Kodėl kaktusai neišdžiūvo

Kodėl kaktusai neišdžiūvo

Кирилл Стасевич
"Mokslas ir gyvenimas" № 12, 2016

Natalijos Domrinos nuotrauka

Ką mes žinome apie kaktusus? Kad jie turi erškėčių, jie turi storą stiebą ir auga dykumose. Abu erškėčiai, storis ir buveinė yra tarpusavyje susiję. Akivaizdu, kad karšto ir sauso klimato sąlygomis augantis augalas turi išmokti kompensuoti vandens trūkumą, o vienas iš jų yra tiesiog laikyti jį viduje, todėl yra reikalingas storas, sultingas stiebas.

Tačiau šiluma praranda daug vandens, o visas drėgmės pasiūla gali tiesiog išdžiūti. Paprastai transpiracija (vadinamoji vandens išgarinimas augalu) yra labai svarbus procesas. Drėgmės išgarinimo lapai atlieka siurblio vaidmenį: jie sukuria siurbiamąją jėgą, dėl kurios vanduo su tirpikliais kyla per šaknis ir indus. Tačiau, jei augalas nukrito gyventi sąlygomis karščio ir sausros, garavimas geriau kažkaip sulėtinti. Norėdami tai padaryti, galite atsikratyti lapų, taip sumažinant garuojantį paviršių. Kaktusai padarė tai, kad jų lapai pasidarė spygliais, o lapų fotosintezės funkcija buvo perimta stiebo. Jūs galite patobulinti savo "odą": suteikti išorinio sluoksnio (epidermio) ląsteles plaukais ir stora vaškine odelių dalimi.Vanduo prasiskverbia per vaško sluoksnį į išorę, o plaukai susilpnina oro srautą tiesiai prie stiebo paviršiaus, o tai taip pat sumažina drėgmės praradimą. Tačiau kaktusai turi dar vieną gudrų triuką, kuris yra susijęs su jų fotosintezės metodu ir kuris taip pat leidžia sutaupyti vandens, nepaisant nuolatinės karščio ir sausros.

Natalijos Domrinos nuotrauka

Fotosintezė – tai organinių medžiagų susidarymo iš anglies dioksido ir vandens procesas, naudojant saulės šviesos energiją. Iš pradžių šviesos fotono energija, naudojant sudėtingas šviesos derliaus molekules ir molekulinius kompleksus, kuriuose yra chlorofilo, saugoma specialiuose cheminiuose junginiuose (šiuo metu reikalingas vanduo, iš kurio deguonies gaunama kaip šalutinis produktas), o po to ląstelė sintetinasi organine medžiagos. Fotosintezė yra gana įdomių rūšių: pavyzdžiui, kai kurios bakterijos gali atlikti anoksigeninę fotosintezę, kurioje deguonis nesudaro. "Normalus" deguonies fotosintezė būdinga augalams, dumbliams ir cianobakterijoms.

Taigi, augalų ląstelėms reikia šviesos, vandens ir anglies dioksido, kad būtų pagaminta gliukozės molekulė. Vanduo ateina iš žemės per šaknis ir indų sistemą, anglies dioksido iš oro. Tačiau augalas neturi nei burnos, nei plaučių įkvėpti CO.2. Dujų mainai su aplinka vyksta per stomatus – ypatingas poras lapų ir stiebų paviršiuje, apsuptas apsauginių elementų.

Stomatas atidaromas ir uždaromas, reguliuojantis drėgmės ir augalų kvėpavimo garavimą

Stomatas labai prisideda prie vandens išgaravimo, o karščio metu juos reikia laikyti uždarytą visą laiką. Bet kaip tada gauti anglies dvideginio fotosintezei? Ir tai nėra vienintelė problema, susijusi su fotosintezėmis karštame klimate. Lemiamas fotosintezės fermentas, vadinamas "ribuliozės bifosfato karboksilazės" (arba RuBisCo), kurio užduotis – pridėti anglies, anglies dioksidas, kad vis cukraus molekulės, aukštoje temperatūroje pradeda dirbti į priešingą pusę, t.y. Rozrąbać polusintezirovanny cukraus. Tokiu atveju ląstelė turi sugrįžti ir pakartoti jau atliktą darbą, žinoma, nereikalingos energijos švaistymo.Todėl fotosintezės efektyvumas su padidėjusia temperatūra smarkiai sumažėja. Tai galima išvengti didinant CO koncentraciją lakštuose.2 – tada fermentas su anglies dioksido žaliavų pertekliumi generuos angliavandenius. Bet kaip tai padaryti?

CAM fotosintezės etapai vyksta skirtingais dienos laikais. Naktį CO praeina augalais per atvirus stomatus.2, kuris pridedamas prie organinių rūgščių, susidariusių suskaidžius angliavandenius. Sudėtyje yra CO rūgšties2 jis kaupiasi specialioje vakuumoje iki ryto ir, atsiradus saulės spinduliams, palieka rūgščių sudėtį ir eina į chloroplastą, kuriame Calvin's fotosintezės ciklo fermentai sintezuoja iš jo angliavandenius

Kaktusai tai daro: jie naktį atidaro stomatą ir sugeria anglies dvideginį, bet jie neleidžia jį gaminti gliukozės – nėra šviesos. CO2 jis yra deponuojamas specialioje membranos vakuuminėje vakuume viduje ląstelėje. Čia nėra saugoma jo gryna forma, bet pritvirtinta prie tarpinės molekulės, kuri tada išlaiko dar keletą transformacijų. Rezultatas yra obuolių rūgštis. Bet čia ateina diena, o obuolių rūgštis siunčiama iš vakuumo į citoplazmą, kur nuo jo nukrypsta CO2, – dabar jis gali patekti į ciklo fotosintetinių reakcijų, veikiančių šviesoje. Augalui nereikia atidaryti stomatų, nes galite naudoti anglies dvideginį, laikomą per naktį, o tai reiškia, kad galite daug sutaupyti vandens garuojant. Be to, CO santykis2 ir O2 dėl atsargų, jis yra perkeltas pirmojo, todėl fotosintezės fermentai dirbs link anglies atomų prijungimo prie augančios cukraus molekulės, o ne suskaidyti jį su deguonimi.

Kolekcija Kaktusų Nacionaliniame Botanikos Soduose. N. N. Гришко (Kijevas, Ukraina). Vitalio Pirožkovos nuotrauka

Toks fotosintezės tipas, nustatant CO2 ir jo naudojimas fotosintezės reakcijose, atskirtose laiku, vadinamas CAM-fotosintezė. CAM reiškia Crassu-laceae rūgšties metabolizmas: čia rūgštis – rūgštis, į kurią paverčiamas saugomas anglies dioksidas, ir Crassula-ceaearba plaučių, yra augalų šeimos pavadinimas, kuriame jie pirmą kartą atrado tokį metabolizmo kelią. Bet klubo ir kaktusai nėra vieninteliai, kurie jį naudoja. CAM-fotosintezė rasta ananasuose ir kituose bromeliadų, kai kurių moliūgų, pipirų, geranijų ir kitų šeimos narių, iš viso apie 9000 rūšių, atstovų. Paprastai tai yra augalai, kurie turi gyventi karštoje ir sausoje aplinkoje.Bet ne tik: CAM-fotosintezėje taip pat naudojamos vandens rūšys, pvz., Pusrutuliai, rodyklių galvos ir kai kurie kiti. Čia nėra prieštaravimo: vandens augalai turi išspręsti tą pačią problemą kaip ir tie, kurie priversti ištverti šilumą. Nors gali būti gana daug ištirpusio CO vandenyje.2, jis išsisklaido daug lėčiau nei ore, taigi šalia augalo, kuris aktyviai sugeria anglies dioksidą, jis bus chroniškai trūkstamas. Išeiti – rinkti CO2 ne tik per dieną, bet ir naktį, nes naktį fotosintezės neįmanoma, užfiksuotas anglies dioksidas turi būti laikomas. O CAM tipo fotosintezė leidžia jums "anglies dioksido" atsargas.

Pagaliau leiskite mums grįžti į karščiui atsparius augalus. CAM mechanizmas leidžia kuo labiau taupyti vandenį, tačiau, jei apskaičiuosite galutinio produkto kiekį ir juo sunaudotą energiją, jis bus mažiau efektyvus nei kitų rūšių fotosintezė. Taigi kai kurie CAM tipai jį naudoja tik prireikus. Bet šalia jo yra ir kita fotosintezė, leidžianti išlaikyti dienąapiedidžiausia uždaromų stomatų dalis. Tokiu atveju fotosintezinės reakcijos pasireiškia giliuose lapų ląstelėse aplink venos-indus.Ląstelės, kurios guli arčiau paviršiaus, pirma, naudojant šviesos energijos gaminant kurą, angliavandenių sintezei, antra, žuvų kiekio anglies dioksido ir jis yra prijungtas prie molekulės tarpininko. Gautos rūgšties ir energijos molekulės iš karto gilinasi į lakštą, kur CO2 atjungiamas nuo rūgščiojo nešiklio ir patenka į sintetinį ciklą. Šis kelias vadinamas C4– fotosintezė, ir, kaip matome, ji panaši į CAM, tik čia anglies dioksido fiksavimas ir jo naudojimas sintezėje nėra padalijami laiku, tarp nakties ir dienos, bet erdvėje tarp skirtingų ląstelių.

Reikšmė C4– fotosintezė keltu CO2 lapo vidiniuose audiniuose, kuriuose deguonies koncentracija yra maža. Mes prisimename, kad padidėjus temperatūrai, RuBISCO fermentas vis daugiau ir daugiau pradeda dirbti priešinga kryptimi, ty suskaidyti tarpinius fotosintezės produktus su deguonimi. Bet jei yra mažai deguonies, fermentas dirbs tinkamai sintetinę kryptį. Kita vertus, C.4– kelias leidžia sumažinti vandens išgaravimą per stomatą: šilčiausias dienos metu augalas gali naudoti sukauptą anglies dioksidą, kurio atsargos susidarė dėl skirtingų reakcijų blokų erdvinio atskyrimo; patys stomatai gali būti laikinai uždaryti.Šio vandens taupymas nėra toks didelis, kaip CAM metodas, tačiau fotosintezės našumas yra didesnis, todėl nenuostabu, kad C4– Schemoje naudojama apie 7600 augalų rūšių, įskaitant daugybę žolių, įskaitant kukurūzus, sorgą, sorą ir cukranendrą.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: