NEW Thích Nghi Với Biến Đổi Khí Hậu

Biến đổi khí hậu toàn cầu dẫn đến sự gia tăng nhiệt độ trung bình hàng ngày, theo mùa và hàng năm, đồng thời tăng cường độ, tần suất và thời gian của nhiệt độ thấp và cao bất thường. Nhiệt độ và các biến số môi trường khác có tác động trực tiếp đến sự phát triển của thực vật và là những yếu tố quyết định chính đến sự phân bố của thực vật. Vì con người phụ thuộc vào thực vật – trực tiếp và gián tiếp – để có nguồn thức ăn quan trọng, nên điều quan trọng là phải biết chúng có thể chịu đựng và / hoặc thích nghi với trật tự môi trường mới tốt như thế nào.

Bạn đang xem: Ví dụ về c3. cây

Ảnh hưởng của môi trường đến quang hợp

Tất cả các loài thực vật đều hấp thụ carbon dioxide trong khí quyển và chuyển hóa nó thành đường và tinh bột thông qua quá trình quang hợp, nhưng chúng làm như vậy theo những cách khác nhau. Phương pháp (hoặc con đường) quang hợp cụ thể được sử dụng bởi mỗi lớp thực vật là một biến thể của một tập hợp các phản ứng hóa học được gọi là Chu trình Calvin. Những phản ứng này ảnh hưởng đến số lượng và loại phân tử cacbon mà cây cối tạo ra, nơi lưu trữ các phân tử đó, và quan trọng nhất, đối với nghiên cứu biến đổi khí hậu, khả năng chống chọi với biến đổi khí hậu của thực vật. khí quyển carbon thấp, nhiệt độ cao hơn, giảm hàm lượng nước và nitơ. .

Các quá trình quang hợp này – được các nhà thực vật gọi là C3, C4 và CAM – có liên quan trực tiếp đến các nghiên cứu về biến đổi khí hậu toàn cầu vì thực vật C3 và C4 phản ứng khác nhau với những thay đổi này. thay đổi nồng độ carbon dioxide trong khí quyển và thay đổi nhiệt độ và lượng nước sẵn có.

Con người hiện đang phụ thuộc vào thực vật không phát triển mạnh trong điều kiện nóng hơn, khô hơn và thất thường hơn. Khi hành tinh tiếp tục ấm lên, các nhà nghiên cứu đã bắt đầu khám phá những cách mà thực vật có thể thích nghi với môi trường thay đổi. Điều chỉnh quang hợp có thể là một cách để làm điều đó.

C3. Cây

Hầu hết các loài thực vật trên cạn mà chúng ta dựa vào để cung cấp thức ăn và năng lượng đều sử dụng con đường C3, con đường lâu đời nhất trong số các con đường cố định cacbon, và nó được tìm thấy trong thực vật. thuộc tất cả các đơn vị phân loại. Hầu hết tất cả các loài linh trưởng không phải con người còn tồn tại ở mọi kích thước cơ thể, bao gồm khỉ đực, khỉ thế giới cũ và mới, và tất cả các loài vượn – ngay cả những loài sống trong khu vực có thực vật C4 và CAM – đều phụ thuộc vào thực vật C3 để nuôi sống.

Enzyme : Ribulose bisphosphate (RuBP hoặc Rubisco) carboxylase oxygenase (Rubisco)Thủ tục : Chuyển đổi CO2 thành hợp chất axit 3 cacbon 3-photphoglyceric (hoặc PGA)Nơi carbon được cố định : Tất cả các tế bào trung bì láTỷ lệ sinh khối : -22% đến -35%, với mức trung bình là -26,5%

Trong khi con đường C3 là phổ biến nhất, nó cũng không hiệu quả. Rubisco phản ứng không chỉ với CO2 mà còn với O2, dẫn đến phản ứng photorespiration, một quá trình lãng phí carbon đã đồng hóa. Trong điều kiện khí quyển hiện nay, quá trình quang hợp ở thực vật C3 bị cản trở bởi tới 40% oxy. Mức độ ức chế đó tăng lên trong các điều kiện căng thẳng như khô hạn, ánh sáng cao và nhiệt độ cao. Khi nhiệt độ toàn cầu tăng lên, thực vật C3 sẽ phải vật lộn để tồn tại – và vì chúng ta phụ thuộc vào chúng nên chúng ta cũng vậy.

C4. Cây

Chỉ khoảng 3% các loài thực vật trên cạn sử dụng con đường C4, nhưng chúng chiếm ưu thế gần như tất cả các đồng cỏ ở các vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và ôn đới ấm. Thực vật C4 cũng bao gồm các cây trồng cho năng suất cao như ngô, cao lương và mía. Mặc dù những loại cây trồng này đi đầu trong lĩnh vực năng lượng sinh học, nhưng chúng không hoàn toàn phù hợp với con người. Tuy nhiên, ngô là ngoại lệ, nó không thực sự tiêu hóa được trừ khi nó được nghiền thành bột. Ngô và các cây trồng khác cũng được sử dụng làm thức ăn gia súc, chuyển hóa năng lượng thành thịt – một cách sử dụng kém hiệu quả khác của thực vật.

Enzyme: Phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylaseThủ tục: Chuyển CO2 thành 4-cacbon trung gianNơi cacbon được cố định: Tế bào trung mô (MC) và tế bào bao (BSC). C4 có một vòng BSCs bao quanh mỗi tĩnh mạch và một vòng MC bên ngoài bao quanh vỏ bó, được gọi là giải phẫu Kranz.Tỷ lệ sinh khối: -9 đến -16%, với mức trung bình là -12,5%.

Quang hợp C4 là sự biến đổi sinh hóa của quá trình quang hợp C3, trong đó chu trình kiểu C3 chỉ xảy ra ở các tế bào bên trong của lá. Bao quanh lá là các tế bào trung bì có chứa một loại enzyme hoạt động mạnh hơn nhiều gọi là phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylase. Kết quả là, thực vật C4 phát triển mạnh trong các mùa sinh trưởng kéo dài với nhiều ánh sáng mặt trời. Một số thậm chí có khả năng chịu mặn, cho phép các nhà nghiên cứu xem liệu các khu vực đã bị nhiễm mặn do các nỗ lực tưới tiêu trước đó có thể được phục hồi bằng cách trồng các loài C4 chịu mặn hay không.

quả cam

Quang hợp CAM được đặt tên để vinh danh họ thực vật trong đó Crassulacean , họ đá hay thân thảo, lần đầu tiên được ghi nhận. Loại quang hợp này là một sự thích nghi với điều kiện ít nước và xảy ra ở các loài lan và các loài xương rồng từ các vùng khô hạn.

Ở thực vật sử dụng quang hợp CAM đầy đủ, các khí khổng trong lá đóng lại vào ban ngày để giảm sự thoát hơi nước và mở ra vào ban đêm để hấp thụ khí cacbonic. Một số thực vật C4 cũng hoạt động ít nhất một phần ở chế độ C3 hoặc C4. Trên thực tế, thậm chí còn có một loài thực vật được gọi là Agave Angustifolia có thể chuyển đổi giữa các chế độ khi hệ thống cục bộ ra lệnh.

Xem thêm: Lý thuyết Vật Lý lớp 6 bài 9: Lực đàn hồi Giáo án Vật lý lớp 6 bài 9: Lực đàn hồi

Giống loài: Cactus and the giống loài xương rồng khác, Clusia, agave tequila, dứa.Enzyme: Phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylaseNơi cacbon được cố định: không bàoTỷ lệ sinh khối: Tỷ lệ có thể rơi vào khoảng C3 hoặc C4.

Thực vật CAM thể hiện hiệu quả sử dụng nước cao nhất trong tất cả các loại thực vật, cho phép chúng hoạt động tốt trong môi trường hạn chế nước, chẳng hạn như sa mạc bán khô hạn. Ngoại trừ dứa và một số loài agave, chẳng hạn như tequila agave, thực vật CAM tương đối ít được con người khai thác để sử dụng làm thực phẩm và nguồn năng lượng.

Các phát triển và kỹ thuật có thể có

Tình trạng mất an ninh lương thực toàn cầu đã và đang là một vấn đề cực kỳ nghiêm trọng, khiến cho việc tiếp tục phụ thuộc vào các nguồn thực phẩm và năng lượng kém hiệu quả trở nên nguy hiểm, đặc biệt là khi chúng ta không biết chu trình thực vật sẽ bị ảnh hưởng như thế nào khi bầu khí quyển của chúng ta ngày càng giàu carbon. Sự suy giảm CO trong khí quyển và sự khô hạn của khí hậu Trái đất được cho là đã thúc đẩy sự tiến hóa của C4 và CAM, làm tăng khả năng đáng báo động rằng CO tăng cao có thể đảo ngược các điều kiện thuận lợi. cho những lựa chọn thay thế cho quá trình quang hợp C3.

Bằng chứng từ tổ tiên của chúng ta cho thấy hominids có thể thích nghi chế độ ăn uống của chúng với sự thay đổi khí hậu. Ardipithecus ramidus và Ar anamensis tất cả đều phụ thuộc vào thực vật C3, nhưng khi biến đổi khí hậu thay đổi miền đông châu Phi từ các vùng nhiều cây cối thành savan khoảng bốn triệu năm trước, các loài đã sống sót – Australopithecus afarensis và Thú mỏ vịt Kenyanthropus – có sinh vật tiêu thụ C3 / C4 hỗn hợp. 2,5 triệu năm trước, hai loài mới đã tiến hóa: Paranthropus, loài có trọng tâm chuyển sang C4 / CAM và các nguồn thực phẩm Homo sapiens sớm tiêu thụ cả hai giống cây trồng C3 và C4.

Sự thích nghi từ C3 thành C4

Quá trình tiến hóa biến thực vật C3 thành loài C4 đã diễn ra không phải một lần mà ít nhất 66 lần trong 35 triệu năm qua. Bước tiến hóa này dẫn đến hiệu quả quang hợp được nâng cao và tăng hiệu suất sử dụng nước và nitơ.

Kết quả là thực vật C4 có khả năng quang hợp gấp hai lần so với thực vật C3 và có thể chịu được nhiệt độ cao hơn, ít nước hơn và luôn có nitơ. Chính vì những lý do này mà các nhà hóa sinh hiện đang cố gắng tìm cách chuyển các tính trạng C4 và CAM (hiệu quả của quá trình, khả năng chịu nhiệt độ cao, năng suất cao hơn và chịu được hạn và mặn) vào cây C3 như một cách để bù đắp những thay đổi môi trường phải đối mặt sự nóng lên toàn cầu.

Ít nhất một số biến đổi C3 được cho là có thể thực hiện được vì các nghiên cứu so sánh đã chỉ ra rằng những cây này đã sở hữu một số gen thô sơ có chức năng tương tự như gen của cây C4. Trong khi các giống lai C3 và C4 đã được theo đuổi trong hơn 5 thập kỷ, do sự không khớp về nhiễm sắc thể và khả năng lai thành công vẫn còn nằm ngoài tầm với.

Tương lai của quang hợp

Tiềm năng tăng cường an ninh lương thực và năng lượng đã dẫn đến sự gia tăng đáng kể trong nghiên cứu về quang hợp. Quang hợp cung cấp nguồn cung cấp thực phẩm và chất xơ, cũng như hầu hết các nguồn năng lượng của chúng ta. Ngay cả ngân hàng hydrocacbon cư trú trong vỏ Trái đất cũng được tạo ra từ quá trình quang hợp.

Khi nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt – hoặc mọi người nên hạn chế sử dụng nhiên liệu hóa thạch để ngăn chặn sự nóng lên toàn cầu – thế giới sẽ phải đối mặt với thách thức thay thế nguồn cung cấp năng lượng đó bằng các nguồn tài nguyên thiên nhiên. tài nguyên tái tạo. Mong đợi sự tiến hóa của con người để bắt kịp với tốc độ biến đổi khí hậu trong vòng 50 năm tới là không thực tế. Các nhà khoa học đang hy vọng rằng với việc nâng cao việc sử dụng hệ gen, thực vật sẽ là một câu chuyện khác.

Ehleringer, JR; Chứng nhận, TE “Quang hợp C3 và C4” trong “Bách khoa toàn cầu về thay đổi môi trường”, Munn, T.; Mooney, HA; Canadaell, JG, biên tập viên. trang 186-190. John Wiley và các con trai của ông. London. 2002Van der Merwe, N. “Đồng vị cacbon, quang hợp và khảo cổ học” trong Nhà khoa học Mỹ 70, trang 596–606. 1982

Deutsch Español Русский язык аїнська Français Türkçe العربية ภาษา ไทย Suomi ελληνικά 日本語 polski Svenska Vietnamese Nederlands slovenčina Italiano român Bahasa Melayu 한국어 Bahasa Indonesia हिन्दी č tina da

Thể loại: Chung