Tại sao lại gọi là thực vật C3, C4?

Chúng tôi xin giới thiệu bài Tại sao lại gọi là thực vật C3, C4? được VnDoc 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.

Câu hỏi: Tại sao lại gọi là thực vật C3, C4?

Trả lời

- Thực vật C4 được mang tên như vậy vì chúng mở đầu chu trình Calvin bằng phương thức cố định Cacbon khác giúp hình thành nên hợp chất có 4 Cacbon như là sản phẩm đầu tiên.

- Tương tự như vậy, thực vật C3 có tên là C3 vì sản phẩm tạo ra của nó là một hợp chất 3 cacbon (G3P).

- Cố định cacbon C3 là một kiểu trao đổi chất để cố định cacbon trong quang hợp ở thực vật.

- Cố định cacbon C4 là một trong ba phương pháp, cùng với cố định cacbon C3 và quang hợp CAM.

1. Thực vật C3

Khái niệm:

- Thực vật C3 là nhóm thực vật có thể cố định CO₂ dựa theo con đường C3 (hay chu trình canvin). Đó là những thực vật mà sản phẩm ban đầu của chúng sinh ra là 3-phosphoglycerate cùng với 3 nguyên tử cacbon. Các loại thực vật C3 còn được gọi là cây ôn đới vì những cây này có thể khử thành khí cacbonic trực tiếp bên trong lục lạp.

- Thực vật C3 có nguồn gốc từ thời kỳ đại Trung Sinh và đại Cổ Sinh tức là nó xuất hiện trước thực vật C4. Hiện nay, thực vật C3 vẫn chiếm tới 95% sinh khối thực vật trên Trái Đất, chúng bao gồm các loài rong rêu đến các cây gỗ lớn phân bố rộng rãi ở khắp mọi nơi.

- Chúng có xu hướng phát triển tốt trong các khu vực với các điều kiện sau: cường độ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ là vừa phải, hàm lượng dioxide cacbon là khoảng 200 ppm hoặc cao hơn, nước ngầm đầy đủ.

Chu trình:

- Cố định cacbon C3 là một kiểu trao đổi chất để cố định cacbon trong quang hợp ở thực vật. Quá trình này chuyển hóa điôxít cacbon và ribuloza bisphotphat (RuBP, một đường chứa 5-cacbon) thành 3-photphoglyxerat thông qua phản ứng sau:

+ 6 CO₂ + 6 RuBP → 12 3-photphoglyxerat

- Phản ứng này diễn ra ở mọi thực vật như là bước đầu tiên trong chu trình Calvin. Ở thực vật C4, điôxít cacbon được tạo ra từ malat và tham gia vào phản ứng này chứ không phải trực tiếp từ không khí.

2. Thực vật C4

- Thực vật C4 là nhóm thực vật cố định dioxide cacbon thành các hợp chất đường 4 cacbon để đi vào chu trình C3 hoặc chu trình calvin. Thực vật C4 bao gồm một số loại sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như mía, ngô, cao lương (miến lúa).

- Thực vật C4 sẽ bao gồm một số loại cây trồng sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như là mía, ngô, sắn, cao lương (miến lúa). Thực vật C4 có thể sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài cùng ánh sáng và nhiệt độ cao quanh năm mà không ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng. Chính vì vậy, các loài cây C4 có khả năng thích ứng tốt với nhiệt độ và cường độ quang hợp cao (cần nhiều ánh sáng), nhu cầu nước thấp (chịu được hạn tốt).

- Đặc điểm ngoại hình bên ngoài của dòng thực vật C4 là có lá nhỏ và mảnh, chứa rất ít nước. Do vậy, C4 ít khi bị mất nước và héo úa khi gặp phải thời tiết có nhiệt độ cao như các loại C3. Thậm chí, ngay cả khi bị cắt đứt ra khỏi thân thì lá vẫn có thể xanh tươi trong nhiều giờ hoặc là nhiều ngày tuỳ vào giống cây.

+ Loài: Thường gặp ở các loại cỏ làm thức ăn gia súc ở vĩ độ thấp, ngô , cao lương, mía, fonio, tef, và papyrus

+ Enzyme: Phosphoenolpyruvate (PEP) carboxylase

+ Quy trình: Chuyển CO₂ thành 4-cacbon trung gian

+ Nơi cacbon được cố định: Tế bào trung mô (MC) và tế bào bao bó (BSC). C4 có một vòng BSCs bao quanh mỗi tĩnh mạch và một vòng MC ngoài bao quanh vỏ bó, được gọi là giải phẫu Kranz.

+ Tỷ lệ sinh khối: -9 đến -16%, với mức trung bình là - 12,5%.

Chu trình quang hợp của thực vật C4:

- Chu trình quang hợp này sẽ được diễn ra tại 2 loại tế bào, đó là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch.

* Tại tế bào mô giậu, đây là nơi sẽ diễn ra giai đoạn cố định CO ₂ đầu tiên:

+ Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 loại hợp chất 3C (tức phosphoenolpyruvate – PEP).

+ Sản phẩm ổn định đầu tiên được sản sinh ra là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic – AOA). Ngay sau đó AOA sẽ được chuyển hóa thành 1 hợp chất 4C khác có tên là axit malic (AM) trước khi được chuyển vào tế bào bao bó mạch.

* Tại tế bào bao bó mạch, nơi diễn ra giai đoạn cố định CO ₂ lần thứ 2:

+ AM sẽ bị phân hủy để giúp giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin cùng hợp chất 3C là axit piruvic.

+ Axit piruvic sẽ quay lại tế bào mô giậu để có thể tái tạo lại chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP.

+ Còn chu trình Canvin của giai đoạn này sẽ được diễn ra như ở thực vật C3.

3. Sự thích nghi từ thực vật C3 đến C4

- Quá trình tiến hóa biến thực vật C3 thành loài C4 đã xảy ra không phải một lần mà ít nhất 66 lần trong 35 triệu năm qua. Bước tiến hóa này dẫn đến hiệu suất quang hợp được nâng cao và tăng hiệu quả sử dụng nước và nitơ.

- Kết quả là thực vật C4 có khả năng quang hợp cao gấp hai lần thực vật C3 và có thể chịu được nhiệt độ cao hơn, ít nước hơn và có sẵn nitơ. Chính vì những lý do này, các nhà hóa sinh hiện đang cố gắng tìm cách chuyển các đặc điểm C4 và CAM (hiệu quả quá trình, chịu được nhiệt độ cao, năng suất cao hơn và khả năng chống chịu hạn và mặn) vào cây C3 như một cách để bù đắp những thay đổi môi trường mà toàn cầu phải đối mặt sự nóng lên.

- Ít nhất một số biến đổi C3 được cho là có thể thực hiện được vì các nghiên cứu so sánh cho thấy những cây này đã sở hữu một số gen thô sơ có chức năng tương tự như gen của cây C4. Trong khi các phép lai C3 và C4 đã được theo đuổi hơn 5 thập kỷ, do sự không khớp về nhiễm sắc thể và khả năng thành công của phép lai vẫn nằm ngoài tầm với.

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

Như vậy VnDoc đã giới thiệu các bạn tài liệu Tại sao lại gọi là thực vật C3, C4? 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.