Nhóm thực vật C3, C4 và CAM là những khái niệm đã được nhắc đến trong chương trình môn Sinh học. Tuy vậy, để phân biệt thực vật C3 C4 và CAM thì không phải ai cũng có thể làm được. Hãy cùng tìm hiểu về 3 nhóm thực vật này trong bài viết dưới đây của Palada.vn nhé.
Thực vật C3
Cố định cacbon C3 là một kiểu trao đổi chất nhằm cố định cacbon trong quang hợp ở thực vật. Quá trình này sẽ chuyển hóa dioxide cacbon và ribulose bisphosphate (RuBP, một đường chứa 5-cacbon) trở thành 3-photphoglyxerat thông qua phản ứng sau:
Phương trình: 6 CO2 + 6 RuBP → 12 3-photphoglyxerat
Phản ứng này diễn ra ở mọi thực vật, là bước đầu tiên trong chu trình Calvin. Ở thực vật C4, dioxide cacbon được tạo ra từ axit malic và tham gia vào phản ứng này chứ không phải trực tiếp từ không khí.
Các loài thực vật chỉ tồn tại duy nhất theo kiểu cố định cacbon C3 sẽ được gọi là thực vật C3. Chu trình đồng hóa cacbon theo hình thức quang hợp C3 có đặc điểm là hiệu quả đồng hóa thấp khi nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh. Thực vật C3 có nguồn gốc từ đại Trung Sinh, đại Cổ Sinh, xuất hiện trước thực vật C4. Hiện nay chúng vẫn chiếm khoảng 95% sinh khối thực vật Trái Đất.
Thực vật C3 sống ở đâu? Chúng phân bố ở khắp mọi nơi với đại diện thực vật C3 bao gồm các loài rêu cho đến các loài cây thân gỗ trong rừng.
Cụ thể quá trình quang hợp ở thực vật C3 diễn ra theo hai pha dưới đây:
Pha sáng là pha chuyển hóa năng lượng của ánh sáng trở thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH. Pha sáng được diễn ra ở tilacôit khi có chiếu sáng. Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng trong việc thực hiện quá trình quang phân li nước, O2 được giải phóng chính là O2 của nước.
Phương trình: 2H2O → 4H+ + 4e– + O2
ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối và tổng hợp các hợp chất hữu cơ.
Pha tối ở thực vật C3 diễn ra bên trong chất nền của lục lạp. Pha tối ở đây chỉ có một chu trình Canvin, được chia thành 3 giai đoạn:
– Giai đoạn cố định CO2.
– Giai đoạn khử APG (axit photphoglixeric) → AllPG (aldehit phosphoglyceric) → tổng hợp C6H12O6 → tinh bột, axit amin…
– Giai đoạn tái sinh chất nhận từ ban đầu là Rib – 1,5 điP.
Thực vật C4
Cố định cacbon C4 là một trong ba phương pháp cố định dioxide cacbon (liên kết các phân tử CO2 dạng khí thành các hợp chất hoà tan trong thực vật) cùng với cố định cacbon C3 và quang hợp CAM. Các loài thực vật sử dụng cơ chế cố định cacbon C4 được gọi chung là nhóm thực vật C4.
Đại diện thực vật C4 gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới như : mía, rau dền, ngô, kê…
Pha tối gồm chu trình quang hợp ở thực vật C4 gồm: cố định CO2 tạm thời (chu trình C4) và tái cố định CO2 theo chu trình Canvin. Cả hai chu trình đều diễn ra vào ban ngày, nhưng lại ở 2 loại tế bào khác nhau trên lá.
Giai đoạn cố định CO2 tạm thời được diễn ra ở tế bào mô giậu:
– Chất nhận CO2 đầu tiên là 1 hợp chất 3C (PEP)
– Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (AOA), sau đó chuyển hóa thành một hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi được chuyển vào tế bào bao bó mạch.
Giai đoạn tái cố định CO2 được diễn ra ở tế bào bao bó mạch.
– AM bị phân hủy để giải phóng CO2 cung cấp vào chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit pyruvic.
– Axit pyruvic quay lại tế bào mô giậu, tái tạo chất nhận CO2 đầu tiên là PEP.
– Chu trình C3 cũng diễn ra như ở nhóm thực vật C3.
Thực vật C4 ưu việt hơn nhóm thực vật C3 ở cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao, thoát hơi nước thấp hơn. Nhờ vậy, thực vật C4 có năng suất cao hơn nhiều so với thực vật C3.
Thực vật CAM
CAM là từ viết tắt của cụm từ Crassulacean acid metabolism (trao đổi chất axit Crassulaceae), là một kiểu cố định cacbon phức tạp trong một số loại thực vật quang hợp.
CAM là cơ chế thông thường được tìm thấy trong các thực vật sinh sống trong các điều kiện khô hạn, bao gồm các loài cây tìm thấy trong sa mạc (ví dụ như xương rồng hay dứa). CAM được đặt tên theo họ của nhóm thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện, là họ Cảnh thiên (Crassulaceae, bao gồm các loài thực vật mọng nước như cây cảnh thiên, thuốc bỏng v.v).
Thực vật CAM là loài thực vật chịu hạn có các lá dày với tỷ số diện tích bề mặt nhỏ hơn so với thể tích. Chúng thường có lớp cutin dày để không bị khô héo trước ánh nắng mặt trời gay gắt. Các khí khổng có thể đóng và ban ngày hoặc bị chìm xuống thành các hốc lõm ngăn thoát hơi nước.
Một số loại cây sẽ rụng lá vào mùa khô. Thực vật CAM thích hợp sống tại vùng có nhiệt độ cao (hơn 30 độ) và ít CO2 (như sa mạc, núi đá). Nhóm cây này rất dễ bị thối rễ hoặc úng lá nếu tưới nhiều và sống trong đất không kịp thoát nước.
Cơ chế quang hợp của thực vật CAM đóng kín các khí khổng trong thời gian ban ngày nhằm giữ gìn nước bằng cách ngăn quá trình thoát hơi nước. Các khí khổng sẽ được mở ra vào thời gian ban đêm khi lạnh và ẩm hơn, cho phép chúng hấp thụ CO2 để sử dụng trong quá trình chuyển hóa chất dinh dưỡng.
Cơ chế CAM cho phép các loài thực vật có thể phát triển bình thường trong các điều kiện môi trường cực kỳ khô hạn.
Pha tối ở thực vật CAM cũng gần giống với pha tối ở thực vật C4, điểm khác biệt là về thời gian:
– Ở thực vật C4, cả 2 chu trình của pha tối đều được diễn ra vào ban ngày.
– Ở thực vật CAM thì chu trình đầu cố định CO2 tạm thời sẽ được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở. Chu trình Canvin tái cố định CO2 được thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.
Thực vật CAM có khả năng giữ nước rất tốt, rất hiệu quả trong việc sử dụng nitơ. Tuy nhiên, chúng không hiệu quả trong việc hấp thụ CO2, do vậy phát triển chậm hơn khi so sánh với các loài thực vật khác.
Phân biệt thực vật C3 C4 CAM
Sau khi đã biết thực vật C3, C4 CAM gồm những đại diện nào, chúng ta hãy tiến hành so sánh, phân biệt thực vật C3 C4 và CAM nhé.
Thực vật C3 C4 CAM giống nhau ở pha sáng gồm:
– Quang lí: Diệp lục hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời.
– Quang phân li nước: Sử dụng năng lượng mà diệp lục nhận được và phân li nước theo phương trình: 2H2O → 4H+ + 4e– + O2
– Quang hoá: Hình thành nên ATP, NADPH.
Điểm khác nhau giữa các nhóm thực vật C3 C4 và CAM:
| Đặc điểm | Thực vật C3 | Thực vật C4 | Thực vật CAM |
| Môi trường sống | Khí hậu ôn hòa với cường độ ánh sáng bình thường | 1 số khu vực nhiệt đới, cận nhiệt đới, cường độ ánh sáng mạnh | Vùng khô hạn, hoang mạc |
| Đại diện | Lúa, đậu.. | Ngô, mía | Xương rồng, dứa |
| Giải phẫu Kranz | Không có
– Có 1 loại lục lạp ở tế bào mô giậu lose – Có lá bình thường |
Có
– Có 2 loại lục lạp nằm ở tế bào mô giậu cùng với tế bào bao bó mạch – Có lá bình thường |
Không có
– Có 1 loại lục lạp nằm ở tế bào mô giậu – Có lá mọng nước |
| Chất được nhận CO2 đầu tiên | RDP | PEP | PEP |
| Sản phẩm đầu tiên | APG (C3) | AOA (C4) | AOA (C4) |
| Enzym cacboxyl hoá | RDP-carboxylase | PEP – carboxylase
RDP – carboxylase |
PEP – carboxylase
RDP – carboxylase |
| Thời gian cố định CO2 | Ngoài sáng | Ngoài sáng | Trong tối |
| Quang hô hấp | Cao | Rất thấp | Rất thấp |
| Nhiệt độ sống thích hợp | 20 đến 30oC | 25 đến 35oC | 30 đến 40oC |
| Ức chế quang hợp bởi O2 | Có | Không | Có |
| Hiệu ứng nhiệt độ cao
lên quang hợp (30 đến 40oC) |
Kìm hãm | Kích thích | Kích thích |
| Điểm bù CO2 | Cao (25 đến 100 ppm) | Thấp (0 đến 10 ppm) | Thấp (0 đến 5 ppm) |
| Điểm bão hoà ánh sáng | Thấp: khoảng 1/3 lượng ánh sáng mặt trời toàn phần | Cao, rất khó xác định | Cao, rất khó xác định |
| Năng suất sinh vật học | Trung bình đến cao | Cao | Thấp |
| Sự thoát hơi nước | Cao | Thấp | Rất thấp |
Như vậy là chúng ta đã cùng nhau tìm hiểu thực vật C3 C4 CAM là gì, phân biệt thực vật C3 C4 và CAM thế nào. Nếu còn gì thắc mắc về chủ đề này, các bạn và các em học sinh hãy để lại bình luận bên dưới để được hỗ trợ nhé.
