C4植物與C3植物的比較.doc

1、植物與植物的比較人們根據(jù)光合作用碳素同化的最初光合產(chǎn)物的不同，把高等植物分成兩類：(1)C植物。這類植物的最初產(chǎn)物是3- 磷酸甘油酸 ( 三碳化合物 ) ，這種反應(yīng)途徑稱 C33途徑，如水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物。(2) C 4 植物。這類植物以草酰乙酸 ( 四碳化合物 ) 為最初產(chǎn)物，所以稱這種途徑為 C4 途徑，如甘蔗、玉米、高粱等。一般來說， C4 植物比 C3 植物具有較強(qiáng)的光合作用，原因有：一、葉片的顯微結(jié)構(gòu)重點(diǎn)比較維管束鞘細(xì)胞結(jié)構(gòu)C4 植物葉片的維管束薄壁細(xì)胞較大，其中含有許多較大的葉綠體，葉綠體沒有基?；蚧０l(fā)育不良； 維管束鞘的外側(cè)密接一層成環(huán)狀或近于環(huán)狀排列的葉肉細(xì)胞

2、，組成了“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是 C4 植物葉片所特有的特征。葉肉細(xì)胞內(nèi)的葉綠體數(shù)目少，個(gè)體小，有基粒。C3 植物的維管束鞘薄壁細(xì)胞較小，不含或很少葉綠體，沒有“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)，維管束鞘周圍的葉肉細(xì)胞排列松散。柵欄組織維維管維管束管束維管束束鞘細(xì)胞鞘細(xì)胞一部分葉海綿組織肉細(xì)胞C4 植物的葉片結(jié)構(gòu)比較維管束鞘細(xì)胞葉肉細(xì)胞類型細(xì)胞大小葉綠體排列葉綠體C3植物小不含排列疏松含有C4植物大含有“花環(huán)狀”環(huán)繞在維管含有束鞘細(xì)胞外植物類型植物植物葉片的解剖結(jié)構(gòu)無“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)維管束鞘細(xì)胞及周圍的一部分葉肉細(xì)胞構(gòu)成“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)葉綠體的類型有一種類型的葉綠體，主要有兩種類型的葉綠體，葉肉細(xì)胞的葉綠體位于葉肉

3、細(xì)胞中正常，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體沒有基粒二、淀粉粒形成的場所C 植物通過磷酸烯醇式丙酮酸固定二氧化碳的反應(yīng)是在葉肉細(xì)胞中進(jìn)行的，生成的四碳4雙羧酸轉(zhuǎn)移到維管束鞘薄壁細(xì)胞中，放出二氧化碳， 參與卡爾文循環(huán)， 形成糖類， 所以甘蔗、玉米等 C4 植物進(jìn)行光合作用時(shí)，只有維管束鞘薄壁細(xì)胞形成淀粉，在葉肉細(xì)胞中沒有淀粉。而水稻等 C3 植物由于僅有葉肉細(xì)胞含有葉綠體，整個(gè)光合過程都是在葉肉細(xì)胞里進(jìn)行，淀粉亦只是積累在葉肉細(xì)胞中，維管束鞘薄壁細(xì)胞不積存淀粉。C3途徑和C4 途徑1 、C4 植物光合作用特點(diǎn)示意圖葉肉細(xì)胞中維管束鞘細(xì)胞的葉綠體中的葉綠體2C 3CO 2C 4C 4CO 2NADPHC（PE

4、P）多種酶參加NADP +3C 5C3催化ATPADP+PiATP（丙酮酸）ADP+Pi2、 C3植物和C4 植物光合作用途徑比較（ CH2O ）項(xiàng)目CO2的受體CO2 固定CO2固定C3 還原暗反應(yīng)種類后產(chǎn)物的場所的場所途徑C3 植物C 52C 3葉肉細(xì)胞葉葉肉細(xì)胞葉C 3途徑綠體綠體C 3途徑C4植物PEPC 4葉肉細(xì)胞葉維管束鞘細(xì)（ C3）綠體胞葉綠體C 4途徑三、在生理上，C4 植物一般比C3 植物具有較強(qiáng)的光合作用，這是與C4 植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性較強(qiáng)，光呼吸很弱有關(guān)。卡爾文循環(huán)的CO2固定是通過核酮糖二磷酸羧化酶的作用來實(shí)現(xiàn)的，C4 途徑的 CO2固定是由磷酸烯醇式丙酮

5、酸羧化酶催化來完成的。兩種酶都可使CO2 固定。但它們對CO2 的親和力卻差異很大。試驗(yàn)證明，C4 植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶的活性比C3 植物的強(qiáng)60 倍，因此， C4 植物的光合速率比C3 植物快許多， 尤其是在二氧化碳濃度低的環(huán)境下，相差更是懸殊。由于磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶對CO2 的親和力大，所以，C4 植物能夠利用低濃度的二氧化碳，而C3 植物不能。由于 C4 植物能利用低濃度的CO2，當(dāng)外界干旱氣孔關(guān)閉時(shí)，C4 植物就能利用細(xì)胞間隙里的含量低的CO2，繼續(xù)生長，C3 植物就沒有這種本領(lǐng)。所以，在干旱環(huán)境中C4 植物生長比C3植物好。C4 植物的磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶活性較強(qiáng)，對

6、CO2 的親和力很大， 這種酶就起一個(gè) “二氧化碳泵”的作用，把外界CO2“壓”進(jìn)維管束鞘薄壁細(xì)胞中去，增加維管束鞘薄壁細(xì)胞的CO2。所以，植物在較低濃度時(shí)光合速率高于植物。與植物相比，植物二氧化碳飽和點(diǎn)低，而光飽和點(diǎn)高， 光合效率高， 這是判斷植物的標(biāo)準(zhǔn)之一。植物是通過途徑同化碳的植物，它同時(shí)具備和兩條途徑，途徑本身不能將還原成糖，只能改善的供應(yīng)，是一種輔助系統(tǒng)。從下圖中可知，植物 A 的光補(bǔ)償點(diǎn)（即在光照下，植物光合作用吸收的量與呼吸作用釋放的量達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)外界環(huán)境中的濃度）高，它是植物。植物B 是植物。綜合上述各點(diǎn)，可知 C4 植物的光呼吸低于 C3 植物。 C3 植物的光呼吸很明顯，故亦稱為光呼吸植物或高光呼吸植物； C4 植物的光呼吸很低， 幾乎測量不出， 故亦稱為非光呼吸