Czym są rośliny C4 i czym się charakteryzują?

Królestwo roślin opracowało różne strategie przetrwania. Niektóre są widoczne, na przykład kolce kaktusa, które są niczym innym jak zmodyfikowanymi liśćmi, które zastąpiły zdolność do fotosyntezy zdolnością do ochrony ciała tych roślin. Ale są też inne, które tak nie są, takie jak tzw Rośliny C4.

Są to rośliny, które na ogół żyją w regionach suchych lub półsuchych, więc ewoluowały, aby zmniejszyć utratę dwutlenku węgla (CO2) podczas fotosyntezy, ponieważ jest to niezbędny gaz w procesie przekształcania energii słonecznej w pokarm dla roślin.

Charakterystyka fotosyntezy roślin C4

Obraz - Wikimedia / Ninghui Shi

Aby lepiej zrozumieć rośliny C4, najpierw wyjaśnimy fotosyntezę, którą znamy najlepiej, głównie dlatego, że jest to ta, którą studiowaliśmy w szkole, C3. Jest polega na absorpcji energii słonecznej i dwutlenku węgla przez chloroplasty komórek występujące w zielonych lub fotosyntetycznych częściach roślin, i wodę z korzeni, aby przekształcić ją w żywność poprzez szereg reakcji chemicznych.

L chloroplasty są organellami komórkowymi odpowiedzialnymi za fotosyntezę.

Początkowo ta energia światła zmienia się w energię chemiczną, będącą cząsteczkami NADPH (fosforan dinukleotydu nikotynowoadeninowego) i ATP (trójfosforan adenozyny, który jest pierwszym, który ją przechowuje. Ale później te cząsteczki syntetyzują węglowodany w miarę redukcji dwutlenku węgla.

Subskrybuj nasz kanał Youtube

Ostatnim etapem tego procesu jest wykorzystanie przez rośliny energii uzyskanej w ciągu dnia do wiązania węgla z dwutlenku węgla w postaci glukozy. To część cyklu Calvina.

Pero fotosynteza w roślinach C4 jest inna. Mają dwa rodzaje chloroplastów. Jedne znajdują się obok naczyń przewodzących (można powiedzieć, że są odpowiednikami żył zwierzęcych), a inne znajdują się w komórkach obwodowego miąższu chlorofilowego, czyli tych, które znajdują się bliżej krawędzi liści. Te ostatnie nazywane są również komórkami mezofilnymi i są to te, które mają chloroplasty, które będą wiązać dwutlenek węgla za pomocą cząsteczki PEPA (kwasu fosfoenolopirogronowego) i enzymu karboksylazy fosfoenolopirogronianowej.

Z tych cząsteczek Powstanie kwas szczawiooctowy, który składa się z 4 węgli (dlatego są znane jako rośliny C4). Jest on następnie przekształcany w kwas jabłkowy i wtedy przechodzi do chloroplastów, które zawierają wewnętrzne komórki naczyń przewodzących przez plasmodesmata (są to struktury, które posiada ściana otaczająca jądro komórkowe, cytoplazma). W nich zostanie uwolniony CO2 i cykl Calvina może być kontynuowany.

Klimat i rośliny C4

Rośliny żyjące na gorących i suchych obszarach mają znacznie więcej trudności niż inne, aby uniknąć utraty wody. Ale żeby żyć, trzeba oddychać, a przy tym nieuchronnie traci się wodę. Dlatego też, gdy temperatura jest wysoka, szparki (pory) liści zamykają się, a dzięki temu tlen wytwarzany podczas fotosyntezy zwiększa jego stężenie.

W normalnych sytuacjach, gdy ilość tlenu i dwutlenku węgla jest zrównoważona, enzym odpowiedzialny za wiązanie węgla (RuBisCO) może bez problemu spełniać swoją funkcję. Ale gdy stężenie CO2 jest niższe niż tlenu, enzym ten katalizuje ten ostatni gaz, a nie CO2, co dzieje się w zakładach C4.

Są one bardzo szczególne, ponieważ oprócz dwóch rodzajów chloroplastów (patrz górna część), enzym karboksylaza fosfoenolopirogronianowa, który jest jednym z tych zaangażowanych w wiązanie węgla, wspiera wysokie stężenia tlenu.

Jakie są zalety roślin C4?

Istnieje kilka ważnych zalet tych roślin:

Zwykle rosną szybciej niż rośliny C3.
Lepiej wykorzystują węgiel, aby wytworzyć więcej korzeni i/lub więcej liści.
Stracić mniej wody podczas fotosyntezy (według ten artykuł, szacuje się, że tracą 277 cząsteczek wody na każdą cząsteczkę CO2, podczas gdy rośliny C3 tracą 833 cząsteczki wody na każdą cząsteczkę CO2, którą wiążą).
Zwiększ produkcję glukozy, który jest efektem końcowym fotosyntezy.
Mogą żyć na lądzie, gdzie jest mało wody.

Z tych wszystkich powodów stają się coraz bardziej interesujące, zwłaszcza do uprawy w suchym klimacie.