景天科植物的特殊光合作用机制 景天酸代谢（CAM）途径

景天科植物展示了一种独特的光合作用适应策略——景天酸代谢（Crassulacean Acid Metabolism，简称CAM），这种机制使它们能够在干旱环境中有效生存。

夜间：CO₂的捕获与储存
当夜幕降临，温度降低、湿度升高时，景天科植物的气孔会张开。此时，它们吸收大气中的二氧化碳（CO₂），在细胞质中通过磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（PEPC）的催化作用，将CO₂固定为草酰乙酸，随后迅速还原为苹果酸。这些苹果酸分子被主动运输并储存在液泡中，导致液泡内的苹果酸浓度显著升高，植物组织的酸度也因此增加。这个过程巧妙地避开了白天的水分流失风险。

白天：CO₂的释放与光合作用
随着日出，环境温度上升、湿度下降，景天科植物关闭气孔以减少水分蒸腾。此时，液泡中储存的苹果酸被转运到细胞质中，经过脱羧作用（主要通过苹果酸酶或PEP羧激酶催化），释放出CO₂。释放的CO₂随即进入叶绿体，在卡尔文循环中被核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）固定，最终合成碳水化合物，如葡萄糖，为植物提供能量和生长所需物质。脱羧后剩余的碳骨架（如丙酮酸）可进一步参与代谢或再生磷酸烯醇式丙酮酸（PEP），为下一夜的CO₂固定做准备。

生态意义与应用价值
CAM途径是植物对干旱环境的卓越适应。通过将CO₂吸收与光合作用在时间上分离，景天科植物（如仙人掌、龙舌兰等）极大地提高了水分利用效率，使它们能在沙漠、岩石等缺水生境中茁壮成长。这一机制不仅为植物生理学研究提供了重要模型，还为作物改良（如培育抗旱品种）和碳固定技术带来了启示，凸显了自然选择的智慧与生物多样性的价值。