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光呼吸简介

   科学研究表明，在相同的外界条件下，光呼吸的强弱和光合作用中不同的碳代谢类型，是影响绿色植物通过光合作用制造有机物的两个主要原因。

    植物细胞进行有氧呼吸时不需要光的照射，有氧呼吸无论白天或黑夜都在植物体的活细胞内进行着，所以，有氧呼吸也叫暗呼吸。但是，绿色植物体内含有叶绿体的细胞，在进行光合作用的同时，还利用氧分解一部分光合作用的中间产物，并且释放出二氧化碳。绿色植物体内这种由光照引起的呼吸作用叫做光呼吸。光呼吸在绿色植物中是普遍存在的。

    我们知道，在光合作用的暗反应阶段中，在二磷酸核酮糖羧化酶的催化作用下，一个二氧化碳被一个二磷酸核酮糖(RuBP)固定以后，很快形成两个磷酸甘油酸(PGA)。但是，含有叶绿体的细胞，在二氧化碳含量低、氧含量高的情况下，在二磷酸核酮糖加氧酶的催化作用下，一个二磷酸核酮糖与一个氧分子结合，并且最终分解成一个磷酸甘油酸和一个磷酸乙醇酸：磷酸甘油酸经过重新组合，又转化成二磷酸核酮糖；磷酸乙醇酸则在磷酸酶的催化作用下，脱去磷酸，形成乙醇酸，乙醇酸则从叶绿体进入到过氧化物体中。

    过氧化物体是高等植物细胞中普遍存在的一种细胞器。绿色植物的过氧化物体多位于叶绿体附近，呈球形，直径只有0.2～1.5μm。C₃植物的过氧化物体分布在叶肉细胞中，C₄植物的过氧化物体大都分布在维管束鞘细胞内。叶绿体中产生的乙醇酸进入到过氧化物体中，在乙醇酸氧化酶的催化作用下，被氧化成过氧化氢和乙醛酸：过氧化氢在过氧化氢酶的催化作用下，分解成水并释放出氧，氧又可以用于乙醇酸的氧化；乙醛酸在转氨酶的催化作用下，与谷氨酸中的氨基结合，进而转化成甘氨酸。甘氨酸进入到线粒体中，在甘氨酸脱羧酶的催化作用下，转化成丝氨酸，并且释放出二氧化碳。丝氨酸经过一系列的变化，最终转化成磷酸甘油酸，磷酸甘油酸又可以参加到卡尔文循环的代谢过程中。

    光呼吸将一部分光合作用的中间产物分解掉，这显然不利于有机物的积累，会降低光合作用效率。那么，绿色植物在进化过程中为什么会演化出这样一个过程呢?光呼吸对于绿色植物是否有积极意义呢?目前，科学家正在对这些问题进行深入的研究。

    不同的绿色植物，光呼吸的强弱是不同的。具体地说，C₃植物的光呼吸很强，这类绿色植物通过光呼吸释放出的二氧化碳，常常达到它们进行光合作用所固定二氧化碳的30%左右，所以，C₃植物又叫光呼吸植物或高光呼吸植物。C₄植物的光呼吸很弱，有的几乎测量不出来，所以，C₄植物又叫非光呼吸植物或低光呼吸植物。

    科学家发现，对于C3植物来说，适当提高空气中二氧化碳的含量，既增加了光合作用的原料，又适当降低了光呼吸的强度，从而使C3植物的光合作用效率得到提高。例如，科学家将温室内二氧化碳的相对含量由0.03%提高到0.24%，可以使水稻的产量明显提高。科学家还发现，适当喷施亚硫酸钠溶液等光呼吸抑制剂，可以使水稻、小麦等C3植物的子粒更加饱满，从而提高产量。