C3、C4和CAM植物的光合生理特征

Question

C3、C4和CAM植物的光合生理特征

Answer 1

C3途径可分为羧化、还原、再生3个阶段.
　　(1)羧化阶段 指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合,生成PGA的过程.
　　(2)还原阶段 指利用同化力将3-磷酸甘油酸还原为甘油醛-3-磷酸的反应过程.
　　(3)再生阶段 甘油醛-3-磷酸重新形成核酮糖-1,5-二磷酸的过程.
CAM植物与C4植物固定与还原CO2的途径基本相同,二者都是由C4途径固定CO2,C3途径还原CO2,都由PEP羧化酶固定空气中的CO2,由Rubisco羧化C4二羧酸脱羧释放的CO2,二者的差别在于：C4植物是在同一时间(白天)和不同的空间(叶肉细胞和维管束鞘细胞)完成CO2固定(C4途径)和还原(C3途径)两个过程；而CAM植物则是在不同时间(黑夜和白天)和同一空间(叶肉细胞)完成上述两个过程的
C4植物的光合细胞有两类：叶肉细胞和维管束鞘细胞(BSC).C4植物维管束分布密集,间距小(每个叶肉细胞与BSC邻接或仅间隔1个细胞),每条维管束都被发育良好的大型BSC包围,外面又为一至数层叶肉细胞所包围,这种呈同心圆排列的BSC与周围的叶肉细胞层被称为克兰兹(Kranz)解剖结构,又称花环结构.C4植物的BSC中含有大而多的叶绿体,线粒体和其它细胞器也较丰富.BSC与相邻叶肉细胞间的壁较厚,壁中纹孔多,胞间连丝丰富.这些结构特点有利于叶肉细胞与BSC间的物质交换,有利于光合产物向维管束的就近转运.此外,C4植物的两类光合细胞中含有不同的酶类,叶肉细胞中含有磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶以及与C4二羧酸生成有关的酶；而BSC中含有Rubisco等参与C3途径的酶、乙醇酸氧化酶以及脱羧酶.在这两类细胞中进行不同的生化反应.
景天科植物酸代谢（CrasulaceanAcidMetabolism）途径的简称.是景天科、仙人掌科等一些适应干旱环境植物具有的一种特殊的光合固定二氧化碳的途径.这类植物的绿色部分具有昼夜酸波动的现象,即夜间积累有机酸,白天又逐渐消失；它们的气孔是白天关闭,夜晚开放.CAM途径和C4途径一样,也是光合碳同化的一个附加过程.其特点是在夜间通过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶固定二氧化碳形成草酰乙酸,后者还原成为苹果酸,贮存在液泡中.白天,在光下苹果酸由液泡逸出,释放二氧化碳,再参加卡尔文循环转变成糖.因此这类植物虽然白天气孔关闭,仍能进行光合作用.CAM植物和C4植物相似也有两个固定二氧化碳的过程.但C4植物首次固定二氧化碳（在叶肉细胞）和还原二氧化碳（在维管束鞘细胞）是在不同细胞中进行,即二氧化碳的固定和还原在空间上是分隔开的,而CAM植物首次固定二氧化碳（在夜间）与二氧化碳还原（在白天）,在时间上是分开的.因为这类植物生长在高温干旱环境中,干旱的威胁常影响到它们的生存,为了最大限度地减少水分的丢失,不得不改变白天气孔开放吸收二氧化碳的习性,而在凉爽的夜晚开放气孔来吸收光合作用所需的二氧化碳.CAM途径使这类植物的蒸腾系数远低于C3、C4植物.它的光合速率也低于其他二类植物,因此生长缓慢,但它能在其他植物难以生存的干旱、炎热的生态条件下生存和生长.