Фиксация углерода C3 - C3 carbon fixation

Цикл Кальвина – Бенсона

C3 фиксация углерода самый распространенный из трех метаболические пути за фиксация углерода в фотосинтез, вместе с C4 и CAM. Этот процесс преобразует углекислый газ и рибулоза бисфосфат (RuBP, 5-углеродный сахар) на две молекулы 3-фосфоглицерат через следующую реакцию:

CO2 + H2O + RuBP → (2) 3-фосфоглицерат

Эта реакция происходит у всех растений как первая стадия Цикл Кальвина – Бенсона. (В C4 и установки CAM, углекислый газ выводится из малат и в эту реакцию, а не прямо из воздуха.)

Поперечное сечение C3 растение, в частности Arabidopsis thaliana лист. Показаны сосудистые пучки. Рисунок основан на микроскопических изображениях, любезно предоставленных Департаментом растениеводства Кембриджского университета.

Растения, которые выживают исключительно на C3 фиксация (C3 растения), как правило, процветают в районах с умеренной интенсивностью солнечного света и умеренными температурами, углекислый газ концентрации составляют около 200 промилле или выше,[1] и грунтовые воды в изобилии. C3 растения, происходящие из Мезозойский и Палеозой эпох, предшествовавших C4 растения и по-прежнему составляют примерно 95% растительной биомассы Земли, включая важные продовольственные культуры, такие как рис, пшеница, соя и ячмень.

C3 растения не могут расти в очень жарких местах, потому что RuBisCO включает больше кислорода в RuBP при повышении температуры. Это ведет к фотодыхание (также известный как окислительный фотосинтетический цикл углерода, или фотосинтез C2), что приводит к чистой потере углерода и азота растением и, следовательно, может ограничивать рост.

C3 растения теряют до 97% воды, поступающей через корни, за счет транспирации.[2] В засушливых районах, C3 растения закрывают свои устьица уменьшить потерю воды, но это останавливает CO
2 от попадания в листья и, следовательно, снижает концентрацию CO
2 в листьях. Это снижает CO
2: O2 соотношение и, следовательно, также увеличивает фотодыхание. C4 и CAM растения имеют приспособления, которые позволяют им выживать в жарких и засушливых районах, и поэтому они могут превосходить C3 растения в этих областях.

В изотопная подпись из C3 растения показывают более высокую степень 13C истощение, чем C4 растения, из-за различий в фракционирование изотопов углерода в кислородном фотосинтезе по типам растений.

Ученые разработали новые пути метаболизма, которые сокращают потери на фотодыхание за счет более эффективного метаболизма токсичных веществ. гликолят произведено. 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 реализовать и в других C3 такие культуры, как пшеница.[3]

Рекомендации

  1. ^ С. Майкл Хоган. 2011 г. "Дыхание". Энциклопедия Земли. Ред. Марк Макгинли и К. Дж. Кливленд. Национальный совет по науке и окружающей среде. Вашингтон, округ Колумбия.
  2. ^ Рэйвен, Дж. А.; Эдвардс, Д. (Март 2001 г.). «Корни: эволюционное происхождение и биогеохимическое значение». Журнал экспериментальной ботаники. 52 (Приложение 1): 381–401. Дои:10.1093 / jexbot / 52.suppl_1.381. PMID  11326045.
  3. ^ Юг, Пол Ф .; Cavanagh, Amanda P .; Лю, Хелен В .; Орт, Дональд Р. (2019). «Пути метаболизма синтетического гликолата стимулируют рост сельскохозяйственных культур и урожайность на поле». Наука. 363 (6422): eaat9077. Дои:10.1126 / science.aat9077. PMID  30606819.