新媒体有哪些app:什么是光呼吸

来源:百度文库 编辑:高校问答 时间:2024/03/29 22:50:23

光呼吸是植物绿色组织在光下吸收氧气和释放二氧化碳的过程。其底物是乙醇酸,它的主要来源是核酮糖-1,5-二磷酸(RuBP)与氧气在RuBP羧化酶加氧酶的催化下,形成1分子磷酸甘油酸及1分子磷酸乙醇酸,后者在磷酸酯酶催化下形成乙醇酸。由于RuBP是在光下不断循环形成(见光合作用),所以光呼吸依赖于光。由于RuBP 羧化酶加氧酶既可催化RuBP发生羧化反应,又可催化RuBP与氧气发生加氧反应。所以,二氧化碳与氧气浓度之比将影响其速率。C4植物的速率很低,几乎测不出,这主要是由于C4植物叶肉细胞中无RuBP羧化酶加氧酶,维管束鞘细胞虽然有此酶,但由于C4途径使该酶的周围二氧化碳的浓度较高,因而使该酶催化的加氧反应受到抑制,从而使其底物来源减少所致。

机理 光合碳循环中催化CO2固定的二磷酸核酮糖(RuBP)羧化酶同时具有加氧酶的功能,催化RuBP的加氧反应,生成磷酸乙醇酸和 3-磷酸甘油酸(3-PGA)
磷酸乙醇酸被磷酸酯酶分解生成乙醇酸,后者在乙醇酸氧化酶催化下氧化成乙醛酸
乙醛酸经转氨反应变为甘氨酸后,由两个分子甘氨酸生成丝氨酸、CO2和NH3各一分子。这便是光呼吸的放CO2反应。丝氨酸以后转变为羟基丙酮酸,再被还原及磷酸化成为3-PGA,后者又进入光合碳循环。光呼吸的总结果是把每5个RuBP固定碳原子的数目从5降为3.5。
种间差别 四碳植物如玉米、甘蔗、高粱等的光呼吸很弱,在光下只放出很少的CO2,它们的CO2补偿点也较低,只有2~5vpm[lvpm=1/1000 000(体积比)]。三碳植物如小麦、大豆、烟草等的光呼吸较强,可达一般空气中光合强度的50%;它们的 CO2补偿点也较高,可达40~60vpm。三碳植物光合固定的碳有这么大的部分通过光呼吸重新放出,便降低了它们的光合效率(见四碳植物)。
测定方法 因为光呼吸中吸O2、放CO2与光合作用(吸CO2、放O2)同时进行,所以用一般的气体交换方法难于测定。可用的光呼吸测定方法有以下几种:①在光照一段时间后,突然停止照光,出现CO2猝发,它的速率可代表光呼吸的速率;②使叶片在低O2(<1%)条件下进行光合作用,因此时光呼吸不进行,所以光合速率较高,其与常氧浓度(21%)下光合速率之差,可代表光呼吸速率;③将CO2浓度与光合速率的关系曲线外推到CO2为零时,光合速率为负值,它代表光呼吸速率;④向叶片供应14CO2使之进行光合作用后,以无CO2的空气通过叶片表面,通过后含有呼吸时释出的14CO2,从光下与暗中释放的14CO2之差可以计算光呼吸。
生理意义 有几种不同意见。一种意见认为光呼吸是有害的过程,它使植物损失有机碳和能量。而这种损失是RuBP羧化酶在有氧条件下不可避免地发生加氧反应的结果。另一种意见认为光呼吸有积极的生理功能,它使叶片在光很强而CO2不足的情况下,维持叶片内部一定的CO2水平,来避免光合机构在无CO2时的光氧化破坏;一定的CO2水平也可使RuBP羧化酶经常处于活化状态,有利于光合作用的进行。此外,光呼吸过程中还生成甘氨酸和丝氨酸,从而与氮代谢相联系。

光呼吸简介

科学研究表明,在相同的外界条件下,光呼吸的强弱和光合作用中不同的碳代谢类型,是影响绿色植物通过光合作用制造有机物的两个主要原因。

植物细胞进行有氧呼吸时不需要光的照射,有氧呼吸无论白天或黑夜都在植物体的活细胞内进行着,所以,有氧呼吸也叫暗呼吸。但是,绿色植物体内含有叶绿体的细胞,在进行光合作用的同时,还利用氧分解一部分光合作用的中间产物,并且释放出二氧化碳。绿色植物体内这种由光照引起的呼吸作用叫做光呼吸。光呼吸在绿色植物中是普遍存在的。

我们知道,在光合作用的暗反应阶段中,在二磷酸核酮糖羧化酶的催化作用下,一个二氧化碳被一个二磷酸核酮糖(RuBP)固定以后,很快形成两个磷酸甘油酸(PGA)。但是,含有叶绿体的细胞,在二氧化碳含量低、氧含量高的情况下,在二磷酸核酮糖加氧酶的催化作用下,一个二磷酸核酮糖与一个氧分子结合,并且最终分解成一个磷酸甘油酸和一个磷酸乙醇酸:磷酸甘油酸经过重新组合,又转化成二磷酸核酮糖;磷酸乙醇酸则在磷酸酶的催化作用下,脱去磷酸,形成乙醇酸,乙醇酸则从叶绿体进入到过氧化物体中。

过氧化物体是高等植物细胞中普遍存在的一种细胞器。绿色植物的过氧化物体多位于叶绿体附近,呈球形,直径只有0.2~1.5μm。C3植物的过氧化物体分布在叶肉细胞中,C4植物的过氧化物体大都分布在维管束鞘细胞内。叶绿体中产生的乙醇酸进入到过氧化物体中,在乙醇酸氧化酶的催化作用下,被氧化成过氧化氢和乙醛酸:过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下,分解成水并释放出氧,氧又可以用于乙醇酸的氧化;乙醛酸在转氨酶的催化作用下,与谷氨酸中的氨基结合,进而转化成甘氨酸。甘氨酸进入到线粒体中,在甘氨酸脱羧酶的催化作用下,转化成丝氨酸,并且释放出二氧化碳。丝氨酸经过一系列的变化,最终转化成磷酸甘油酸,磷酸甘油酸又可以参加到卡尔文循环的代谢过程中。

光呼吸将一部分光合作用的中间产物分解掉,这显然不利于有机物的积累,会降低光合作用效率。那么,绿色植物在进化过程中为什么会演化出这样一个过程呢?光呼吸对于绿色植物是否有积极意义呢?目前,科学家正在对这些问题进行深入的研究。

不同的绿色植物,光呼吸的强弱是不同的。具体地说,C3植物的光呼吸很强,这类绿色植物通过光呼吸释放出的二氧化碳,常常达到它们进行光合作用所固定二氧化碳的30%左右,所以,C3植物又叫光呼吸植物或高光呼吸植物。C4植物的光呼吸很弱,有的几乎测量不出来,所以,C4植物又叫非光呼吸植物或低光呼吸植物。

科学家发现,对于C3植物来说,适当提高空气中二氧化碳的含量,既增加了光合作用的原料,又适当降低了光呼吸的强度,从而使C3植物的光合作用效率得到提高。例如,科学家将温室内二氧化碳的相对含量由0.03%提高到0.24%,可以使水稻的产量明显提高。科学家还发现,适当喷施亚硫酸钠溶液等光呼吸抑制剂,可以使水稻、小麦等C3植物的子粒更加饱满,从而提高产量。

人民教育出版社

光呼吸是在有光条件下植物吸入氧气,呼出二氧化碳的过程,没有任何益处,纯粹浪费!