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山茶科C3植物中的景天科酸代谢（CAM）

已有 9811 次阅读 2012-12-14 10:42 |系统分类:科研笔记|关键词:学者| 油茶, 叶片, CAM, 景天科酸代谢

Yuan 等（Tree Physiology，2012）在油茶（Camellia oleifera）变态肉质叶片（受真菌感染产生的）中发现了CAM途径。CAM植物兼具C3和C4植物的特征，如晚上利用C4循环固定CO2，而白天则进行C3循环利用CO2. CAM植物水分利用效率较高，但植株生长相对缓慢。尽管如此，CAM为植物应对未来气候变暖提供了新的策略。由美国能源部（DOE）支持的“CAM植入C3植物”5年计划（14.3 百万美元）已经启动（http://www.unr.edu/nevada-today/news/2012/cushman-cam-research），而通过真菌感染途径所形成的CAM或许将提供一种新的思路。

原文链接：http://treephys.oxfordjournals.org/content/32/2/188

CAM解释

（图片来源于http://plantphys.info/plant_physiology/c4cam.shtml）

肉质植物的一种特殊代谢方式，简称CAM。它们的绿色组织上的气孔夜间开放，吸收并固定CO2，形成以苹果酸为主的有机酸；白天则气孔关闭，不吸收CO2，但同时却通过光合碳循环将从苹果酸中释放的CO2还原为糖。这种代谢方式首先在景天科植物中被发现，从而得名。以后在干旱地区的许多其他植物种类中也相继被发现。

CAM的生物化学途径：夜间，大气中CO2自气孔进入细胞质中，被磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）羧化酶催化，与PEP结合形成草酰乙酸，再经苹果酸脱氢酶作用还原为苹果酸，贮于液泡中，其浓度每升可达100毫摩尔。苹果酸从细胞质通过液泡膜进入液泡是主动过程，而从液泡回到细胞质中则是被动过程。在日间，苹果酸从液泡中释放出来后，经脱羧作用形成CO2和C3化合物（见碳四植物）。有两种脱羧酶可催化这个反应。有些植物中NADP（辅酶Ⅱ）-或NAD（辅酶Ⅰ）-苹果酸酶催化氧化脱羧，形成CO2和丙酮酸，另一些植物中PEP羧激酶催化形成草酰乙酸，并脱羧产生CO2及PEP。CO2产生后，通过光合碳循环重新被固定，最终形成淀粉等糖类。在弱光下，尤其是气温高时，有一部分CO2会被释放到大气中去。

至1977年止，已在18个科中的109个属，300种以上的植物中发现有CAM。最大，最重要的科有仙人掌科、景天科、大戟科、番杏科、百合科等。这些科在分类学上虽无明显的关联，但有两个共同的特征：①所有的科都起源于热带或亚热带，其中许多种生长于干旱地区。②大部分植物的茎或叶是肉质的。这些特征是在高温、干旱环境中生长的植物经过长期演化而形成的。某些C3植物如龙须海棠属的Mesembryanthemum crystallinum在遇到土壤盐分造成的水分胁迫时，会从C3代谢类型转变成CAM类型。

CAM植物的这种避开辐射和蒸腾势很高的白天，而在凉爽的夜晚开放气孔来吸收光合作用所需的CO2的特性，使它的蒸腾比远低于其他类型的植物。CAM植物、C4植物、C3植物的蒸腾比（gH2O／g干物质）依次为25～150，250～350，450～600。但CAM植物单位叶（或其他同化器官）面积的光合速率受所能积累的C4双羧酸量的限制，比其他两类植物低，3类植物分别为3～10，20～40，40～60mg CO2／（dm2h）。CAM植物的低光合速率使它们生长缓慢，但它们能在其他植物难以生存的干旱、炎热的生态条件下生存和生长。