C4植物與C3植物的比較

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)C3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C3途徑，如水稻、小麥、棉花、大豆等大多數(shù)植物。(2) C4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，組成了“花環(huán)型”結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)是C4植

2、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。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，主要位于葉肉細(xì)胞中有兩種類型的葉綠體，葉肉細(xì)胞的葉綠體正常，維管束鞘細(xì)胞的葉綠體沒有基粒二、淀粉粒形成的場所C4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

3、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。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

4、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CO2的親和力很大，這種酶就起一個“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，故亦稱為非光呼吸植物或低光呼吸植物。水稻、小麥等C3植