Содержание
Фотосинтез - это процесс, в котором для синтеза сахаров используются вода, углекислый газ (CO2) и солнечная энергия. Это осуществляется многими растениями, водорослями и бактериями. У растений и водорослей фотосинтез происходит в особых частях клетки, называемых хлоропластами; находится в листьях и стеблях. В то время как большинство растений выполняют то, что известно как фотосинтез С3, растения, которые адаптировались к горячей среде, выполняют модифицированную форму, известную как фотосинтез С4.
C4 Фотосинтез
В этом типе фотосинтеза CO2 в окружающей среде сначала включается в 4-углеродные кислоты в клетках, известных как мезофиллы. Эти кислоты транспортируются в другие клетки, известные как клетки оболочки пучка. В этих клетках реакция обратная, СО2 высвобождается и впоследствии используется в нормальном (С3) пути фотосинтеза. Включение CO2 в 3-углеродные соединения катализируется ферментом, известным как Rubisco.
Преимущества фотосинтеза С4
В жарких и сухих условиях фотосинтез С4 более эффективен, чем фотосинтез С3. Это связано с двумя причинами. Во-первых, система не подвергается фотодыханию - процессу, который противоречит фотосинтезу (см. Ниже). Во-вторых, растения могут держать свои поры закрытыми в течение более длительного периода времени, что позволяет избежать потери воды.
Фотодыхание
Это процесс, в котором вместо добавления CO2 к растущему сахару Рубиско добавляет кислород. В ситуациях, когда фотосинтез происходит быстро (при высокой температуре, высоком уровне света или обоих), так много кислорода, что эта реакция становится серьезной проблемой. Растения C4 решают эту проблему, поддерживая высокую концентрацию CO2 в соответствующей части листа (клетки оболочки пучка).
Потеря воды
Растения обмениваются газами, CO2 и O2, с окружающей средой через поры, известные как устьица. Когда устьица открыта, CO2 может диффундировать, чтобы использоваться в фотосинтезе, и O2, продукт фотосинтеза может диффундировать. Однако, когда устьица открыта, растение также теряет воду из-за транспирации, и эта проблема усиливается в жарком и сухом климате. Растения, которые выполняют фотосинтез C4, могут держать свои устья закрытыми больше, чем их эквиваленты C3, потому что они более эффективны при включении CO2. Это сводит к минимуму потери воды.
Недостатки
Хотя фотосинтез С4 явно выгоден в жарком и сухом климате, это не так в прохладных и влажных климатических условиях. Это связано с тем, что фотосинтез С4 является более сложным: он имеет больше этапов и требует специальной анатомии. По этой причине, если фотореспирация или потеря воды не являются значительными проблемами, фотосинтез С3 является более эффективным. Именно поэтому большинство растений осуществляют фотосинтез С3.