سازگاری و کاهش تنفس نوری

انرژی شیمیایی ذخیره شده در ATP و NADPH تشکیل ترکیب های آلی را ا ز CO₂ ممکن می سازد.

در مطلب قبل دانستید که متداولترین روش اندازه گیری سرعت فتوسنتز در سلول (مانند جلبک ها) یا یک گیاه کامل، اندازه گیری تبادل گازی اعم از مقدار جذب دی اکسیدکربن یا دفع اکسیژن است و درمورد مسیر فتوسنتزی C₄ تا حدودی آشنا شدیم، حال در اینجا سازگاری گیاهان را برای کاهش تنفس نوری بررسی می کنیم.

به موازنهٔ فتوسنتز دقت کنید. اکسیژنی که در فتوسنتز تولید می شود از شکستن مولکول آب حاصل می شود یا CO₂؟

تا مدت ها دانشمندان تصور می کردند که اکسیژنی که در فتوسنتز آزاد می شود، از تجزیهٔ دی اکسیدکربن به وجود می آید. گروهی از دانشمندان با انجام فتوسنتز در جلبک تک سلولی کلرلا، با استفاده از دی اکسیدکربن نشاندار شده با ایزوتوپ رادیواکتیو اکسیژن، مشخص کردند که اکسیژن تولیدی در فتوسنتز از تجزیهٔ مولکول های آب حاصل می شود و نه دی اکسیدکربن. زیرا اتم های تشکیل دهندهٔ گاز اکسیژن تولید شده در این آزمایش، نشاندار نبودند.

تنفس نوری مانع از وارد شدن د ی اکسید کربن به چرخهٔ کالوین می شود و به همین دلیل به عنوان فرآیندی مخالف با تولید کنندگی فتوسنتز درنظر گرفته می شود. هما نطو رکه قبلاً گفته شد هر مولکول د ی اکسید کربن که وارد چرخهٔ کالوین می شود ابتدا با یک مولکول ۵ کربنی ترکیب می شود. آنزیمی که این واکنش را کاتالیز می کند روبیسکو نام دارد.

سازگاری های ویژه ای تنفس نوری را کاهش می دهند:

هوای گرم و خشک باعث افزایش تعرق گیاه و از دست دادن آب می شود. گیاه برای جلوگیری از اتلاف آب روزنه های خود را می بندد. بسته بودن روزنه ها ممکن است تراکم CO₂ برگ را به حدی پایین بیاورد که وضع برای تنفس نوری مناسب گردد. چون در این حالت نه تنها CO₂ وارد برگ نمی شود، بلکه CO₂ در فتوسنتز مصرف می گردد.

این وضع سبب کاهش نسبت CO₂ به O₂ در برگ و در نتیجه مناسب شدن شرایط لازم برای فعالیت اکسیژنازی آنزیم روبیسکو می گردد. در صورتی که بتوان تراکم CO₂ را در سلول های فتوسنتز کننده بالا نگاه داشت، می توان از تنفس نوری جلوگیری کرد.

گیاهانی مانند نیشکر و ذرت که در شرایط هوایی گرم و خشک زندگی می کنند و نسبت به گرما مقاوم هستند، قبل از چرخه کالوین واکنش های دیگری انجام می دهند. در این گیاهان سیستمی آنزیمی وجود دارد و باعث انتقال موثر CO₂ به سلول های فتوسنتز کننده می گردد.

به این ترتیب است که CO₂ را طی واکنش با یک ترکیب سه کربنی به یک اسید چهار کربنی تبدیل کرده و اسید چهار کربنی را به سلول های فتوسنتز کننده منتقل می کنند. در این سلول ها، اسید چهار کربنی CO₂ آزاد می کند و CO₂ در چرخه کالوین تثبیت می شود. به این گیاهان C₄ می گویند، چون نخستین ترکیب پایدار در مراحل تثبیت CO₂، یک ترکیب چهار کربنی است.

گیاهان C₃ در شرایط معمولی زندگی می کنند و کم تر در شرایط دمای بالا، شدت زیاد نور یا کمبود آب قرار می گیرند، بنابراین فقط از چرخه کالویت برای تثبیت دی اکسید کربن استفاده می کنند. این گیاهان می توانند با نیمه باز گذاشتن روزنامه های خود ورود CO₂ به برگ را تسهیل نمایند و مانع تنفس نوری شوند.

گیاهان C₄ در هوای گرم و خشک و کمبود آب زندگی می کنند و ناچار به انجام فتوسنتز در مسیر C₄ هستند. گیاهان C₄ می توانند در حالی که روزنه های آنها تقریبا بسته است، در دماهای بالا و شدت های زیاد نور با بیش ترین کارایی عمل کنند و در عین حال مانع از افزایش دفع آب شوند.

گیاهان C4 در آب و هوای گرم سریع تر از گیاهان C₃ رشد می کنند. کارایی گیاهان C4 در دمای بالا، شدت زیاد نور و کمبود آب تقریبا دو برابر گیاهان C₃ می باشد.

سوال: در سلول های میان برگ ذرت............

1- واکنش های تنفس نوری و چرخه کالوین در یک سلول تحت تاثیر فعالیت روبیسکو انجام می گیرد.

2- همانند همه سلول های رو پوست ساقه نیشکر ترکیب چهار کربنی مقدم بر چرخه کالوین ایجاد می گردد.

4- برخلاف سلول های نگهبان روزنه گندم ترکیب سه کربنی پایدار تولید نمی گردد.

گزینه 3 درست است.

ذرت یک گیاه C₄ است. در سلول های میان برگ این گیاه تا آنجا که امکان دارد، تنفس نوری انجام نمی گیرد. از طرف دیگر واکنش های تنفس نوری و چرخه کالوین در یک سلول انجام نمی گیرد. واکنش های مربوط به فتوسنتز و مراحل نوری و تاریکی آن می توانند در یک سلول انجام گیرند.

در سلول های میان برگ ذرت پس از تشکیل ترکیب چهار کربنی (در سلول های معمولی میان برگ) و انتقال به سلول های غلاف آوندی و آزاد شدن CO₂ در این سلول ها چرخه کالوین آغاز می گردد.

نکته: مراحل نوری فتوسنتز بیش تر در سلول های غلاف آوندی انجام می گیردف چون در این سلول ها چرخه کالوین به مقدار زیاد انجام می گیرد.

در همه سلول های رو پوستی فتوسنتز انجام نمی گیرد، پس ترکیب چهار کربنی و سه کربنی تشکیل نمی گردد.

منبع: https://www.google.com

مرکز یادگیری سایت تبیان، مرجان سلیمانیان