 bitkiye stomalardan girer. Stomaların açılması da bitkideki su oranına bağlıdır. Ayrıca fotosentez enzimlerinin çalışması için su oranının belirli bir değerde olması gerekir. Bitkide su miktarı %15’in altına düşerse enzimler çalışmayacağı için fotosentez durur. 
Grafik: Su Miktarının Fotosentez Hızına Etkisi |
6. Mineraller: Mineraller hem biyokimyasal süreçlerde görev yapar hem de fotosentez elemanlarının yapısına katılır. Örneğin Fe, ETS elemanlarından ferrodoksinin ve klorofil sentezini katalizyen bir enzimin yapısına katılır. Mg klorofilin yapısında bulunur. Mn, Ca, K ise fotosentezde rol oynayan bazı enzimlerin kofaktörüdür. Minimum yasasına göre fotosentez hızını miktarı en düşük olan mineral belirler. 8. Ortamın pH değeri: Fotosentez, özellikle ışığa bağımlı olmayan reaksiyonların enzimatik yönü yüksek olduğundan, enzimler de belirli pH aralıklarında çalıştıklarından dolayı ortam pH’ı fotosentez hızını etkiler. B. Genetik Faktörler 1. Kloroplast Sayısı: Fotosentez, kloroplastlarda gerçekleşir. Yapraktaki kloroplast ve klorofil miktarı arttıkça fotosentez miktarı da artar. -Koyu yeşil yapraklı bitkilerde kloroplast miktarı fazladır. -Yaprakta fotosentezin en yoğun gerçekleştiği bölüm kloroplast ve klorofil miktarı en fazla olan palizat parankimasıdır. 2. Yaprak yapısı ve sayısı: Bitkideki yaprakların yüzey genişliği ve sayısı arttıkça fotosentez miktarı da artar. -Ayrıca yaprak konumu da fotosentez hızını etkiler. Aynı bitkinin doğrudan ışık alabilen yaprakları, ışığı tam alamayan alt kısımdaki yapraklara oranla daha hızlı fotosentez yapar. 3. Stoma sayısı, konumu ve büyüklüğü: Stoma yaprakta gaz alışverişini sağlar. Stoma sayısı ne kadar fazla olursa bitki CO2 den daha çok faydalanır. Bu durum da fotosentez hızını olumlu yönde etkiler. Ayrıca stomaların yapısı, büyüklüğü ve dağılışı da fotosentez hızı üzerinde etkilidir. Stomalar yüzeye yaklaştıkça gaz difüzyonu kollaylaşacağı için fotosentez hızını arttıracaktır. Nemli ortam bitkileri böyledir. 4. Epidermis ve kutikula kalınlığı: Yaprakların yüzeyini örten, epidermis hücreleri tarafından salgılanan mumsu tabakaya kutikula denir. -Epidermis ve kutikula kalınlaştıkça güneş ışığını daha az geçireceğinden fotosentez hızı yavaşlar. -Kurak ortam bitkilerinde yaprak yüzeyi dar, stoma sayısı az ve kutikula tabakası kalındır. 5. Enzim miktarı: Fotosentezde özellikle ışığa bağımlı olmayan tepkimelerinde pek çok enzim görev yapmaktadır. Fotosentez enzimleri ne kadar fazla ise fotosentez de o derece hızlı gerçekleşir. YAPAY IŞIKLANDIRMA -Işığın fotosentez üzerindeki etkisi tarımsal ürün miktarını artırmada yapay ışık kullanımını gündeme getirmiştir. -Işık şiddeti ve ışığın dalga boyu bitki gelişiminde oldukça önemlidir. - Kış aylarındaki kısa günden ve ayrıca bulutlu gün sayısından kaynaklanan, doğal ışık miktarının azalmasından dolayı, bitkiler büyüme ve gelişmeleri için yeterli ışığı bulunmaz. - Doğal ışığın azaldığı zamanlarda, azalan ışık miktarının yapay yoldan elektriksel yolla aydınlatma yaparak karşılanmasına "YAPAY IŞIKLANDIRMA" denir. Resim: Mor ışık yayan LED (ışık yayan diyot) lambaları ile aydınlatılmış bir sera -Yapay ışıklandırma sera yetiştiriciliğinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Özellikle de mevsime bağlı olarak ışık yoğunluğunun azaldığı dönemlerde yapay ışıklandırmanın önemi büyüktür. | 
|
-Yapay ışıklandırma bitki gelişiminin artırılması ve bitkilerin yetiştirilme mevsiminin uzatılması amacıyla kullanılmaktadır. |
Yapay ışıklandırmada kullanılan yöntemler 1. Gün ışığına ilave ışık verilerek günlük ışık şiddetinin ve bitki için uygun ışık spektrumunun artırılmasıdır. Bunun için fotosentezde en etkili olan mavi, mor ve kırmızı ışık tercih edilmektedir. 2. Gün içinde ışık şiddeti yeterli olmuyorsa, gün boyunca ilave ışık verilerek, günlük ışık şiddeti arttırılır. 3. Bitkilere hem gün uzunluğunu arttıracak ve hem de ışık şiddetini yükseltecek, müşterek "gün uzunluğu ve ışık şiddeti" uygulamasıdır. 4.Fotoperiyodik ışıklandırma ise çiçeklenme gibi bitkisel tepkilerin bağlı olduğu ışık aralıklarına müdahale edilir. - Bugün yapay aydınlatma daha çok fide üretimi sırasında kullanılır. Çok sayıda bitkinin bir araya getirilmesi, dar bir alanda daha az elektrik enerjisi kullanarak rasyonel bir ışıklandırma yapmayı mümkün kılar. -Fide üretimi dışında, nadide olan ve satışından büyük gelir elde edilen bazı çiçek ve sebze türlerine uzun gün uygulaması yapılabilmektedir. CO2 ZENGİNLEŞTİRME UYGULAMALARI -Bitkilerin sera gibi kapalı ortamlarda yetiştirildiği durumlarda CO2 miktarı azalarak ürün verimi düşebilir. - Bitkilerin gece sadece solunum yapması sonucunda artan CO2 miktarı gündüz fotosentezde kullanıldığından azalmaya başlar. -Ayrıca sera koşullarında bitkiye verilen su ve mineral miktarı artırıldığında fotosentez hızının artması için ortamdaki CO2 miktarının da artması gerekir. -CO2 zenginleştirme uygulamalarıyla ortamdaki CO2 miktarı artırılarak bitki gelişimi ve böylece ürün miktarı artırılabilmektedir. Seralarda kullanılan CO2 kaynakları 1. Organik gübre kullanımı: Seralarda organik gübre kullanımı ortamdaki CO2 miktarını artırır. Organik gübrenin topraktaki mikroorganizmalar tarafından parçalanması sonucunda CO2 açığa çıkacak ve havadaki CO2 oranı yükselecektir. 2. Petrol, bütan, propan gazı, parafin gibi karbon içeriği zengin organik maddelerin yakılması: Bu tür maddelerin yakılması, ortamdaki CO2 oranı artırılabilmektedir. Ancak bu sırada ortaya çıkan kükürt ve sıcaklık artışı bitkiler için tehlikeli olabilir. 3. Sıvı ya da katı CO2 kullanımı: Sıvı ya da katı CO2 kaplar içerisinde ortama konularak CO2 gazı çıkışı sağlanır. 4. Sera havalandırılmasının sabah geciktirilmesi: Bitkiler geceleri sadece solunum yaptıklarından ortamdaki CO2 miktarı artar. Serayı havalandırmak için güneş doğduktan 1-2 saat sonrası beklendiğinde gece bitkilerin solunumları sonucunda artan CO2’in dışarı kaçması engellenir. Çünkü bu süre içerisinde bitkiler ortamda birikmiş olan CO2’i kullanabilecektir. Böylece doğal yollarla oluşan CO2’ten optimum düzeyde yararlanılmış olur. 5. Seralara ıslak saman balyalarının yerleştirilmesi: Bu uygulama ile samandaki çürükçül bakterilerin ayrıştırma yapmaları sırasında açığa çıkan CO2 fotosentezi arttıracak dolayısı ile ürün miktarında artış sağlanabilecektir. | SORU 1. (2010 YGS FEN) 
Yukarıda verilen grafikteki eğriler beş bitkinin ışık yoğunluğuna göre değişen fotosentez oranlarını göstermektedir. Buna göre I, II, III, IV ve V olarak numaralandırılan eğrilerin hangisi en fazla ışığa gereksinim duyan bitkiye aittir? A) I B) II C) III D) IV E) V SORU 2. (1997 ÖSS): Bitkiler genel olarak, uygun ışık şiddetinde ve ortalama 33 0C de yoğun biçimde fotosentez yapıp en fazla miktarda oksijen ve glukoz üretebilmektedir. Buna göre, ılıman bölgede yaşayan ve yapraklarını döken bitkilerin, aşağıdaki dönemlerin hangisinde dışarıdan aldıkları oksijen miktarı en fazladır? A) Kışın, gündüz B) Sonbaharda, gündüz C) Kışın, gece D) Yazın, gece E) Yazın, gündüz SORU 3. (1999 ÖSS): Fotosentez hızını etkileyen bir etken fotosentez için en yüksek değerin üzerine çıktığında ya da fotosentez için en düşük değerin altına düştüğünde, fotosentez süreci durur. Bu etken, fotosentez için en uygun değerde olduğunda, fotosentez sürecinin hızı en yüksektir. Aşağıdaki grafiklerde, bitkilerde fotosentez hızını etkileyen ışık şiddeti ve sıcaklığın bu değerleri, numaralarla gösterilmiştir. 
Buna göre, aşağıdakilerin hangisinde verilen değişme yönlerinin her ikisi de fotosentez hızının artmasına neden olur? (Işık şiddeti ve sıcaklığın fotosentez hızına etkilerinin birbiriyle ilişkisi olmadığı var sayılacaktır.) | Işık şiddetinde değişme yönü | Sıcaklıktaki değişme yönü | A) | 4’ten 5’e | 1’den 2’ye | B) | 1’den 2’ye | 2’den 3’e | C) | 2’den 3’e | 3’ten 2’ye | D) | 5’ten 6’ya | 4’ten 5’e | E) | 3’ten 2’ye | 5’ten 6’ya |
SORU 4. (1999 ÖSS): Işık şiddeti sabit tutulan bir ortamda, saydam bir fanus içinde bulunan yeşil bir bitkinin fotosentez hızını belirlemek için, I. Kloroplast miktarını ölçme II. Tüketilen CO2 miktarını ölçme III. Toplam yaprak yüzeyini ölçme IV. Ölçmede belirli bir süreyi birim olarak kullanma uygulamalarının hangileri gerekli ve yeterlidir? A) I ve II B) I ve III C) II ve III D) II ve IV E) III ve IV SORU 5. (2001 ÖSS) Yeşil bir bitkinin yaprağından sabah erken bir saatte şekildeki gibi belirli çapta dairesel bir kesit alınarak kurutulmuş ve tartılmıştır. 
Yaprağın geriye kalan kısmı akşama kadar bırakılmış ve fotosenteze devam etmesi sağlanmıştır. Kalan kısımdan, akşam saatlerinde, aynı çapta dairesel bir kesit alınıp kurutulmuş, tartılmış ve içindeki bileşikler analiz edilmiştir. Buna göre, sabah alınan dairesel kesit ile akşam alınan dairesel kesit arasındaki fark, bu yaprak için aşağıdakilerin hangisi hakkında bilgi vermez? A) Ortama verilen oksijen miktarı B) Üretilen organik madde miktarı C) Gün boyunca yitirilen su miktarı D) Organik maddenin üretiminde kullanılan ATP miktarı E) Tüketilen karbondioksit miktarı SORU 6. (2003 ÖSS) 
Fotosenteze uygun bir ortamda bir saksı bitkisiyle şekildeki gibi bir düzenek hazırlanmıştır. a hunisi dışarıdan hava almayacak şekilde yaprağın üzerine konmuş, CO2 tutucu, düzeneğe şekildeki gibi yerleştirilmiş; b musluğu açılmış; sistemdeki hava emilerek c kabındaki boyalı suyun 1 numaralı düzeye kadar yükselmesi sağlandıktan sonra musluk kapatılmıştır. Bir süre sonra boyalı suyun 2 numaralı düzeye belirli bir hızla indiği gözlenmiştir. Deney koşullarında; I. Deney ortamının karanlık hale getirilmesi II. Ortam sıcaklığının fotosentez için en uygun (optimum) değere getirilmesi III. Bitkinin sulanması değişikliklerden hangilerinin yapılması, boyalı suyun 2 numaralı düzeye daha büyük bir hızla inmesine neden olur? A) Yalnız I B) Yalnız II C) Yalnız III D) I ve III E) II ve III SORU 7. Aşağıdakilerden hangisi bir bitkinin birim zamandaki fotosentez hızıyla ilgili en doğru bilgiyi verir? I. Ortama verilen O2 miktarı II. Ortama verilen CO2 miktarı III. Ortamdan alınan O2 miktarı IV. Ortama verilen H2O miktarı V. Ortamdan alınan CO2 miktarı A) I ve III B) I, II ve III C) I ve V D) II ve IV E) II, III ve IV SORU 8.  Yukarıdaki düzenekte kabın dışında kalan yapraklar sararmadığı halde, ağzı hava almayacak şekilde kapatılan cam kabın içinde kalan yapraklarının sararmasının sebebi aşağıdakilerden hangisidir?
A) Topraktaki suyun yetersizliği B) Işığın yetersizliği C) Genetik faktörler D) Oksijen yetersizliği E) Karbondioksit yetersizliği CEVAPLAR ve ÇÖZÜMLERİ 1. Işık yoğunluğunun en yüksek olduğunda fotosentez yapmaya başlayan bitki ışığa en fazla gereksinimi olan bitkidir. Grafikte bu bitki IV ile gösterilmiştir. Cevap: D 2. Bitkiler gündüz hem fotosentez hem de solunum yaparken geceleri sadece solunum yapar. Bir bitki en fazla oksijeni fotosentez yapmadığı gece alır. Bir de metabolizma yazın hızlıdır. Yaz ve gece en fazla oksijen almaya neden olur. Cevap D 3. Grafikler incelendiğinde ışık şiddetinin 4’ten 5’e doğru olduğunda en uygun değere ulaşmaktadır. Sıcaklık ise 1’den 2’ye olduğunda en uygun değere ulaşmaktadır. Cevap: A 4. Fotosentetik bir hücrenin birim zamanda kullandığı CO2 veya ürettiği O2 miktarı fotosentez hızını gösterir. Cevap: D 5. Yapraktan alınan dairesel kesitlerin kuru ağırlığı karşılaştırılmıştır. Aradaki fark fotosentez ile üretilen besin miktarını verir. Besin miktarı bilinirse ortama verilen oksijen miktarı, üretilen organik madde miktarı, kullanılan ATP miktarı ve tüketilen karbondioksit miktarı belirlenebilir. Ancak yitirilen su miktarı belirlenemez. Çünkü bitki gün boyu terleme ile de su yitirir. Cevap: C 6. Kullanılan CO2 tutucu, karanlıkta bitki tarafından üretilen CO2’leri tutar. Dolayısı ile sıvı seviyesi değişmez. (I. öncül yanlış) -Bitkinin sulanması terlemeyle çıkacak gaz çıkışını arttıracağından boyalı su 2’ye düşer. -Ortam sıcaklığının fotosentez için uygun değere getirilmesi üretilen oksijen miktarını artıracağından boyalı su 2’ye düşecektir. Cevap: E 7. Fotosentetik bir hücrenin birim zamanda ortamdan aldığı CO2 veya ürettiği O2 miktarı fotosentez hızını gösterir. Cevap: C 8. Cam kap hava almadığı ve içindeki CO2 de KOH tarafından tutulacağı için fotosentez için gerekli CO2 bulamayacak ve buna bağlı olarak yapraklar sararacaktır. Cevap: E |