Quá trình quang hợp ở thực vật C3, C4 và CAM giống nhau ở điểm nào

Lời giải của Tự Học 365

Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

Chú ý: Quang hợp ở cả 3 con đường đều có chu trình Canvin tạo ra AlPG rồi từ đó hình thành nên các hợp chất cacbohiđrát, axít amin, prôtêin, lipit…

Khái niệm thực vật C3, C4 và CAM là gì? So sánh sự giống và khác nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM như thế nào? Cùng GiaiNgo giải đáp nhé!

Quang hợp ở nhóm thực vật C3, C4 và CAM là kiến thức của chương trình Sinh học 11. Bài viết sau đây của GiaiNgo sẽ giúp bạn so sánh sự giống và khác nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM nhé!

Khái niệm

Phần đầu của bài viết so sánh sự giống và khác nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM, hãy cùng GiaiNgo tìm hiểu khái niệm của từng loại thực vật trên nhé!

Thực vật C3 là gì?

Thực vật C3 là nhóm thực vật cố định CO2 theo con đường C3 [chu trình canvin]. Đó là những thực vật mà sản phẩm ban đầu là 3-photphoglycerat với 3 nguyên tử cacbon.

Thực vật C3 còn được gọi là cây ôn đới. Những cây này khử thành khí cacbonic trực tiếp trong lục lạp.

Thực vật C3, có nguồn gốc từ đại Trung Sinh và đại Cổ Sinh, là xuất hiện trước thực vật C4. Hiện nay, thực vật C3 vẫn chiếm khoảng 95% sinh khối thực vật của Trái Đất. Chúng gồm các loài rêu đến các cây gỗ lớn phân bố rộng 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.

Thực vật C4 là gì?

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 sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, ánh sáng và nhiệt độ cao quanh năm. Vì vậy, các loài cây C4 có khả năng thích ứng nhiệt độ cao, cường độ quang hợp cao [cần nhiều ánh sáng], nhu cầu nước thấp [chịu hạn tốt].

Đặc điểm bên ngoài của dòng thực vật C4 là lá nhỏ và mảnh, chứa ít nước. Do vậy, C4 ít bị mất nước và héo úa khi gặp nhiệt độ cao như các loại C3 [ngay cả khi bị cắt đứt ra khỏi thân thì là vẫn xanh trong nhiều giờ thậm chí nhiều ngày].

Thực vật CAM là gì?

Thực vật CAM  hay quang hợp CAM với CAM là từ viết tắt của Crassulacean acid metabolism [trao đổi chất axít Crassulacea]. Đây là nhóm thực vật cố định cacbon dioxide bằng con đường CAM hoặc chuyển hóa axit Crassulacean.

CAM là cơ chế thông thường tìm thấy trong các thực vật sinh sống trong các điều kiện khô hạn. Chúng bao gồm các loài tìm thấy trong sa mạc [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,…

Sự giống nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM

Đều có chu trình Canvin tạo ra AlPG. Từ đó hình thành nên cacbohiđrat, axit amin, prôtêin, lipit,…

Sự khác nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM

Chất nhận CO2 đầu tiên

• Thực vật C3: Ribulôzơ -1,5-điP
• Thực vật C4: PEP
• Thực vật CAM: PEP

Sản phẩm đầu tiên của pha tối

• Thực vật C3: APG [hợp chất 3 cacbon].
• Thực vật C4: Hợp chất 4 cacbon.
• Thực vật CAM: Hợp chất 4 cacbon.

Tiến trình

Chỉ có 1 giai đoạn là chu trình C3 xảy ra trong các tế bào nhu mô thịt lá.

Gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Chu trình C4 xảy ra trong tế bào nhu mô thịt lá

Giai đoạn 2: chu trình C3 xảy ra trong lục lạp của các tế bào bao bó mạch.

Gồm 2 giai đoạn:

Giai đoạn 1: Chu trình C4

Giai đoạn 2: chu trình C3

Thời gian

• Thực vật C3: Ban ngày.
• Thực vật C4: Ban ngày.
• Thực vật CAM: Cả hai giai đoạn cùng diễn ra trong 1 tế bào.

Xem thêm:

Bài viết trên của GiaiNgo đã so sánh sự giống và khác nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM cũng như giúp bạn giải đáp các câu hỏi liên quan đến chủ đề này. Hy vọng bài viết hữu ích với bạn. Hẹn gặp lại ở bài viết sau!

BÀI 9: QUANG HỢP Ở NHÓM THỰC VẬT C3, C4 VÀ CAM

PHẦN I. KIẾN THỨC

- Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

I. THỰC VẬT C3

1. Khái quát về quang họp ở thực vật C3

2. Các pha của quang hợp ở thực vật C3

a. Pha sáng

- Khái niệm: 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.

- Pha sáng diễn ra ở tilacoit khi có chiếu sáng.

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước:

• PT: 
• Sản phẩm:
  • Oxi: O2 được giải phóng là oxi của nước.
  • 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+ thành NADPH
• ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

b. Pha tối

- Diễn ra trong chất nền [stroma] của lục lạp.

- Cần CO2 và sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH.

- Pha tối ở thực vật C3 chỉ có chu trình Canvin:

- Thực vật C3 phân bố mọi nơi trên trái đất [gồm các loài rêu đến cây gỗ trong rừng].

- Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn:

* Giai đoạn cố định CO2:

• Chất nhận CO2 đầu tiên và duy nhất là hợp chất 5C [Ribulozo- 1,5- điphotphat [RiDP]
• Sản phẩm đầu tiên ổn định của chu trình là hợp chất 3C [Axit photphoglyxeric APG]
• Enzim xúc tác cho phản ứng là RiDP- cacboxylaza

* Giai đoạn khử APG[axit phosphoglixeric] thành AlPG [aldehit phosphoglixeric]:

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

* Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 diP [ribulozo- 1,5 diphosphat]:

• Phần lớn AlPG qua nhiều phản ứng cần cung cấp ATP tái tạo nên RiDP để khép kín chu trình

- Sản phẩm: Cacbohidrat.

II. THỰC VẬT C4

1. Các đối tượng thực vật C4  

- Gồm 1 số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương …

- Thực vật C4 sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao => tiến hành quang hợp theo chu trình C4.

2. Chu trình quang hợp ở thực vật C4

- Diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch

- Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố dịnh CO2 đầu tiên

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

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

• AM bị phân hủy để giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit piruvic
• Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO2 đầu tiên là PEP
• Chu trình C3 diễn ra như ở thực vật C3

- Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3:

• Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp → thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3
• Chu trình C4 gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình C4 diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá, giai đoạn 2 theo chu trình Canvin diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

III. THỰC VẬT CAM

1. Các đối tượng thực vật CAM

- Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long …

2. Chu trình quang hợp ở thực vật CAM

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm => cố định CO2 theo con đường CAM.

- Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO2 khuếch tán qua lá vào

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

- 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.

- Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C4 đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì giai đoạn đầu cố định CO2 được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO2 theo chu trình Canvin thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng. 

PHẦN II - HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. Nêu khái niệm và điều kiện cần có của pha sáng trong quang hợp.

Hướng dẫn:

- Pha ánh sáng của quang hợp là pha chuyển hoá năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

- Pha sáng chỉ xảy ra ở tilacôit khi có ánh sáng chiếu vào diệp lục.

Câu 2. Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu?

Hướng dẫn:

- Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ nước.

Câu 3. Nêu vai trò và sản phẩm của pha sáng trong quang hợp? Vì sao pha này xảy ra cần ánh sáng?

Hướng dẫn:

- Sản phẩm của pha sáng là: ATP, NADPH, O2

Câu 4. Những hợp chất nào mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO2 thành cacbohiđrat?

Hướng dẫn:

- Những hợp chất mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO2 thành cacbohiđrat là: ATP và NADPH.

Câu 5. Nêu sự giống và khác nhau giữa các con đường C3, C4 và CAM?

Hướng dẫn:

Câu 6. Pha sáng quang hợp cung cấp cho pha tối:

A. CO2 và ATP

B. Năng lượng ánh sáng

C. Nước và CK

D. ATP và NADPH

Câu 7: Giai đoạn quang hợp thật sự tạo nên C6H12O6 ở cây mía là:

A. Quang phân li nước

B. Chu trình Canvin

C. Pha sáng

D. Pha tối

PHẦN III - HỆ THỐNG CÂU HỎI MỞ RỘNG [TỰ GIẢI]

Câu 1. Cho biết sự khác nhau giữa hai pha của quá trình quang hợp.

Câu 2. Nêu những đặc điểm về cấu trúc của hạt lục lạp phù hợp với chức năng thực hiện pha sáng, pha tối quang hợp?

Câu 3. Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM.

Câu 4. So sánh 3 con đường C3, C4 và CAM trong quá trình quang hợp của các nhóm thực vật khác nhau

Câu 5. Trình bày mối liên hệ giữa pha sáng và pha tối trong quá trình quang hợp. Pha tối ở các nhóm thực vật khác nhau diễn ra vào thời điểm nào?

Câu 6. Vì sao nói quang hợp là quá trinh oxi hóa khử?

Câu 7. Oxi được sinh ra từ pha nào của quá trình quang hợp? Hãy biểu diễn đường đi của oxi qua các lớp màng để ra khỏi tế bào từ nơi được sinh ra.

Câu 8. So sánh đặc điểm quang hợp ở 3 nhóm thực vật?