植物王国制定了不同的生存策略。 有些是可见的,例如仙人掌刺,它们只不过是经过改良的叶子,用保护这些植物的身体的能力取代了光合作用的能力。 但也有一些并非如此,例如所谓的 C4植物.
它们是一般生活在干旱或半干旱地区的植物,所以 已经进化到减少光合作用过程中二氧化碳 (CO2) 的损失,因为这是在将太阳能量转化为植物食物的过程中必不可少的气体。
C4植物的光合作用特性
为了更好地了解C4植物,我们先来解释一下我们最了解的光合作用,主要是因为它是在学校学习的,C3。 是 包括通过细胞的叶绿体吸收太阳能和二氧化碳 存在于植物的绿色或光合作用部分, 和来自根部的水,通过一系列化学反应将其转化为食物。
起初,这种光能转变为化学能,即分子 NADPH(尼古丁腺嘌呤二核苷酸磷酸)和 ATP(三磷酸腺苷,第一个储存它。但后来,这些分子 随着二氧化碳的减少,它们合成碳水化合物。
这个过程的最后阶段是植物利用白天获得的能量以葡萄糖的形式固定二氧化碳中的碳。 这是卡尔文循环的一部分。
但 C4植物的光合作用是不同的。 它们有两种类型的叶绿体. 一些位于传导血管旁边(我们可以说它们相当于动物的静脉),而另一些位于外围叶绿素薄壁组织的细胞中,这些细胞靠近叶子的边缘。 后者也称为嗜温细胞,它们具有叶绿体,可在 PEPA(磷酸烯醇式丙酮酸)分子和磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的帮助下固定二氧化碳。
从这些分子中, 生成草酰乙酸,由4个碳原子组成 (这就是为什么它们被称为 C4 植物)。 然后将其转化为苹果酸,即当它通过胞间连丝(这些是围绕细胞核、细胞质的壁所具有的结构)传递到包含传导血管内部细胞的叶绿体时。 二氧化碳会在其中释放,卡尔文循环可以继续。
气候和植物 C4
生活在炎热干燥地区的植物比其他植物更难避免水分流失。 但是为了生存,你必须呼吸,并且在这样做时不可避免地会失去水分。 因此,当温度高时,叶子的气孔(孔隙)会关闭,光合作用过程中产生的氧气会因此而增加其浓度。
在正常情况下,当氧气和二氧化碳的量平衡时,负责固定碳的酶 (RuBisCO) 可以毫无问题地发挥其功能。 但 当 CO2 的浓度低于氧气的浓度时,该酶催化后一种气体而不是 CO2,这就是 C4 植物中发生的情况。
它们非常特殊,因为除了具有两种类型的叶绿体(见上部分)之外,磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(参与碳固定的酶之一)支持高浓度的氧气。
C4植物的优点是什么?
这些植物有几个重要的优点:
- 通常情况下, 增长更快 比 C3 植物。
- 他们更好地利用碳,要么产生更多的根和/或更多的叶子。
- 少失水 在光合作用期间(根据 本文,据估计它们每固定一个 CO277 分子就会损失 2 个水分子,而 C3 植物每固定一个 CO833 就会损失 2 个水分子)。
- 促进葡萄糖的产生,这是光合作用的最终结果。
- 它们可以生活在没有水的陆地上。
由于所有这些原因,它们变得越来越有趣,尤其是在干燥气候下生长。
什么是C4植物?
进行C4光合作用的植物有很多。 例如, 玉米、草、苋菜、甘蔗、高粱或黑麦. 例如,它们的组织密度低于源自温带气候的组织,例如枫树或山茶花。
因此,了解它们对于了解在水资源缺乏的地区种植什么非常有用。