景天科的植物夜间也进行光合作用景天科的植物进行的是景天酸代谢,它们对二氧化碳固定实行的是时间分离(昼夜节律)。这类植物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,但也有天门冬氨酸)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。
景天科植物光合作用方式为CAM(景天酸代谢)途径。在夜间打开气孔,吸收二氧化碳,与体内磷酸烯酮式丙酮酸结合生成草酰乙酸,再通过酶催化转化为苹果酸,储存在液泡中;在白天,气孔几乎完全关闭,苹果酸从液泡中运出,在酶的催化作用下分解,生成二氧化碳,进入叶绿体中,被固定为糖类。
本科植物肉质叶的组织多为薄壁组织,含多量细胞液、草酸钙和游离的有机酸,多数成员还含有生物碱、醇类、黄酮类、维生素C、微量元素等化合物。蒸腾作用靠表皮分泌的蜡被和下陷气孔调节。
景天科的植物夜间也进行光合作用景天科的植物进行的是景天酸代谢,它们对二氧化碳固定实行的是时间分离(昼夜节律)。这类植物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,但也有天门冬氨酸)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。
题主说的是C3植物的卡尔文循环和C4植物特有的哈奇-斯莱克途径,严格来说它们并不是两套光合系统,因为它们有着密切的联系,C4植物特有的途径更像是C3植物的升级版,是一些生活在干旱热带地区的植物为了适应环境演化出的更高效的固碳手段。
卡尔文循环是所有绿色植物都共有的反应,发生于叶绿体基质中,卡尔文循环通过羧化、还原以及核酮糖再生三个过程,吸收一个分子的二氧化碳并生成一分子葡萄糖,具体过程如下——
卡尔文循环里,二氧化碳的固定和卡尔文循环(二氧化碳转化为有机物)都是在叶绿体基质中进行的,而在C4植物体内,二氧化碳的固定和卡尔文循环在空间上是分开的,具体反映过程如下图——
简单来说,C4植物特有的哈奇-斯莱克途径特殊的地方在于二氧化碳不是直接被转换成葡萄糖,而是先和磷酸烯醇式丙酮酸反应生成草酰乙酸,再转换为苹果酸,然后从叶肉细胞穿越到维管束鞘细胞,在维管束鞘细胞中分解为二氧化碳再进入卡尔文循环。
这么做的目的是为了提高二氧化碳的固定效率,典型的C4植物玉米、甘蔗等都是生活在热带干旱地区,在高温低湿的环境下,气孔无法长时间开放,否则会失水过多死亡,气孔又是植物获取二氧化碳的通道,气孔无法长时间开放意味着二氧化碳也无法长时间供应,光合作用就会受影响。为了适应这样的环境,生活在这些区域的植物就演化出了哈奇-斯莱克途径在气孔开放的短暂时间内快速『捕获』二氧化碳并以中间态暂时存储,使得光合作用的整体效率大幅提升。
出了C3,C4植物外,还有一类植物能进行景天酸代谢(crassulacean acid metaboli***, CAM),这类植物可以在晚上打开气孔吸收二氧化碳,白天有光照的情况下再进行卡尔文循环,这类植物能适应更极端(如白天温度更高)的环境。