Luce, CO₂ e temperatura
Nel settembre 2026 l'aria a Mauna Loa conteneva 426.07 parti per milione di anidride carbonica, circa il 52 percento in più rispetto alle circa 280 ppm dell'aria prima della Rivoluzione industriale.
Il passaggio più lento detta il ritmo
Immagina un negozio di panini dove una persona affetta il pane e un'altra lo farcisce. Se chi affetta può prepararne 30 al minuto e chi farcisce solo 10, il negozio produce 10 panini al minuto; assumere qualcuno più veloce ad affettare non cambia nulla. Nel 1905 Frederick Blackman, botanico di Cambridge, pubblicò un breve articolo, «Optima and limiting factors», che introdusse la stessa idea nella fisiologia vegetale. Quando un processo dipende da più fattori, la sua velocità è frenata da quello più scarso.
Per la fotosintesi i tre fattori classici sono luce, anidride carbonica e temperatura. La luce alimenta le reazioni dipendenti dalla luce. L'anidride carbonica è la materia prima fissata dalla RuBisCO nel ciclo di Calvin. La temperatura determina la velocità d'azione degli enzimi. Qui sotto la velocità è il prodotto del fattore temperatura e del minore fra il fattore luce e il fattore CO₂. È un modello didattico semplificato basato sull'idea di Blackman: i numeri servono per esercitarsi, non sono misurazioni.
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Luce
Con luce debole, più luce significa più fotosintesi, quasi in proporzione. Aumentando la luminosità, la curva si piega e poi si stabilizza: la clorofilla cattura più energia di quanta il ciclo di Calvin riesca a usare. Nel modello, con CO₂ a 420 ppm e 25 °C, la velocità è 35.7 al 10 percento della piena luce solare, 55.6 al 20 percento e 61.8 al 60 percento. Dal 60 al 100 percento non cambia nulla, perché la CO₂ è diventata il fattore limitante.
Anidride carbonica
L'anidride carbonica costituisce una piccolissima parte dell'aria. Il Global Monitoring Laboratory della NOAA ha riportato una media mensile di 426.07 ppm a Mauna Loa, nelle Hawaii, per settembre 2026, contro circa 280 ppm prima dell'epoca industriale, valore ricavato dalle carote di ghiaccio. Nel modello, al 60 percento di luce, aumentare la CO₂ da 420 a 1000 ppm fa salire la velocità da 61.8 a 88.2; poi la luce torna a essere il limite. Per molte piante in piena luce a scarseggiare è la CO₂, non la luce.
Temperatura
La temperatura agisce diversamente. Non fornisce energia né carbonio: modifica la velocità con cui lavorano enzimi come la RuBisCO. Al freddo tutto è lento. Con il riscaldamento la velocità sale fino a una temperatura ottimale (25 °C nel modello), poi scende più bruscamente perché gli enzimi cominciano a perdere la propria forma. In una giornata calda e secca c'è un secondo problema: le cellule di guardia chiudono gli stomi per risparmiare acqua e può entrare meno CO₂. OpenStax pone questa domanda nel capitolo sulla fotosintesi; nelle prossime unità la esaminerai dal punto di vista della foglia.
| Impostazione (modello) | Velocità | Fattore limitante |
|---|---|---|
| 60% di luce, 420 ppm, 25 °C | 61.8 | CO₂ |
| 60% di luce, 1000 ppm, 25 °C | 88.2 | luce |
| 20% di luce, 1000 ppm, 25 °C | 55.6 | luce |
| 60% di luce, 280 ppm, 25 °C | 47.7 | CO₂ |
| 60% di luce, 420 ppm, 35 °C | 18.0 | temperatura |
| 60% di luce, 420 ppm, 15 °C | 30.8 | temperatura |
Le piante reali sono più complesse. Luce e CO₂ spesso limitano insieme anziché alternarsi, le piante si adattano alla luce in cui crescono e quelle d'ombra modificano le proporzioni delle proprie clorofille. L'idea di Blackman resta un'utile domanda iniziale: di tutto ciò che serve ora a questa pianta, che cosa scarseggia di più?
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- Blackman (1905): il fattore più scarso limita la velocità.
- Curva della luce: ripida con luce debole, piatta con luce intensa.
- Aria attuale: circa 426 ppm di CO₂ (NOAA, settembre 2026); circa 280 ppm prima dell'industrializzazione.
- La temperatura cambia la velocità degli enzimi; il caldo eccessivo è peggiore del freddo eccessivo.
- Che cosa descriveva l'articolo di Blackman del 1905?
- Il fattore più lento limita la velocità di un processo
- La struttura del cloroplasto
- Il ciclo di Calvin
- Come si aprono gli stomi
- NOAA: 426.07 ppm nel settembre 2026, circa 280 ppm prima dell'industrializzazione. Di quale percentuale il valore attuale è più alto? (arrotonda all'intero più vicino)
- Nel modello, al 60% di luce e 420 ppm, la velocità è 61.8. Portando la luce al 100% si ottiene…
- ancora 61.8, perché la CO₂ è il fattore limitante
- circa 100
- circa 80
- zero
- Nel modello, il 60% di luce e 1000 ppm di CO₂ a 25 °C danno una velocità di 88.2. Prima, a 420 ppm, era 61.8. Di quanto è aumentata?
- Al 20% di luce la velocità è 55.6 sia a 420 sia a 1000 ppm. Perché?
- La luce è il fattore limitante
- La CO₂ è il fattore limitante
- La temperatura è troppo alta
- Gli stomi sono chiusi
- Perché la velocità diminuisce rapidamente oltre la temperatura ottimale?
- Enzimi come la RuBisCO cominciano a perdere la propria forma
- C'è meno luce
- La clorofilla diventa rossa
- L'acqua non viene più scissa
- In una giornata calda e secca le cellule di guardia chiudono gli stomi. Che cosa succede alla fotosintesi?
- Rallenta, perché entra meno CO₂ nella foglia
- Accelera, perché si risparmia acqua
- Non cambia nulla
- Smette di produrre ossigeno ma continua a produrre zuccheri
- Quale fattore fornisce la materia prima fissata dalla RuBisCO?
- Anidride carbonica
- Luce
- Temperatura
- Ossigeno
- Con luce debole, raddoppiare la luce approssimativamente…
- aumenta molto la fotosintesi
- non ha effetto
- riduce la fotosintesi
- ferma la fotosintesi
- Nel modello, al 60% di luce, 420 ppm e 15 °C, il fattore temperatura è 49.9% e il fattore CO₂ è 61.8%. Velocità = 100 × 0.499 × 0.618. Calcola con una cifra decimale.
Fonti di questo corso (16)
- -fix5: gravity calculation corrected using rho*g*h = 1000*9.8*h Pa
- the cited textbook has a tenfold coefficient error. Sources (checked 2026-10-17): OpenStax Biology 2e 8.1 Overview of Photosynthesis (photoautotrophs, mesophyll, stomata on the underside, guard cells, chloroplast, thylakoid, granum, stroma, two stages; openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis)
- 8.2 The Light-Dependent Reactions (400 to 700 nm, chlorophyll a absorbs blue and red, carotenoids, 300 to 400 chlorophylls per antenna, water split at PSII, about 10 percent of the oxygen used by the leaf's mitochondria; .../8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis)
- 8.3 Using Light Energy to Make Organic Molecules (RuBisCO, 3-PGA, G3P, three turns per G3P and six per glucose, "dark reaction" outdated, cacti fix CO2 at night; .../8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules)
- 30.3 Roots (tap and fibrous roots, root cap, three zones in the first centimetre, root hairs, endodermis and Casparian strip; .../30-3-roots)
- 30.4 Leaves (lamina, petiole, midrib, parallel and reticulate venation, Ginkgo, cuticle, trichomes, palisade in one to three layers, spongy mesophyll, guard cells the only epidermal cells with chloroplasts, xylem and phloem, needles and spines; .../30-4-leaves)
- 30.5 Transport of Water and Solutes (redwoods near 116 m, turgor 0.6 to 0.8 MPa and up to 1.5 MPa = 210 psi vs tyres 30 to 34 psi, gravity -0.1 MPa per metre, -2 MPa at the leaf surface, cohesion-tension, up to 90 percent of the water lost, sources and sinks, phloem sap up to 30 percent sugar; .../30-5-transport-of-water-and-solutes-in-plants)
- 31.3 Nutritional Adaptations (rhizobia, nodules, nitrogenase, biological fixation 65 percent of nitrogen used in agriculture, mycorrhizae in more than 80 percent of land plants, up to 20 percent of the carbon; .../31-3-nutritional-adaptations-of-plants)
- 32.2 Pollination and Fertilization (self and cross pollination, bees cannot see red, nectar guides, bats, birds, wind, water, at least 25,000 orchid species, double fertilization 2n zygote and 3n endosperm, seed parts, scutellum, fruit types, dispersal, dormancy; .../32-2-pollination-and-fertilization)
- Britannica, Photosynthesis: history (Priestley 1771, Ingenhousz 1779, 1782: oxygen formed at the expense of fixed air, identified the year before as carbon dioxide) (britannica.com/science/photosynthesis/History-of-the-study-of-photosynthesis)
- Smithsonian Libraries, Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, 1779 (library.si.edu/digital-library/book/experimentsuponv00inge)
- van Helmont's account (200 pounds of earth, 5 pound willow, 169 pounds and about 3 ounces after five years, soil short by about 2 ounces)
- quoted from Howe 1965 by S. G. Saupe, College of St. Benedict and St. John's University (employees.csbsju.edu/ssaupe/biol115/van_helmont.htm)
- F. F. Blackman, Optima and Limiting Factors, Annals of Botany 19:281-296, April 1905 (doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a089000)
- NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO2 (gml.noaa.gov/ccgg/trends/: Mauna Loa September 2026 monthly mean 426.07 ppm)
- NOAA Climate.gov, Climate change: atmospheric carbon dioxide (280 ppm or less before the Industrial Revolution of the mid-1700s, from ice cores; climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide).
Consultato il: 2026-10-17