So sánh thực vật C3, C4 và CAM

Về cơ bản, pha sáng của quang hợp ở tất cả các nhóm thực vật là giống nhau.. Ngoài con đường cố định CO2 theo chu trình Calvin, tồn tại hai con đường khác cố định CO2 là chu trình C4 và

Giảng viên: TS Điêu Thị Mai Hoa

Học viên:Lê Văn Trọng Dương Thị Vĩnh Thạch

Về cơ bản, pha sáng của quang hợp ở tất cả các nhóm thực vật là giống nhau Pha sáng tạo nguồn năng lượng ATP và hợp chất khử NADPH H+* để khử CO2 thành gluxit và các chất hữu cơ khác trong pha tối

Trong pha tối có sự khác biệt ở các thực vật Ngoài con đường cố định CO2 theo chu trình Calvin, tồn tại hai con đường khác cố định CO2 là chu trình C4 và chu trình CAM.Tuỳ thuộc vào con đường cố định CO2 trong quang hợp khác nhau

mà người ta chia thế giới thực vật thành 3 nhóm: C3 , C4, CAM

Đặc điểm của nhóm

Phân bố rộng rãi trên khắp thế giới chủ yếu ở vùng ôn đới và á nhiệt đới: lúa khoai, sắn, khoai, đậu

I- THỰC VẬT C3

LỤC LẠP

TẾ BÀO NHU MÔ

CẤU TRÚC LÁ THỰC VẬT C 3

I- THỰC VẬT C3

 Chu trình C3: diễn ra trong chất nền của lục lạp

ở tế bào bao bó mạch

Các thực vật C3 chỉ tiến hành một chu trình quang hợp là chu trình C3 hay chu trình Calvin - Benson , tên nhà Bác học

Mỹ đầu tiên phát hiện ra chu trình này Người ta gọi tên chu trình C3- vì sản phẩm đầu tiên tạo nên trong chu trình này là một hợp chất có 3C là axit photphoglixeric (APG)

I- THỰC VẬT C3

2 Giai đoạn khử CO 2

Axit diphotphoglixeric + ADPH 2

ADPG

Glixeraldehitphotphat dehidrogenaza

Aldehyt photphoglixeric

ALPG

3.Giai đoạn tái sinh chất nhận CO 2

Erytrozo P + Dihyđroaxetonphotphat

F4P DHAP

Sedoheptulozo diphophatadolaza

Sedoheptulozodi photphat SeDP

3.Giai đoạn tái sinh chất nhận CO 2

Ribozo photphatizomeaza

I- THỰC VẬT C3

+ Giai đoạn tái sinh

chất nhận CO2 ban đầu:

CO2ban đầu

APG ATP, NADPH AlGP

Như vậy thực vật C 3 trong pha tối

đã sử dụng 3 ATP và 2 NADPH để

Ý nghĩa của chu trình C 3

Chu trình C 3 là chu trình quang hợp cơ bản nhất của thế giới thực vật xảy ra trong tất cả thực vật, Trong chu trình tạo

ra nhiều sản phẩm sơ cấp của quang hợp: C3, C5, C6… là các nguyên liệu để tổng hợp nên các sản phẩm quang hợp thứ cấp như đường, tinh bột, axit amin, protein,

I- THỰC VẬT C3

Đặc điểm của nhóm

Cây C4gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới (mía, ngô, kê, rau dền, cỏ dại,…)

RAU DỀN NGÔ

MÍA

II- THỰC VẬT C 4

CẤU TRÚC LÁ THỰC VẬT C 4 Strôma

LỤC LẠP

II- THỰC VẬT C 4

 Chu trình C4: diễn ra trong chất nền của lục lạp

ở tế bào nhu mô

dẫn, chứa lục lạp của tế bào

vịng bao quanh bĩ mạch với

cấu trúc grana kém phát

triển

II- THỰC VẬT C 4

Chu trình Hatch – Slack – Chu trình C4

- Theo Hatch và Slack, ở một số cây trồng cĩ nguồn gốc nhiệt đới như mía, ngơ, rau dền, cỏ gấu… Chúng hoạt động quang hợp theo một con đường riêng gọi là con đường quang hợp của thực vật C4.

-Quá trình cố định CO2 ở thực vật C4 gồm hai phần:

Phần 1: diễn ra ở tế bào thịt lá theo chu trình C4.

Phần 2: diễn ra ở tế bào bao bĩ mạch theo chu trình C3

II- THỰC VẬT C 4

APG AlPG

Rib-1,5-ñiP

CHU TRÌNH

C 4

PEP

CHU TRÌNH C 3 (CAlVIN)

Chaát 4C

(axit oâxaloâaxeâtic

 axit malic)

C6H12O6

II- THỰC VẬT C 4

2.1.Phần 1:Chu trình cacbonxi hĩa (sơ bộ cố định CO2 )

Axit pyruvic + ATP

Axit Oxaloaxetic

NADPH2 NADP

Axit pyruvic AP

malatdehidrogenaza

NH3

Axit Asparatic

2.2 Phần 2:Chu trình tổng hợp Monosaccarit

Chu trình này giống với chu trình Canvil- Benson Nhưng ở thực vật C4 có hai dạng lục lạp với cấu trúc khác nhau Do đó chu trình cacbonxi hóa xảy ra ở lục lạp của tế bào mô giậu, còn chu trình tổng hợp monosaccarit xẩy

ra ở tế bào bao bó mạch

- Chất nhận CO2 đầu tiên khơng phải là hợp chất 5C (RDP) mà một chất 3C là photphoenol pyruvic (PEP)

Do vậy, sản phẩm đầu tiên trong quang hợp của thực vật này là một hợp chất cĩ 4C là axit oxaloaxetic (AOA).

100 lần so với enzym RDP-cacboxilaza Do vậy, năng

II- THỰC VẬT C 4

Chu trình c nh CO ố đị 2 th c v t C ở ự ậ 4

Photphoenolpyruvat

PEP

Oxaloacetat AOA

Như vậy quá trình cố

đã tiêu tốn 5 ATP và 2 NADPH

cường độ quang hợp thường cao và năng suất sinh vật học cao…

Xét về tiến hoá thì các cây C 4 có con đường tiến hoá hơn thực vật C 3 và CAM

Đặc điểm của nhóm

thực vật CAM

Sự cố định CO2 trong pha tối của

thực vật CAM

Ý nghĩa chu trình CAM

III- THỰC VẬT CAM

THANH LONG XƯƠNG RỒNG

III- THỰC VẬT CAM

Thực vật CAM gồm các loại cây sống trong điều kiện khơ hạn

và là những lồi mọng nước: Xương rồng, Thanh Long, Dứa…

Diễn ra trong chất nền của lục lạp ở tế bào nhu mô

Strôma

LỤC LẠP

III- THỰC VẬT CAM

Đồng hĩa CO2 ở cây mọng nước – Chu trình CAM

Một số thực vật sống trong điều kiện khơ hạn (hoang mạc) Chúng khơng được phép mở khí khổng vào ban ngày mà chỉ mở vào ban đêm, khi nhiệt độ khơng khí giảm xuống Do vậy

CO2 chỉ được xâm nhập vào lá vào ban đêm mà thơi Nên sự cố định CO2 vào ban đêm và khử

CO2 vào ban ngày

III- THỰC VẬT CAM

Ban đêm, khi nhiệt độ

không khí giảm xuống thì

để tổng hợp các hợp chất hữu cơ

6Axit photpho glixeric

6 photpho enol pyruvat 6 Axit Oxaloaxetic 6 Malat

Chu trình Canvil- Benzon

CO 2

Sơ đồ về con đường quang hợp của thực vật

CAM

III- THỰC VẬT CAM

Ban đêm (khí khổng mở)

+ Chu trình C4:

diễn ra ban đêm , lúc khí khổng mơ û.

- Cố định CO2 theo:

- Chất nhận CO2 đầu tiên:

- Sản phẩm đầu tiên:

Hợp chất 4 cacbon PEP (phôtphoenolpiruvat)

+ Chu trình C3:

diễn ra ban ngày , lúc khí khổng đóng

Ban ngày (khí khổng đóng)

III- THỰC VẬT CAM

Như vậy về cơ bản quá trình cố định CO2 ở thực vật CAM là giống với thực vật C4 Nhưng có điểm khác biệt, nếu ở thực vật C4con đường cố định CO2 được phân biệt về mặt không gian, thì ở CAM được phân biệt

về thời gian.

Ý nghĩa của con đường quang hợp của thực vật CAM

- Đây là con đường quang hợp thích nghi với điều kiện khơ hạn của các thực vật mọng nước Nhờ con đường quang hợp này mà khả năng chịu hạn của chúng rất cao, hơn hẳn các thực vật chịu hạn khác.

- Do quang hợp trong điều kiện quá khĩ khăn nên cường độ quang hợp của các thực vật mọng nước thường thấp, năng suất sinh vật học cũng vào loại thấp và sinh trưởng chậm hơn các thực vật khác.

III- THỰC VẬT CAM

PHA TỐI

Thực vật CAM

Thực vật C4Thực vật C3

Đặc điểm giống nhau giữa quá trình cố định CO2 của các nhóm thực vật

- Cả 3 quá trình đều có chu trình Canvin tạo ra AlPG rồi từ đó hình thành một hợp chất cacbohidrat, axit amin , protein, lipit

- Đều có 3 giai đoạn là giai đoạn cố định

Glucose

Đặc điểm

Đại diện

Đa số gặp ở các loài thực vật như: rêu, lúa

mì, cam…

Thực vật sống ở vùng nhiệt đới như mía, ngô Thực vật sống khô hạn: Thanh Long, xương

rồng…

Lục

lạp

một loại ở TB mô giậu,

có hạt hai loại ở TB ở mô giậu và mô bao bó mạch, có

Con đường cố định CO2 Calvin-

Benson Hatch Slack - Hatch - Slack

Chất nhận CO2 đầu tiên Ribulozo di photphat Photpho enol pyruvat Photpho enol pyruvat

Sản phẩm đầu tiên Axit photpho Glixeric Axit Axetic Oxalo Axit Axetic Oxalo

Không gian

Chỉ xảy ra ở

tế bào mô giậu

Xảy ra ở tế bào mô giậu

và tế bào bao

bó mạch

Chỉ xảy ra ở

tế bào mô giậu

Thời gian Ban ngày Ban ngày Cả ngày lẫn đêm

Tóm lại qúa trình đồng hóa CO2 ở cây xanh là một quá trình phức tạp bao gồm các hướng khác nhau với những sản phẩm khác nhau, các sản phẩm này có quan hệ mật thiết với các quá trình trao đổi chất khác nhau xẩy ra ở cây xanh.

Tài liệu tham khảo:

1.Nguyễn Duy Minh (1981), Quang hợp, NXB Giáo Dục, Tr 68-89

2 Nguyễn Như Khanh,Cao Phi Bằng (2008), Sinh lý học thực vật,

Mọi đóng góp xin gửi về: Thachdu@gmail.com

Tronghongduc@gmail.com