hranice pro mladé mysli

cukr vyrábí rostliny

dezert po obědě nebo čokoláda od našich prarodičů nás rozesměje. Je to proto, že naše mozky vyžadují jednu ze složek těchto sladkých potravin. Mluvíme o stolním cukru, který se také nazývá sacharóza. Sacharóza je vyrobena ze dvou jednodušších cukrů: glukózy a fruktózy. Ale odkud pochází glukóza? Na rozdíl od lidí a jiných zvířat mohou rostliny produkovat glukózu procesem známým jako fotosyntéza. Zelené části rostlin používají sluneční světlo, vodu a plynný oxid uhličitý ze vzduchu k produkci glukózy a kyslíku. Přitom rostliny produkují energii a zajišťují, že můžeme dýchat čerstvý vzduch bohatý na kyslík. Ale jak rostliny samy těží z fotosyntézy a produkce glukózy? Glukóza může být použita jako chemický stavební blok a jako dodavatel energie. Rostliny používají glukózu k životu a růstu. Pro rostliny i lidi je glukóza jako palivo pro stroj.

rostliny produkují cukr ve svých listech, ale tyto listy nechutnají sladce. Je to proto, že cukr nezůstává v listech. Rostliny používají k růstu cukr a mohou být také transportovány do kořenů, semen, stonků nebo ovoce pro skladování. Už jsme se dozvěděli, že cukr může existovat jako jednoduché cukry, jako je glukóza nebo fruktóza, nebo jako dvojitý cukr, jako sacharóza. Existují však také cukry, ve kterých jsou tisíce molekul cukru spojeny dohromady a tvoří obrovskou jednotku, jako je škrob. Všechny tyto různé cukry jsou typem živin nazývaných sacharidy(Tabulka 1).

mnoho rostlin ukládá svůj cukr ve formě škrobu, jako jsou brambory. Jiní ukládají cukr ve formě fruktózy nebo glukózy do svého ovoce, jako jsou jablka a pomeranče. Některé rostliny uchovávají vysoké koncentrace sacharózy. Rostliny s vysokým obsahem sacharózy se pěstují pro stolní cukr, který používáme k výrobě našich lahodných sladkostí. Celosvětově jsou cukrová řepa a cukrová třtina hlavními plodinami, které produkují cukr. Cukrová třtina potřebuje k růstu teplé teploty (25-30°C), takže se tato plodina pěstuje v subtropických a tropických oblastech, jako je Brazílie a Indie. Dnes je cukrová řepa hlavní plodinou pro výrobu cukru v mírném podnebí (15-25°C), zejména v západní, střední a východní Evropě, stejně jako ve Spojených státech, Číně a Japonsku.

světlo, oxid uhličitý a voda: zdroje energie a sladkosti

pro fotosyntézu jsou důležité zelené části rostlin. Listy jsou zelené, protože obsahují struktury zvané chloroplasty, které mají zelený pigment, nazývaný chlorofyl (Obrázek 1). Fotosyntéza má dva hlavní kroky. V prvním kroku svítí na listy sluneční světlo a světelná energie je shromažďována chlorofylem v chloroplastech. Shromážděná světelná energie se přemění na chemickou energii a uloží se do molekul ukládajících energii. Kyslík je také produkován během tohoto procesu a je uvolňován rostlinami . Ve druhém kroku fotosyntézy vstupuje oxid uhličitý ze vzduchu do listů velmi malými otvory. Pomocí dříve uložené chemické energie chloroplasty přeměňují oxid uhličitý na glukózu . Fruktóza se také vyrábí během tohoto kroku. Glukóza se pak kombinuje s fruktózou za vzniku sacharózy.

co je to cukrová řepa?

lidé vždy našli látky, které sladí jídlo. Ale v chladném podnebí byl cukr po mnoho let luxusním produktem. V roce 1747 německý chemik Andreas Sigismund Marggraf zjistil, že řepa produkuje stejný cukr jako cukrová třtina. Jeho student vyvinul technický proces extrakce cukru z řepy. První cukrovar byl zprovozněn v roce 1802. Brzy bylo po celé Evropě postaveno mnoho cukrovarů.

rostlina cukrové řepy (latinsky nazývaná Beta vulgaris) má jasně zelené listy v růžovém vzoru a kuželovitý, bílý, masitý kořen (Obrázek 2). Kořen řepy je skladovací orgán obsahující 75% vody, ~20% cukru a strukturální složky, které se nazývají buničina.

pěstování cukrové řepy

pěstování plodin může vypadat jednoduše, ale to není pravda, pokud chcete pěstovat plodiny dostatečně velké, aby nakrmily mnoho lidí. Podívejme se na to, jak se pěstuje cukrová řepa (obrázek 3). Naše cesta začíná semenem cukrové řepy. Semena se vysévají, jakmile se půda zahřeje, obvykle v březnu/dubnu. Jedno semeno cukrové řepy se přirozeně vyvíjí do mnoha rostlin. Až do sedmdesátých let bylo nutné nepotřebné rostliny odstranit ručně, aby řepa nebyla příliš přeplněná, což byla namáhavá a časově náročná práce. Poté měli chovatelé rostlin průlom a zavedli semena, která produkují pouze jednu sadbu. Chovatelé semen, kteří vyrábějí semena cukrové řepy, potahují semena pesticidy, které chrání sazenice před chorobami a škůdci. Potažené semeno cukrové řepy se nazývá pilulka a pilulky mají často různé barvy v závislosti na chovateli (obrázek 3A).

když semena klíčí, objeví se malé kořeny a dva listy semen, nazývané kotyledony (obrázek 3B). Od tohoto okamžiku musí být mladá rostlina cukrové řepy chráněna před plevelem, protože plevele soutěží o sluneční světlo a půdní živiny. Zemědělci mohou plevel ovládat motykou nebo mohou používat herbicidy, což jsou chemikálie, které plevel zabíjejí. Pokud zemědělec nekontroluje plevele, malá řepa bude předjížděna a výnos plodiny může být snížen až o 80% . Řepa nemusí bojovat pouze proti konkurenčním plevelům. Jsou také napadeni hmyzem. Hmyz napadající řepu lze rozdělit do dvou skupin: ty, které přímo poškozují rostlinu, a ty, které přenášejí virová onemocnění. Například zelená broskvová mšice (Myzus persicae) může přenášet virus způsobující žloutnutí listů cukrové řepy, což inhibuje fotosyntézu a snižuje produkci cukru.

řepa musí být chráněna proti houbovým chorobám

poté, co rostlina cukrové řepy vyvinula devět nebo více listů, vytvoří se „řepa“ nebo podzemní skladovací orgán. Sacharóza produkovaná v listech je uložena v řepě. Čím je léto slunečnější, tím více cukru lze vyrobit fotosyntézou. Během této doby musí být listy chráněny před houbovými chorobami, protože fotosyntézu mohou provádět pouze zdravé listy. Nejrozšířenější a destruktivní onemocnění listů cukrové řepy je způsobeno houbou s latinským názvem Cercospora beticola. Zpočátku jsou viditelné pouze malé kruhové tmavé skvrny s načervenalým okrajem, ale houba produkuje toxickou látku, která ničí listovou tkáň a nakonec zabíjí velké plochy nebo dokonce celé listy. Houba používá mrtvou tkáň jako zdroj výživy . Nemoc může být snížena pěstováním cukrové řepy pouze každé 3 roky a pěstováním dalších rostlin, jako jsou obiloviny, v letech mezi nimi . Tato technika se nazývá střídání plodin. Zemědělci mohou také používat nové odrůdy cukrové řepy tolerantní k Cercosporu, které mohou lépe tolerovat nemoc . Pokud houba již vážně napadla cukrovou řepu, mohou být na rostliny nastříkány fungicidy, což jsou chemické látky, které chrání rostliny před napadením houbami. Vědci zkoumají nové technologie ke snížení používání fungicidů. Například pomocí speciálních kamer a počítačových systémů lze choroby rostlin předvídat mnohem dříve, než mohou pouhým okem, a zemědělci mohou používat fungicidy cílenějším způsobem . To je také důležité pro ochranu prospěšných zvířat, která mají stanoviště v polích cukrové řepy, jako je peewit, další ptáci hnízdící na zemi, zajíci nebo králíci a hmyz jako brouci, jako je lady beetle. Cukrová řepa však nekvete, když se pěstuje pro výrobu cukru, a proto pole cukrové řepy nejsou atraktivní pro med, divoké nebo čmeláky.

sklizeň a extrakce cukru

na podzim, kdy rostliny rostou, začíná sklizeň cukrové řepy. Listy cukrové řepy jsou odstraněny a řepa je zvedána z půdy kombajny řepy, z nichž mnohé mohou sklízet šest řádků současně (obrázek 3E). Listy zůstávají na poli jako přírodní hnojivo. Cukrová řepa se shromažďuje v hromadě, nazývané řepná svorka (obrázek 3F), kde čekají na zpracování. Cukrová řepa se postupně sklízí a přepravuje do továren, aby továrny mohly během této doby nepřetržitě přijímat a zpracovávat cukrovou řepu. V továrnách se cukr extrahuje z řepy pomocí vody, vápna, tepla a znalostí fyziky. V průměru je zapotřebí šest až sedm cukrové řepy k výrobě 1 kg cukru (~2.2 lbs), což je plocha plodiny asi 1 m2.

dnes se téměř všechny složky rostlin cukrové řepy používají v udržitelném uzavřeném kruhu. Kromě cukru zahrnují další produkty vyrobené z cukrové řepy krmivo pro zvířata, bioethanol a bioplyn.

Co Jsme Se Naučili?

v tomto článku jste se dozvěděli hodně o cukrové řepě: jak rostou, jak produkují cukr, škůdci a nemoci, kterým čelí, a jak jsou sklizeny. Pěstování cukrové řepy je nesmírně důležité, protože poskytuje ~32% světové produkce stolního cukru a je to jediná plodina s vysokým obsahem sacharózy, kterou lze pěstovat v mírných oblastech.

Glosář

fotosyntéza: proces zelené rostliny používají k výrobě energie ve formě cukru ze slunečního světla, vody a oxidu uhličitého.

Chloroplast: Malé struktury uvnitř listů, které provádějí fotosyntézu.

chlorofyl: pigmenty uvnitř chloroplastů, které absorbují světelnou energii ze slunečního světla.

pesticidy: látky používané k ochraně plodin proti plevelům, houbovým patogenům a škůdcům.

pilulka: osivo cukrové řepy, které je potaženo vrstvou různých látek, zejména k ochraně sazenic před chorobami a škůdci.

kotyledon: první dva listy, které se po setí vynoří ze semene.

Řepa Svorka: Hromada sebrané a vyčištěné cukrové řepy, bez listů, obvykle na hranici pole.

střet zájmů

autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být vykládány jako potenciální střet zájmů.

poděkování

autoři děkují Maximilianu Müllenderovi za pečlivou korekturu rukopisu a užitečné komentáře.

Eberhard, s., Finazzi, G., and Wollman, F.-a. 2008. Dynamika fotosyntézy. Annu. Reverend Genet. 42:463–515. doi: 10.1146 / annurev.genete.42.110807.091452

Cousens, R. 1985. Jednoduchý model týkající se ztráty výnosu s hustotou plevelů. Anna. Appl. Biol. 107:239–52. doi: 10.1111 / j. 1744-7348.1985.tb01567.x

Weiland, J., and Koch, G.2004. Choroba skvrnitých listů cukrové řepy (Cercospora beticola Sacc.). Molo. Rostlinný Patol. 5:157–66. doi: 10.1111 / j. 1364-3703. 2004. 00218.x

Mahlein, a. – k., Kuska, M. T., Behmann, J., Polder, G., and Walter, A. 2018. Hyperspektrální senzory a zobrazovací technologie ve fytopatologii: stav techniky. Anna. Rev. Phytopathol. 56:535–58. doi: 10.1146 / annurev-phyto-080417-050100