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有关C4植物的一个问题

来源:学生作业帮 编辑:作业帮 分类:生物作业 时间:2022/08/14 14:36:33
有关C4植物的一个问题
我知道C4植物光合作用产生的有机物是在维管束鞘细胞内,我想问的是:C4植物的叶肉细胞能不能也进行暗反应产生有机物?
麻烦不清楚的不要乱说,
首先解释一下“暗反应”:
碳反应是CO2固定反应,简称碳固定反应(carbon-fixation reaction).在这一反应中,叶绿体利用光反应产生的ATP和NADPH这两个高能化合物分别作为能源和还原的动力将CO2固定,使之转变成葡萄糖,由于这一过程不需要光所以称为暗反应.碳固定反应开始于叶绿体基质,结束于细胞质基质.
碳反应是光生物学反应,是由光量子为生物色素吸收的时间极短的光反应过程和为光所激发的色素在暗处引起的一系列暗反应过程所组成的.暗反应是激发分子的热力学的缓和过程,是电荷的分离、电子的传递、磷酸化或短命的中间体形成等多种基本过程.F.F.Blackmann(1905)是最早指出光合成是由光反应和暗反应组成,因此后者也称为布氏反应(Black-man′s reaction).现在国际通用名称为碳反应,而非暗反应.因为该反应在没有光的时候,会因为缺乏光反应产生的ATP而无法进行.
由上可知暗反应的结果是CO2固定后转变成葡萄糖.接下来介绍一下C4植物的特点:
CO2同化的最初产物不是光合碳循环中的三碳化合物3-磷酸甘油酸,而是四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸的植物.又称C4植物.如玉米、甘蔗等.而最初产物是3-磷酸甘油酸的植物则称为三碳植物(C3植物).许多四碳植物在解剖上有一种特殊结构,即在维管束周围有两种不同类型的细胞:靠近维管束的内层细胞称为鞘细胞,围绕着鞘细胞的外层细胞是叶肉细胞.叶肉细胞里的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)经PEP羧化酶的作用,与CO2结合,形成苹果酸或天门冬氨酸.这些四碳双羧酸转移到鞘细胞里,通过脱羧酶的作用释放CO2,后者在鞘细胞叶绿体内经核酮糖二磷酸(RuBP)羧化酶作用,进入光合碳循环.这种由PEP形成四碳双羧酸,然后又脱羧释放CO2的代谢途径称为四碳途径.已经发现的四碳植物约有800种 ,广泛分布在开花植物的18个不同的科中.它们大都起源于热带.因为四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合,提高强光、高温下的光合速率,在干旱时可以部分地收缩气孔孔径,减少蒸腾失水,而光合速率降低的程度就相对较小,从而提高了水分在四碳植物中的利用率.这些特性在干热地区有明显的选择上的优势.
C4植物与C3植物的一个重要区别是C4植物的CO2补偿点很低,而C3植物的补偿点很高,所以C4植物在CO2含量低的情况下存活率更高.
C4类植物
在20世纪60年代,澳大利亚科学家哈奇和斯莱克发现玉米、甘蔗等热带绿色植物,除了和其他绿色植物一样具有卡尔文循环外,CO2首先通过一条特别的途径被固定.这条途径也被称为哈奇-斯莱克途径.
C4植物主要是那些生活在干旱热带地区的植物.在这种环境中,植物若长时间开放气孔吸收二氧化碳,会导致水分通过蒸腾作用过快的流失.所以,植物只能短时间开放气孔,二氧化碳的摄入量必然少.植物必须利用这少量的二氧化碳进行光合作用,合成自身生长所需的物质.
在C4植物叶片维管束的周围,有维管束鞘围绕,这些维管束鞘案由叶绿体,但里面并无基粒或发育不良.在这里,主要进行卡尔文循环.
其叶肉细胞中,含有独特的酶,即磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶,使得二氧化碳先被一种三碳化合物--磷酸烯醇式丙酮酸同化,形成四碳化合物草酰乙酸盐,这也是该暗反应类型名称的由来.这草酰乙酸盐在转变为苹果酸盐后,进入维管束鞘,就会分解释放二氧化碳和一分子甘油.二氧化碳进入卡尔文循环,后同C3进程.而甘油则会被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸,此过程消耗ATP.
该类型的优点是,二氧化碳固定效率比C3高很多,有利于植物在干旱环境生长.C3植物行光合作用所得的淀粉会贮存在叶肉细胞中,因为这是卡尔文循环的场所,而维管束鞘细胞则不含叶绿体.而C4植物的淀粉将会贮存于维管束鞘细胞内,因为C4植物的卡尔文循环是在此发生的.
C4型植物有:玉米、茼蒿、白苋菜、小白菜、空心菜.
由上可知叶肉细胞里的磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)经PEP羧化酶的作用,与CO2结合,形成苹果酸或天门冬氨酸.这些四碳双羧酸转移到鞘细胞里,通过脱羧酶的作用释放CO2,后者在鞘细胞叶绿体内经核酮糖二磷酸(RuBP)羧化酶作用,进入光合碳循环.所以叶肉细胞不能进行暗反应.