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9.7: C4通路和CAM
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9.7: C4通路和CAM

一些植物,如甘蔗和玉米,生长在炎热的条件下,使用一种称为C4通路的替代过程来固定碳。这个循环从大气中的CO2进入叶肉细胞开始,在叶肉细胞中,CO2被用来从磷酸烯醇丙酮酸(PEP)生成草酸酯(一种四碳分子)。然后草酰乙酸转化为苹果酸盐,转运到氧浓度较低的束鞘细胞。在那里,CO2从苹果酸盐中释放,进入卡尔文循环被转化为糖。CAM通路是在仙人掌等植物中进行的,这些植物在白天也需要保存水分。CAM植物在夜间让CO2进入叶片,并产生苹果酸盐,苹果酸盐储存在液泡中,直到第二天。然后苹果酸盐从液泡中释放出来,在卡尔文循环中进行处理。C4通路在局部分离不同的进程,而CAM通路按时间顺序分离它们。

C4的途径

一些植物,如玉米和甘蔗,已经进化出另一种固定碳的方法,有助于避免在炎热干燥的环境中水分流失。其中一种方法是C4途径。第一步,CO2进入叶肉细胞,磷酸烯醇丙酮酸 (PEP)羧化酶将其加入3-碳化合物PEP中,形成4-碳化合物草酰乙酸。草酰乙酸被转化成一种叫做苹果酸的有机酸。

随后,苹果酸被输送到叶片深处氧浓度较低的维管束鞘细胞中。苹果酸被分解,释放出一个CO2分子,然后进入Calvin循环,rubisco酶将其转化为糖。C4途径在炎热、干旱的条件下具有优势,因为植物会关闭气孔以保存水分。因此,它们可以保持较低的氧浓度,从而有利于CO2与二磷酸核酮糖羧化酶的结合,而不是O2。当氧浓度较高时,二磷酸核酮糖羧化酶与O2>结合,而不是与CO2结合,这一过程称为光呼吸,它会停止光合作用并消耗能量。

CAM的途径

其他植物,如仙人掌和菠萝,利用景天酸代谢(CAM)途径来固定碳。CAM植物主要在夜间打开气孔,以防止在炎热的白天水分流失。夜间CO2进入叶肉细胞,与PEP结合形成草酰乙酸,最终形成苹果酸。苹果酸则储存在液泡中,直到第二天从液泡中释放出来,进入Calvin循环。光合作用的第一阶段在白天进行,因为它们依赖于光,而Calvin周期的光独立反应则在夜间进行。以这种方式,CAM植物利用一天中不同的时间分离CO2固定和糖合成。


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