Tác giả: Anh Tuấn Date: 2018-12-27
Tại sao gọi nhóm thực vật là C4?
Giải thích tại sao lại gọi là thực vật C3, C4, CAM?
+ C3: 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. + C4: Cố định cacbon C4 là một trong ba phương pháp, cùng với cố định cacbon C3 và quang hợp CAM, được thực vật trên đất liền sử dụng để "cố định" điôxít cacbon [liên kết các phân tử CO2 dạng khí thành các hợp chất hoà tan trong thực vật] để sản xuất đường thông qua quang hợp. Các loài thực vật sử dụng cơ chế cố định cacbon C4 được gọi chung là thực vật C4.
+ [tham khảo thêm] CAM: Thực vật CAM hay quang hợp CAM với CAM là từ viết tắt của Crassulacean acid metabolism [trao đổi chất axít Crassulacea], là một kiểu cố định cacbon phức tạp trong một số thực vật quang hợp. CAM là cơ chế thông thường tìm thấy trong các thực vật sinh sống trong các điều kiện khô hạn, bao gồm các loài tìm thấy trong sa mạc [ví dụ, xương rồng hay dứa]. Nó được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra, là họ Cảnh thiên [Crassulaceae, bao gồm các loài thực vật mọng nước như cảnh thiên, thuốc bỏng v.v].
Sự khác nhau giữa các con đường quang hợp C3, C4, CAM là gì?
C3
- Nơi xảy ra pha tối của quang hợp: chất nền lục lạp tế bào mô giậu
- Diễn biến: xảy ra theo chu trình Calvin-Benson
+ Giai đoạn cố định CO2 nhờ chất nhận là RiDP [ribulozo 1.5-diphosphate] với sự xúc tác của enzyme ribolozo 1,5-diphosphate carboxylase tạo thành hợp chất 6C, nhưng hợp chất này không bền nên nhanh chóng bị gẫy thành 2 phân tử 3C là APG [axit phosphoglyxeric]. Vì sản phẩm đầu tiên của quá trình cố định CO2 này là hợp chất 3C nên người ta gọi thực vật này là C3
+ Giai đoạn khử APG nhờ lực khử cung cấp từ pha sáng: ATP, NADPH [nicotin amit adenine dinucleotite phosphate] tạo thành AlPG [aldehyte phosphoglyxeric]
+ AlPG được sử dụng để tái tạo chất nhận CO2 đầu tiên: RiDP để khép kín chu trình, một số phân tử AlPG đi ra khỏi chu trình tổng hợp các carbonhydrate
2. C4
- Nơi xảy ra pha tối: ở 2 loại tế bào: mô giậu và nhu mô bao quanh bó mạch [những tế bào bao quanh gân lá]
- DIễn biến:
Do trong điều kiện nồng độ O2 cao, enzyme RiDP-carboxylase xúc tác cho phản ứng RiDP nhận O2 chứ không nhận CO2 gây hô hấp sáng, nên những loài thực vật sống vùng nhiệt đới có cơ chế thích nghi khác hẳn
+ Ở tế bào mô giậu xảy ra quá trình nhận CO2, nhưung chất nhận là PEP [phospho enol pyruvate], nhận CO2 -> AOA [acid oxalo acetic] rồi biến thành AM [acid malic]
+ AM được vận chuyển vào tế bào bao bó mạch, giải phóng ra CO2 và tái tạo PEP. CO2 hình thành đi vào chu trình Calvin hệt như thực vật C3
3. CAM là chữ viết tắt của trao đổi acid ở họ thuốc bỏng do lần đầu tiên phát hiện ra hiện tượng này ở họ thuốc bỏng
- Nơi xảy ra là các tế bào mô giậu
- Diễn biến:
Do những thực vật này thích nghi với điều kiện sống ở hoang mạc, sa mạc khô cằn, thiếu nước nên lỗ khí của nó luôn đóng vào ban ngày để tránh cho cây bị mất nước. Đồng nghĩa với việc lỗ khí khổng không mở là cây không lấy được CO2 vào tiền hành quang hợp. QUá trình lấy CO2 sẽ diễn ra vào ban đêm
+ Ban đêm, cây lấy CO2 vào và cố định nó nhờ PEP tạo thành AOA -> AM
+ Ban ngày AM sẽ được sử dụng trong chu trình Calvin tạo chất hữu cơ, tinh bột. Tinh bột này khi phân hủy sẽ tạo thành acid pyruvic, acid pyruvic được hoạt hóa bởi ATP thì tạo thành PEP, tái tạo chất nhận CO2 đầu tiên
Đáp án và lời giải chính xác cho câu hỏi “Tại sao lại gọi là thực vật C3, C4?” cùng với kiến thức mở rộng về thực vật C3, C4 là những tài liệu học tập môn Sinh học 11 vô cùng bổ ích dành cho thầy cô và bạn học sinh tham khảo.
Trả lời câu hỏi: Tại sao lại gọi là thực vật C3, C4?
- 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.
Tiếp theo đây, hãy cùng Top lời giải đi tìm hiểu nhiều hơn những kiến thức về thực vật C3, C4 nhé!
Kiến thức tham khảo về thực vật C3, C4
1. Thực vật C3
a. 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.
b. 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 gặpở các loại cỏ làm thức ăn gia súcở 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 cacbonđược 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 CO2đầu tiên:
+ Chất nhận CO2đầu 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 CO2lần thứ 2:
+ AM sẽ bị phân hủy để giúp giải phóng CO2cung 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 CO2đầu 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 C4đã xảy ra không phải một lần màít nhất 66 lần trong 35 triệu năm qua.Bước tiến hóa này dẫnđến hiệu suất quang hợpđược 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 chịuđược nhiệtđộ cao hơn,ít nước hơn và có sẵn nitơ.Chính vì những lý do này, các nhà hóa sinh hiệnđang cố gắng tìm cách chuyển cácđặcđiểm C4 và CAM [hiệu quả quá trình, chịuđược nhiệtđộ cao, năng suất cao hơn và khả năng chống chịu hạn và mặn] vào cây C3 như một cáchđể bùđắp những thayđổi môi trường mà toàn cầu phảiđối mặt sự nóng lên.
- Ít nhất một số biếnđổi C3được cho là có thể thực hiệnđược vì các nghiên cứu so sánh cho thấy những cây nàyđã sở hữu một số gen thô sơ có chức năng tương tự như gen của cây C4.Trong khi các phép lai C3 và C4đãđược 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.