تفاوت گیاهان سه و چهار کربنه 1

اهداف:

• آشنایی با اهمیت اکولوژیکی مسیر C4
• آشنایی با تفاوت های گیاهان سه و چهار کربنه

شرح درس:

نزدیک بودن سلول هایی که در آن ها چرخه ی PCR صورت می گیرد به بافت آوندی سبب می شود تا محصولات فتوسنتزی یعنی قندها در صورت لزوم به سرعت از برگ صادر شوند. با چنین اوصافی منطقی است نتیجه گیری کرد که وجود این خصوصیات آناتومیکی سبب افزایش کارایی سیستم C4 می شود. البته برخی گیاهان سه کربنه ی دولپه ای دارای یک لایه سلولی کامل غلاف آوندی هستند که تعداد کلروپلاست خیلی کمی دارند. از این رو صرف وجود آناتومی کرانز دلیلی بر حضور وجود مسیر C4 نیست.

اهمیت اکولوژیکی مسیر C4

برعکس گیاهان سه کربنه، اکسیژن سبب کاهش فتوستنز در گیاهان چهارکربنه نمی شود و این گیاهان افزایش آزاد سازی دی اکسیدکربن را بلافاصله پس از قطع نور نشان نمی دهند و دارای غلظت جبرانی دی اکسیدکربن کمی هستند(جدول زیر). غلظت جبران دی اکسیدکربن به غلطتی از این گاز در هوا گفته می شود که در آن میزان جذب دی اکسید کربن(برای فتوسنتز) با میزان آزادسازی دی اکسیدکربن (توسط تنفس) برابری می کند. در یک محیط بسته غلظت جبران دی اکسید کربن عبارت است از غلظتی از دی اکسید کربن هوا که در آن جذب و دفع دی اکسیدکربن توسط گیاه به تعادل رسیده باشند.

در گیاهان چهارکربنه تنفس نوری یا وجود نداشته و یا حداقل از آن جلوگیری می شود. ولی با وجود آنکه مسیر گلی کولات در برخی گیاهان چهارکربنه چندان فعال نیست، بیشتر گیاهان چهارکربنه هم دارای پراکسی زوم و هم سیستم متابولیکی لازم برای انجام این مسیر هستند. ویژگی های آناتومیکی و بیوشیمایی برگ های گیاهان چهارکربنه سبب می شود که اگر هم دی اکسیدکربن از سلول های آوندی خارج شود، توسط آنزیم فسفواینول پیروات کربوکسیلاز موجود در سلول های مزوفیلی گرفته شده و نتواند از برگ خارج شود. بدین ترتیب برگ های گیاهان چهارکربنه نه تنها دی اکسیدکربن جو را به خوبی جذب می کنند، بلکه هر دی اکسیدکربنی را که ممکن است در داخل برگ تولید شود نیز به خوبی گرفته و از خروج آن ممانعت می کنند.

گیاهان چهارکربنه علاوه بر آنکه عملاً فاقد تنفس نوری هستند، بیشتر دارای دمای مطلوب بالاتری در مقایسه با گیاهان سه کربنه نیز هستند. از خصوصیات جالب توجه گیاهان چهارکربنه،حساسیت عمومی آنها به درجه ی حرارت های کم است. در حالی که برخی گیاهان چهارکربنه سرما را تحمل می کنند، بیشتر این گیاهان اگر از سرما آسیب نبینند، حداقل در چنین شرایطی تولید چندانی ندارند. برای مثال ذرت دماهای کمتر از 12 تا 15 درجه سانتی گراد قادر به رشد نیست. عدم توانایی در رشد در دماهای زیر 12 درجه ی سانتی گراد احتمالاً ناشی از آنزیم پیروات فسفات دی کیناز است که در سرما ناپایدار بوده و در چنین دماهایی به شدت از میزان فعالیت آن کاسته می شود.