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1、C3植物与C4植物光合作用机理的差别与意义,冯亚丽,C3植物和C4植物 1.概念 2.光合作用机理 3.差别与意义,什么是C3植物和C4植物?,C3植物也叫三碳植物。光合作用中同化二氧化碳的最初产物是三碳化合物3磷酸甘油酸的植物。碳三植物的光呼吸高，二氧化碳补偿点高，而光合效率低。如小麦、水稻大豆、棉花等大多数作物。 C4植物，CO2同化的最初产物不是光合碳循环中的三碳化合物3-磷酸甘油酸，而是四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸的植物。如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。,C3 植物光合作用的机理,一、C3途径 1946年，美国加州大学的卡尔文和本森等人采用了两项新技术： (1) 14C同位素标记与测定技术
2、 (2) 双向纸层析技术 经过10多年的研究，卡尔文等人终于推导出一个光合碳同化的循环途径，被称为卡尔文循环或卡尔文本森循环(下图)。由于这条途径中CO2固定后形成的最初产物PGA为三碳化合物，所以也叫做C3途径或C3光合碳还原循环,并把只具有C3途径的植物称为C3植物.,卡尔文循环图,Calvin-Benson 循环(光合碳还原循环),过程分为 3个阶段,(1)羧化阶段 指进入叶绿体的CO2与受体RuBP结合，并水解产生PGA的反应过程(图4-17中的反应1)。 (2)还原阶段 指利用同化力将3-磷酸甘油酸还原为甘油醛-3-磷酸的反应过程(图4-17中的反应2、3)： (3)再生阶段 指由甘
3、油醛-3-磷酸重新形成核酮糖-1,-5-二磷酸的过程(图4-17中的反应414)。,CO 2的固定 即:羧化阶段. CO2+RUBP.(1.5二磷酸核酮糖)2个三磷酸甘油质.(3C) 磷酸甘油质被还原 : 即还原阶段 ATP,NADPH 3-PGA- 3GAP.(磷酸甘油醛) 还原 1.5二磷酸核酮糖再生阶段 淀粉.蔗糖 酶 磷酸甘油醛- 果糖磷酸葡萄糖6磷酸 醛缩酶 1. 5二磷酸核酮糖,二、C4途径 (一)C4途径的发现直到1965年，美国科学家科思谢克等人报道，甘蔗叶中14C标记物首先出现于C4二羧酸，以后才出现在PGA和其他C3途径中间产物上，而且玉米、甘蔗有很高的光合速率，澳大利亚的
4、哈奇和斯莱克(1966-1970)重复上述实验，于70年代初提出了C4-双羧酸途径，简称C4途径，也称C4光合碳同化循环，或叫Hatch-Slack途径。按C4途径固定CO2的植物被称为C4植物。,C4途径基本上可分为羧化、还原或转氨、脱羧和底物再生四个阶段。 根据植物所形成的C4二羧酸的种类以及脱羧反应参与的酶类，又可把C4途径分为三种亚类型： 依赖NADP的苹果酸酶型。 依赖NAD的苹果酸酶的天冬氨酸型)。 具有PEP羧激酶的天冬氨酸型。,二 C4途径的反应过程,1. 羧化: CO2固定阶段. CO2+PEP(磷酸稀醇式丙酮酸) 2. 脱羧阶段: 苹果酸进入维管束鞘 . PEP 3. CO
5、2再次被固定 RUBP CO2+RUBP 磷酸甘油酸 羧化酶 4. CO 2还原: 淀粉 ATP.NADPH 醛缩酶 磷酸甘油酸 (PGA)磷酸甘油醛 (GAP)己糖,C4植物光合作用特点示意图,C3、C4植物的特性比较,1. C3途径在叶肉细胞和叶绿体内进行. 2. C3途径利用两个同化力.把CO2还原为有机物,同时把活跃的化学能稳定的化学能,贮存在有机物中去. 3. 所有绿色植物 ,对CO2还原都有这条途径,并非只有这一条途径.把只有这一条途径的植物叫C 3植物. 例: 木本植物 蔬菜作物都是C3植物.,C4植物,反应部位: 叶肉维管束鞘 C4植物同化CO2途径包括C4+C 3途径,C4途径只起CO2固定作用,而C 3途径起固定和还原CO2的作用 . 把利用两条途径同化CO2的植物叫C4植物.(玉米,高粱),C3植物和C4植物光合作用曲线图,C3 C4途径的意义,1、把无机物转变成有机物。,2、将光能转变成化学能,3、维持大气O2和CO2的相对平衡,C4植物的光合速率要远大于C3植物。 C4植物同化CO2消耗的能量比C3植物多 在光强及温度较低的情况下，其光合效率还低于C3植物。只是在高温、强光、干旱和低CO2条件下，C4植物才显示出高的光合效率来。 可见C4途径是植物光合碳同化对热带环境的一种适应方式。,谢谢,
