植物都是白天吸收二氧化碳,放出氧氣嗎?

植物都是白天吸收二氧化碳,放出氧氣嗎?和風2017-10-14 19:53:21

不全是,植物透過光合作用吸收二氧化碳,以碳元素為原料,光能為能量來源合成有機化合物並釋放出氧氣。

光合作用的總化學反應方程式如下:

12H2O + 6CO2 -hv(光照)→ C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2 + 6H2O

植物根據其光合作用機制的差異可以大致分為三類:

第一種是

C3植物

,即光合作用中生成含有三個碳的化合物(3-磷酸甘油酸)來固定二氧化碳,這一反應發生在葉肉細胞的葉綠體內,二氧化碳的吸收和水的分解必須和光照的供應

同時

發生。典型的C3植物包括小麥、大麥、水稻、土豆、菠菜等溫帶作物,光合作用的效率相對較低。

第二種是

C4植物

,即光合作用先生成含有四個碳的化合物(草醯乙酸)來固定二氧化碳,然後再透過C3途徑轉移到三碳化合物中,因為催化C4途徑的PEP羧化酶對二氧化碳的親和力更強,所以C4植物可以利用含量更低的二氧化碳,因此光合作用的效率也更強,在高溫強光的條件下即便關閉了氣孔,也可以利用細胞間隙殘存的二氧化碳繼續光合作用,而C3植物在高溫強光氣孔關閉的條件下光合作用也會停止。C4植物的C4途徑發生在葉肉細胞的葉綠體內,C3途徑則發生在維管束鞘細胞的葉綠體內,也就是說C4植物二氧化碳的吸收也固定在

空間

上是分離的,不過時間上,二氧化碳的吸收和水的分解依然必須和光照的供應

同時

發生。典型的C4植物包括玉米、甘蔗、高粱等熱帶作用。

植物都是白天吸收二氧化碳,放出氧氣嗎?

第三種是

CAM植物

,如仙人掌、鳳梨和長壽花等生活在乾旱高溫地區的植物,我們知道光合作用的原料是二氧化碳和水,二氧化碳透過氣孔進入植物,然而開放的氣孔也會導致水分的流失,這對生活在乾旱高溫地區的植物是致命的,為了解決這一矛盾,這些植物演化出了一套極為精妙的機制來完成光合作用。

我們剛才說到C3植物光合作用在

空間(都在葉肉細胞的葉綠體)和時間(吸收二氧化碳必須和光照同時)

上是一致的;到了C4植物,

時間

上的一致性沒有變化,

空間

上出現了分離,

分別

透過發生在葉肉細胞的葉綠體內的C4途徑和發生在維管束鞘細胞的葉綠體內的C3途徑來完成二氧化碳的吸收和固定;

到了CAM植物,時間和空間都可以分離了,這種特殊的反應被稱為景天酸代謝

——

景天酸代謝植物

則服從以下晝夜節律:

· 晚上:二氧化碳吸收和固定於磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。生成的草醯乙酸(OAA)會被還原為蘋果酸,並儲存於細胞的液泡中。該過程中伴隨有酸化,pH值降低在日間光反應裡產生的還原物質也會在這裡發揮作用。

· 日間:在液泡裡的酸性物質(主要是蘋果酸,但也有天門冬氨酸)會被脫羧。釋放的二氧化碳進入卡爾文迴圈。

景天酸代謝植物必須準備足夠的磷酸烯醇式丙酮酸以供夜間二氧化碳固定使用。為此植物在日間儲存澱粉,晚間它們將透過丙酮酸轉變為磷酸烯醇式丙酮酸。

植物都是白天吸收二氧化碳,放出氧氣嗎?

圖為景天酸代謝示意圖

總結:CAM植物透過景天酸代謝可以在

晚上吸收並固定二氧化碳進行儲備

白天再釋放二氧化碳進行光合作用

,實現光合作用

空間和時間上的分離

因此C3、C4植物是

白天

吸收二氧化碳

釋放氧氣,CAM植物是

晚上

吸收二氧化碳,

白天

放出氧氣。