Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM

VnDoc xin trân trọng giới thiệu bài Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM được chúng tôi sưu tầm và tổng hợp lí thuyết trong chương trình giảng dạy môn Sinh học lớp 11. Hi vọng rằng đây sẽ là những tài liệu hữu ích trong công tác giảng dạy và học tập của quý thầy cô và các bạn học sinh.

Lưu ý: Nếu bạn muốn Tải bài viết này về máy tính hoặc điện thoại, vui lòng kéo xuống cuối bài viết.

1. Các nhóm thực vật C₃, C₄, CAM

– Nhóm C₃: Thích hợp với điều kiện khí hậu bình thường như vùng ôn đới. Quá trình cố định CO₂ xảy ra ở tế bào mô giậu.

– Nhóm C₄: Thích hợp với điều kiện môi trường nóng, ẩm. Quá trình cố định CO₂ xảy ra ở cả tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch.

– Nhóm CAM: thích hợp với điều kiện môi trường khô, hạn vùng sa mạc. Quá trình cố định CO₂ xảy ra vào ban đêm ở lục lạp tế bào mô giậu.

2, Chu trình cố định CO₂ của nhóm thực vật C₄, CO₂

a, Thực vật C₄

*Các đối tượng thực vật C₄

- Gồm 1 số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương …

- Thực vật C₄ sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao => tiến hành quang hợp theo chu trình C₄.

* Chu trình quang hợp ở thực vật C₄

- Diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch

- Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố định CO₂ đầu tiên

• Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 hợp chất 3C (phosphoenl piruvic - PEP)
• Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic - AOA), sau đó AOA chuyển hóa thành 1 hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch.

- Tại tế bào bao bó mạch diễn ra giai đoạn cố định CO₂ lần 2

• AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit piruvic
• Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại 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 bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp → thực vật C₄ có năng suất cao hơn thực vật C₃
• Chu trình C₄ gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình C4 diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá, giai đoạn 2 theo chu trình Canvin diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

b, Thực vật CAM

* Các đối tượng thực vật CAM

- Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long …

* Chu trình quang hợp ở thực vật CAM

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm => cố định CO₂ theo con đường CAM.

- Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO₂ khuếch tán qua lá vào

• Chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA.
• AOA chuyển hóa thành AM vận chuyển vào các tế bào dự trữ.

- Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại: AM bị phân hủy giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP.

- Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C₄ đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì giai đoạn đầu cố định CO₂ được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.

3. Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO₂ ở thực vật C₄ và CAM

Sự xuất hiện các con đường cố định CO₂ ở thực vật C4 và CAM chính là một trong những đặc điểm thích nghi với điều kiện môi trường sống, từ đó có thể giúp chúng tồn tại và phát triển, nếu không chúng sẽ bị đào thải theo quy luật của tự nhiên (thuyết Tiến hóa của Đác uyn). Sự thích nghi đó có thể được giải thích như sau:

- Ở nhóm Thực vật C₄ bao gồm 1 số thực vật ở vùng nhiệt đới như: ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu.... Chúng sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài: ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO₂ giảm, nồng độ O₂ tăng. Chính vì thế để đảm bảo luôn có đủ lượng CO₂ cần thiết nên thực vật C₄ cố định CO₂ theo chu trình Hatch - Slack. Trong chu trình này, sản phẩm được tạo ra đầu tiên là axit oxaloaxetic, axit malic và axit aspartic. Các chất này đều chuyển hóa thành axit malic. Axit malic sẽ được đưa vào tế bào bao bó mạch để dự trữ. Khi nào cần cố định CO2, axit malic sẽ được vận chuyển tới lục lạp và tại đây axit malic bị decacboxyl hóa, CO₂ được giải phóng và đi vào chu trình Calvin để tạo ra chất hữu cơ. Có thể nói axit malic chính là nguồn dự trữ CO₂ lý tưởng cho những cây sống ở nơi có nồng độ CO₂ thấp.

- Ở nhóm Thực vật CAM gồm các thực vật sống ở vùng sa mạc trong điều kiện khô hạn kéo dài như: dứa, xương rồng, thuốc bỏng , các cây mọng nước ở sa mạc.. Vì lấy được nước rất ít nên nhóm thực vật này phải tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng vào ban ngày và như vậy quá trình tiếp nhận CO₂ phải được diễn ra vào ban đêm khi khí khổng mở. CO₂ sau khi được tiếp nhận sẽ đi vào chu trình Hatch - Slack như ở TV C4. Bằng cách đó không bào rất lớn của các tế bào thịt lá không phải chỉ để dự trữ nước mà nó còn chứa 1 lượng đáng kể cacbon cho hoạt động quang hợp trong 1 thời gian dài không phụ thuộc vào việc trao đổi khí CO₂. Đối với những cây mọng nước sống ở những nơi khô hạn, sự phân chia thời gian cố định CO₂ vào buổi tối và khử CO₂ vào sáng hôm sau là 1 đặc điểm thích nghi về mặt sinh thái nhờ đó đảm bảo đủ lượng CO₂ ngay cả khi thiếu nước hoặc khí khổng đóng vào ban ngày. Từ những đặc điểm thích nghi như trên ta có thể thấy rằng việc xuất hiện các con đường cố định CO₂ ở TV C₄ và CAM giúp cho chúng có thể tồn tại một cách bền vững trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và luôn luôn thay đổi

--------------------------

Như vậy VnDoc đã giới thiệu các bạn tài liệu Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM. Mời các bạn tham khảo thêm tài liệu: Trắc nghiệm môn Sinh học lớp 11, Giải bài tập Sinh học 11, Giải SBT Sinh 11, Chuyên đề Sinh học lớp 11, Tài liệu học tập lớp 11, ngoài ra các bạn học sinh có thể tham khảo thêm đề học kì 1 lớp 11 và đề thi học kì 2 lớp 11 mới nhất được cập nhật.