Thực vật C4 có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái. Chúng là nguồn thức ăn quan trọng cho động vật và con người, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong chu trình carbon và nước. Vậy thực vật C4 là gì? Chu trình quang hợp của nó diễn ra như thế nào? Hãy cùng DINHNGHIA.COM.VN khám phá và tìm ra câu trả lời trong bài viết dưới đây nhé!
Nội dung bài viết
Tìm hiểu thực vật C4
Thực vật C4 là gì?
Khác với nhóm C3 và cam, thực vật C4 là những loài sống ở những vùng có khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới nơi có ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao. Một số loài tiêu biểu của nhóm C4 như mía, ngô, cao lương, cây xương rồng, cây sồi, cây dương xỉ…
Những loài thực vật này sống ở những khu vực nóng, ẩm kéo dài và có nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh, vì thế chúng thực hiện quang hợp theo chu trình C4. Đây cũng là lý do vì sao nhóm thực vật này được gọi là thực vật c4.
Chu trình quang hợp ở thực vật C4
Chu trình quang hợp ở thực vật C4 diễn ra ở pha tối, được diễn ra theo hai chu trình bao gồm: cố định CO2 tạm thời hay còn gọi là 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: CO2 được cố định trong các tế bào mô giậu, loại tế bào nằm ở mặt dưới của lá. Trong giai đoạn này, CO2 phản ứng với hợp chất 3 carbon phosphoenol pyruvate (PEP) với sự xúc tác của enzyme PEP carboxylase để tạo ra hợp chất 4 carbon oxaloacetate. Sau đó, hợp chất 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 được chuyển đến các tế bào bao bó mạch, loại tế bào nằm ở mặt trên của lá. Trong giai đoạn này, oxaloacetate bị phân hủy thành CO2 và pyruvate. CO2 sau đó được cố định trong chu trình Calvin, chu trình quang hợp tiêu chuẩn.
Tìm hiểu về thực vật C3
Thực vật C3 là gì?
Thực vật C3 là nhóm thực vật sử dụng chu trình Calvin để cố định cacbon trong quá trình quang hợp. Thực vật C3 chiếm khoảng 95% tổng khối lượng sinh khối thực vật trên Trái Đất. Chúng bao gồm nhiều loài thực vật khác nhau, bao gồm cây thân thảo, cây gỗ, cây bụi và cỏ.
Chức năng chính của thực vật C3 là quang hợp, quá trình sử dụng ánh sáng mặt trời để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành glucose và oxy. Thực vật C3 là nhóm thực vật quan trọng, đóng vai trò quan trọng trong hệ sinh thái. Chúng cung cấp thức ăn và oxy cho con người và các sinh vật khác.
Chu trình các pha của quang hợp ở thực vật C3
Pha sáng
Pha sáng được diễn ra trong lục lạp tại tilacôit, là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được hấp thụ bởi diệp lục thành thành năng lượng trong ATP và NADPH. Đây là quá trình năng lượng của ánh sáng mặt trời được sử dụng để thực hiện việc phân ly nước. Sản phẩm được tạo ra từ pha sáng gồm: oxi, năng lượng ATP và NADPH.
Oxi được giải phóng sẽ giúp bù lại các electron đã mất cho diệp lục a và các proton H+ được dùng để khử NADP+ thành NADPH. Các sản phẩm – ATP và NADPH trong pha sáng sẽ được sử dụng ở trong pha tối để tổng hợp lại các hợp chất hữu cơ
Pha tối
Pha tối diễn ra trong chất nền của lục lạp, ở đây diễn ra chu trình Canvin nơi carbon dioxide được cố định thành glucose sử dụng ATP và NADPH được tạo ra trong pha sáng. Chu trình Canvin bao gồm 3 giai đoạn như sau:
Giai đoạn cố định CO2:
- Sản phẩm đầu tiên được sản sinh ra trong giai đoạn cố định CO2 của pha tối là 3-phosphoglycerate (3-PGA), một hợp chất 3C. Phản ứng này được xúc tác bởi enzyme ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RuBisCO).
- Qua đó, một phân tử CO2 được kết hợp với RuBP để tạo ra hai phân tử 3-PGA.
- Trong điều kiện ánh sáng yếu, RuBisCO có thể phản ứng với oxy thay vì CO2. Phản ứng này tạo ra 2-phosphoglycolate, một sản phẩm phụ của quang hợp.
Giai đoạn khử:
- Sản phẩm APG (axit phosphoglixeric) của giai đoạn cố định CO2 sẽ được chuyển hoá thành AlPG (andehit photphoglixeric), ATP và NADPH
- Sau khi được chuyển hóa thành AlPG, một phần AlPG sẽ được tách ra khỏi chu trình để tạo ra glucose C6H12O6, được sử dụng làm nguồn năng lượng và nguyên liệu cho các quá trình sinh tổng hợp khác.
Giai đoạn tái sinh:
- Chất nhận ban đầu và duy nhất trong pha tối của quang hợp là ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP), một hợp chất 5C. RuBP là một hợp chất trung gian quan trọng của chu trình Calvin, và được sử dụng để cố định CO2 thành glucose
- Quá trình tái tạo RuBP là quá trình quan trọng nhất của pha tối, là quá trình khép kín lại chu trình Calvin. Chu trình Calvin chỉ có thể tiếp tục diễn ra nếu RuBP được tái tạo.
Tìm hiểu về thực vật CAM
Thực vật CAM là gì?
Thực vật CAM là nhóm thực vật sử dụng chu trình cố định carbon CAM để cố định carbon trong quang hợp. Thực vật CAM có thể tồn tại trong điều kiện khô hạn, và có hiệu quả quang hợp cao hơn thực vật C3 trong điều kiện ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao như cây xương rồng, cây mọng nước, cây cỏ dại
Chu trình các pha của quang hợp ở thực vật CAM
Đặc điểm của loài thực vật Cam đó là sống ở những vùng hoang mạc vô cùng khô hạn, vì vậy để tránh mất nước quá trình quang hợp của nó cũng sẽ khác những loài khác. Cụ thể, thực vật cam sẽ cố định CO2 theo con đường cam, tức là đóng khí khổng vào ban ngày và mở ra vào ban đêm.
Vào ban đêm, khi nhiệt độ đã hạ, cây sẽ mở các khí khổng để CO2 có thể vào từ lá, sau đó tạo ra AOA và vận chuyển vào các tế bào dự trữ khi đã được chuyển hóa thành AM. Vào ban ngày, khi khí khổng đã đóng, AM sẽ bị phân hủy và giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP.
Thực vật C4 khác với thực vật C3 ở điểm nào?
|
Đặc điểm |
Thực vật C3 | Thực vật C4 |
|
Chất nhận CO2 |
Ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) |
Phosphoenolpyruvate (PEP) |
|
Chu trình cố định CO2 |
Chu trình Calvin |
Chu trình C4 |
| Tỷ lệ cố định CO2 | Thấp |
Cao |
|
Hiệu quả quang hợp |
Thấp hơn trong điều kiện ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao |
Cao hơn trong điều kiện ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao |
|
Điểm bù CO2 |
Cao |
Thấp |
|
Điểm bão hòa ánh sáng |
Thấp |
Cao |
|
Thoát hơi nước |
Cao |
Thấp |
| Nơi diễn ra chu trình C4 | Không có |
Tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch |
So sánh 3 nhóm thực vật C3, C4 & CAM
Giống nhau
Quá trình quang hợp của ba loại thực vật này trong pha sáng đều có cơ chế giống nhau. Ngoài ra, trong pha tối các thực vật C3, C4 và CAM đều thực hiện chu trình C3 tạo ra AlPG rồi hình thành glucose C6H12O6 để tạo ra sản phẩm là saccarozơ và tinh bột; Axit Amin, lipit, protein,…
Khác nhau
|
Đặc điểm |
C3 | C4 | CAM |
| Môi trường sống | Nơi có khí hậu ôn hòa và cường độ ánh sáng mức bình thường | Ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, cường độ ánh sáng mạnh | Có thể tồn tại trong điều kiện khô hạn |
| Loài cây đặc trưng | Cây lúa, ngô, đậu,… | Lúa, mía, rau dền, ngô đồng,… | Cây cỏ dại, cây mọng nước, cây xương rồng,… |
| Chất nhận CO2 | Ribulozo – 1,5 – điphôtphat (RuBP) | PEP (photphoenolpiruvat) | PEP (photphoenolpiruvat) |
| Môi trường sống | Là APG | Là AOA (axit oxaloaxetic) hoặc có thể là axit malic | Là AOA (axit oxaloaxetic) hoặc có thể là axit malic |
| Chu trình cố định CO2 | Chu trình Calvin | Chu trình C4 | Chu trình CAM |
| Hiệu quả quang hợp | Thấp hơn trong điều kiện ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao | Cao hơn trong điều kiện ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao | Cao trong điều kiện ánh sáng mạnh và nhiệt độ cao |
| Điểm bù CO2 | Cao | Thấp | Thấp |
| Thoát hơi nước | Cao | Thấp |
Thấp |
Xem thêm:
- Cơ quan sinh sản của cây thông là gì? So sánh đặc điểm sinh sản của cây dương xỉ và cây thông
- Enzim là gì? Enzim trong nước bọt có tên là gì?
- Nuôi cấy mô là gì? Cơ sở tế bào học của nuôi cấy mô
Hy vọng qua bài viết bạn sẽ biết thêm được thông tin về thực vật c4 và chu trình quang hợp của nó. Nếu có bất kỳ thắc mắc nào về thông tin trong bài viết, bạn hãy để lại thông tin dưới bình luận nhé! Cảm ơn bạn đã theo dõi bài viết.