С 3 фиксации углерода является наиболее распространенным из трех метаболических путей для фиксации углерода в процессе фотосинтеза , наряду с С 4 и CAM . Этот процесс превращает диоксид углерода и рибулозобисфосфат (RuBP, 5-углеродный сахар) в две молекулы 3-фосфоглицерата посредством следующей реакции:
- CO 2 + H 2 O + RuBP → (2) 3-фосфоглицерат
Эта реакция происходит у всех растений как первая ступень цикла Кальвина – Бенсона . (В установках C 4 и CAM углекислый газ поступает из малата в эту реакцию, а не непосредственно из воздуха .)
Растения , которые выживают исключительно на C 3 фиксации ( C 3 растения ) , как правило, процветают в тех районах , где интенсивность солнечного света является умеренной, температура умеренная, двуокиси углерода концентрации около 200 частей на миллион или выше, [1] и подземные воды в изобилии. Растения C 3 , возникшие в мезозойскую и палеозойскую эры, предшествуют растениям C 4 и до сих пор составляют примерно 95% биомассы растений Земли, включая важные продовольственные культуры, такие как рис, пшеница, соя и ячмень.
Растения C 3 не могут расти в очень жарких местах, потому что RuBisCO включает больше кислорода в RuBP при повышении температуры. Это приводит к фотодыханию (также известному как окислительный фотосинтетический углеродный цикл или фотосинтез С2), что приводит к чистой потере углерода и азота растением и, следовательно, может ограничивать рост.
Растения C 3 теряют до 97% воды, поступающей через их корни, за счет транспирации. [2] В засушливых районах растения C 3 закрывают устьица, чтобы уменьшить потерю воды, но это останавливает CO.
2от попадания в листья и, следовательно, снижает концентрацию CO
2в листьях. Это снижает CO.
2: O 2 и, следовательно, также увеличивает фотодыхание. У растений C 4 и CAM есть приспособления, которые позволяют им выживать в жарких и засушливых регионах, и поэтому они могут превосходить растения C 3 в этих областях.
Изотопная подписью из С 3 растений показывают более высокая степень 13 C истощения , чем С 4 растений, из - за изменения в фракционировании изотопов углерода в кислородном фотосинтезе для разных типов растений.
Ученые разработали новые пути метаболизма, которые сокращают потери на фотодыхание за счет более эффективного метаболизма производимого токсичного гликолята . Это привело к увеличению производства биомассы в их модельном организме (табак) более чем на 40% в условиях испытаний. Ученые с оптимизмом смотрят на то, что эту оптимизацию можно применить и к другим культурам C 3, таким как пшеница. [3]
Ссылки [ править ]
- ^ С. Майкл Хоган. 2011. «Дыхание». Энциклопедия Земли . Ред. Марк Макгинли и Си Джей Кливленд. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон, округ Колумбия
- ^ Рэйвен, JA ; Эдвардс, Д. (март 2001 г.). «Корни: эволюционное происхождение и биогеохимическое значение» . Журнал экспериментальной ботаники . 52 (Приложение 1): 381–401. DOI : 10.1093 / jexbot / 52.suppl_1.381 . PMID 11326045 .
- ^ Юг, Пол Ф .; Cavanagh, Amanda P .; Лю, Хелен В .; Орт, Дональд Р. (2019). «Синтетические метаболические пути гликолата стимулируют рост сельскохозяйственных культур и урожайность на поле» . Наука . 363 (6422): eaat9077. DOI : 10.1126 / science.aat9077 . PMID 30606819 .
