absztrakt
a növények cukrot és oxigént termelnek a fotoszintézisnek nevezett folyamat során, napfény, víz és szén-dioxid felhasználásával. Ez egy fontos folyamat a Földön, mivel eltávolítja a szén-dioxidot a levegőből, és élelmet biztosít számunkra. A fotoszintézis a növényi sejteken belüli kis rekeszekben történik, úgynevezett kloroplasztok. Kétlépcsős folyamat során a növények kémiai energiát nyernek a napfényből. Az összegyűjtött energiát egy második reakcióban használják fel a cukor glükóz előállítására. A glükózt fruktózzal kombinálják, amely gyümölcscukor, hogy szacharózt, jól ismert asztali cukorunkat hozzuk létre. A cukorrépa ~7 hónapig tart, és a világ asztali cukortermelésének ~32% – át adja. Ahogy nőnek, védeni kell őket a gyomoktól és a betegségektől. Miután kellően megnőttek, a cukorrépát betakaríthatják és feldolgozhatják egy cukorgyárban, hogy asztali cukrot kapjanak.
a cukrot növények termelik
ebéd utáni desszert vagy nagyszüleink csokoládéja mosolyog. Az agyunk ugyanis megköveteli ezen édes ételek egyik összetevőjét. Asztali cukorról beszélünk, amelyet szacharóznak is neveznek. A szacharóz két egyszerűbb cukorból készül: glükózból és fruktózból. De honnan származik a glükóz? Ellentétben az emberekkel és más állatokkal, a növények képesek glükózt termelni a fotoszintézis néven ismert folyamat révén. A növények zöld részei napfényt, vizet és a levegőből származó szén-dioxidot használnak glükóz és oxigén előállítására. Ennek során a növények energiát termelnek, és biztosítják, hogy friss, oxigénben gazdag levegőt lélegezzünk be. De hogyan profitálnak maguk a növények a fotoszintézisből és a glükóz termeléséből? A glükóz kémiai építőelemként és energiaszolgáltatóként is használható. A növények glükózt használnak az élethez és a növekedéshez. Mind a növények, mind az emberek számára a glükóz olyan, mint egy gép üzemanyaga.
a növények cukrot termelnek a leveleikben, de ezek a levelek nem édesek. Ez azért van, mert a cukor nem marad a levelekben. A növények cukrot használnak a növekedéshez, és tárolásra a gyökerekhez, magokhoz, szárakhoz vagy gyümölcsökhöz is szállíthatók. Már megtanultuk, hogy a cukor létezhet egyszerű cukorként, például glükózként vagy fruktózként, vagy kettős cukorként, például szacharózként. De vannak olyan cukrok is, amelyekben több ezer cukormolekula kapcsolódik össze, hogy hatalmas egységet képezzenek, mint a keményítő. Mindezek a különböző cukrok egyfajta tápanyagok, az úgynevezett szénhidrátok (1.táblázat).
- 1. táblázat – a szénhidrátok bizonyos formái a növényekben.
sok növény tárolja a cukrot keményítő formájában, mint a burgonya. Mások a cukrot fruktóz vagy glükóz formájában tárolják gyümölcseikben, mint például az alma és a narancs. Egyes növények magas koncentrációban tárolják a szacharózt. A magas szacharóztartalmú növényeket az asztali cukorhoz termesztik, amelyet finom édességeink elkészítéséhez használunk. Világszerte a cukorrépa és a cukornád a legfontosabb növények, amelyek cukrot termelnek. A cukornádnak meleg hőmérsékletre van szüksége (25-30 C) a növekedéshez, ezért ezt a növényt szubtrópusi és trópusi régiókban termesztik, mint Brazília és India. Ma a cukorrépa a cukortermelés fő terménye a mérsékelt éghajlaton (15-25 kb), különösen Nyugat -, Közép-és Kelet-Európában, valamint az Egyesült Államokban, Kínában és Japánban.
fény, szén-dioxid és víz: az energia és az édesség forrásai
a fotoszintézishez a növények zöld részei fontosak. A levelek zöldek, mert kloroplasztoknak nevezett szerkezeteket tartalmaznak, amelyeknek zöld pigmentje van, az úgynevezett klorofill (1.ábra). A fotoszintézisnek két fő lépése van. Az első lépésben a napfény ragyog a leveleken, és a fényenergiát a klorofill gyűjti össze a kloroplasztokban. Az összegyűjtött fényenergia kémiai energiává alakul, és energiatároló molekulákban tárolódik. A folyamat során oxigén is keletkezik, és a növények felszabadítják . A fotoszintézis második lépésében a levegőből származó szén-dioxid nagyon kis nyílásokon keresztül jut be a levelekbe. A korábban tárolt kémiai energia felhasználásával a kloroplasztok a szén-dioxidot glükózzá alakítják. Ebben a lépésben fruktózt is előállítanak. A glükózt ezután fruktózzal kombinálva szacharózt hoznak létre.
- 1. ábra-a fotoszintézis egyszerűsített illusztrációja.
- a leveleken belüli kloroplasztok belsejében a fény, a víz (H2O) és a szén-dioxid (CO2) energiává és cukorrá (glükóz) alakul. Víz felhasználásával a napfény energiatároló molekulákká alakul át a növényi sejtekben. Az ezekből a molekulákból származó energiát ezután felhasználják a glükóz CO2-ből történő előállítására.
mi a cukorrépa?
az emberek mindig találtak anyagokat az ételek édesítésére. De hűvös éghajlaton a cukor sok éven át luxustermék volt. 1747-ben Andreas Sigismund Marggraf német kémikus felfedezte, hogy a cékla ugyanazt a cukrot termeli, mint a cukornád. Tanítványa kifejlesztett egy technikai folyamatot a cukorrépa kivonására. Az első cukorgyár 1802-ben kezdte meg működését. Hamarosan sok cukorgyár épült Európa – szerte.
a cukorrépa növény (latinul Beta vulgaris) élénkzöld levelei rozetta mintázatúak és kúp alakú, fehér, húsos gyökér (2.ábra). A répagyökér a tároló szerv, amely 75% vizet, ~20% cukrot és szerkezeti összetevőket tartalmaz, amelyeket cellulóznak neveznek.
- 2. ábra-teljesen kifejlesztett cukorrépa növény.
- a föld alatti rész a tárolószerv, az úgynevezett taproot, amelynek szőrös gyökerei vannak a víz és a tápanyagok felszívására. A föld feletti rész a lombozatból áll, amely számos rozettaszerű mintában elrendezett levelet tartalmaz.
cukorrépa termesztése
a növények termesztése egyszerűnek tűnhet, de ez nem igaz, ha olyan nagy növényeket szeretne termeszteni, amelyek sok embert táplálnak. Nézzük meg, hogyan termesztik a cukorrépát (3. ábra). Utazásunk a cukorrépa maggal kezdődik. A magokat a talaj felmelegedése után vetik el, általában március / áprilisban. Egy cukorrépa mag természetesen sok növényré fejlődik. Az 1970-es évekig a felesleges növényeket kézzel kellett eltávolítani, hogy a cékla ne legyen túl zsúfolt, ami fárasztó és időigényes munka volt. Ezután a növénynemesítők áttörést értek el, és olyan magokat vezettek be, amelyek csak egyetlen palántát termelnek. A cukorrépa-magokat előállító vetőmag-tenyésztők a magokat növényvédő szerekkel vonják be, amelyek védik a palántákat a betegségek és kártevők ellen. A bevont cukorrépa-vetőmagot tablettának nevezik, és a tabletták gyakran különböző színűek a tenyésztőtől függően (3a ábra).
- 3. ábra – cukorrépa termesztése.
- a) tavasszal a cukorrépamagokat (amelyek itt tablettákként vannak feltüntetve, amelyek főként olyan anyagokkal vannak bevonva, amelyek megvédik a palántát a betegségektől és kártevőktől) egymás után vetik. B, C) fiatal cukorrépa palánták jelennek meg és nőnek. (D) amikor kilenc vagy több levél kihajtott, egy taproot alakul ki és nő a föld alatt, hogy tárolja a cukrot. Ebben a” növekedési időszakban ” különösen a gombás parazitákat kell ellenőrizni, amelyek gátolhatják a fotoszintézist. E) Nyugat-és Közép-Európában a céklát szeptembertől szüretelik. F) a cukorrépákat a mezei határon szorítónak nevezett halomként tárolják, amíg cukorkivonás céljából gyárba nem szállítják őket. Az alján látható a cukorrépa-termesztés lépései a cukorgyártáshoz és az időtartam, ami nagyon fontos a cukorrépa, a gyomok, a rovarok és a gombás paraziták elleni védelemhez.
amikor a magok csíráznak, kis gyökerek és két maglevél, úgynevezett sziklevelek jelennek meg (3b ábra). Ettől a ponttól kezdve a fiatal cukorrépa növényt meg kell védeni a gyomoktól, mert a gyomok versenyeznek a napfényért és a talaj tápanyagaiért. A gazdák kapával ellenőrizhetik a gyomokat, vagy használhatnak herbicideket, amelyek vegyi anyagok, amelyek elpusztítják a gyomokat. Ha a gazda nem ellenőrzi a gyomokat, akkor a kis céklát felülmúlják, és a terméshozam akár 80% – kal is csökkenthető . A céklának nem csak a Versengő gyomok ellen kell küzdenie. A rovarok is megtámadják őket. A répatámadó rovarok két csoportra oszthatók: azok, amelyek közvetlenül károsítják a növényt, és azok, amelyek vírusos betegségeket közvetítenek. A zöld barack levéltetű (Myzus persicae) például képes átvinni egy vírust, amely a cukorrépa leveleinek sárgulását okozza, ami gátolja a fotoszintézist és csökkenti a cukortermelést.
a céklát védeni kell a gombabetegségek ellen
miután a cukorrépa növény kilenc vagy több levelet fejlesztett ki, kialakul a “répa” vagy a földalatti tároló szerv. A levelekben előállított szacharózt a cukorrépában tárolják. Minél naposabb a nyár, annál több cukrot lehet előállítani fotoszintézis útján. Ez idő alatt a leveleket védeni kell a gombás betegségek ellen, mert csak az egészséges levelek képesek fotoszintézist végezni. A cukorrépa levelek legelterjedtebb és legpusztítóbb betegségét a Latin Cercospora beticola nevű gomba okozza. Eleinte csak apró, kör alakú, vöröses szegéllyel rendelkező sötét foltok láthatók, de a gomba mérgező anyagot termel, amely elpusztítja a levélszövetet, végül nagy területeket vagy akár egész leveleket öl meg. A gomba az elhalt szövetet használja táplálékforrásként . A betegség csökkenthető, ha a cukorrépát csak 3 évente termesztik, és más növényeket, például gabonaféléket termesztenek a köztük lévő években . Ezt a technikát vetésforgónak nevezik. A gazdák új Cercospora-toleráns cukorrépa-fajtákat is használhatnak, amelyek jobban tolerálják a betegséget . Ha a gomba már súlyosan megtámadta a cukorrépát, akkor a növényekre fungicideket lehet permetezni, amelyek kémiai anyagok, amelyek megvédik a növényeket a gombás fertőzésektől. A kutatók új technológiákat vizsgálnak a fungicidek használatának csökkentése érdekében. Például speciális kamerák és számítógépes rendszerek segítségével a növénybetegségek sokkal korábban megjósolhatók, mint szabad szemmel, és a gazdák célzottabban használhatják a gombaölő szereket . Ez fontos a hasznos állatok védelme érdekében is, amelyek élőhelye a cukorrépa-mezőkön található, mint például a peewit, a földön fészkelő egyéb madarak, a mezei nyulak vagy nyulak, valamint a rovarok, például a bogarak, például a hölgybogár. A cukorrépa azonban nem virágzik, ha cukortermelésre termesztik, így a cukorrépa-mezők nem vonzóak a méz, a vadon élő vagy a poszméhek számára.
a cukor betakarítása és kivonása
ősszel, amikor a növények növekednek, megkezdődik a cukorrépa betakarítása. A cukorrépa leveleit eltávolítják, és a céklát a répabetakarítók emelik ki a talajból, amelyek közül sok egyszerre hat sort képes betakarítani (3e ábra). A levelek természetes műtrágyaként maradnak a mezőn. A cukorrépákat egy répabilincsnek nevezett halomba gyűjtik (3F ábra), ahol feldolgozásra várnak. A cukorrépát fokozatosan betakarítják és gyárakba szállítják, hogy ez idő alatt a gyárak folyamatosan fogadhassák és feldolgozhassák a cukorrépát. A gyárakban a cukorrépából vizet, meszet, hőt és fizikai ismereteket használnak. Átlagosan hat-hét cukorrépa szükséges 1 kg cukor (~2,2 Font) előállításához, ami körülbelül 1 m2 termőterület.
ma a cukorrépa-növények szinte minden összetevőjét fenntartható, zárt körben használják. A cukor mellett a cukorrépából készült egyéb termékek közé tartozik az állati takarmány, a bioetanol és a biogáz.
Mit Tanultunk?
ebben a cikkben sokat tanultál a cukorrépáról: hogyan nőnek, hogyan termelnek cukrot, milyen kártevőkkel és betegségekkel szembesülnek, és hogyan szüretelik őket. A cukorrépa termesztése rendkívül fontos, mivel a világ asztali cukortermelésének ~32%-át biztosítja, és ez az egyetlen magas szacharóztartalmú növény, amelyet mérsékelt égövi területeken lehet termeszteni.
Glossary
fotoszintézis: a zöld növények által a napfényből, vízből és szén-dioxidból cukor formájában előállított energia előállítása.
kloroplaszt: A leveleken belüli kis struktúrák, amelyek fotoszintézist folytatnak.
klorofill: pigmentek a kloroplasztok belsejében, amelyek elnyelik a napfény fényenergiáját.
peszticidek: a növények gyomok, gombás kórokozók és kártevők elleni védelmére használt anyagok.
tabletta: cukorrépa vetőmag, amely különböző anyagok rétegével van bevonva, elsősorban a palánták betegségek és kártevők elleni védelmére.
sziklevél: az első két levél, amely a vetés után kilép a magból.
Cukorrépa Bilincs: Halom összegyűjtött és tisztított cukorrépa, levelek nélkül, általában a mező határán.
összeférhetetlenség
a szerzők kijelentik, hogy a kutatást olyan kereskedelmi vagy pénzügyi kapcsolatok hiányában végezték, amelyek potenciális összeférhetetlenségnek tekinthetők.
Köszönetnyilvánítás
a szerzők köszönetet mondanak Maximilian M. D.-nek a kézirat gondos lektorálásáért és hasznos megjegyzéseiért.
Eberhard, S., Finazzi, G. és Wollman, F.-A. 2008. A fotoszintézis dinamikája. Annu. Genet Tiszteletes. 42:463–515. doi: 10.1146 / annurev.genet.42.110807.091452
Cousens, R. 1985. Egy egyszerű modell, amely a termésveszteséget a gyomsűrűséghez kapcsolja. Ann. Appl. Biol. 107:239–52. doi: 10.1111 / j. 1744-7348. 1985.tb01567.x
Weiland, J. és Koch, G. 2004. Cukorrépa levél folt betegség (Cercospora beticola Sacc.). Mol. Növényi Pathol. 5:157–66. doi: 10.1111 / j. 1364-3703.2004. 00218.x
Mahlein, A.-K., kuska, M. T., Behmann, J., Polder, G. és Walter, A. 2018. Hiperspektrális érzékelők és képalkotó technológiák a fitopatológiában: a technika állása. Ann. Phytopathol Tiszteletes. 56:535–58. doi: 10.1146 / annurev-fito-080417-050100