Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
KopalniaWiedzy.pl

Poprawili fotosyntezę i zwiększyli plony o 40%

Recommended Posts

Rośliny zamieniają światło słoneczne w energię za pomocą procesu fotosyntezy. Jednak proces ten jest obarczony poważnym błędem, który spowodował, że w roślinach wyewoluowało fotooddychanie. To kosztowny energetycznie proces, który znacząco zmniejsza potencjał wzrostu roślin. Naukowcy z University of Illinois i Departamentu Rolnictwa USA poinformowali na łamach Science, że udało im się tak poprawić proces fotooddychania, iż zwiększyli plony o 40%.

Dzięki temu plony na samym tylko Środkowym Zachodzie USA mogłyby zwiększyć się tak, że można by wyżywić dodatkowo 200 milionów ludzi, mówi główny autor badań, profesor Donald Ort. Jeśli uda się w ten sposób tylko częściowo zwiększyć plony roślin uprawnych, to będziemy w stanie zaspokoić zapotrzebowanie na wyżywienie w XXI wieku. Gwałtownie ono rośnie w związku z rosnącą liczbą ludności oraz coraz większą kalorycznością diety, dodaje uczony.

Przełomowe badnia to część międzynarodowego projektu badawczego o nazwie Realizing Increased Photosynthetic Efficency (RIPE), który jej finansowany przez Fundację Billa i Melindy Gatesów, Foundation for Food and Agricultural Research oraz brytyjski Departament Rozwoju Międzynarodowego.

W procesie fotosyntezy wykorzystywany jest najbardziej na świecie rozpowszechniona proteina, enzym Rubisco. Wraz ze światłem słonecznym jest on wykorzystywany do zamiany dwutlenku węgla i wody w cukry odżywiające rośliny. Z czasem Rubisco padł ofiarą własnego sukcesu, doprowadzając do pojawienia się atmosfery bogatej w tlen. Enzym nie jest w stanie idealnie odróżnić molekuły dwutlenku węgla od molekuły tlenu i w 20% przypadków pobiera tlen zamiast CO2. W efekcie w roślinie powstaje toksyczny związek, który musi być usuwany za pomocą fotooddychania.

Fotooddychanie to przeciwieństwo fotosyntezy, mówi inny z autorów badań, biolog molekularny Paul South. Pozbawia ono roślinę cennej energii i zasobów, które mogłaby zainwestować w fotosyntezę i we własnych wzrost.

Fotooddychanie przebiega złożoną drogą przez trzy elementy roślin: choroplasty, peroksysomy i mitochondria. Amerykańscy naukowcy stworzyli alternatywną drogę dla procesu oddychania, dzięki czemu znacząco go uprościli, dzięki czemu roślina oszczędza tak duże ilości energii, że jej plony rosną o 40%. Po raz pierwszy w historii udało się manipulować fotooddychaniem tak, że doszło do zwiększenia plonów upraw prowadzonych w normalnych, a nie laboratoryjnych, warunkach.

Tak jak Kanał Panamski był wielkim osiągnięciem inżynieryjnym, który zwiększył efektywność światowego handlu, tak skrócenie drogi procesu fotooddychania to wielkie osiągnięcie inżynierii roślin, które pozwala na znaczące zwiększenie efektywności fotosyntezy, mówi dyrektor RIPE, Stephen Long.

Zespół naukowy, za pomocą odpowiednich zmian w genach i ich promotorach, opracował trzy alternatywne drogi fotooddychania. Następnie zaimplementował je w 1700 roślinach, które poddał testom polowym, by wybrać te, które będą sobie najlepiej radziły.
Po dwóch latach wielokrotnie powtarzanych studiów polowych powstała metoda, dzięki której rośliny rosły szybciej, były wyższe, wytwarzały około 40% więcej biomasy.

Badania były prowadzone na tytoniu, który jest idealnym modelem do badań nad roślinami, gdyż łatwo poddaje się modyfikacjom i testom. Teraz uczeni przekładają wyniki uzyskane na tytoniu na bardziej przydatne rośliny, takie jak soja, ryż, ziemniaki, pomidory, bakłażany i wspięga wężowata.

W miarę ocieplania się klimatu Rubisco ma coraz większe problemy z odróżnieniem tlenu od dwutlenku węgla, co powoduje coraz większe fotooddychanie. Naszym celem jest stworzenie lepszych roślin, które poradzą sobie z ociepleniem teraz i w przyszłości oraz wyposażenie rolników w technologie potrzebne do wykarmienia świata, mówi Amanda Cavanagh.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Teraz w sadźmy to w jakiegoś wirusa roślinnego, który może się jeszcze replikować w roślinach i nie wzgardzi niczym, co zielone i powoli podmienimy geny wszystkich roślin na świecie. Bez fotooddychania będą lepiej sobie radziły z usuwaniem CO2 i szybciej rosły, same korzyści.

Oczywiście żartuję. Chętnie bym rzeczywiście takie poprawki implementował na skalę globalną, ale to eksperyment na zbyt dużą skalę, a nie mamy jeszcze zapasowej planety na takie badania.

Share this post


Link to post
Share on other sites
W dniu 8.01.2019 o 12:19, Delor napisał:

Mogą wyjść jeszcze takie "kwiatki" i okaże się, że bez dodatkowego nawożenia nie da rady tego zbilansować.

Dałoby się, gdyby symbionty przyswajające azot z powietrza, uczyniono zdolnymi do współpracy ze zmodyfikowanymi roślinami. Trzeba by popracować nad genotypem motylkowych.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z University College London znaleźli dodatnią korelację pomiędzy liczbą mieszkańców Wielkiej Brytanii, którzy rzucają palenie, a liczbą osób, które używają e-papierosów i z nich rezygnują.
      Badania, których wyniki opublikowano w piśmie Addiction, były sponsorowane przez Cancer Research UK. Ich autorzy zauważyli, że od roku 2011, kiedy to zauważalny jest wzrost liczby użytkowników e-papierosów, rośnie też odsetek osób, którym udało się rzucić palenie. Co więcej, w roku 2015 tempo wzrostu liczby użytkowników e-papierosów uległo spowolnieniu, a w tym samym czasie podobne zjawisko zaobserwowano w grupie osób rzucających palenie. Naukowcy wyliczyli, że w samym tylko roku 2017 palenie tytoniu rzuciło od 50 700 do 69 930 osób, które – gdyby nie e-papierosy – nadal paliłyby tytoń.
      Na potrzeby badań wykorzystano dane ze Smoking Toolkit Study. To prowadzone od 2006 roku comiesięczne ankiety dotyczace palenia papierosów wśród osób od 16. roku życia.
      Podczas analizy uwzględniano zmiany w czasie liczby użytkowników e-papierosów, liczby osób używających e-papierosów w celu rzucenia palenia, całkowitej liczby osób usiłujących rzucić palenie, całkowitej liczby osób, którym udało się rzucić palenie oraz uśrednionej liczby palaczy tradycyjnych papierosów. Dane skorygowano o takie zjawiska jak zmiany pór roku, zmiany w polityce państwa, trendy społeczne, dostępność papierosów czy wydatki przemysłu tytoniowego na reklamę.
      Autorzy badań, doktor Emma Beard z Wydziału Psychologii i Językoznawstwa oraz doktor Jamie Brown i profesor Robert West z Wydziału Epidemiologii i Opieki Zdrowotnej, stwierdzili, że ich badania pokazały, iż e-papierosy pomagają rzucić palenie. Wydaje się, że w Anglii znaleziono rozsądną równowagę pomiędzy regulowaniem, a promocją e-papierosów. Działania marketingowe są poddane ścisłej kontroli, więc bardzo mało ludzi, którzy nigdy nie palili, sięga po e-papierosy, a jednocześnie miliony palaczy używa e-papierosów, by ograniczyć lub rzucić palenie w ogóle. Z kolei George Butterwoth, menedżer z Cancer Research UK, ostrzega: E-papierosy to dość nowy produkt, ich używanie nie jest pozbawione ryzyka, nie znamy długoterminowych skutków ich stosowania. Dlatego odradzamy ich używanie osobom, które nigdy nie paliły.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Do 2040 roku dojdzie do znaczącej zmiany wzorca opadów na terenach uprawy pszenicy, soi, ryżu i kukurydzy. Jak wykazały badania przeprowadzone przez Międzynarodowe Centrum Rolnictwa Tropikalnego (Centro Internacional de Agricultura Tropical – CIAT), zmian należy się spodziewać, nawet jeśli zostaną spełnione warunki paryskiego porozumienia klimatycznego i dojdzie do redukcji emisji dwutlenku węgla.
      Autorzy badań, opublikowanych w PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences), informują, że w ciągu 2 dekad należy się spodziewać, że nawet 14% terenów, gdzie uprawiane są pszenica, soja, ryż i kukurydza będzie bardziej suchych, a 31% – bardziej wilgotnych.
      Zmniejszą się opady nad obszarami uprawnymi w południowo-zachodniej Australii, południowej Afryce, południowo-zachodniej Ameryce Południowej, środkowym Meksyku oraz w basenie Morza Śródziemnego. Bardziej wilgotno będzie w Kanadzie, Rosji, Indiach i na wschodzie USA.
      Wspomniane cztery rośliny dostarczają ludzkości aż 40% kalorii. Specjaliści z CIAT ostrzegają, że właściciele pól już teraz powinni rozpocząć inwestycje, by przygotować się na zmiany wzorców opadów. Te i tak zajdą, nawet jeśli ludzkość zredukowałaby emisję gazów cieplarnianych. Przy scenariuszu wysokiej emisji większość regionów ma 2 dekady na przygotowanie się do zmian, przy niskiej emisji będzie to o 2-3 dekady więcej.
      Zmniejszenie opadów jest spodziewane na polach wielu ważnych producentów pszenicy. W Australii dotknie ono 27% upraw pszenicy, w Algierii będzie to 100% upraw, w Maroko 91%. Odczują je też producenci w RPA (79% upraw), Meksyku (74%), Hiszpanii (55%), Chile (40%), Turcji (28%), Włoszech (20%), Egipcie (15%) i innych krajach.
      "Nasze przewidywania są raczej ostrożne co do tempa zmian. Ponadto zauważalne zmiany w opadach to nie tylko problem dla rolnictwa, ale dla całego systemu zarządzania zasobami wodnymi, więc nasze badania dotyczą też innych dziedzin życia", mówi główna autorka badań, Maisa Rojas z Universidad de Chile.
      Naukowców najbardziej zaskoczyło tempo zmian. Okresem bazowym, do którego porównywano wyniki badań, były lata 1986–2005. Okazuje się, że już teraz w Rosji, Norwegii, Kanadzie i częściach wschodniego wybrzeża USA mamy do czynienia z zupełnie innymi wzorcami opadów niż wówczas. Naukowcy twierdzą, że aż 36% obszarów uprawnych doświadczy zwiększonych opadów. Rolnicy będą mieli do czynienia z innymi warunkami uprawy niż te, do których są przyzwyczajeni. To będzie warunki całkowicie wykraczające poza historyczne normy, a już teraz wielu rolników ma problemy z olbrzymią zmiennością warunków klimatycznych, mówi Julian Ramirez-Villegas.
      Najbardziej zaludnione kraje świata, Chiny i Indie, znajdą się w grupie, w której pola uprawne będą w przyszłości znacznie bardziej wilgotne niż dotychczas. Podobnych warunków doświadczą inni wielcy producenci ryżu, jak Japonia, Korea i Filipiny. Także rolnicy w północnej Europie, USA, Kanady i Rosji będą musieli zmierzyć się z dodatkową ilością wody opadającą na uprawy pszenicy.
      Naukowcy nie potrafią przewidzieć, jak zmiany odbiją się plonach. Żywności może być więcej, ale może być jej też mniej. Dużo zależy od tego, na ile ludzkość będzie w stanie przygotować się na zmiany.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Chorzy na czerniaka, którzy palą papierosy, mają o 40% mniejszą od niepalących szanse na przeżycie choroby. Takie wnioski płyną z przeprowadzonych w Wielkiej Brytanii badań nad 700 osobami.
      Autorzy badań, naukowcy z University of Leeds, mówią, że to kolejny powód, dla którego warto rzucić palenie. Stwierdzili bowiem, że dekadę po diagnozie przeżywa o 40% mniej osób palących papierosy. Wszystko wskazuje na to, że przyczyną takiego stanu rzeczy jest osłabianie układu odpornościowego przez tytoń.
      Co więcej okazało się, że w grupie 156 pacjentów o największej liczbie markerów genetycznych układu odpornościowego, a więc u takich pacjentów, u których odpowiedź immunologiczna powinna być najsilniejsza, szanse palaczy na przeżycie były aż 4,5-krotnie mniejsze niż niepalących. Zatem palenie tytoniu najbardziej zmniejsza szanse przeżycia u osób o najsilniejszym układzie odpornościowym. To zaś sugeruje, że palenie tytoniu bezpośrednio wpływa na sposób, w jaki organizm pacjenta radzi sobie z czerniakiem.
      Już wcześniej pojawiały się doniesienia, że tytoń upośledza układ odpornościowy, ale wciąż nie wiadomo, który konkretnie składnik dymu za to odpowiada.
      Układ odpornościowy jest jak orkiestra. Składa się z wielu instrumentów. Nasze badania sugerują, że palenie tytoniu zaburza jego harmonię. Muzycy nadal grają, ale w sposób mniej zorganizowany. Skutek tego jest taki, że w organizmie pacjenta wciąż pojawia się reakcja immunologiczna, organizm próbuje zwalczyć nowotwór, ale jest to mniej efektywne, niż w przypadku osób, które nigdy nie paliły. Z tego też powodu palacze mają mniejsze szanse na przeżycie, mówi główna autorka badań, profesor Julia Newton-Bishop. Ludzie ze zdiagnozowanym czerniakiem powinni rzucić palenie, dodaje uczona.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Wkrótce w Kanadzie będzie można kupić genetycznie zmodyfikowane fluorescencyjne rośliny, które usuwają z powietrza zanieczyszczenia powiązane z rozwojem nowotworów, takie jak np. benzen. Rośliny takie, opracowane przez amerykańskich naukowców, zostały właśnie dopuszczone na kanadyjski rynek.
      Roślina, o której mowa, to epipremnum złociste. To gatunek wieloletnich wiecznie zielonych pnączy. Rośliny są bardzo mało wymagające. Nie potrzebują dużej ilości światła, nie wymagają częstego podlewania. Roślina została zmodyfikowana tak, by wytwarzać enzym wątrobowy cytochrom p450, który rozkłada wiele różnych zanieczyszczeń.
      Roślina jest też fluorescencyjna gdy zostanie oświetlona promieniami UV. To ma dodawać jej atrakcyjności oraz pozwalać na szybkie odróżnienie rośliny zmodyfikowanej od niezmodyfikowanej.
      Przeprowadzone badania wykazały, że gdy umieścimy epipremnum złociste w pojemniku zawierającym duże ilości benzenu lub chloroformu, to roślina niezmodyfikowana usunie w ciągu tygodnia około 10% zanieczyszczeń, a zmodyfikowana – ponad 90%.
      Nabywcy roślin GMO oczyszczających powietrze powinni jednak pamiętać, że do ich najbardziej efektywnej pracy potrzebny jest ruch powietrza. Rośliny nie oczyszczą zbyt wiele powietrza, jeśli po prostu będą stały w kącie. Powietrze powinno się poruszać, mówi Stuart Strand z University of Washington.
      Powietrze w naszych domach jest pełnie zanieczyszczeń uwalniających się z podłóg, mebli, ścian, powstających podczas ogrzewania i gotowania. Panuje przekonanie, że rośliny oczyszczają to powietrze, jednak badania wykazały, że w rzeczywistości nie radzą sobie z tym dobrze. Rośliny mogą usuwać zanieczyszczenia, ale nie będą miały większego wpływu na jakość powietrza w pomieszczeniach, mówi Nicola Carslaw z University of York.
      Genetycznie zmodyfikowane rośliny mogą być znacznie lepszym sposobem na oczyszczanie powietrza. Pod warunkiem, że w pomieszczeniu wymusimy ruch powietrza.
      Dopuszczenie do handlu zmodyfikowanego epipremnum złocistego było łatwiejsze w Kanadzie niż w USA, gdyż w Kanadzie w stanie naturalnym roślina ta nie jest w stanie przetrwać. W USA rośnie natomiast na Florydzie, więc najpierw trzeba wykazać, że epipremnum GMO nie będzie stanowiło problemu.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Studentka Akademii Górniczo-Hutniczej zbudowała innowacyjną wersję urządzenia do sterowania panelami słonecznymi. Konstrukcja naśladuje ruchy roślin, podążając za najkorzystniejszym nasłonecznieniem.
      Projekt studentki AGH Karoliny Gocyk zakłada umieszczenie panelu solarnego na szkielecie o kształcie łodygi, który ma na sobie mniejsze ogniwa słoneczne i podłączone do nich mechanizmy sterujące konstrukcją. Szkielet jest elastyczny i może dowolnie poruszać się za zmieniającym położenie słońcem. Dzięki temu ten tzw. "tracker" pozwala panelom zmienić ich kąt nachylenia w zależności od padania światła, aby jak najefektywniej wykorzystać energię słoneczną.
      Łodyga może być budowana na wiele sposobów i dzięki temu dostosowywać się do różnego środowiska. To z kolei pozwala na ulokowanie ogniw w dowolnym miejscu np. na dachu, czy innej pochyłej powierzchni. Modułowa konstrukcja sprawia, że mechanizm jest bardziej odporny na wiatr czy mróz. Dzięki elastyczności urządzenia, panele można umieścić także na dużej przestrzeni, w której mogą one dobrze współpracować, nawet w ścisku. Znacznie zwiększa to wydajność dotychczasowych farm fotowoltaicznych, na których panele musiały być instalowane w określonej odległości.
      Rozwiązanie pozwala także tworzyć małe farmy słoneczne na użytek gospodarstwa domowego, a także mini elektrownie, które można umieścić na biurku czy parapecie. Te ostatnie mogą naładować np. telefon, powerbank czy inną elektronikę o małym poborze mocy.
      Karolina Gocyk za swój projekt zdobyła nagrodę podczas festiwalu naukowego Gdynia E(x)plory Week 2018. Obecnie jej pomysł jest na etapie prototypu, jednak niewykluczone, że mógłby znaleźć firmę zainteresowaną produkcją takich urządzeń na szerszą skalę. Byłaby to szansa na zwiększenie popularności paneli słonecznych wśród osób prywatnych czy przedsiębiorców.
      Projekt Karoliny Gocyk to jeden z wielu wynalazków studenckich na naszej uczelni wykorzystujących słońce jako źródło energii. W AGH powstała już łódź solarna, a w planach jest ukończenie bezzałogowego samolotu o napędzie słonecznym. Studenci AGH uczyli także fotowoltaiki w Tadżykistanie.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...