عامل محدودکننده: کدامیک جلوی رشد را گرفته؟
چهار عامل با هم کار میکنند اما همیشه یکی ترمز است؛ میآموزیم آن یکی را پیدا کنیم و بفهمیم چرا افزودن بقیه بیفایده است.
در پایان این درس میتوانید
- قانون عامل محدودکننده را با زبان خودت توضیح دهی.
- از روی چهار ستون شبیهساز، عامل محدودکننده را تشخیص دهی.
- پیشبینی کنی که زیادکردن یک عاملِ غیرمحدودکننده چه اثری بر نرخ دارد.
- توضیح دهی چرا نرخ فتوسنتز بالای ۴۰ درجه سقوط میکند.
- بگویی گلخانهداران چرا و در چه شرایطی هوای گلخانه را با کربندیاکسید غنی میکنند.
بشکهای چوبی را تصور کن که از چند تختهٔ بلند و یک تختهٔ کوتاه ساخته شده است. هرچقدر هم آب بریزی، سطح آب تنها تا لبهٔ کوتاهترین تخته بالا میآید و بقیه سرریز میشود. بلندکردن تختههای دیگر ذرهای کمک نمیکند؛ تنها همان تختهٔ کوتاه است که ارتفاع آب را تعیین میکند. برگ گیاه هم دقیقاً همینطور کار میکند.
چهار عامل، یک ترمز
فتوسنتز به چهار چیز نیاز دارد: نور، کربندیاکسید، دمای مناسب و آب. شبیهساز از هر عامل یک ستون میسازد که نشان میدهد آن عامل چند درصد از توان کامل خود را در اختیار برگ گذاشته است. سپس کمترین ستون را برمیدارد و همان را نرخ کل اعلام میکند. به این قاعده قانون عامل محدودکننده (یا قانون کمینه) میگویند.
یک مثال عددی کاملاً حلشده
شدت نور را روی ۶۰، کربندیاکسید را روی ۴۰۰ پیپیام، دما را روی ۲۵ درجه و آب در دسترس را روی ۸۰ بگذار. چهار ستون چنین میشوند:
| عامل | تنظیم | ستون |
|---|---|---|
| نور | ۶۰ | ۸۸ درصد |
| کربندیاکسید | ۴۰۰ پیپیام | ۶۱ درصد |
| دما | ۲۵ درجه | ۱۰۰ درصد |
| آب | ۸۰ | ۱۰۰ درصد |
کمترین ستون ۶۱ درصد است، پس نرخ فتوسنتز ۶۱ درصد و عامل محدودکننده کربندیاکسید میشود. حالا دو آزمایش کن:
- فقط شدت نور را از ۶۰ به ۱۰۰ ببر. ستون نور از ۸۸ به ۹۷ درصد میرود، اما نرخ کل روی همان ۶۱ درصد میماند. نور ترمز نبود، پس زیادکردنش هیچ سودی نداشت.
- نور را به ۶۰ برگردان و کربندیاکسید را به ۱٬۰۰۰ پیپیام برسان. ستون آن به ۹۱ درصد میرود و حالا کوتاهترین ستون، نور با ۸۸ درصد است. نرخ به ۸۸ درصد میجهد و نام عامل محدودکننده به نور عوض میشود.
این جابهجایی مهمترین جملهٔ درس است: بهمحض آنکه ترمزی برداشته شود، عامل بعدی جای آن را میگیرد.
دما و آب، دو ترمز دیگر
دما رفتار متفاوتی دارد. تا حدود ۲۵ درجه بهترین حالت است، اما بالای ۴۰ درجه آنزیمهای برگ شکل خود را از دست میدهند و از کار میافتند. در ۴۵ درجه نرخ به حدود ۵ درصد سقوط میکند و چون تنفس با گرما تندتر میشود، رشد خالص منفی میشود و گیاه وزن کم میکند. آب هم وقتی از حدود ۲۰ درصد کمتر شود روزنهها بسته میشوند و راه ورود گاز بند میآید.
کاربرد در دنیای واقعی
هوای آزاد حدود ۴۰۰ پیپیام کربندیاکسید دارد و همانطور که دیدی، این مقدار در روز آفتابی ترمز اصلی است. برای همین گلخانهداران هوای گلخانه را تا حدود ۱٬۰۰۰ پیپیام غنی میکنند و برداشت خیار و گوجهفرنگی را چشمگیر بالا میبرند. اما همین کار در گلخانهای کمنور یا در زمستان سرد، پول دورریختن است؛ چون آنجا ترمز چیز دیگری است. کشاورز کاردان اول عامل محدودکننده را پیدا میکند، بعد خرج میکند.
رابطههای کلیدی
مأموریت شبیهسازی
چهار ستون کنار بوم را ببین؛ کوتاهترین ستون همان چیزی است که جلوی برگ را گرفته است.
- شدت نور را روی ۶۰، کربندیاکسید را روی ۴۰۰، دما را روی ۲۵ درجه و آب در دسترس را روی ۸۰ بگذار؛ نرخ و نام عامل محدودکننده را یادداشت کن.
- تنها شدت نور را تا ۱۰۰ بالا ببر و ببین نرخ کل چقدر تغییر میکند.
- نور را به ۶۰ برگردان و کربندیاکسید را تا ۱٬۰۰۰ بالا ببر؛ حالا نام عامل محدودکننده را دوباره بخوان.
- کربندیاکسید را به ۴۰۰ برگردان، دما را روی ۴۵ درجه بگذار و جملهٔ رشد خالص را بخوان.
- دما را به ۲۵ برگردان و آب در دسترس را روی ۱۰ بیاور تا ببینی کدام ستون کوتاهترین میشود.
آزمون این درس
۵ پرسش چهارگزینهای. پس از ثبت، پاسخ درست و توضیح هر پرسش را میبینید. میتوانید هر چند بار که خواستید تلاش کنید؛ بهترین نمره در کارنامه ثبت میشود.