Das Pflanzenreich hat verschiedene Überlebensstrategien entwickelt. Einige sind sichtbar, wie zum Beispiel Kaktusstacheln, die nichts anderes als modifizierte Blätter sind, die die Fähigkeit zur Photosynthese durch die zum Schutz des Körpers dieser Pflanzen ersetzt haben. Aber es gibt andere, die nicht so sind, wie die sogenannten C4-Pflanzen.
Sie sind Pflanzen, die im Allgemeinen in ariden oder semi-ariden Regionen leben haben sich entwickelt, um den Verlust von Kohlendioxid (CO2) während der Photosynthese zu reduzieren, da dies ein essentielles Gas bei der Umwandlung der Sonnenenergie in Pflanzennahrung ist.
Photosyntheseeigenschaften von C4-Pflanzen
Bild - Wikimedia / Ninghui Shi
Um C4-Pflanzen besser zu verstehen, erklären wir zunächst die Photosynthese, die wir am besten kennen, vor allem weil sie in der Schule gelernt wird, C3. Ist besteht aus der Aufnahme von Sonnenenergie und Kohlendioxid durch die Chloroplasten der Zellen in den grünen oder photosynthetischen Teilen von Pflanzen gefunden, und Wasser aus den Wurzeln, um es durch eine Reihe chemischer Reaktionen in Nahrung umzuwandeln.
Zuerst wird diese Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt, nämlich die Moleküle NADPH (Nikotin-Adenin-Dinukleotid-Phosphat) und ATP (Adenosin-Triphosphat, das erste, das sie speichert. Aber später werden diese Moleküle sie synthetisieren Kohlenhydrate, wenn Kohlendioxid reduziert wird.
Die letzte Stufe dieses Prozesses ist, wenn die Pflanzen die Energie, die sie während des Tages gewonnen haben, nutzen, um den Kohlenstoff des Kohlendioxids in Form von Glukose zu fixieren. Dies ist Teil des Calvin-Zyklus.
Birne Photosynthese in C4-Pflanzen ist anders. Sie haben zwei Arten von Chloroplasten. Einige befinden sich neben den leitenden Gefäßen (wir könnten sagen, dass sie den Venen von Tieren entsprechen), andere befinden sich in den Zellen des peripheren Chlorophyllparenchyms, die näher an den Rändern der Blätter liegen. Letztere werden auch als mesophile Zellen bezeichnet und sind solche mit Chloroplasten, die mit Hilfe des PEPA-Moleküls (Phosphoenolbrenztraubensäure) und des Enzyms Phosphoenolpyruvat-Carboxylase Kohlendioxid fixieren.
Von diesen Molekülen Oxalessigsäure entsteht, die aus 4 Kohlenstoffen besteht (deshalb werden sie als C4-Pflanzen bezeichnet). Diese wird dann in Äpfelsäure umgewandelt und gelangt dann durch die Plasmodesmen (dies sind Strukturen, die die den Zellkern umgebende Wand, das Zytoplasma) zu den Chloroplasten, die die inneren Zellen der leitenden Gefäße enthalten. In ihnen wird das CO2 freigesetzt und der Calvin-Zyklus kann fortgesetzt werden.
Klima und Pflanzen C4
Pflanzen, die in heißen und trockenen Gebieten leben, haben viel mehr Schwierigkeiten als die anderen, den Wasserverlust zu vermeiden. Aber zum Leben muss man atmen, und dabei ist es unvermeidlich, Wasser zu verlieren. Daher schließen sich bei hohen Temperaturen die Spaltöffnungen (Poren) der Blätter, wodurch der bei der Photosynthese erzeugte Sauerstoff seine Konzentration erhöht.
Im Normalfall kann das für die Kohlenstoffbindung zuständige Enzym (RuBisCO) bei einem ausgewogenen Verhältnis von Sauerstoff und Kohlendioxid seine Funktion problemlos erfüllen. Aber Wenn die Konzentration von CO2 niedriger als die von Sauerstoff ist, katalysiert dieses Enzym das letztgenannte Gas und nicht CO2, was in C4-Pflanzen passiert.
Diese sind etwas ganz Besonderes, denn neben zwei Arten von Chloroplasten (siehe oberer Abschnitt) unterstützt das Enzym Phosphoenolpyruvat-Carboxylase, das an der Kohlenstofffixierung beteiligt ist, hohe Sauerstoffkonzentrationen.
Was sind die Vorteile von C4-Pflanzen?
Diese Pflanzen haben mehrere wichtige Vorteile:
- Normalerweise schneller wachsen als C3-Pflanzen.
- Sie nutzen Kohlenstoff besser, entweder um mehr Wurzeln und/oder mehr Blätter zu produzieren.
- Weniger Wasser verlieren während der Photosynthese (nach dieser Artikel, wird geschätzt, dass sie 277 Wassermoleküle für jedes CO2-Molekül verlieren, während C3-Pflanzen 833 Wassermoleküle für jedes CO2-Molekül, das sie fixieren, verlieren).
- Steigern Sie die Glukoseproduktion, das Endergebnis der Photosynthese.
- Sie können an Land leben, wo es wenig Wasser gibt.
Aus all diesen Gründen werden sie immer interessanter, insbesondere für den Anbau in trockenen Klimazonen.
Was sind C4-Pflanzen?
Es gibt viele Pflanzen, die C4-Photosynthese betreiben. Beispielsweise, Mais, Gras, Amaranth, Zuckerrohr, Sorghum oder Roggen. Sie haben weniger dichtes Gewebe als solche, die aus gemäßigten Klimazonen stammen, wie zum Beispiel Ahorn oder Kamelien.
Daher kann es sehr nützlich sein, sie zu kennen, um zu wissen, was in Gebieten angebaut werden soll, in denen wenig Wasser verfügbar ist.