fotosyntes är den process som växter använder för att vända ljus, koldioxid och vatten till sockerarter som bränsle växttillväxt, med hjälp av det primära fotosyntetiska enzymet Rubisco.
majoriteten av växtarterna på jorden använder C3-fotosyntes, där den första kolföreningen som produceras innehåller tre kolatomer., I denna process kommer koldioxid in i en växt genom sin stomata (mikroskopiska porer på växtblad), där enzymet Rubisco bland en serie komplexa reaktioner fixar kol i socker genom Calvin-Benson-cykeln. Men två viktiga begränsningar saktar ner fotosyntesen.
- rubisco syftar till att fixa koldioxid, men kan också fixa syremolekyler, vilket skapar en giftig tvåkolförening. Rubisco fixar syre om 20 procent av tiden, initierar en process som kallas photorespiration som återvinner den giftiga föreningen., Photorespiration kostar växtenergin den kunde ha använt för att fotosyntesera.
- när stomata är öppna för att släppa in koldioxid släpper de också ut vattenånga och lämnar C3-växter i nackdel i torka och högtemperaturmiljöer.
växter har dock utvecklat en annan form av fotosyntes för att minska dessa förluster i varma, torra miljöer. I C4 fotosyntes, där en fyra-kol förening produceras, tillåter unik blad anatomi koldioxid att koncentrera sig i ”bunt mantel” celler runt Rubisco., Denna struktur levererar koldioxid direkt till Rubisco, vilket effektivt tar bort kontakten med syre och behovet av fotorespiration. Dessutom tillåter denna anpassning växter att behålla vatten genom förmågan att fortsätta fixera kol medan stomata är stängda.
C4-växter—inklusive majs, sockerrör och sorghum-undviker fotorespiration genom att använda ett annat enzym som kallas PEP under det första steget av kolfixering. Detta steg sker i mesofyllcellerna som ligger nära stomata där koldioxid och syre kommer in i växten., PEP är mer attraherad av koldioxidmolekyler och är därför mycket mindre benägna att reagera med syremolekyler. PEP fixar koldioxid till en fyra-kolmolekyl, kallad malat, som transporteras till de djupare buntmantelcellerna som innehåller Rubisco. Malatet bryts sedan ner till en förening som återvinns tillbaka till PEP och koldioxid som Rubisco fixar till sockerarter—utan att behöva hantera de syremolekyler som är rikliga i mesofyllcellerna.,
C3 växter har inte den anatomiska strukturen (inga buntmantelceller) eller överflödet av PEP karboxylas för att undvika photorespiration som C4 växter. Ett fokus för RIPE-projektet är att skapa en effektivare väg för fotorespiration för att förbättra produktiviteten hos C3-grödor.
RIPE-projektet arbetar också för att förbättra fotosyntesen i C3-grödor för att säkerställa ökad livsmedelsförsörjning under framtida klimatscenarier., C3-anläggningar är begränsade av koldioxid och kan dra nytta av ökande nivåer av atmosfärisk koldioxid till följd av klimatkrisen. Denna fördel kan dock kompenseras av en samtidig ökning av temperaturen som kan orsaka stomatal stress.
C3 växter inkluderar några av de viktigaste källorna till kalorier över hela världen: cowpea, kassava, sojabönor och ris. De regioner där dessa grödor odlas i är ofta varma och torra, vilket innebär att de kan dra nytta av energibesparande mekanismer C4 fotosyntes., Medan C3 fotosyntes har mer utrymme för förbättring, våra datormodeller tyder på att vi kan förbättra båda typerna av fotosyntes för att öka produktionen av grödor.
Av: Katherine Meacham-Hensold || Redigerad av: Amanda Nguyen
Lämna ett svar