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CAM Plants : How CAM Plants are able to fix carbon at night so they don't have to keep their stomata open during the day
相關課程
- 以前的幾個影片 我們知道了經典的C-3光合作用
- 再一次地 它叫做C-3
- 因爲二氧化碳第一次被固定時
- 固定成了3碳分子
- 但是我們看到了C-3光合作用的問題
- 對碳起固定作用的酶 也可以和氧發生反應
- 氧最終和二磷酸核酮糖發生的反應
- 不像和二氧化碳的反應那樣 是無價值的反應
- 不僅沒有價值 它還消耗ATP和NADPH
- 而且得不到有價值的東西 因此常常-
- 當氧而不是二氧化碳結合在這裡時
- 你沒産生任何東西 每件事情都變得效率很低
- 因此在上一集影片中
- 我們看到一些植物演化形成了一種方法來避開這些問題
- 它們做的是 它們把碳固定在外面
- 固定在完全暴露在空氣中的細胞中
- 然後 一旦它們固定了二氧化碳
- 它們事實上把二氧化碳固定成了4碳分子和草酰乙酸鹽
- 然後進入蘋果酸鹽中
- 然後它們把蘋果酸鹽抽運到葉子的深處
- 在這裡接觸不到氧
- 然後它們讓二氧化碳脫離蘋果酸鹽
- 這裡就是它們進行卡爾文循環的地方
- 即使你在這裡仍然有二磷酸核酮糖羧化酶
- 你的二磷酸核酮糖羧化酶不會-
- 光呼吸不能發生
- 因爲它只和二氧化碳接觸
- 沒有接觸外面的氧
- 現在那是一個産生糖的很有效的方法
- 這就是爲什麽我們接觸到的一些植物
- 糖分含量很高或者甚至能産生乙醇
- 所有的都進行C-4光合作用 玉米 甘蔗和馬唐草
- 這些都是非常非常高效率的糖生產者
- 因爲它們不用擔心太多光呼吸作用
- 現在一些植物有一個稍微有點不同的問題
- 它們不是很擔心光合作用的效率
- 它們更擔心失去水
- 你可以想象這是什麽植物
- 它們是在沙漠中的植物
- 因爲這些細孔 葉子上的細孔
- 它們讓空氣進來 也讓水分流失出去
- 我是說 如果在熱帶雨林中 我不擔心這個
- 但是如果我在沙漠中央
- 我不想水汽從細孔中流失
- 因此理想的狀態是
- 我想到讓細孔在白天關閉 這就是我想要的
- 因此我想要- 如果我在沙漠中 讓我把這講清楚
- 如果我在沙漠中 我想要細孔在白天關閉
- 很明顯的原因
- 我不想所有的水汽從葉子的這些小孔中蒸發
- 但是同時 問題是
- 光合作用只能在白天發生
- 也包括暗反應
- 記住 我已經說過很多次 暗反應是一個很不好的名字
- 它們更多的是指不依賴光的反應
- 但是它們是同時發生的
- 依賴光的和不依賴光的- 只有在白天發生
- 如果你的細孔關閉 你需要進行光合作用
- 特別是卡爾文循環 你需要二氧化碳
- 因此你怎麽解決這個問題呢？
- 如果我想在白天關閉細孔 但是我在白天
- 需要二氧化碳 怎麽解決這個問題呢?
- 什麽沙漠植物 或者是許多沙漠植物
- 已經演化了 特別是進行光合作用的問題上
- 沙漠植物不再是在外面的細胞固定二氧化碳
- 然後把它們推進內部細胞中 再進行卡爾文循環
- 它們不再是在外面和裏面的細胞進行
- 而是在夜晚和是白天進行
- 因此在CAM植物中 之所以叫做CAM植物是因爲
- 我可以告訴你們這代表什麽
- 它代表景天酸代謝
- 那是因爲景天酸代謝在這種植物中首次發現
- 景天酸植物 但是這只是一種叫法
- 你也可以叫它CAM光合作用或者是CAM植物
- 它們最終是C-4植物的一個子集
- 但是不再是進行C-4光合作用
- 一種在外部細胞和內部細胞進行的光合作用
- 它們在晚上和白天進行
- 它們做的是 晚上保持細孔打開
- 然後進行作用 然後能夠固定- 在CAM植物中
- 任何反應都在葉肉細胞和CAM細胞中進行
- 因此在晚上 當它們不害怕失去水時
- 假設這裡是一個葉肉細胞 細孔是開著的
- 假設這裡是細孔
- 它讓二氧化碳進入
- 我不擔心失去水汽
- 現在是晚上時間 因此二氧化碳進入這裡
- 然後它固定二氧化碳
- 用像C-4一樣的方法固定二氧化碳
- 因此你的二氧化碳進來了 你有你的PEP
- 它由PEP羧酶催化 這是酶
- 這只可以固定二氧化碳 只能與二氧化碳不能與氧發生反應
- 然後這通常産生 讓我們看一下這裡
- 上一集影片中的CAM-4圖
- 這常用來産生蘋果酸鹽 一種4碳分子
- 然後蘋果酸鹽- 這裡是多重點
- 蘋果酸鹽儲存在細胞其他的胞器中
- 在液泡中 你可以
- 把它看做細胞中的大存儲容器
- 因此我畫這個作爲整個細胞
- 我是說 這事實上都在你的葉綠體中發生
- 但是你可以想象你的細胞有一個大存儲中心
- 蘋果酸鹽晚上在這裡存儲
- 你可以把蘋果酸鹽看做一個二氧化碳存儲器
- 因爲一會我們可以使用蘋果酸鹽得到二氧化碳
- 這就是CAM植物將要做的事情
- 因此這是晚上 然後太陽升起
- 現在我們在白天了
- 這種沙漠植物 也許它是仙人掌
- 它不想失去它的水汽 因此合上了它的細孔
- 這個細孔關閉了 現在它關閉了
- 你說 哦 它們怎麽進行光合作用呢？
- 好 它可以在這個相同的細胞中進行光合作用
- 因爲在晚上它儲存了所有這些蘋果酸
- 現在蘋果酸可以從液泡中出來
- 進入到葉綠體基質中了
- 然後就可以隔離出丙酮酸了
- 更重要的事情是你的二氧化碳也隔離出來了
- 因此已經有了準備好的二氧化碳供應
- 現在我們可以進行標準的卡爾文循環
- 在一個只有二氧化碳的環境中
- 我們的細孔關閉了 因此我們準備好了
- 二氧化碳和二磷酸核酮糖反應 需要二磷酸核酮糖羧化酶催化
- 這就是整個卡爾文循環 我們産生了糖
- 這就是一個很好的適應性改變
- 在這些非常高效率的生産糖的植物中
- 不用擔心水 它們在暴露於空氣中的器官上
- 進行碳固定
- 然後它們把這些儲藏的二氧化碳運到葉子深處
- 進行實際的卡爾文循環
- 因此這過程沒有損耗 所以光呼吸沒有發生
- 因爲下面這裡沒有氧氣
- 沙漠植物也從這些特性中受益
- 但是它們考慮的是
- 我不想在白天保持細孔開放
- 所以我做的是 晚上固定二氧化碳
- 但是我用完全一樣的過程
- 我使用PEP羧酶 晚上我儲存二氧化碳
- 在白天 我事實上可以
- 當依賴光的反應發生時
- 它們産生ATP和NADH
- 我也可以在白天進行暗反應
- 就像我說的 暗反應總是在白天發生
- 或者不依賴光的反應
- 因爲即使我的細孔是關閉的
- 我已經以蘋果酸鹽的形式儲存了二氧化碳了
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