Varför är inte alla växter C4?

Ronja
Svarat av: 
Erling Ögren
Professor vid Institutionen för skoglig genetik och växtfysiologi
SLU

Hej!

Varför är inte alla växter C4, deras fotosyntes är ju effektivare?

Hej Ronja!

De så kallade C4-växterna som utgör ca 3 % av angiospermerna (de gömfröiga) har utvecklat ett försteg till fotosyntesen som majoriteten, C3-växterna, inte har; försteget innebär att den koldioxid som diffunderar in genom klyvöppningarna från atmosfären binds i en organisk förening som aktivt flyttas till platsen för fotosyntesen i bladets centrum.  Fotosyntesen får därmed tillgång till mer koldioxid än vad som är fallet för C3-växterna hos vilka koldioxiden ska diffundera passivt hela vägen in.

Eftersom koldioxid är en knapp resurs får C4-växterna upp till 25 % högre fotosynteskapacitet än C3-växterna. Även om mekanismen utvecklats vid flera tillfällen under evolutionens gång och hos flera växtgrupper tycks inte alla växtgrupper ha de genetiska grundförutsättningar som krävs för att utveckla den komplexa anatomin och kemin. Fördelen C4-växter har jämfört med C3-växter är inte i första hand deras högre fotosynteskapacitet utan deras effektivare fotosyntes vid begränsande tillgång på vatten och kväve. Jämfört med C3-växterna får C4-växter tillgång till en viss given mängd koldioxid med färre och mer slutna klyvöppningar och förlorar alltså mindre vatten ut ur bladen genom klyvöppningarna.

De behöver heller inte ha lika mycket av det enzym i fotosyntesen som binder koldioxid och som hos C3-växter utgör en stor del av det totala proteininnehållet och därmed kväveinnehållet; C4-växterna använder alltså både vatten och kväve mer effektivt än C3-växter. Dessa fördelar har varit avgörande för utvecklingen av C4-växter eftersom de nästan bara förekommer i varma och torra trakter, trakter som inte bara är torra utan också brinner ofta och då förlorar en del av markens kväveinnehåll till atmosfären. Det tycks alltså krävas en kombination att ett starkt evolutionärt tryck i form av brist på vatten och kväve samt de rätta genetiska grundförutsättningarna för att C3-växter ska kunna utvecklas i riktning mot C4-växter.

Omvänt kan C3-växter ha en konkurrensfördel gentemot C4-växter i områden med god tillgång på vatten och kväve eftersom vegetationen där ofta blir tät och konkurrensen om ljuset stark, en miljö där effektivt nyttjande av ljuset blir viktig. C4-växter nyttjar ljus något mindre effektivt än C3-växter när ljuset är begränsande eftersom systemet för koldioxidanrikning drivs av ljus så att något mindre ljus blir tillgängligt för fotosyntes.

Men i öppna och ljusa miljöer inklusive odlingsmarker skapade av människan växer C4-växten snabbare C3-växten. Flera viktiga matgrödor som majs och sockerrör hemmahörande i varmt klimat är C4-växter men inte ris. Ett intensivt forskningsarbete pågår för att försöka göra även ris till C4-växt men utan större framgång hitintills.

0
Publicerad: