So sánh thực vật C3, C4 và CAM

1. So sánh thực vật C3, C4 và CAM.

Giống nhau

Ở pha sáng gồm:

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

+ Quang phân li nước: Sử dụng năng lượng mà diệp lục nhận được để phân li nước theo phương trình

2H₂O → 4H⁺ + 4e^- + O₂

+ Quang hoá: hình thành ATP, NADPH

Khác nhau

Đặc điểm	Thực vật C3	Thực vật C4	Thực vật CAM
Môi trường sống	Khí hậu ôn hòa, cường độ ánh sáng bình thường	1 số TV nhiệt đới, cận nhiệt đới, cường độ AS mạnh	TV thân mọng nước vùng khô hạn hoang mạc
Đại diện	Lúa, đậu..	Ngô, mía	Xương rồng, dứa
Giải phẫu Kranz (có 2 loại lục lạp)	Không - Có 1 loại lục lạp ở tế bào mô giậu - Lá bình thường	Có - Có 2 loại lục lạp ở tế bào mô giậu, tế bào bao bó mạch - Lá bình thường	Không - Có 1 loại lục lạp ở tế bào mô giậu - Lá mọng nước
Chất nhận CO2 đầu tiên	RDP	PEP	PEP
Sản phẩm đầu tiên	APG (C3)	AOA (C4)	AOA (C4)
Enzym cacboxyl hoá	RDP-cacboxylase	PEP - cacboxylase RDP-cacboxylase	PEP-cacboxylase RDP-cacboxylase
Thời gian cố định CO2	Ngoài sáng	Ngoài sáng	Trong tối
Quang hô hấp	Cao	Rất thấp	Rất thấp
Nhiệt độ thích hợp	20 - 30oC	25 - 35oC	30 - 40oC
Ức chế quang hợp bởi O2	Có	Không	Có
Hiệu ứng nhiệt độ cao lên quang hợp (30-40oC)	Kìm hãm	Kích thích	Kích thích
Điểm bù CO2	Cao(25 -100 ppm)	Thấp (0-10 ppm)	Thấp (0-5 ppm)
Điểm bão hoà ánh sáng	Thấp: 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần	Cao, khó xác định	Cao, khó xác định
Năng suất sinh vật học	Trung bình đến cao	Cao	Thấp
Sự thoát hơi nước (Nhu cầu nước)	Cao	Thấp	Rất thấp

2. Tìm hiểu về Thực vật C3

- Thực vật C3 phân bố mọi nơi trên trái đất, gồm các loài rêu cho đến các loài cây gỗ trong rừng.

1. Pha sáng

- Là 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 ở tilacôit khi có chiếu sáng.

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, O₂ được giải phóng là O₂ của nước.

2H₂O → 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 nền (strôma) của lục lạp.

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

+ Giai đoạn cố định CO₂.

+ Giai đoạn khử APG (axit phôtphoglixêric) → AllPG (aldehit phosphoglixeric) → tổng hợp nên C₆H₁₂O₆ → tinh bột, axit amin…

+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 điP (ribulôzơ – 1,5 điphôtphat).

3. Tìm hiểu về Thực vật C4

1. Đại diện

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 thực vật C4

Pha tối gồm chu trình quang hợp ở thực vật C4 bao 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 ở 2 loại tế bào khác nhau trên lá.

- Giai đoạn cố định CO₂ tạm thời diễn ra ở tế bào mô giậu

   + Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 hợp chất 3C (photphoenol pyruvic – PEP)

   + Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic – AOA), sau đó chuyển hóa thành một hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch

- Giai đoạn tái cố định CO₂ diễn ra ở tế bào bao bó mạch

   + AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit pyruvic

   + Axit pyruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP

   + Chu trình C3 diễn ra như ở thực vật C3

- Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3 : cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO₂ thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn, thoát hơi nước thấp hơn. Nhờ vậy, thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3.

4. Tìm hiểu về thực vật CAM

1. Một số đặc điểm nhận biết thực vật CAM

+ 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 bảo vệ không bị khô héo trước ánh nắng mặt trời gay gắt.

Các khí khổng (lỗ thở) có thể đóng và ban ngày hoặc bị chìm xuống thành các hốc lõm ngăn thoát hơi nước.

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

Thích hợp sống tại vùng có nhiệt độ cao (trên 30 độ) và ít CO₂ (sa mạc, núi đá)

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

Một số loại khác có thể lưu giữ nước trong các không bào (xương rồng, lan và dứa, sen đá). 

2. Cơ chế quang hợp CAM

Thực vật CAM đóng kín các khí khổng trong thời gian ban ngày nhằm giữ gìn nước bằng cách ngăn cản quá trình thoát-bốc hơi nước. Các khí khổng sẽ được mở ra vào thời gian ban đêm lạnh và ẩm 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 các loài thực vật này có thể phát triển bình thường trong các điều kiện môi trường mà nếu khác đi thì là quá khô hạn đối với sự phát triển của chúng, hay ít nhất ra là làm cho chúng có thể chịu đựng được các điều kiện cực kỳ khô hạn.

- Pha tối ở thực vật CAM 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 diễn ra vào ban ngày.

+ Ở thực vật CAM thì chu trình đầu cố định CO₂ tạm thời được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và chu trình Canvin tái cố định CO₂ thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.