Plantekongres 2008 Dias 1 Forbedret fotosyntese – en vej til øget udbytte Poul Erik Jensen Laboratorium for Molekylær Plantebiologi

Plantekongres 2008 Dias 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.

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

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

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

Plantekongres 2008 Dias 6 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 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.

Plantekongres 2008 Dias 8 Lysmætning XY (Long et al., Plant, Cell and Environment 29, 2006) Mulige forbedringer af lysudnyttelsen: Ændre på Rubisco5-60% Forbedret Calvin cyklus 0-20% C4 fotosyntese i C3 planter2-35% Forbedret bladvinkel0-40% 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 9 Variation i lysindstråling (Kulheim et al., Science 297, 2002) Ofte forløber fotosyntesen under begrænsende lys!

Plantekongres 2008 Dias 10 Optimering af fotosyntese under begrænsende lys – state transitions O2+H+O2+H+ - Omfordeling af antennen mellem de to fotosystemer Stroma Lumen Pc PSI Cyt bf PQH 2 P700 PSII H2OH2O O2+H+O2+H+ P680 PQ LHCII Stroma Lumen Pc PSI Cyt bf PQH 2 P700 PSII H2OH2O P680 PQ LHCII P (Lunde et al., Nature 408, 2000; Jensen et al., JBC 279, 2004) Fotosystem I Uden state transition: 10-20% færre frø i modelplanter.

Plantekongres 2008 Dias 11 Stroma Lumen Pc PSI Cyt bf PQH 2 P700 PSII H2OH2O O2+H+O2+H+ P680 PQ LHCII Stroma Lumen Pc PSI Cyt bf PQH 2 P700 PSII H2OH2O O 2 + H + P680 PQ LHCII P (Kouril et al., Biochemsitry 44, 2005) Et fotosystem I superkompleks

Plantekongres 2008 Dias 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.

Plantekongres 2008 Dias 13 Tak for jeres opmærksomhed! 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 Tak til: