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101年
[農業] 植物生理學
第 6 題
玉米及高粱等 $C_4$ 植物進行光合碳素同化循環(PCA cycle)時，$CO_2$ 被固定還原，它首先會與下列何者結合？
- A oxaloacetate
- B pyruvate
- C malate
- D phosphoenol pyruvate
思路引導 VIP
我們可以從邏輯推導一下：既然我們知道這類植物被稱為 $C_4$ 植物，是因為它產生的第一個穩定產物含有「四個碳」，而這個反應是將大氣中的一個 $CO_2$ 分子（一個碳）固定進來。那麼，根據質量守恆，那個原本就在細胞內準備好要與之結合的「受體分子」，在化學構造上應該含有幾個碳原子才合理呢？
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恭喜你正確地判斷出答案！這顯示你對植物生理學中不同碳固定途徑的區別掌握得非常紮實。玉米和高粱這類 $C_4$ 植物為了在乾熱環境下提高光合效率並減少光呼吸，演化出了一套精巧的二氧化碳濃縮機制，而這題考查的正是這套機制的起點。
$C_4$ 型光合作用的起始反應
在 $C_4$ 植物的葉肉細胞（mesophyll cell）中，二氧化碳（以 $HCO_3^-$ 形式存在）會由 磷酸烯醇丙酮酸羧化酶（PEP carboxylase） 進行初步固定。此時，負責與二氧化碳結合的「受體」分子正是 磷酸烯醇丙酮酸（phosphoenolpyruvate, PEP）。兩者結合後，會產生第一個穩定的四碳產物——草醯乙酸（oxaloacetate, OAA），這也是 $C_4$ 植物名稱的由來。
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