Language
Country/Area
No result found
Почему некоторые растения предпочитают поглощать углекислый газ ночью? Раскрываем тайну фотосинтеза CAM!
В условиях изменения климата и нехватки воды способность растений выживать и адаптироваться стала важной темой современных исследований. В связи с этим изучение фотосинтеза метаболизма кислот у крассуловых постепенно привлекло внимание ученых. Это уникальный путь фиксации углерода, который позволяет некоторым растениям поглощать углекислый газ ночью и осуществлять фотосинтез в течение дня. Такая стратегия позволяет растениям эффективно использовать ограниченные водные ресурсы.
Историческая справка«Фотосинтез CAM — это удивительная адаптация, которая помогает растениям процветать в засушливых условиях».
Открытие САМ-фотосинтеза датируется 1804 годом, когда ученый де Соссюр впервые описал наблюдаемое явление в своих трудах. В 1812 году Бенджамин Гейне описал листья бриофиллума в Индии как кислые по утрам и безвкусные во второй половине дня. Это наблюдение привело к дальнейшим исследованиям физиологов, включая Обера в 1892 году и Ричардса в 1915 году, посвященным кислотности и газообмену у кактусов.
Как работает CAM
Фотосинтез САМ можно разделить на две фазы: ночную и дневную. Ночью устьица растения открываются, позволяя углекислому газу проникать внутрь и связываться с органическими кислотами; этот процесс похож на путь C4. Связанный углекислый газ хранится в вакуоли, поскольку АТФ и НАДФН, необходимые для фотосинтеза, не могут вырабатываться ночью.
«В течение дня устьица растения закрываются, чтобы уменьшить испарение, а накопленные органические кислоты высвобождаются и преобразуются в углекислый газ, который включается в цикл Кальвина для фотосинтеза».
Преимущества CAM
Самым важным преимуществом CAM является то, что он сохраняет устьица закрытыми в течение большей части дня. Это имеет решающее значение для растений, растущих в засушливых условиях, поскольку эффективно снижает потерю воды, позволяя им выживать в чрезвычайно засушливых условиях. По сравнению с растениями, осуществляющими только C3-фотосинтез, растения, фиксирующие углерод, могут значительно сократить потери воды.
Сравнение путей CAM и C4
Интересно, что пути CAM и C4 имеют сходство. Оба направлены на повышение эффективности RuBisCO, но по-разному: CAM концентрируется во времени, а C4 — в пространстве. Благодаря этому умному подходу растения могут гибко регулировать способ фиксации углерода в соответствии с изменениями в окружающей среде.
Подробное описание биохимического процесса
В биохимическом процессе фотосинтеза САМ растениям необходимо контролировать хранение и преобразование углекислого газа. Ночью устьица открываются, и углекислый газ поступает в растение, вступая в реакцию с фосфоенолацетоном (ФЕП) с образованием щавелевоуксусной кислоты, которая затем преобразуется в яблочную кислоту для хранения. В течение дня растения выделяют углекислый газ в соответствии с потребностью в кислороде и вводят его в цикл Кальвина.
«CAM может быть более эффективным путем фиксации углерода для некоторых растений, особенно в условиях ограниченного количества воды».
Как растения используют CAM
Разные растения используют САМ в разной степени. Некоторые растения являются «обязательными CAM-растениями» и могут осуществлять только CAM-фотосинтез, в то время как другие могут переключать режимы по своему желанию в соответствии с изменениями окружающей среды. Такая гибкость позволяет растениям выживать, несмотря на изменения ресурсов.
CAM в водной и водной среде
Примечательно, что САМ также обнаружен в некоторых водных растениях. Эти растения обычно накапливают углекислый газ ночью, поскольку углекислый газ распространяется в воде гораздо медленнее, чем в воздухе. Летом, когда конкуренция за окружающую среду становится острой, водные растения еще больше усиливают этот ночной механизм накопления и снижают дыхание во время фотосинтеза.
Экология и таксономическое распространение
Подавляющее большинство растений CAM — это эпифиты или суккулентные засухоустойчивые растения, такие как кактусы и некоторые другие суккуленты. Однако САМ встречается также у некоторых несуккулентных наземных растений и полуэпифитов, таких как некоторые деревья и травы. Удивительно, но некоторые растения способны переключаться между C3 и CAM в зависимости от водного статуса окружающей среды, что позволяет им демонстрировать гибкие возможности выживания в экосистеме.
Думаем об устойчивом развитии в будущем
В условиях глобального изменения климата и постоянных изменений в экологической среде адаптивность фотосинтеза CAM делает его возможным способом выживания растений в будущем. Подумайте, как этот уникальный механизм фотосинтеза влияет на наше сельскохозяйственное производство и защиту окружающей среды?
