برای گیاهان نور خورشید می تواند یک شمشیر دو لبه است. آنها به آن نیاز دارید به درایو فتوسنتز فرایند است که اجازه می دهد تا آنها را برای ذخیره انرژی خورشیدی به عنوان مولکول قند اما خورشید بیش از حد می تواند به اب چیزی را گرفتن و آسیب برگ خود را.

اصلی استراتژی است که استفاده از گیاهان برای محافظت از خود از این نوع photodamage است به پاشیدن نور اضافی به عنوان گرما. شده است وجود دارد بحث های زیادی در طول چند دهه گذشته بیش از چگونه گیاهان در واقع رسیدن به این.

“در طول فتوسنتز مجتمع نور برداشت دو بازی به ظاهر متناقض نقش. آنها را جذب انرژی به درایو آب-تقسیم و فتوسنتز اما در همان زمان هنگامی که وجود دارد بیش از حد انرژی آنها باید همچنین قادر خواهید بود برای خلاص شدن از آن می گوید:” گابریلا Schlau-کوهن, Thomas D. و ویرجینیا W. کابوت توسعه حرفه ای (استادیار شیمی در دانشگاه MIT.

در یک مطالعه جدید Schlau-کوهن و همکارانش در MIT دانشگاه پاویا و دانشگاه ورونا به طور مستقیم مشاهده برای اولین بار یکی از این مکانیسم ممکن است که پیشنهاد شده است برای چگونه گیاهان پراکنده انرژی است. محققان با استفاده از یک بسیار حساس نوع طیف سنجی برای تعیین که بیش از حد انرژی منتقل شده از کلروفیل رنگدانه است که به برگ رنگ سبز خود را به دیگر روغنها به نام کاروتنوئیدها است که پس از آن می تواند آزاد کردن انرژی به گرما.

“این اولین بار است که مشاهده مستقیم از کلروفیل-به-کاروتنوئید انتقال انرژی در نور-برداشت پیچیده از گیاهان سبز می گوید:” Schlau-کوهن که نویسنده ارشد این مطالعه است. “این ساده ترین پیشنهاد, اما هیچ کس قادر به پیدا کردن این photophysical مسیر تا به حال.”

MIT فارغ التحصیل و دانشجو Minjung پسر نویسنده سرب از مطالعه به نظر می رسد که امروز در ارتباطات طبیعت. دیگر نویسندگان ساموئل گوردون ’18, Alberta Pinnola از دانشگاه پاویا در ایتالیا و روبرتو Bassi از دانشگاه ورونا.

انرژی بیش از حد

زمانی که نور خورشید اعتصاب کارخانه تخصصی پروتئین شناخته شده به عنوان مجتمع نور برداشت جذب نور و انرژی به شکل فوتون با کمک از روغنها مانند کلروفیل. این فوتون درایو تولید مولکول های قند که ذخیره انرژی برای استفاده های بعدی.

خیلی تحقیقات قبلی نشان داده است که گیاهان به سرعت قادر به انطباق با تغییرات در شدت نور خورشید. در شرایط آفتابی آنها تبدیل تنها حدود 30 درصد از دسترس نور خورشید به قند در حالی که بقیه منتشر شده است که گرما. اگر این انرژی بیش از حد مجاز است به باقی می ماند در سلول های گیاهی آن را ایجاد مضر مولکول هایی به نام رادیکال های آزاد است که می تواند آسیب پروتئین و دیگر مهم سلولی مولکول های.

“گیاهان می تواند پاسخ به تغییرات سریع در خورشیدی شدت با خلاص شدن از انرژی اضافی اما آنچه که photophysical مسیر بحث شده است برای چندین دهه” Schlau-کوهن می گوید.

ساده ترین فرضیه برای گیاهان چگونه خلاص شدن از شر این اضافه فوتون است که هنگامی که نور برداشت پیچیده جذب آنها کلروفیل تصویب آنها را به نزدیکی مولکول به نام کاروتنوئیدها. کاروتنوئیدها که شامل لیکوپن و بتا کاروتن هستند بسیار خوب در خلاص شدن از انرژی بیش از حد سریع از طریق ارتعاش. آنها همچنین ماهرانه جاذب رادیکال های آزاد کمک می کند که برای جلوگیری از آسیب به سلول های.

یک نوع مشابه از انتقال انرژی مشاهده شده در باکتری پروتئین ها که مربوط به کلروفیل اما تا به حال آن دیده شده بود در گیاهان است. یکی از دلایلی که چرا این سخت است برای مشاهده این پدیده است که در آن رخ می دهد بسیار سریع مقیاس زمان (femtoseconds یا quadrillionths دوم). مانع دیگری است که انتقال انرژی دهانه طیف گسترده ای از سطوح انرژی است. تا زمانی که به تازگی روشهای موجود برای رعایت این فرایند می تواند تنها به اندازه یک نوار از طیف نور مرئی است.

در سال 2017 Schlau-کوهن و آزمایشگاه طراحی و توسعه یک اصلاح به فمتوثانيه spectroscopic روش است که اجازه می دهد تا آنها را به نگاه در یک محدوده وسیع تری از سطح انرژی پوشا قرمز به آبی رنگ نور است. این بدان معنی است که آنها می تواند نظارت بر انتقال انرژی بین کلروفیل است که جذب نور قرمز و کاروتنوئیدها که جذب آبی و سبز روشن.

در این مطالعه محققان با استفاده از این روش نشان می دهد که فوتون حرکت از یک حالت هیجان زده است که گسترش بیش از چند مولکول کلروفیل در نور-برداشت پیچیده به نزدیکی کاروتنوئید مولکول در درون پیچیده است.

“با گسترش پهنای باند طیفی ما می تواند در ارتباط بین آبی و قرمز محدوده ما اجازه می دهد به نقشه از تغییرات در سطح انرژی. شما می توانید انرژی در حال حرکت از یک حالت هیجان زده به دیگری” Schlau-کوهن می گوید.

هنگامی که کاروتنوئیدها پذیرش بیش از حد انرژی و انتشار آنها بیشتر از آن به عنوان گرما و جلوگیری از نور ناشی از آسیب به سلول های.

افزایش محصول

این محققان با انجام آزمایش های خود را در دو محیط مختلف — است که در آن پروتئین ها در یک راه حل مواد شوینده و یکی که در آن جاسازی شده بودند در یک نوع خاص از خود مونتاژ غشاء و فرآیندهای غشایی به نام nanodisc. آنها دریافتند که انتقال انرژی رخ داده است با سرعت بیشتری در nanodisc نشان می دهد که شرایط محیطی بر میزان اتلاف انرژی.

آن را یک راز باقی مانده دقیقا چگونه بیش از حد نور خورشید باعث این مکانیزم در داخل سلول های گیاهی. Schlau-کوهن آزمایشگاه در حال حاضر بررسی این که آیا این سازمان از کلروفیل و کاروتنوئیدها در داخل کلروپلاست ديده می شود غشاء نقش مهمی در فعال شدن زمان photoprotection سیستم.

درک بهتری از گیاهان طبیعی شدن زمان photoprotection سیستم می تواند به دانشمندان کمک کند توسعه راه های جدید برای بهبود محصول و بازده Schlau-کوهن می گوید. یک سال 2016 کاغذ از دانشگاه ایلینوی محققان نشان داد که کردن تولید بیش از حد همه پروتئین های درگیر در شدن زمان photoprotection محصول بازده می تواند افزایش 15 تا 20 درصد است. این مقاله همچنین پیشنهاد کرد که تولید می شود بیشتر افزایش یافته و به حداکثر نظری در حدود 30 درصد است.

“اگر ما درک مکانیسم به جای فقط upregulating همه چیز و گرفتن 15 تا 20 درصد ما واقعا می تواند در بهینه سازی سیستم و رسیدن به نظری که حداکثر 30 درصد” Schlau-کوهن می گوید.

این پژوهش با بودجه دولتی توسط دپارتمان انرژی ایالات متحده.

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.nettny.im