扩展1-碳同化和光呼吸

1、扩展：碳同化与光呼吸扩展：碳同化与光呼吸碳同化：碳同化：植物利用光反应中形成的植物利用光反应中形成的NADPH和和ATP将将CO2转转化成化成糖类等有机物糖类等有机物的过程。的过程。何谓光合碳同化？何谓光合碳同化？碳同化碳同化C3途径途径卡尔文循环卡尔文循环C4途径途径CAM途径途径景天酸代谢景天酸代谢C3途径途径卡尔文循环卡尔文循环三碳糖可在叶绿体内形成淀粉，或运至细胞质形成蔗糖。三碳糖可在叶绿体内形成淀粉，或运至细胞质形成蔗糖。14步反应步反应卡尔文及其同事用来研究小球藻卡尔文及其同事用来研究小球藻CO2固定的仪器装置固定的仪器装置放射性同位素示踪和双向纸层析法放射性同位素示踪和双向纸层析

2、法核酮糖二磷核酮糖二磷酸（酸（3）3CO23-磷酸甘油磷酸甘油酸（酸（6）3-磷酸甘油磷酸甘油醛（醛（6）ATPADPNADPHNADP+ATPADP（3）（6）（6）（6）GAP（3）羧化羧化还原还原再生再生GAP（5）每固定一个每固定一个CO2需要需要消耗消耗3个个ATP和和 2个个NADPH。还原还原3个个CO2可输出可输出1个个磷酸丙糖（磷酸丙糖（GAP），固定固定6个个CO2可形成可形成1个个磷酸己糖磷酸己糖。光合产物的转化和输出光合产物的转化和输出在叶绿体内合成淀粉在细胞质内合成蔗糖在叶绿体内合成淀粉在细胞质内合成蔗糖C3植物植物水稻、小麦、大豆、棉花水稻、小麦、大豆、棉花C4途径

3、途径Hatch-Slack途径途径叶肉细胞叶肉细胞中的叶绿体中的叶绿体 维管束鞘细胞中的维管束鞘细胞中的叶绿体叶绿体NADPHNADP+ATPADP+Pi（CH2O）C52C3C4C3（PEP）（丙酮酸丙酮酸）C4ADP+PiATPC3酶酶C4途径途径C3途径途径C4植物植物玉米，高粱，甘蔗玉米，高粱，甘蔗叶肉细胞叶肉细胞“花环状花环状”环绕在维管束鞘细胞环绕在维管束鞘细胞外外C3和和C4植物叶片结构比较植物叶片结构比较C3植物植物C4植物植物C3植物植物：维管束鞘细胞不含叶绿体。维管束鞘细胞不含叶绿体。C4植物：植物：呈呈“花环型花环型”两圈，两圈，外：外：部分叶肉细胞；部分叶肉细胞；内：内

4、：维维管束鞘细胞（含无基粒的叶绿体）管束鞘细胞（含无基粒的叶绿体）PEP：磷酸烯醇式丙酮酸；磷酸烯醇式丙酮酸；OAA：草酰乙酸；草酰乙酸；Mal：苹果酸：苹果酸；Asp：天冬氨酸；天冬氨酸；Pyr：丙酮酸：丙酮酸；PPDK：丙酮酸磷酸双激酶。丙酮酸磷酸双激酶。PEPC：PEP羧化酶羧化酶pC4植物具有较高的光合效率，特别是在低植物具有较高的光合效率，特别是在低CO2浓度、高浓度、高温、强光。温、强光。C4途径途径二氧化碳泵二氧化碳泵意义：意义：在在高温、高光强高温、高光强、干旱和、干旱和低低CO2条件下，条件下，C4植物植物显示出高的光合效率。显示出高的光合效率。原因：原因：PEP羧化酶羧化酶

5、对对CO2的的亲和力很强亲和力很强，具有把外界低浓，具有把外界低浓度度CO2浓缩浓缩到维管束鞘细胞中的作用到维管束鞘细胞中的作用“CO2泵泵”。 PEP羧羧化酶的活性比化酶的活性比RuBP羧化酶羧化酶的活性高的活性高60倍倍。C4植物的光呼吸比植物的光呼吸比C3植物低。植物低。CAM途径（景天酸代谢途径）途径（景天酸代谢途径）落地生根落地生根芦荟芦荟瓦松瓦松特点：特点：夜间气孔打开，吸收夜间气孔打开，吸收CO2 并固定成有机酸贮存起来；并固定成有机酸贮存起来；白天气孔关闭，在光下将有机酸脱羧释放出的白天气孔关闭，在光下将有机酸脱羧释放出的CO2 经经C3 途径途径同化为碳水化合物。同化为碳水化

6、合物。肉质植物具有白天气孔关闭，夜间气孔开放的生态特性，肉质植物具有白天气孔关闭，夜间气孔开放的生态特性，以适应高温干旱环境。以适应高温干旱环境。适用范围：适用范围：干早地区的干早地区的景天科景天科、仙人掌科仙人掌科和和菠萝菠萝等植物。等植物。CAM途径途径 特特 征征 C3植物植物 C4植物植物 CAM植物植物植物类型植物类型温带植物温带植物热带亚热带热带亚热带干旱地区植物干旱地区植物叶结构叶结构无花环结构无花环结构 有花环结构有花环结构无花环结构无花环结构CO2固定酶固定酶 RuBP 羧化酶羧化酶PEP羧化酶羧化酶 RuBP羧化酶羧化酶PEP羧化酶羧化酶 RuBP羧化酶羧化酶CO2固定途径

7、固定途径C3途径途径C3、C4途径途径C3、CAM最初最初CO2受体受体RuBPPEP光：光：RUBP暗：暗：PEPCO2固定初产物固定初产物PGAOAA光：光：PGA暗：暗：OAA光合速率光合速率 中中 高高 低低CO2补偿点（补偿点（mg/L）30-7010暗中：暗中：饱和光强饱和光强全日照全日照1/2 无无 无无何谓光呼吸？何谓光呼吸？光呼吸：光呼吸：植物的植物的绿色细胞依赖光照绿色细胞依赖光照，吸收，吸收O2和放出和放出CO2的的过程，又称为过程，又称为乙醇酸氧化途径乙醇酸氧化途径（C2循环循环）。）。O2的吸收发生在的吸收发生在叶绿体和过氧化物体叶绿体和过氧化物体，CO2的释放发的释放