Bitki Metabolizması Yoluyla Nasıl Fark Yaratılır?

[ad_1]

Genel olarak etrafımızdaki birçok bitkiyi düşündüğümüzde, yapraklarında fotosentez yoluyla Güneş’ten gelen elektromanyetik radyasyonu verimli bir şekilde kullandıklarını – havadan karbondioksitin yanı sıra topraktan suyu da kökleri aracılığıyla çekerek ve hızla büyüdüklerini hayal ederiz. makul bir şekilde yapabilecekleri gibi. Gerçekte, bu işlemin verimliliği, girdi enerjisinin %10’undan daha azdır ve evrim boyunca oluşan farklı bitki metabolizmalarının hepsi aynı değildir.

Günümüzde kullanılan bitki metabolizmaları arasında, bazıları çok daha verimli karbon fiksasyon yolları kullanırken, diğerleri fotosentezden elde ettikleri enerjinin çoğunu, özellikle atıklarla başa çıkmak için gereksiz yere karmaşık işlemlerle boşa harcarlar. Bitkiler, en verimli karbon sabitleme yolunu geliştirmiş olsalardı ne kadar hızlı büyüyebilirlerdi, geçtiğimiz on yıllarda, mahsul bitkilerinden ağaçlara kadar her şeyi içeren bir dizi çalışmanın konusu olmuştur.

Bu çalışmaların bize gösterdiği gibi, bilimsel ve evrimsel bir biyolojik meraktan çok, genetiğiyle oynanmış bu bitkiler, gıda üretiminden ağaçlandırmaya kadar her konuda gerçek fırsatlar sunuyor.

Evrimle Yeniden Keşfetmek

Omurgalı ve kafadanbacaklı göze karşı.  Retina (1) ve sinirlerin (2) ters çevrilmesine dikkat edin.  Kafadanbacaklılar omurgalı kör noktasından yoksundur (4).
Omurgalı ve kafadanbacaklı göze karşı. Retina (1) ve sinirlerin (2) ters çevrilmesine dikkat edin. Kafadanbacaklılar omurgalı kör noktasından yoksundur (4).

Dünya üzerinde milyarlarca yıl boyunca, evrim süreci, büyüleyici biyolojik yapıların oluşumuna, ayrıca birçok ilginç dallanma yoluna ve aynı yapının farklı şekilde yeniden icat edilmesine yol açmıştır. Omurgalı ve kafadanbacaklı gözler örneğin, bağımsız olarak oluşmuş gibi görünen ve hem çok benzer hem de çılgınca farklı. Bu süreç denir yakınsak evrim.

Dinozorlar (kuşlar), memeliler ve böcekler arasındaki kanatlar gibi gözler ve yakınsak özellikler kadar çarpıcı olsa da, fotosentezin yakınsak evrimi belki daha az belirgindir, ancak daha az önemli değildir. Milyonlarca yıl boyunca, erken dönem bitkilerin fotosentezinin kaba versiyonları, tümü bir dizi farklı fotosentez yoluna dönüştü. RuBisCO (ribuloz-1,5-bifosfat karboksilaz-oksijenaz) enzimi ve ilişkili Calvin döngüsü.

Çoğu bitki sözde kullanır C3 karbon fiksasyonuoldukça basit bir Calvin döngüsü kullanan. bu var genel verimlilik en fazla %3,5 (Güneş radyasyon enerjisi girdisine göre), daha az yaygın olan C4 karbon fiksasyonu döngü %4’ün üzerinde zirve yapar. C4 ve KAM (crassulacean asit metabolizması), her ikisinin de CO2’yi yakalamak için fosfoenolpiruvat (PEP) kullandığı bir yakınsak evrim şeklidir.2 ve böylece artan bir CO konsantrasyonu yaratır2 azaltmak için RuBiscCO enzimlerinin etrafında fotorespirasyon.

RuBisCO enziminin karbondioksit ve oksijen ile reaksiyonları.
RuBisCO enziminin karbondioksit ve oksijen ile reaksiyonları.

Yukarıda listelenen reaksiyonlarında görülebileceği gibi, RuBisCO ile ilgili temel bir sorun, hem CO hem de CO ile reaksiyona girmesidir.2 ve O2, oysa ikinci reaksiyon, ilgili karbon atomlarının olmaması nedeniyle açıkça istenmeyen bir durumdur. 2-fosfoglikolat (2-PGveya C2H2Ö6P3-) oksijen ile reaksiyondan kaynaklanan metabolik ürün, bazı metabolik yolları engellediği için bitki için toksiktir ve bu nedenle ele alınması gerekir. Burası C için3 2-PG’nin bitkinin gelişmesi için ihtiyaç duyduğu şekerlerin oluşumu için kullanılan istenen PGA’ya () dönüştürülmesine izin verdiği için bitkilerin fotorespirasyonu esastır. Williams ve ark. (2013) C için metabolik yolların3 ve C4 bitkiler:

C3 ve C4 bitkilerinin metabolik yolları.  (Kredi: Williams ve diğerleri, 2013)
C3 ve C4 bitkilerinin metabolik yolları. (Kredi: Williams ve diğerleri, 2013)

Bunun bize söylediği, C3 karbon sabitleme döngüsünü kullanan gıda ürünleri ve ağaç türleri de dahil olmak üzere birçok bitkinin, fotosentezden elde ettikleri enerjinin önemli bir miktarını, aralarındaki etkileşim nedeniyle oluşan bu 2-PG’yi parçalamaya harcadığıdır. RuBisCO ve oksijen. Bu fotorespirasyon süreci nedeniyle, su kaybı stoma (gözenekler) de artar.

RuBisCO, sıcaklıklar arttığında karbondioksit yerine oksijene daha kolay bağlandığından, bu C için uygun çevresel koşullara doğal sınırlar koyar.3 bitkiler ve neden C’yi açıklar4 ve özellikle CAM bitkileri daha sıcak, daha kurak koşullarda bulunur. Mantıksal sonuç, C’nin uygun öğelerini nakledecek olsaydık,4CAM veya örneğin C’ye siyanobakterilerde bulunan diğer yollar3 bitkiler, bu, fotorespirasyonda boşa harcanan enerjiyi azaltarak büyüme hızlarını gözle görülür şekilde artırabilir.

Saha testleri

C3 (A) ve C4 (B) bitkilerinin yaprak anatomisi diyagramı.  İkincisi, CO2 konsantrasyonunu ve Calvin döngüsünü iki hücreye böldü.  (Kredi: Cui, 2021)
C3 (A) ve C4 (B) bitkilerinin yaprak anatomisi diyagramı. İkincisi, CO2 konsantrasyonunu ve Calvin döngüsünü iki hücreye böldü. (Kredi: Cui, 2021)

Karbondioksite olan afinitesini artırmak için doğrudan RuBisCo enzimini ayarlamaya yönelik ilk girişimler başarılı olamadıktan sonra, 1990’larda odak noktası anlamaya ve optimize etmeye kaydı. şablon olarak mevcut C4 fabrikalarını kullanarak ileriye doğru uygulanabilir bir yoldur. Burada önemli olan, bir C3 türünün ayrıca genetik mühendisliğini daha basit hale getirmek için ilgili bir C4 türüne sahip olup olmadığıdır. Burada tartışılan diğer bir aktif nokta, tarafından belirtildiği gibi bir veya iki hücre stratejisinin izlenip izlenmeyeceğidir. Cui (2021).

Diğer araştırmacılar, örneğin, fotosentezi geliştirmek için yeni yollar bulmaya çalıştılar. Nölke et al. (2014)alınan bir poliproteinin (DEFp) ifadesini ekleyen Escherichia koli patates bitkilerine glikolat dehidrojenaz (GlcDH) (solanum tüberozum), yumru veriminde 2.3 kat artış ile sonuçlanır. Bu aynı yaklaşım, muhtemelen benzer bir verim artışıyla diğer bitkilere de uygulanabilir.

DEFp ifadesinin patates fenotipi ve yumru verimi üzerindeki etkisi.  (Noelke ve diğerleri, 2014)
DEFp ifadesinin patates fenotipi ve yumru verimi üzerindeki etkisi. (Noelke ve diğerleri, 2014)

Wang et al. (2020) Nölke ve diğerleri ile benzer bir yaklaşım kullanılarak modifiye edilmiş bir pirinç türü hakkında rapor edilmiş, ancak karışık sonuçlarla birlikte. Bu çalışma takip edildi Nayak et al. (2022) Bu modifikasyonların saha denemelerinde tanıtılmasıyla GE pirincine yol açabilecek umut verici sonuçlar bildiren. İlgili saha deneme verileri şuradan edinilebilir: Güney et al. (2019), transgenik tütün bitkilerini kullanarak saha denemeleri yapan. Bu bitkiler, yabani türe kıyasla yararlı biyokütle üretiminde kabaca %40 artış gösterdi.

Açıkçası, bu GD türlerinden herhangi biri gelecek yılın mahsulleri için çiftçilere dağıtılmadan önce, bu değişikliklerin etkinliğini, uzun vadeli istikrarını ve genel güvenliği sağlamak için çok daha fazla deney ve saha denemelerinin yapılması gerekecekti. Buna rağmen, bu deneyler, bugünün tarımsal üretiminin %150-200 oranında arttığı, ek besin ihtiyacının sıfır olduğu, su gereksinimlerinin azaldığı ve çok daha fazla meydana gelmesi beklenen ısı dalgalarına karşı çok daha iyi direnç gösterdiği bir geleceğe cazip bir bakış sunuyor. Devam eden iklim değişikliği nedeniyle daha düzenli.

Bu da benzer bir yaklaşımın normal ağaçları atmosferden karbonu sabitlemede çok daha verimli hale getirmek için kullanılıp kullanılamayacağı sorusunu gündeme getiriyor.

Siz Beklerken Bir Orman

Geleneksel bilgelik bize ağaçların büyümesinin uzun zaman aldığını söyler. Belki de şaşırtıcı olmayan bir şekilde, ‘ağaç’ olarak adlandırılan çoğu bitki türü (yani ‘ağaç’ın biyolojik bir tanımı yoktur) C’yi kullanır.3 karbon fiksasyon metabolizması. tarafından yakın zamanda yayınlanan bir ön baskı makalesinde Yaşayan Karbon Ekibi ve ark. (2022), daha önce tartışılan mahsul bazlı transgenik türlere benzer bir modifikasyonun kavaklara uygulandığı rapor edilmiştir. Bu melez kavaklar daha sonra Oregon’daki tarlalara dikildi. detaylandırıldığı gibi Living Carbon Team’in web sitesinde. Standart kavaklara kıyasla biyokütle kazancında kabaca %50’lik bir artış bildiren önbaskı makalesiyle, bu, Yaşayan Karbon İnternet sitesi

üzerinde açıklandığı gibi SSS proje için sayfa, bu şekilde değiştirilen ve dikilen tüm bitkiler dişidir, dolayısıyla genetik modifikasyonlar polen yoluyla diğer yabani kavaklara yayılmayacak, sadece dikilen ağaçlarda kalacaktır. Proje, Oregon Eyalet Üniversitesi (OSU) ile ortaklaşa yürütülüyor ve bu hibrit kavakların 600’den fazlası dikilmiş durumda. Amaç, karbon yakalama yaklaşımının bir parçası olarak önümüzdeki yıllarda ekildikleri kadarını dikmek.

Geleneksel ormanlardan %50 daha hızlı büyüyen ormanlar olan mahsullerden elde edilen verimi önemli ölçüde artırma olasılığı ile birlikte, bu, sabırsızlıkla bekleyebileceğimiz oldukça ilginç bir gelecek gibi görünüyor.

Genetik mühendisliği

Bu konu söz konusu olduğunda, odadaki önemli bir fil, genetiği değiştirilmiş organizmalar (GDO’lar) veya daha doğru bir tabirle “genetiğiyle oynanmış” (GE) konusudur. Pek çok ülkede GE organizmalarının, ürünlerinin, tohumlarının vb. yetiştirilmesini, ithalatını ve satışını yasaklayan veya ciddi şekilde sınırlayan mevzuat vardır. Kuşkusuz bu, bu fotosentezle güçlendirilmiş bitkilerin herhangi birinin kabul edilmesindeki en büyük engel olacaktır.

Ne insanların ne de sığırların genel olarak ormanları ve ağaçları tüketmesi muhtemel olmadığından, bu melez ağaçların doğal güvenliği için birçok tartışma yapılabilse de, bilimin mantıksal dünyası ile ortalama bir insanın ve günlük yaşamın duygu odaklı dünyası arasındaki ayrım haber döngüsü bu bağlamda gerçekten çok keskin.

Buna rağmen, dünyanın kuraklık, kıtlık ve iklim değişikliğinin son derece rahatsız edici diğer tüm semptomlarının giderek daha fazla insan tarafından hissedileceği bir yöne doğru gidişi ile birlikte, bilimin bize sağladığı araçlar burada kurtuluşumuz olabilir. , milyonları beslememize ve fazla CO2’de büyük bir göçük yapmamıza izin veriyor2 atmosferde, hepsi de bitkileri karbon istiflemede daha iyi hale getirerek.

[ad_2]
Kaynak : https://hackaday.com/2022/06/07/how-to-make-a-difference-through-plant-metabolism/

Yorum yapın

SMM Panel PDF Kitap indir