題主說的是C3植物的卡爾文迴圈和C4植物特有的哈奇-斯萊克途徑,嚴格來說它們並不是兩套光合系統,因為它們有著密切的聯絡,C4植物特有的途徑更像是C3植物的升級版,是一些生活在乾旱熱帶地區的植物為了適應環境演化出的更高效的固碳手段。
卡爾文迴圈是所有綠色植物都共有的反應,發生於葉綠體基質中,卡爾文迴圈透過羧化、還原以及核酮糖再生三個過程,吸收一個分子的二氧化碳並生成一分子葡萄糖,具體過程如下——
卡爾文迴圈裡,二氧化碳的固定和卡爾文迴圈(二氧化碳轉化為有機物)都是在葉綠體基質中進行的,而在C4植物體內,二氧化碳的固定和卡爾文迴圈在空間上是分開的,具體反映過程如下圖——
簡單來說,C4植物特有的哈奇-斯萊克途徑特殊的地方在於二氧化碳不是直接被轉換成葡萄糖,而是先和磷酸烯醇式丙酮酸反應生成草醯乙酸,再轉換為蘋果酸,然後從葉肉細胞穿越到維管束鞘細胞,在維管束鞘細胞中分解為二氧化碳再進入卡爾文迴圈。
這麼做的目的是為了提高二氧化碳的固定效率,典型的C4植物玉米、甘蔗等都是生活在熱帶乾旱地區,在高溫低溼的環境下,氣孔無法長時間開放,否則會失水過多死亡,氣孔又是植物獲取二氧化碳的通道,氣孔無法長時間開放意味著二氧化碳也無法長時間供應,光合作用就會受影響。為了適應這樣的環境,生活在這些區域的植物就演化出了哈奇-斯萊克途徑在氣孔開放的短暫時間內快速『捕獲』二氧化碳並以中間態暫時儲存,使得光合作用的整體效率大幅提升。
出了C3,C4植物外,還有一類植物能進行景天酸代謝(crassulacean acid metabolism, CAM),這類植物可以在晚上開啟氣孔吸收二氧化碳,白天有光照的情況下再進行卡爾文迴圈,這類植物能適應更極端(如白天溫度更高)的環境。
這幾種途徑並不是獨立的光合系統,而是植物為了適應環境演化出的不同的吸收和固定光合作用原料——二氧化碳的策略,固定後的反應都是相同的,都要經過卡爾文迴圈轉化為葡萄糖。
題主說的是C3植物的卡爾文迴圈和C4植物特有的哈奇-斯萊克途徑,嚴格來說它們並不是兩套光合系統,因為它們有著密切的聯絡,C4植物特有的途徑更像是C3植物的升級版,是一些生活在乾旱熱帶地區的植物為了適應環境演化出的更高效的固碳手段。
卡爾文迴圈是所有綠色植物都共有的反應,發生於葉綠體基質中,卡爾文迴圈透過羧化、還原以及核酮糖再生三個過程,吸收一個分子的二氧化碳並生成一分子葡萄糖,具體過程如下——
卡爾文迴圈裡,二氧化碳的固定和卡爾文迴圈(二氧化碳轉化為有機物)都是在葉綠體基質中進行的,而在C4植物體內,二氧化碳的固定和卡爾文迴圈在空間上是分開的,具體反映過程如下圖——
簡單來說,C4植物特有的哈奇-斯萊克途徑特殊的地方在於二氧化碳不是直接被轉換成葡萄糖,而是先和磷酸烯醇式丙酮酸反應生成草醯乙酸,再轉換為蘋果酸,然後從葉肉細胞穿越到維管束鞘細胞,在維管束鞘細胞中分解為二氧化碳再進入卡爾文迴圈。
這麼做的目的是為了提高二氧化碳的固定效率,典型的C4植物玉米、甘蔗等都是生活在熱帶乾旱地區,在高溫低溼的環境下,氣孔無法長時間開放,否則會失水過多死亡,氣孔又是植物獲取二氧化碳的通道,氣孔無法長時間開放意味著二氧化碳也無法長時間供應,光合作用就會受影響。為了適應這樣的環境,生活在這些區域的植物就演化出了哈奇-斯萊克途徑在氣孔開放的短暫時間內快速『捕獲』二氧化碳並以中間態暫時儲存,使得光合作用的整體效率大幅提升。
出了C3,C4植物外,還有一類植物能進行景天酸代謝(crassulacean acid metabolism, CAM),這類植物可以在晚上開啟氣孔吸收二氧化碳,白天有光照的情況下再進行卡爾文迴圈,這類植物能適應更極端(如白天溫度更高)的環境。
這幾種途徑並不是獨立的光合系統,而是植物為了適應環境演化出的不同的吸收和固定光合作用原料——二氧化碳的策略,固定後的反應都是相同的,都要經過卡爾文迴圈轉化為葡萄糖。