با محاسبه کارایی فتوسنتز ممکن است تا بیشینه محصول گیاهان غله ای را بصورت تئوری تخمین بزنیم. آنگاه اینها با محصولات واقعی بدست آمده در مطلوب ترین شرایط ثبت شده در کشورهای مختلف مقایسه شود. هچنین امکان دارد واکنش محصول میانگین به کودهای نیتروژنی را تخمین بزنیم و از آنجا کارایی آن را بدست آوریم با توجه به شرایط محیطی. محصولات غله ای مشابه بقیه از طریق فتوسنتز تشکیل می شوند اساسا تشکیل کربوهیدرات از آب و کربن دی اکسید جوی بوسیله انرژی خورشیدی واکنش اصلی فتوسنتز به این صورت نمایش داده می شود
انرژی نور
کارایی نظری (تئو.ریک) این واکنش به صورت زیر محاسبه می شود. تشکیل یک مستلزم شکافته شدن دو مولکول و یک مولکول می باشد. برای شکافتن دو مولکول چهار کوانتا از طول موج و برای شکافتن یک مولکول چهار کوانتا از طول موج مورد نیاز است.[1] بنابراین انرژی مورد نیاز برای تشکیل یک می باشد. که ثابت
پلانک
Cسرعت نور جرم یک
بدین ترتیب انرژی نوری مورد نیاز برای تشکیل 1 کیلوگرم گلوکزJ/kg107* 623/4 می باشد. گرمای سوختن گلوکز برابرcal/g 3720 معادلJ/kg 107* 10226 می باشد.
بدین ترتیب کارایی تبدیل انرژی نوری (خورشیدی) به انرژی شیمیایی 337/0 می باشد. این کارایی تنها وقتی کاربرد دارد که منبع نور تعداد کواتای برابر رد طول موج مشخص تابش کند. باند موج تابش خورشیدی بصورت فتوسنتزیnm700- 400 می باشد ، انرژی ساطع شده بر طبق نورتک رنگ از طول موجnm 575 [2]
کارایی تبدیل اشعه فعال فتوسنتزی (PAR) به گلوکز می باشد.
طیف انرژی خورشیدی در سطح زمین هم بالاتر ازnm 700 و هم پایین تر از 400nm گسترش می یابد.
PAR میانگین برای 45 درصد از اشعه لازمه کل را توجیه می کند. (TAR) این درصد با عرض جغرافیایی تغییر می کند ، در عرض جغرافیایی بالاتر نور از میان لایه اوزون عبور می کند و تعداد (بخش) بیشتری از اشعه ماوراء بنفش جذب می شود . کارایی تبدیل TIR با انرژی گلوکز 126/0 می باشد.
محدودیت نظری (ظاهری ) برای محصول غله ای محدودیت نظری برای محصول غله ای نامشخص است همانند اندازه های بازدارنده ضایعات فیزیولوژیکی گیاهی در طول دوره جوانه زدن که بطور دقیق شناخته شده نیستند . این ضایعات که شامل انعکاس ، تنفس، (بازگشت CO2 به اتمسفر) اشباع نور در برگ های بالاتر ، جذب توسط بافت های غیر فعال و تبدیل گلوکز به کبوهیدرات های پیچیده تر مانند پروتئین های و اسیدهای چرب کارایی را به پایین تر از 6/12 درصد فتوسنتز کاهش می دهد.
از اطلاعات داده شده توسط L.T. EVANS این طور نتیجه گیری می شود که بیشینه کارایی در گیاهان غله ای C4 (ذرت، ذرت خوشه ای ، ارزن) دقیقا 5/4 درصد است. و در گیاهان C3 (گندم ، برنج ، جو ، چاودار) 3 درصد است. [3] مورتا و ماتسوشیما بیشینه کارایی برای برنج را در مناطق معتدل 4 درصد محاسبه می کنند در حالی که رقم 3 درصد برای مناطق معتدل و فصل مرطوب استوایی و 5/2 درصد برای فصل خشک استوایی(حاره ای) محاسبه می کنند. دوره جوانه زدن در مناطق استوایی (گرمسیر) در حدود 30 روز و در مناطق معتدل در حدود 40 روز است.
TIR در طول دوره جوانه زدن ازcal/cm2/day 300 در فصل حاره ای مرطوب تاcal/cm2/day 550 در فصل خشک تفاوت می کند[5] میزان محتوای انرژی ماده خشک گیاهان غله ای حدودا 8900 است. همانطور که بعد از خشک شدن دانه غله ای دارای میان رطوبت در حدود 15 درصد می باشد و میزان انرژی غله می تواندcal/g 3300 گرفته شود.