påverkan av syrekoncentrationen i intervallet 0-21% på fotosyntesen i intakta blad av ett antal högre växter har undersökts.
fotosyntetisk CO2-fixering av högre växter hämmas markant av syre i koncentrationer ner till mindre än 2%. Inhiberingen ökar med syrekoncentration och är cirka 30% i en atmosfär av 21% O2 och 0,03% Co.2. Utan tvekan utövar syre i normal luft en stark hämmande effekt på fotosyntetisk Co2-fixering av markväxter under naturliga förhållanden.
den hämmande effekten av syre produceras snabbt och fullständigt reversibel.
graden av hämning är oberoende av ljusintensitet.
kvantutbytet för CO2-fixering, dvs lutningen på den linjära delen av kurvan för Co2-upptag kontra absorberad kvanta, hämmas i samma grad som den ljusmättade hastigheten vid alla studerade syrekoncentrationer.
olika arter av högre växter, varierande mycket i fotosyntetiskt svar på ljusintensitet och Co2-koncentration, och med lätta mättade Roller av Co2-fixering som skiljer sig med en faktor mer än 10 gånger, visar en anmärkningsvärd likhet i deras svar på syrekoncentration. Däremot, när de studerades under samma förhållanden som de högre växterna, visade de gröna algerna Chlorella och Ulva inte‐någon mätbar hämning av fotosyntetisk Co2-fixering. Likhet, ökningen av fluorescensintensitet med ökande syrekoncentrationer som finns i högre växter sågs inte heller i klorella. De nuvarande resultaten, tillsammans med tidigare data om det fotosyntetiska svaret hos alger till syrekoncentration, indikerar att den fotosyntetiska apparaten hos högre växter skiljer sig avsevärt från algernas känslighet för syre.
den hämmande effekten av syre på fotosyntetisk CO2-fixering i högre växter är något högre vid våglängder som företrädesvis exciterar fotosystem I. Emerson-förbättringen av CO2-fixering uppmätt när en långt röd stråle med låg intensitet påläggs på en bakgrund av rött ljus är större under låg syrekoncontrution än under luft. Mätningar av reversibla ljusinducerade absorbansförändringar avslöjar att förändringen vid 591 nm, troligen orsakad av pla.stocyanin, påverkas endast av syrekoncentration om fotosystem II är upphetsad. den reducerande effekten på plastocyanin, orsakad av excitation av detta system, minskar med ökande syrekoncentration. Från dessa resultat föreslås att en möjlig plats för hämning av syre är i elektronbärarkedjan mellan de två fotosystemen. Syre kan fungera som en elektronacceptor på denna plats, vilket orsakar minskad kraft att reagera tillbaka med molekylärt syre. Denna hypotes tar emellertid inte hänsyn till Lika hämningar av kvantutbytet och den ljusmättade hastigheten för fotosyntetisk CO2-upptag.
genom den fotosyntetiska processen tar växter upp koldioxid och utvecklar syre. Den nuvarande höga koncentrationen av molekylärt syre i atmosfären anses generellt ha uppstått från aktiviteten hos fotosyntetiska organismer. Effekten av syrekoncentration verkar därför vara ett problem av stort intresse, inte bara inom biofysik och biokemi för fotosyntes, utan också inom ekologi och andra grenar av biologi.
det upptäcktes av Warburg (1920) att höga koncentrationer av syre hämmar hastigheten för fotosyntetisk syreutveckling i den encelliga algen Chlorella. Sedan dess har det bekräftats av olika författare att syrekoncentrationer i intervallet 21-100 procent har en markant hämmande effekt på fotosyntesen, särskilt vid mättande ljusintensiteter. Det finns vissa bevis för att under förhållanden när koldioxidkoncentrationen begränsar fotosyntesen kan hämningen bli uppenbar även i 21 procent syre. Inhiberingen har inte ansetts fungera vid låg ljusintensitet. En recension om ämnet har gjorts av Turner och Brittain (1962).
olika hypoteser har lagts fram för att förklara den hämmande effekten av syre, vanligen kallad Warhurg-effekten. Vissa författare gynnar tanken på enzymhämning; Turner et al. (1958) att en eller flera enzymer i kolreduktionscykeln inaktiveras av syre: lirianlals (1962) att enzymer i det syreutvecklande komplexet är inhiherade. Andra hypoteser gäller bakreaktioner där molekylärt syre tas upp och därmed reverserar den fotosyntetiska processen. Dessa reaktioner inkluderar fotooxidation, fotorespiration och Mehler-reaktionen (Tamiya et al., 1957). För närvarande finns det ingen allmänt accepterad hypotes som förklarar effekten.
de ofta motstridiga resultaten som dessa hypoteser baserades på har erhållits mestadels på alger. Den första observationen av en hämmande effekt på fotosyntes i en högre växt gjordes hy McAlister och Myers (1940) i veteblad. De fann att det fotosyntetiska CO2-upptaget var markant lägre i luft än i en atmosfär på cirka 0,5 procent syre. Vid den använda CO2-koncentrationen (0,03%) var hämningen närvarande både vid höga och måttliga ljusintensiteter. Inga data erhölls vid låga ljusintensiteter.
även om studien av effekten av syrekoncentration på fotosyntes i högre växter verkar vara av stort intresse, särskilt eftersom den naturliga miljön hos de flesta landväxter är en atmosfär med en syrehalt på 21 procent, har den väckt mycket liten uppmärksamhet. Såvitt författaren vet har ingen grundlig utredning om ämnet publicerats.
den nuvarande undersökningen riktas mot att belysa det fotosyntetiska svaret hos högre växter till syrekoncentrationer upp till normal luft. Data presenteras som visar att den fotosyntetiska CO2-fixeringen i intakta blad av högre växter, oavsett ljusintensitet, hämmas starkt av syre i normal luft och att det pholosyntetiska svaret på syre skiljer sig avsevärt från det hos gröna alger. Föreliggande investigalion är riktad mot elucidatirng fotosyntetiska svaret av högre växter till syrekoncentrationer upp till den för normal luft. Data presenteras som visar att den fotosyntetiska CO2-fixeringen i intakta blad av högre växter, oavsett ljusintensitet, hämmas starkt av syre i normal luft och att det pholosyntetiska svaret på syre skiljer sig avsevärt från det hos gröna alger.