So sánh thực vật C3, C4 và CAM

Câu hỏi: So sánh thực vật C3, C4 và thực vật CAM.

Câu trả lời:

* Giống nhau trong pha sáng bao gồm:

+ Quang học: Diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời => dạng kích thích

+ Sự quang phân của nước: Dùng năng lượng mà diệp lục nhận được để phân ly nước theo phương trình

2 gia đình₂O → 4H⁺ + 4e^– + O₂

+ Quang hóa: hình thành ATP, NADPH

*Sự khác biệt

Hãy cùng trường ĐH KD & CN Hà Nội tìm hiểu kỹ hơn về từng loại cây để hiểu rõ hơn về câu hỏi trên.

I. Thực vật C3

– Thực vật C3 phân bố khắp nơi trên trái đất, kể cả rêu đến cây trong rừng.

1. Pha sáng

– Pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

Pha sáng diễn ra trong thylacoid khi có ánh sáng.

– Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được dùng để thực hiện quá trình quang phân của nước là O₂ phát hành là O₂ của nước.

2 gia đình₂O → 4H⁺ + 4e^– + O₂

– ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

2. Pha tối

Pha tối ở thực vật C3 diễn ra trong chất sơ của lục lạp.

– Pha tối ở thực vật C3 chỉ có một chu trình Calvin, được chia thành 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn cố định CO₂.

+ Giai đoạn khử APG (axit photphoglixêric) → AllPG (anđehit photphoglixêric) → tổng hợp C₆H_{thứ mười hai}O₆ → tinh bột, axit amin…

+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Ribôxôm – 1,5 diP (ribulôzơ – 1,5 diphotphat).

II. C4. Thực vật

1. Người đại diện

Bao gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới như mía, rau dền, ngô, cao lương, kê …

2. Chu trình quang hợp ở C4. thực vật

Pha tối bao gồm chu trình quang hợp ở thực vật C4 gồm: CO. sự cố định₂ thoáng qua (chu trình C4) và CO. sự cố định₂ theo chu trình Calvin. Cả hai chu kỳ đều diễn ra trong ngày, nhưng ở hai loại tế bào khác nhau trên lá.

– CO. giai đoạn cố định₂ Tạm thời diễn ra trong các tế bào mô đệm

+ CO. người chấp nhận₂ Đầu tiên là hợp chất 3C (phosphoenol pyruvic – PEP).

+ Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloacetic – AOA), sau đó được chuyển thành hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi được chuyển đến tế bào vỏ mạch.

– CO. giai đoạn cố định lại₂ diễn ra trong tế bào vỏ mạch

+ AM bị phân hủy giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Calvin và tạo thành hợp chất axit pyruvic 3C

+ Axit pyruvic trở lại tế bào nhu mô để tái tạo CO. người chấp nhận₂ đầu tiên là PEP

Chu trình C3 diễn ra tương tự như ở C3. thực vật

– Thực vật C4 ưu thế hơn thực vật C3: cường độ quang hợp, CO cao hơn. điểm bồi thường₂ thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn, thoát hơi nước thấp hơn. Kết quả là cây C4 có năng suất cao hơn cây C3.

III. Thực vật CAM

1. Một số đặc điểm nhận dạng của thực vật CAM

+ Cây chịu hạn có lá dày, tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích nhỏ hơn.

Chúng thường có một lớp biểu bì dày để bảo vệ chúng khỏi bị khô héo dưới ánh nắng gay gắt.

Khí khổng (khí khổng) có thể đóng lại và hoạt động ban ngày hoặc lõm vào trong các hốc ngăn cản sự thoát hơi nước.

Một số loài sẽ rụng lá vào mùa khô (không phải mùa lạnh).

Thích hợp sống ở những nơi có nhiệt độ cao (trên 30 độ) và CO thấp₂ (sa mạc, núi đá)

Cây rất dễ bị thối rễ hoặc thối lá nếu tưới nhiều và đất không thoát nước kịp thời.

Một số loài khác có thể trữ nước trong không bào (xương rồng, lan và dứa, xương rồng).

2. CAM. Cơ chế quang hợp

Thực vật CAM đóng khí khổng vào ban ngày để tiết kiệm nước bằng cách ngăn thoát hơi nước. Các khí khổng sẽ mở ra vào ban đêm lạnh hơn và ẩm ướt hơn, cho phép chúng hấp thụ CO₂ để sử dụng trong quá trình cố định cacbon (chuyển hóa chất dinh dưỡng). Cơ chế CAM cho phép những cây này phát triển bình thường trong điều kiện môi trường nếu không sẽ quá khô cằn đối với sự phát triển của chúng, hoặc ít nhất là làm cho chúng có khả năng chịu đựng. Chịu được các điều kiện cực kỳ khô.

– Pha tối ở thực vật CAM giống với pha tối ở thực vật C4, khác biệt về thời gian:

Ở thực vật C4, cả hai chu kỳ của pha tối đều diễn ra trong ngày.

Ở thực vật CAM, chu trình đầu tiên cố định CO₂ thực hiện tạm thời vào ban đêm khi khí khổng mở và chu trình Calvin tái cố định CO.₂ thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.

Quá trình tổng hợp hữu cơ của thực vật CAM được bắt đầu khi hợp chất 3 cacbon Phosphoenolpyruvate được Carboxyl hóa thành Oxaloacetate và sau đó nó bị khử để tạo thành Malat. Thực vật CAM lưu trữ các chất trung gian 4 cacbon này và các hợp chất hữu cơ đơn giản khác trong không bào của chúng. Muối malat dễ dàng bị phân hủy thành pyruvat và CO.₂, sau đó pyruvate được Phosphoryl hóa để tái tạo Phosphoenolpyruvate (PEP). Trong ánh sáng ban ngày, axit malic bị loại bỏ khỏi không bào và bị phân cắt để tạo thành CO.₂ sao cho nó có thể được sử dụng bởi enzym RuBisCO trong chu trình Calvin-Benson trong chất nền đệm lục lạp. Bằng cách này nó làm giảm tốc độ thoát – bay hơi của nước trong quá trình trao đổi khí.

Cây CAM có khả năng giữ nước rất tốt, cũng như sử dụng nitơ rất hiệu quả. Tuy nhiên, chúng không hiệu quả trong việc hấp thụ CO.₂, vì vậy chúng là những cây phát triển chậm khi so sánh với những cây khác. Ngoài ra, cây CAM cũng tránh hiện tượng phân ly quang học. Enzyme chịu trách nhiệm cố định carbon trong chu trình Calvin, Rubisco, không thể phân biệt CO₂ với oxy. Kết quả là, thực vật sử dụng năng lượng để phá vỡ các hợp chất cacbon.

Đăng bởi: Trường ĐH KD & CN Hà Nội

Thể loại: Lớp 11, Sinh 11