fotosynteza to proces, za pomocą którego rośliny zamieniają światło, dwutlenek węgla i wodę w cukry, które napędzają wzrost roślin, przy użyciu głównego enzymu fotosyntetycznego Rubisco.
większość gatunków roślin na Ziemi wykorzystuje fotosyntezę C3, w której pierwszy wyprodukowany związek węglowy zawiera trzy atomy węgla., W procesie tym dwutlenek węgla dostaje się do rośliny przez jej szpary (mikroskopijne pory na liściach roślin), gdzie w wyniku szeregu złożonych reakcji enzym Rubisco przekształca węgiel w cukier w cyklu Calvina-Bensona. Jednak dwa kluczowe ograniczenia spowalniają fotosyntezę.
- Rubisco ma na celu naprawę dwutlenku węgla, ale może również naprawiać cząsteczki tlenu, które tworzą toksyczny związek dwu węglowy. Rubisco naprawia tlen około 20% czasu, inicjując proces zwany fotorespiracją, który poddaje recyklingowi toksyczny związek., Fotorespiracja kosztuje energię rośliny, którą mogła wykorzystać do fotosyntezy.
- gdy szpary są otwarte, aby wpuścić dwutlenek węgla, wypuszczają również parę wodną, pozostawiając rośliny C3 w niekorzystnej sytuacji w warunkach suszy i wysokiej temperatury.
jednak rośliny wyewoluowały inną formę fotosyntezy, aby zmniejszyć te straty w gorących, suchych środowiskach. W fotosyntezie C4, w której wytwarzany jest związek czterowęglowy, unikalna anatomia liści pozwala na koncentrację dwutlenku węgla w komórkach otoczki wiązki wokół Rubisco., Ta struktura dostarcza dwutlenek węgla bezpośrednio do Rubisco, skutecznie eliminując jego kontakt z tlenem i potrzebę fotorespiracji. Co więcej, adaptacja ta pozwala roślinom zatrzymywać wodę poprzez zdolność do dalszego utrwalania węgla, gdy szpary są zamknięte.
rośliny C4 – w tym kukurydza, trzcina cukrowa i sorgo—unikają fotorespiracji, używając innego enzymu zwanego PEP podczas pierwszego etapu wiązania węgla. Etap ten odbywa się w komórkach mezofilowych, które znajdują się w pobliżu szpar, w których dwutlenek węgla i tlen dostają się do rośliny., PEP jest bardziej przyciągany do cząsteczek dwutlenku węgla i dlatego jest znacznie mniej podatny na reakcję z cząsteczkami tlenu. PEP przekształca dwutlenek węgla w cząsteczkę czterech węgla, zwaną jabłczanem, która jest transportowana do głębszych komórek osłonki wiązki, które zawierają Rubisco. Jabłczan jest następnie rozkładany na związek, który jest ponownie przetwarzany na PEP i dwutlenek węgla, który Rubisco rozpuszcza w cukrach—bez konieczności radzenia sobie z cząsteczkami tlenu, które są bogate w komórki mezofilu.,
rośliny C3 nie mają struktury anatomicznej (brak komórek osłonki wiązki) ani obfitości karboksylazy PEP, aby uniknąć fotorespiracji, jak rośliny C4. Jednym z celów projektu RIPE jest stworzenie bardziej wydajnej ścieżki fotorespiracji w celu poprawy wydajności upraw C3.
projekt RIPE pracuje również nad poprawą fotosyntezy w uprawach C3, aby zapewnić większe bezpieczeństwo żywnościowe w przyszłych scenariuszach klimatycznych., Rośliny C3 są ograniczone przez dwutlenek węgla i mogą korzystać z rosnącego poziomu dwutlenku węgla w atmosferze wynikającego z kryzysu klimatycznego. Jednak ta korzyść może zostać zrównoważona przez równoczesny wzrost temperatury, który może powodować stres w jamie ustnej.
rośliny C3 zawierają jedne z najważniejszych źródeł kalorii na całym świecie: cowpea, maniok, soję i ryż. Regiony, w których te uprawy są uprawiane, są często gorące i suche, co oznacza, że mogą korzystać z mechanizmów oszczędzania energii fotosyntezy C4., Podczas gdy fotosynteza C3 ma więcej miejsca na poprawę, nasze modele komputerowe sugerują, że możemy poprawić oba rodzaje fotosyntezy, aby zwiększyć produkcję roślin.
By: Katherine Meacham-Hensold || Edited by: Amanda Nguyen
Dodaj komentarz