聯(lián)系電話:17737192765
聯(lián)系人:王經(jīng)理"/>
|
新聞詳情
(科普)碳四植物與碳三植物 二維碼
發(fā)表時(shí)間:2017-12-02 21:08 光合作用固碳分成兩個(gè)過(guò)程。第一個(gè)過(guò)程是葉綠素吸收太陽(yáng)光,把光能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能,生成能量分子ATP。這個(gè)過(guò)程叫光反應(yīng)。第二個(gè)過(guò)程叫碳反應(yīng),在酶的催化下,消耗ATP提供的能量,將二氧化碳和水合成有機(jī)物。碳反應(yīng)的第一個(gè)步驟是要把空氣中的二氧化碳固定到某個(gè)物質(zhì)上不讓它跑掉。對(duì)絕大多數(shù)植物來(lái)說(shuō),它們用來(lái)固定二氧化碳的物質(zhì)是一種本身含有5個(gè)碳原子的化合物,叫做二磷酸核酮糖,二氧化碳和它結(jié)合后讓它多了一個(gè)碳原子,但是新生成的這個(gè)6碳分子很不穩(wěn)定,立即分裂成2個(gè)含3個(gè)碳原子的化合物3-磷酸甘油酸。所以采用這種方式固碳的植物,叫做碳三植物。碳固定下來(lái)之后,再經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的生物化學(xué)反應(yīng),最終生成葡萄糖、淀粉。 有些植物就拋棄了祖先的遺產(chǎn),發(fā)明了新的固碳方式。它們不直接用RuBisCO來(lái)固碳,在葉肉細(xì)胞里,沒(méi)有RuBisCO,而是另一種羧化酶,它能很好地區(qū)分二氧化碳和氧氣,只把二氧化碳固定到另一種化合物上,生成蘋(píng)果酸或天門(mén)冬氨酸。蘋(píng)果酸或天門(mén)冬氨酸含有4個(gè)碳原子,所以采用這種固碳方式的植物稱為碳四植物。但是植物要利用固定下來(lái)的二氧化碳,還是離不開(kāi)RuBisCO的。碳四植物的RuBisCO哪里去了呢?在維管束周圍,包裹著一層鞘細(xì)胞,碳四植物的RuBisCO就躲在這里。蘋(píng)果酸或天門(mén)冬氨酸源源不斷地跑到了維管束鞘細(xì)胞,釋放出二氧化碳供RuBisCO使用,而空氣中的氧氣是到不了這里的,這樣,RuBisCO就只發(fā)揮其羧化酶的作用,不干加氧的雜活了。 這樣固碳的效率大大提高了,就可以縮短氣孔開(kāi)放的時(shí)間,減少水分的蒸發(fā)。碳三植物每固定一分子的二氧化碳,要喪失833分子的水,而碳四植物只喪失277分子的水。少浪費(fèi)水還能高效固碳,碳四植物也就特別適合在炎熱干旱的條件下茁壯成長(zhǎng)。大部分的碳四植物實(shí)際上是草(禾本科),但是它們有的長(zhǎng)得如此高大,很多人都不知道它們是草,例如玉米、甘蔗、高粱。 既然碳四植物的光合作用效率如此之高,為什么它們沒(méi)有征服全世界,只占植物中的一小部分呢(大約占3%)?這是因?yàn)槠涓咝且远嗪馁M(fèi)能量為代價(jià)的。由于多出了一個(gè)步驟,碳四植物的光合作用要耗費(fèi)更多的能量,每合成一分子葡萄糖要耗費(fèi)30分子的ATP,而碳三植物只需要耗費(fèi)18分子ATP。ATP是由光能轉(zhuǎn)化來(lái)的,在陽(yáng)光強(qiáng)烈、充足的炎熱地帶,不缺ATP,為了多固碳多耗費(fèi)ATP是值得的。但是在陰涼、寒冷的地帶,多耗費(fèi)ATP就沒(méi)有優(yōu)勢(shì)了。所以碳四植物最適合在熱帶地區(qū)生長(zhǎng),在其他地區(qū)就未必能競(jìng)爭(zhēng)過(guò)碳三植物了。 水稻原產(chǎn)熱帶,但卻沒(méi)有變成碳四植物,可能是因?yàn)樗脑a(chǎn)地水分充沛。但是如果讓水稻變成碳四植物,提高了它的光合作用效率,不就可以大大地提高它的產(chǎn)量而且還能抗旱嗎?但是要把水稻變成碳四植物所需要的基因是水稻中原來(lái)沒(méi)有的,只能用轉(zhuǎn)基因技術(shù),從碳四植物(例如玉米)中引入。這是一個(gè)艱巨的任務(wù),因?yàn)樾枰氲男禄蚨噙_(dá)13個(gè),而且光是引入基因還不夠,還要讓它們能夠發(fā)揮作用,形成特殊的細(xì)胞構(gòu)造。 碳三植物的葉肉細(xì)胞較分散,維管束鞘細(xì)胞中沒(méi)有葉綠體,光合作用只有碳三循環(huán),對(duì)二氧化碳的利用率較低,一般生活在溫帶地區(qū)。 碳四植物的葉肉細(xì)胞排列有規(guī)律,與維管束鞘細(xì)胞形成兩圈“花環(huán)”,維管束鞘細(xì)胞中有沒(méi)有基粒的葉綠體,光合作用有碳三循環(huán)和碳四循環(huán),對(duì)二氧化碳的利用率較高,一般生活在熱帶、亞熱帶地區(qū)。 CO2同化的最初產(chǎn)物不是光合碳循環(huán)中的三碳化合物3-磷酸甘油酸,而是四碳化合物蘋(píng)果酸或天門(mén)冬氨酸的植物。又稱C4植物。如玉米、甘蔗、高粱、莧菜等。 CO2同化的最初產(chǎn)物是光合碳循環(huán)中的三碳化合物3-磷酸甘油酸的植物,稱為碳三植物(C3植物),有如小麥、大豆、煙草、棉花等。C3植物比C4植物CO2補(bǔ)償點(diǎn)高,所以C3植物在CO2含量低的情況下存活率比C4植物來(lái)的低。 |