碳4植物碳四途径的反应过程
在叶肉细胞中，碳四途径的反应过程始于磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）经PEP羧化酶的作用，与二氧化碳结合形成苹果酸或天门冬氨酸。这些四碳双羧酸随后在鞘细胞中通过脱羧酶的作用释放出二氧化碳，这部分二氧化碳在鞘细胞的叶绿体内，通过核酮糖二磷酸（RuBP）羧化酶的催化，参与到光合碳循环中。这一系列代谢过程被称为四碳途径，它涉及到磷酸烯醇式丙酮酸碳羧化酶，它能同化二氧化碳形成草酰乙酸盐，这也是其名称的来源。草酰乙酸盐在转变为苹果酸盐后，进入维管束鞘，会释放二氧化碳并生成甘油。甘油被重新转化为磷酸烯醇式丙酮酸，这一过程需要消耗ATP。
20世纪60年代，科学家哈奇和斯莱克发现了一些热带绿色植物，如玉米和甘蔗，它们除了拥有卡尔文循环外，还通过一种称为哈奇-斯莱克途径固定二氧化碳。已知的约有800种四碳植物分布在开花植物的18个科中，主要分布在热带地区。四碳植物的特点在于它们能利用强光下的ATP，提高光合作用效率，即使在干旱条件下，通过部分关闭气孔以减少蒸腾失水，保持相对较高的光合速率和水分利用效率。
与C3植物不同的是，C4植物的二氧化碳补偿点较低，这意味着它们在低二氧化碳环境下更能存活。这些植物主要分布在热带干燥地区，它们通过短暂开放气孔，确保二氧化碳的高效利用。在C4植物的叶片中，维管束鞘细胞周围进行卡尔文循环，这里叶绿体发育不完全，有利于二氧化碳的固定和糖类的合成。
C4植物的优势在于其高二氧化碳固定效率，有助于在干旱环境中生长。C3植物的淀粉主要在叶肉细胞中储存，而C4植物的淀粉则在维管束鞘细胞内。举例来说，单子叶植物如禾本科、莎草科，以及双子叶植物如菊科、大戟科、藜科和苋科都属于C4植物。
总的来说，C4植物的细胞结构和功能分工更为精细，相比于C3植物，更接近真核细胞的特征，而C3植物则可看作是较为简单的原核细胞模型。
扩展资料
碳4植物（C4plant） 亦称C4-植物。在光合作用过程中，既具有C3途径，又具有C4途径的植物。如玉米、甘蔗、高粱、马齿苋等。其叶解剖学上的一个重要特点是在维管束周围，有一圈含叶绿体的维管束鞘细胞，典型者在这圈细胞外，又环列有几层叶肉细胞形成花环结构。与C3植物相比，光呼吸弱，二氧化碳补偿点（1～10ppm）低，光饱和点几乎达到全日照；光合作用最适温度（30～45℃）高；在强光及其他适合条件下光合速率（40～80CO2毫克·分米-2·小时-1）高。这主要是由于通过C4途径，将外界二氧化碳收集到维管束鞘细胞内，使核酮糖-1，5-双磷酸羧化酶加氧酶周围二氧化碳含量增高所致。
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