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漢莎快訊(六):景天酸代謝途徑植物的光合研究

瀏覽次數(shù):4176 發(fā)布日期:2011-2-16  來(lái)源:www.hanshatech.com
 
漢莎快訊(六)
 
 
景天酸代謝途徑植物的光合研究
 
漢莎科學(xué)儀器有限公司 (山東 271000)
電話: 0538-8241341/8249608  傳真:0538-8249608
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背景資料:
      景天酸代謝途徑(crassulacean acid metabolism pathway,CAM途徑),指生長(zhǎng)在熱帶及亞熱帶干旱及半干旱地區(qū)的一些肉質(zhì)植物(最早發(fā)現(xiàn)在景天科植物)所具有的一種光合固定二氧化碳的附加途徑。具有這種途徑的植物被稱為CAM植物。在其所處的自然條件下,氣孔白天關(guān)閉,夜晚張開(kāi)。它們具有此途徑,既維持水分平衡,又能同化二氧化碳。途徑的特點(diǎn)是:在夜間細(xì)胞中磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)作為二氧化碳接受體,在PEP 羧化酶催化下,形成草酰乙酸,再還原成蘋(píng)果酸,并貯于液泡中;白天蘋(píng)果酸則由液泡轉(zhuǎn)入葉綠體中進(jìn)行脫羧釋放二氧化碳,再通過(guò)卡爾文循環(huán)轉(zhuǎn)變成糖。所以這類植物的綠色部分的有機(jī)酸特別是蘋(píng)果酸有晝夜的變化,夜間積累,白天減少。淀粉則是夜間減少(由于轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸冀邮荏wPEP)白天積累(由于進(jìn)行光合作用的結(jié)果)。已發(fā)現(xiàn)許多科植物如龍舌蘭科、仙人掌科、大戟科、百合科、葫蘆科、蘿藦科,以及鳳梨科具有此途徑。一般說(shuō)CAM植物是多汁的,但也有不是多汁的。多汁植物也并不都是CAM植物。這類植物是通過(guò)改變其代謝類型以適應(yīng)環(huán)境,由于該途徑的特點(diǎn)造成光合速率很低( 3~10毫克CO2·分米-2·小時(shí)-1),故生長(zhǎng)緩慢,但能在其它植物難以生存的生態(tài)條件下生存和生長(zhǎng)。如果說(shuō)C4植物是空間上錯(cuò)開(kāi)二氧化碳的固定和卡爾文循環(huán)的話,那景天酸循環(huán)就是時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)這兩者。
            
具有景天酸代謝途徑的植物光合作用的研究:
     CAM植物因?yàn)榫哂羞@特殊光合途徑,這也就使得其光合作用的測(cè)定和其他植物的測(cè)定有很大不同。
1 CAM植物葉片往往形狀各異,肉質(zhì),葉片厚度較大,如上圖的仙人掌等。(目前世界上最好的光合儀葉室主要是為作物如玉米、小麥、水稻、大豆等設(shè)計(jì),因此也就很難用于CAM植物的葉片)
2 光合儀(便攜性光合作用測(cè)定儀)的原理是根據(jù)光合作用的總反應(yīng)式:
                CO2 + 2H2O* + 4.69kJ → (CH2O) + O*2 + H2O
通過(guò)紅外線CO2氣體分析儀測(cè)定CO2濃度的變化來(lái)計(jì)算光合速率。而CAM植物白天氣孔關(guān)閉,不和外界進(jìn)行氣體交換,因此,用光合儀是不能測(cè)定CAM植物的光合速率。這也是很多用戶用光合儀測(cè)定有些植物光合一直在0附近的根本原因。
3 CAM植物光合速率很低,測(cè)定必須要用比其他作物更精密的儀器來(lái)測(cè)定。
基于以上特點(diǎn)要想測(cè)定CAM植物的光合速率我們必須另辟新徑。前幾章講過(guò),對(duì)于用光合儀測(cè)定不了的葉片不規(guī)則的植物材料可以用氧電極測(cè)定。
方法一:用氧電極測(cè)定CAM植物的光合速率,
     根據(jù)光合作用的總反應(yīng)式:
                 CO2 + 2H2O* + 4.69kJ → (CH2O) + O*2 + H2O
氧電極測(cè)定光合速率和光合儀測(cè)定的光合速率不同(詳見(jiàn)“光合儀和氧電極測(cè)定光合速率的區(qū)別及優(yōu)缺點(diǎn)”),氧電極是通過(guò)氧氣的釋放測(cè)定光合速率的,由于反應(yīng)在液相體系中進(jìn)行,就消除了氣孔對(duì)氣體釋放的影響。而且氧電極精確度非常高,不易受到CAM植物光合速率低的影響。
可以用來(lái)測(cè)定CAM植物光合速率的氧電極有:Chlorolab-2和Chlorolab-3型Hansatech公司,英國(guó))
方法二:用CO2分析儀在晚上多點(diǎn)測(cè)定群體CO2的吸收,來(lái)估計(jì)凈光合積累
CAM植物是通過(guò)時(shí)間把二氧化碳的固定和卡爾文循環(huán)分開(kāi),晚上打開(kāi)氣孔吸收CO2,因此我們就可以在晚上用CO2分析儀估測(cè)。由于CAM植物的光合速率一般較低,因此即使晚上吸收的CO2比較少,因此我們可以測(cè)定群體對(duì)CO2的吸收,這樣就可以用光合儀配有的群體同化室進(jìn)行測(cè)定,群體同化室采用密閉式氣路就可以(CAM光合速率較低),晚上多點(diǎn)測(cè)定,像白天測(cè)定日變化一樣,分幾個(gè)點(diǎn)測(cè)定CO2的吸收,這樣可以估算CAM植物的光合積累。
光合儀一般都配有群體同化室,如CIRAS-2配CPY-2、CPY-3型同化室PP Systems公司,美國(guó))
    綜上所述,我們?cè)谑褂霉夂蟽x測(cè)定光合速率的時(shí)候一定要注意,如果自己研究的實(shí)驗(yàn)材料是龍舌蘭科、仙人掌科、大戟科、百合科、葫蘆科、蘿藦科,鳳梨科中的一種,就一定要注意該材料是否是CAM植物,如果是CAM植物一般就要選擇氧電極進(jìn)行測(cè)定光合速率。氧電極是可以測(cè)定光合儀不能測(cè)定的材料,如藻類,植物的特殊部位等。

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