Abstrakt
växter producerar socker och syre i en process som kallas fotosyntes, genom att använda solljus, vatten och koldioxid. Detta är en viktig process på jorden, eftersom den tar bort koldioxid från luften och ger mat till oss. Fotosyntes sker i små fack i växtcellerna, kallade kloroplaster. I en tvåstegsprocess får växter kemisk energi från solljus. Den uppsamlade energin används i en andra reaktion för att producera sockerglukosen. Glukos kombineras med fruktos, som är fruktsocker, för att skapa sackaros, vårt välkända bordssocker. Sockerbetor tar ~7 månader att växa och ger ~32% av världens bordssockerproduktion. När de växer måste de skyddas mot ogräs och sjukdomar. När de har vuxit tillräckligt kan sockerbetorna skördas och bearbetas i en sockerfabrik för att få bordsocker.
socker produceras av växter
en efterrätt efter lunch eller choklad från våra morföräldrar får oss att le. Detta beror på att våra hjärnor kräver en av ingredienserna i dessa söta livsmedel. Vi pratar om bordsocker, som också kallas sackaros. Sackaros är gjord av två enklare sockerarter: glukos och fruktos. Men var kommer glukos från? Till skillnad från människor och andra djur kan växter producera glukos genom en process som kallas fotosyntes. De gröna delarna av växter använder solljus, vatten och gasen koldioxid från luften för att producera glukos och syre. På så sätt producerar växterna energi och ser till att vi kan andas frisk, syrerik luft. Men hur kan växter själva dra nytta av fotosyntes och produktion av glukos? Glukos kan användas som en kemisk byggsten och som energileverantör. Växter använder glukos för att leva och växa. För både växter och människor är glukos som bränslet för en maskin.
växter producerar socker i sina löv, men dessa blad smakar inte söta. Det beror på att sockret inte finns kvar i bladen. Växter använder socker för att växa, och det kan också transporteras till rötter, frön, stjälkar eller frukter för lagring. Vi lärde oss redan att socker kan existera som enkla sockerarter, som glukos eller fruktos, eller som ett dubbelsocker, som sackaros. Men det finns också sockerarter där tusentals sockermolekyler är kopplade ihop för att bilda en enorm enhet, som stärkelse. Alla dessa olika sockerarter är en typ av näringsämnen som kallas kolhydrater (Tabell 1).
- Tabell 1-Vissa former av kolhydrater i växter.
många växter lagrar sitt socker i form av stärkelse, som potatis. Andra lagrar socker i form av fruktos eller glukos i sina frukter, som äpplen och apelsiner. Vissa växter lagrar höga koncentrationer av sackaros. Växter med hög sackaros odlas för det bordssocker vi använder för att göra våra läckra sötsaker. Över hela världen är sockerbetor och sockerrör de viktigaste grödorna som producerar socker. Sockerrör behöver varma temperaturer (25-30 kcal C) för att växa, så denna gröda odlas i subtropiska och tropiska regioner, som Brasilien och Indien. I dag är sockerbetor den viktigaste grödan för sockerproduktion i tempererade klimat (15-25 kcal C), särskilt i västra, centrala och östra Europa, liksom i USA, Kina och Japan.
ljus, koldioxid och vatten: källorna till energi och sötma
för fotosyntes är de gröna delarna av växter viktiga. Bladen är gröna eftersom de innehåller strukturer som kallas kloroplaster, som har ett grönt pigment, kallat klorofyll (Figur 1). Fotosyntes har två huvudsteg. I det första steget lyser solljuset på bladen och ljusenergin samlas upp av klorofyllen i kloroplasterna. Den insamlade ljusenergin omvandlas till kemisk energi och lagras i energilagrande molekyler. Syre produceras också under denna process och frigörs av växterna . I det andra steget av fotosyntes kommer koldioxid från luften in i bladen genom mycket små öppningar. Med hjälp av den tidigare lagrade kemiska energin omvandlar kloroplasterna koldioxid till glukos . Fruktos produceras också under detta steg. Glukos kombineras sedan med fruktos för att skapa sackaros.
- Figur 1-en förenklad illustration av fotosyntes.
- inuti kloroplasterna i löv omvandlas Ljus, Vatten (H2O) och koldioxid (CO2) till energi och socker (glukos). Med hjälp av vatten omvandlas solljus till energilagrande molekyler i växtcellerna. Energin från dessa molekyler används sedan för att skapa glukos från CO2.
Vad är en sockerbetor?
människor har alltid hittat ämnen för att söta mat. Men i svala klimat var socker lyxprodukt i många år. År 1747 upptäckte den tyska kemisten Andreas Sigismund Marggraf att betor producerar samma socker som sockerrör. Hans student utvecklade en teknisk process för att extrahera sockret från betor. Den första sockerfabriken togs i drift 1802. Snart byggdes många sockerfabriker över hela Europa.
sockerbetsväxten (kallad Beta vulgaris på Latin) har ljusgröna blad i ett rosettmönster och en konformad, vit, köttig rot (Figur 2). Betorrot är lagringsorganet, som innehåller 75% vatten, ~20% socker och strukturella komponenter som kallas massa.
- Figur 2-fullt utvecklad sockerbetor växt.
- den nedre delen är lagringsorganet, kallat taproot, som har Håriga rötter för att absorbera vatten och näringsämnen. Den ovan markerade delen består av lövverket, som innehåller många blad ordnade i ett rosettliknande mönster.
odling av sockerbetor
odling av grödor kan se enkelt ut, men det är inte sant om du vill odla grödor som är tillräckligt stora för att mata många människor. Låt oss ta en titt på hur sockerbetor odlas (Figur 3). Vår resa börjar med sockerbetsfröet. Fröna sås när jorden har värmts upp, normalt i mars / April. Ett sockerbetsfrö utvecklas naturligt till många växter. Fram till 1970-talet behövde de onödiga växterna tas bort för hand så att betorna inte var för trånga, vilket var ansträngande och tidskrävande arbete. Sedan hade växtförädlare ett genombrott och introducerade frön som bara producerar en enda planta. Fröuppfödare som gör sockerbetsfrön täcker fröna med bekämpningsmedel som skyddar plantor mot sjukdomar och skadedjur. Det belagda sockerbetsfröet kallas p-piller, och pillerna har ofta olika färger beroende på uppfödaren (figur 3A).
- Figur 3-odling av sockerbetor.
- (a) på våren sås sockerbetsfrön (visas här som piller, som är frön belagda huvudsakligen med ämnen för att skydda plantan mot sjukdomar och skadedjur) i rad. (B, C) unga sockerbetor plantor fram och växa. D) när nio eller fler blad har vecklat ut, bildas och växer en taproot under jord för att lagra sockret. Under denna” tillväxtperiod ” måste särskilt svampparasiter kontrolleras, vilket kan hämma fotosyntesen. E) i väst-och Centraleuropa skördas betorna från och med September. F) rödbetor lagras som en hög som kallas en klämma på fältgränsen tills de förs till en fabrik för sockerutvinning. Längs botten kan du se stegen för sockerbetsodling för sockerproduktion och tidsperioden, vilket verkligen är viktigt för att skydda sockerbetor mot, ogräs, insekter och svampparasiter.
när fröna gror, uppstår små rötter och två fröblad, kallade cotyledoner (figur 3B). Från och med den här tiden måste den unga sockerbetsväxten skyddas mot ogräs, eftersom ogräs konkurrerar om solljus och jordnäringsämnen. Jordbrukare kan kontrollera ogräset med en hacka eller kan använda herbicider, som är kemikalier som dödar ogräset. Om bonden inte kontrollerar ogräset kommer de små betorna att övervinnas och grödans avkastning kan minskas med upp till 80% . Betor behöver inte bara kämpa mot konkurrerande ogräs. De attackeras också av insekter. Beet-attackerande insekter kan separeras i två grupper: de som direkt skadar växten och de som överför virussjukdomar. Den gröna persikabladlusen (Myzus persicae) kan till exempel överföra ett virus som orsakar gulning av sockerbetsbladen, vilket hämmar fotosyntesen och minskar sockerproduktionen.
rödbetor måste skyddas mot svampsjukdomar
efter att sockerbetsväxten har utvecklat nio eller fler blad bildas ”betor” eller underjordiskt lagringsorgan. Sackaros som produceras i bladen lagras i betorna. Ju soligare sommaren, desto mer socker kan produceras via fotosyntes. Under denna tid måste bladen skyddas mot svampsjukdomar, eftersom endast friska löv kan utföra fotosyntes. Den mest utbredda och destruktiva sjukdomen hos sockerbetorblad orsakas av en svamp med latinska namnet Cercospora beticola. Först är endast små cirkulära mörka fläckar med en rödaktig kant synliga, men svampen producerar en giftig substans som förstör bladvävnaden och slutar döda stora områden eller till och med hela löv. Svampen använder den döda vävnaden som näringskälla . Sjukdomen kan minskas genom att odla sockerbetor endast vart 3 år och odla andra växter, som spannmål, under åren däremellan . Denna teknik kallas växtrotation. Jordbrukare kan också använda nya Cercospora-toleranta sockerbetsorter, vilket bättre kan tolerera sjukdomen . Om svampen redan har attackerat sockerbetorna allvarligt kan fungicider, som är kemiska ämnen som skyddar växter mot svampangrepp, sprutas på växterna. Forskare undersöker ny teknik för att minska användningen av fungicider. Till exempel, genom att använda speciella kameror och datorsystem, kan växtsjukdomarna förutsägas mycket tidigare än de kan med blotta ögat, och jordbrukare kan använda fungicider på ett mer målinriktat sätt . Detta är också viktigt för att skydda fördelaktiga djur, som har en livsmiljö i sockerbetsfält, som peewit, andra fåglar som häckar på marken, harar eller kaniner och insekter som skalbaggar, som lady beetle. Sockerbetorna blommar dock inte när de odlas för sockerproduktion, så sockerbetsfält är inte attraktiva för honung, vilda eller humlor.
skörda och extrahera sockret
på hösten, när växterna är färdiga, börjar sockerbetsskörden. Bladen på sockerbetorna tas bort och betorna lyfts från jorden av betskördare, varav många kan skörda sex rader samtidigt (figur 3E). Bladen förblir på fältet som ett naturligt gödningsmedel. Sockerbetorna samlas i en hög, kallad betklämma (figur 3F), där de väntar på bearbetning. Sockerbetorna skördas gradvis och transporteras till fabriker så att fabrikerna kontinuerligt kan ta emot och bearbeta sockerbetor under denna tid. I fabrikerna extraheras socker från betorna med vatten, kalk, värme och kunskap om fysik. I genomsnitt behövs sex till sju sockerbetor för att producera 1 kg socker (~2,2 kg), vilket är ett grödområde på cirka 1 m2.
idag används nästan alla komponenter i sockerbetsplantorna inom en hållbar, sluten cirkel. Förutom socker inkluderar andra produkter gjorda av sockerbetor djurfoder, bioetanol och biogas.
Vad Lärde Vi Oss?
i den här artikeln lärde du dig mycket om sockerbetor: hur de växer, hur de producerar socker, skadedjur och sjukdomar de möter och hur de skördas. Sockerbetsodling är oerhört viktigt eftersom det ger ~32% av världens bordssockerproduktion och det är den enda hög-sackarosgrödan som kan odlas i tempererade regioner.
ordlista
fotosyntes: processen gröna växter använder för att producera energi, i form av socker, från solljus, vatten och koldioxid.
kloroplast: Små strukturer inuti löv som utför fotosyntes.
klorofyll: pigment inuti kloroplaster som absorberar ljusenergin från solljus.
bekämpningsmedel: ämnen som används för att skydda grödor mot ogräs, svamppatogener och skadedjur.
piller: sockerbetsfrön, som är belagd med ett lager av olika ämnen, främst för att skydda plantan mot sjukdomar och skadedjur.
Cotyledon: de två första bladen som kommer ut från fröet efter sådd.
Betklämma: Stapel av uppsamlade och rengjorda sockerbetor, utan löv, normalt på fältgränsen.
intressekonflikt
författarna förklarar att forskningen genomfördes i avsaknad av kommersiella eller finansiella relationer som kan tolkas som en potentiell intressekonflikt.
bekräftelser
författarna tackar Maximilian m Obblender för noggrann korrekturläsning av manuskriptet och hjälpsamma kommentarer.
Eberhard, S., Finazzi, G. och Wollman, F.-A. 2008. Dynamiken i fotosyntesen. Annu. Pastor Genet. 42:463–515. doi: 10.1146 / annurev.genet.42.110807.091452
Cousens, R. 1985. En enkel modell som relaterar avkastningsförlust till ogräsdensitet. Ann. Appl. Biol. 107:239–52. doi: 10.1111 / j. 1744-7348. 1985.tb01567.x
Weiland, J. och Koch, G. 2004. Sockerbetor bladfläcksjukdom (Cercospora beticola Sacc.). Mol. Växt Pathol. 5:157–66. doi: 10.1111 / j. 1364-3703. 2004.00218.X
Mahlein, A.-K., Kuska, M. T., Behmann, J., Polder, G. och Walter, A. 2018. Hyperspektrala sensorer och bildteknik inom fytopatologi: toppmodern. Ann. Rev. Fytopatol. 56:535–58. doi: 10.1146 / annurev-phyto-080417-050100