Forbedret fotosyntese – en vej til øget udbytte

1. Forbedret fotosyntese – en vej til øget udbytte Poul Erik Jensen Laboratorium for Molekylær Plantebiologi

2. 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.

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

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

5. Fotosyntese 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 • Lyshøstning • Omdannelse • Transport og lagring

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

7. 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 lys-udnyttelsen.

8. X Y Lysmætning Mulige forbedringer af lysudnyttelsen: Ændre på Rubisco 5-60% Forbedret Calvin cyklus 0-20% C4 fotosyntese i C3 planter 2-35% Forbedret bladvinkel 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) (Long et al., Plant, Cell and Environment 29, 2006)

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

10. Stroma PQ PSI PSII LHCII Cyt bf P680 P700 PQH2 Lumen H2O O2+H+ Pc - Omfordeling af antennen mellem de to fotosystemer Stroma P PSII PQ PSI LHCII Cyt bf P680 P700 PQH2 Lumen H2O O2+ H+ Pc Optimering af fotosyntese under begrænsende lys – state transitions Fotosystem I • Uden state transition: • 10-20% færre frø i modelplanter. (Lunde et al., Nature 408, 2000; Jensen et al., JBC 279, 2004)

11. Stroma PQ PSI PSII LHCII Cyt bf P680 P700 PQH2 Lumen H2O O2+H+ Pc Stroma P PSII PQ PSI LHCII Cyt bf P680 P700 PQH2 Lumen H2O O2+ H+ Pc Et fotosystem I superkompleks (Kouril et al., Biochemsitry 44, 2005)

12. 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.

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