Forbedret fotosyntese en vej til get udbytte Poul

Forbedret fotosyntese – en vej til øget udbytte Poul Erik Jensen Laboratorium for Molekylær Plantebiologi Plantekongres 2008 Dias

Udbytte potentiale Væksten i udbyttet de sidste 50 år skyldes for 50% vedkommende arvelige forbedringer – dvs forædling. De øvrige 50% skyldes gødning, mekanisering og pesticider. Plantekongres 2008 Dias 2

Begrænsninger Målet er et øget udbytte uden yderligere input af vand, gødning og pesticider. Lidt populært sagt: Udbytteforøgelsen skal ”. . indad vindes”! Plantekongres 2008 Dias 3

Øget udbytte bestemmes af fotosyntese minus respiration – dvs effektiviteten hvormed det absorberede lys omsættes til biomasse fratrukket tab i respirationen. Plantekongres 2008 Dias 4

Fotosyntese 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 1. Lyshøstning 2. Omdannelse 3. Transport og lagring Plantekongres 2008 Dias 5

Hvad er begrænsende? Lyshøstning/omdannelse eller transport/lagring Det er Lyshøstning (1)/ omdannelse (2). Eller øget lyshøstning bevirker øget transport/lagring (3). Plantekongres 2008 Dias 6

Lysudnyttelse Maximalt 0. 051% af sollyset kan omsættes til biomasse! I praksis har man observeret 0. 035% udnyttelse. – Udbyttet kan derfor øges med tæt på 50% hvis vi kan forbedre lysudnyttelsen. Plantekongres 2008 Dias 7

Lysmætning Mulige forbedringer af lysudnyttelsen: X Y Ændre på Rubisco Forbedret Calvin cyklus C 4 fotosyntese i C 3 planter Forbedret bladvinkel 5 -60% 0 -20% 2 -35% 0 -40% Undgå fotoinhibering (øget stress tolerance) og hurtigere genopretning efter fotoinhibering 6 -40% Optimering af lyshøstning ved ikke-mættende lysforhold Mindsket respiration (Emnet for næste foredrag) Plantekongres 2008 Dias 8 ? ? (Long et al. , Plant, Cell and Environment 29, 2006)

Variation i lysindstråling (Kulheim et al. , Science 297, 2002) Ofte forløber fotosyntesen under begrænsende lys! Plantekongres 2008 Dias 9

LHCII Optimering af fotosyntese under begrænsende lys – state transitions Stroma PSII P 680 H 2 O PQ PQH 2 O 2+H + PSI Cyt bf P 700 Lumen Pc - Omfordeling af antennen mellem de to fotosystemer H 2 O PQ PQH 2 O 2+ H+ Plantekongres 2008 Dias 10 P Stroma PSI P 700 Lumen Uden state transition: 10 -20% færre frø i modelplanter. LHCII PSII P 680 Fotosystem I Cyt bf Pc (Lunde et al. , Nature 408, 2000; Jensen et al. , JBC 279, 2004)

Et fotosystem I superkompleks LHCII Stroma H 2 O PSII P 680 PQ PQH 2 PSI Cyt bf P 700 Lumen O 2+H+ Pc H 2 O PSII PQ P 680 PQH 2 PSI P 700 Cyt bf O 2+ H+ Plantekongres 2008 Dias 11 LHCII P Stroma Lumen Pc (Kouril et al. , Biochemsitry 44, 2005)

Konklusion 1. State transition er vigtig under ikke-mættende lysforhold hvor også lyskvaliteten varierer. - kan hurtigere eller øget state transition resultere i øget eller stabiliseret udbytte? 2. Ved mættende og kraftigere lysforhold er øget stress tolerance vigtig. - vil øget stress beredskab øge udbyttet? 3. Under vedvarende kraftige lysforhold indtræder fotoinhibering. - øget udbytte som følge af øget fotobeskyttelse (xanthofyl kapacitet) er allerede påvist i ris. Plantekongres 2008 Dias 12

Tak til: PSI-gruppen v. Laboratorium for Molekylær Plantebiologi: Anastassia Khrouchtchova Anne Stenbæk Christina Lunde Anna Haldrup Henrik Vibe Scheller Groningen Universitet: Egbert Boekema Amsterdam Universitet: Jan Dekker Poul Erik Jensen Tak for jeres opmærksomhed! Plantekongres 2008 Dias 13