פוטוסינתזה היא התהליכים שצמחים משתמשים בהם ליצירת מזון, באמצעות אנרגיית אור, פחמן דו חמצני, ומים. תהליך זה נחוץ לצמיחה, ונמשך לאורך מחזור חייו של הצמח. קצב הפוטוסינתזה בצמחים תלוי בזמינותם של שלושת האלמנטים הללו. חוזק האור העומד לרשות הצמח, ריכוז הפחמן הדו-חמצני באטמוספרה וכמות המים העומדת לרשות הצמח יכולים כולם לעודד או להאט את תהליך הפוטוסינתזה. חייב להיות שילוב אופטימלי של שלושת היסודות החיוניים הללו בכדי שהתגובה הכימית של הפוטוסינתזה תתרחש. ללא האיזון הנכון, פוטוסינתזה עשויה להאט או להפסיק לחלוטין.
אור
חוזק האור העומד לרשות הצמח משפיע על תהליך הפוטוסינתזה. השלב התלוי באור של הפוטוסינתזה יכול להתקיים רק כאשר יש מספיק אור זמין עבור הצמח לקלוט. כשאין מספיק אור, פיגמנטים כמו כלורופיל אינם יכולים לספוג מספיק אנרגיית אור כדי ליצור אדנוזין טריפוספט, הידוע גם בשם ATP. ATP הוא חומר כימי המשמש את הצמח לאחסון אנרגיה, והוא מרכיב הכרחי בשלב השני של הפוטוסינתזה, המכונה השלב העצמאי האור. מסיבה זו, בעוד שפוטוסינתזה יכולה להתחיל רק במהלך אור יום, ברגע שנוצר ה- ATP, התהליך יכול להסתיים בכל עת שהכמות המתאימה של מים ופחמן דו חמצני זמינה.
פחמן דו חמצני ומים
פוטוסינתזה דורשת כמות מסוימת של פחמן דו חמצני בכדי להצליח. כמות הפחמן הדו-חמצני הזמינה באטמוספירה פוחתת בגבהים גבוהים יותר, מה שמאט את תהליך הפוטוסינתזה. בגבהים גבוהים במיוחד, חוסר בפחמן דו חמצני יכול למנוע את התהליך לחלוטין. בנוסף לפחמן דו חמצני, הצמח דורש מים גם לתגובה הכימית היוצרת סוכר. כל מולקולת סוכר המיוצרת על ידי הצמח דורשת שש מולקולות מים. מולקולות המים מספקות מימן, ומשאירות את שארית החמצן כתוצר פסולת. אם כמות המים הזמינה אינה מספיקה בכדי להשלים את התהליך, הפוטוסינתזה נפסקת עד שיהיה יותר מים זמינים.
מסגרת זמן
אף ששיעור הפוטוסינתזה שונה בין מיני צמחים לגורמים סביבתיים, ניתן לקבוע את הקצב המדויק של הפוטוסינתזה של צמח מסוים. בניסוי שנערך באוניברסיטת קולורדו, נבדק שיעור הפוטוסינתזה שהושגה על ידי עלי עץ נשירים. בניסוי זה נקבע כי העלים שנבדקו עיבדו 44.14 עמודים לדקה (חלקים למיליון) של גז דו תחמוצת הפחמן בכל דקה של פוטוסינתזה לכל גרם משטח עלה.
