Question

C3植物与C4植物和CAM植物二氧化碳同化过程的区别

Answer 1

　　一、C3途径——卡尔文循环（TCA）：在叶肉细胞中进行：
　　1、羧化阶段：磷酸核酮糖+ CO2+ H2O——2磷酸甘油酸（三碳）
　　1、 还原阶段： 磷酸甘油酸+NADPH+H++ATP——磷酸甘油醛+NADP++ADP
　　2、 更新及转化阶段：磷酸甘油醛----------磷酸核酮糖
　　经六次循环能同化6分子CO2，生成一分子的已糖，反应式
　　6 CO2 +12（NADPH+H+）+18ATP——磷酸甘油醛+12NADP++18ADP
　　二、C4途径：CO2固定的最初产物为4C的草酰乙酸。此过程主要存在于起源于热带、亚热带的玉米、甘蔗和高粱等C4植物中。
　　1、C4植物叶片结构特点：C4植物叶脉维菅束周围有一层发达的维菅束鞘细胞，内含大型叶绿体，维菅束鞘细胞外的一层或数层叶肉细胞排列整齐。
　　2、C4途径生化反应：在维菅束鞘细胞和叶肉细胞中进行。叶肉细胞的细胞质中的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化，把CO2固定为草酰乙酸（OAA），后转变为C4酸（苹果酸或天冬氨酸）；C4酸转移到维管束鞘细胞；维管束鞘细胞中的C4酸脱羧产生CO2，CO2再通过卡尔文循环被还原为糖类；C4酸脱羧形成的C3酸（丙酮酸或丙氨酸）再运回叶肉细胞再生成PEP。
　　C4途径本身不能使CO2合成糖，只是相当于一个以ATP为动力的CO2浓缩器，使维菅束鞘细胞中保持高的[CO2]。
　　三、景天酸代谢途径（CAM）：因首先在景天科植物中发现而命名。
　　具有景天酸代谢途径的植物，可以适应高温、强光和干旱的环境条件，气孔白天关闭，夜晚张开。如仙人掌科、凤梨科、大戟科、景天科等植物中，一般说CAM植物常是多汁的。途径的特点是：在夜间，细胞中磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）作为二氧化碳接受体，在PEP 羧化酶催化下，形成草酰乙酸，再还原成苹果酸，并贮于液泡中；白天，苹果酸则由液泡转入叶绿体中进行脱羧释放二氧化碳，再通过卡尔文循环转变成糖。所以这类植物的绿色部分的有机酸特别是苹果酸有昼夜的变化，夜间积累，白天减少。淀粉则是夜间减少（由于转变为二氧化碳接受体PEP）白天积累（由于进行光合作用的结果）。

　　四、高等植物光合碳物质循环的三条途径中，C3途径存在于所有绿色植物中，是把C同化为糖类的过程；C4和CAM途径则只能固定CO2，为一定环境条件下（低O2、高温）C3途径的进行提供了保证。C同化的多条途径，增强了植物对环境的适应能力。C3途径是光合途径同化的基本途径，C4和CAM植物形成碳水化合物除了分别需要C4途径和CAM途径外，最终还需要C3途径。在碳同化特性上，CAM与C4植物相似，都有PEP羧化酶，需要两次羧化反应固定CO2。只是固定CO2与生成光合作用产物在时间空间有差异，C4植物在叶肉细胞内固定CO2，在维管束鞘细胞中同化CO2。CAM植物则在晚上固定CO2，在白天同化CO2。