Thực vật C3, C4 và CAM là gì? Chu trình quang hợp của những loài thực vật này ra sao? Nếu bạn muốn tìm hiểu thêm về những loại cây trong tự nhiên và cách chúng quang hợp thì có thể cân nhắc thông tin dựa vào bài viết dưới đây nhé!
Thực vật C3 C4 và CAM
Nội dung bài viết
Thực vật C3 là gì?
Thực vật C3 là những loại cây có quá trình quang hợp diễn ra ở lá, trong đó sản phẩm đầu tiên của chu trình Calvin là 3-phosphoglycerate (PGA), một hợp chất có 3 carbon. Thực vật C3 chiếm khoảng 85% số loài thực vật trên Trái đất.
Nhóm thực vật C3 bao gồm các loại cây nào?
Các loại cây thuộc nhóm thực vật C3 bao gồm hầu hết các loại cây thân gỗ, cây cỏ và rau màu. Ví dụ như lúa mì, lúa mạch, cà rốt, cải xanh, cần tây, khoai tây, cà chua, dưa chuột, hoa hồng, hoa lan và nhiều loại cây khác.
Chu trình quang hợp ở thực vật C3 như thế nào?
Quang hợp ở thực vật C3 gồm hai giai đoạn chính: phản ứng ánh sáng và phản ứng tối. Thời gian cố định CO2 ở thực vật C3 là ngoài sáng, khi có ánh sáng chiếu vào lá. Hô hấp sáng ở thực vật C3 xảy ra ở các tế bào lá có chứa chloroplast, trong đó năng lượng ánh sáng được dùng để phân hủy nước thành oxy và hidro.
Hidro sau đó được dùng để tạo ra ATP và NADPH, hai nguồn năng lượng cho phản ứng tối. Phản ứng tối xảy ra ở chu trình Calvin, CO2 sẽ được hấp thu từ không khí và kết hợp với ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) – chất nhận CO2 đầu tiên ở thực vật C3 để tạo ra PGA. PGA sau đó được chuyển hóa thành glyceraldehyde-3-phosphate (GAP) (hợp chất có 3 carbon) rồi tiếp tục được sử dụng để tạo ra glucose và tái tạo lại RuBP.
Lúa mạch là một trong những loại thực vật C3 phổ biến
Điều kiện sống của thực vật C3
Thực vật C3 thường sống ở những nơi có nhiệt độ mát mẻ và độ ẩm cao, nơi mà CO2 dồi dào và sự thoát hơi nước qua khí khổng ít xảy ra. Thực vật C3 có hiệu suất quang hợp cao khi CO2 nhiều và oxy ít. Tuy nhiên, khi nhiệt độ tăng cao, thực vật C3 dễ bị ảnh hưởng bởi quá trình photorespiration, trong đó enzyme rubisco liên kết với oxy thay vì CO2, làm giảm hiệu suất quang hợp và sinh trưởng của cây .
Thực vật C4 là gì?
Thực vật C4 là những loài cây có quá trình quang hợp diễn ra ở hai loại tế bào khác nhau: tế bào bao quanh kèm và tế bào lá chính. Sản phẩm đầu tiên của quang hợp ở thực vật C4 là oxaloacetate (OAA) – hợp chất có 4 carbon. Thực vật C4 chiếm khoảng 15% số loài thực vật trên Trái đất, nhưng lại đóng góp khoảng 30% năng suất quang hợp toàn cầu.
Các loại thực vật thuộc C4
Các loại cây thuộc nhóm thực vật C4 bao gồm nhiều loại cây nóng, cây cỏ và cây bụi. Ví dụ như ngô, mía, sắn, cỏ sân, cỏ lông vũ, cỏ bàng châu và nhiều loại cây khác…
Tìm hiểu về quang hợp ở thực vật C4
Quang hợp ở thực vật C4 cũng gồm hai giai đoạn chính: phản ứng ánh sáng và phản ứng tối. Tuy nhiên, khác với thực vật C3, quang hợp ở thực vật C4 xảy ra ở hai loại tế bào riêng biệt. Phản ứng ánh sáng xảy ra ở tế bào lá chính, trong đó năng lượng ánh sáng được dùng để phân hủy nước thành oxy và hidro. Hidro sau đó được dùng để tạo ra ATP và NADPH, hai nguồn năng lượng cho phản ứng tối.
Phản ứng tối xảy ra ở hai bước: bước đầu tiên là sự hấp thụ CO2 bởi enzyme phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) ở tế bào bao quanh kèm, trong đó CO2 được kết hợp với phosphoenolpyruvate (PEP) – hợp chất có 3 carbon để tạo ra OAA.
Mía – một loại thực vật thuộc C4
OAA sau đó được chuyển hóa thành malate rồi được chuyển sang tế bào lá chính. Bước thứ hai là sự tái phân giải malate thành CO2 và pyruvate ở tế bào lá chính. CO2 sau đó được dùng cho chu trình Calvin với enzyme rubisco liên kết với CO2 để tạo ra PGA, rồi tiếp tục được chuyển hóa thành GAP và glucose .
Thực vật CAM là gì?
Thực vật CAM là những loại cây có quá trình quang hợp diễn ra ở một loại tế bào duy nhất, trong đó sản phẩm đầu tiên của quang hợp là oxaloacetate (OAA). Thực vật CAM là từ viết tắt của Crassulacean acid metabolism (trao đổi chất axit Crassulacea), là một cơ chế thích nghi để sống trong điều kiện khô hạn, bao gồm các loài tìm thấy trong sa mạc (ví dụ, xương rồng hay dứa).
Các loại thực vật thuộc CAM
Các loại cây thuộc nhóm thực vật CAM bao gồm nhiều loài cây mọng nước, có khả năng lưu trữ nước trong các không bào của lá và thân. Ví dụ như sen đá, xương rồng, thanh long, dứa…
Quang hợp ở thực vật CAM
Quang hợp ở thực vật CAM cũng gồm hai giai đoạn chính: phản ứng ánh sáng và phản ứng tối. Tuy nhiên, khác với thực vật C3 và C4, quang hợp ở thực vật CAM xảy ra ở cùng một loại tế bào nhưng theo chu kỳ ngày đêm.
Phản ứng ánh sáng xảy ra ở tế bào lá có chứa chloroplast, trong đó năng lượng ánh sáng được dùng để phân hủy nước thành oxy và hidro. Hidro sau đó được dùng để tạo ra ATP và NADPH, hai nguồn năng lượng cho phản ứng tối. Phản ứng tối xảy ra ở hai bước: bước đầu tiên là sự hấp thụ CO2 bởi enzyme phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) vào ban đêm khi các khí khổng mở, trong đó CO2 được kết hợp với phosphoenolpyruvate (PEP) để tạo ra OAA.
OAA sau đó được chuyển hóa thành malate rồi được lưu trữ trong các không bào. Bước thứ hai là sự tái phân giải malate thành CO2 và pyruvate vào ban ngày khi các khí khổng đóng. CO2 sau đó được dùng cho chu trình Calvin, trong đó enzyme rubisco liên kết với CO2 để tạo ra PGA rồi tiếp tục được chuyển hóa thành GAP và glucose.
Xương rồng – thực vật CAM và có khả năng trữ lượng nước lớn trong cây
So sánh quang hợp ở thực vật C3, C4 và CAM
Cường độ quang hợp của thực vật C3 C4 CAM đều gồm hai giai đoạn: phản ứng ánh sáng và phản ứng tối. Tuy nhiên, các loại thực vật này có những điểm khác biệt về cơ chế và hiệu suất quang hợp.
- Thực vật C3 có quang hợp diễn ra ở lá, trong đó CO2 được hấp thu trực tiếp bởi enzyme rubisco để tạo ra PGA. Thực vật C3 có hiệu suất quang hợp cao khi CO2 nhiều và oxy ít, nhưng dễ bị giảm hiệu suất do photorespiration khi nhiệt độ tăng cao.
- Thực vật C4 có quang hợp diễn ra ở hai loại tế bào khác nhau: tế bào bao quanh kèm và tế bào lá chính. CO2 được hấp thu trước bởi enzyme PEPC để tạo ra OAA, rồi được tái phân giải để cung cấp CO2 cho enzyme rubisco. Thực vật C4 có hiệu suất quang hợp cao khi nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh, nhưng tốn nhiều năng lượng hơn để tái tạo PEP.
- Thực vật CAM có quang hợp diễn ra ở một loại tế bào duy nhất, nhưng theo chu kỳ ngày đêm. CO2 được hấp thu vào ban đêm bởi enzyme PEPC để tạo ra malate, rồi được lưu trữ trong các không bào. Malate sau đó được tái phân giải vào ban ngày để cung cấp CO2 cho enzyme rubisco. Thực vật CAM có khả năng chịu hạn cao, nhưng có hiệu suất quang hợp thấp hơn do giới hạn CO2.
Hy vọng bài viết đã giúp bạn hiểu về thực vật C3, C4 và CAM. Có thể nói việc hiểu kỹ về những loại thực vật này sẽ giúp con người tối ưu hóa việc trồng trọt và bảo vệ cây xanh được tốt hơn.
