อาณาจักรพืชได้พัฒนากลยุทธ์ต่างๆ เพื่อความอยู่รอด บางชนิดมองเห็นได้ เช่น หนามกระบองเพชร เป็นต้น ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าใบดัดแปลงที่แทนที่ความสามารถในการสังเคราะห์แสงด้วยการปกป้องร่างกายของพืชเหล่านี้ แต่มีอย่างอื่นที่ไม่เป็นเช่นนั้นเช่นที่เรียกว่า พืช C4.
เป็นพืชที่มักอาศัยอยู่ในพื้นที่แห้งแล้งหรือกึ่งแห้งแล้ง ดังนั้น มีวิวัฒนาการเพื่อลดการสูญเสียคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) ในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงเนื่องจากเป็นก๊าซจำเป็นในระหว่างกระบวนการเปลี่ยนพลังงานของดวงอาทิตย์ให้เป็นอาหารสำหรับพืช
ลักษณะการสังเคราะห์ด้วยแสงของพืช C4
รูปภาพ - Wikimedia / Ninghui Shi
เพื่อให้เข้าใจพืช C4 มากขึ้น ก่อนอื่นเราจะอธิบายการสังเคราะห์ด้วยแสงที่เรารู้จักดีที่สุด ส่วนใหญ่เป็นเพราะพืชชนิดนี้เป็นพืชที่มีการศึกษาที่โรงเรียน C3 คือ ประกอบด้วยการดูดซับพลังงานแสงอาทิตย์และคาร์บอนไดออกไซด์ผ่านคลอโรพลาสต์ของเซลล์ พบในส่วนสีเขียวหรือสังเคราะห์แสงของพืช และน้ำจากราก เพื่อแปรสภาพเป็นอาหารผ่านปฏิกิริยาเคมีหลายชุด
ในตอนแรกพลังงานแสงนี้จะเปลี่ยนเป็นพลังงานเคมีโดยเป็นโมเลกุล NADPH (nicotin adenine dinucleotide phosphate) และ ATP (adenosine triphosphate ตัวแรกที่เก็บไว้ แต่ต่อมาโมเลกุลเหล่านี้ พวกมันสังเคราะห์คาร์โบไฮเดรตเมื่อคาร์บอนไดออกไซด์ลดลง
ขั้นตอนสุดท้ายของกระบวนการนี้คือเมื่อพืชใช้พลังงานที่ได้รับในระหว่างวันเพื่อตรึงคาร์บอนของคาร์บอนไดออกไซด์ให้อยู่ในรูปของกลูโคส นี่เป็นส่วนหนึ่งของวัฏจักรคาลวิน
ลูกแพร์ การสังเคราะห์แสงในพืช C4 นั้นแตกต่างกัน พวกเขามีคลอโรพลาสต์สองประเภท. บางชนิดอยู่ติดกับภาชนะตัวนำ (เราสามารถพูดได้ว่าพวกมันเทียบเท่ากับเส้นเลือดของสัตว์) และอื่น ๆ ที่พบในเซลล์ของเนื้อเยื่อคลอโรฟิลล์ส่วนปลายซึ่งอยู่ใกล้กับขอบใบ เซลล์หลังเรียกอีกอย่างว่าเซลล์ mesophilic และเป็นเซลล์ที่มีคลอโรพลาสต์ที่จะแก้ไขคาร์บอนไดออกไซด์ด้วยความช่วยเหลือของโมเลกุล PEPA (กรดฟอสโฟฟีนอลไพรูวิก) และเอนไซม์ฟอสโฟอีโนลไพรูเวตคาร์บอกซิเลส
จากโมเลกุลเหล่านี้ กรดออกซาโลอะซิติกจะถูกสร้างขึ้นซึ่งประกอบด้วยคาร์บอน 4 ตัว (ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่าพืช C4) จากนั้นสิ่งนี้จะเปลี่ยนเป็นกรดมาลิกและนั่นคือเมื่อมันผ่านไปยังคลอโรพลาสต์ที่มีเซลล์ภายในของภาชนะที่นำผ่านพลาสโมเดสมาตา (สิ่งเหล่านี้คือโครงสร้างที่ผนังที่ล้อมรอบนิวเคลียสของเซลล์คือไซโตพลาสซึมมี) CO2 จะถูกปล่อยออกมา และวัฏจักรคาลวินสามารถดำเนินต่อไปได้
ภูมิอากาศและพืช C4
พืชที่อาศัยอยู่ในบริเวณที่ร้อนและแห้งนั้นยากกว่าที่อื่นเพื่อหลีกเลี่ยงการสูญเสียน้ำ แต่การจะมีชีวิตอยู่ได้คุณต้องหายใจ และการทำเช่นนั้นจะสูญเสียน้ำอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิสูง ปากใบ (รูพรุน) ของใบไม้จะปิดลง และด้วยการทำเช่นนี้ ออกซิเจนที่เกิดขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงจะเพิ่มความเข้มข้นของมัน
ในสถานการณ์ปกติ เมื่อปริมาณออกซิเจนและคาร์บอนไดออกไซด์สมดุล เอ็นไซม์ที่มีหน้าที่ในการตรึงคาร์บอน (RuBisCO) จะทำหน้าที่ของมันได้อย่างไม่มีปัญหา แต่ เมื่อความเข้มข้นของ CO2 ต่ำกว่าออกซิเจน เอ็นไซม์นี้จะเร่งปฏิกิริยาแก๊สหลัง ไม่ใช่ CO2ซึ่งเป็นสิ่งที่เกิดขึ้นกับพืช C4
สิ่งเหล่านี้มีความพิเศษมาก เพราะนอกจากจะมีคลอโรพลาสต์สองประเภทแล้ว (ดูส่วนบน) เอ็นไซม์ phosphoenolpyruvate คาร์บอกซิเลส ซึ่งเป็นหนึ่งในสารที่เกี่ยวข้องกับการตรึงคาร์บอน ยังรองรับออกซิเจนที่มีความเข้มข้นสูง
ข้อดีของพืช C4 คืออะไร?
มีข้อดีที่สำคัญหลายประการที่พืชเหล่านี้มี:
- โดยปกติแล้ว เติบโตเร็วขึ้น กว่าพืช C3
- ใช้คาร์บอนได้ดีขึ้น better, ไม่ว่าจะให้รากและ / หรือใบมากขึ้น
- เสียน้ำน้อยลง ในระหว่างการสังเคราะห์แสง (ตามac บทความนี้คาดว่าพวกมันจะสูญเสียโมเลกุลของน้ำ 277 โมเลกุลสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์แต่ละโมเลกุล ในขณะที่พืช C2 สูญเสียโมเลกุลของน้ำ 3 โมเลกุลสำหรับคาร์บอนไดออกไซด์แต่ละโมเลกุลที่พวกมันแก้ไข)
- เพิ่มการผลิตกลูโคสซึ่งเป็นผลสุดท้ายของการสังเคราะห์แสง
- พวกเขาสามารถอาศัยอยู่บนบกที่มีน้ำน้อย
ด้วยเหตุผลทั้งหมดนี้ จึงมีความน่าสนใจมากขึ้นเรื่อยๆ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับการเติบโตในสภาพอากาศที่แห้งแล้ง
พืช C4 คืออะไร?
มีพืชหลายชนิดที่ทำการสังเคราะห์ด้วยแสง C4 ตัวอย่างเช่น, ข้าวโพด หญ้า ผักโขม อ้อย ข้าวฟ่าง หรือข้าวไรย์. พวกมันคือเนื้อเยื่อที่มีเนื้อเยื่อหนาแน่นน้อยกว่าเนื้อเยื่อที่มาจากภูมิอากาศแบบอบอุ่น เช่น ต้นเมเปิลหรือดอกคามีเลีย
ดังนั้นการรู้จักพวกมันจึงมีประโยชน์มากในการรู้ว่าควรปลูกอะไรในพื้นที่ที่มีน้ำไม่เพียงพอ