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【地球生物全系列——植物篇】植物界概述（四）

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【地球生物全系列——植物篇】植物界概述（四）



植物界概述（四）8.主要作用植物大多数固态物质是从大气层中取得 。 经由一个被称为光合作用的过程 ， 植物利用阳光里的能源来将大气层中的二氧化碳转化成简单的糖 。 这些糖分被用作建材 ， 并构成植物主要结构成份 。 植物主要依靠土壤作为支撑和取得水份 ， 以及氮、磷等重要基本养分 。 大部分植物要能成功地成长 ， 也需要大气中的氧气（作为呼吸之用）及根部周围的氧气 。 不过 ， 一些特殊维管植物如红树林可以让其根部在缺氧环境下成长 。
（1）光合作用植物具有光合作用的能力——就是说它可以借助光能及动物体内所不具备的叶绿素 ， 利用水、无机盐和二氧化碳进行光合作用 ， 释放氧气 ， 产生葡萄糖——含有丰富能量的物质 ， 供植物体利用 。
植物的叶绿素含有镁 。
植物细胞有明显的细胞壁和细胞核 ， 其细胞壁由葡萄糖聚合物——纤维素构成 。
所有植物的祖先都是单细胞非光合生物 ， 它们吞食了光合细菌 ， 二者形成一种互利关系：光合细菌生存在植物细胞内（即所谓的内共生现象） 。 最后细菌蜕变成叶绿体 ， 它是一种在所有植物体内都存在却不能独立生存的细胞器 。 大多数植物都属于被子植物门 ， 是有花植物 ， 其中还包括多种树木 。 植物呼吸作用主要在细胞的线粒体进行；光合作用在细胞的叶绿体进行 。
绿色植物光合作用是地球上最为普遍、规模最大的反应过程 ， 在有机物合成、蓄积太阳能量和净化空气、保持大气中氧气含量和碳循环的稳定等方面起很大作用 ， 是农业生产的基础 ， 在理论和实践上都具有重大意义 。 据计算 ， 整个世界的绿色植物每天可以产生约4亿吨的蛋白质、碳水化合物和脂肪 ， 与此同时 ， 还能向空气中释放出近5亿吨还多的氧 ， 为人和动物提供了充足的食物和氧气 。
叶片是进行光合作用的主要器官 ， 叶绿体是光合作用的重要细胞器 。 高等植物的叶绿体色素包括叶绿素（a和b）和类胡萝卜素（胡萝卜素和叶黄素） ， 它们分布在光合膜上 。 叶绿素的吸收光谱和荧光现象 ， 说明它可吸收光能、被光激发 。 叶绿素的生物合成在光照条件下形成 ， 既受遗传性制约 ， 又受到光照、温度、矿质营养、水和氧气等的影响 。
光合作用包括光反应过程、光合碳同化二个相互联系的步骤 ， 光反应过程包括原初反应和电子传递与光合磷酸化两个阶段 ， 其中前者进行光能的吸收、传递和转换 ， 把光能转换成电能 ， 后者则将电能转变为ATP和NADPH2（合称同化力）这两种活跃的化学能 。 活跃的化学能转变为稳定化学能是通过碳同化过程完成的 。 碳同化有C3、C4和CAM三条途径 ， 根据碳同化途径的不同 ， 把植物分为C3植物、C4植物和CAM植物 。 但C3途径是所有的植物所共有的、碳同化的主要形式 ， 其固定CO2的酶是RuBP羧化酶 。 C4途径和CAM途径都不过是CO2固定方式不同 ， 最后都要在植物体内再次把CO2释放出来 ， 参与C3途径合成淀粉等 。 C4途径和CAM途径固定CO2的酶都是PEP羧化酶 ， 其对CO2的亲和力大于RuBP羧化酶 ， C4途径起着CO2泵的作用；CAM途径的特点是夜间气孔开放 ， 吸收并固定CO2形成苹果酸 ， 昼间气孔关闭 ， 利用夜间形成的苹果酸脱羧所释放的CO2 ， 通过C3途径形成糖 。 这是在长期进化过程中形成的适应性 。
光呼吸是绿色细胞吸收O2放出CO2的过程 ， 其底物是C3途径中间产物RuBP加氧形成的乙醇酸 。 整个乙醇酸途径是依次在叶绿体、过氧化体和线粒体中进行的 。 C3植物有明显的光呼吸 ， C4植物光呼吸不明显 。
植物光合速率因植物种类品种、生育期、光合产物积累等的不同而异 ， 也受光照、CO2、温度、水分、矿质元素、O2等环境条件的影响 。 这些环境因素对光合的影响不是孤立的 ， 而是相互联系、共同作用的 。 在一定范围内 ， 各种条件越适宜 ， 光合速率就越快 。
植物光能利用率还很低 。 作物现有的产量与理论值相差甚远 ， 所以增产潜力很大 。 要提高光能利用率 ， 就应减少漏光等造成的光能损失和提高光能转化率 ， 主要通过适当增加光合面积、延长光合时间、提高光合效率、提高经济产量系数和减少光合产物消耗 。 改善光合性能是提高作物产量的根本途径 。
植物的光合作用是会产生氧气 ， 植物的生态价值 ， 对碳原子只有暂时的固定作用 ， 因为所固定的这些碳原子最终都会被呼吸作用 ， 微生物分解 ， 或者被燃烧 。

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