تفاوت گیاهان سه و چهار کربنه 2

اهداف:

• آشنایی با تفاوت های گیاهان سه و چهار کربنه

شرح درس:

عدم دسترسی به دی اکسیدکربن و آب کافی محدود کننده ی فتوسنتز است. در گیاهان سه کربنه حتی تنش نسبتاً جزئی آب سبب بسته شدن روزنه ها و کاهش دی اکسیدکربن مورد نیاز برای فتوسنتز در سلول می شود. مفهوم کم بودن غلظت جبران دی اکسیدکربن در گیاهان چهارکربنه این است که حتی در غلظت های کم دی اکسیدکربن قادرند فتوسنتز را در حد قابل توجهی انجام دهند. از این رو طی دوره هایی که در اثر تنش خشکی روزنه ها نسبتاً بسته هستند، گیاهان چهار کربنه در مقایسه با گیاهان سه کربنه بهتر قادر به انجام فتوسنتز هستند.

نسبت تعرق معیار مناسبی برای تبیین این برتری گیاهان چهارکربنه نسبت به گیاهان سه کربنه محسوب می شود. نسبت یاد شده ارتباط بین جذب دی اکسیدکربن و دفع آب از طریق تبخیر (تعرق) توسط برگ را بیان می کند:

عکس این نسبت عبارت است از بازده مصرف آب که بیشتر در منابع علمی مرتبط با اکولوژی به کار می رود. همان طور که جدول طرح درس"تفاوت گیاهان سه و چهار کربنه " می بینید نسبت تعرق در گیاهان چهار ربنه گویای توانایی این گیاهان در حفظ سرعت قابل توجه فتوسنتز و در عین حال جلوگیری از دفع آب از گیاه است.حتی تحت شرایط مطلوب دسترسی به دی اکسیدکربن آنچنان فتوسنتز گیاهان سه کربنه را محدود می کند که اشباع نوری در این گیاهان در شدت تشعشع هایی معادل 25 درصد حداکثر شدت تشعشع روزانه اتفاق می افتد.

از طرف دیگر گیاهان چهارکربنه حتی در حداکثر شدت تشعشع روزانه هم به اشباع نمی رسد. با تمام این اوصاف بازده فتوسنتز در گیاهان چهارکربنه ضرورتاً بیشتر از گیاهان سه کربنه نیست. هنگامی که دمای برگ 30 درجه سانتی گراد است، عملکرد کوانتوم در گیاهان چهارکربنه عملاً کمتر از گیاهان سه کربنه است. به عبارت بهتر فتوسنتز در گیاهان چهارکربنه کارایی کمتری دارد. کمتر بودن عملکرد کوانتوم در گیاهان چهارکربنه به خاطر نیاز به نور بیشتر برای تولید ATP ضروری برای انجام واکنش پیروات فسفات دی کیناز است.

اما چگونه می شود گیاهان چهارکربنه با وجود کمتر بودن کارایی فتوسنتز توان تولید بیشتری نسبت به گیاهان سه کربنه داشته باشند؟ گیاهان چهارکربنه بومی زیستگاه های حاره ای و نیمه حاره ای هستند که در آنجا دسترسی به نور زیاد است. این گیاهان با استفاده از مازاد نور موجود در زیستگاه هایشان، ATP مورد نیاز را برای انجام چرخه ی C4 تجمع دی اکسیدکربن در سلول های غلاف آوندی و در نهایت تثبیت بیشتر کربن استفاده می کنند.

اگرچه گیاهان چهارکربنه تحت هر شرایطی رقابت کننده های برتری نیستند. برخی گیاهان سه کربنه ممکن است تولیدی معادل یا حتی بیشتر از گیاهان چهارکربنه داشته باشند. ولی چنانچه ترکیبی از شرایط مانند دمای زیاد، شدت تشعشع زیاد و تنش نسبی خشکی فراهم باشد، چرخه ی C4 قطعاً بر چرخه ی C3  برتری خواهد داشت. برتری تولیدی و رقابتی گیاهان چهارکربنه نسبت به سه کربنه را می توان در این واقعیت عینی مشاهده کرد که بسیاری از علف های هرز مزارع و باغچه ها گونه های چهارکربنه هستند.

یکی دیگر از سازوکارهای تغلیظ دی اکسیدکربن، متابولیسم اسیدکراسولاسه CAM است. در مورد این گیاهان در طرح درس مسیر C4 توضیحاتی داده شد. می توان از ویژگی های این نوع گیاهان برگ های گوشتی و آبدار بودن و معکوس بودن چرخه ی حرکات شبانه روزی روزنه هاست. البته گوشتی و آبدار بودن لازمه ی مسیر CAM است ولی تمام گیاهان  گوشتی و آبدار دارای مسیر فتوسنتزی CAM نیستند.

مرکز یادگیری سایت تبیان - تهیه: فاضل صحرانشین سامانی
تنظیم: مریم فروزان کیا