آب و هوای زمین بهسرعت در حال تغییر است و دانشمندان در تلاشاند تا درک کنند که گیاهان چگونه به این تغییرات واکنش نشان خواهند داد. با افزایش دما و سطح دیاکسید کربن، گیاهان با چالشها و فرصتهای جدیدی روبرو میشوند، برخی از گیاهان ممکن است بزرگتر شوند، در حالی که برخی دیگر برای حفظ فرآیندهای طبیعی خود دچار مشکل خواهند شد. درک این تغییرات برای پیشبینی عملکرد کشاورزی و پایداری اکوسیستمها در آینده ضروری است.
مطالعه واکنش متابولیسم گیاهان به شرایط جدید و متابولیسمشان
محققان آزمایشگاه Sharkey در مرکز تحقیقات گیاه MSU-DOE در حال بررسی این موضوع هستند که متابولیسم گیاهان چگونه به شرایط نور زیاد و سطح بالای دیاکسید کربن (HLHC) واکنش نشان میدهد نتایج این مطالعه نشان میدهد که گیاهان در این شرایط فتوسنتز بیشتری انجام میدهند، که میتواند منجر به رشد بیشتر گیاهان و افزایش بازده محصولات کشاورزی شود. با این حال، این فرآیند با هزینهای همراه است – گیاهان مقداری از کربن خود را از دست میدهند که برای تولید غذا ضروری است، این یافتهها که در Scientific Reports منتشر شدهاند، پیچیدگی واکنش گیاهان به تغییرات محیطی را برجسته میکنند.
دانشمندان دو تغییر عمده محیطی را پیشبینی میکنند که بر متابولیسم گیاهان تأثیر خواهند گذاشت: افزایش مداوم سطح دیاکسید کربن در جو موجب تغییر شرایط نوری به دلیل افزایش میزان تابش خورشیدی که به سطح زمین میرسد میشود واین تغییرات نحوه رشد گیاهان و پردازش کربن را تحت تأثیر قرار میدهد. درک این اثرات برای برنامهریزی کشاورزی و اکولوژیکی آینده حیاتی است.
افزایش نرخ فتوسنتز و نحوه ذخیره کربن در گیاهان
یوان شو (Yuan Xu)، پژوهشگر فوقدکتری در آزمایشگاه Sharkey و نویسنده اصلی این مطالعه، گفت:”تحقیقات ما نشان میدهد که مطالعه فتوسنتز و متابولیسم کربن در گیاهان بسیار مهم است. بهویژه هنگامی که به شرایط آینده بر اساس پیشبینیها فکر میکنیم. اگر بخواهیم در آینده مهندسی زیستی انجام دهیم تا گیاهانی تولید کنیم که بهتر با این شرایط سازگار شوند، باید بر این حوزهها تمرکز کنیم.”
محققان دریافتند که در شرایط آینده، نرخ فتوسنتز افزایش مییابد، اما نرخ تنفس نوری تغییری نمیکند. این بدان معناست که گیاهان قادر خواهند بود مقادیر بیشتری ساکارز و نشاسته تولید کنند که برای بقا و رشد آنها ضروری است.توماس دی شارکی (Thomas D. Sharkey)، استاد برجسته دانشگاه در PRL، توضیح داد:”بیشتر کربن تثبیتشده در فتوسنتز به نشاسته (برای استفاده بعدی) مانند پسانداز پول در بانک یا به ساکارز (قند سفره) برای استفاده فوری مانند خرید یک بستنی تبدیل میشود.”
“شگفتانگیزترین مشاهده این بود که مقدار اضافی کربن در شرایط نور زیاد و دیاکسید کربن بالا، بیشتر به نشاسته (افزایش 76%) تبدیل شد تا ساکارز (افزایش 41%). این موضوع ممکن است به گیاهان کمک کند که مقاومتر شوند، زیرا کربن اضافی برای رشد یا دفاع خواهند داشت.”افزایش فتوسنتز میتواند منجر به گیاهان بزرگتر و بازده بیشتر محصولات شود. با این حال، چالشی که باقی میماند این است که گیاهان طی این فرآیند مقداری کربن از دست میدهند، که میزان کل غذای در دسترس را کاهش میدهد.
تابآوری گیاهان در آینده
در طول فتوسنتز، گیاهان از طریق فرآیندی به نام تنفس در نور (RL) دیاکسید کربن آزاد میکنند، محققان دریافتند که RL در شرایط کنونی و آینده ثابت باقی میماند. این بدان معناست که با وجود افزایش فتوسنتز، میزان انتشار دیاکسید کربن از طریق RL تغییری نمیکند، این یافتهها نشان میدهد که اگرچه گیاهان ممکن است بزرگتر شوند، اما همچنان مقدار ثابتی کربن از دست میدهند. درک این تعادل برای بهبود تابآوری گیاهان در محیطهای در حال تغییر بسیار مهم است.
برای تحلیل RL در شرایط HLHC، محققان از رویکردی منحصربهفرد استفاده کردند. روشهای سنتی مانند Laisk یا Kok فقط در شرایط نور کم کاربرد دارند، یوان شو توضیح داد:”به همین دلیل است که این مطالعه منحصربهفرد است. ما از یک روش جدید برای اندازهگیری RL در شرایط نور زیاد استفاده کردیم که با روشهای قدیمی قابل اندازهگیری نبود.”او از روشی به نام تجزیه و تحلیل شار متابولیکی ایزوتوپی ناپایدار (INST-MFA) استفاده کرد. این روش که معمولاً در مطالعات روی باکتریها و قارچها به کار میرود، به ندرت در تحقیقات گیاهی استفاده شده است.
مسیرهای آینده پژوهش و تأثیرات بلندمدت بر کشاورزی و اکوسیستمها
آزمایشگاه Sharkey قصد دارد تحقیقات بیشتری در مورد تنفس در نور با استفاده از تکنیکهای پیشرفته انجام دهد. هدف آنها افزایش درک نحوه جذب و آزادسازی دیاکسید کربن توسط گیاهان است یوان شو در پایان گفت:”ما از این مطالعه میدانیم که بسیاری از چیزها در شرایط آینده تغییر خواهند کرد، از جمله فتوسنتز، فتورسپیریشن و تنفس در نور. این یافتهها سرنخی برای تحقیقات آینده ارائه میدهند.”
تحقیقات آزمایشگاه Sharkey نشان میدهد که واکنش گیاهان به شرایط نور بالا و دیاکسید کربن زیاد، پیچیدهتر از آن چیزی است که پیشتر تصور میشد. افزایش فتوسنتز میتواند موجب رشد بیشتر و تولید مواد غذایی بیشتر شود، اما همراه با این رشد، گیاهان کربنی را نیز از دست میدهند که میتواند تاثیراتی بر چرخه کربن و اکوسیستمها داشته باشد.
اگرچه رشد بیشتر گیاهان به معنای افزایش بهرهوری کشاورزی است، اما کاهش کربن ذخیره شده در گیاهان میتواند تعادل سیستمهای طبیعی را بر هم بزند. این مسئله میتواند باعث کاهش مقاومت گیاهان در برابر استرسهای محیطی شود، مخصوصاً در شرایطی که تغییرات اقلیمی شدیدتر و غیرقابل پیشبینیتر باشند.
پژوهشگران قصد دارند از تکنولوژیهای نوین مانند INST-MFA برای تحلیل دقیقتر تنفس در نور و نحوه تغییر آن در شرایط مختلف استفاده کنند. این تحقیقات کمک خواهند کرد تا بتوانند گونههای گیاهی بهینهتر و مقاومتر در برابر تغییرات اقلیمی را شناسایی یا حتی تولید کنند یکی از راهکارهای پیشنهادی برای مقابله با چالشهای آینده، استفاده از مهندسی زیستی برای اصلاح متابولیسم گیاهان است. با درک بهتر فرآیندهای فتوسنتز و تنفس، میتوان گیاهانی تولید کرد که علاوه بر رشد بهتر، مصرف کربن بهینهتری داشته باشند و کمتر کربن ارزشمند را از دست بدهند.
نتیجهگیری
شرایط آب و هوایی در حال تغییر، چشمانداز رشد و عملکرد گیاهان را به طور قابل توجهی تغییر خواهد داد. افزایش دما و دیاکسید کربن ممکن است فتوسنتز را تقویت کند اما همزمان چالشهایی در حفظ کربن و عملکرد بهینه گیاهان ایجاد خواهد کرد. درک این تغییرات برای حفاظت از منابع طبیعی، افزایش بهرهوری کشاورزی و مقابله با تغییرات اقلیمی حیاتی است.
بیشتر بدانیم: تولیدمثل بدون گلدهی
لینک منبع: earth
نظرات کاربران