Thực vật CAM, C3, C4 là gì? Cho ví dụ & bảng so sánh thực vật c3 c4 và cam

Thực vật CAM, C3, C4 là nội dung quan trọng trong môn Sinh học 11, thường xuất hiện trong các bài kiểm tra và bài thi cuối kỳ. Vậy những cây thuộc nhóm thực vật CAM, C3, C4 là gì?. Hãy cùng chúng tôi tìm hiểu chi tiết về các loài thực vật này qua thông tin trong bài viết nhé. 

Thực vật CAM là gì?

CAM là từ viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Crassulacean acid metabolism”, có nghĩa là trao đổi chất axit Crassulacean.

Thực vật CAM (thực vật quang hợp CAM) là loại thực vật cố định CO₂ bằng cơ chế chuyển hóa axit Crassulacean trong quá trình quang hợp. Đây là cơ chế giúp thực vật thích nghi để có thể phát triển tốt và ổn định được trong điều kiện khí hậu khô cằn như sa mạc, savan, núi đá,… Chúng thường được gọi là thực vật ưa khô hoặc thực vật chịu hạn. 

Cơ chế hoạt động của thực vật CAM cũng rất đơn giản. Cụ thể, chúng sẽ đóng kín các khí khổng (lỗ thở) vào ban ngày để giữ nước ở bên trong cơ thể, không cho thoát ra ngoài. Còn vào ban đêm, các khí khổng này sẽ mở ra để hấp thụ khí CO₂ sử dụng cho quá trình chuyển hóa cacbon thành chất hữu cơ.

Những cây thuộc nhóm thực vật CAM là dứa, sen đá, xương rồng, thuốc bỏng, thanh long,…

Dấu hiệu, đặc điểm nhận biết thực vật CAM

• Là các loại cây chịu khô hạn có các lá dày với tỷ số diện tích bề mặt nhỏ hơn so với thể tích.
• Lá có lớp cutin dày để bảo vệ và giúp không bị khô héo trước ánh nắng gay gắt
• Có một vài loài sẽ rụng lá vào mùa khô (không phải mùa lạnh).
• Phù hợp sống tại các nơi có nhiệt độ cao, ít CO₂ (sa mạc, núi đá)
• Khi tưới nhiều nước thì cây dễ bị thối rễ, úng lá và chết nếu đất không kịp thoát nước
• Các loài cây như: xương rồng, sen đá, lan và dứa có thể lưu giữ nước trong các không bào
• Các khí khổng có thể đóng và ban ngày hoặc bị chìm xuống thành các hốc lõm nhằm ngăn chặn sự thoát hơi nước.

Chu trình quang hợp ở thực vật CAM

Cơ chế quang hợp của thực vật CAM rất đặc biệt đó là cố định CO2 theo con đường CAM. Vào ban đêm quá trình tổng hợp chất hữu cơ của thực vật CAM được bắt đầu khi hợp chất 3-cacbon là Photphoenolpyruvat được Cacboxylat hóa thành Oxaloaxetat và nó sau đó bị khử để tạo ra axit Malic. Thực vật CAM lưu trữ các trung gian 4-cacbon này cùng các hợp chất hữu cơ đơn giản khác trong các không bào của chúng. Muối malat dễ dàng bị phá vỡ thành Pyruvat và CO2, sau đó pyruvat được Photphorylat hóa để tái sinh Photphoenolpyruvat (PEP). Vào ban ngày, axít malic bị chuyển ra khỏi các không bào và bị phân tách ra để tạo thành CO2 sao cho nó có thể được enzym RuBisCO sử dụng trong chu trình Calvin trong chất nền đệm của lục lạp. Bằng cách này nó làm hạn chế và giảm tốc độ thoát – bốc hơi nước trong quá trình trao đổi khí.

Cụ thể:

Vào ban đêm, các tế bào khí khổng mở ra và CO2 khuếch tán qua lá vào, ta có:

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

Vào 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.

Thực vật C3 là gì?

Khái niệm

Thực vật C3 là nhóm thực vật cố định cacbon bằng cơ chế C3 (hay chu trình canvin). Đây là những loài thực vật mà sản phẩm ban đầu của chúng sinh ra là 3-phosphoglycerate với 3 nguyên tử cacbon. Thực vật C3 còn được gọi là cây ôn đới bởi chúng có thể khử thành khí cacbonic trực tiếp ở bên trong lục lạp.

Thực vật C3 có nguồn gốc từ thời kỳ đại Trung Sinh và đại Cổ Sinh, tức là nó còn xuất hiện trước thực vật C4. Hiện nay, thực vật C3 chiếm tới 95% khối lượng thực vật ở trên Trái Đất. Những cây thuộc nhóm thực vật C3 là loại cây thân gỗ lớn như cam, bưởi, nhãn,…

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

Cơ chế quang hợp ở nhóm thực vật C3

Pha sáng

• Là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.
• Diễn ra ở lục lạp tại tilacoit khi có chiếu sáng.
• Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng sẽ được dùng trong quá trình quang phân li nước:

+ PT PƯ: 

+ Sản phẩm:
– Oxi: Oxi trong nước được giải phóng tạo thành O₂
– ATP: Năng lượng ATP được giải phóng đồng thời bù lại điện tử electron cho diệp lục a
– NADPH: Các proton H+ đến khử NADP+ tạo thành NADPH
–  ATP và NADPH được tạo ra của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

Pha tối:

Chỉ bao gồm chu trình Canvin và được diễn ra trong chất nền (stroma) của lục lạp. Quá trình này cần CO₂ và sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH trước đó. Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn như sau. 

Cụ thể:

+ Giai đoạn cố định CO₂:

• Chất nhận CO2 đầu tiên và duy nhất đó là hợp chất 5C (Ribulozo- 1,5- điphotphat (RiDP)
• Sản phẩm đầu tiên được tạo ra của chu trình là hợp chất 3C (Axit photphoglyxeric APG)
• Trong giai đoạn này cần Enzim xúc tác cho phản ứng là RiDP- cacboxylaza

+ Giai đoạn khử APG(axit phosphoglixeric) thành AlPG (aldehit phosphoglixeric):

• Khi đó APG (axit phosphoglixeric) → AlPG (aldehit phosphoglixeric), ATP và  NADPH
• Một phần AlPG được tách ra khỏi chu trình và kết hợp với 1 phân tử triozo khác để tạo thành C₆H₁₂O₆ từ đó tạo ra axit amin, tinh bột,…

+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 diP (ribulozo- 1,5 diphosphat):

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

Thực vật C4 là gì?

Thực vật C4 là nhóm thực vật cố định cacbon bằng cơ chế C4. Đây là cơ chế giúp thực vật thích nghi được trong điều kiện nhiệt độ và cường độ ánh sáng cao, nhu cầu nước thấp (chịu hạn tốt).

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

Những cây thuộc nhóm thực vật C4 là các loại cây sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như mía, sắn, ngô, cao lương,…

Chu trình quang hợp ở nhóm thực vật C4

Chu trình quang hợp ở thực vật C4 diễn ra ở 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch

– Tại tế bào mô giậu sẽ diễn ra giai đoạn cố định CO₂ đầu tiên:

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

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

• Axit malic (AM) sẽ bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và tạo ra hợp chất 3C là axit piruvic
• Sau đó, Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP
• Chu trình C3 diễn ra tương tự như ở thực vật C3

Điểm ưu việt của nhóm thực vật C4 so với thực vật C3

Theo nghiên cứu thì nhóm 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. Nên, thực vật C4 sẽ cho năng suất cao hơn so với các loại thực vật C3.
– Chu trình C4 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 lại theo chu trình Canvin được diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

So sánh chu trình quang hợp thực vật C3 C4 và CAM

Sau khi tìm hiểu rõ “Những cây thuộc nhóm thực vật cam là gì? Những cây thuộc nhóm thực vật C3, C4 là gì?” ở bên trên, chúng ta sẽ cùng so sánh quang hợp ở thực vật C3, C4, Cam ở dưới đây.

Điểm giống nhau giữa các thực vật C3, C4 và CAM 

Thực vật CAM, C3 và C4 giống nhau gồm:

• Trong pha sáng của quá trình quang hợp, cả 3 loài thực vật đều có cơ chế giống nhau.
• Trong pha tối của quá trình quang hợp, cả 3 loại thực vật này đều thực hiện chu trình C3 (chu trình Canvin) để tạo ra AlPG rồi mới hình thành nên C₆H₁₂O₆ rồi đến saccarozơ và tinh bột; Axit Amin, lipit, protein,…
• Nguyên liệu cho pha tối của quá trình quang hợp diễn ra gồm có CO2, ATP và NADPH.

Điểm khác nhau:

Bảng so sánh thực vật C3, C4 và CAM chi tiết như sau:

Đặc điểm	Thực vật C3	Thực vật C4	Thực vật CAM
Môi trường sống	Khí hậu ôn hòa, có cường độ ánh sáng bình thường.	Nhiệt đới, cận nhiệt đới và nơi có cường độ ánh sáng mạnh.	Vùng khô hạn, hoang mạc.
Đại diện	Lúa, đậu,…	Ngô, mía,…	Dứa, xương rồng,…
Giải phẫu Kranz (là có 2 loại lục lạp)	Không Chỉ có 1 loại lục lạp ở trong tế bào mô giậu. Lá bình thường	Có Có 2 loại lục lạp ở trong tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch. Lá bình thường	Không Có 1 loại lục lạp ở trong tế bào mô giậu Lá mọng nước
Chất nhận CO2 đầu tiên	RDP	PEP	PEP
Sản phẩm đầu tiên	APG (C3)	AOA (C4)	AOA (C4)
Enzym cacboxyl hoá	RDP-carboxylase	PEP – carboxylase RDP-carboxylase	PEP-carboxylase RDP-carboxylase
Thời gian cố định CO2	Ngoài sáng	Ngoài sáng	Trong tối
Quang hô hấp	Cao	Rất thấp	Rất thấp
Nhiệt độ thích hợp	20 – 30 độ C	25 – 35 độ C	30 – 40 độ C
Ức chế quang hợp bởi O2	Có	Không	Có
Hiệu ứng nhiệt độ cao lên quang hợp (30 – 40 độ C)	Kìm hãm	Kích thích	Kích thích
Điểm bù CO2	Cao (25 – 100 ppm)	Thấp (0 – 10 ppm)	Thấp (0 – 5 ppm)
Điểm bão hoà ánh sáng	Thấp (chỉ 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần)	Cao, khó xác định	Cao, khó xác định
Năng suất sinh vật học	Trung bình cho đến cao	Cao	Thấp
Sự thoát hơi nước	Cao	Thấp	Rất thấp

Hy vọng bài viết mang đến những thông tin hữu ích để các bạn hiểu rõ những cây thuộc nhóm thực vật cam, c3, c4 là gì?. Từ đó có thể làm bài kiểm tra, bài thi tốt và đạt được điểm cao. Nếu các bạn có vấn đề gì còn thắc mắc về nội dung của bài viết, hãy bình luận bên dưới để chúng tôi giải đáp chi tiết.

Xem thêm:

• Hệ sắc tố quang hợp là gì? Sơ đồ, vai trò hệ sắc tố quang hợp ở thực vật
• Quang hợp là gì? Vai trò, ý nghĩa của quá trình quang hợp
• Thực vật hạt trần là gì? Đặc điểm, hình thức sinh sản và môi trường sống
• Thực vật ưa ẩm là gì? Cho ví dụ? Đặc điểm của cây ưa ẩm