Rastlinná ríša vyvinula rôzne stratégie na prežitie. Niektoré sú viditeľné, napríklad napríklad tŕne kaktusu, ktoré nie sú ničím iným ako modifikovanými listami, ktoré nahradili schopnosť fotosyntézy schopnosťou chrániť telo týchto rastlín. Existujú ale aj iné, ktoré to tak nie sú, napríklad tzv Rastliny C4.
Sú to rastliny, ktoré spravidla žijú v suchých alebo polosuchých oblastiach, takže sa vyvinuli s cieľom znížiť straty oxidu uhličitého (CO2) počas fotosyntézy, pretože toto je nevyhnutný plyn počas procesu premeny slnečnej energie na potravu pre rastliny.
Vlastnosti fotosyntézy rastlín C4
Obrázok - Wikimedia / Ninghui Shi
Pre lepšie pochopenie rastlín C4 si najskôr vysvetlíme fotosyntézu, ktorú poznáme najlepšie, hlavne preto, že je to tá, ktorú sme študovali zo školy, C3. Je spočíva v absorpcii slnečnej energie a oxidu uhličitého cez chloroplasty buniek nachádzajú sa v zelených alebo fotosyntetických častiach rastlín, a vodu z koreňov, pomocou mnohých chemických reakcií ju premeniť na jedlo.
Spočiatku sa táto svetelná energia mení na chemickú energiu, ktorou sú molekuly NADPH (nikotínadenín-dinukleotid fosfát) a ATP (adenozíntrifosfát, ktoré ju ako prvé ukladajú. Ale neskôr tieto molekuly syntetizujú sacharidy pri zníženom množstve oxidu uhličitého.
Poslednou fázou tohto procesu je, keď rastliny používajú energiu, ktorú zhromaždili v priebehu dňa, na fixáciu uhlíka z oxidu uhličitého vo forme glukózy. Toto je súčasť Kalvínovho cyklu.
Hruška fotosyntéza v rastlinách C4 je iná. Majú dva typy chloroplastov. Niektoré sú vedľa vodivých ciev (mohli by sme povedať, že sú rovnocenné so žilkami zvierat) a iné sa nachádzajú v bunkách periférneho parenchýmu chlorofylu, čo sú tie, ktoré sú bližšie k okrajom listov. Posledne uvedené sa tiež nazývajú mezofilné bunky a sú to tie, ktoré obsahujú chloroplasty, ktoré fixujú oxid uhličitý pomocou molekuly PEPA (kyselina fosfoenolpyrohroznová) a enzýmu fosfoenolpyruvátkarboxylázy.
Z týchto molekúl bude generovaná kyselina oxaloctová, ktorá je zložená zo 4 uhlíkov (preto sú známe ako rastliny C4). Táto sa potom transformuje na kyselinu jablčnú, a to vtedy, keď prechádza do chloroplastov, ktoré obsahujú vnútorné bunky vodivých ciev cez plazmodesmata (sú to štruktúry, ktoré má stena obklopujúca bunkové jadro, cytoplazma). V nich sa uvoľní CO2 a Calvinov cyklus môže pokračovať.
Podnebie a rastliny C4
Rastliny, ktoré žijú v horúcich a suchých oblastiach, majú oveľa väčšie ťažkosti ako zvyšok, aby sa zabránilo strate vody. Ale aby ste žili, musíte dýchať a pri tom je nevyhnutné stratiť vodu. Preto keď sú vysoké teploty, prieduchy (póry) listov sa zatvoria, a tým kyslík vytváraný počas fotosyntézy zvyšuje svoju koncentráciu.
V normálnych situáciách, keď je množstvo kyslíka a oxidu uhličitého vyvážené, môže enzým zodpovedný za fixáciu uhlíka (RuBisCO) bez problémov plniť svoju funkciu. ale keď je koncentrácia CO2 nižšia ako koncentrácia kyslíka, tento enzým katalyzuje tento druhý plyn a nie CO2, čo sa deje v rastlinách C4.
Sú to veľmi zvláštne, pretože okrem toho, že má dva typy chloroplastov (pozri hornú časť), enzým fosfoenolpyruvátkarboxyláza, ktorý je jedným z tých, ktoré sa podieľajú na fixácii uhlíka, podporuje vysoké koncentrácie kyslíka.
Aké sú výhody rastlín C4?
Existuje niekoľko dôležitých výhod, ktoré tieto rastliny majú:
- zvyčajne rásť rýchlejšie ako rastliny C3.
- Lepšie využívajú uhlík, aby sa vytvorilo viac koreňov a / alebo viac listov.
- Stratiť menej vody počas fotosyntézy (podľa tento článok, odhaduje sa, že stratia 277 molekúl vody pre každú molekulu CO2, zatiaľ čo rastliny C3 stratia 833 molekúl vody pre každú z CO2, ktoré fixujú).
- Zvýšte produkciu glukózy, čo je konečný výsledok fotosyntézy.
- Môžu žiť na zemi, kde je málo vody.
Zo všetkých týchto dôvodov sú čoraz zaujímavejšie, najmä pre pestovanie v suchom podnebí.
Čo sú to rastliny C4?
Existuje veľa rastlín, ktoré vykonávajú fotosyntézu C4. Napríklad, kukurica, tráva, amarant, cukrová trstina, cirok alebo raž. Sú to tie, ktoré majú menej husté tkanivá ako tie, ktoré pochádzajú z mierneho podnebia, ako sú javory alebo kamélie.
Preto ich poznanie môže byť veľmi užitočné vedieť, čo pestovať v oblastiach, kde je nízka dostupnosť vody.