Dürre führt in vielen Regionen der Welt zu großen Ernteausfällen und der Klimawandel droht sich zu verschärfen
Der Crassuloidsäurestoffwechsel (auch bekannt als CAM-Photosynthese) ist ein Kohlenstofffixierungsweg, der sich in einigen Pflanzen als Anpassung an trockenes Klima entwickelt hat.
In Pflanzen, die CAM-Photosynthese nutzen, Stomataan den Blättern bleiben tagsüber geschlossen, um die Evapotranspiration (also die Verdunstung von Wasser) zu reduzieren. Sie öffnen sich jedoch nachts, um Kohlendioxid zu sammeln, wodurch sie Malat (Äpfelsäure) in die Mesophyllzellen diffundieren können. Nachts wird CO2 in der Vakuole als Apfelsäure mit vier Kohlenstoffatomen gespeichert und tagsüber zu den Chloroplasten transportiert, wo es wieder in CO2 umgewandelt wird. Dieses Kohlendioxid wird dann bei der Photosynthese verwendet. Das vorab gesammelte CO2 wird um Ribulosebisphosphat-Carboxylase (RubisCO-Enzym) herum konzentriert. Es erhöht lediglich die Effizienz der Photosynthese. Dieser Mechanismus des Säurestoffwechsels wurde erstmals bei Pflanzen der Familie der Crassulaceae entdeckt. Die bekannteste Crassula-Art in Russland ist die Crassula, die den Spitznamen „Geldbaum“ erhielt.
Wissenschaftler haben einen ausgeklügelten mathematischen Modellierungsansatz verwendet, um die Auswirkungen des Einbaus der SAM-Photosynthese in verschiedene Pflanzen zu untersuchen.
Hauptautorin Nadine Töpfer, die dies durchgeführt hatWährend ihrer Amtszeit als Ph.D. Marie-Curie bei der Gruppe von Professor Lee Sweetlowe in Oxford sagte sie: „Simulation ist ein leistungsstarkes Werkzeug zur Erforschung komplexer Systeme und liefert Erkenntnisse, die in der Labor- und Feldforschung hilfreich sein können. Ich glaube, unsere Ergebnisse werden Forschern als Inspiration dienen, die die wassersparenden Eigenschaften von CAM-Pflanzen auf andere Arten übertragen möchten. “
Verwendung einer High-Range-SimulationUnter Berücksichtigung der Temperaturen und der relativen Luftfeuchtigkeit stellten die Autoren der Studie die Frage: Wären die CAM-Photosynthese oder alternative wassersparende Methoden in Umgebungen, in denen normalerweise Pflanzen angebaut werden, die C3-Photosynthese verwenden, produktiver?
Sie fanden heraus, dass die Vakuumkapazität des Blattesist der Hauptfaktor, der die Effizienz des Wasserverbrauchs während der CAM-Photosynthese begrenzt. Sie fanden auch heraus, dass Umgebungsbedingungen die verschiedenen Phasen des CAM-Zyklus prägen. Die mathematische Modellierung ermöglichte es, einen alternativen CAM-Zyklus zu identifizieren, der mitochondriale Isocitratdehydrogenase als potenziellen Faktor für die anfängliche Kohlenstoffbindung in der Nacht umfasst.
Ihre Ergebnisse zeigten nicht nur dasDas Wassersparpotential der CAM-Photosynthese hängt stark von der Umgebung ab (und die Tagesumgebung ist wichtiger als die Nachtumgebung). Die Forscher stellten auch fest, dass andere alternative Stoffwechselregime als der natürliche CAM-Zyklus unter bestimmten Bedingungen vorteilhaft sein können. Zum Beispiel an kürzeren Tagen mit weniger extremen Temperaturen. Die Ergebnisse der Wissenschaftler werden der Menschheit helfen, sich auf den Anbau von Nahrungspflanzen in einem zunehmend heißen und trockenen Klima vorzubereiten.
Lesen Sie auch
Die jährliche Mission in der Arktis ist beendet und die Daten sind enttäuschend. Was erwartet die Menschheit?
Beobachten Sie, wie der neue Hummer Hindernisse auf der Straße überwindet und sich wie eine Krabbe bewegt
Am dritten Krankheitstag verlieren die meisten COVID-19-Patienten ihren Geruchssinn und leiden häufig an einer laufenden Nase