گیاهان چگونه به تغییر اقلیم واکنش نشان خواهند داد؟

مطالعات دیرینه شناسی حاکی است غلظت گاز کربنیک موجود در اتمسفر از حدود 150 هزار سال تاکنون بین 200 تا 300 پی پی ام در نوسان بوده است و در هزار سال اخیر نیز غلظت آن تقریبا 280 پی پی ام بوده است. از سال 1850 میلادی با شروع انقلاب صنعتی و بدلیل استفاده بی رویه از سوختهای فسیلی، تخریب اراضی و جنگل زدایی مخصوصات در نواحی حاره بارانی، میزان گاز کربنیک بصرت نمائی شروع به افزایش نمود بطوریکه در سال 1990 به بیش از 325 پی پی ام رسید. کلیه گیاهان اعم از پست و عالی، گاز کربنیک را در مرحله تاریکی فتوسنتز، از طریق مکانیسم یکسانی تحت عنوان چرخه احیاء کربن (PCR) به هیدراتهای کربن احیاء می کنند. درگیاهان سه کربنه، آنزیم را بیسکو علاوه بر کاتالیز واکنش گاز کربنیک با RUBP، کاتالیزور واکنش RUBP با اکسیژن نیز می باشد. در این حالت، بجای تثبیت گاز کربنیک و تشکیل دو مولکول اسید 3- فسفتو گلیسریک، یک ملکول اسید 3- فسفوگلیسریک یک مولکول اسید فسفوگلیکولیک تشکیل می شود. ترکیب RUBP با اکسیژن یا تنفس نوری نه تنها باعث هدر رفتن یک مولکول رابیسکو می شود ، بلکه یک مولکوی گاز کربنیک را هم که قبلا تثبیت شده، ازاد می کند. همین مسئله باعث پایین آمدن راندمان فتوسنتز در گیاهان سه کربنه، در غلظت معمولی گاز کربنیک می شود. تنفس نوری باعث می شود که فتوسنتز درگیاهان سه کربنه در غلظت 35 تا 45 پی پی ام و در گیاهان چهار کربنه در غلظت 0 تا 5 پی پی ام گاز کربنیک، به نقطه جبرانی برسد. از طرفی گیاهان چهارکربنه در غلظت حدود 400 پی پی ام و حتی برخی از آنها در غلظت فعلی گاز کربنیک واکنش نشان میدهند. بنابراین با توجه به اینکه غلظت فعلی گاز کربنیک کمتر از حد مطلوب گیاهان است، در مجموع می توان انتظار داشت که افزایش آن باعث ازدیاد تولید در هر دو گروه مخصوصا گیاهان سه کربنه شود. از طرفی دیگر افزایش غلظت گاز کربنیک از طریق تشدید اثر گلخانه ای، ازدیاد دما را بدنبال دارد. افزایش دما موجب کاهش حلالیت اکسیژن و گاز کربنیک در آب شده و شدن این کاهش برای گاز کربنیک بیشتر است. همچنین افزایش دما با کاهش میل ترکیبی رابیسکو با گاز کربنیک موجب افزایش تنفس نوری می شود. به همین دلیل تاثیر مثبت افزایش گاز کربنیک بر فتوسنتز در دمای بالا بیش از دمای پایین است، همچنین تاثیر آن بر گونه های سه کربنه مناطق گرمسیری بیش از سایر مناطق خواهد بود. تاثیر مثبت افزایش شدت تشعشع بر فتوسنتز نیز در غلظتهای بالاتر گاز کربنیکک بیش از غلظتهای پایین است. همنی امر باعث می شود که در محیطهایی که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت گازکربنیک بیش از غلظتهای پائین است. همین امر باعث می شود که در محیطهای که تشعشع زیاد است اثر افزایش غلظت در گاز کربنیک بر فتوسنتز بیشتر باشد. عقیده بر این است که در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای پایین گاز کربنیک، محدودیت گاز کربنیک و در غلظتهای بالاتر، تجدید RUBP عامل محدود کننده فتوسنتز است. قابلیت تجدید RUBP خود متاثر از ظرفیت انتقال الکترون بوده و لذا مستقیما تحت تاثیر شدت تشعشع جذب شده قرار می گیرد. یکی از امیتازات گیاهان چهارکربنه در دما و نور زیاد برتری راندمان مصرف آب (WUE) است. در یک مقاومت روزنه ای معین، مقدار خروج آب بیشتر از ورودگار کربنیک است، چون اولاً همواره اختلاف غلظت بخار آب درون و بیرون گیاه بیش از اختلاف غلظت گاز کربنیک است. ثانیاً در مسیر خروج آب، مقاومتهای کمتری نسبت به مسیر ورودگاز کربنیک وجود دارد.با افزایش غلظت گاز کربنیک محیط، هدایت روزنه ای در گیاهان سه کربنه کاهش می یابد (این گیاهان نیازی به باز کردن بیش از حد روزنه های خود ندارد) و این امر اثر بازدارندگی بیشتری بر خروج آب نسبت به ورود گاز کربنیک دارد. در نتیجه منجر به افزایش راندمان مصرف آب می شود. از طرفی دیگر افزایش فتوسنتز، مخصوصا در گیاهان سه کربنه موجب توسعه سطح برگ می شود که افزایش تعرق را بدنبال دارد. همچنین افزایش دما منجر به ازدیاد دمای برگ و نیاز اتمسفری برای جذب رطوبت می شود. برخی از محققین معتقدند که مجموع این دو عامل ، تعرق و مصرف آب را افزاش داده و اثر مثبت افزایش غلظت گاز کربنیک بر راندمان مصرف آب را خنثی خواهد کرد.