Abstract
planter producerer sukker og ilt i en proces kaldet fotosyntese ved hjælp af sollys, vand og kulsyre. Dette er en vigtig proces på jorden, da den fjerner kulsyre fra luften og giver mad til os. Fotosyntese sker i små rum i plantecellerne, kaldet kloroplaster. I en totrinsproces opnår planter kemisk energi fra sollys. Den opsamlede energi bruges i en anden reaktion til at producere sukkerglukosen. Glukose kombineres med fructose, som er frugtsukker, for at skabe saccharose, vores velkendte bordsukker. Sukkerroer tager ~7 måneder at vokse og give ~32% af verdens bordsukkerproduktion. Når de vokser, skal de beskyttes mod ukrudt og sygdomme. Når de er vokset tilstrækkeligt, kan sukkerroer høstes og forarbejdes på en sukkerfabrik for at få bordsukker.
sukker produceres af planter
en dessert efter frokost eller chokolade fra vores bedsteforældre får os til at smile. Dette skyldes, at vores hjerner kræver en af ingredienserne i disse søde fødevarer. Vi taler om bordsukker, som også kaldes saccharose. Saccharose er lavet af to enklere sukkerarter: glucose og fructose. Men hvor kommer glukose fra? I modsætning til mennesker og andre dyr kan planter producere glukose gennem en proces kendt som fotosyntese. De grønne dele af planter bruger sollys, vand og gas kulilte fra luften til at producere glukose og ilt. Dermed producerer planterne energi og sikrer, at vi kan indånde frisk, iltrig luft. Men hvordan drager planter selv fordel af fotosyntese og produktion af glukose? Glukose kan bruges som en kemisk byggesten og som energileverandør. Planter bruger glukose til at leve og vokse. For både planter og mennesker er glukose som brændstof til en maskine.
planter producerer sukker i deres blade, men disse blade smager ikke sødt. Det skyldes, at sukkeret ikke forbliver i bladene. Planter bruger sukker til at vokse, og det kan også transporteres til rødder, frø, stilke eller frugter til opbevaring. Vi lærte allerede, at sukker kan eksistere som enkle sukkerarter, som glukose eller fruktose, eller som et dobbelt sukker, som saccharose. Men der er også sukkerarter, hvor tusinder af sukkermolekyler er bundet sammen for at danne en enorm enhed, som stivelse. Alle disse forskellige sukkerarter er en type næringsstoffer kaldet kulhydrater (tabel 1).
- tabel 1-Nogle former for kulhydrater i planter.
mange planter opbevarer deres sukker i form af stivelse, som kartofler. Andre opbevarer sukker i form af fruktose eller glukose i deres frugter, som æbler og appelsiner. Nogle planter opbevarer høje koncentrationer af saccharose. Planter med høj saccharose dyrkes til det bordsukker, vi bruger til at fremstille vores lækre slik. På verdensplan er sukkerroer og sukkerrør de vigtigste afgrøder, der producerer sukker. Sukkerrør har brug for varme temperaturer (25-30 kg C) for at vokse, så denne afgrøde dyrkes i subtropiske og tropiske regioner, som Brasilien og Indien. I dag er sukkerroer den vigtigste afgrøde til sukkerproduktion i tempererede klimaer (15-25 kg C), især i Vest -, Central-og Østeuropa såvel som i USA, Kina og Japan.
lys, kulsyre og vand: kilderne til energi og sødme
til fotosyntese er de grønne dele af planter vigtige. Bladene er grønne, fordi de indeholder strukturer kaldet kloroplaster, som har et grønt pigment, kaldet chlorophyll (Figur 1). Fotosyntese har to hovedtrin. I det første trin skinner sollys på bladene, og lysenergien opsamles af klorofylen i kloroplasterne. Den indsamlede lysenergi omdannes til kemisk energi og opbevares i energilagringsmolekyler. Ilt produceres også under denne proces og frigives af planterne . I det andet trin af fotosyntese kommer kulsyre fra luften ind i bladene gennem meget små åbninger. Ved hjælp af den tidligere lagrede kemiske energi omdanner kloroplasterne kulsyre til glukose . Fructose produceres også under dette trin. Glucose kombineres derefter med fructose for at skabe saccharose.
- Figur 1-en forenklet illustration af fotosyntese.
- inde i kloroplasterne i blade omdannes lys, vand (H2O) og kulsyre (CO2) til energi og sukker (glukose). Ved hjælp af vand omdannes sollys til energilagrende molekyler i plantecellerne. Energien fra disse molekyler bruges derefter til at skabe glukose fra CO2.
Hvad er en sukkerroer?
folk har altid fundet stoffer til at sød mad. Men i kølige klimaer var sukker luksusprodukt i mange år. I 1747 opdagede den tyske kemiker Andreas Sigismund Marggraf, at rødbeder producerer det samme sukker som sukkerrør. Hans studerende udviklede en teknisk proces til at udvinde sukkeret fra rødbeder. Den første sukkerfabrik blev operationel i 1802. Snart blev mange sukkerfabrikker bygget over hele Europa.
sukkerroeplanten (kaldet Beta vulgaris på Latin) har lyse grønne blade i et rosetmønster og en kegleformet, hvid, kødfuld rod (figur 2). Roeroden er opbevaringsorganet, der indeholder 75% vand, ~20% sukker og strukturelle komponenter, der kaldes papirmasse.
- figur 2-fuldt udviklet sukkerroer.
- den underjordiske del er opbevaringsorganet, kaldet taproot, som har hårede rødder til at absorbere vand og næringsstoffer. Den overliggende del består af løvet, som indeholder adskillige blade arrangeret i et rosetlignende mønster.
dyrkning af sukkerroer
dyrkning af afgrøder kan se simpelt ud, men det er ikke sandt, hvis du vil dyrke afgrøder, der er store nok til at fodre mange mennesker. Lad os se på, hvordan sukkerroer dyrkes (figur 3). Vores rejse starter med sukkerroefrø. Frøene sås, når jorden er varmet op, normalt i marts / April. Et sukkerroefrø udvikler sig naturligt til mange planter. Indtil 1970 ‘ erne skulle de unødvendige planter fjernes manuelt, så roerne ikke var for overfyldte, hvilket var anstrengende og tidskrævende arbejde. Derefter havde planteopdrættere et gennembrud og introducerede frø, der kun producerer en enkelt frøplante. Frøopdrættere, der fremstiller sukkerroefrø, belægger frøene med pesticider, der beskytter kimplanter mod sygdomme og skadedyr. Det overtrukne sukkerroefrø kaldes pillen, og pillerne har ofte forskellige farver afhængigt af opdrætteren (figur 3a).
- figur 3-dyrkning af sukkerroer.
- (a) om foråret sås sukkerroefrø (vist her som piller, som er frø, der hovedsageligt er belagt med stoffer for at beskytte kimplanten mod sygdomme og skadedyr) i træk. (B, C) unge sukkerroerplanter dukker op og vokser. (D) når ni eller flere blade har udfoldet sig, dannes en taproot og vokser under jorden for at opbevare sukkeret. I løbet af denne “vækstperiode” skal især svampeparasitter kontrolleres, hvilket kan hæmme fotosyntesen. E) i vest-og Centraleuropa høstes roerne fra September. (F) roer opbevares som en bunke kaldet en klemme på markgrænsen, indtil de bringes til en fabrik til sukkerekstraktion. Langs bunden kan du se trinene i sukkerroedyrkning til sukkerproduktion og tidsperioden, hvilket er virkelig vigtigt at beskytte sukkerroer mod, ukrudt, insekter og svampeparasitter.
når frøene spirer, dukker små rødder og to frøblade, kaldet cotyledoner, op (figur 3b). Fra dette tidspunkt skal den unge sukkerroeplante beskyttes mod ukrudt, fordi ukrudt konkurrerer om sollys og jordnæringsstoffer. Landmænd kan kontrollere ukrudtet med en hakke eller kan bruge herbicider, som er kemikalier, der dræber ukrudtet. Hvis landmanden ikke kontrollerer ukrudtet, vil de små rødbeder blive overhalet, og afgrødeudbyttet kan reduceres med op til 80% . Rødbeder behøver ikke kun at kæmpe mod konkurrerende ukrudt. De er også angrebet af insekter. Beet-angribende insekter kan opdeles i to grupper: dem, der direkte beskadiger planten og dem, der overfører virussygdomme. Den grønne ferskenbladlus (Mysus persicae) kan for eksempel overføre en virus, der forårsager gulning af sukkerroebladene, hvilket hæmmer fotosyntese og reducerer sukkerproduktionen.
rødbeder skal beskyttes mod svampesygdomme
efter at sukkerroeplanten har udviklet ni eller flere blade, dannes “sukkerroer” eller underjordisk opbevaringsorgan. Saccharose produceret i bladene opbevares i sukkerroer. Jo sunnere sommeren er, jo mere sukker kan produceres via fotosyntese. I løbet af denne tid skal bladene beskyttes mod svampesygdomme, fordi kun sunde blade kan udføre fotosyntese. Den mest udbredte og destruktive sygdom af sukkerroer er forårsaget af en svamp med det latinske navn Cercospora beticola. Først er kun små cirkulære mørke pletter med en rødlig kant synlige, men svampen producerer et giftigt stof, der ødelægger bladvævet og ender med at dræbe store områder eller endda hele blade. Svampen bruger det døde væv som ernæringskilde . Sygdommen kan reduceres ved kun at dyrke sukkerroer hvert 3 .år og dyrke andre planter, som korn, i årene imellem. Denne teknik kaldes afgrøde. Landmænd kan også bruge nye Cercospora-tolerante sukkerroesorter, som bedre kan tolerere sygdommen . Hvis svampen allerede har angrebet sukkerroer alvorligt, kan fungicider, som er kemiske stoffer, der beskytter planter mod svampeangreb, sprøjtes på planterne. Forskere undersøger nye teknologier for at reducere brugen af fungicider. Ved at bruge specielle kameraer og computersystemer kan plantesygdommene forudsiges meget tidligere, end de kan med det blotte øje, og landmændene kan bruge fungicider på en mere målrettet måde . Dette er også vigtigt for at beskytte gavnlige dyr, der har et levested i sukkerroemarker, som peevit, andre fugle, der hekker på jorden, harer eller kaniner og insekter som biller, såsom lady beetle. Sukkerroerne blomstrer dog ikke, når de dyrkes til sukkerproduktion, og derfor er sukkerroefelter ikke attraktive for honning, vilde eller humlebier.
høst og ekstraktion af sukker
om efteråret, når planterne er færdige med at vokse, starter sukkerroehøsten. Bladene på sukkerroer fjernes, og rødbederne løftes fra jorden af roeoptagere, hvoraf mange kan høste seks rækker samtidigt (figur 3e). Bladene forbliver på marken som en naturlig gødning. Sukkerroerne samles i en bunke, kaldet en roeklemme (figur 3F), hvor de afventer forarbejdning. Sukkerroerne høstes gradvist og transporteres til fabrikker, så fabrikkerne løbende kan modtage og behandle sukkerroer i løbet af denne tid. I fabrikkerne udvindes sukker fra roerne ved hjælp af vand, kalk, varme og viden om fysik. I gennemsnit er seks til syv sukkerroer nødvendige for at producere 1 kg sukker (~2,2 lbs), som er et afgrødeareal på ca.1 m2.
i dag bruges næsten alle komponenter i sukkerroeplanterne inden for en bæredygtig, lukket cirkel. Ud over sukker omfatter andre produkter fremstillet af sukkerroer dyrefoder, bioethanol og biogas.
Hvad Lærte Vi?
i denne artikel lærte du meget om sukkerroer: hvordan de vokser, hvordan de producerer sukker, de skadedyr og sygdomme, de står over for, og hvordan de høstes. Sukkerroedyrkning er ekstremt vigtig, fordi den giver ~32% af verdens bordsukkerproduktion, og det er den eneste afgrøde med høj saccharose, som kan dyrkes i tempererede regioner.
ordliste
fotosyntese: processen grønne planter bruger til at producere energi i form af sukker fra sollys, vand og kulsyre.
Chloroplast: Små strukturer inde i blade, der udfører fotosyntese.
klorofyl: pigmenter inde i kloroplaster, der absorberer lysenergien fra sollys.
pesticider: stoffer, der bruges til at beskytte afgrøder mod ukrudt, svampepatogener og skadedyr.
pille: sukkerroefrø, der er belagt med et lag af forskellige stoffer, hovedsageligt for at beskytte kimplanten mod sygdomme og skadedyr.
Cotyledon: de to første blade, der kommer ud af frøet efter såning.
Beet Clamp: Bunke af indsamlede og rensede sukkerroer, uden blade, normalt på markgrænsen.
interessekonflikt
forfatterne erklærer, at forskningen blev udført i mangel af kommercielle eller økonomiske forhold, der kunne fortolkes som en potentiel interessekonflikt.
anerkendelser
forfatterne takker Maksilian m Kurtllender for omhyggelig korrekturlæsning af manuskriptet og nyttige kommentarer.
Eberhard, S., Finashi, G. og Vollman, F.-A. 2008. Dynamikken i fotosyntese. Annu. Pastor Genet. 42:463–515. doi: 10.1146 / annurev.genet.42.110807.091452
Cousens, R. 1985. En simpel model vedrørende udbyttetab til ukrudtstæthed. Ann. Appl. Biol. 107:239–52. doi: 10.1111 / j. 1744-7348.1985.tb01567.
J. og Koch, G. 2004. Sukkerroeblad plet sygdom (Cercospora beticola Sacc.). Mol. Plant Pathol. 5:157–66. doi: 10.1111 / j. 1364-3703.2004. 00218.1231>
Mahlein, A.-K., Kuska, M. T., Behmann, J., Polder, G., og Valter, A. 2018. Hyperspektrale sensorer og billeddannelsesteknologier inden for fytopatologi: state of the art. Ann. Rev. Phytopathol. 56:535–58. doi: 10.1146 / annurev-phyto-080417-050100