Thực vật CAM là gì và tại sao chúng có thể sống sót trong sa mạc?

Giả sử bạn có hai cây trong bệ cửa sổ của bạn, một cây xương rồng và cây kia là hoa huệ hòa bình. Bạn quên tưới nước cho chúng trong vài ngày và hoa huệ hòa bình héo úa. (Đừng lo lắng, chỉ cần thêm nước ngay khi bạn thấy điều đó xảy ra và nó sẽ quay trở lại với cuộc sống, hầu hết thời gian.) Tuy nhiên, cây xương rồng của bạn trông vẫn tươi và khỏe mạnh như cách đây vài ngày. Tại sao một số cây chịu hạn tốt hơn những cây khác?

Thực vật CAM là gì?

Thực vật CAM hay quang hợp CAM với CAM là từ viết tắt của Crassulacean acid metabolism, là một kiểu cố định cacbon phức tạp trong một số thực vật quang hợp. CAM là cơ chế thông thường tìm thấy trong các thực vật sinh sống trong các điều kiện khô hạn, bao gồm các loài tìm thấy trong sa mạc. Có một số cơ chế hoạt động đằng sau khả năng chịu hạn ở thực vật, nhưng một nhóm thực vật có cách sử dụng cho phép nó sống trong điều kiện nước thấp và thậm chí ở những vùng khô cằn trên thế giới như sa mạc. Những cây này được gọi là cây chuyển hóa axit thực vật CAM, hoặc Thực vật CAM. Đáng ngạc nhiên, hơn 5% của tất cả các loài thực vật có mạch sử dụng CAM làm con đường quang hợp của chúng và những loài khác có thể thể hiện hoạt động CAM khi cần thiết. CAM không phải là một biến thể sinh hóa thay thế mà là một cơ chế cho phép một số thực vật nhất định tồn tại trong các khu vực khô hạn. Trên thực tế, nó có thể là một sự thích nghi sinh thái.

Ví dụ về Thực vật CAM, bên cạnh cây xương rồng đã nói ở trên (họ cây xương rồng) là dứa (họ dứa), cây thùa (họ thùa), và thậm chí một số loài chi quỳ thiên trúc (hoa phong lữ). Nhiều loài phong lan là thực vật biểu sinh và cũng là thực vật CAM, vì chúng dựa vào rễ trên không của chúng để hấp thụ nước.

Lịch sử và khám phá của Thực vật CAM

Việc phát hiện ra Thực vật CAM đã được bắt đầu một cách khá bất thường, khi người La Mã phát hiện ra rằng một số lá cây được sử dụng trong chế độ ăn uống của họ có vị đắng nếu được thu hoạch vào buổi sáng, nhưng không quá đắng nếu được thu hoạch vào cuối ngày. Một nhà khoa học tên là Benjamin Heyne đã nhận thấy điều tương tự vào năm 1815 khi nếm thử cây lá bỏng, một loại cây thuộc họ lá bỏng (do đó, tên là “chuyển hóa axit Crassulacean” cho quá trình này). Tại sao anh ta ăn cây không rõ ràng, vì nó có thể độc, nhưng rõ ràng anh ta đã sống sót và kích thích nghiên cứu về lý do tại sao điều này xảy ra.

Tuy nhiên, một vài năm trước, một nhà khoa học người Thụy Sĩ tên là Nicholas-Theodore de Saussure đã viết một cuốn sách có tên Recherches Chimiques sur la Vegetation (Nghiên cứu hóa học về thực vật). Ông được coi là nhà khoa học đầu tiên ghi nhận sự hiện diện của CAM, khi ông viết vào năm 1804 rằng sinh lý trao đổi khí ở thực vật như cây xương rồng khác với cây có lá mỏng.

Nguyên lý sống của Thực vật CAM

Thực vật CAM khác với thực vật “thông thường” (được gọi là thực vật C3) về cách chúng quang hợp. Trong quang hợp bình thường, glucose được hình thành khi carbon dioxide (CO2), nước (H 2 O), ánh sáng và một enzyme có tên Rubisco phối hợp với nhau để tạo ra oxy, nước và hai phân tử carbon chứa ba nguyên tử cacbon (do đó, tên là C3). Đây thực sự là một quá trình không hiệu quả vì hai lý do: nồng độ carbon trong khí quyển thấp và Rubisco có ái lực thấp đối với CO2. Do đó, các nhà máy phải sản xuất Rubisco ở mức cao để “lấy” càng nhiều CO2 càng tốt. Khí oxy (O2) cũng ảnh hưởng đến quá trình này, bởi vì bất kỳ Rubisco không được sử dụng đều bị oxy hóa bởi O2. Nồng độ khí oxy trong nhà máy càng cao, Rubisco càng ít; do đó, ít carbon bị đồng hóa và tạo thành glucose. Các nhà máy C3 giải quyết vấn đề này bằng cách giữ khí khổng mở vào ban ngày để thu thập càng nhiều carbon càng tốt, mặc dù chúng có thể mất rất nhiều nước (qua quá trình thoát hơi nước) trong quá trình này.

Thực vật trên sa mạc không thể để khí khổng mở ra vào ban ngày vì chúng sẽ mất quá nhiều nước quý giá. Một cây trong môi trường khô cằn phải giữ tất cả nước mà nó có thể! Vì vậy, nó phải đối phó với quang hợp theo một cách khác. Thực vật CAM cần mở khí khổng vào ban đêm, khi có ít khả năng mất nước qua thoát hơi nước. Cây vẫn có thể lấy CO2 vào ban đêm. Vào buổi sáng, axit malic được hình thành từ CO2 (hãy nhớ vị đắng mà Heyne đã đề cập?) Và axit được khử carboxyl hóa (bị phá vỡ) thành CO2 trong ngày trong điều kiện khí khổng khép kín. CO2 sau đó được tạo thành các carbohydrate cần thiết thông qua chu trình Calvin.

Nghiên cứu hiện tại

Nghiên cứu vẫn đang được thực hiện trên các chi tiết tốt của CAM, bao gồm lịch sử tiến hóa và nền tảng di truyền của nó. Vào tháng 8 năm 2013, một hội nghị chuyên đề về sinh học thực vật C4 và CAM đã được tổ chức tại Đại học Illinois tại Urbana-Champaign, giải quyết khả năng sử dụng các nhà máy CAM cho các nguyên liệu sản xuất nhiên liệu sinh học và làm sáng tỏ thêm quá trình và tiến hóa của CAM.

Domin Võ

Dành ra 12 tiếng/ngày cho công việc tẻ nhạt ở ngân hàng, chỉ khi viết bài cho Mingeek, anh ấy mới thật sự là chính mình. Anh muốn cho mọi người thấy rằng, khoa học không nhàm chán như trong SGK đâu! Nếu các bạn phát hiện sai sót gì trong bài, có thể liên hệ với anh ấy qua Facebook bên dưới. Hoặc nếu bạn muốn trò chuyện về Khoa học, hãy kết bạn luôn nào <3

Related Articles

Back to top button

Adblock Detected

Please consider supporting us by disabling your ad blocker