甘蔗發芽能吃嗎_大眾科普網

通過光合作用利用無機物生產有機物並且貯存能量。通過食用，食物鏈的消費者可以吸收到植物所貯存的能量，效率為30%左右。對於生物界的幾乎所有生物來說，這個過程是他們賴以生存的關鍵。而地球上的碳氧循環，光合作用是其中最重要的一環。

目錄[隱藏]
1光合作用的發現
2原理
2.1光反應和暗反應
2.1.1光反應
2.1.2暗反應
2.1.2.1c3類植物
2.1.2.1.1卡爾文循環
2.1.2.2c4類植物
2.1.2.2.1詳細請見
2.1.2.3景天酸代謝植物
3藻類和細菌的光合作用
4研究意義
5鏈接

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光合作用的發現
古希臘哲學家亞裡士多德認為，植物生長所需的物質全來源於土中。
荷蘭人范·埃爾蒙做了盆栽柳樹稱重實驗，得出植物的重量主要不是來自土壤而是來自水的推論。他沒有認識到空氣中的物質參與了有機物的形成。
1771年，英國的普裡斯特利發現植物可以恢復因蠟燭燃燒而變“壞”了的空氣。
1773年，荷蘭的英恩豪斯證明只有植物的綠色部分在光下才能起使空氣變“好”的作用。
1804年，瑞士的索緒爾通過定量研究進一步證實二氧化碳和水是植物生長的原料。
1845年，德國的邁爾發現植物把太陽能轉化成了化學能。
1864年，德國的薩克斯發現光合作用產生澱粉。
1880年，美國的恩格爾曼發現葉綠體是進行光合作用的場所。
1897年，首次在教科書中稱它為光合作用。
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原理
植物與動物不同，它們沒有消化系統，因此它們必須依靠其他的方式來進行對營養的攝取。就是所謂的自養生物。對於綠色植物來說，在陽光充足的白天，它們將利用陽光的能量來進行光合作用，以獲得生長發育必需的養分。

這個過程的關鍵參與者是內部的葉綠體。葉綠體在陽光的作用下，把經有氣孔進入葉子內部的二氧化碳和由根部吸收的水轉變成為葡萄糖，同時釋放氧氣：

12h2o+6co2+光→c6h12o6(葡萄糖)+6o2↑+6h2o
注意：

1上式中等號兩邊的水不能抵消，雖然在化學上式子顯得很特別。原因是左邊的水，是植物吸收所得，而且用於制造氧氣和提供電子和氫離子。而右邊的水分子的氧原子則是來自二氧化碳。為了更清楚地表達這一原料產物起始過程，人們更習慣在等號左右兩邊都下寫上水分子，或者在右邊的水分子右上角打上星號。

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光反應和暗反應
光合作用可分為光反應和暗反應兩個步驟，

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光反應
場所：葉綠體膜

影響因素：光強度，水分供給

植物光合作用的兩個吸收峰
葉綠素a,b的吸收峰過程：葉綠體膜上的兩套光合作用系統：光合作用系統一和光合作用系統二，（光合作用系統一比光合作用系統二要原始，但電子傳遞先在光合系統二開始）在光照的情況下，分別吸收680nm和700nm波長的光子，作為能量，將從水分子光解光程中得到電子不斷傳遞，最後傳遞給輔酶nadp。而水光解所得的氫離子則因為順濃度差通過類囊體膜上的蛋白質復合體從類囊體內向外移動到基質，勢能降低，其間的勢能用於合成atp，以供暗反應所用。而此時勢能已降低的氫離子則被氫載體nadp帶走。一分子nadp可攜帶兩個氫離子。這個nadph+h離子則在暗反應裡面充當還原劑的作用。

意義：1：光解水，產生氧氣。2：將光能轉變成化學能，產生atp，為暗反應提供能量。3：利用水光解的產物氫離子，合成nadph+h離子，為暗反應提供還原劑。

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暗反應
實質是一系列的酶促反應

場所：葉綠體基質

影響因素：溫度，二氧化碳濃度

過程：不同的植物，暗反應的過程不一樣，而且葉片的解剖結構也不相同。這是植物對環境的適應的結果。暗反應可分為c3,c4和cam三種類型。三種類型是因二氧化碳的固定這一過程的不同而劃分的。

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c3類植物
二戰之後,美國加州大學貝克利分校的馬爾文·卡爾文與他的同事們研究一種名叫chlorella的藻，以確定植物在光合作用中如何固定co2。此時c14示蹤技術和雙向紙層析法技術都已經成熟，卡爾文正好在實驗中用上此兩種技術。

他們將培養出來的藻放置在含有未標記co2的密閉容器中,然後將c14標記的co2注入容器,培養相當短的時間之後,將藻浸入熱的乙醇中殺死細胞，使細胞中的酶變性而失效。接著他們提取到溶液裡的分子。然後將提取物應用雙向紙層析法分離各種化合物,再通過放射自顯影分析放射性上面的斑點,並與已知化學成份進行比較。

卡爾文在實驗中發現，標記有c14的co2很快就能轉變成有機物。在幾秒鐘之內,層析紙上就出現放射性的斑點,經與一直化學物比較,斑點中的化學成份是三磷酸甘油酸(3-phosphoglycerate,pga),是糖酵解的中間體。這第一個被提取到的產物是一個三碳分子,所以將這種co2固定途徑稱為c3途徑,將通過這種途徑固定co2的植物稱為c3植物。後來研究還發現,co2固定的c3途徑是一個循環過程,人們稱之為c3循環。這一循環又稱卡爾文循環。

c3類植物，如米和麥，二氧化碳經氣孔即如葉片後，直接進入葉肉進行卡爾文循環。而c3植物的維管束鞘細胞很小，不含或含很少葉綠體，卡爾文循環不在這裡發生。

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卡爾文循環
卡爾文循環（calvincycle）是光合作用的暗反應的一部分。反應場所為葉綠體內的基質。循環可分為三個階段:羧化、還原和二磷酸核酮糖的再生。大部分植物會將吸收到的一分子二氧化碳通過一種叫二磷酸核酮糖羧化酶的作用整合到一個五碳糖分子1，5-二磷酸核酮糖（rubp）的第二位碳原子上。此過程稱為二氧化碳的固定。這一步反應的意義是，把原本並不活潑的二氧化碳分子活化，使之隨後能被還原。但這種六碳化合物極不穩定，會立刻分解為兩分子的三碳化合物3-磷酸甘油酸。後者被在光反應中生成的nadph+h還原，此過程需要消耗atp。產物是3-磷酸丙糖。後來經過一系列復雜的生化反應，一個碳原子將會被用於合成葡萄糖而離開循環。剩下的五個碳原子經一些列變化，最後在生成一個1，5-二磷酸核酮糖，循環重新開始。循環運行六次，生成一分子的葡萄糖。

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c4類植物
在20世紀60年代，澳大利亞科學家哈奇和斯萊克發現玉米、甘蔗等熱帶綠色植物，除了和其他綠色植物一樣具有卡爾文循環外，co2首先通過一條特別的途徑被固定。這條途徑也被稱為哈奇-斯萊克途徑。

c4植物主要是那些生活在干旱熱帶地區的植物。在這種環境中，植物若長時間開放氣孔吸收二氧化碳，會導致水分通過蒸騰作用過快的流失。所以，植物只能短時間開放氣孔，二氧化碳的攝入量必然少。植物必須利用這少量的二氧化碳進行光合作用，合成自身生長所需的物質。

在c4植物葉片維管束的周圍，有維管束鞘圍繞，這些維管束鞘案由葉綠體，但裡面並無基粒或發育不良。在這裡，主要進行卡爾文循環。

其葉肉細胞中，含有獨特的酶，即磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶，使得二氧化碳先被一種三碳化合物--磷酸烯醇式丙酮酸同化，形成四碳化合物草酰乙酸，這也是該暗反應類型名稱的由來。這草酰乙酸在轉變為蘋果酸鹽後,進入維管束鞘，就會分解釋放二氧化碳和一分子丙酮酸。二氧化碳進入卡爾文循環，後同c3進程。而丙酮酸則會被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸,此過程消耗atp。

該類型的優點是，二氧化碳固定效率比c3高很多,有利於植物在干旱環境生長。c3植物行光合作用所得的澱粉會貯存在葉肉細胞中，因為這是卡爾文循環的場所，而維管束鞘細胞則不含葉綠體。而c4植物的澱粉將會貯存於維管束鞘細胞內，因為c4植物的卡爾文循環是在此發生的。

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詳細請見
c4類植物

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景天酸代謝植物
景天酸代謝(crassulaceanacidmetabolism,cam)：如果說c4植物是空間上錯開二氧化碳的固定和卡爾文循環的話，那景天酸循環就是時間上錯開這兩者。行使這一途徑的植物，是那些有著膨大肉質葉子的植物，如鳳梨。這些植物晚上開放氣孔，吸收二氧化碳，同樣經哈奇-斯萊克途徑將co2固定。早上的時候氣孔關閉，避免水分流失過快。同時在葉肉細胞中開爾文循環開始。這些植物二氧化碳的固定效率也很高。

詳細請見:景天酸代謝植物

意義：二氧化碳的固定，使得原本化學性質不活潑的二氧化碳，化學活性增加，以利於被還原，最後合成葡萄糖。

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藻類和細菌的光合作用
真核藻類，如紅藻、綠藻、褐藻等，和植物一樣具有葉綠體，也能夠進行產氧光合作用。光被葉綠素吸收，而很多藻類的葉綠體中還具有其它不同的色素，賦予了它們不同的顏色。

進行光合作用的細菌不具有葉綠體，而直接由細胞本身進行。屬於原核生物的藍藻（或者稱“藍細菌”）同樣含有葉綠素，和葉綠體一樣進行產氧光合作用。事實上，目前普遍認為葉綠體是由藍藻進化而來的。其它光合細菌具有多種多樣的色素，稱作細菌葉綠素或菌綠素，但不氧化水生成氧氣，而以其它物質（如硫化氫、硫或氫氣）作為電子供體。不產氧光合細菌包括紫硫細菌、紫非硫細菌、綠硫細菌、綠非硫細菌和太陽桿菌等。

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研究意義
研究光合作用，對農業生產，環保等領域起著基礎指導的作用。知道光反應暗反應的影響因素，可以趨利避害，如建造溫室，加快空氣流通，以使農作物增產。人們又了解到二磷酸核酮糖羧化酶的兩面性，即既催化光合作用，又會推動光呼吸，正在嘗試對其進行改造，減少後者，避免有機物和能量的消耗，提高農作物的產量。

當了解到光合作用與植物呼吸的關系後，人們就可以更好的布置家居植物擺設。比如晚上就不應把植物放到室內，以避免因植物呼吸而引起室內氧氣濃度降低。

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鏈接

http://www.lifesciences.ynu.edu.cn/wljc/xbswx/8/experiment/experiment_08.htm

三種類型植物的簡單對比

取自"
http://zh.wikipedia.org/wiki/%e5%85%89%e5%90%88%e4%bd%9c%e7%94%a8&quot
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category:植物學
參考資料：
http://wikipedia.cnblog.org/wiki/%e5%85%89%e5%90%88%e4%bd%9c%e7%94%a8

因為光合作用主要在葉綠體中進行,而葉綠體的葉綠素是參與光合作用的主要色素。葉綠素中有鎂離子，其共同與卟啉環構成。
當然,光合作用是一系列過程，其中光合作用進行的細胞內的緩沖條件，酶的輔基，等等都需要礦質元素的參與。
因此，可以說光合作用受礦質元素的影響。

答案是d光反應和暗反應都需要酶參與
a葉綠素離開葉肉可以進行光合作用
b溫度太低，酶失活，無法進行光合作用
cadp--atp是暗反應的產物，不是光反應的

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