Sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4

Các sự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4 là thực vật C3 tạo thành hợp chất ba carbon là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối trong khi thực vật C4 tạo thành hợp chất bốn carbon là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối.

Quang hợp là quá trình chuyển đổi carbon dioxide và nước thành đường giàu năng lượng trong thực vật, tảo và vi khuẩn lam. Trong quá trình quang phân, các phân tử nước phân tách và sản xuất oxy. Sau đó, trong quá trình phản ứng tối, carbohydrate được tổng hợp bằng cách cố định carbon dioxide. Tuy nhiên, oxy tạo ra từ phản ứng ánh sáng có thể kết hợp với enzyme chính của phản ứng tối là Rubisco và làm mất hiệu quả quang hợp. Để ngăn chặn điều này, có ba cơ chế phản ứng tối tồn tại trong các thực vật C3, C4 và CAM.

Tổng quan và sự khác biệt chính

Thực vật C3 là gì?

Cây C4 là gì?

Điểm tương đồng giữa thực vật C3 và C4

So sánh cạnh nhau - Thực vật C3 vs C4 ở dạng bảng

Tóm tắt

Cây C3 là gì?

Khoảng 95% cây trên Trái đất là cây C3, tiến hành quang hợp theo chu trình Calvin. Quang hợp C3 được cho là đã xuất hiện gần 3,5 tỷ năm trước. Cây C3 thường là cây thân gỗ và lá tròn. Trong cây này, quá trình cố định carbon dioxide diễn ra trong các tế bào trung mô ở dưới lớp biểu bì.

Carbon dioxide đi vào các tế bào trung mô thông qua khí khổng và sau đó bắt đầu quá trình phản ứng tối. Quá trình đầu tiên trong quang hợp C3 là cố định carbon dioxide với Ribulose bisphosphate để tạo thành phosphoglycerate, một hợp chất ba carbon. Ribulose bisphosphate carboxylase (Rubisco) là enzyme chịu trách nhiệm cho quá trình này. Sau đó, chu trình Calvin xảy ra để sản xuất carbohydrate.

Hình 01: Cây C3

So với cây C4, quang hợp của cây C3 không hiệu quả. Điều này là do sự xuất hiện của quá trình quang dẫn trong cây C3. Sự phát quang xảy ra do hoạt động oxyase của enzyme Rubisco. Quá trình oxy hóa của Rubisco làm giảm hiệu quả quang hợp bằng cách lãng phí carbon ban đầu đã được cố định bởi chu trình Calvin và gây mất carbon dioxide. Đồng thời, oxy và carbon dioxide tương tác trên Rubisco. Những phản ứng này thường xảy ra theo tỷ lệ 3:1 (carbon:oxy). Điều này dẫn đến việc tiêu thụ oxy và phát thải carbon dioxide trong quá trình hấp thụ ánh sáng.

Cây C4 là gì?

Cây C4 tồn tại ở các khu vực khô và nhiệt đới. Chỉ khoảng 1% các loài thực vật có cơ chế C4. Một số ví dụ về cây C4 là ngô và mía. Quang hợp C4 được cho là đã xuất hiện khoảng 12 triệu năm sau quang hợp C3, khi nồng độ carbon dioxide hiện tại thấp hơn nhiều so với 100 triệu năm trước.

Cây C4 có hiệu suất quang hợp cao hơn so với cây C3. Ngoài ra, quang hợp C4 có thể được tìm thấy ở cả các loài thực vật có một lá và hai lá. Sản phẩm ổn định đầu tiên được tạo ra trong quá trình quang hợp của cây C4 là axit oxaloacetic, một hợp chất bốn carbon. Các cây C4 có một giải phẫu đặc biệt trong lá được gọi là giải phẫu Kranz. Các tế bào vỏ bọc có một vòng tế bào bao quanh các mạch gốc bằng cách xác định cây C4.

Hình 02: Cây C4

Trong quá trình quang hợp C4, cố định carbon dioxide xảy ra hai lần. Trong tế bào chất trung mô, CO2 được cố định lần đầu tiên với phosphoenolpyruvate (PEP). Enzyme PEP carboxylase làm xúc tác cho phản ứng này. Sau đó, PEP chuyển đổi thành malate và sau đó thành CO2 và pyruvate. CO2 này được sử dụng để cố định carbon dioxide lần thứ hai bằng cách phản ứng với Ribulose bisphosphate, tạo thành phosphoglycerate để tiếp tục chu trình Calvin.

Điểm giống nhau giữa thực vật C3 và C4?

Cả thực vật C3 và C4 đều cố định carbon dioxide và sản xuất carbohydrate. Cả hai cũng thực hiện một quá trình phản ứng tối và cùng có cơ chế quang hợp. Hơn nữa, cả hai loại cây đều có các cấu trúc lục lạp để thực hiện quang hợp và sử dụng cùng một phương trình quang hợp. RuBP cũng liên quan đến quá trình phản ứng tối của cả cây C3 và C4. Ngoài ra, cả hai loại cây đều sản xuất phosphoglycerate.

Sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4 là gì?

Sự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4 nằm ở sản phẩm carbon đầu tiên mà chúng tạo ra trong quá trình phản ứng tối. Thực vật C3 tạo ra axit phosphoglyceric là sản phẩm ổn định đầu tiên, một hợp chất ba carbon. Thực vật C4, tạo ra axit oxaloacetic là sản phẩm ổn định đầu tiên, một hợp chất bốn carbon. Ngoài ra, hiệu suất quang hợp của cây C3 thấp hơn so với cây C4. Điều này là do sự xuất hiện của hiện tượng quang dẫn trong cây C3, không đáng kể trong cây C4.

Khi xem xét cấu trúc, thực vật C3 không có giải phẫu Kranz và chỉ có một loại lục lạp. Trong khi đó, thực vật C4 có giải phẫu Kranz và hai loại lục lạp. Ngoài ra, thực vật C3 chỉ cố định carbon dioxide một lần trong quá trình quang hợp, trong khi thực vật C4 cố định carbon dioxide hai lần. Thực vật C4 có thể thực hiện quang hợp trong điều kiện ánh sáng mạnh và nồng độ carbon dioxide thấp, trong khi thực vật C3 không thể.

Tóm lại, thực vật C3 và C4 có những khác biệt về sản phẩm carbon đầu tiên, hiệu suất quang hợp, cấu trúc và số lần cố định carbon dioxide trong quá trình quang hợp.

Hình ảnh lịch sự:

1. Sơ đồ quá trình quang hợp đơn giản (CC BY-SA 3.0) qua Commons Wikimedia
2. Trực tiếp hatchSlackpathway2 (CC BY-SA 2.5) qua Commons Wikimedia

Tài liệu tham khảo:

1. Szczepanik, et al. Ban về cơ chế trao đổi trung gian quang hợp C4 giữa tế bào Kranz Mesophyll và tế bào vỏ bọc trong cỏ. OUP Học thuật, Nhà xuất bản Đại học Oxford, 28 tháng 3 năm 2008
2. Học.com, Học.com.