折叠 编辑本段 概述
大家都知道，植物是通过光合作用生长的，光合作用中很重要的一个过程是:植物的叶绿体把空气中的二氧化碳转化成植物机体内的碳水化合物，这个过程就是卡尔文循环。植物所需的碳元素，会以二氧化碳形态进入，最终被转化成糖的形态离开这个循环。这个代谢过程中，植物需要有方法来固定碳元素。 普通的C4类植物(如玉米、甘蔗等)，它们对二氧化碳固定实行的是空间分离(通过两种细胞类型实现:叶肉细胞和维管束鞘细胞)。而景天酸代谢植物(如仙人掌、多肉植物等)则不同，它们对二氧化碳固定实行的是时间分离(昼夜节律)。 这是由于仙人掌类和多肉植物等往往生长于热带干旱地区，而这种环境的特点是白天炎热夜晚寒冷，昼夜温差非常巨大，为了在这种环境下生存下来，这类植物经过长期适应和进化发展出一套独特的生存策略: 晚上，开放气孔吸收二氧化碳，并通过羧化反应形成苹果酸存于植物细胞内的大液泡中，而且在一定范围内，气温越低，二氧化碳吸收越多。到了白天，关闭气孔减少水分蒸腾，再把夜间储于细胞大液泡里的酸性物质(主要是苹果酸，但也有天冬氨酸)作脱羧反应，释放的二氧化碳进入卡尔文循环进行光合作用，并且在一定的范围内，温度越高，脱羧越快。 由于夜间温度比较低所以通过气孔丢失的水分要比白天少得多，对于植物来说，这样的好处就是可以避免水分过快的流失，因为气孔只在夜间开放以摄取二氧化碳。 由于这种方式是在景天科植物上首先发现的，故称为景天酸代谢途径。在栽培技术上可以利用这个特点，如:在一定范围内，尽可能加大温室的昼夜温差，并且在晚上提高室内二氧化碳浓度等，可促使这类植物加快生长。 折叠 编辑本段 代谢原理夜间，大气中CO2自气孔进入细胞质中，被磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)催化，与磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)结合形成草酰乙酸(OAA)，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮于液泡中，其浓度每升可达100毫摩尔。苹果酸从细胞质通过液泡膜进入液泡是主动过程，而从液泡回到细胞质中则是被动过程。从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。在日间，细胞气孔关闭，苹果酸从液泡中释放出来后，经脱羧作用释放出CO2，进入C3途径合成淀粉;形成的丙酮酸可以形成PEP再还原成磷酸三糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放出CO2，又可进入C3途径。从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。 有两种脱羧酶可催化这个反应。有些植物中NADP(辅酶Ⅱ)-或NAD(辅酶Ⅰ)-苹果酸酶催化氧化脱羧，形成CO2和丙酮酸，另一些植物中PEP羧激酶催化形成草酰乙酸，并脱羧产生CO2及PEP。CO2产生后，通过光合碳循环重新被固定，最终形成淀粉等糖类。在弱光下，尤其是气温高时，有一部分CO2会被释放到大气中去。
折叠 编辑本段 植物的比较C4植物和CAM植物都是低光呼吸植物，都具有光合碳同化最基本的C3途径将cQ还原成糖。但C4植物另有C4途径起"CO2泵"作用，CAM植物另有CAM途径起夜间暂时贮存C02作用，所以C4植物与CAM植物在代谢上的主要区别在于C4途径和CAM途径上的差异。 C4途径与CAM途径相同点: (1)都具有羧化(固定CO2)和脱羧(脱下CO2)两个过程。 (2)都只能起暂时固定CO2功能，不能将CO2还原成糖。(3)CO2最初受体都为PEP，cch最初固定产物都是OAA，催化最初羧化反应的酶都是PEPCase。 C4途径与CAM途径不同点: (1)C4途径的羧化和脱羧在空问上是分开的，即羧化在叶肉细胞中进行，脱羧在鞘细胞中进行，而在时间上没有分开，均在白天进行。 (2)CAM途径的羧化和脱羧在时间上是分开的，即羧化在夜晚进行，脱羧在白天进行，而在空间上没有分开，均在叶肉细胞叶绿体中进行。 |
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