請學(xué)習(xí)下面短文,并回答下列問題:
綠色植物的光合作用是地球上最重要的代謝,對于整個生物界具有重要意義。從18世紀(jì)后葉到現(xiàn)在,有關(guān)光合作用的研究及其發(fā)現(xiàn)一直是人們關(guān)注的熱點,科學(xué)家們也一直不斷有關(guān)于光合作用的新發(fā)現(xiàn)。
20世紀(jì)60年代,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)在玉米、甘蔗等起源于熱帶的植物葉肉細胞的葉綠體內(nèi),CO2被一種叫磷酸烯醇式丙酮酸的三碳化合物(PEP)固定,形成一個四碳化合物--草酰乙酸(C4),催化該反應(yīng)的酶為PEP羧化酶,其與CO2的親和力特別強。C4進入維管束鞘細胞的葉綠體中,釋放出一個CO2,并形成一種三碳化合物--丙酮酸。釋放出來的CO2再被C5固定,繼續(xù)進行卡爾文循環(huán)的途徑。丙酮酸則再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP,PEP則可以繼續(xù)固定CO2,具體過程如圖所示。這種以四碳化合物(C4)為光合最初產(chǎn)物的途徑稱為C4途徑,而卡爾文循環(huán)這種以三碳化合物(C3)為光合最初產(chǎn)物的途徑則稱為C3途徑。相應(yīng)的植物被稱為C4植物和C3植物。
C3植物和C4植物最主要的差別就在于CO2固定的方式和場所。研究發(fā)現(xiàn),C4植物和C3植物的光反應(yīng)階段完全相同。隨著研究的不斷深入,光合作用的分子機制不斷被人們發(fā)現(xiàn),除了學(xué)術(shù)價值外,這些研究還具有重大的應(yīng)用價值。
(1)C3植物和C4植物光反應(yīng)主要發(fā)生的物質(zhì)變化為
水的光解(水在光下分解)和ATP(及NADPH)的合成
水的光解(水在光下分解)和ATP(及NADPH)的合成
。
(2)C3植物CO2的固定主要發(fā)生在 葉綠體基質(zhì)
葉綠體基質(zhì)
內(nèi),在該細胞內(nèi)是由CO2與 C5
C5
反應(yīng)實現(xiàn)的。
(3)C4途徑中PEP的再生途徑是:C4釋放出一個CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP
C4釋放出一個CO2,并形成丙酮酸。丙酮酸再次進入葉肉細胞中的葉綠體內(nèi),在有關(guān)酶的催化下,通過ATP提供的能量,轉(zhuǎn)化成PEP
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(4)在高溫、光照強烈和干旱的條件下,綠色植物氣孔會關(guān)閉,此時,C4
C4
植物的光合強度更大,原因是 C4植物細胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強,C4植物可以利用葉片內(nèi)細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力
C4植物細胞內(nèi)的PEP羧化酶與CO2的親和力特別強,C4植物可以利用葉片內(nèi)細胞間隙中含量很低的CO2進行光合作用,而C3植物則不能。所以C4植物比C3植物具有更強的光合作用能力
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