植物生理学作业

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光合作用就是植物等利用叶绿素和光能,将水和二氧化碳转化成有机物,并释放出氧气的过程.所以,生成的氧气中氧原子的来源有三种可能:全部来源于水;全部来源于二氧化碳;部分来源于水,部分来源于二氧化碳. 20世纪30年代,美国科学家鲁宾和卡门采用同位素标记法得出了光合作用中释放的氧全部来自于水的结论.他们将氧18(氧的一种有放射性的同位素)标记的二氧化碳与普通的水作为原料提供给植物,发现产生的氧气没有放射性.说明~然后他们又将氧18标记的水与普通的二氧化碳作为原料提供给植物,发现产生的氧气中氧原子全部有放射性.说明合作用中释放的氧气来源于水.
图4-27 不同植物的光强光合曲线
暗中叶片不进行光合作用,只有呼吸作用释放CO2(图4-26中的OD为呼吸速率)。

随着光强的增高,光合速率相应提高,当到达某一光强时,叶片的光合速率等于呼吸速率,即CO2吸收量等于CO2释放量,表观光合速率为零,这时的光强称为光补偿点(light compensation point)。

在低光强区,光合速率随光强的增强而呈比例地增加(比例阶段,直线A);当超过一定光强,光合速率增加就会转慢(曲线B);当达到某一光强时,光合速率就不再增加,而呈现光饱和现象。

开始达到光合速率最大值时的光强称为光饱和点(light saturation point),此点以后的阶段称饱和阶段(直线C)。

比例阶段中主要是光强制约着光合速率,而饱和阶段中CO2扩散和固定速率是主要限制因素。

用比例阶段的光强-光合曲线的斜率(表观光合速率/光强)可计算表观光合量子产额。

在高等植物中,光合碳同化主要有3种类型:C3途径,C4途径和景天酸代谢途径(CAM)。

C3植物中,CO2的固定主要取决于1,5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)的活化状态,因为该酶是光合碳循环的入口钥匙。

它催化1,5-二磷酸核酮糖(RuBP)羧化,将大气中的CO2同化,产生两分子磷酸甘油酸,可见RuBPCase在C3植物中同化CO2的重要性。

C4植物是从C3植物进化而来的一种高光效种类。

与C3植物相比,它具有在高光强,高温及低CO2浓度下,保持高光效的能力。

C4植物固定CO2的酶为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase),与C3作物中RuBPCase相比,PEPCase 对CO2的亲和力高。

C4植物的细胞分化为叶肉细胞和鞘细胞,而光合酶在两类细胞中的分布不同,如PEPCase在叶肉细胞固定CO2,生成草酰乙酸(OAA),OAA进一步转化为苹果酸(Mal),Mal进入鞘细胞,脱羧,被位于鞘细胞内的RuBPCase羧化,重新进入卡尔文循环。

这种CO2的浓缩机理导致了鞘细胞内的高浓度的CO2,一方面提高RuBPCase的羧化能力,另一方面又大大抑制了RuBPCase的加氧活性,降低了光呼吸,从而使C4植物保持高的光合效。