Rijst is het basisvoedsel voor meer dan de helft van de wereldbevolking. Vanwege de groei van de wereldbevolking zou de rijstopbrengst tot 2050 met meer dan 50 procent moeten stijgen. In het C4-rijstproject probeert een internationaal samenwerkingsverband van wetenschappers een hogere opbrengst te realiseren door van de C3-rijstplant een C4-rijstplant te maken. Door veredeling is de opbrengst van de commerciële rijstrassen veel hoger dan die van de oorspronkelijke wilde rijst.
De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat het ombouwen van C3- naar C4-rijst zal lukken vóór 2040. Zij noemen als voordeel dat de teelt van C4-rijst ecologisch duurzamer is dan de teelt van C3-rijst omdat het leidt tot een efficiënter gebruik van land, stikstof (mest) en water. Eigenschappen van C4-rijst vergeleken met C3-rijst zijn: 1 De fotosynthesesnelheid blijft langer toenemen bij toenemende lichtintensiteit. 2 Er is minder rubisco nodig. 3 Bij deels gesloten huidmondjes is er meer diffusie van CO 2 .
Met een gratis account wordt je antwoord nagekeken per scorepunt, volgens het officiële correctievoorschrift. Wat je hier typt, blijft bewaard.
Rijst is het basisvoedsel voor meer dan de helft van de wereldbevolking. Vanwege de groei van de wereldbevolking zou de rijstopbrengst tot 2050 met meer dan 50 procent moeten stijgen. In het C4-rijstproject probeert een internationaal samenwerkingsverband van wetenschappers een hogere opbrengst te realiseren door van de C3-rijstplant een C4-rijstplant te maken. Door veredeling is de opbrengst van de commerciële rijstrassen veel hoger dan die van de oorspronkelijke wilde rijst.
Rijst is, net als de meeste planten, een C3-plant. Dat houdt in dat bij de fotosynthese na de CO 2 -fixatie er een tussenproduct (PGA) ontstaat dat uit drie koolstof-atomen (C3) bestaat. Het rendement van dit proces wordt beperkt doordat het daarbij betrokken enzym rubisco niet alleen bindt aan CO 2 , maar ook aan O 2 . Naarmate de relatieve concentratie van zuurstof stijgt, neemt de affiniteit van rubisco voor zuurstof toe en wordt, behalve PGA (glycerinezuur-3-fosfaat), ook PG (glycolzuur-2-fosfaat) gevormd. In een proces dat fotorespiratie wordt genoemd, wordt hieruit weer PGA gevormd, dat in de Calvin-cyclus verwerkt kan worden. In afbeelding 1 worden de Calvin-cyclus en de fotorespiratie schematisch weergegeven. afbeelding 1 Rijst wordt vooral verbouwd in de tropen. Bij een hoge omgevingstemperatuur sluiten de huidmondjes en neemt in het blad de fotorespiratie toe, waardoor het rendement van de fotosynthese in de plant kan halveren.
Het verband tussen de netto CO 2 -opname van een C3-plant en de temperatuur bij twee verschillende CO 2 -concentraties is weergegeven in afbeelding 2. afbeelding 2 Over deze gegevens worden de volgende beweringen gedaan: 1 Bij 30 ºC is een CO 2 -concentratie van 330 ppm beperkend voor de fotosynthese. 2 Tussen de 30 en 35 ºC raken enzymen bij een CO 2 -concentratie van 330 ppm minder snel beschadigd dan bij 1000 ppm CO 2 . 3 Bij 30 ºC is de zuurstofafgifte van bladcellen bij 1000 ppm CO 2 hoger dan bij 330 ppm CO 2 .
In de loop van de evolutie is bij enkele groepen planten een mechanisme ontstaan om het optreden van fotorespiratie te vermijden door opgenomen CO 2 vast te leggen in een C4-verbinding. Belangrijke C4-voedselgewassen zijn maïs en suikerriet. In C4-planten wordt fosfo-enolpyruvaat-decarboxylase (PEPC) gebruikt voor de fixatie van CO 2 . PEPC werkt sneller dan rubisco en heeft geen affiniteit voor zuurstof. Bij C4-planten zijn twee celtypen betrokken bij de fotosynthese: parenchymcellen en bundelschedecellen. In afbeelding 3 zijn processen van de fotosynthese in bladcellen van een C4-plant schematisch weergegeven. afbeelding 3 De indeling van C3- en C4-planten is gebaseerd op de eerste stabiele verbindingen die door fixatie van CO 2 uit de lucht gevormd worden.
Ook de bouw van de bladeren van C4-planten is aangepast. In C3-planten bevinden de chloroplasten zich nagenoeg alleen in parenchymcellen, maar in C4-planten bevatten ook de bundelschedecellen veel chloroplasten (afbeelding 4). Bundelschedecellen liggen rond de vaatbundels en de parenchymcellen liggen daar bij een C4-plant weer als een krans omheen. De buitenlaag van de bundelschede bevat kurkstof om diffusie van CO 2 te voorkomen. afbeelding 4 De chloroplasten in de bundelschedecellen bevatten geen fotosysteem II in de thylakoïden.
De groep wetenschappers wil rijst omvormen tot een C4-plant. In de loop van de evolutie is C4-fotosynthese vele malen onafhankelijk ontstaan, hetgeen er volgens de onderzoekers op wijst dat de stap van C3 naar C4 niet al te moeilijk is. In afbeelding 5 is een globaal stappenplan weergegeven dat moet leiden tot C4-rijst. afbeelding 5 De anatomische veranderingen in het stappenplan betreffen vooral de bouw van het blad. De onderzoekers maakten talrijke rijstmutanten en selecteerden daaruit de meest veelbelovende planten om de gunstige eigenschappen door gericht kruisen te stapelen. Verschillen in het bladweefsel van de verschillende rijstmutanten waren: 1 meer of minder vaatbundels per bladoppervlak 2 meer of minder bundelschedecellen om de vaatbundels 3 meer of minder chloroplasten in bundelschedecellen
De biochemische veranderingen in het stappenplan (afbeelding 5) hebben vooral betrekking op enzymen. Gebleken is dat veel enzymen van de C4-fotosynthese wel vóórkomen in C3-planten, maar op andere plaatsen. Het onderzoek richt zich daarom op regulatie van de genexpressie. Enkele factoren die genexpressie reguleren zijn: 1 aanwezigheid van activators 2 methylering van het DNA 3 RNA-interferentie
De onderzoekers zijn ervan overtuigd dat het ombouwen van C3- naar C4-rijst zal lukken vóór 2040. Zij noemen als voordeel dat de teelt van C4-rijst ecologisch duurzamer is dan de teelt van C3-rijst omdat het leidt tot een efficiënter gebruik van land, stikstof (mest) en water. Eigenschappen van C4-rijst vergeleken met C3-rijst zijn: 1 De fotosynthesesnelheid blijft langer toenemen bij toenemende lichtintensiteit. 2 Er is minder rubisco nodig. 3 Bij deels gesloten huidmondjes is er meer diffusie van CO 2 .
Aan welk van de verbeteringen in efficiëntie dragen deze eigenschappen elk in de eerste plaats bij? eigenschap 1 eigenschap 2 eigenschap 3 A landgebruik stikstofgebruik watergebruik B landgebruik watergebruik stikstofgebruik C stikstofgebruik landgebruik watergebruik D stikstofgebruik watergebruik landgebruik E watergebruik landgebruik stikstofgebruik F watergebruik stikstofgebruik landgebruik