植物碳同化途径有哪些?各有什么特点
植物碳同化,即指光合作用。详细的说,是指光合作用中暗反应将二氧化碳的固定并还原储存在有机物中的过程。
目前来看,暗反应的途径,即植物碳同化的途径主要分3种。
如下:
1.卡尔文循环:
卡尔文循环(Calvin cycle),一译开尔文循环,又称光合碳循环(碳反应)。是一种类似于克雷布斯循环(Krebs cycle,或称柠檬酸循环)的新陈代谢过程,可使其动物质以分子的形态进入和离开此循环后发生再生。碳以二氧化碳的形态进入并以糖的形态离开卡尔文循环。整个循环是利用ATP作为能量来源,并以降低能阶的方式来消耗NADPH,如此可增加高能电子来制造糖。(引自百度百科)
它的特点之一是通用性。即所有的光合生物,都离不开这个过程(包括原核生物,如蓝藻)。之后的两种植物碳同化途径,也是以该循环为基础而产生的。
它的另一特点是受二氧化碳浓度限值较大。当二氧化碳浓度较低时(气孔关闭所致),固定二氧化碳的酶改为和氧气结合,消耗有机物但并不产生ATP(光呼吸),是非常不节能的。外在表现为植物的午休现象。
2.碳4途径:
为了应对上面提到的光呼吸,一些植物(碳4植物)进化出了这一种代谢途径。
它的特点是二氧化碳的固定与二氧化碳的还原相分离(同一时间,不同的细胞,即同时不同地)。即不在有午休现象,是植物对高温的适应。具体过程如下图:
3.景天科酸代谢:
严格的说,景天科酸代谢也是一种碳四代谢,但我们一般将它单独划分出来。因为它的特点更明显,这种植物二氧化碳的固定与二氧化碳的还原相分离程度更大,因为二氧化碳的固定在夜间进行,而二氧化碳的还原因为需要光照,故在白天进行。这是沙漠植物(如仙人掌,大戟科植物)所特有的,保水的代谢方式。
它的另一特点也分外明显,即效率低,植物生长缓慢。
它的具体过程如下图:
综上所述,您能找到您想要的答案。
①.C3途径是碳同化的基本途径,可合成糖类,淀粉等多种有机物.C3途径是指在某些高等植物光合作用的暗反应过程中,一个CO2在RuBP(1,5-二磷酸核酮糖)羧化酶的催化下,在有镁离子的环境中,被一个RuBP固定后形成两个三碳化合物(3-磷酸甘油酸)。如大豆,黄瓜等
②.C4途径.有一些植物对CO2的固定反应是在叶肉细胞的胞质溶胶中进行的,在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的催化下将CO2连接到磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)上·形成四碳酸:草酰乙酸(oxaloacetate),这种固定CO2的方式称为C4途径。C4植物每同化1分子CO2,需要消耗5分子ATP和2分子NADPH。
③.CAM途径其特点是气孔夜间张开,白天关闭。夜间二氧化碳能够进入叶中,也被固定在C4化合物中,与C4植物一样。白天有光时则C4化合物释放出的二氧化碳,参与卡尔文循环。
由于CAM植物夜间吸进二氧化碳,淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP),在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)催化下,与PEP结合,生成草酰乙酸(OAA),进一步还原为苹果酸储存在液泡中。从而表现出夜间淀粉减少,苹果酸增加,细胞液pH下降。而白天气孔关闭,苹果酸转移到细胞质中脱羧,放出二氧化碳,进入C3途径合成淀粉;形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成磷酸三糖,最后合成淀粉或者转移到线粒体,进一步氧化释放二氧化碳,又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加,苹果酸减少,细胞液pH上升。
C3途径是碳同化的基本途径,可合成糖类,淀粉等多种有机物.C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用,最终还是通过C3途径合成光合产物等.
C3途径是最基本的,无论是C4及CAM途径都要通过C3途径来同化CO2.没有C3途径就没有后两者.
CAM途径与C4途径基本相同,二者的差别在于C4植物的两次羧化反应是在空间上(叶肉细胞和维管束鞘细胞)分开的,而CAM植物则是在时间上(黑夜和白天)分开的.
1.C3途径:也称为卡尔文循环或光合碳循环。整个循环有RUBP与CO2的羧化开始到RUBP再生结束,在叶绿体基质中进行,全过程分为羧化、还原、再生3个阶段。由此途径CO2固定后形成的最终产物3-磷酸甘油酸(PGA)为三碳化合物。
2、C4途径:该过程中CO2的最初固定是于叶肉细胞质中进行的,而CO2的最终还原是在维管束鞘细胞的叶绿体中进行。CO2固定后的最终产物为草酰乙酸(OAA)
3、CAM途径:也称景天酸途径。景天科、仙人掌科的植物适应干旱环境,夜间气孔开放,固定CO2产生有机酸,白天光下气孔关闭,有机酸释放出CO2,再经卡尔文循环固定还原为有机物。
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