Rastlinsko kraljestvo je razvilo različne strategije za preživetje. Nekatere so vidne, na primer bodice kaktusov, ki niso nič drugega kot spremenjeni listi, ki so sposobnost fotosinteze nadomestili s sposobnostjo zaščite telesa teh rastlin. So pa tudi drugi, ki niso tako, na primer t.i. Rastline C4.
So rastline, ki običajno živijo v sušnih ali polsušnih regijah so se razvile za zmanjšanje izgube ogljikovega dioksida (CO2) med fotosintezo, saj je to bistveni plin v procesu pretvorbe sončne energije v hrano za rastline.
Značilnosti fotosinteze rastlin C4
Slika - Wikimedia / Ninghui Shi
Za boljše razumevanje rastlin C4 bomo najprej razložili fotosintezo, ki jo najbolje poznamo, predvsem zato, ker je tista, ki jo preučujejo v šoli, C3. Je sestoji iz absorpcije sončne energije in ogljikovega dioksida skozi kloroplaste celic najdemo v zelenih ali fotosintetičnih delih rastlin, in vodo iz korenin, da jo skozi vrsto kemičnih reakcij pretvori v hrano.
Ta svetlobna energija se najprej spremeni v kemično energijo, to sta molekuli NADPH (nikotin adenin dinukleotid fosfat) in ATP (adenozin trifosfat, ki jo prvi shrani. Kasneje pa te molekule sintetizirajo ogljikove hidrate, saj se ogljikov dioksid zmanjša.
Zadnja stopnja tega procesa je, ko rastline z energijo, ki so jo pridobile čez dan, fiksirajo ogljik ogljikovega dioksida v obliki glukoze. To je del Calvinovega cikla.
Hruška fotosinteza v rastlinah C4 je drugačna. Imajo dve vrsti kloroplastov. Nekatere so ob prevodnih žilah (lahko bi rekli, da so enakovredne žilam živali), druge pa najdemo v celicah obodnega klorofilnega parenhima, to so tiste, ki so bližje obrobju listov. Slednjim pravimo tudi mezofilne celice in so tiste, ki imajo kloroplaste, ki bodo fiksirali ogljikov dioksid s pomočjo molekule PEPA (fosfoenolpiruvična kislina) in encima fosfoenolpiruvat karboksilaza.
Od teh molekul, nastala bo oksaloocetna kislina, ki je sestavljena iz 4 ogljikov (zato so znane kot rastline C4). Ta se nato spremeni v jabolčno kislino in takrat skozi plazmodesmate preide v kloroplaste, ki vsebujejo notranje celice prevodnih žil (to so strukture, ki jih ima stena, ki obdaja celično jedro, citoplazmo). V njih se bo sproščal CO2 in Calvinov cikel se lahko nadaljuje.
Podnebje in rastline C4
Rastline, ki živijo v vročem in suhem, imajo veliko več težav kot ostale, da se izognejo izgubi vode. Toda za življenje je treba dihati in pri tem je neizogibno izgubiti vodo. Zato se pri visokih temperaturah stomati (pore) listov zaprejo in s tem kisik, ki nastane med fotosintezo, poveča njegovo koncentracijo.
V običajnih razmerah, ko je količina kisika in ogljikovega dioksida uravnotežena, lahko encim, ki je odgovoren za vezavo ogljika (RuBisCO), brez težav izpolni svojo funkcijo. Ampak ko je koncentracija CO2 nižja od koncentracije kisika, ta encim katalizira slednji plin in ne CO2, kar se zgodi v rastlinah C4.
Ti so zelo posebni, saj poleg tega, da imata dve vrsti kloroplastov (glej zgornji del), encim fosfoenolpiruvat karboksilaza, ki je ena tistih, ki sodelujejo pri fiksaciji ogljika, podpira visoke koncentracije kisika.
Kakšne so prednosti rastlin C4?
Obstaja več pomembnih prednosti, ki jih imajo te rastline:
- Običajno, rastejo hitreje kot rastline C3.
- Bolje izkoriščajo ogljik, bodisi da bi ustvarili več korenin in / ali več listov.
- Izgubite manj vode med fotosintezo (po Ta članek, ocenjuje se, da izgubijo 277 molekul vode za vsako molekulo CO2, medtem ko rastline C3 izgubijo 833 molekule vode za vsako CO2, ki jo fiksirajo).
- Povečajte proizvodnjo glukoze, kar je končni rezultat fotosinteze.
- Lahko živijo na kopnem, kjer je malo vode.
Iz vseh teh razlogov postajajo vse bolj zanimivi, zlasti za gojenje v suhem podnebju.
Kaj so rastline C4?
Obstaja veliko rastlin, ki izvajajo fotosintezo C4. Na primer koruza, trava, amarant, sladkorni trs, sirek ali rž. So tisti, ki imajo manj gosto tkivo kot tisti, ki izvirajo iz zmernega podnebja, na primer javorji ali kamelije.
Njihovo poznavanje je zato lahko zelo koristno, če vemo, kaj rastejo na območjih, kjer je malo vode na voljo.