景天酸代謝
景天酸代謝（英語：Crassulacean acid metabolism，簡稱 CAM）是一種特殊而精巧的碳固定方式，這一代謝途徑最早在景天科植物中被發現，由此得名。代表性的植物有仙人掌、鳳梨和長壽花等，99%的仙人掌物種都採用景天酸代謝。[1] 有些植物是專性CAM植物，有些植物則可以根據環境變化在不同的固碳方式間切換。
概要
大部分植物開放氣孔吸收二氧化碳，二氧化碳參與一系列光合反應生成生命活動所需的有機物。然而，氣孔的開放伴隨着水分蒸發流失，對於生長在炎熱乾旱地區的植物非常不利。因此，CAM植物演化出一套生存機制，只在涼爽的夜間開放氣孔，將二氧化碳以有機酸的形式暫時儲存下來，到白天再進行卡爾文循環，此時可以閉合大部分氣孔，有效減少水分流失。
CAM固碳途徑與C4固碳途徑有一定的相似之處，兩者利用相似的化學物質作為媒介，都通過拆分碳固定的步驟，實現對乾旱環境的適應。相比之下，C4類植物實行的是空間分離（葉肉細胞和維管束鞘細胞兩個相對獨立的場所），而景天酸代謝植物則服從晝夜節律，細節如下：
- 夜間：二氧化碳進入細胞質，在磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）的作用下生成草酰乙酸（OAA），後續被還原為蘋果酸，並儲存於細胞的液泡中。PEP羧化酶催化草酰乙酸的生成，該酶的表達受高溫（即白天）和蘋果酸的抑制。雖然吸收了二氧化碳，但將其轉化為有機物的過程需要光反應產物的參與，因此卡爾文循環無法繼續進行。
- 日間：液泡中的酸性物質（主要是蘋果酸，但也有天門冬氨酸）會被脫羧，釋放的二氧化碳進入葉綠體，參與卡爾文循環。
景天酸代謝植物必須準備足夠的PEP以供夜間二氧化碳固定使用。為此植物在日間儲存澱粉，晚間它們將通過丙酮酸轉變為磷酸烯醇式丙酮酸。
證明
可以通過兩個實驗驗證某種植物是否為景天酸代謝植物：
- 液泡液在晚間酸性強於白天。可用酸鹼指示劑測得。
- 鳳梨科植物的氣孔的早晚開閉也可以用實驗的方法觀察到：在葉的下表面塗上兩層透明的指甲油- 大概1平方厘米 - 然後用顯微鏡觀察。如果氣孔晚間開日間關，則可以推斷該植物為景天酸代謝植物，但還需要進一步證明去確定。
CAM植物例子
- 百歲蘭
- 澤米科（只有Dioon edule）
- 蘭科部分物種（如蝴蝶蘭）
- 龍舌蘭科部分物種（如劍麻）
- 菊科部分物種（如千里光）
- 馬齒莧科部分物種（如馬齒莧）
- 阿福花科部分物種（如蘆薈屬）
- 大戟科部分物種
- 鳳梨科大部分物種
- 景天科大部分物種
- 番杏科大部分物種
- 仙人掌科所有物種
另見
參考文獻
- ^ The Encyclopedia of Fruit & Nuts. CABI. 2008: 218.
外部連結
- C3-, C4- 和 CAM植物比較 已失效（頁面存檔備份，存於網際網路檔案館）
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