الباحثون للعب مع التمثيل الضوئي الحور




مجاملة iStockphoto / Thinkstock
يدرس العلماء طرقًا لتحسين كفاءة استخدام المياه في أشجار الحور والبناء الضوئي لجعلها أكثر قدرة على التكيف مع المناخات الجافة.

يمكن أن يؤدي وضع عملية التمثيل الضوئي ذات الكفاءة في استخدام المياه والشحن التوربيني من النباتات ، مثل الأغاف ، في نباتات الكتلة الحيوية الخشبية ، مثل الحور ، إلى التحوط ضد الزيادات طويلة الأجل المتوقعة في درجات الحرارة وانخفاض هطول الأمطار ، ولكن هذا غير ممكن — حتى الآن.

منحت وزارة الطاقة الأمريكية منحة مدتها خمس سنوات ومتعددة المؤسسات بقيمة 14.3 مليون دولار لاستكشاف الآليات الجينية للتوليف الليلي وتحمل الجفاف في النباتات المتكيفة مع الصحراء لفريق من الباحثين ، بما في ذلك جون كوشمان ، أستاذ الكيمياء الحيوية في الجامعة نيفادا ، رينو ؛ Xiaohan Yang في مختبر أوك ريدج الوطني ؛ جيمس هارتويل من جامعة ليفربول بالمملكة المتحدة ؛ وآن بورلاند من ORNL وجامعة نيوكاسل بالمملكة المتحدة. إنهم يهدفون إلى تطبيق هذه المعرفة على محاصيل الوقود الحيوي.

الهدف طويل المدى للبحث المقترح هو تعزيز كفاءة استخدام المياه لمحطات الكتلة الحيوية وقدرتها على التكيف مع المناخات الأكثر حرارة وجفافًا. سيتم تغيير آليات التمثيل الغذائي في الأنواع التي تقوم عادة بعملية التمثيل الضوئي خلال النهار بحيث يمكن للنباتات امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الليل ، عندما تكون احتمالية فقدان الماء أقل. تُعرف هذه الآلية المتخصصة في عملية التمثيل الضوئي الليلي باسم استقلاب حمض الكراسولاسين أو CAM.

سيعمل الفريق على تطوير تقنيات لإعادة تصميم محاصيل الطاقة الحيوية لتنمو في الأراضي الزراعية الهامشية اقتصاديًا وإنتاج محاصيل الكتلة الحيوية التي يمكن تحويلها بسهولة إلى وقود حيوي. إن تطوير أشجار فعالة في استخدام المياه وسريعة النمو ، مثل أشجار الحور ، لمواقع مثل الصحاري ، سيساعد أيضًا في تقليل المنافسة مع المحاصيل الغذائية للأراضي الزراعية الصالحة للاستخدام.

المسام الموجودة على أسطح أوراق النبات ، والتي تسمى الثغور ، تفتح وتغلق في أوقات معينة من اليوم للسماح بتبادل الماء وثاني أكسيد الكربون. مع CAM ، يحدث التبادل غالبًا في الليل ، عندما يكون الجو أكثر برودة ورطوبة ، ويحدث التمثيل الضوئي لـ C3 أثناء النهار بطريقة أكثر حكمة من الماء. يمكن أن تنمو أنواع CAM وتزدهر مع هطول حوالي 8 إلى 16 بوصة من الأمطار سنويًا ، وهو أقل بكثير من 20 إلى 40 بوصة سنويًا المطلوبة لمواد التغذية الحيوية الحالية ، مثل الذرة وفول الصويا.

"من أجل تحديد" قائمة الأجزاء "المثلى لإدخال خصائص تشبه الطبابة البديلة في النباتات الأخرى ، سنجري بحثًا رائدًا على مجموعة متنوعة من النباتات التي تستخدم الطبابة البديلة ، بهدف تحديد الجينات والبروتينات الرئيسية المطلوبة لتحقيق ذلك يقول جيمس هارتويل ، الباحث في جامعة ليفربول ، الذي سيعمل في المشروع: "التكيف الضوئي يعمل بكفاءة".

سيتم إدخال الخصائص المشابهة لـ CAM في أشجار الحور باستخدام مناهج شاملة لتحويل النبات.

تقول الباحثة آن بورلاند من جامعة نيوكاسل: "سنقوم بإدخال تغييرات تمكن الحور من امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الليل ، وبالتالي معالجة هذا الكربون أثناء النهار بينما تظل مسام الأوراق مغلقة". "إذا نجح بحثنا ، يمكن أن يؤدي بحثنا إلى الحور الذي يتطلب كمية أقل من المياه بنسبة تصل إلى 80 في المائة لإنتاج الكتلة الحيوية ، وبالتالي ستكون قادرة على النمو في المزيد من الموائل الهامشية. على المدى الطويل ، تتمتع التكنولوجيا بالقدرة على المساعدة في معالجة الأمن الغذائي من خلال الحفاظ على إنتاجية المحاصيل الغذائية في العالم الأكثر جفافاً ودفئًا والذي يتوقعه علماء المناخ على مدى الستين عامًا القادمة ".

"نحن نركز على الحور نظرًا لطبيعته سريعة النمو وموائلها الواسعة النطاق ، مما أدى إلى اكتسابها اعترافًا عالميًا كمواد وسيطة مخصصة لإنتاج الكتلة الحيوية ؛ بالإضافة إلى الحور لديها مجموعة غنية من الأدوات والموارد الجينية والجينومية ، "يقول Xiaohan Yang ، في مختبر أوك ريدج الوطني. "تعتبر الكفاءة المنخفضة نسبيًا لاستخدام المياه الناتجة عن التمثيل الضوئي لـ C3 في الحور عاملاً مقيدًا للإنتاج المستدام للكتلة الحيوية لأشجار الحور على الأراضي الهامشية. يمكن توسيع مبادئ التصميم الحيوي وقدرات هندسة الجينوم التي تم تطويرها في هذا المشروع لزيادة كفاءة استخدام المياه لمحاصيل الطاقة الحيوية والغذائية الأخرى ".

يتم تمويل المنحة ، التي تحمل عنوان "هندسة الآلات الضوئية CAM في محاصيل الطاقة الحيوية لإنتاج الوقود الحيوي في البيئات الهامشية" ، من خلال مكتب البحوث البيولوجية والبيئية التابع لوزارة الطاقة ، علم الجينوم: تصميم النظم الحيوية لتمكين الجيل التالي من الوقود الحيوي.

ومن بين الجائزة التي تبلغ 14.3 مليون دولار ، ستتلقى جامعة نيفادا ، رينو ، 7.6 مليون دولار ، بمنحة فرعية لجامعة ليفربول. سيتلقى مختبر أوك ريدج الوطني 6.7 مليون دولار من المنح الفرعية لجامعة نيوكاسل وجامعة تينيسي في نوكسفيل.


شاهد الفيديو: عملية البناء الضوئي


المقال السابق

تشير الدراسة إلى أن الخنازير ذكية مثل الكلاب والشمبانزي

المقالة القادمة

كيف تعلمت احتضان الهبي الداخلي والتحديق في الأشجار