Глобальное потепление сдвигает равновесие фотосинтеза растений
Фотодыхание, как известно, возрастает при увеличении температуры, что означает, что эффекты роста температура и поглощения CO2 предсказуемо противостоят друг другу. Это означает, что при росте концентрации СО2 метаболический сдвиг будет противодействовать будущим повышениям температуры.
Важно понимать при этом, что если температура все же оказывается где-нибудь в джунглях достаточно велика - поднимется выше некоторой критической (это разная величина для разных растений, находящаяся в диапазоне от 25 до 35 градусов) то продукция фотодыхания может сравнятся с фотосинтезом и даже превысить его – и тогда результирующим процессом будет не поглощение, а выделение СО2 растениями! Именно поэтому так важны бореальные леса и почвы, где не бывает сколько-нибудь длительных периодов высоких дневных температур – в результате они круглый года поглощают углекислый газ, и никогда не выделяют – баланс выделения за счёт фотодыхания не превышает поглощения.
Обсуждаемая свежая публикация в PNAS позволяют более детально рассмотреть тему реальных механизмов кругооборота углекислого газа. Предыдущую публикацию публикацию подготовил Юрий Елдышев — ее можно посмотреть здесь.
Деятельность растительности, по захвату СО2 из атмосферы в процессе фотосинтеза является не только решающим фактором глобального баланса СО2, но и основой прогнозировании будущих изменений климата и урожайности сельскохозяйственных культур.
Ретроспективный контроль обмена веществ растений с помощью исторических образцов позволил группе исследователей количественно показать, насколько повышению уровня СО2 в атмосфере в течение 20-го века способствовали способности растений по захвату углекислого газа.
«До недавнего времени, изучение того, как растения реагируют на увеличение СО2 на десятилетнем и столетнем временных масштабах опиралось лишь на моделировании на основе краткосрочных опытов, так как методы, чтобы обнаружить долгосрочные метаболические изменения не были доступны. Сегодня, восстанавливая прошлые метаболические сдвиги в ответ на экологические изменения, мы закладываем фундамент для лучшего моделирования будущей деятельности механизма природы, «говорит Юрген Schleucher, профессор кафедры медицинской биохимии и биофизики в Университете Умео, который возглавлял исследование.
«Теперь у нас есть данные, показывающие влияние СО2 на уровне метаболических потоков в растениях в течение десятилетий назад во времени,» говорит постдоктор Инна Элерса, который выполняется большинство измерений для первого эмпирического исследования на сдвиги в метаболизме растений, управляемых долгосрочных экологических изменения. Исследование финансируется Шведским исследовательским советом, тогда как оборудование предоставленно Кемпе и Фондом Кнута и Алис Валленберг.
Исследователи из университета Умео и Шведского университета сельскохозяйственных наук, во главе с Юргеном Schleucher, сообщают, что наблюдения показывают смещение метаболизма в сторону фотосинтеза как для двух исследованных диких видах растений, так и для большинства сельскохозяйственных культур.
«Раньше мы лишь подозревали, что фотодыхание „крадет“ часть продукции фотосинтеза. Теперь мы можем доказать «кражу» по «отпечаткам пальцев“», говорит Джон Маршалл, профессор физиологии Tree и соавтор исследования. Из-за принципиальной биохимической происхождения наблюдаемого сдвига, такое же изменение должно иметь место в самой глобальной растительности.
В исследовании были проанализированы несколько различных C3 растения, т.е. растения, которые в совокупности составляют большинство в мировом фотосинтезе и являются главным поставщиком питательных веществ и калорий для человека.
В исторических образцах сахарной свеклы, которые росли в разные времена между 1890 и 2012, исследователи наблюдали изменение метаболических потоков, которые в полной мере могут быть объяснены сменой СО2-привода, без заметного влияния сортов, изменения в сельскохозяйственной практике или селекции растений,
«Вид торфяные, которые показали тот же метаболический сдвиг происходит широко на северном полушарии и крайне важно для улавливания СО2 бореальных торфяными почвами,» добавляет Матс Нильссон, профессор биогеохимии.
Исследователи разработали новую методику, с помощью ЯМР-спектроскопии на Умео университета основной объект «ЯМР для жизни», чтобы сравнить обмен веществ в вековых гербария с новыми растениями. Изучая закономерности внутримолекулярных изотопных глюкозы в растениях, сформированных в процессе фотосинтеза, исследователи обнаружили, что изменения в структуре изотопов связаны с изменениями метаболических потоков, коррелирующих с различными уровнями CO2. Метод был впервые откалиброван в ходе тепличных экспериментов и используется для сравнения исторических и современных образцов растений. Исследователи, таким образом, имеют возможность отслеживать изменения в обмене веществ на протяжении веков.
Journal PNAS — Proceedings of the National Academy of Sciences, More information: Detecting long-term metabolic shifts using isotopomers: CO2-driven suppression of photorespiration in C3 plants over the 20th century, Ina Ehlers, Angela Augusti, Tatiana R. Betson, Mats B. Nilsson, John D. Marshall, Jürgen Schleucher, www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1504493112
углекислый газ,
глобальное потепление
15.12.2015, 2892 просмотра.
