Fotosyntéza je proces, který rostliny používají, aby zapnout světla, oxidu uhličitého a vody na cukry, které palivo růst rostlin, pomocí primární fotosyntetického enzymu Rubisco.
většina rostlinných druhů na Zemi používá fotosyntézu C3, ve které první produkovaná uhlíková sloučenina obsahuje tři atomy uhlíku., V tomto procesu, oxid uhličitý vstupuje do rostlin prostřednictvím průduchů (mikroskopické póry na listech rostlin), kde uprostřed sérii komplexních reakcí, enzymu Rubisco fixuje uhlík v cukru přes Calvin-Benson cyklu. Dvě klíčová omezení však zpomalují fotosyntézu.
- Rubisco má za cíl opravit oxidu uhličitého, ale může také opravit molekuly kyslíku, které vytváří toxické dva-uhlíkové sloučeniny. Rubisco fixuje kyslík asi 20 procent času a zahajuje proces nazvaný photorespiration, který recykluje toxickou sloučeninu., Fotorespirace stojí energii rostliny, kterou mohla použít k fotosyntetizaci.
- Když se průduchy jsou dokořán, aby mohl oxid uhličitý, ale také nechat vodní páry ven, takže C3 rostliny v nevýhodě v suchu a vysoké teplotě prostředí.
rostliny však vyvinuly jinou formu fotosyntézy, která pomáhá snížit tyto ztráty v horkém a suchém prostředí. V C4 fotosyntézy, kde čtyři uhlíkové sloučeniny se vyrábí, unikátní list anatomie umožňuje oxidu uhličitého se soustředit v ‚svazek plášť buňky kolem Rubisco., Tato struktura dodává oxid uhličitý přímo do Rubisco, účinně odstraňuje jeho kontakt s kyslíkem a potřebu fotorespirace. A co víc, tato adaptace umožňuje rostlinám zadržovat vodu díky schopnosti pokračovat v fixaci uhlíku, zatímco jsou stomata uzavřeny.
rostliny C4 – včetně kukuřice, cukrové třtiny a čiroku—se vyvarují fotorespirace použitím jiného enzymu zvaného PEP během prvního kroku fixace uhlíku. Tento krok probíhá v mezofylových buňkách, které se nacházejí v blízkosti stomaty, kde do rostliny vstupuje oxid uhličitý a kyslík., PEP je více přitahován molekulami oxidu uhličitého, a proto je mnohem méně pravděpodobné, že bude reagovat s molekulami kyslíku. PEP fixuje oxid uhličitý na čtyřuhlíkovou molekulu, zvanou malát, která je transportována do hlubších buněk pláště svazku, které obsahují Rubisco. Na malát je pak rozdělen na materiál, který se recykluje zpět do PEP a oxid uhličitý, který Rubisco fixuje na cukry—, aniž by museli vypořádat s molekuly kyslíku, které jsou hojné v mesophyll cells.,
C3 rostliny nemají anatomické struktury (ne bundle sheath cells), ani množství PEP carboxylase, aby se zabránilo photorespiration jako C4 rostliny. Jedním z cílů projektu RIPE je vytvoření efektivnější cesty pro fotorespiraci ke zlepšení produktivity plodin C3.
projekt RIPE také pracuje na zlepšení fotosyntézy plodin C3, aby zajistil větší bezpečnost potravin v budoucích klimatických scénářích., Rostliny C3 jsou omezeny oxidem uhličitým a mohou těžit ze zvýšení hladiny atmosférického oxidu uhličitého v důsledku klimatické krize. Tento přínos však může být kompenzován současným zvýšením teploty, které může způsobit stomatální stres.
rostliny C3 zahrnují některé z nejdůležitějších zdrojů kalorií po celém světě: cowpea, kasava, sója a rýže. Oblasti, ve kterých se tyto plodiny pěstují, jsou často horké a suché, což znamená, že by mohly těžit z energeticky úsporných mechanismů fotosyntézy C4., Zatímco fotosyntéza C3 má více prostoru pro zlepšení, naše počítačové modely naznačují, že můžeme zlepšit oba typy fotosyntézy, abychom zvýšili produkci plodin.
autor: Katherine Meacham-Hensold / / editoval: Amanda Nguyen
Napsat komentář