كيف ينظم النبات تركيبه الضوئي مع تبدلات الضوء والظل؟

كيف تعمل النباتات في الظل والضوء

التركيب (التمثيل) الضوئي عملية تقوم من خلالها النباتات بتحويل الطاقة من ضوء الشمس إلى طاقة كيميائية في شكل سكريات، وتستعمل النباتات هذه السكريات في النمو والوظائف المختلفة، فضلاً عن المواد الغذائية التي تأكل منها الحيوانات والبشر.

النباتات تنمو في بيئات حيث يتقلب الضوء المتوافر بسرعة وبشكل كبير، على سبيل المثال: الظل من الغيوم التي تمر في سماء المنطقة أو من ظل الأوراق على الأشجار، وبالتالي النباتات لديها ضبط سريع لعملية التركيب الضوئي لتحقيق أقصى قدر من التقاط الطاقة بينما تمنع الطاقة الزائدة من أن تَتَسبب في أضرار، فكيف تمنع النباتات هذه التغييرات في شدة الضوء من التأثير في قدرتها على حصاد الطاقة اللازمة من أجل البقاء؟

الاستجابة يجب أن تكون سريعة للغاية، كشف فريق من الباحثين بقيادة Carnegie's Ute Armbruster وMartin Jonikas الآلية التي تحافظ بها النباتات على الكفاءة العالية للتركيب الضوئي في ضوء المتقلب، ونشرت أعمالهم في مجلة Nature Communications.

السؤال كيف يتم الحفاظ على كفاءة التركيب الضوئي المؤثرة في النباتات، والتي يعتمد عليها الإنسان، بما في ذلك المحاصيل والغابات، لذلك الإجابة على هذا السؤال له آثار عملية لتحسين الإنتاجية الزراعية.

الفريق الذي يضم أيضاً Carnegie's Ari Kornfeld و Joseph Berry، اكتشف أن بروتيناً، يدعى KEA3، هو أمر حاسم للتعديل الفوري من كفاءة التركيب الضوئي في ظروف الإضاءة المتقلبة.

التركيب الضوئي يحدث على مراحل، المرحلة الأولى يمتص الضوء في شكل فوتونات ويستعمل لإنتاج جزيئات تخزين الطاقة، والتي تستعمل بعد ذلك لتشغيل المرحلة الثانية، التي تثبت الكربون من الجو إلى سكريات المعتمدة على الكربون، مثل السكروز (سكر القصب) والنشاء. ويرتبط البروتين KEA3 بالمرحلة الأولى.

تحت ضوء الشمس الكامل، تتبدد الطاقة الناتجة من امتصاص الفوتونات الفائضة عن قصد من قبل النبات على شكل حرارة، ولكن إذا تم حجب ضوء بوساطة سحابة، يجب على النبات التبديل من حالة تشتيت الفوتونات الزائدة على شكل حرارة إلى حالة حصاد أكبر عدد ممكن من الفوتونات قدر الإمكان.

أظهرت التقنيات التحليلية المتطورة أن KEA3 يعمل على تسريع عملية التحول من وضع تكيُفها في حالة تكون أشعة الشمس كاملة، لوضع تكيُفها في الظل، هذه الاستجابة السريعة لشدة الضوء تجعل المرحلة الأولى من عملية التمثيل الضوئي أكثر كفاءة.

فقدت النباتات الطافرة التي تكون بدون KEA3 قدراً كبيراً من حصاد الطاقة الضوئية بشكل حرارة خلال الانتقال إلى ظروف إضاءة منخفضة، وذلك يدعم النتائج التي توصلوا إليها في بحثهم.

وقال Jonikas: "باكتشاف هذه الآلية في الاستجابة لظروف الإضاءة، يكونKEA3 هدف جديد للراغبين في تحسين إنتاجية المحاصيل، وكذلك لتعزيز المعارف الأساسية في الكيمياء الحيوية للتركيب الضوئي".

المصدر:

هنا

مصدر الصورة:

هنا

مشاركة من الصديق خالد رمضان.