site.btaТПС: Израелско проучване на фотосинтезата при растенията показа, че може да се открият иновации в агротехниката

Израелско проучване на фотосинтезата при растенията показа, че може да се открият иновации в агротехниката, както и в разработването на по-ефективни култури, съобщи израелската новинарска агенция ТПС.

Фотосинтезата е биохимичен процес, при който растенията, водораслите и някои бактерии превръщат светлинната енергия от слънцето в химическа енергия под формата на глюкоза - вид захар, която може да се използва за захранване. Основен страничен продукт на този процес е отделянето на кислород от растението. Между 50 и 80 % от кислорода на Земята е резултат от фотосинтезата. Тя е отговорна и за поглъщането на въглеродния диоксид, като осигурява основата на хранителната верига на планетата.

Учени от Института Вайцман в Реховот, ръководени от д-р Рейнат Нево и Цив Райх, откриват, че фотосинтезата се адаптира към различните нива на слънчева светлина, като реорганизира структурата на мембраните на хлоропластите.

Процесът на фотосинтеза протича в хлоропластите - органели в растителните клетки, в които се намират специализирани мембрани. Тези мембрани са от решаващо значение за улесняване на потока от електрони между протеините, което е ключов аспект от преобразуването на слънчевата радиация в използваема химическа енергия. До неотдавна учените смятаха, че пространствената структура на тези мембрани представлява предизвикателство за фотосинтезата, тъй като принуждава електроните да изминават по-големи разстояния между белтъците и по този начин забавя процеса.

Екипът от учени на Нево обаче открива, че тези мембрани не са статични. Вместо това те променят организацията си в зависимост от количеството налична светлина. 

Подобно на начина, по който човешките зеници се разширяват или свиват в отговор на излагането на светлина, мембраните в хлоропластите променят подредбата си, когато преминават между тъмнина и светлина. Проучването установи, че при преминаването на растенията от тъмни към светли условия мембраните на хлоропластите се приспособяват, като приближават протеините един към друг и скъсяват разстоянието, което трябва да изминат електроните. Това пренареждане помага на процеса на фотосинтеза да работи по-ефективно при различна интензивност на светлината. Способността на хлоропластните мембрани да се реорганизират гарантира, че растенията могат да оптимизират използването на енергия, независимо от колебанията на слънчевата светлина.

За да разкрие тези открития, екипът на Нево използва най-съвременни технологии, включително криосканираща електронна микроскопия и трансмисионна електронна микроскопия, за да наблюдава мембраните на хлоропластите както на светло, така и на тъмно.

Противно на предишните предположения, проучването разкрива, че докато самите протеини не променят позицията си, пространственото разположение на мембраните се променя. Тази промяна в подреждането на мембраните играе жизненоважна роля в регулирането на разстоянието между протеините, което улеснява по-бързия и по-ефективен процес на фотосинтеза.

Една от причините за това динамично регулиране е да се защити растението. При условия на слаба светлина или през нощта фотосинтезата е минимална. В тези ситуации мембраните се отдалечават, изолирайки протеините и предотвратявайки прекомерното им стимулиране от слабата светлина, което потенциално може да ги увреди.

Въз основа на това откритие екипът провежда експеримент, използвайки генетично модифицирани растения. При едната група хлоропластните мембрани на растенията са били заключени в "светлинен режим", докато протеините са близо един до друг дори на тъмно. В друга група мембраните остават постоянно в "тъмен режим", като белтъците са разположени по-далеч един от друг. Резултатите са поразителни: растенията със заключена конфигурация в светлинен режим растат високо и показват по-високи темпове на фотосинтеза в сравнение с тези в тъмен режим.

Тези открития предполагат обещаващо бъдеще за генетично модифицирани култури, предназначени за оптимизиране на фотосинтезата. Чрез манипулиране на пространствената структура на хлоропластните мембрани растенията потенциално биха могли да растат по-ефективно при по-слаба или изкуствена светлина.

Генетичното модифициране на растенията с цел оптимизиране на фотосинтезата би могло да доведе до повече реколта, особено в региони с непостоянна слънчева светлина, слаба почва или труден климат.

Това също така дава нови възможности за закрито и вертикално земеделие в градските райони, като същевременно намалява количеството енергия, необходимо за отглеждане на храна в контролирана среда като оранжериите.

(Тази информация се разпространява по споразумение между БТА и ТПС)