Sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4

2024 Tác giả: Alex Aldridge | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 13:53

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

Quang hợp là một quá trình điều khiển bằng ánh sáng để chuyển đổi carbon dioxide và nước thành đường giàu năng lượng trong thực vật, tảo và vi khuẩn lam. Trong quá trình phản ứng sáng của quang hợp xảy ra quá trình quang phân tử nước. Kết quả của quá trình quang phân nước, oxy được giải phóng như một sản phẩm phụ. Sau phản ứng sáng, phản ứng tối bắt đầu và nó tổng hợp cacbohydrat bằng cách cố định cacbon đioxit. Tuy nhiên, oxy tạo ra từ phản ứng ánh sáng có thể liên kết với enzym chính của phản ứng tối là RuBP oxygenase-carboxylase (Rubisco) và thực hiện phản ứng quang phân tử. Quá trình photorespiration là một quá trình lãng phí năng lượng và giảm tổng hợp carbohydrate. Do đó, để ngăn cản quá trình photorespiration, có ba cách khác nhau mà phản ứng tối xảy ra trong thực vật để ngăn cản sự gặp gỡ của oxy với Rubisco. Do đó, tùy thuộc vào cách thức mà phản ứng tối diễn ra, có 3 loại thực vật; cụ thể là thực vật C3, thực vật C4 và thực vật CAM.

Thực vật C3 là gì?

Khoảng 95% thực vật trên trái đất là thực vật C3. Như tên gọi, chúng thực hiện cơ chế quang hợp C3 đó là chu trình Calvin. Quang hợp C3 được cho là đã phát sinh cách đây gần 3,5 tỷ năm. Các loại cây này hầu hết là cây thân gỗ, lá tròn. Ở những loài thực vật này, quá trình cố định carbon diễn ra trong các tế bào trung bì nằm ngay dưới lớp biểu bì.

Carbon dioxide đi từ khí quyển đến các tế bào trung mô qua khí khổng. Sau đó phản ứng tối bắt đầu. Phản ứng đầu tiên là cố định carbon dioxide với Ribulose bisphosphate thành phosphoglycerate là một hợp chất ba carbon. Trên thực tế, nó là sản phẩm ổn định đầu tiên của các nhà máy C3. Ribulose bisphosphate carboxylase (Rubisco) là enzyme xúc tác phản ứng carboxyl hóa này ở thực vật. Tương tự như vậy, chu trình Calvin xảy ra theo chu kỳ trong khi tạo ra cacbohydrat.

Hình 01: Thực vật C3

So với thực vật C4, thực vật C3 kém hiệu quả về cơ chế quang hợp của chúng. Đó là vì xảy ra hiện tượng photorespiration ở thực vật C3. Quá trình photorespiration xảy ra do hoạt động oxygenase của enzym Rubisco. Oxy hóa Rubisco hoạt động theo hướng ngược lại với quá trình carboxyl hóa, làm mất hiệu quả quá trình quang hợp bằng cách lãng phí một lượng lớn carbon ban đầu được cố định bởi chu trình Calvin với chi phí lớn và dẫn đến mất carbon dioxide từ các tế bào đang cố định carbon dioxide. Tương tự như vậy, tương tác với oxy và carbon dioxide xảy ra tại cùng một vị trí trên Rubisco. Các phản ứng cạnh tranh này thường diễn ra với tỷ lệ 3: 1 (carbon: oxy). Như vậy, rõ ràng photorespiration là một quá trình được kích thích bằng ánh sáng tiêu thụ oxy và hình thành carbon dioxide.

Thực vật C4 là gì?

Thực vậtC4 có mặt ở những vùng khô hạn và nhiệt độ cao. Khoảng 1% các loài thực vật có hóa sinh C4. Một số ví dụ về thực vật C4 là ngô và mía. Như tên gọi, những cây này thực hiện cơ chế quang hợp C4. Quang hợp C4 được cho là đã phát sinh cách đây gần 12 triệu năm; rất lâu sau quá trình tiến hóa của cơ chế C3. Thực vật C4 có thể thích nghi tốt hơn bây giờ, vì mức carbon dioxide hiện tại thấp hơn nhiều so với 100 triệu năm trước.

Thực vậtC4 có hiệu quả hơn trong việc thu nhận carbon dioxide. Hơn nữa, quá trình quang hợp C4 được tìm thấy ở cả các loài một lá mầm và một lá mầm. Ngược lại với thực vật C3, sản phẩm ổn định đầu tiên được hình thành trong quá trình quang hợp là axit oxaloacetic, là một hợp chất bốn cacbon. Quan trọng nhất, lá của những cây này thể hiện một kiểu giải phẫu đặc biệt được gọi là “Giải phẫu Kranz”. Có một vòng tròn gồm các tế bào bẹ bó với lục lạp xung quanh các bó mạch mà nhờ đó có thể xác định được thực vật C4.

Sự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4

Hình 02: Thực vật C4

Trong con đường này, sự cố định carbon dioxide xảy ra hai lần. Trong tế bào chất của tế bào trung mô, CO₂đầu tiên cố định với phosphoenolpyruvate (PEP), hoạt động như một chất nhận chính. Phản ứng được xúc tác bởi enzyme PEP carboxylase. Sau đó PEP chuyển đổi thành malate và sau đó thành pyruvate giải phóng CO₂Và, CO_{2này lại cố định lần thứ hai với Ribulose bisphosphate, để tạo thành 2 phosphoglycerate để thực hiện chu trình Calvin.}

Điểm giống nhau giữa thực vật C3 và C4 là gì?

Cả thực vật C3 và C4 đều cố định carbon dioxide và tạo ra carbohydrate.
Họ thực hiện phản ứng đen tối.
Ngoài ra, cả hai loại cây đều thực hiện phản ứng ánh sáng giống nhau.
Hơn nữa, chúng có lục lạp để thực hiện quá trình quang hợp.
Phương trình quang hợp của chúng tương tự nhau.
Hơn nữa, RuBP liên quan đến phản ứng tối của cả hai loại thực vật.
Cả hai cây đều tạo ra phosphoglycerate.

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

Các câyC3 tạo ra axit photphoglyceric là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối. Nó là một hợp chất ba cacbon. Mặt khác, thực vật C4 tạo ra axit oxalo-axetic là sản phẩm ổn định đầu tiên của phản ứng tối. Nó là một hợp chất bốn cacbon. Do đó, đây là điểm khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4.

Hơn nữa, hiệu suất quang hợp của thực vật C3 kém hơn hiệu suất quang hợp của thực vật C4. Đó là do sự phân tán quang ở thực vật C3 mà không đáng kể ở thực vật C4. Vì vậy, đó là một sự khác biệt khác giữa thực vật C3 và C4. Khi xét sự khác nhau về cấu tạo, thực vật C3 không có hai loại lục lạp và giải phẫu Kranz ở lá. Mặt khác, thực vật C4 có hai loại lục lạp và chúng biểu hiện giải phẫu Kranz ở lá. Do đó, nó cũng là sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4.

Hơn nữa, một điểm khác biệt nữa giữa thực vật C3 và C4 là thực vật C3 chỉ cố định carbon dioxide một lần trong khi thực vật C4 cố định carbon dioxide hai lần. Do đó, sự đồng hóa C ít hơn ở thực vật C3 trong khi sự đồng hóa C cao ở thực vật C4. Không chỉ vậy, thực vật C4 có thể thực hiện quá trình quang hợp khi khí khổng đóng lại và dưới nồng độ ánh sáng rất cao và nồng độ CO₂thấp. Tuy nhiên, thực vật C3 không thể thực hiện quá trình quang hợp khi khí khổng đóng lại và dưới nồng độ ánh sáng rất cao và nồng độ CO₂thấp. Do đó, đây cũng là sự khác biệt đáng kể giữa thực vật C3 và C4. Hơn nữa, thực vật C3 và thực vật C4 khác với chất nhận carbon dioxide đầu tiên. RuBP là chất nhận CO₂ở cây C3 trong khi PEP là chất nhận CO_{2đầu tiên ở cây C4.}

Sự khác biệt giữa thực vật C3 và C4 ở dạng bảng

Tóm tắt - Thực vật C3 vs C4

C3 và C4 là hai loại thực vật. Thực vật C3 rất phổ biến trong khi thực vật C4 rất hiếm. Sự khác biệt chính giữa thực vật C3 và C4 phụ thuộc vào sản phẩm cacbon đầu tiên mà chúng tạo ra trong phản ứng tối. Thực vật C3 thực hiện chu trình Calvin và tạo ra hợp chất ba cacbon là sản phẩm ổn định đầu tiên trong khi thực vật C4 thực hiện cơ chế C4 và tạo ra hợp chất bốn cacbon là sản phẩm ổn định đầu tiên. Hơn nữa, thực vật C3 cho hiệu suất quang hợp kém hơn trong khi thực vật C4 cho hiệu quả quang hợp cao. Hơn nữa, thực vật C3 không có cấu trúc Kranz trong lá, và chúng cũng không có hai loại lục lạp. Mặt khác, thực vật C4 có cấu tạo Kranz trong lá, và chúng cũng có hai loại lục lạp. Vì vậy, đây là bản tóm tắt của thực vật C3 và C4.