C3、C4和CAM

发布日期：2025-11-04 18:37 来源：研究小组作者：AgroIPM 浏览次数：

植物光合作用的核心环节是“固碳”，即把CO₂转化为糖。
Rubisco酶既能固定CO₂又会误结合O₂产生耗能的“光呼吸”，不同植物在进化中把“固碳车间”挪到不同空间或时间，以降低这种浪费，于是形成C₃、C₄、CAM三大策略。
C₃植物（稻、麦、棉等）把CO₂直接交给Rubisco，在同一细胞、同一时刻完成反应，结构最简单，但在高温、强光、干旱下光呼吸严重，适合温和湿润环境。
C₄植物（玉米、高粱、甘蔗等）采取“空间分流”：叶肉细胞先用PEP羧化酶把CO₂锁进四碳分子，再运到邻近的束鞘细胞，在那里释放高浓度CO₂供Rubisco使用；几乎无光呼吸，可在干热强光下保持高产，但每分子葡萄糖需30 ATP，成本高于C₃。
CAM植物（仙人掌、菠萝、兰花等多肉）则实行“时间分流”：夜晚气孔开放，用PEP羧化酶把CO₂固定成苹果酸储于液泡；白天气孔关闭，再把苹果酸分解释放CO₂供Rubisco进行C₃循环。这样白天蒸腾极少，可在极端干旱区生存，但能耗最高（36 ATP/葡萄糖）。
简言之，C₃“就地解决”，C₄“空间分离：叶肉细胞固定 → 维鞘细胞还原”，CAM“时间分离：夜间固碳 → 白天释放 CO₂ 再 C₃”，三种时空策略让植物在全球不同水分、温度和光照条件下都能高效利用太阳能。

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