卡尔文循环和光呼吸的联系

光呼吸插图1：光呼吸与光合作用。

其中C5代表1,5-二磷酸核酮糖。

从图中可见，光呼吸是光合作用的一个旁路。

插图2：光合作用和光呼吸过程中的碳流动示意图。

C左边的数字代表该物质的量，右边的数字代表该物质的碳原子数。

例如12C3代表12摩尔的三碳化合物。

其中两边的蓝色C5代表1,5-二磷酸核酮糖，红色C3代表3-磷酸甘油酸。

可见，在光合作用中很快可以生成的3-磷酸甘油酸在光呼吸中要经过很多步才能生成。

光呼吸是所有使用卡尔文循环进行碳固定的细胞[註 1]在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。

它是卡尔文循环中一个损耗能量的副反应。

过程中氧气被消耗，并且会生成二氧化碳。

如果光呼吸发生在进行光合作用的生物中，那么光呼吸会抵消约30%的光合作用。

因此降低光呼吸被认为是提高光合作用效能的途径之一。

但是人们后来发现，光呼吸有着很重要的细胞保护作用。

在光呼吸过程中，参与卡尔文循环的反应物1,5-二磷酸核酮糖（英文缩写为RuBP，本文中将简称为二磷酸核酮糖）和催化剂1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（英文缩写为Rubisco，本文中将简称羧化/加氧酶）发生了与其在光合作用中不同的反应。

二磷酸核酮糖在羧化/加氧酶的作用下增加两个氧原子，再经过一系列反应，最终生成3-磷酸甘油酸。

后者再经过部分卡尔文循环中的步骤，可再次重新生成为二磷酸核酮糖（插图1和插图2）。

换言之，在羧化/加氧酶的作用下，二磷酸核酮糖参与了两种过程：生成能量获得碳素的卡尔文循环，以及消耗能量释放碳素的光呼吸。

由此可见，光呼吸和卡尔文循环关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内（行卡尔文循环的细胞）的葡萄糖生产线（卡尔文循环）因一部机器（1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶）构造不完善，一部分原材料（1,5-二磷酸核酮糖）不断被错误加工，产出次品（2-磷酸乙醇酸），虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的（参见下文）。

植物生理学习题绪论1．植物生理学的定义是什么?根据你所知的事实，举例分析讨论之。

2．为什么说“植物生理学是农业的基础学科”?3．有些学生反映：“植物生理学是一门引人人胜但不易学好的课程”，你同意这种看法吗?为什么?第一章植物的水分生理1．将植物细胞分别放在纯水和l mol．L-1蔗糖溶液中，它们的渗透势、压力势、水势及细胞体积各会发生什么变化?2．从植物生命活动的角度分析水分对植物生长的重要性。

3．水分如何跨膜运输到细胞内以满足正常的生命活动需要的?4．水分如何进入根部导管?水分又如何运输到叶片?5．植物叶片的气孔为什么在光照条件下会张开，在黑暗条件下会关闭?6．节水农业工程对我国的农业生产有什么意义?7．在栽培作物时，如何才能做到合理灌溉?8．设计一个证明植物具有蒸腾作用的实验装置。

9．设计一个测定水分运输速率的实验。

第二章植物的矿质营养1．植物进行正常的生命活动需要哪些矿质元素?如何用实验方法证明植物生长需要这些元素?2．在植物生长过程中，如何鉴别植物发生了缺氮、缺磷和缺钾现象?若发生了上述缺乏的元素，可采用哪些补救措施?3．生物膜有哪些结构特点?4．植物细胞通过哪些方式来吸收溶质以满足正常生命活动的需要?5．植物细胞吸收的N03-是如何同化为谷氨酰胺、谷氨酸、天冬氨酸和天冬酰胺的?6．植物细胞吸收的SO42-是如何同化为半胱氨酸的?7．植物细胞是通过哪些方式来控制胞质中的K+浓度的?8．无土栽培技术在农业生产上有哪些应用?9．根部细胞吸收的矿质元素通过什么途径和动力运输到叶片?10．在作物栽培时怎样才能做到合理施肥?11．植物对水分和矿质元素的吸收有什么关系?是否完全一致?第三章植物的光合作用1．植物光合作用的光反应和暗反应是在细胞的哪些位置进行的?为什么?2．在光合作用过程中，ATP和NADPH+H+是如何形成的?ATP和NADPH+H+又是怎样被利用的?3．试比较PS I的PsⅡ的结构及功能特点。

光呼吸与光抑制C4植物(C4途径)、景天科植物(CAM途径)以及蓝细菌的CO2浓缩机制))1．光呼吸光呼吸现象产生的分子机制是O2和CO2竞争Rubisco酶。

在暗反应中，Rubisco 酶能够以CO2为底物实现CO2的固定；在光下，当O2浓度高、CO2浓度低时，O2会竞争Rubisco酶，在光的驱动下将碳水化合物氧化生成CO2和水。

光呼吸是一个高耗能的反应，正常生长条件下光呼吸就可损耗掉光合产物的25%～30%。

过程如图所示：2．光抑制当光照过强，植物吸收的光能超过植物所需时，会导致光合速率下降，这种现象称为光抑制。

强光条件下，一方面因NADP＋不足使电子传递给O2形成O－12；另一方面会导致还原态电子积累，形成三线态叶绿素(3chl)，3chl与O2反应生成单线1O2。

O－12和1O2都非常活泼，如不及时清除，会攻击叶绿素和PSⅡ反应中心(参与光反应的色素－蛋白质复合体)的D1蛋白，从而损伤光合结构。

造成光抑制的主要原因是植物抗逆性太弱。

光照强度过大对植物形成的抗逆机制不能很好地适应，这时就会造成植物耐受能力的缺失，进而使其出现光抑制现象。

另外，如低温、高温和干旱等同时存在时，光抑制加剧。

在进行种植时，要注意植物需要光照适度，不能使植物长时间地受到过强的光照，否则容易造成光抑制，引起植物生长变形和生长缓慢等现象，影响植物的观赏效果。

另外，在营养投放时也要谨慎，以免给植物造成营养抑制。

3．C4植物(C4途径)的CO2浓缩机制(1)玉米、高粱、甘蔗都是C4植物，适于在高温、干燥和强光的条件下生长。

(2)C4植物叶肉细胞的叶绿体和维管束鞘细胞的叶绿体共同完成CO2的固定。

(3)在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔大量关闭。

这时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用。

4．景天科植物(CAM途径)的CO2浓缩机制(1)仙人掌、菠萝和许多肉质植物都进行这种类型的光合作用。

高等植物碳同化的三条途径植物碳同化，即指光合作用。

详细的说，是指光合作用中暗反应将二氧化碳的固定并还原储存在有机物中的过程。

目前来看，暗反应的途径，即植物碳同化的途径主要分3种。

如下：1.卡尔文循环：卡尔文循环(Calvin cycle)，一译开尔文循环，又称光合碳循环（碳反应）。

是一种类似于克雷布斯循环（Krebs cycle，或称柠檬酸循环）的新陈代谢过程，可使其动物质以分子的形态进入和离开此循环后发生再生。

碳以二氧化碳的形态进入并以糖的形态离开卡尔文循环。

整个循环是利用ATP作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗NADPH，如此可增加高能电子来制造糖。

（引自百度百科）它的特点之一是通用性。

即所有的光合生物，都离不开这个过程（包括原核生物，如蓝藻）。

之后的两种植物碳同化途径，也是以该循环为基础而产生的。

它的另一特点是受二氧化碳浓度限值较大。

当二氧化碳浓度较低时（气孔关闭所致），固定二氧化碳的酶改为和氧气结合，消耗有机物但并不产生ATP （光呼吸），是非常不节能的。

外在表现为植物的午休现象。

2.碳4途径：为了应对上面提到的光呼吸，一些植物（碳4植物）进化出了这一种代谢途径。

它的特点是二氧化碳的固定与二氧化碳的还原相分离（同一时间，不同的细胞，即同时不同地）。

即不在有午休现象，是植物对高温的适应。

具体过程如下图：3.景天科酸代谢：严格的说，景天科酸代谢也是一种碳四代谢，但我们一般将它单独划分出来。

因为它的特点更明显，这种植物二氧化碳的固定与二氧化碳的还原相分离程度更大，因为二氧化碳的固定在夜间进行，而二氧化碳的还原因为需要光照，故在白天进行。

这是沙漠植物（如仙人掌，大戟科植物）所特有的，保水的代谢方式。

它的另一特点也分外明显，即效率低，植物生长缓慢。

光合呼吸知识点归纳一、光合作用概述光合作用是指植物在光的照射下，利用二氧化碳和水，在叶绿体中合成有机物质的过程。

这个过程中，植物吸收太阳能，将其转化为化学能，并释放出氧气。

二、光合作用的反应式光合作用的反应式可以分为两个阶段：光反应和暗反应。

1. 光反应在叶绿体的基粒膜上，存在着一系列色素分子和电子接收体。

当太阳能照射到叶绿体时，色素分子会吸收太阳能，并将其转化为电子能量。

这些电子会被传递给接收体，最终被传递到NADPH和ATP生成酶上，产生NADPH和ATP。

2. 暗反应暗反应是指在没有光线的情况下进行的反应。

它包括卡尔文循环和其他代谢路径。

卡尔文循环是指利用NADPH和ATP，在叶绿体中合成有机物质的过程。

这个过程中，CO2进入叶绿体，并与RuBP结合形成6碳分子。

然后通过一系列酶催化反应，产生G3P。

G3P可以被转化为葡萄糖等有机物质。

三、光合作用的影响因素光合作用的速率受到许多因素的影响，包括光强度、温度、CO2浓度等。

1. 光强度光强度越高，植物的光合作用速率越快。

但是当光强度过高时，会对植物造成伤害。

2. 温度适宜的温度有利于植物进行光合作用。

但是当温度过高或过低时，会影响酶催化反应的速率，从而降低光合作用速率。

3. CO2浓度CO2是暗反应中必需的原料之一。

当CO2浓度越高，植物的光合作用速率越快。

四、光呼吸除了进行光合作用外，植物还会进行一种叫做“光呼吸”的反应。

这个过程发生在暗期间，在缺氧或低CO2浓度环境下也可能发生。

在这个过程中，植物将ATP转化为能量，并释放出二氧化碳。

五、总结通过以上内容可以看出，光合作用是植物生长发育的重要过程，它不仅能够合成有机物质，还能够释放氧气。

光合作用的速率受到许多因素的影响，包括光强度、温度、CO2浓度等。

除了光合作用外，植物还会进行光呼吸。

对于理解植物生长发育和环境适应性有着重要的意义。

光合作用卡尔文循环过程光合作用是指植物通过光能将二氧化碳和水转化为有机物，同时释放出氧气的过程。

这个过程主要发生在植物的叶子中的叶绿体中。

而卡尔文循环是描述植物进行光合作用时，光能是如何被捕获和利用的过程。

以下是对光合作用卡尔文循环过程的详细阐述。

第一阶段是光反应。

在这个阶段，光能被捕获，并被转化为化学能。

光能首先被叶绿素吸收，然后通过一系列的反应和分子传递，将光能转化为高能化合物ATP和NADPH。

这个过程发生在叶绿体的著名结构-光合色素分子复合物中。

首先，光能被吸收并激发了叶绿素分子的电子。

这个激发态的电子随后经过电子传递链，通过一系列的电子传递，释放出能量，最终被接受和使用。

同时，这个过程中还产生了能量梯度，用于产生ATP。

在这个过程中，光合色素分子起到了非常重要的作用，它们能够吸收不同波长的光，并将其转化为化学能。

第二阶段是暗反应，也称为卡尔文循环。

这个阶段中，ATP和NADPH被用来合成有机物，最终形成葡萄糖。

暗反应发生在叶绿体的另一个部分，称为stroma。

卡尔文循环的过程可以分为三个主要步骤：固定、还原和再生。

首先，固定步骤将二氧化碳转化为有机化合物。

这是通过将CO2与一种五碳分子结合来实现的，生成一个六碳分子，称为3-磷酸甘油。

这个步骤需要能量，来自之前产生的ATP。

然后，还原步骤利用之前产生的NADPH，将3-磷酸甘油还原为更稳定的有机物。

在这个过程中，还原酶和其他辅助酶的作用非常重要，它们可以传递电子，并调节反应途径。

最后，再生步骤将产生的有机化合物转化回最初的五碳分子，以便反复进行固定步骤。

这一步骤还需要能量，来自之前产生的ATP。

通过这个周期，植物能够稳定地进行光合作用，将二氧化碳转化为有机物，并为生命提供能量。

总的来说，光合作用卡尔文循环是一个复杂的过程，涉及到多个反应和中间产物。

它通过光能被捕获和转化为化学能，将二氧化碳和水转化为有机物，并释放出氧气。

这个过程在植物体内发挥着非常重要的作用，不仅为植物提供能量和有机物，还为整个生态系统提供氧气和碳素循环的重要支持。

植物⽣理学第六版课后习题答案_（⼤题⽬）植物⽣理学第六版课后习题答案（⼤题⽬）第⼀章植物的⽔分⽣理1.将植物细胞分别放在纯⽔和1mol/L蔗糖溶液中，细胞的渗透势、压⼒势、⽔势及细胞体积各会发⽣什么变化？答：在纯⽔中，各项指标都增⼤；在蔗糖中，各项指标都降低。

2.从植物⽣理学⾓度，分析农谚“有收⽆收在于⽔”的道理。

答：⽔，孕育了⽣命。

陆⽣植物是由⽔⽣植物进化⽽来的，⽔是植物的⼀个重要的“先天”环境条件。

植物的⼀切正常⽣命活动，只有在⼀定的细胞⽔分含量的状况下才能进⾏，否则，植物的正常⽣命活动就会受阻，甚⾄停⽌。

可以说，没有⽔就没有⽣命。

在农业⽣产上，⽔是决定收成有⽆的重要因素之⼀。

⽔分在植物⽣命活动中的作⽤很⼤，主要表现在4个⽅⾯：●⽔分是细胞质的主要成分。

细胞质的含⽔量⼀般在70~90%，使细胞质呈溶胶状态，保证了旺盛的代谢作⽤正常进⾏，如根尖、茎尖。

如果含⽔量减少，细胞质便变成凝胶状态，⽣命活动就⼤⼤减弱，如休眠种⼦。

●⽔分是代谢作⽤过程的反应物质。

在光合作⽤、呼吸作⽤、有机物质合成和分解的过程中，都有⽔分⼦参与。

●⽔分是植物对物质吸收和运输的溶剂。

⼀般来说，植物不能直接吸收固态的⽆机物质和有机物质，这些物质只有在溶解在⽔中才能被植物吸收。

同样，各种物质在植物体内的运输，也要溶解在⽔中才能进⾏。

●⽔分能保持植物的固有姿态。

由于细胞含有⼤量⽔分，维持细胞的紧张度（即膨胀），使植物枝叶挺⽴，便于充分接受光照和交换⽓体。

同时，也使花朵张开，有利于传粉。

3.⽔分是如何跨膜运输到细胞内以满⾜正常的⽣命活动的需要的？●通过膜脂双分⼦层的间隙进⼊细胞。

●膜上的⽔孔蛋⽩形成⽔通道，造成植物细胞的⽔分集流。

植物的⽔孔蛋⽩有三种类型：质膜上的质膜内在蛋⽩、液泡膜上的液泡膜内在蛋⽩和根瘤共⽣膜上的内在蛋⽩，其中液泡膜的⽔孔蛋⽩在植物体中分布最丰富、⽔分透过性最⼤。

4.⽔分是如何进⼊根部导管的？⽔分⼜是如何运输到叶⽚的？答：进⼊根部导管有三种途径：●质外体途径：⽔分通过细胞壁、细胞间隙等没有细胞质部分的移动，阻⼒⼩，移动速度快。

光反应卡尔文循环光合作用是在光的刺激下，植物、藻类和一些细菌等光合生物将二氧化碳（CO2）利用水（H2O）和光合色素在叶绿体中光合成有机物质并释放出氧气（O2）的一种代谢过程。

光合作用包括光反应和暗反应两个阶段，其中光反应是在光的刺激下进行的，产生的能量被暗反应所利用。

而卡尔文循环，是暗反应中一种非常重要的过程。

光反应是光合作用的第一阶段，也是光合作用最为复杂的一个阶段，它的目的是将光能转化为化学能。

光反应依赖于光合色素，它们能够吸收光的能量并将其转化为激发态的电子。

在光反应中，光合色素吸收光的能量后，其中的光能得到了激发，并被转化成了化学能，可以用于激发蛋白质和酶等生物分子的活性，进而促进电子的传输等一系列能量转化过程的发生。

光反应分为两个部分：光能输入和光能输出。

在光反应的光能输入过程中，光合色素分子接受光的能量并产生光势，在这个过程中，光合色素I（PSI）和光合色素II（PSII）被激发，产生激发态的电子被传输，其能量用于催化酶反应。

在光能输出过程中，这些光子变成了高能电子，被传输到带电膜上，并形成一个电荷梯度，用于ATP的合成及NADPH的生产等作用。

卡尔文循环是光合作用中的暗反应，是光能的化学转化和固定的过程。

它被称为固定CO2的过程，其产物是葡萄糖。

在卡尔文循环中，光能在ATP和NADPH的调节作用下被利用，而能量有机化合物的合成。

在这个过程中，二氧化碳进入叶绿体的叶绿体柄中，与叶状体内生产的三磷酸glyceraldehyde（PGA）进行反应，最终产生固定了碳的可合成化合物1,3-二磷酸甘油（G3P或PGAL）。

在卡尔文循环过程中，ATP 提供了能量，NADPH则提供了电子和氢，进行的化学反应包括碳的固定、生成ATP和NADPH，并以G3P或PGAL的形式出现。

因此，光反应和卡尔文循环是光合作用中最重要的两个过程。

光反应是光合作用的前提，为暗反应提供了所需的ATP能量和NADPH电子。

光呼吸是一种生物化学过程，发生在植物和一些原生生物中。

在这个过程中，细胞会消耗氧气，并产生二氧化碳和乳酸。

光呼吸的主要目的是释放能量并生成对细胞生长和发育至关重要的化合物。

以下是关于光呼吸的详细定义：首先，光呼吸是一种特殊的呼吸方式，与非光呼吸相对立。

非光呼吸在黑暗条件下进行，因为不需要光来驱动反应。

在光呼吸过程中，植物细胞利用光能来驱动化学反应，并产生一些副产品。

其次，光呼吸主要涉及氧化磷酸化过程，即将化学能转化为电能，进而驱动生物合成和细胞生长过程。

这个过程中需要氧气作为最终的电子受体。

在此，要了解的两个重要概念是底物水平磷酸化（SPHP）和电子传递链（ETC）。

SPHP发生在植物细胞中，通过消耗底物（如葡萄糖）并释放能量来产生ATP。

电子传递链则负责将电子从还原剂（如NADH和FADH2）传递到氧气，从而完成氧化磷酸化过程。

此外，光呼吸过程中还涉及二氧化碳的消耗和乳酸的产生。

这是由于在某些步骤中，植物细胞会失去二氧化碳并产生乳酸作为副产品。

这种副产品的产生是由于光呼吸过程中的酶促反应导致的。

再者，光呼吸还涉及复杂的代谢途径，如乙醛酸循环和卡尔文循环。

乙醛酸循环是将乳酸转化为葡萄糖和乙酸的过程，卡尔文循环则是一个依赖于光合作用的碳代谢途径。

这些复杂的生物化学过程表明光呼吸对植物和原生生物的生存和生长至关重要。

然而，光呼吸也带来了一些挑战，如能量消耗和副产品乳酸的产生。

因此，理解光呼吸的机制对于优化植物和原生生物的生长条件和改善农业实践具有重要意义。

总的来说，光呼吸是一种涉及氧气消耗、二氧化碳消耗、乳酸产生以及复杂生物化学过程的生物化学过程。

它为植物和原生生物提供能量并生成对它们至关重要的化合物，但同时也带来了一些挑战，如能量消耗和副产品产生。

这些挑战需要我们进一步研究以优化植物和原生生物的生长条件和农业实践。

光呼吸（高中生物教材解惑训练）光呼吸是所有进行光合作用的细胞(该处“细胞”包括原核生物和真核生物，但并非所有这些细胞都能运行完整的光呼吸)在光照和高氧低二氧化碳情况下发生的一个生化过程。

该过程以光合作用的中间产物为底物，吸收氧、释放二氧化碳。

其生化途径和在细胞中的发生部位也与一般呼吸(也称暗呼吸)不同。

1．光呼吸的起因(1)植物体为什么会发生光呼吸呢？主要原因是在生物体的进化过程中产生了一种具有双功能的酶，这个酶的名字叫做RuBP羧化/加氧酶，就是核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶，这个酶可以缩写为Rubisco。

核酮糖－1,5－二磷酸(RuBP)就是卡尔文循环中的C5。

(2)二氧化碳和氧气竞争性与Rubisco结合，当二氧化碳浓度高时，Rubisco催化RuBP与二氧化碳形成两分子3－磷酸甘油酸(PGA)，就是卡尔文循环中的C3，进行卡尔文循环；当氧气浓度高时，Rubisco催化RuBP与氧气形成1分子PGA(C3)和1分子磷酸乙醇酸(C2)，其中PGA 进入卡尔文循环，而磷酸乙醇酸脱去磷酸基团形成乙醇酸，乙醇酸就离开叶绿体，走上了光呼吸的征途，这条路艰难而曲折，有害也有利。

基本过程见下图。

(3)由图可见，光呼吸和光合作用关系密切，它们之间的关系可以作一形象的理解：糖工厂内(进行光合作用细胞，特别是植物)的葡萄糖生产线(光合作用)因一部机器(核酮糖－1,5－二磷酸羧化/加氧酶)构造不完善，一部分原材料(核酮糖－1,5－二磷酸)不断被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一补救措施，可将次品重加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。

这个错误加工和补救的过程就是光呼吸。

2．光呼吸的过程(1)发生光呼吸的细胞需要三个细胞器的协同作用才能将光呼吸起始阶段产生的“次品”修复，耗时耗能。

这也是早期光呼吸被人们称作“卡尔文循环中的漏逸”，“Rubisco的构造缺陷”的原因。

(2)下图展示了卡尔文循环和光呼吸的详细过程。

卡尔文循环是一种在植物体内发生的周期性生化反应过程，主要用于捕捉太阳能，并将其转化为化学能量。

卡尔文循环分为两个部分：光合作用和暗呼吸。

光合作用是指植物体内发生的一系列生化反应，在光合作用过程中，植物体内的叶绿体利用太阳光的能量，将二氧化碳和水转化为糖。

这一过程包括光反应和非光反应两部分。

在光反应部分，叶绿体内的膜上含有蓝光蛋白和绿色叶绿素，它们起着吸收光能的作用。

在非光反应部分，叶绿体内的线粒体利用光能生成的电子传递系统，将二氧化碳和水转化为糖。

暗呼吸是指植物体内在缺乏光照条件下发生的一系列生化反应，在暗呼吸过程中，植物体内的线粒体利用糖的能量，将糖转化为二氧化碳和水。

这一过程包括氧化还原反应和转运转化两部分。

卡尔文循环是指在地球大气层中氧气与碳进行交换的过程。

这个过程中会发生以下物质变化：
1 植物在光合作用中把二氧化碳转化为有机物，同时释放出氧气。

2 动物在呼吸过程中把氧气吸入体内，并产生二氧化碳。

3 二氧化碳进入大气层，被植物再次吸收。

4 植物死亡或腐烂时，有机物释放出二氧化碳。

这样，氧气和碳在卡尔文循环中不断交换，保持着地球大气中的平衡。

卡尔文循环的这种物质变化对地球的生命支持至关重要，因为植物通过光合作用提供了大气中必需的氧气，而动物则通过呼吸消耗氧气。

卡尔文循环详解文章来源：中文百科在线本文编辑：HFX卡尔文循环（英语：Calvin cycle，或称卡氏循环，卡尔文本森循环，三碳循环，光合碳循环）是光合作用的暗反应的一部分，在20世纪50年代由梅尔文·卡尔文等人应用C14O2示踪法首次发现，故此得名。

卡尔文循环简介卡尔文循环是一种类似于克雷伯氏循环的新陈代谢过程，其可使起始物质以分子的形态进入和离开这循环后发生再生。

碳以二氧化碳形态进入，并以糖的形态离开。

整个循环是利用ATP作为能量来源，并以降低能阶的方式来消耗NADPH，如此以增加高能电子来制造糖。

从卡尔文循环中所直接制造出来的碳水化合物并不是葡萄糖，而是一种称为3-磷酸甘油醛的三碳糖。

为了要合成1摩尔这种碳，整个循环过程必须发生3次的取代作用，将3摩尔的二氧化碳固定。

卡尔文循环反应卡尔文循环的反应场所为叶绿体内的基质。

循环可分为三个阶段: 羧化、还原和二磷酸核酮糖的再生。

大部分植物会将吸收到的一分子二氧化碳通过一种叫1，5-二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一个五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）的第二位碳原子上。

此过程称为二氧化碳的固定。

这一步反应的意义是，把原本并不活泼的二氧化碳分子活化，使之能被还原。

但这种六碳化合物极不稳定，会立刻分解为两分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。

后者被在光反应中生成的NADPH还原，此过程需要消耗ATP，产物是3-磷酸丙糖。

后来经过一系列复杂的生化反应，一个碳原子将会被用于合成葡萄糖而离开循环。

剩下的五个碳原子经一系列变化后，又生成一个1，5-二磷酸核酮糖，循环重新开始。

循环运行六次，生成一分子的葡萄糖。

卡尔文循环过程卡尔文循环的具体过程如下：碳的固定卡尔文循环将每个个别的CO2附着在一个称为二磷酸核酮糖（ribulose bisphosphate；简称RuBP）的五碳糖磷酸酯上。

催化这起始步骤的酵素是二磷酸核酮糖羧化酶（RuBP carboxylase，又称rubisco，是叶绿体中含量最多的蛋白质，同时也因另一个反应而称为1,5-二磷酸核酮糖加氧酶）。

C3、C4、CAM植物及光呼吸一、C3、C4和CAM植物自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。

1．C3途径：也称卡尔文循环[固定CO2的初产物是三碳化合物(C3)]，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。

常见C3植物有大麦、小麦、大豆、水稻、马铃薯等。

2．C4途径：[固定CO2的初产物是四碳化合物(C4)]研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。

叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。

PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它对CO2的亲和力约是Rubisco的60倍，所以C4植物能利用叶肉细胞间隙含量很低的CO2进行光合作用，反应的空间分离导致维管束鞘细胞中CO2浓度比叶肉细胞增加10倍，从而确保在CO2受限的条件下进行高效地碳固定。

C4植物通常生长在强光环境中，光合作用速率在所有植物中最高，如玉米、甘蔗、高粱等。

3．CAM途径：在CAM植物中，碳捕获和固定的反应在时间上是分离的。

首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡中。

到了白天，气孔关闭，苹果酸脱羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓度升高。

大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般具有肉质的茎叶。

归纳总结C3植物、C4植物和CAM植物的比较特征C3植物C4植物CAM植物植物类型典型温带植物典型热带或亚热带植物典型干旱地区植物主要CO2固定酶Rubisco PEP羧化酶、RubiscoPEP羧化酶、RubiscoCO2固定的时间白天白天白天和夜晚发生CO2固定的细胞叶肉细胞叶肉细胞和维管束鞘细胞叶肉细胞卡尔文循环的场所叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基质最初CO2接受体RuBP(C5)PEP 光下：RuBP(C5)；暗中：PEPCO2固定的最初产物C3C4光下：C3；暗中：草酰乙酸C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。