rezumat
plantele produc zahăr și oxigen într-un proces numit fotosinteză, prin utilizarea luminii solare, a apei și a dioxidului de carbon. Acesta este un proces important pe Pământ, deoarece elimină dioxidul de carbon din aer și ne oferă hrană. Fotosinteza are loc în compartimente mici din celulele plantei, numite cloroplaste. Într-un proces în două etape, plantele obțin energie chimică din lumina soarelui. Energia colectată este utilizată într-o a doua reacție pentru a produce glucoza din zahăr. Glucoza este combinată cu fructoza, care este zahărul din fructe, pentru a crea zaharoză, binecunoscutul nostru zahăr de masă. Sfecla de zahăr durează ~7 luni pentru a crește și a furniza ~32% din producția mondială de zahăr de masă. Pe măsură ce cresc, ele trebuie protejate de buruieni și boli. Odată ce au crescut suficient, sfecla de zahăr poate fi recoltată și prelucrată într-o fabrică de zahăr pentru a obține zahăr de masă.
zahărul este produs de plante
un desert după prânz sau ciocolată de la bunicii noștri ne face să zâmbim. Acest lucru se datorează faptului că creierul nostru cere unul dintre ingredientele din aceste alimente dulci. Vorbim despre zahărul de masă, care se mai numește zaharoză. Zaharoza este făcută din două zaharuri mai simple: glucoză și fructoză. Dar de unde vine glucoza? Spre deosebire de oameni și alte animale, plantele pot produce glucoză printr-un proces cunoscut sub numele de fotosinteză. Părțile verzi ale plantelor folosesc lumina soarelui, apa și dioxidul de carbon gazos din aer pentru a produce glucoză și oxigen. Procedând astfel, plantele produc energie și se asigură că putem respira aer proaspăt, bogat în oxigen. Dar cum beneficiază plantele în sine de fotosinteză și de producerea de glucoză? Glucoza poate fi utilizată ca un bloc chimic și ca furnizor de energie. Plantele folosesc glucoza pentru a trăi și a crește. Atât pentru plante, cât și pentru oameni, glucoza este ca combustibilul pentru o mașină.
plantele produc zahăr în frunzele lor, dar aceste frunze nu au gust dulce. Acest lucru se datorează faptului că zahărul nu rămâne în frunze. Plantele folosesc zahăr pentru a crește și pot fi transportate și la rădăcini, semințe, tulpini sau fructe pentru depozitare. Am învățat deja că zahărul poate exista ca zaharuri simple, cum ar fi glucoza sau fructoza, sau ca zahăr dublu, cum ar fi zaharoza. Dar există și zaharuri în care mii de molecule de zahăr sunt legate între ele pentru a forma o unitate enormă, cum ar fi amidonul. Toate aceste zaharuri diferite sunt un tip de nutrienți numiți carbohidrați (Tabelul 1).
- Tabelul 1 – unele forme de carbohidrați din plante.
multe plante își păstrează zahărul sub formă de amidon, cum ar fi cartofii. Alții stochează zahăr sub formă de fructoză sau glucoză în fructele lor, cum ar fi merele și portocalele. Unele plante stochează concentrații mari de zaharoză. Plantele bogate în zaharoză sunt cultivate pentru zahărul de masă pe care îl folosim pentru a face dulciurile noastre delicioase. La nivel mondial, sfecla de zahăr și trestia de zahăr sunt principalele culturi care produc zahăr. Trestia de zahăr are nevoie de temperaturi calde (25-30 C) pentru a crește, astfel încât această cultură este cultivată în regiuni subtropicale și tropicale, cum ar fi Brazilia și India. Astăzi, sfecla de zahăr este principala cultură pentru producția de zahăr în climatele temperate (15-25 centi), în special în Europa de Vest, Centrală și de Est, precum și în Statele Unite, China și Japonia.
lumină, dioxid de Carbon și apă: sursele de energie și dulceață
pentru fotosinteză, părțile verzi ale plantelor sunt importante. Frunzele sunt verzi deoarece conțin structuri numite cloroplaste, care au un pigment verde, numit clorofilă (Figura 1). Fotosinteza are două etape principale. În prima etapă, lumina soarelui strălucește pe frunze și energia luminii este colectată de clorofilă în cloroplaste. Energia luminoasă colectată este transformată în energie chimică și stocată în molecule de stocare a energiei. Oxigenul este, de asemenea, produs în timpul acestui proces și este eliberat de plante . În a doua etapă a fotosintezei, dioxidul de carbon din aer intră în frunze prin deschideri foarte mici. Folosind energia chimică stocată anterior, cloroplastele transformă dioxidul de carbon în glucoză . Fructoza este, de asemenea, produsă în timpul acestei etape. Glucoza este apoi combinată cu fructoza pentru a crea zaharoză.
- Figura 1-o ilustrare simplificată a fotosintezei.
- în interiorul cloroplastelor din frunze, lumina, apa (H2O) și dioxidul de carbon (CO2) sunt transformate în energie și zahăr (glucoză). Folosind apa, lumina soarelui este transformată în molecule de stocare a energiei în celulele plantei. Energia din aceste molecule este apoi utilizată pentru a crea glucoză din CO2.
ce este o sfeclă de zahăr?
oamenii au găsit întotdeauna substanțe pentru a îndulci alimentele. Dar, în climatele reci, zahărul a fost produs de lux timp de mulți ani. În 1747, chimistul german Andreas Sigismund Marggraf a descoperit că sfecla produce același zahăr ca trestia de zahăr. Studentul său a dezvoltat un proces tehnic pentru a extrage zahărul din sfeclă. Prima fabrică de zahăr a devenit operațională în 1802. Curând, multe fabrici de zahăr au fost construite în toată Europa.
planta de sfeclă de zahăr (numită Beta vulgaris în latină) are frunze verzi strălucitoare într-un model de rozetă și o rădăcină în formă de con, albă, cărnoasă (Figura 2). Rădăcina de sfeclă este organul de stocare, care conține 75% apă, ~20% zahăr și componente structurale care se numesc pulpă.
- Figura 2-plantă de sfeclă de zahăr complet dezvoltată.
- partea subterană este organul de stocare, numit taproot, care are rădăcini păroase pentru a absorbi apa și nutrienții. Partea supraterană constă din frunziș, care conține numeroase frunze dispuse într-un model asemănător rozetei.
cultivarea sfeclei de zahăr
cultivarea culturilor poate părea simplă, dar acest lucru nu este adevărat dacă doriți să cultivați culturi suficient de mari pentru a hrăni mulți oameni. Să aruncăm o privire asupra modului în care sunt cultivate sfecla de zahăr (Figura 3). Călătoria noastră începe cu semințele de sfeclă de zahăr. Semințele sunt semănate odată ce solul s-a încălzit, în mod normal în martie/aprilie. O sămânță de sfeclă de zahăr se dezvoltă în mod natural în multe plante. Până în anii 1970, plantele inutile trebuiau îndepărtate manual, astfel încât sfecla să nu fie prea aglomerată, ceea ce era o muncă obositoare și consumatoare de timp. Apoi, crescătorii de plante au avut o descoperire și au introdus semințe care produc doar un singur răsad. Crescătorii de semințe care fac semințe de sfeclă de zahăr acoperă semințele cu pesticide care protejează răsadurile împotriva bolilor și dăunătorilor. Semințele de sfeclă de zahăr acoperite se numesc pilule, iar pastilele au adesea culori diferite în funcție de crescător (figura 3a).
- Figura 3-cultivarea sfeclei de zahăr.
- (a) primăvara, semințele de sfeclă de zahăr (prezentate aici sub formă de pastile, care sunt semințe acoperite în principal cu substanțe pentru a proteja răsadul împotriva bolilor și dăunătorilor) sunt semănate la rând. (B, C) răsadurile tinere de sfeclă de zahăr apar și cresc. (D) când nouă sau mai multe frunze s-au desfășurat, se formează o rădăcină și crește sub pământ pentru a stoca zahărul. În această „perioadă de creștere”, trebuie controlați în special paraziții fungici, care pot inhiba fotosinteza. (E) în Europa de Vest și Centrală, sfecla este recoltată începând cu luna septembrie. (F) sfecla este depozitată ca o grămadă numită clemă pe marginea câmpului, până când este adusă la o fabrică pentru extracția zahărului. De-a lungul fundului, puteți vedea pașii cultivării sfeclei de zahăr pentru producția de zahăr și intervalul de timp, care este cu adevărat important pentru a proteja sfecla de zahăr împotriva buruienilor, insectelor și paraziților fungici.
când semințele germinează, apar rădăcini mici și două frunze de semințe, numite cotiledoane (figura 3b). Din acest punct de vedere, planta tânără de sfeclă de zahăr trebuie protejată de buruieni, deoarece buruienile concurează pentru lumina soarelui și nutrienții solului. Fermierii pot controla buruienile cu o sapă sau pot folosi erbicide, care sunt substanțe chimice care ucid buruienile. Dacă fermierul nu controlează buruienile, sfecla mică va fi depășită, iar randamentul recoltei poate fi redus cu până la 80% . Sfecla nu trebuie doar să lupte împotriva buruienilor concurente. Ele sunt, de asemenea, atacate de insecte. Insectele care atacă sfecla pot fi separate în două grupe: cele care dăunează direct plantei și cele care transmit boli virale. Afidul de piersic verde (Myzus persicae), de exemplu, poate transmite un virus care provoacă o îngălbenire a frunzelor de sfeclă de zahăr, care inhibă fotosinteza și reduce producția de zahăr.
sfecla trebuie protejată împotriva bolilor fungice
după ce planta de sfeclă de zahăr a dezvoltat nouă sau mai multe frunze, se formează „sfecla” sau organul de depozitare subteran. Zaharoza produsă în frunze este depozitată în sfeclă. Cu cât vara este mai însorită, cu atât mai mult zahăr poate fi produs prin fotosinteză. În acest timp, frunzele trebuie protejate împotriva bolilor fungice, deoarece numai frunzele sănătoase pot efectua fotosinteza. Cea mai răspândită și distructivă boală a frunzelor de sfeclă de zahăr este cauzată de o ciupercă cu denumirea latină Cercospora beticola. La început, sunt vizibile doar mici pete întunecate circulare cu o margine roșiatică, dar ciuperca produce o substanță toxică care distruge țesutul frunzelor și ajunge să ucidă suprafețe mari sau chiar frunze întregi. Ciuperca folosește țesutul mort ca sursă de nutriție . Boala poate fi redusă prin cultivarea sfeclei de zahăr numai la fiecare 3 ani și cultivarea altor plante, cum ar fi cerealele, în anii dintre ele . Această tehnică se numește rotația culturilor. Fermierii pot folosi, de asemenea, noi soiuri de sfeclă de zahăr tolerante la Cercospora, care pot tolera mai bine boala . Dacă ciuperca a atacat deja sever sfecla de zahăr, fungicidele, care sunt substanțe chimice care protejează plantele împotriva infestărilor fungice, pot fi pulverizate pe plante. Cercetătorii investighează noi tehnologii pentru a reduce utilizarea fungicidelor. De exemplu, folosind camere speciale și sisteme informatice, bolile plantelor pot fi prezise mult mai devreme decât pot cu ochiul liber, iar fermierii pot folosi fungicide într-un mod mai vizat . Acest lucru este, de asemenea, important pentru a proteja animalele benefice, care au un habitat în câmpurile de sfeclă de zahăr, cum ar fi peewit, alte păsări care cuibăresc pe pământ, iepuri sau iepuri și insecte precum gândacii, cum ar fi gândacul doamnă. Cu toate acestea, sfecla de zahăr nu înflorește atunci când este cultivată pentru producția de zahăr, astfel că câmpurile de sfeclă de zahăr nu sunt atractive pentru miere, albine sălbatice sau bondari.
recoltarea și extragerea zahărului
toamna, când plantele se termină de cultivat, începe recoltarea sfeclei de zahăr. Frunzele sfeclei de zahăr sunt îndepărtate și sfecla este ridicată din sol de către recoltatorii de sfeclă, dintre care multe pot recolta șase rânduri simultan (figura 3e). Frunzele rămân pe câmp ca îngrășământ natural. Sfecla de zahăr este colectată într-o grămadă, numită clemă de sfeclă (figura 3F), unde așteaptă prelucrarea. Sfecla de zahăr este recoltată treptat și transportată la fabrici, astfel încât fabricile să poată primi și prelucra continuu sfecla de zahăr în acest timp. În fabrici, zahărul este extras din sfeclă folosind apă, var, căldură și cunoștințe de fizică. În medie, sunt necesare șase până la șapte sfeclă de zahăr pentru a produce 1 kg de zahăr (~2,2 lbs), care este o suprafață de cultură de aproximativ 1 m2.
astăzi, aproape toate componentele plantelor de sfeclă de zahăr sunt utilizate într-un cerc durabil, închis. Pe lângă zahăr, alte produse obținute din sfeclă de zahăr includ hrana pentru animale, bioetanolul și biogazul.
Ce Am Învățat?
în acest articol, ați învățat multe despre sfecla de zahăr: cum cresc, Cum Produc zahăr, dăunătorii și bolile cu care se confruntă și cum sunt recoltate. Cultivarea sfeclei de zahăr este extrem de importantă deoarece asigură ~32% din producția mondială de zahăr de masă și este singura cultură bogată în zaharoză, care poate fi cultivată în regiunile temperate.
Glosar
fotosinteza: procesul pe care plantele verzi îl folosesc pentru a produce energie, sub formă de zahăr, din lumina soarelui, apă și dioxid de carbon.
cloroplast: Structuri mici în interiorul frunzelor care conduc fotosinteza.
clorofilă: pigmenți din cloroplaste care absorb energia luminii din lumina soarelui.
pesticide: substanțe utilizate pentru protejarea culturilor împotriva buruienilor, agenților patogeni fungici și dăunătorilor.
pilula: semințe de sfeclă de zahăr, care este acoperită cu un strat de substanțe diferite, în principal pentru a proteja răsadul împotriva bolilor și dăunătorilor.
cotiledon: primele două frunze care ies din sămânță după însămânțare.
Clemă De Sfeclă: Grămadă de sfeclă de zahăr colectată și curățată, fără frunze, în mod normal pe marginea câmpului.
Conflict de interese
autorii declară că cercetarea a fost realizată în absența oricăror relații comerciale sau financiare care ar putea fi interpretate ca un potențial conflict de interese.
mulțumiri
autorii îi mulțumesc lui Maximilian m Unixtllender pentru corectarea atentă a manuscrisului și comentarii utile.
Eberhard, S., Finazzi, G. și Wollman, F.-A. 2008. Dinamica fotosintezei. Anu. Părinte Genet. 42:463–515. doi: 10.1146 / annurev.genet.42.110807.091452
Cousens, R. 1985. Un model simplu referitoare la pierderea randamentului la densitatea buruienilor. Ann. Appl. Biol. 107:239–52. doi: 10.1111 / j. 1744-7348.1985.tb01567.X
Weiland, J. și Koch, G. 2004. Boala petelor de frunze de zahăr (Cercospora beticola Sacc.). Mol. Patol De Plante. 5:157–66. doi: 10.1111 / j. 1364-3703.2004. 00218.X
Mahlein, A.-K., Kuska, M. T., Behmann, J., Polder, G. și Walter, A. 2018. Senzori hiperspectrali și tehnologii imagistice în fitopatologie: stadiul tehnicii. Ann. Rev. Fitopatol. 56:535–58. doi: 10.1146 / annurev-fito-080417-050100