Taimeriik on ellujäämiseks välja töötanud erinevad strateegiad. Mõned on nähtavad, näiteks kaktuse okased, mis pole midagi muud kui modifitseeritud lehed, mis on asendanud fotosünteesi võime nende taimede keha kaitsmisega. Kuid on ka teisi, mis pole nii, näiteks nn C4 taimed.
Need on taimed, mis elavad tavaliselt kuivades või poolkuivates piirkondades, nii et on arenenud, et vähendada fotosünteesi käigus tekkivat süsinikdioksiidi (CO2) kadu, kuna see on hädavajalik gaas Päikese energia muundamisel taimede toiduks.
C4 taimede fotosünteesi omadused
Pilt - Wikimedia / Ninghui Shi
C4 taimede paremaks mõistmiseks selgitame kõigepealt fotosünteesi, mida me kõige paremini tunneme, peamiselt seetõttu, et see on koolis uuritud C3. On koosneb päikeseenergia ja süsinikdioksiidi neeldumisest rakkude kloroplastide kaudu leidub taimede rohelistes või fotosünteetilistes osades, ja vesi juurtest, et muuta see keemiliste reaktsioonide abil toiduks.
Alguses muutub see valgusenergia keemiliseks energiaks, olles molekulid NADPH (nikotiinadeniini dinukleotiidfosfaat) ja ATP (adenosiinitrifosfaat, esimesed, kes seda salvestavad), kuid hiljem on need molekulid nad sünteesivad süsivesikuid, kuna süsinikdioksiid väheneb.
Selle protsessi viimane etapp on see, kui taimed kasutavad päeva jooksul saadud energiat fikseerimaks süsinikdioksiidi süsinikku glükoosi kujul. See on osa Calvini tsüklist.
Pero fotosüntees C4 taimedes on erinev. Neil on kahte tüüpi kloroplasti. Mõned asuvad juhtivate anumate kõrval (võiksime öelda, et need on samaväärsed loomade veenidega) ja teised, mis asuvad perifeerse klorofülli parenhüümi rakkudes, mis on lähemal lehtede servadele. Viimaseid nimetatakse ka mesofiilseteks rakkudeks ja nendeks on kloroplastid, mis fikseerivad süsinikdioksiidi PEPA (fosfoenoolpüroviinhape) molekuli ja ensüümi fosfoenoolpüruvaadi karboksülaasi abil.
Nendest molekulidest tekib oksoäädikhape, mis koosneb 4 süsinikust (seetõttu on neid tuntud kui C4 taimi). See muundatakse seejärel õunhappeks ja see on siis, kui see läheb üle kloroplastidele, mis sisaldavad juhtivate anumate siserakke läbi plasmodesmata (need on struktuurid, mis on rakutuuma ümbritseval seinal, tsütoplasmas). Neis eraldub CO2 ja Calvini tsükkel võib jätkuda.
Kliima ja taimed C4
Kuumades ja kuivades piirkondades elavatel taimedel on veekadude vältimiseks palju raskem kui ülejäänud. Kuid elamiseks peate hingama ja seda tehes on paratamatu vee kaotamine. Seetõttu suletakse kõrgel temperatuuril lehtede stomata (poorid) ja seda tehes suurendab fotosünteesi käigus tekkiv hapnik selle kontsentratsiooni.
Tavaolukorras, kui hapniku ja süsinikdioksiidi kogus on tasakaalus, võib süsiniku sidumise eest vastutav ensüüm (RuBisCO) probleemideta oma funktsiooni täita. Aga kui CO2 kontsentratsioon on madalam kui hapniku oma, katalüüsib see ensüüm viimast gaasi, mitte CO2, mis juhtub C4 taimedes.
Need on väga erilised, sest lisaks kahele kloroplastide tüübile (vt ülemist osa) toetab fosfoenoolpüruvaadi karboksülaas ensüüm, mis on üks süsiniku fikseerimisega seotud osalistest, kõrge hapniku kontsentratsiooniga.
Mis on C4 taimede eelised?
Nendel taimedel on mitmeid olulisi eeliseid:
- Tavaliselt kasvada kiiremini kui C3 taimed.
- Nad kasutavad süsinikku paremini ärakas rohkem juurte ja / või lehtede saamiseks.
- Kaotage vähem vett fotosünteesi ajal (vastavalt see artikkelarvatakse, et nad kaotavad iga CO277 molekuli kohta 2 veemolekuli, samal ajal kui C3 taimed kaotavad 833 veemolekuli iga fikseeritud CO2 kohta).
- Suurendage glükoosi tootmist, mis on fotosünteesi lõpptulemus.
- Nad saavad elada maal, kus on vähe vett.
Kõigil neil põhjustel on need muutumas üha huvitavamaks, eriti kuivas kliimas kasvatamiseks.
Mis on C4 taimed?
On palju taimi, mis viivad läbi C4 fotosünteesi. Näiteks, mais, rohi, amarant, suhkruroog, sorgo või rukis. Neil on vähem tihedad koed kui neil, mis pärinevad parasvöötmest, näiteks vahtrad või kameeliad.
Seetõttu võib nende tundmine olla väga kasulik teadmiseks, mida kasvatada piirkondades, kus on vähe vett.