光合作用的种类

http://wc.pima.edu/Bfiero/tucsonecology/plants/plants_photosynthesis.htm

用于介绍3种光合作用的途径及和干旱环境的关系

概念:

• 光合作用：利用太阳光能把二氧化碳CO₂和水H₂O结合起来形成糖（CH₂O）和放出氧气（O₂）。糖分中储存有能量，它们可以作为初始原料来合成其他分子。

• 呼吸作用： 作用和光合作用相反—在有氧气的情况下，从糖中释放出能量。在这个过程中，也会重新释放CO₂和H₂O 。

• 气孔（stomata）：在光合作用中，CO₂吸收 和放出氧气可以通过叶子和枝干上的气孔。并且通过在气孔边上的两个卫细胞的扩张和缩小，植物可以调节气孔的开和关及开口的大小从而调节光合作用。

• 运输作用: 当气孔张开的时候，水分从气孔蒸发。这个作用可以拉升地下水和营养到植物的顶部，但是会造成水分的丢失和潜在的缺水。

• 水有效利用率(WUE)：植物在吸收CO₂进行光合作用中，究竟如何很好的利用从气孔中蒸发的水。更进一步说，WUE就是吸收CO₂ 和丢失水分的比率。

• 光呼吸作用: 在强光和高温下，光合作用酶（RUBISCO） 会吸收氧气而不是CO₂，从而发生呼吸作用而不是光合作用，这样糖生成的速度就减慢了。 

有3种光合作用的类型， C3,C4,和 CAM。 

光合作用C3是一种 最常见的途径，我们在学校里学的就是这种，几十年前我们只知道这种途径。C4 和 CAM 途径可以更有效利用水，是两种对干旱环境的适应进化。而且，在严酷的环境中CAM植物可以通过“静止”来节省宝贵的能量和水；在沙漠强光和高温的情况下，通过另一套生化途径和特殊的解剖结构C4 植物可以加快光合作用来减少光呼吸。

下面是具体例子。

光合作用C3: 

·         之所以称为C3是因为CO2 首先被加入进而合成3C化合物。

• 气孔在白天是打开的

• 光合作用酶（RUBISCO）也参与了CO₂吸收。

• 光合作用在叶子的各部分都有发生

• 进化的意义：在阴暗潮湿的环境中，比C4 和 CAM 更有效利用水，在正常环中需要更少的机理 (更少的作用酶和特殊结构)..

• 大部分植物是C3.

光合作用C4: 

• 之所以称为C3是因为CO₂ 首先被加入进而合成4C化合物.

• 气孔在白天是打开的

• 利用磷酸烯醇式丙酮酸PEP碳酸化酶进行CO₂吸收。 这种酶可以很快的吸收CO₂ 然后再快速转移到光合作用酶RUBISCO进行光合作用

• 光合作用在叶子内部细胞（需要特殊的结构，称为花环结构Kranz Anatomy)

·         进化的意义：在强光和高温的情况下，C4植物比C3植物的光合作用进行的快，这是因为CO₂ 直接传递给光合作用酶RUBISCO, 并不允许这种酶吸附氧气从而进行光呼吸

• 更好的水有效利用率，对同样量的CO2获取，由于PEP碳酸化酶更快的携带CO₂， 不需要长时间的打开气孔门（减少了水分的蒸发）。 

• 大约有几千种C4 植物，包括至少19 个植物属。例子有玉米和许多夏天常见的每年生植物。

光合作用 CAM： 

 CAM 代表景天酸代谢（Crassulacean Acid Metabolism）

• 之所以称为CAM 是因为CO₂ 被吸收进而形成景天酸 然后再进行光合作用

• 气孔在夜间打开（水分蒸发降低）在日间关闭. CO₂在夜间被转化成酸并被储存在白天，这种酸被降解并释放CO₂到光合作用酶进行光合作用。

·         进化的意义：在干旱的情况下，由于气孔只在夜间打开，水的传输很慢，CAM植物比C3植物有更好的水有效利用率（没有太阳光，低温，少风等等）

·         可能CAM植物会处于静止状态。当环境异常干燥，CAM植物的气孔会在白天和晚上都关闭。光合作用产生的氧气被用来进行呼吸，产生的CO2用来进行光合作用。这有点像永动机，但是在进行这些作用的时候有能量消耗，植物不能永远在CAM静止状态。通过CAM静止状态，植物可以在干燥的环境中生存下来，一旦有水，植物会很快又恢复（不像大部分植物会枯萎而死亡） 

·         CAM植物包括许多多肉植物如仙人掌和龙舌兰，以及一些兰花和凤梨。