Forbedret fotosyntese - en vej til øget udbytte - LandbrugsInfo

U1 1. Biomasseproduktion - begrænsninger og muligheder
Forbedret fotosyntese – en vej til
øget udbytte
Fotosyntese er en enestående dynamisk proces som gør, at planter kan producere store
mængder føde, foder og biomasse, men processen kan forbedres.
Lektor Poul Erik Jensen
Københavns Universitet
Det Biovidenskabelige Fakultet
Institut for Plantebiologi
peje@life.ku.dk
Fotosyntese
Fotosyntese er den proces, hvor solstrålernes
energi omsættes til en energiform, som dyr og
mennesker kan udnytte. Fotosyntesen er således
grundlaget for plantens vækst, udvikling, forsvar
og reproduktion. For menneskeheden bidrager
fotosyntesen med mad, foder og biomasse samt
den ilt vi indånder. Fotosyntesen, som foregår i
alle de grønne dele af planten, kan groft inddeles
i tre hovedprocesser: 1) Lyshøstning, 2) omdannelse
til kemisk energi og simple sukkerstoffer og
3) transport og lagring af forskellige former for
komplekse sukkerstoffer så som sukker, stivelse
og cellulose (figur 1). De tre processer er stramt
reguleret og afhængige af hinanden for, at planten
effektivt kan kanalisere energien ind de ønskede
oplagrings- og transportformer. Eksempelvis vil
plantens forbrug og efterspørgsel efter de simple
sukkerstoffer kunne regulere lyshøstningsprocessen
således, at der er balance i de 3 processer.
Dette vil igen være afhængigt af diverse miljøfaktorer
såsom lysintensitet, temperatur, vandstatus
og næringsstoftilgængelighed. Derudover vil der
være en afhængighed af sort, art og plantetype,
hvilket vil sige plantens genetiske sammensætning.
Fotoinhibering
Planters fotosyntese bliver nemt udsat for diverse
begrænsninger som følge af for høje eller for lave
temperaturer, for meget eller lidt vand eller mangel
på et eller flere næringsstoffer. Dette betyder
som oftest, at planten høster mere lys, end den
kan håndtere via de fotosyntetiske reaktioner. Set
i forhold til figur 1 betyder det, at lyshøstningsprocessen
bliver overbelastet, idet omdannelse
(proces 2) eller transport og lagring (proces 3)
bliver begrænsende i den kæde-lignende reaktion,
som fotosyntesen jo er. Planten har en række nødsystemer,
som kan håndtere og afhjælpe en sådan
overbelastning både i omfang og varighed. Når
nødsystemerne er udtømt, og planten fortsat er
under stress, ender det ofte med en varig skade
på det fotosyntetiske apparat. Dette betyder, at der
sker en kemisk skade på eksempelvis de proteiner,
som høster lyset og omsætter lyset til kemisk
energi, det vil sige, at proces 1 i figur 1 bliver delvist
sat ud af funktion. Dette bevirker en nedgang
i fotosyntetisk effektivitet til trods for, at der er
lys nok, og fotoinhibering er indtruffet. Fotoinhibering
er som regel reversible, det vil sige, at
planten vil komme sig, når miljøfaktorerne igen
er optimale. Dette sker i de enkelte celler i planten
og involverer reparation og dannelse af nye
proteiner, enzymer, membraner og andre cellebestanddele.
Dette har selvfølgelig en pris på grund
af reparation og syntese af nye stoffer, men især
fordi det tager tid. Dette kan være yderst kritisk
for planten, især på tidspunkter hvor kraftig bladog
rodvækst er påkrævet som eksempelvis i det
tidlige forår eller senere på vækstsæsonen under
kernefyldning.
312
Se PowerPoint-show med indlægget på www.plantekongres.dk

1. Biomasseproduktion - begrænsninger og muligheder
U1
Figur 1. Skematisk billede af en
bladcelle. I cellen ses cellekernen
og de to vigtige strukturer, som er
ansvarlig for energiomsætningen
i cellen: Mitochondrion og grønkorn
(kloroplaster). I kloroplasten
fanges solens lys (1), og energien
i lyset omsættes til kemisk energi
i form af ATP og NADPH. Efterfølgende
bruges disse to stoffer
til fiksering af gassen CO 2
, som
indbygges i simple sukkerstoffer
(2). Disse sukkerstoffer kan enten
transporteres ud af grønkornet til
forbrug andre steder i cellen (glykolyse,
cellevægge) eller til eksport
ud af cellen til rødder, frugter
eller kerner.
Øget udbytte
Teoretiske betragtninger har indikeret, at udbyttepotentialet
for en afgrøde kan øges med op til
50% (Long et al., 2006). Dette udbyttepotentiale
dækker over en sum af forbedringer i seks forskellige
enkeltprocesser. En af disse processer er
en øget hastighed, hvormed planten kommer sig
efter fotoinhibering. Denne parameter alene foreslås
at kunne forbedre effektiviteten, hvormed det
høstede lys omsættes til biomasse, med 15%. Vi
har arbejdet med at forstå de processer, som planter
udfører for at undgå fotoinhibering og dermed
optimere udnyttelsen af det indkommende sollys.
En af disse processer er balancering og dermed
optimal udnyttelse af den lysenergi, som planten
modtager. Det har vist sig, at denne proces, som
betegnes state-transitions, især er vigtig for optimal
udnyttelse ved lave lysintensiteter. Denne
proces kan manipuleres og forbedres således, at
planten konstant har et højere beredskab, som kan
imødekomme svingninger i lysintensitet og lyskvalitet.
Vi har endvidere vist, at fotosystem I,
det ene af de to fotosystemer, som er ansvarlige
for fotosyntesen, er meget stabilt, og selv efter
en eventuel skade er det en tidskrævende proces
at få det repareret og fuldt funktionsdygtigt. Der
er således potentiale for nogle forbedringer i de
basale dele af fotosyntesen, som vil kunne øge
omdannelsen af lys til biomasse.
Litteratur
Long SP, Zhu X-G, Naidu SL & Ort DR. 2006.
Can improvement in photosynthesis increase
crop yields? Plant, Cell and Environment 29,
315-330. ■
Se PowerPoint-show med indlægget på www.plantekongres.dk
313