WikiDer > Список растений C4

List of C4 plants
Фермер среди высоких растений кукурузы
Кукуруза (Zea Mays, Poaceae) является наиболее широко культивируемым C4 растение.[1]

C4 растения использовать C4 фиксация углерода путь к увеличению их фотосинтетический эффективность за счет уменьшения или подавления фотодыхание, что в основном происходит при низких атмосферных CO
2 концентрация, высокая освещенность, высокая температура, засуха и соленость.[2][3] Известно около 8100 C4 виды, которые принадлежат как минимум к 61 разным эволюционные линии в 19 ​​семьях (по APG IV классификация[4]) из цветущие растения.[1] Среди них такие важные культуры, как кукуруза, сорго и сахарный тростник, но также сорняки и инвазивные растения.[1] Хотя только 3% видов цветковых растений используют C4 фиксации углерода, на них приходится 23% мирового основное производство.[5] Повторяющийся, сходящийся C4 эволюция от C3 предки подбадривали надежды на биоинженер C4 путь в C3 такие культуры, как рис.[1][5]

C4 фотосинтез, вероятно, впервые возник 30–35 миллионов лет назад в Олигоцен, и дальнейшее происхождение произошло с тех пор, большинство из них произошло за последние 15 миллионов лет. C4 растения в основном встречаются в тропических и умеренно-теплых регионах, преимущественно на открытых луга где они часто доминируют. Хотя большинство из них злаки, другие формы роста, такие как форбс, виноградные лозы, кустарники и даже некоторые деревья и водные растения также известны среди C4 растения.[1]

C4 растения обычно идентифицируются по их высшему 13C /12C изотопический соотношение по сравнению с C3 растения или их типичная анатомия листа.[5] Распределение C4 линии между растениями были определены через филогенетика и считался хорошо известным с 2016 года. Однодольные - преимущественно травы (Poaceae) и осоки (Cyperaceae) - составляют около 80% C4 видов, но они также встречаются в эвдикоты.[1]

В следующем списке представлены известные C4 родословная по семействам, на основе обзора Sage (2016).[1] Они соответствуют отдельным видам или клады думал, что приобрел C4 путь самостоятельно. В некоторых линиях передачи, которые также включают C3 и C3–C4 промежуточный вид, C4 Путь мог развиваться более одного раза.[1]

Колючее растение с бледно-фиолетовыми цветками
Блефарис аттенуата (Acanthaceae) растет в пустынях.
Густой куст с желтыми цветами в сухой среде обитания
Шейдскейл (Атриплекс конфертифолия, Amaranthaceae) это галофитный Кустарник распространен в степях западной части Северной Америки.[1]
Куст в очень сухой среде обитания в пустыне
Саксаул черный (Халоксилон-аммодендрон, Amaranthaceae) обеспечивали топливом караваны, следующие за Шелковый путь в Средней Азии.[1]
Растение с соцветием белых цветов
Клеоме гинандра (Cleomaceae) был C4 модель завода.[1]
Плотная подставка для папируса на берегу реки
Папирус (Cyperus папирус, Cyperaceae) имел большое культурное значение.[1]
Пространство фиолетовые растения, растущие на тротуаре
Молочай пятнистый (Молочай пятнистый, Молочай) обычно растет в трещинах тротуаров в Северной Америке.[6]
Ярко-зеленая листва водных растений
Водный Эгерия денса (Hydrocharitaceae) использует C4 путь при высокой температуре и интенсивности света.
Срезанный сахарный тростник
Сахарный тростник (Saccharum officinarum, Poaceae) выращивается на сахар и биоэтанол.[1]
Пространственное растение с блестящими мясистыми листьями
Портулак (Portulaca oleracea, Portulacaceae), сорняк и древний овощ, использует как C4 и CAM фотосинтез.[1][7]
Трава с соцветием перед голубым небом
Родосская трава (Хлорис Гаяна, Poaceae) является основной кормовой травой в тропических регионах.[1]
Колючие плоды растут на растении
Колючие плоды пунктированной лозы (Трибулус террестрис, Зигофилловые) может даже перемежать шины.[1]

Acanthaceae

Большое семейство акантовых Acanthaceae включает один род с C4 вид, обитающий в засушливых местообитаниях от Африки до Азии.[8]

Aizoaceae

Хотя многие виды из семейства ледяных растений Aizoaceae использовать метаболизм крассулоидной кислоты (CAM), одно подсемейство с засухоустойчивыми и галофитный растения включают C4 разновидность:[9]

  • Sesuvioideae - 30 С4 виды, 1–6 происхождения

Amaranthaceae

Семейство амарантовых Amaranthaceae (включая бывшее семейство гусиных лапчатых Chenopodiaceae) содержит около 800 известных Chenopodiaceae.4 виды, которые принадлежат к 14 различным линиям семи подсемейств. Это делает Amaranthaceae семейством с наибольшим количеством C.4 виды и родословные среди эвдикотов.[1] Suaeda aralocaspica и виды рода Bienertia использовать конкретный одноклеточный тип C4 фиксация углерода.[1][10]

Сложноцветные

Составная семья Сложноцветные содержит три C4 линии, в двух разных племенах подсемейства Asteroideae.[1][18] Они включают модельный род Flaveria с близкородственным C3, С4, и промежуточные виды.[1]

Boraginaceae

Семейство огуречников Boraginaceae содержит один широко распространенный C4 род, Euploca, который также рассматривался как часть отдельной семьи Heliotropiaceae.[22]

  • Euploca (также включает C3–C4 промежуточные звенья[23]) - 130 С4 виды, 1–3 происхождения[1]

Cleomaceae

В Cleomaceae, ранее входивший в семейство каперсов Capparaceae, содержит три C4 виды в роду Cleome. Эти три вида независимо приобрели C4 путь; род также содержит многочисленные C3 а также C3–C4 промежуточные виды.[1][24][25]

Caryophyllaceae

В семье гвоздик Caryophyllaceae, C4 путь эволюционировал однажды в кладу в пределах полифилетического рода Поликарпеи.[1][26]

Cyperaceae

Семейство осоковых Cyperaceae уступает только травам по количеству C4 разновидность. Видный C4 Осока включает культурно важные виды, такие как папирус (Cyperus папирус) и чуфа (C. esculentus), но и пурпурный орех (C. rotundus), один из основных сорняков в мире. Элеохарис вивипара использует C3 фиксация углерода в подводных листьях и C4 фиксация углерода в надземных листьях.[1]

Молочай

Семейство молочайных Молочай содержит наибольший одиночный C4 происхождение среди эвдикотов. C4 молочай разнообразен и широко распространен; они варьируются от сорных трав до единственного известного C4 деревья - четыре вида с Гавайев, в том числе Молочай оловалуана (до 10 м) и E. grasstii (до 8 м).[1][6]

Gisekiaceae

Содержит C4 род с одним видом.

Hydrocharitaceae

Включает единственный известный водный C4 растения.[1]

Molluginaceae

Два C4 виды одного и того же рода приобрели этот путь независимо.

Nyctaginaceae

Polygonaceae

Portulacaceae

Единственный род этого семейства образует один C4 происхождение. CAM фотосинтез также известно. Портулак обыкновенный (Portulaca oleracea) является основным сорняком, но также является овощем.[1]

Poaceae

Семейство трав включает большинство известных C4 видов - около 5000. Встречаются только в подсемействах ПАКМАД клады. Майор C4 такие культуры, как кукуруза, сахарный тростник, сорго и жемчужное просо принадлежат к этой семье. Единственный известный вид с C3, С4 и промежуточные варианты, Alloteropsis semialata, это трава.[1]

Scrophulariaceae

Зигофилловые

Рекомендации

  1. ^ а б c d е ж грамм час я j k л м п о п q р s т ты v ш Икс у z аа ab ac Сейдж, Р.Ф. (2016). "Портрет С.4 фотосинтетическая семья к 50-летию со дня открытия: количество видов, эволюционные линии и Зал славы ». Журнал экспериментальной ботаники. 67 (14): 4039–4056. Дои:10.1093 / jxb / erw156. ISSN 0022-0957. PMID 27053721. открытый доступ
  2. ^ Sage, R.F .; Sage, T.L .; Кочачинар, Ф. (2012). «Фотодыхание и эволюция C4 фотосинтез ». Ежегодный обзор биологии растений. 63 (1): 19–47. Дои:10.1146 / annurev-arplant-042811-105511. ISSN 1543-5008. PMID 22404472.
  3. ^ Кристин, П.-А .; Осборн, К. (2014). «Эволюционная экология C4 растения » (PDF). Новый Фитолог. 204 (4): 765–781. Дои:10.1111 / nph.13033. ISSN 0028-646X. PMID 25263843. открытый доступ
  4. ^ Группа филогении покрытосеменных растений (2016). «Обновленная классификация филогенетической группы покрытосеменных для порядков и семейств цветковых растений: APG IV». Ботанический журнал Линнеевского общества. 181 (1): 1–20. Дои:10.1111 / boj.12385. открытый доступ
  5. ^ а б c Келлог, Э.А. (2013). "C4 фотосинтез ». Текущая биология. 23 (14): R594 – R599. Дои:10.1016 / j.cub.2013.04.066. ISSN 0960-9822. PMID 23885869. открытый доступ
  6. ^ а б Ян, Й .; Берри, П. (2011). «Филогенетика клады Chamaesyce (Молочай, Euphorbiaceae): ретикулярная эволюция и распространение на большие расстояния в выдающемся C4 родословная " (PDF). Американский журнал ботаники. 98 (9): 1486–1503. Дои:10.3732 / ajb.1000496. HDL:2027.42/142099. ISSN 0002-9122. PMID 21875975. открытый доступ
  7. ^ Koch, K. E .; Кеннеди, Р. А. (1982). «Метаболизм крассуловой кислоты в суккуленте C4 двудомный Portulaca oleracea L. в естественных условиях окружающей среды ». Физиология растений. 69 (4): 757–761. Дои:10.1104 / стр.69.4.757. ISSN 0032-0889. ЧВК 426300. PMID 16662291. открытый доступ
  8. ^ Fisher, A.E .; Макдэйд, Л.А.; Киль, Калифорния; и другие. (2015). «Эволюционная история Блефарис (Acanthaceae) и происхождение C4 фотосинтез в разрезе Акантодий". Международный журнал наук о растениях. 176 (8): 770–790. Дои:10.1086/683011. ISSN 1058-5893. открытый доступ
  9. ^ Bohley, K .; Joos, O .; Hartmann, H .; и другие. (2015). «Филогения Sesuvioideae (Aizoaceae) - биогеография, анатомия листа и эволюция C.4 фотосинтез ». Перспективы экологии, эволюции и систематики растений. 17 (2): 116–130. Дои:10.1016 / j.ppees.2014.12.003. ISSN 1433-8319.
  10. ^ а б c d е Schütze, P .; Freitag, H .; Вайзинг, К. (2003). «Комплексное молекулярно-морфологическое исследование подсемейства Suaedoideae Ulbr. (Chenopodiaceae)». Систематика и эволюция растений. 239 (3–4): 257–286. Дои:10.1007 / s00606-003-0013-2. ISSN 0378-2697. S2CID 20250636.
  11. ^ а б c d е Sage, R.F .; Sage, T.L .; Pearcy, R.W .; Борщ, Т. (2007). "Таксономическое распространение C4 фотосинтез у Amaranthaceae sensu stricto ». Американский журнал ботаники. 94 (12): 1992–2003. Дои:10.3732 / ajb.94.12.1992. ISSN 0002-9122. PMID 21636394. открытый доступ
  12. ^ Kadereit, G .; Мавродиев, Е.В .; Zacharias, E.H .; Сухоруков, А.П. (2010). «Молекулярная филогения Atripliceae (Chenopodioideae, Chenopodiaceae): значение для систематики, биогеографии, эволюции цветов и плодов, а также происхождения C4 фотосинтез ». Американский журнал ботаники. 97 (10): 1664–1687. Дои:10.3732 / ajb.1000169. ISSN 0002-9122. PMID 21616801. открытый доступ
  13. ^ Kadereit, G .; Фрейтаг, Х. (2011). «Молекулярная филогения Camphorosmeae (Camphorosmoideae, Chenopodiaceae): значение для биогеографии, эволюция C4-фотосинтез и систематика ». Таксон. 60 (1): 51–78. Дои:10.1002 / налог 601006.
  14. ^ Капралов, М.В .; Akhani, H .; Вознесенская, Е.В .; Эдвардс, G .; Franceschi, V .; Роалсон, Э. (2006). «Филогенетические отношения в кладе Salicornioideae / Suaedoideae / Salsoloideae s.l. (Chenopodiaceae) и уточнение филогенетического положения Bienertia и Александра с использованием нескольких наборов данных последовательностей ДНК ". Систематическая ботаника. 31 (3): 571–585. Дои:10.1600/036364406778388674. ISSN 0363-6445.
  15. ^ а б Пьянков, В .; Ziegler, H .; Кузьмин А .; Эдвардс, Г. (2001). "Происхождение и эволюция C4 фотосинтез в трибе Salsoleae (Chenopodiaceae) на основе анатомических и биохимических типов листьев и семядолей ». Систематика и эволюция растений. 230 (1–2): 43–74. Дои:10.1007 / s006060170004. ISSN 0378-2697. S2CID 25370346.
  16. ^ а б Akhani, H .; Эдвардс, G .; Роалсон, Э. (2007). «Диверсификация Старого Света Salsoleae s.l. (Chenopodiaceae): молекулярно-филогенетический анализ ядерных и хлоропластных наборов данных и пересмотренная классификация». Международный журнал наук о растениях. 168 (6): 931–956. Дои:10.1086/518263. ISSN 1058-5893.
  17. ^ Вознесенская, Е.В .; Akhani, H .; Котеева, Н.К .; и другие. (2008). «Структурные, биохимические и физиологические характеристики фотосинтеза в двух C4 подвиды Tecticornia indica и C3 разновидность Tecticornia pergranulata (Chenopodiaceae) ". Журнал экспериментальной ботаники. 59 (7): 1715–1734. Дои:10.1093 / jxb / ern028. ISSN 1460-2431. PMID 18390850.
  18. ^ а б Келлог, Э.А. (1999). «Филогенетические аспекты эволюции C4 фотосинтез » (PDF). In Sage, R.F .; Монсон, Р.К. (ред.). C4 биология растений. Сан-Диего, Калифорния: Academic Press. С. 411–44. ISBN 978-0126144406. Получено 2018-05-26.
  19. ^ McKown, A.D .; Moncalvo, J.-M .; Денглер, Н. (2005). "Филогения Flaveria (Asteraceae) и вывод C4 эволюция фотосинтеза ». Американский журнал ботаники. 92 (11): 1911–1928. Дои:10.3732 / ajb.92.11.1911. ISSN 0002-9122. PMID 21646108. открытый доступ
  20. ^ Lyu, M.-J.A .; Gowik, U .; Kelly, S .; и другие. (2015). "Филогения на основе RNA-Seq повторяет предыдущую филогению рода Flaveria (Asteraceae) с некоторыми модификациями ». BMC Эволюционная биология. 15 (1): 116. Дои:10.1186 / s12862-015-0399-9. ISSN 1471-2148. ЧВК 4472175. PMID 26084484. открытый доступ
  21. ^ Хансен, Д. (2012). Молекулярная филогения Пектис L. (Tageteae, Asteraceae), что имеет значение для таксономии, биогеографии и эволюции C.4 фотосинтез (Докторская диссертация). Техасский университет, Остин. Получено 2018-05-27. открытый доступ
  22. ^ Luebert, F .; Cecchi, L .; Frohlich, M.W .; Gottschling, M .; Guilliams, C.M .; Hasenstab-Lehman, K.E .; Hilger, H.H .; Miller, J.S .; Mittelbach, M .; Nazaire, M .; Nepi, M .; Nocentini, D .; Обер, Д .; Olmstead, R.G .; Selvi, F .; Simpson, M.G .; Sutorý, K .; Вальдес, Б .; Walden, G.K .; Вейгенд, М. (2016). «Семейная классификация борагиналов». Таксон. 65 (3): 502–522. Дои:10.12705/653.5. ISSN 0040-0262. Получено 16 июн 2018.
  23. ^ Vogan, P.J .; Frohlich, M.W .; Сейдж, Р.Ф. (2007). «Функциональное значение C3–C4 промежуточные черты в Гелиотропий L. (Boraginaceae): перспективы газообмена ». Растения, клетки и окружающая среда. 30 (10): 1337–1345. Дои:10.1111 / j.1365-3040.2007.01706.x. ISSN 0140-7791. PMID 17727423. открытый доступ
  24. ^ Marshall, D.M .; Muhaidat, R .; Браун, штат Нью-Джерси; и другие. (2007). "Cleome, род, близкий к Арабидопсис, содержит виды, относящиеся к стадии развития от C3 в C4 фотосинтез ». Журнал растений. 51 (5): 886–896. Дои:10.1111 / j.1365-313X.2007.03188.x. ISSN 0960-7412. PMID 17692080. открытый доступ
  25. ^ Федорова, Т.А .; Вознесенская, Е.В .; Эдвардс, G.E .; Роалсон, Э. (2010). "Биогеографические закономерности диверсификации и происхождение C4 в Cleome (Cleomaceae) " (PDF). Систематическая ботаника. 35 (4): 811–826. Дои:10.1600 / 036364410X539880. ISSN 0363-6445. S2CID 84983697. Получено 16 июн 2016.
  26. ^ Кул, А. (2012). Растения пустынь и необитаемые острова: систематика и этноботаника Caryophyllaceae (Кандидатская диссертация). Уппсальский университет. С. 35–36. ISBN 978-91-554-8471-2. Получено 23 июн 2018. открытый доступ
  27. ^ Bissinger, K .; Хошравеш, Р .; Kotrade, J.P .; и другие. (2014). "Гисекия (Gisekiaceae): филогенетические отношения, биогеография и экофизиология малоизученного C.4 происхождение в Caryophyllales ". Американский журнал ботаники. 101 (3): 499–509. Дои:10.3732 / ajb.1300279. ISSN 0002-9122. PMID 24638165.открытый доступ