仙人掌大多生長在乾旱的環境裡。有的呈柱形,高10多米,重量約兩三萬斤,巍然屹立,甚為壯觀。一些長著棘刺的仙人球,有的壽命高達五百年以上,可長成直徑兩三米的巨球,人們劈開它的上部,挖食柔嫩多汁的莖肉解渴充飢。仙人掌類植物還有一種特殊的本領,在乾旱季節,它可以不吃不喝地進入休眠狀態,把體內的養料與水分的消耗降到最低程度。當雨季來臨時,它們又非常敏感地“醒”過來,根系立刻活躍起來,大量吸收水分,使植株迅速生長並很快地開花結果。有些仙人掌類植物的根系變成胡蘿蔔狀,可貯存七八十斤水分。曾經有人把一個仙人球包在乾燥的紙袋裡放了兩年多,儘管有些皺縮,但一種到盆裡,澆水後又很快長出了新根,並恢復生長。仙人掌以它那奇妙的結構,驚人的耐旱能力和頑強的生命力,受到人類的賞識。
仙人掌還有奇形怪狀的莖,鮮豔的花。別看仙人掌的奇形怪狀加上銳利的尖刺,使人望而生畏,但它們開出的花朵卻分外嬌豔,花色豐富多彩,和流蘇般的花穗。如長鞭狀的“月夜皇后”,開白色的大型花朵,直徑達五六十釐米。被人們喻為“曇花一現”的曇花,就是原產中、南美洲熱帶森林中一種附生型別的仙人掌類植物。
仙人掌以花取勝還只是培養者寵愛它的一個原因,而形狀、顏色各不相同的刺叢與絨毛也受到許多觀賞者的喜愛。尤其是一些鮮紅、金黃的刺叢與雪白的絨毛品種,更是千姿百態。難怪有人稱它們為“ 有生命的工藝品”呢。
仙人掌光合作用的生理特性:景天酸代謝植物 (CAM-植物 "Crassulacean acid metabolism" (CAM))屬於C4類植物。代表性的植物有仙人掌, 鳳梨和長壽花。
要在乾旱熱帶地區生存下來,CAM-植物發展出一套生存策略,CO2-的固定將於卡爾文迴圈在時間上分開。這樣就可以避免水分過快的流失,因為氣孔只在夜間開放以攝取CO2。
純粹的C4類植物對二氧化碳固定實行的是空間分離 (透過兩種細胞型別實現, 葉肉細胞和維管束鞘細胞) 。而景天酸代謝植物則服從以下晝夜節律:
晚上: CO2吸收和固定於磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)。生成的草醯乙酸(OA)會被還原為蘋果酸,並儲存於細胞的液泡中。該過程中伴隨有酸化,pH值降低在日間光反應裡產生的還原物質也會在這裡發揮作用。
日間: 在液泡裡的酸性物質(主要是蘋果酸,但也有天門冬氨酸)會被脫羧。釋放的 CO2進入卡爾文迴圈。
CAM-植物必須準備足夠的磷酸烯醇式丙酮酸以供夜間CO2固定使用。為此植物在日間儲存澱粉,晚間它們將透過丙酮酸轉變為磷酸烯醇式丙酮酸。
CAM途徑大概就是這樣的,它實際上是把光合反應的前後分成了兩個大步驟,一個在白天進行,也就是所謂的光反應階段,在這一階段,透過吸收光獲能,電解水,放氧,產生還原力;然後晚上進行光合作用的後半步——C02的固定。
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