Thực vật C3, C4, CAM là gì? gồm những loại nào?

Thực vật CAM là một khái niệm mà chúng ta đã được làm quen trong chương trình Sinh học ở bậc THPT. Tuy nhiên không phải bạn học sinh nào cũng nắm chắc được định nghĩa thực vật C3, C4, CAM là gì? Bài viết ngay dưới đây của muahangdambao.com sẽ giúp bạn giải đáp tất cả những thắc mắc nêu trên.

Nội dung bài viết

Thực vật CAM là gì?

Khái niệm thực vật CAM

Trong tự nhiên, có những loài thực vật sở hữu cơ chế thích nghi vô cùng đặc biệt để có thể phát triển tốt và ổn định trong điều kiện khí hậu khô cằn như sa mạc, núi đá, savan (thực vật ưa khô hay các thực vật chịu hạn). Một trong những cơ chế này được gọi là cơ chế chuyển hóa axit “Crassulacean” và được viết tắt là CAM (Crassulacean acid metabolism) hay còn gọi được gọi ngắn gọn hơn là thực vật CAM.

Cơ chế hoạt động của loại thực vật này cũng rất đơn giản. Cụ thể, thực vật CAM sẽ đóng kín các khí khổng (tức lỗ thở) vào ban ngày để giữ gìn nước ở bên trong không cho thoát ra ngoài. Vào ban đêm thì các khí khổng này sẽ được mở ra khi có nguồn không khí lạnh và có nhiều độ ẩm hơn, cho phép chúng hấp thụ CO₂ để sử dụng trong quá trình chuyển hóa cacbon thành các chất hữu cơ (thường diễn ra trong quá trình quang hợp của thực vật).

Chu trình quang hợp diễn ra ở thực vật CAM

– Để có thể giúp thực vật tránh bị mất nước, khí khổng của các loài này sẽ được đóng lại vào ban ngày và mở ra vào ban đêm để cố định được CO₂ dựa theo con đường CAM.

– Vào ban đêm, nhiệt độ ở môi trường bên ngoài sẽ xuống thấp, lúc này các tế bào khí khổng được mở ra, nhờ đó CO₂ sẽ khuếch tán qua lá vào môi trường.

+ Chất nhận CO₂ đầu tiên sẽ là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên sản sinh là AOA
+ AOA sẽ được chuyển hóa thành AM để có thể vận chuyển vào các tế bào dự trữ

– Ban ngày, khi các tế bào khí khổng đóng lại sẽ xảy ra hiện tượng:

+ Các AM bị phân hủy và giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin, axit piruvic được tái sinh chất nhận ban đầu là PEP

– Chu trình CAM sẽ gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt duy nhất là về thời gian: Cả 2 giai đoạn chính của chu trình C4 đều diễn ra vào ban ngày, trong khi đó chu trình CAM phải phân chia thực hiện vào ban đêm và ban ngày.

Thế nào là thực vật C3?

Khái niệm thực vật C3

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.

*Dứa là một loại cây trồng thuộc nhóm thực vật C3*

Loại thực vật này có xu hướng phát triển tốt và ổn định nhất ở trong các khu vực với những điều kiện như: Cường độ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ môi trường ở mức vừa phải, hàm lượng dioxide cacbon rơi vào khoảng 200 ppm hoặc có thể cao hơn 1 chút, nguồn nước ngầm đầy đủ.

Chu trình các pha của quang hợp ở thực vật C3

Pha sáng

– Khái niệm: Pha sáng là pha có vai trò trong việc chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được các chất diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP cùng với NADPH. Pha sáng được diễn ra trong lục lạp tại tilacôit.
– Trong pha sáng, năng lượng của ánh sáng mặt trời sẽ được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước. Cụ thể, giúp giải phóng oxi, bù lại các electron đã mất cho diệp lục a, các proton H+ được dùng để khử NADP+ thành NADPH. Công thức như sau: 2H₂O -> 4H+ + 4e- + O2
– ATP và NADPH trong pha sáng sẽ được sử dụng ở trong pha tối để tổng hợp lại các hợp chất hữu cơ.

Pha tối

– Pha tối ở thực vật C3 sẽ chỉ bao gồm chu trình Canvin và được diễn ra trong chất nền của lục lạp. Chu trình Canvin bao gồm 3 giai đoạn như sau:

*Giai đoạn cố định CO₂:

+ Chất nhận CO₂ đầu tiên và cũng là duy nhất sẽ là hợp chất 5C (Ribulozo- 1,5- diphotphat (RiDP))
+ Sản phẩm đầu tiên được sản sinh ra trong giai đoạn này là hợp chất 3C (hay Axit photphoglyxeric – APG)

* Giai đoạn khử

+ APG (axit phosphoglixeric) được chuyển hoá thành AlPG (andehit photphoglixeric), ATP và NADPH
+ Một phần của AlPG sẽ được tách ra khỏi chu trình và kết hợp với 1 phân tử triozo khác để có thể hình thành nên C₆H₁₂O₆, từ đó cấu thành nên tinh bột, axit amin …

* Giai đoạn tái sinh:

Chất nhận ban đầu sẽ là Rib – 1.5 diP (ribulozo- 1.5 điphosphat).
+ Phần lớn AlPG phải thông qua nhiều phản ứng cần ATP mới có thể tái tạo nên RiDP để khép kín lại chu trình.

Xem thêm: Ổ sinh thái – Giới hạn sinh thái là gì? Cho ví dụ và bài tập áp dụng

Thế nào là thực vật C4?

Khái niệm

Cũng giống như thực vật C3, thực vật C4 cũng là nhóm thực vật cố định nhưng thuộc thể dioxide cacbon, hình thành nên các hợp chất đường 4 cacbon để có đi vào chu trình C3 hoặc là chu trình calvin.

*Ngô là một giống cây thuộc nhóm thực vật C4*

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.

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 CO₂ 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 CO₂ 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

Chu trình quang hợp của thực vật C3, C4 và CAM

Những ưu điểm của thực vật C4 so với C3

Theo các nhà khoa học, thực vật C4 ưu việt hơn so với thực vật C3 ở những điểm như sau:

– Cường độ quang hợp của thực vật C4 cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cũng cao hơn, nhu cầu nước lại thấp hơn. Do đó, thực vật C4 sẽ cho năng suất cao hơn so với các loại thực vật C3.
– Chu trình C4 bao gồm 2 giai đoạn là giai đoạn đầu theo chu trình C4 được diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá còn giai đoạn 2 theo chu trình Canvin sẽ diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

*Diễn biến chu trình quang hợp của thực vật*

So sánh 3 nhóm thực vật C3, C4 & CAM

		C3	C4	CAM
Giống nhau	– Tại quá trình quang hợp trong pha sáng: Có cơ chế giống nhau – Trong pha tối: Đều thực hiện chu trình C3 (tức chu trình Canvin) tạo ra AlPG rồi hình thành nên C₆H₁₂O₆ -> saccarozơ và tinh bột; Axit Amin, lipit, protein,… – Nguyên liệu cho pha tối diễn ra là: CO₂, ATP và NADPH
Khác nhau	Môi trường sống	Nơi có khí hậu ôn hòa và cường độ ánh sáng mức bình thường	Một số thực vật tồn tại ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, cường độ ánh sáng mạnh	Là thực vật có thân mọng nước và sống ở vùng khô hạn hoang mạc.
	Loài cây đặc trưng	Rêu, rong, cây gỗ lớn,…	Lúa, mía, rau dền, ngô đồng,…	Thanh long, dứa, cây xương rồng,…
	Chất nhận CO₂:	Nhận ribulozo – 1,5 – điphôtphat	Nhận PEP (tức photphoenolpiruvat)	Nhận PEP (tức photphoenolpiruvat)
	Môi trường sống	Là APG	Là AOA (axit oxaloaxetic) hoặc có thể là axit malic	Là AOA (axit oxaloaxetic) hoặc có thể là axit malic
	Tiến trình và thời gian diễn ra	Có 1 giai đoạn là chu trình Canvin được diễn ra vào ban ngày	Có 2 giai đoạn và cả 2 đều diễn ra vào ban ngày. Giai đoạn 1 là cố định CO₂ dựa theo chu trình C4 và giai đoạn 2 là tái cố định lại CO₂ theo chu trình Canvin.	Có giai đoạn 1 là cố định CO₂ theo chu trình C4 vào ban đêm và giai đoạn 2 sẽ tái cố định lại CO₂ theo chu trình Canvin vào ban ngày.
	Về không gian diễn ra:	Sẽ diễn ra ở tế bào của mô giậu	Giai đoạn 1 sẽ diễn ra ở tế bào mô giậu còn giai đoạn 2 ở tế bào bao bó mạch	Cả 2 giai đoạn đều ở tế bào mô giậu* Giống nhau:

Xem thêm: Mưa axit là gì? Mưa axit có độ PH bao nhiêu?

Hy vọng bài viết này của muahangdambao.com đã cung cấp đầy đủ thông tin về thực vật C3 C4 CAM là gì cho bạn đọc để có thể ứng dụng vào việc học và thi trên lớp nhé!