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As plantas podem crescer sem fotossíntese?

As plantas podem crescer sem fotossíntese?


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Os animais podem sobreviver sem comer se a nutrição for injetada diretamente no sangue.

O equivalente pode ser feito com plantas? Ao injetar solução nutritiva rica em carboidratos, sem fotossíntese ou em adição à fotossíntese.


Responder se o equivalente poderia ser feito com plantas, temos que entender as diferenças histológicas e anatômicas entre plantas e animais.

Assim como borrifar uma solução nutritiva sobre um animal (como você e eu) não funciona, borrifar uma solução nutritiva sobre as folhas também não funciona: as moléculas nutritivas (vamos usar glicose em nosso exemplo hipotético) não penetram na epiderme da folha. O mesmo acontece se você colocar a solução nutritiva no solo: existem várias camadas de membrana entre o meio externo e o floema, e a glicose nunca chegará ao seu destino.

Agora, vamos tentar comparar com uma injeção intravenosa de nutrientes, que podemos fazer em um animal. A estrutura da planta que (tipo de) pode ser comparada aos vasos sanguíneos é a floema (na verdade, xilema e floema, mas no nosso caso, lidando com nutrientes, vamos falar apenas sobre o floema). Para injetar os nutrientes temos que chegar ao floema, pois a periderme nas plantas com crescimento secundário ("cortiça" na imagem) é muito impermeável:

Agora, mesmo que cheguemos ao floema, usando métodos como este ...

... ainda temos um problema: em um animal como você e eu, uma substância injetada em uma determinada veia se espalha rapidamente por todos os vasos sanguíneos sistêmicos. Mas o mesmo não acontece com o floema. A substância injetada pode subir ou descer (dependendo do fluxo de pressão), mas não se espalha para todos os tecidos da planta, a menos que perfure o floema em vários lugares.

Portanto, até agora, esse método é usado para entregar produtos químicos (como pesticidas) na árvore. Observe que, assim como uma pessoa em um hospital, a bolsa com a solução deve ser mais alta que a perfuração:

Para um tratamento químico como esse, as quantidades da substância são pequenas. Mas para "alimentar" uma planta usando esta técnica, as quantidades de nutrientes necessárias são muito maiores ...

Finalmente, respondendo à sua pergunta: é hipoteticamente possível alimentar uma planta no escuro com uma solução nutritiva? sim. É prático ou factível? muito dificilmente.

Fonte: Utah State University


Sobreviver sem comer: não

Sobreviver sem fotossíntese: 1. Sim, e 2. Sim, se considerar apenas o aspecto "nutricional" da fotossíntese

  1. Algumas plantas parasitas não têm fotossíntese (veja a bela planta fantasma)
  2. As plantas também crescem durante a noite, e as plantas são capazes de respirar, o que pode exceder a fotossíntese - e as árvores o fazem excessivamente quando são jovens e estão crescendo (aprendido há algum tempo durante uma aula de graduação em botânica)

Sobreviva adicionando solução nutritiva rica em carboidratos: não tenho certeza

Sobreviver sem fotossíntese em uma escala filosófica: provavelmente não como a maioria das moléculas de açúcares, que temos na Terra, exigiram fotossíntese para sua geração.


Não, pelo menos não a longo prazo. (Exceto para as plantas parasitas, como acabei de aprender!) As plantas dependem da fotossíntese para produzir glicose, mas isso é apenas a ponta do iceberg, há toneladas de reações em cascata (também regulação de genes) acontecendo ligadas à fotossíntese. Leia isso apenas para ter uma ideia. Portanto, a fotossíntese está tão profundamente ligada ao metabolismo das plantas que substituí-la por algum tampão rico em nutrientes não será suficiente. Existem organismos que são fototróficos facultativos, eles fazem fotossíntese, mas também podem viver sem eles, embora não sejam classificados como plantas. Um exemplo de tal organismo é Chlamydomonas reinhardtii.


11 principais experimentos de fotossíntese em plantas

Os pontos a seguir destacam os onze principais experimentos sobre fotossíntese em plantas. Alguns dos experimentos são: 1. Demonstração simples de fotossíntese 2. Para estudar a & # 8221 Reação fotoquímica primária & # 8221 de Foto e shissíntese 3. Para estudar a & # 8220 Reação escura & # 8221 de fotossíntese 4. Para estudar a essencialidade dos fatores para o Processo fotossintético e outros.

Demonstração Simples de Fotossíntese:

(a) Com a ajuda de um copo e um funil:

Um grande béquer com capacidade de 500 ml é tomado e preenchido dois terços com água destilada contendo 0,1% de KHCO3 que atua como uma fonte de CO2. Algumas plantas aquáticas frescas e saudáveis ​​como Hydrilla são colhidas em um béquer e as plantas são cortadas obliquamente em suas bases debaixo d'água.

As pontas cortadas são amarradas com a ajuda de um fio e mantidas em direção ao gargalo de um funil invertido de tal forma que o galho do funil quase cobre as plantas Hydrilla e o caule do funil fica cerca de um centímetro abaixo da superfície da água .

Toda a configuração agora é exposta à luz brilhante e observada de vez em quando. Outra configuração é preparada de forma semelhante e mantida sob uma intensidade de luz muito baixa.

Observa-se que a evolução das bolhas a partir das pontas cortadas das plantas ocorre na montagem exposta à luz. Pouca evolução das bolhas ocorre na configuração mantida em baixa intensidade de luz.

Na luz, a evolução das bolhas de oxigênio ocorre devido à fotossíntese. Isto é ainda provado pelo fato de que pouca evolução de bolhas ocorre na configuração colocada em baixa intensidade de luz.

(b) Com a ajuda do borbulhador Wilmott & # 8217s:

O aparelho consiste num frasco de 500 ml com uma rolha de borracha dotado de um orifício central através do qual passa um tubo de vidro. A extremidade inferior do tubo atinge o meio do frasco enquanto a extremidade superior forma um jato dentro de um copo cilíndrico. Um tubo graduado com uma torneira em uma das extremidades permanece invertido sobre o jato (Figura 27).

Agora as pontas cortadas de uma ou duas plantas Hydrilla são introduzidas e shytroduced dentro da extremidade inferior do tubo de vidro. O frasco é preenchido com água destilada e uma pequena quantidade de bicarbonato é adicionada a ele. As plantas Hydrilla com o tubo são imersas no frasco e a rolha de borracha é bem encaixada.

O copo cilíndrico superior é preenchido com água para que o jato permaneça bem abaixo do nível da água. O tubo graduado cheio de água é invertido sobre a boca do jato e fixado corretamente. Duas dessas configurações são organizadas e uma é mantida sob luz forte e a outra sob luz fraca.

N.B. O tamanho das bolhas pode ser ajustado con & timidamente, variando a superfície oblíqua das extremidades cortadas das plantas Hydrilla.

Experiência # 2

Para estudar a & # 8221 Reação Fotoquímica Primária & # 8221 de Foto e shissíntese:

(a) Para estudar a fotólise da água a partir da evolução do oxigênio:

(i) Prova física da evolução do oxigênio:

Duas configurações experimentais são organizadas como no Expt. 1 (a). Agora, um tubo de ensaio cheio de água é invertido sobre a extremidade superior da haste do funil em cada caso, usando o polegar para fechar a boca do tubo enquanto inverte.

Ambas as configurações são colocadas sob luz solar intensa. Conforme ocorre a fotossíntese, bolhas de oxigênio são liberadas, que sobem na água através da haste do funil para o tubo de ensaio invertido e se acumulam em seu topo pelo deslocamento e afastamento da água. Quando o gás é coletado em uma quantidade considerável, ele é testado para oxigênio.

Um dos tubos de ensaio cheios de gás (o outro é mantido de lado para o próximo experimento) é removido usando o polegar para cobrir sua boca e o polegar é então removido sobre uma lasca em chamas ou palito de fósforo.

A lasca em chamas ou o palito de fósforo brilham com vigor e timidez.

Uma vez que a lasca em chamas ou palito de fósforo brilha no gás coletado, isso evidentemente prova que o gás coletado é oxigênio.

(ii) Prova química da evolução de oxigênio por pirogalato alcalino (qualitativo):

O tubo de ensaio cheio de gás do Expt. 2 (a) é tomado e colocado em uma solução de pirogalato de potássio contendo petridish.

Observa-se que o nível da água sobe gradativamente no tubo de ensaio.

O pirogalato alcalino é um forte absorvente de gás oxigênio. Isso absorve o oxigênio no tubo de ensaio que cria um vácuo, conseqüentemente e timidamente a água sobe para cima. Conseqüentemente, isso prova que o gás evoluído coletado no tubo de ensaio durante a fotossíntese é o oxigênio.

N.B. Se o tubo de ensaio estiver cheio até a metade com gás, a água no tubo de ensaio deve ser cuidadosamente excluída do tubo e a boca do tubo de ensaio fechada com o polegar é então colocada em solução de pirogalato alcalino.

(iii) Prova química de evolução de oxigênio por solução de indigo-carmim e tímido (qualitativo):

Uma solução muito diluída do corante índigo-carmim é pré & tímida com água destilada previamente fervida e resfriada. Quantidade atual de hidrossulfito de sódio ou potássio (Na2S2O4, 2H2O ou K2S2O4, 2H2O) é adicionado com muito cuidado à solução até que a cor azul desapareça. (Uma solução de hidrossulfito de sódio diluída pode ser adicionada gota a gota a partir de uma bureta e a adição da solução é interrompida assim que a cor desaparecer.

Isso evitará a possibilidade de adição excessiva do redutor). Dois tubos de ensaio estão completamente cheios com esta solução corante descolorada reduzida. Algumas plantas Hydrilla frescas e saudáveis ​​são colocadas em cada uma delas e cuidadosamente arrolhadas para evitar qualquer contato com o ar atmosférico. Um lubrificante é exposto à luz forte, enquanto o outro é mantido no escuro.

A solução do primeiro tubo de ensaio, que foi mantido na luz, logo se torna azul, enquanto o segundo, que foi mantido no escuro, permanece incolor.

Indigo-carmim é auto-oxidável, isto é, sempre que o índigo-carmim reduzido entra em contato com o ar ou oxigênio torna-se oxidado. Indigo-carmim que é reduzido a um composto incolor por hidrossulfito de sódio é oxidado de volta com oxigênio molecular ao seu estado original, tendo a cor azul no caso do primeiro tubo de ensaio onde a evolução de O2 ocorre devido à fotossíntese.

No caso do segundo tubo de ensaio onde ocorre a foto e síntese, ele permanece como tal.

(iv) Prova química de evolução de oxigênio pelo teste de Winkler & # 8217s (quan e tímido):

São retiradas três buretas. Um é preenchido com solução de cloreto de manganês a 40%, o segundo é preenchido com KI + KOH (dissolver 175 gm KOH e 37-5 gm KI em 250 ml de H2O) solução e a terceira com conc. HCL.

Dois frascos Erlenmeyer & # 8217s (250 ml) são cheios com 150 ml de água previamente fervida e resfriada (para liberar o oxigênio). Para cada frasco 5 nil de 1-35% KHCO3 é levado.

Algumas plantas Hydrilla frescas ou algas verdes como Spirogyra, Chlorella ou Scenedesmus são colocadas em um único frasco e ambas são mantidas sob luz forte. Após uma hora, 5 ml de água de cada frasco são tomados separadamente em dois frascos de 100 ml.

A cada frasco, os seguintes reagentes são adicionados um a um:

A. 0,5 ml de cloreto de manganês a 40%.

B. 1,0 ml de solução (KI + KOH).

(Ele é rolhado rapidamente e cuidadosamente misturado girando o frasco.)

(O precipitado de hidróxido de manganês é redissolvido.)

O oxigênio dissolvido agora libera iodo livre do KI presente. É então titulado contra tiossulfato de sódio 0,01 N em ambos os casos usando 0,5 ml de solução de amido a 0,5% até que a cor azul desapareça. A concentração de oxigênio em ambos os casos é calculada. Durante a titulação, o indicador de amido deve ser usado quando uma cor de palha da solução aparece na titulação com Na2S2O3.

A concentração de oxigênio é calculada a partir da seguinte relação 1 ml de tiossulfato de sódio 0,01 N (Na2S2O2, 2H2O) = 0,001 mg de oxigênio ou 0,0558 ml de oxigênio. A concentração inicial de oxigênio da água é calculada em ambos os frascos.

A concentração final é calculada novamente em cada caso. A diferença entre os valores inicial e final dá o aumento da concentração de oxigênio no meio. O resultado pode ser expresso como miligrama de oxigênio evoluído por grama de peso da planta (fresco ou seco) ou como mililitro de oxigênio evoluído por hora por volume constante da planta.

Durante esse experimento, várias reações químicas ocorrem, em última análise, liberando iodo que é estequiometricamente equivalente ao oxigênio.

Na última etapa, o oxigênio dissolvido libera cloro, que novamente libera iodo livre de KI presente na mistura de reação. O iodo liberado é então titulado contra uma solução padrão de tiossul e tifato de sódio. Isso é um índice do conteúdo de oxigênio do meio.

N.B. Se a concentração de Na2S2O3 usado ser 0 . 025 (N) e uma alíquota de 200 ml da amostra é titulada, então a relação é: mililitro de Na2S2O3 E ppm de oxigênio dissolvido.

(b) Para estudar a fotólise da água pela demonstração da reação de Hill:

Cerca de 25 g de folhas de espinafre ou alface são homo e oxigenados em 50 ml de solução de sacarose 0,5 M gelada. Em seguida, é filtrado através de um pano de musselina de camada dupla ou lã de vidro. A suspensão é centrifugada a baixa velocidade (500 rpm) durante 10 minutos. O sobrenadante é centrifugado novamente a 4000 rpm por 10 minutos. O sedimento é retirado e ressuspenso em solução 0,5 M de sacarose gelada. Em seguida, é mantido no escuro.

As seguintes soluções são tomadas em três tubos de ensaio:

Todos os tubos de ensaio são agitados e a porcentagem de absorção é lida em um colorímetro a 430 nm.

Os tubos 1 e 2 são então colocados na luz e os tubos 3 no escuro. A porcentagem de absorção em cada tubo de ensaio é medida novamente em intervalos de 15 minutos por 60 minutos. Antes de fazer cada leitura, os tubos de ensaio devem ser bem agitados.

A mudança na porcentagem de absorção é observada em cada caso. A percentagem de absorção diminui no caso do tubo número 2 devido à redução do diclorofenol (o diclorofenol reduzido é incolor). Considerando que nenhuma mudança ocorre no caso dos tubos 1 e 3.

A produção de oxigênio sem acompanhamento de CO2 a fixação por cloroplasto isolado, iluminado na presença de substâncias como diclorofenol-indofenol, oxalato férrico, ferricianeto, etc., os chamados oxidantes de Hill, é conhecida como reação de Hill.

A energia da luz absorvida pela clorofila e pigmentos acessórios é utilizada na transformação da água em hidrogênio e oxigênio.

O oxigênio é liberado como gás enquanto o hidrogênio é absorvido pelo oxidante de Hill, que é reduzido. Esta é a foto e a tímida da água (a fotólise difere da eletrólise porque o gás hidrogênio não aparece simultaneamente com o gás oxigênio, mas é usado para reduzir alguns compostos presentes no cloroplasto).

O presente experimento mostra que a reação de Hill ocorre no tubo de ensaio número 2, onde todos os requisitos e timidez dessa reação são atendidos, enquanto no caso dos tubos de número 1 e 3, a reação de Hill não ocorre devido à morte do cloroplasto e ausência de luz, respectivamente.

N.B. Para preparar o tampão de pH 6 5, hidrogenofosfato dissódico 0,1 M e hidrogenofosfato monossódico 0,1 M são misturados na proporção de 4: 6.

Experimento # 3

Para estudar a & # 8220Dark Reaction & # 8221 da fotossíntese:

(a) Evidência do estudo dos coeficientes de temperatura (Q10) em altas e baixas intensidades de luz:

Um experimento é configurado seguindo o procedimento do Expt. 1 (a) ou 1 (b). Se Expt. 1 (a) é seguido, um jato de vidro com uma ligeira curvatura na ponta deve ser encaixado na haste curta do funil por um tubo de borracha (cuidado adequado deve ser tomado ao extrair a extremidade do jato de um tubo de vidro, para, se a dobra não estiver correta ou se a abertura do jato for muito pequena ou muito grande, o gás liberado pode se acumular ali e nem sair.

Por conveniência, um conta-gotas pode ser usado como jato). Uma pitada de bicarbonato é adicionada à água do béquer e a configuração é mantida sob luz solar intensa. A temperatura da água (digamos, X ° C) é registrada por um termômetro.

Agora, o número de bolhas de oxigênio evoluiu e saindo pelo final do jato fino é contado por unidade de tempo, de preferência um minuto (é aconselhável descartar bolhas muito pequenas que saem em tor e shyrents, pois é quase impossível contá-las e melhor selecionar apenas bolhas relativamente maiores de tamanho mais ou menos uniforme).

Cinco dessas leituras são feitas e o número médio de bolhas por minuto naquela temperatura e intensidade de luz específicas é registrado. A temperatura da água da proveta é baixada para 10 ° C abaixo da primeira temperatura, isto é, (X - 10) ° C usando blocos de gelo. As bolhas são contadas de forma semelhante àquela temperatura e intensidade de luz e o número médio de bolhas por minuto é registrado.

A temperatura da água é agora aumentada para 10 ° C acima da primeira temperatura, isto é, (X + 10) ° C usando água quente ou banho de água quente. As bolhas são contadas como de costume naquela temperatura e intensidade de luz e o número médio por minuto é registrado.

O mesmo experimento é repetido em baixa intensidade de luz, ou seja, não sob a luz solar direta (se a luz artificial for usada, a fonte pode ser removida para uma distância para diminuir a intensidade da luz). As bolhas são contadas em cada temperatura e temperatura em baixa intensidade de luz e o número médio de bolhas por minuto é registrado separadamente.

Se o número de bolhas por minuto na intensidade da luz e na temperatura de (X + 10) ° C for a, o número de bolhas em X ° C é b, e aquele em (X - 10) ° C é c, então Q10 pode ser calculado como a / be b / c. A média desses dois fornece o coeficiente de temperatura da fotossíntese nessa intensidade de luz. Q10 é calculado de forma semelhante em baixa intensidade de luz.

O coeficiente de temperatura ou Q10 de uma reação química ou de um processo fisiológico é a razão entre a taxa da reação ou processo a uma dada temperatura e a taxa a uma temperatura 10 ° C abaixo dela. Para a reação puramente fotoquímica, Q10 é cerca de unidade e para a reação química normal, Q10 é pelo menos dois.

Quando a fotossíntese está ocorrendo rapidamente em folhas bem iluminadas recebendo um amplo suprimento de CO2, Q10 é muito maior do que dois. Quando a intensidade da luz é baixa, o valor de Q10 é muito menor do que dois e, às vezes, aproxima-se da unidade, ou seja, valores característicos de reações fotoquímicas são obtidos.

Assim, além de pelo menos um estágio fotoquímico na foto & shissíntese, deve haver pelo menos um estágio químico (reação no escuro).

Quando a intensidade da luz é alta, o estágio escuro dependente da temperatura é limitante quando a intensidade da luz é baixa, o estágio fotoquímico é limitante e todo o processo se torna relativamente independente da temperatura.

N.B. Como a maioria das atividades biológicas são catalisadas por enzimas, a lei Q10 (lei de Van & # 8217t Hoff & # 8217s) é aplicável a esses bioprocessos na faixa de temperatura de 0 ° C a 30 ° C.

Acima de SO2C, a taxa de reação diminui caracteristicamente e os valores de Q10 diminuem de dois para quase um. Assim, a lei de Van & # 8217t Hoff & # 8217s não é aplicável em temperaturas mais altas, ou seja, acima de 30 & # 8221C, pois a inativação da enzima ocorre mais rapidamente em temperaturas e timidez mais altas.

Em temperaturas mais altas, isto é, acima de 30 ° C, os valores de Q10 devem ser interpretados cuidadosamente com atenção particular ao efeito do tempo. Porque a taxa de reação pode ser duplicada entre 20 ° C. a 30 ° C. Por um período de duas horas, mas se continuar por várias horas, a taxa diminuirá.

(b) Evidências de experimentos em luz intermitente:

Dois experimentos são configurados como no Expt. 2 (A). Inicialmente, ambas as configurações são iluminadas com a mesma intensidade de luz e a taxa de evolução das bolhas por minuto é registrada. Um é então mantido no escuro por 15 minutos com uma redoma coberta com papel preto.

Após 15 minutos a redoma de vidro é retirada e as taxas de evolução das bolhas em ambos os conjuntos são medidas durante 5 minutos. A mesma configuração que estava no escuro é novamente mantida no escuro por mais 15 minutos. A redoma é novamente retirada e as taxas são medidas em cada conjunto. O experimento é repetido e quatro ou cinco dessas leituras são feitas.

A taxa média em luz contínua e em luz intermitente é calculada e os resultados são representados em gráficos de barras.

A quantidade de fotossíntese por unidade de tempo (taxa contínua) mostrada por células verdes expostas à iluminação contínua é menor do que a quantidade de fotossíntese por unidade de tempo de iluminação (taxa intermitente) por células verdes expostas a períodos alternados de luz e escuridão.

A taxa em luz intermitente é aumentada conforme os períodos de luz são encurtados e às vezes se tornam quase o dobro da taxa em luz contínua.

Evidentemente, uma dada quantidade de energia luminosa é usada em maior extensão na fotossíntese quando fornecida, não continuamente, mas em sucessão de pequenas quantidades durante curtos períodos de luz. Isso acontece porque uma fase essencial da foto & shissíntese (reação escura) ocorre independentemente da presença de luz.

Na luz intermitente, essa fase prossegue nos períodos de escuridão, bem como nos períodos de luz e, conseqüentemente, a taxa de fotossíntese por unidade de tempo de iluminação é aumentada. Além disso, na luz contínua, o produto fotossintético pode inibir a taxa, enquanto na luz intermitente o produto pode ser usado na fase escura.

N.B. No caso de plantas terrestres, a taxa de fotossíntese é medida pelo método de peso-área.

Experiência # 4

Para estudar a essencialidade dos fatores para o processo fotossintético:

(a) Dependência da luz da fotossíntese:

(i) Observando a evolução do oxigênio na luz e no escuro:

A experiência é configurada como em Expt. 1 (a) ou 1 (b). É mantido sob luz por algum tempo e depois colocado no escuro.

Apenas na luz ocorre a evolução das bolhas de oxigênio. No escuro, nenhuma evolução de bolha de oxigênio é observada.

Portanto, a luz é essencial para a fotossíntese, uma vez que sem luz não ocorre fotólise da água e o oxigênio não evolui.

(ii) Usando a tela de luz Ganono & # 8217s:

As folhas de um vaso de planta adequado são tornadas livres de amido mantendo a planta no escuro por 24 a 48 horas. Uma folha sem amido desta planta é então coberta com tela de luz Ganong & # 8217s (Figura 28).

A principal vantagem desta cortina de luz é que uma parte da folha é cortada da luz sem prejudicar sua ventilação. A planta inteira com a tela de luz presa a uma de suas folhas é então mantida sob luz forte.

Após 24 horas, a tela é retirada e a folha é separada da planta. Em seguida, é branqueada com água a ferver e depois com álcool a 95% a ferver. Algumas gotas de ácido lático podem ser adicionadas para um melhor clareamento. Após sua completa descoloração, a folha amarelada é lavada com solução de iodo a 1% por cerca de um minuto.

A parte exposta fica azul enquanto a parte coberta (onde a luz não pode penetrar) permanece vermelho amarelado.

A cor azul indica a formação de amido, um produto da fotossíntese. A porção amarelada mostra ausência de amido. Portanto, o experimento prova a necessidade de luz na fotossíntese.

N.B. Em vez de uma tela de luz, pode ser usado um negativo fotográfico adequado, que deve ser brilhante com uma diferenciação nítida em áreas pretas e brancas. Depois de fixar o negativo com cuidado suficiente em uma folha livre de amido adequada e expor a folha com o negativo em luz forte por um ou dois dias e subsequentemente tratar a folha descolorida com solução de iodo, uma impressão positiva razoavelmente boa pode ser obtida.

(b) CO2 dependência da fotossíntese:

(i) Usando CO2 água livre (no caso de plantas aquáticas):

Um experimento é configurado como em Expt. 1 (a) usando água destilada previamente fervida e resfriada (a fim de libertá-la do CO2 dissolvido).

Em seguida, é mantido sob luz forte e é feita observação quanto à evolução das bolhas de O2. Agora, uma pitada de KHCO3 é adicionada à água destilada e pode se dissolver completamente. Observação é feita novamente em relação à evolução das bolhas de O2.

Nenhuma bolha de oxigênio sai na água destilada sem CO2, mas várias bolhas de oxigênio saem quando uma pitada de KHCO3 é adicionada.

As plantas aquáticas com sua adaptabilidade inerente podem utilizar efetivamente o CO2 dissolvido na água para a fotossíntese porque não têm contato com o ar atmosférico. Como a água destilada fervida é desprovida de CO2 dissolvido, as plantas Hydrilla não podem fotossintetizar. Mas quando essa água é enriquecida com CO2 dissolvido pela adição de bicarbonato, essas plantas podem fotossintetizar facilmente e, como resultado, bolhas de O2 saem.

(ii) Por experimento Moll & # 8217s (no caso de plantas terrestres):

É retirada uma garrafa de boca larga com rolha dividida. Uma pequena quantidade de solução de KOH a 20% é colocada no frasco e fixada horizontalmente ou colocada em um suporte. Uma folha adequada sem amido de uma planta em vaso sã é introduzida através da rolha dividida de modo que metade da folha permaneça dentro da garrafa e a outra metade fora dela.

Deve-se tomar cuidado para que a folha dentro da garrafa não entre em contato com a solução de KOH. Todas as conexões são feitas hermeticamente com vaselina. Toda a configuração é colocada sob luz solar intensa (Figura 29).

Após 2 a 3 horas, a folha é destacada da planta e cuidadosamente retirada da garrafa. A folha é então lavada com água, perfeitamente alvejada e tratada com solução de iodo a 1%.

A parte da folha que fica fora da garrafa é colorida de azul com iodo, enquanto a parte que fica dentro da garrafa não fica com a cor azul com iodo.

A porção da folha que fica fora da garrafa recebe todas as condições para fotossíntese (viz., CO2, luz e clorofila) e assim a formação do amido ocorre normalmente, o que é evidente pela cor azul com iodo.

A outra metade da folha que permanece dentro da garrafa e onde não há CO2 disponível devido à absorção pela solução KOH, permanece amarela, sem formação de amido. Isso prova que a foto e a shissíntese não podem ocorrer em uma atmosfera completamente desprovida de CO2.

(c) Dependência de clorofila da fotossíntese:

Uma planta com folhas variegadas (cróton, Coleus, etc.) é selecionada. Folhas variegadas apresentam áreas verdes clorofilas e áreas não verdes dispersas na folha. Essa planta pode morrer de fome no escuro por 24 a 48 horas para esgotar o amido.

O contorno de uma folha desta planta é desenhado em um papel e áreas verdes e não verdes são traçadas nele. Agora a planta fica exposta à luz por 24 a 48 horas. Depois disso, a folha variegada é testada para amido por iodo.

Observa-se que a presença do amido é evidenciada apenas nas áreas verdes e não nas áreas não verdes.

Este experimento mostra que a fotossíntese pode ocorrer na folha em suas áreas verdes contendo apenas clorofila e sem clorofila nenhuma fotossíntese ocorre.

Experiência # 5

Para estudar os fatores ambientais que controlam a fotossíntese:

(i) Para estudar o efeito da intensidade da luz:

Um experimento é configurado como em Expt. 1 (a) ou 1 (b). A configuração é colocada a uma distância de dois metros de uma forte luz artificial (200 watts) sem refletor. O número de bolhas saindo por minuto é contado. A distância entre a configuração e a fonte de luz é reduzida em um oitavo e o número de bolhas por minuto é registrado.

Alguns minutos devem ser permitidos para o ajuste a uma determinada intensidade de luz pelas plantas. A distância é novamente reduzida em um quarto e metade, respectivamente, do original e o número de bolhas é registrado de forma semelhante em cada caso. A temperatura deve ser registrada cuidadosamente todas as vezes.

O número de bolhas é plotado contra a respectiva intensidade de luz, tendo em mente que a intensidade da luz varia inversamente ao quadrado da distância. .A intensidade da luz na distância máxima pode ser medida, ou pode ser tomada como unidade, e as respectivas intensidades das distâncias mais curtas são calculadas.

Geralmente, a taxa de fotossíntese é aumentada se a intensidade da luz for aumentada até que alguns outros fatores, por exemplo, concentração de CO2, temperatura e temperatura, etc., tornem-se limitantes. Dentro de uma faixa limitada de intensidade, a taxa fotossinlética é mais ou menos proporcional à intensidade da luz, se a concentração de CO2 não for limitante.

Em alta intensidade de luz, a taxa de fotossíntese é inibida (solarização devido à foto-oxidação). Em uma intensidade de luz muito baixa, os estômatos são fechados e, portanto, a entrada de CO2 é verificada e, conseqüentemente, a taxa de fotossíntese diminui.

Novamente, como resultado do aumento da taxa de transpiração de intensidade de luz muito alta, causando redução do conteúdo de água das células da folha e, portanto, retardando a taxa fotossintética. Além disso, ocorre a foto-oxidação da clorofila com alta intensidade de luz. Dentro de uma faixa limitada, o aumento da intensidade da luz também aumenta a temperatura, o que não se torna, portanto, um fator limitante.

(ii) Para estudar o efeito da qualidade da luz:

O efeito da qualidade da luz na taxa de fotossíntese pode ser estudado pela mesma montagem experimental, mantendo a fonte de luz a uma distância constante e usando separadamente papéis celofane de cor azul, verde e vermelho como filtro. O número de bolhas é contado em cada caso.

Os resultados são plotados graficamente tomando a qualidade da luz como abcissa e o número de bolhas como ordenada.

Os efeitos de diferentes qualidades de luz são diferentes na taxa de fotossíntese. A taxa de fotossíntese é máxima na região vermelha do espectro visível (655 nm) e máxima secundária na região azul (440 nm). Assim, dois picos são obtidos, enquanto um platô é formado na região verde porque a maior parte da luz dessa qualidade é refletida pela planta.

O espectro de ação mostra, portanto, que a eficiência máxima na fotossíntese é exibida pelas regiões vermelha e azul do espectro visível (400 a 700 nm).

(b) Fator de dióxido de carbono:

Um experimento é configurado como em Expt. 1 (a) ou 1 (i) utilizando 500 ml de água destilada previamente fervida e arrefecida. Agora, seis lotes de 1,25 g de peso de KHGO3 são tomados separadamente. A configuração é colocada sob luz forte.

Um tubo graduado ou um tubo de centrífuga cheio de água é invertido sobre o jato. 125 gm de KHGO3 então adicionados e deixados dissolver completamente. Após 5 minutos de espera, é registrado o volume de oxigênio coletado no tubo graduado.

Os cinco pesos restantes de bicarbonato e shybonate são adicionados separadamente um por um, dando tempo para dissolver o bicarbonato completamente e o volume de O2 coletado após cada adição de bicarbonato é registrado.

Após a adição de cada lote de KHGO3, cerca de 5 minutos devem ser permitidos para a dissolução completa e, em seguida, o volume de O2 é coletado por um período específico. As concentrações da solução, após adição do primeiro ao sexto lote de pacotes de KHCO3, serão 0,25, 0,50, 0,75, 1,0, 1,25 e 1,50 por cento respectivamente.

Os resultados são representados graficamente tomando a concentração de bicarbonato como abcissa e o volume de O2 como ordenada.

Um aumento na concentração de CO2 da atmosfera circundante resulta em um aumento na taxa de fotossíntese até um ponto que é alcançado onde um aumento adicional na concentração de CO2 não traz nenhum aumento na taxa fotossintética. Nesse estágio, outros fatores, como luz ou temperatura, tornam-se limitantes.

Mais uma vez, a alta concentração de CO2 retarda a fotossíntese devido a:

(i) Aumento da acidez (HCO3 do bicarbonato e H + da água formando H2CO3) das células do mesofilo,

(ii) de um efeito narcótico na função metabólica das células, e (m) fechamento dos estômatos.

N.B. No caso de plantas terrestres, o efeito da concentração de CO2 na taxa de fotossíntese (em termos de formação de amido) pode ser estudado cobrindo o material vegetal com uma redoma de vidro equipada com uma bureta de medição de gás CO2 na parte superior para controlar o influxo de CO2 dentro do belljar em relação ao tempo.

The same procedure and set-up employed in Expt. 3(a) can be used for this experiment’. In this experiment the temperature of -water is raised by 5°C. Instead of 10°C. Number of bubbles per unit time is recorded at each temperature. Readings should be taken in at least five different sets of temperatures (range of temperature may be kept between 10°G. to 50°C.).

Results are graphically plotted taking temperature as abscissa and rate of photosynthesis as ordinate.

Photosynthesis is restricted to a temperature range (0°C. to 60°C.) that roughly corresponds to that tolerated by protein com­pounds. Although the photochemical part of photosynthesis is independent of temperature, biochemical part, which is controlled by enzyme activity, is strictly temperature dependent.

However, there appears to be a wide variation in adaptability amongst plants in their ability to tolerate tem­perature extremes. Generally above 35°C temperature has a deteriorating effect.

N.B. 0.10 may be calculated by knowing the rate of photosynthesis at every 10°C rise of temperature from the graph. If necessary the graph may be extrapolated.

Experiência # 6

To Study Blackman’s Law of Limiting Factors (Interaction of Environmental Factors):

Experiment is set up as in Expt. 5(i) keeping light inten­sity and temperature constant. The concentration of CO2 is increased until the rate of photosynthesis becomes constant. Now the intensity of light is increased and the rate of photosynthesis is measured until again a cons­tant level is reached. Then the temperature of water is increased and the rate of increase in photosynthesis is noted.

The results are graphically plotted as shown in the model graph (Figure 30).

The rate of photosynthesis at a constant temperature and light intensity increases with increasing concentration of CO2 up to a certain limit when light or temperature becomes limiting. At this stage increase in light intensity, keeping other two factors constant again increases the rate to a point when temperature becomes a limiting factor. Increase in temperature up to a limit hastens the rate of photosynthesis.

Under a given set of conditions the rate of a process may, therefore, be largely controlled by one or two of the limiting factors and not by all the essential factors. This principle is called Blackman’s law of limiting factor since he first proposed it. This is evident from the above experiment.

Experiment # 7

To Study on the methods of Measuring the Rate of Photosynthesis:

(a) Rate of photosynthesis in aquatic plants:

Rate of photosynthesis may be measured by counting number of bubbles per unit time (Refer Expt. 1.a or 1.6) or by measuring the volume of O2 evolved per unit time (Refer Expt. 5.b).

N.B. The rate may also be measured by Winkler’s titration procedure which gives the mg or ml of O2 evolved (i.e., remains in dissolved condition) by constant amount of plant material per hour.

(b) Rate of photosynthesis in Terrestrial plants with the help of Ganong’s photosynthometer:

Ganong’s photosynthometer is a standard apparatus by which an estimation of amount of CO2 absorbed at a given time during photosynthesis by green plants can be made. With accurate handling, the amount of O2 evolved during photosynthesis can also be measured by this apparatus and an idea about photosynthetic quotient O2CO2 can be Stopcock/obtained.

The apparatus essentially consists of three parts:

(a) A glass bulb fitted on a wooden base,

(b) A graduated tube with a stopcock, and

(c) A connecting link fitted with a stopcock which connects the graduated tube with the glass bulb. The volume of the whole set when fitted is 103 ml (Figure 31).

About 3 ml (measured by displace­ment of water) of the experimental ma­terial (any suitable fresh green leaf) is placed in the glass bulb. The volume of the apparatus now becomes 100 ml. The graduated tube is now inverted its stop­cock is closed and filled with water up to a desired mark. The graduated tube is then fitted with the connecting link.

Now stopcock of the connecting link (c) is closed and its other hollow end is filled with water. It is then inverted into a suitable measuring cylinder containing water closing the hollow end with the palm. The set is now clamped keeping the level of water in the measuring cylinder up to the hole of the connecting link (h).

Now the top of the graduated tube is connected to a CO2 generator or Kipp’s apparatus. Both the stopcocks of the graduated tube and the connecting link are open and CO2 is admitted into it. The water in the graduated tube gradually flows down and the tube is filled up by CO2The-stopcock of the adulated tube is closed when the level of water in the graduated tube falls to the level of water outside.

The tube now contains desired amount of CO2 the whole set is now fitted at the top of the glass bulb (a), so that the hole of the connecting link coincides with that of the glass bulb. This ensures that the pressure inside the bulb and the hollow end of the connecting link is at atmospheric pressure.

The connecting link is then slightly twisted to cut off the connection with the atmosphere. All connections are then made air-tight. Now the stopcock of the connecting link is opened to allow CO2 to diffuse into the bulb-the whole apparatus is kept in bright sunlight for about three hours. After noting the time the stopcock of the connecting link is dosed and the graduated tube is taken out from the bulb.

It is then put in a basin of water and the connecting link is removed under water. The graduated tube is fixed with the zero mark exactly on the surface of water and the stopcock of the graduated tube is gently opened to allow water to rise inside the tube up to the zero mark.

Now one test tube is completely filled with 30% KOH solution and is fitted to the top of the graduated tube with the help of rubber tubing which is fitted with a pinch cock. The tube is removed from water, pinch cock is opened and the KOH solution is allowed to flow into the graduated tube.

It is shaken thoroughly, KOH solution is drained back into the test tube and the pinch cock is closed. The end of the graduated tube is then placed under water with its zero mark at the surface level and the test tube is disconnected closing the stopcock of the graduated tube.

The water now rushes up to a mark corresponding to the volume of CO2 absorb­ed by KOH which equals the volume of CO2 left unutilised by the photon synthetic experimental material after the desired time.

The test tube is now filled with alkaline pyrogallate solution and the procedure is repeated to measure the volume of O2 evolved. The difference between the actual amount of CO2 present at the beginning of experiment and the amount of unused CO2 gives the actual amount of CO2 utilised in photosynthesis. The photosynthctic quotient (O2/ CO2) may be calculated from the results.

The rate of photosynthesis is expressed as ml of CO2 absorbed or O2 evolved per gram weight of the experiment material per hour.

N.B. The experiment is somewhat erroneous because of the following reasons:

(i) The volume of CO2 left inside the bulb as well as in the hollow end of the connecting link is neglected,

(ii) The measurement of volume of O2 evolved in photosynthesis is not accurate because this disregards the volume of O2already present in the atmosphere inside the apparatus (air contains about 16% O2), e

(iii) CO2 is slightly soluble in water.

(c) Rate of photosynthesis in terrestrial plants by measuring dry weight increase or net assimilation:

Several weighing bottles are dried in an oven at 100°C., cooled in a desiccator and accurately weighed. These are stored in a desiccator until ready for use. Bottles arc serially marked. Two suitable potted plants are kept in a dark room for a day before the experiment is started.

The following morning at a convenient hour one potted plant is transferred to a sunny place and 50 discs are cut out from the leaves with a cork borer of 1 cm diameter.

During cutting of discs, the leaf may be supported against a cork or rubber stopper. A representative sampling of all the leaves on the plant is taken except the very young and senescent leaves. The samples are taken in weighing bottles and fresh weights and dry weights are determined.

The plant from which the discs have been collected is allowed to re­main in the sunny place for at least four hours. The duration of experiment, temperature and light intensity are recorded. The plant is adequately watered during these periods.

After four hours the discs are similarly cut out, taken in weighing bottles, fresh and dry weights are determined. The experiment is repeated at an interval of four hours as long as time permits. The same procedure is repeated in case of plants kept in dark.

Increase in dry weight per four hours by 50 discs is cal­culated in each case and the result is expressed as mg dry weight increase per sq. cm of the leaf per hour.

N.B. The amount of CO, consumed per hour per sq. cm may be calculated, assuming all the photosynthate as glucose, as follows.

Again the number of litres of air required to supply the CO2 absorbed per sq. cm per hour may also be calculated as follows. If amount of CO2 consumed/hr/sq. cm of leaf is taken as X, volume of CO2 in air as 0.03 per cent and weight of 1 ml of CO2 as 1.977 mg at standard conditions then the amount of air is

Experiment # 8

Determination of Real and Apparent Photosynthesis:

Two experimental set-ups are arranged as in Expt. 2.a (iv). Here tap water is used (which may be previously oxygenated by photosynthesis). The experimental materials should be of comparable number and weight in each case.

The initial O2 content of water in each set-up is determined following the procedure given in the referred experi­ment. One set-up is kept in bright light for photosynthesis and the other in dark for respiration only. Alter two hours the O2 content of water of both the set-ups is again determined.

The difference between the final and the initial content of O2 in case of the set-up kept in light gives the excess of O2 liberated by photo­synthesis. This amount indicates apparent photosynthesis.

Again the difference between the initial and final content of O2 in case of the set-up kept in dark gives the amount of O2 consumed during respiration. When this amount of O2 is added to the amount of O2 liberated by photosynthesis it gives the real photosynthesis.

When the net result of photosynthesis is measured and no correction is made for respiration it is called the apparent pkolosytahesis. When, on the other hand, corrections for respiration are made, the photo­synthesis thus calculated is called die real photosynthesis or true photosyn­thesis.

So to obtain a measure of true photosynthesis it is desirable to make corrections for respiration. Some of the O2 given off in photosynthesis is used up in respiration and some of the CO2 given off in respiration is taken up in photosynthesis.

It is therefore necessary to measure the respiration of an identical sample in dark. It is easily seen that the apparent photo­synthesis is less than the true photosynthesis by the amount of O2 used up in respiration.

The respiration error is variable and is always present, and it thus complicates attempts to measure true photosynthesis, since the factor which influence photosynthesis are likely also to influence respiration.

Experiment # 9

To Show That the Entry of CO, Takes Place Through Stomatal Pores:

A suitable potted plant is so selected that its leaves are dorsiventral and upper surfaces are thickly circularised. The plant is kept in dark for two days to deplete their leaves of starch. Now some leaves are smeared with Vaseline only on the lower surfaces and other leaves are smeared only on the upper surfaces.

Vaseline should be applied as a thin film so that stomatal pores are closed. The plant is then kept in light for several hours. After that period the leaves are severed and tested for starch by iodine.

It is observed that the leaves having Vaseline applied on the lower surface only do not show the presence of starch whereas the leaves in which Vaseline was applied on the upper surface shows the presence of starch by iodine.

In case of the leaves smeared with Vaseline on the lower surface starch synthesis cannot take place because CO2 could not enter into the leaf for use in photosynthesis owing to the closure of stomatal pores by Vaseline.

Those leaves in which Vaseline has been applied on the upper surface have their stomata open on lower surface through which CO2 could enter and allow the photosynthesis to occur resulting in starch synthesis. Thus the experiment shows that the CO2 enters the leaves through stomatal pores of the lower surface in case of dorsiventral leaves.

Experiment # 10

To Show the Necessity of Light for Synthesis of Chlorophyll in Leaves:

Some pea or gram seeds are allowed to germinate in dark as well as in light.

After 10 days the dark grown seedlings show yellow or white leaves and stems. Other seeds grown in light show normal seedlings with green leaves and stems. When etiolated plants are exposed to light these turn to green.

The experiment shows that light is necessary for chloro­phyll synthesis. In a light-mediated reaction protochlorophyll is reduced to form chlorophylla. Photoreduction of protochlorophyllide to chlorophyllide a, followed by phytol esterification to form chlorophyll a, is now thought to be the major pathway.

Experiment # 11

To Show that Starch Synthesis In Etiolated (Or Albino) Leaves are Independent of Light Provided Sugars are Present:

Two comparable leaf samples are picked from etiolated rice or wheat seedlings grown in a dark room. Each sample is placed in a beaker of 100 to 150 ml capacity and some weight is placed on the leaves to prevent them from floating.

One sample is covered with pure water and the other with 0.1 M sucrose solution for two days in the dark room. The samples are removed from the beaker excess liquid is blotted off, placed on moistened filter paper in petridishes and set aside in the dark room for a period of 24 hours. At the end of the experimental period the leaves from both the sets are tested for starch by iodine.

No starch is obtained in case of leaves kept in water whereas starch synthesis takes place in case of leaves kept in sucrose solution.

The experiment shows that the starch synthesis in etiolated leaves is independent of light if sugars arc supplied to the etiolated leaves.


ELI5: we already know how photosynthesis is done so why cant we creat “artificial plants” that take CO2 and gives O2 and energy in exchange?

2

Artificial photosynthesis actually is a deeply studied field of research, where you use sunlight to drive a reaction that releases oxygen from various solutions. The problem is, the components needed in the reaction are inefficient, degrade/deplete quickly, or are expensive to make/maintain.

4 2 2 5

I work within a related scientific field. There are two main lines of research that have been worked on for decades.

Replicating photosynthesis artificially without plants. It kind of works, but is far from being economically viable. Plants are still much better at photosynthesis than chemists are. Solar cells is a more viable alternative within the foreseeable future.https://en.wikipedia.org/wiki/Artificial_photosynthesis

Improving plants so they become more efficient at photosynthesis. This has been attempted mainly through improving the enzyme RuBisCO, which is responsible for CO2 uptake in plants. RuBisCo is an unusually slow enzyme, it only takes up a handfull of CO2 molecules per second. A faster RuBisCO has been created by scientists, but it did not end up improving plant growth in practice.https://en.wikipedia.org/wiki/RuBisCO#Genetic_engineering
Edit: I'm not super up to date with this, apparently some of the problems have now been worked out and there is a faster growing plant out there. (https://science.sciencemag.org/content/363/6422/eaat9077)

So, in conclusion, your idea was good but it is hard to get to work in a practical and especially economically viable way.


Going Beyond Germination in Grades 3–5

Older students can not only handle the responsibility of caring for plants in the classroom, they can also work with more challenging varieties of plants. They can even begin designing experiments by choosing subjects and isolating variables.

For example, they might try sprouting the same species in different types of soils, or do the opposite, and test out a variety of seeds in the soil native to your area.

Growing “spuds in tubs” or “cabbage clones” in the classroom gives your students a taste of traditional agriculture – and they may actually be able to eat what they produce!

Working with plant clones is also an easy way to introduce the notion that different living things reproduce in different ways – a biological fundamental that may very well amaze your students. You could also connect these activities to lessons in history and geography: a unit about Eastern Europe or Ireland, for example.

The way leaves change color in the fall is fascinating no matter how old you are, and discovering the different pigments which make that change possible is a great way for students to begin learning about photosynthesis.

Try out this activity near the start of the school year, when the leaves in your area are likely still green. Then, when the leaves start changing in the fall, make sure to reflect back on the experiment and see if your class could predict what colors their local trees would become.


Termos e Conceitos

  • Macronutriente
  • Micronutrient
  • Solvente
  • Célula
  • Biochemical reaction
  • Fotossíntese
  • Clorofila
  • Hydroponics
  • Arable
  • Physiologist
  • Wick system
  • Water culture system
  • Aerate
  • Área
  • Ellipse

Perguntas

  • What are the differences between a macronutrient e um micronutrient?
  • You might think that hydroponics is a novo way of growing plants, but it isn't. What ancient cultures reportedly used or mentioned hydroponics? How old is the science of hydroponics?
  • Why is NASA interested in hydroponics? What kinds of hydroponics experiments do NASA scientists perform?
  • What are the differences between the six basic types of hydroponic systems? Quais são as vantagens e desvantagens de cada um?

Scientists Patch Photosynthesis Glitch to Make Plants Grow 40 Percent Larger

All that oxygen you enjoy breathing doesn’t just appear magically in the atmosphere. Earth is livable because plants around the globe pump out oxygen as a byproduct of photosynthesis, and some of them become tasty food crops in addition. However, photosynthesis isn’t perfect despite many eons of evolutionary refinement. Scientists from the University of Illinois have worked to correct for a flaw in photosynthesis, and that could improve crop yields by as much as 40 percent.

At the heart of the new research is a process in plants called photorespiration, which is not so much part of photosynthesis as it is a consequence of it. Like many biological processes, photosynthesis doesn’t work correctly 100 percent of the time. In fact, one of the main reactions in photosynthesis is only about 75 percent effective. The change comes in the process that plants undertake because of that inefficiency.

In photosynthesis, plants take water and carbon dioxide and process it to create sugars (food) and oxygen. Plants don’t need the oxygen, so it gets expelled. Happily, we do need oxygen, and we exhale carbon dioxide.

The problem addressed in the new study is with an enzyme called ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase-oxygenase (RuBisCO). This protein complex attaches a carbon dioxide molecule to ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP). Over the ages, Earth’s atmosphere has become more oxygenated, and that means RuBisCO has to cope with more oxygen molecules mixed in with carbon dioxide. About a quarter of the time, RuBisCO grabs an oxygen molecule by mistake, and that has consequences inside a plant.

Scientists Don Ort (right), Paul South (center) and Amanda Cavanagh (left) study how well their plants modified to bypass photorespiration perform beside non-modified plants in real-world conditions.

When RuBisCO screws up, plants are left with toxic byproducts like glycolate and ammonia. It takes energy to process these compounds (through photorespiration), which is added to the energy loss from photosynthesis inefficiency. The study authors note that rice, wheat, and soybeans all suffer from this glitch, and RuBisCO gets even less accurate as temperatures rise. That means food supplies could go down as global warming becomes more severe.

The fix is part of a program called Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE), and it relies on the introduction of new genes that improve growth. Usually, photorespiration takes a circuitous and complex route through three different cellular organelles. It consumes ATP (the energy currency of cells) that should be going to making the plant larger and stronger. RIPE focuses on making photorespiration quicker and more energy efficient.

The team developed three alternate pathways using new genetic sequences. They optimized these pathways across 1,700 different plants to identify the best approaches. Over the course of two years, the researchers tested the sequences using modified tobacco plants. That’s a common plant in science because its genome is exceptionally well-understood.

Those plants produced about 40 percent more biomass than non-modified plants. That indicates the more efficient photorespiration pathways save the plant considerable energy that can instead go toward growth. The next step is to incorporate the genes into food crops like soybean, cowpea, rice, and tomatoes.

It may take several years to integrate the revised photorespiration genes into food crops, which are more complicated than tobacco. The resulting plants would then have to be approved for human consumption by regulators — that’s no easy feat by itself, and there’s frequent anti-scientific opposition to genetically modified crops. RISE is supported by non-profits all over the world, including the Bill & Melinda Gates Foundation. Any seeds developed under RISE will be available royalty-free.


Rising temperatures also alter photosynthesis in a changing climate

Rising temperatures associated with climate change affect plants' ability to maintain their structural integrity, absorb carbon dioxide, retain water, and grow and reproduce. Credit: Julie McMahon

Agricultural scientists who study climate change often focus on how increasing atmospheric carbon dioxide levels will affect crop yields. But rising temperatures are likely to complicate the picture, researchers report in a new review of the topic.

Publicado no Journal of Experimental Botany, the review explores how higher temperatures influence plant growth and viability despite the greater availability of atmospheric CO2, a key component of photosynthesis.

Excessive heat can reduce the efficiency of enzymes that drive photosynthesis and can hinder plants' ability to regulate CO2 uptake and water loss, the researchers write. Structural features can make plants more—or less—susceptible to heat stress. Ecosystem attributes—such as the size and density of plants, the arrangement of leaves on plants or local atmospheric conditions—also influence how heat will affect crop yields.

The review describes the latest scientific efforts to address these challenges.

"It's important to have an understanding of these issues across scales—from the biochemistry of individual leaves to ecosystem-level influences—in order to really tackle these problems in an informed way," said lead author Caitlin Moore, a research fellow at the University of Western Australia and an affiliate research fellow at the Institute for Sustainability, Energy, and Environment at the University of Illinois Urbana-Champaign. Moore led the review with Amanda Cavanagh, another U. of I. alumna now at the University of Essex in the U.K.

"Historically, there's been a lot of focus on rising CO2 and the impact that it has on plants," said co-author Carl Bernacchi, a professor of plant biology and of crop sciences and an affiliate of the Carl R. Woese Institute for Genomic Biology at the U. of I. "And it is an important factor, because we are changing that carbon dioxide concentration enormously. But it's a small part of the bigger story. Once you throw changing temperatures into the mix, it completely messes up our understanding of how plants are going to respond."

"Take Rubisco, the key enzyme that fixes carbon dioxide into sugars, making life on Earth possible," Cavanagh said. "Rubisco speeds up as the temperature increases, but it's also prone to making mistakes."

From left, Caitlin Moore, Carl Bernacchi, Katherine Meacham-Hensold and their colleagues review how rising temperatures affect photosynthesis in plants and how scientists are addressing the challenges. Credit: Claire Benjamin/RIPE project

Instead of fixing carbon dioxide by binding it to sugars, a key step in photosynthesis, Rubisco sometimes fixes oxygen, initiating a different pathway that wastes a plant's resources. Higher temperatures make this more likely, Cavanagh said. At even higher temperatures, the enzyme will begin to lose its structural integrity, making it ineffective.

Excessive heat can also undermine a plant's reproductive output. Other heat-sensitive enzymes are essential to the light-harvesting machinery of plants or play a role in moving sugars to different plant tissues, allowing the plant to grow and produce grains or fruits.

"If these little molecular machines are pushed out of the temperature range that's optimal, then they can't do their job," Cavanagh said.

When temperatures rise too high, plant leaves open the pores on their surfaces, called stomata, to cool themselves. Stomata also allow plants to absorb carbon dioxide from the atmosphere, but when they're fully open, the leaf can lose too much moisture.

"Temperature affects the atmosphere above the plant," Moore said. "As the atmosphere heats up, it can hold additional water, so it's pulling more water from the plants."

Scientists at Illinois and elsewhere are looking for ways to enhance crop plants' resilience in the face of these changes. Moore, whose work focuses on ecosystem-scale factors, said new tools that can help screen plants on a large scale are essential to that effort. For example, satellites that can detect changes in chlorophyll fluorescence in plants can indicate whether a crop is under heat stress. These changes in fluorescence are detectable before the plant shows any outward sign of heat stress—such as their leaves turning brown. Developing these tools may enable farmers to respond more quickly to crop stress before too much damage is done.

Cavanagh, who studies the molecular biology and physiology of plants, said some plants are more heat tolerant than others, and scientists are searching their genomes for clues to their success.

Co-author Amanda Cavanagh studies the molecular biology and physiology of plants. Credit: Claire Benjamin/RIPE project

"For example, you can look at wild Australian relatives of rice that are growing in much harsher climates than most paddy rices," she said. "And you see that their enzymes are primed to work more efficiently at hotter temperatures."

One goal is to transfer heat-tolerant genes to cultivated rice varieties that are more susceptible to heat stress.

Other strategies include engineering structures that pump more CO2 to the site of carbon fixation to improve Rubisco efficiency altering the light-gathering properties of leaves at the tops and bottoms of plants to even out distribution of sunlight and maintain moisture levels and changing the density of stomata to improve their control of CO2 influx and moisture loss.

Collaboration between scientists focused on different scales of ecosystem and plant function—from the atmospheric to the molecular—is essential to the success of efforts to build resilience in crop plants, the researchers said.

"The world is getting hotter at a shocking rate," Cavanagh said. "And we know from global models that each increase in gross temperature degree Celsius can cause 3% to 7% losses in yield of our four main crops. So, it's not something we can ignore.

"What makes me optimistic is the realization that so much work is going into globally solving this problem," she said.


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Can plants grow without photosynthesis? - Biologia

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Scientists Tweak Photosynthesis and Boost Crop Growth by 40 Percent

A slow enzyme named rubisco has left plenty of room for improvement.

Without photosynthesis, life as we know it wouldn't exist on earth. When plants convert light energy into chemical energy, they release oxygen as a by-product. But over the past millennia, they've slowly become less effective at production. Researchers at the U.S Department of Agriculture and the University of Illinois have engineered a correction and figured out how to make crops that are 40 percent more productive in real-world farming conditions.

The problem lies with an enzyme known as rubisco, short for ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase. Rubisco has a crucial role in the photosynthetic process: It takes inorganic carbon dioxide and transforms it into organic carbon. However, for an enzyme that plays a crucial role for all life on earth, scientists describe it as "remarkably inefficient." Most enzymes can process thousands of molecules in the time it takes rubisco to process two or three.

Plants typically make up for this by creating lots and lots of rubisco&mdashso much that it's the most ample enzyme on earth. And for the most part, it's worked. Rubisco has been converting carbon dioxide into organic carbon to the extent that earth's current atmosphere is rich with oxygen.

But the inefficient enzyme has encountered another difficulty. It's begun to confuse its natural diet of carbon dioxide molecules with oxygen. That's no good for photosynthesis. When rubisco grabs oxygen, as scientists say it does around 20 percent of the time, it forces the plant to undergo an energy-consuming process known as photorespiration. During photorespiration, a plant sends its enzymes through three different compartments within the plant cell.

&ldquoPhotorespiration is anti-photosynthesis,&rdquo says lead author Paul South, a research molecular biologist with the Agricultural Research Service, in a press statement. &ldquoIt costs the plant precious energy and resources that it could have invested in photosynthesis to produce more growth and yield.&rdquo

Over two years, the research team attempted to develop a more efficient version of photorespiration. Testing through 1,700 plants, they created three. These new methods of photorespiration use alternate sets of promoters and genes, allowing plants to achieve the same results while expending far less energy.

&ldquoMuch like the Panama Canal was a feat of engineering that increased the efficiency of trade, these photorespiratory shortcuts are a feat of plant engineering that prove a unique means to greatly increase the efficiency of photosynthesis,&rdquo says Stephen Long, the Ikenberry Endowed University Chair of Crop Sciences and Plant Biology at Illinois and director of Realizing Increased Photosynthetic Efficiency (RIPE).

In field studies, these engineered plants were able to develop plants faster, grow taller, and produce around 40 percent more biomass.

Although only tested in tobacco (an ideal test subject due to its relative genetic simplicity and big ol' leaves), scientists now hope to expand testing to crops that make up the staples of many diets around the globe: soybeans, cowpeas, rice, potatoes, tomatoes, and eggplants. Scientists anticipate a decade-long journey toward gaining regulatory approval for the new engineering across the globe.

After that process, smaller farms in Sub-Saharan Africa and Southeast Asia could have royalty-free access to these engineered plants producing more oxygen than they have in a long time.


Red Light

Red light is the second main contributor to photosynthesis, but similarly to blue it produces unique results in plant physiology. Red light exists most when the sun is low in the sky, which is winter, morning and evening. You can imagine that a plant will know what time of day it is by the presence of red light, and you would be right. Phytochromes are phytochemicals that carefully observe red and far red light, specifically the balance between them, and set many decisions based on this balance, such as elongating stems to beat crowing via other plants, setting seasonal or daily flowering period, budding, and contributing to plant circadian rhythm. For more information on phytochromes and their use, please see our article ‘Phytochrome Manipulation.

Red light is special in that it can deliver high growth to a plant, but without the limiting effect of blue that obscures the chloroplast to protect it from high-blue midday sun. Therefore red is very efficient at producing fast growing tall and strong plants and indeed produces some of the most impressive growth rates of height and stem width in plants.



Comentários:

  1. Dhruv

    Estarei livre - definitivamente escreverei o que penso sobre este assunto.

  2. Nic

    Isso tropeçou nele! Isso chegou até você!

  3. Meztigami

    Peço desculpas, mas, na minha opinião, você não está certo. Estou garantido. Eu posso defender a posição. Escreva para mim em PM.



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