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3碳和4碳,作物的未来?

2019-04-09 来源:网络中心 责任编辑:网络中心 点击:

这种碳固定过程需要酶催化。这种酶有一个很长的名字,叫做核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/氧化酶,它不是短命的,叫做RuBisCO。
从它的名字来看,它实际上有两种酶活性:羧化和氧化。
将二氧化碳添加到有机物质中以延长碳链被称为羧化。
氧气怎么了?
事实证明,这种酶不能很好地区分二氧化碳和氧气。如果发现二氧化碳,将其加入二磷酸核酮糖(羧酸)中。如果发现氧气,则将其加入到二磷酸核酮糖中。在(氧气)中,最后的过程是徒劳的,它只会阻碍并大大降低光合作用的效率。
氧气和二氧化碳存在于空气中,并且氧气的浓度远高于二氧化碳的浓度。幸运的是,这种无效的碳封存通常是可以容忍的,因为RuBisCO对二氧化碳的亲和力比氧气强。空气中的碳含量高于氧气。
百分之九十五的现存植物物种是三种碳植物,如大米和小麦。
然而,在热和干燥条件下,这种低效碳封存方法是非常不利的。
植物叶子中有许多孔隙吸收空气中的二氧化碳,但植物中的水也可以通过孔隙蒸发。
事实上,土壤中植物吸收的97%的水蒸发,植物只能使用一小部分水。
在炎热和干燥的条件下,失水可能是一个严重的问题。
植物应尽可能封闭,并且只能在短时间内打开以减少水分蒸发。
然而,孔隙较不开放,进入叶子的二氧化碳量较少,光合作用不断产生氧气。结果,叶子的氧浓度变得越来越高,二氧化碳的浓度降低,并且RubisCO的碳固定效率变低。
此外,温度越高,RubisCO对氧的亲和力越高。
因此,在温暖和干燥的条件下,C3植物的存活是一项重大挑战。
一些植物已经放弃了他们的祖传遗产,并发明了修复碳的新方法。
他们不使用RuBisCO直接固碳。在嗜温细胞中,RuBisCO不是,还有另一种可以区分二氧化碳和氧气的羧化酶,二氧化碳固定在另一种化合物上形成苹果酸或天冬氨酸。
由于苹果酸或天冬氨酸含有4个碳原子,使用这种碳封存方法的植物被称为4碳植物。
但是植物需要使用固定的二氧化碳,但他们离不开RuBisCO。
来自4碳工厂的RuBisCO在哪里?
鞘细胞的鞘被包裹在维管束周围,四碳植物RuBisCO隐藏在这里。
苹果酸或天冬氨酸连续流入维管束鞘细胞,释放二氧化碳供RuBisCO使用,空气中无氧气。因此,RuBisCO仅执行其羧化酶功能,而不是。
这样,可以大大提高碳固定的效率,可以减少打开孔的时间,并且可以减少水的蒸发。