Główna różnica – rośliny C3 vs C4

Rośliny C3 i C4 to dwa rodzaje roślin stosujących cykle C3 i C4 odpowiednio podczas ciemnej reakcji fotosyntezy. Około 95% roślin na ziemi to rośliny C3. Trzcina cukrowa, sorgo, kukurydza i trawy to rośliny C4. Liście roślin C4 wykazują anatomię Kranza. Rośliny C4 są zdolne do fotosyntezy nawet w niskich stężeniach dwutlenku węgla oraz w gorących i suchych warunkach. Dlatego wydajność fotosyntezy w roślinach C4 jest wyższa niż jej wydajność w roślinach C3. ten główna różnica między roślinami C3 i C4 jest to pojedyncze wiązanie dwutlenku węgla obserwuje się w roślinach C3, a podwójne wiązanie dwutlenku węgla obserwuje się w roślinach C4.

W tym artykule omówiono,

1. Czym są rośliny C3? – Definicja, cechy, cechy, przykłady 2. Czym są rośliny C4? – Definicja, cechy, cechy, przykłady 3. Jaka jest różnica między roślinami C3 i C4?

Czym są rośliny C3

Rośliny C3 wykorzystują cykl Calvina jako mechanizm ciemnej reakcji w fotosyntezie. Pierwszym stabilnym związkiem wytwarzanym w cyklu Calvina jest 3-fosfoglicerynian. Ponieważ 3-fosfoglicerynian jest związkiem trójwęglowym, cykl Calvina nazywany jest cyklem C3. Rośliny C3 bezpośrednio wiążą dwutlenek węgla przez enzym, karboksylazę rybulozo-bisfosforanu (rubisco). Ta fiksacja zachodzi w chloroplastach komórek mezofilu. Cykl C3 przebiega w trzech krokach. Podczas pierwszego etapu dwutlenek węgla jest wiązany z pięciowęglowym cukrem, 1,5-bisfosforanem rybulozy, który jest alternatywnie hydrolizowany do 3-fosfoglicerynianu. Część 3-fosfoglicerynianów jest redukowana do fosforanów heksozowych, takich jak glukozo-6-fosforan, glukozo-1-fosforan i fruktozo-6-fosforan podczas drugiego etapu. Pozostały 3-fosfoglicerynian zawraca się, tworząc 1,5-fosforan rybulozy.

Optymalny zakres temperatur roślin C3 to 65-75 stopni Fahrenheita. Gdy temperatura gleby osiągnie 40-45 stopni Fahrenheita, rośliny C3 zaczynają rosnąć. Dlatego rośliny C3 nazywają się rośliny chłodne. Wydajność fotosyntezy spada wraz ze wzrostem temperatury. Wiosną i jesienią rośliny C3 stają się produktywne ze względu na wysoką wilgotność gleby, krótszy fotoperiod i niską temperaturę. Latem rośliny C3 są mniej wydajne ze względu na wysoką temperaturę i mniejszą wilgotność gleby. Rośliny C3 mogą być roślinami jednorocznymi, takimi jak pszenica, owies i żyto, lub wieloletnimi, takimi jak kostrzewa i sad. Na rysunku 1 pokazano przekrój liścia Arabidopsis thaliana, który jest rośliną C3. Komórki otoczki wiązki są pokazane w kolorze różowym.

Rysunek 1: Liść Arabidopsis thaliana

Czym są rośliny C4

Rośliny C4 wykorzystują cykl Hatch-Stack jako mechanizm reakcji w ciemnej reakcji fotosyntezy. Pierwszym stabilnym związkiem wytwarzanym w cyklu Hatch-Stack jest szczawiooctan. Ponieważ szczawiooctan jest związkiem czterowęglowym, cykl Hatch-Stack nazywa się cyklem C4. Rośliny C4 wiążą dwutlenek węgla dwukrotnie, w komórkach mezofilu, a następnie w komórkach osłonek wiązek, odpowiednio przez enzymy, odpowiednio karboksylazę fosfoenolopirogronianową i karboksylazę rybulozobisfosforanową (rubisco). Pirogronian fosfoenolu w komórkach mezofilu kondensuje się z dwutlenkiem węgla, tworząc szczawiooctan. Ten szczawiooctan staje się jabłczanem w celu przeniesienia do komórek osłonek pęczka Hisa. Wewnątrz komórek osłonki wiązki jabłczan ulega dekarboksylacji, dzięki czemu dwutlenek węgla jest dostępny dla cyklu Calvina w tych komórkach. Następnie dwutlenek węgla zostaje po raz drugi utrwalony wewnątrz komórek osłonowych wiązki.

Optymalna temperatura roślin C4 to 90-95 stopni Fahrenheita. Rośliny C4 zaczynają rosnąć w temperaturze 60-65 stopni Fahrenheita. Dlatego rośliny C4 nazywane są roślinami tropikalnymi lub ciepłymi sezonami. Rośliny C4 są bardziej wydajne w zbieraniu dwutlenku węgla i wody z gleby. Pory aparatów szparkowych wymieniające gaz są utrzymywane w stanie zamkniętym przez większość godzin w ciągu dnia, aby ograniczyć nadmierną utratę wilgoci w warunkach suchych i gorących. Roczne rośliny C4 to kukurydza, proso perłowe i trawa sudańska. Rośliny wieloletnie C4 to trawa bermudowa, trawa indyjska i proso rózgowe. Liście roślin C4 wykazują anatomię Kranza. Fotosyntetyzujące komórki osłonki wiązki pokrywają tkanki naczyniowe liścia. Te komórki otoczki wiązki są otoczone komórkami mezofilu. Przekrój poprzeczny liścia kukurydzy z anatomią Kranza pokazano na rycinie 2.

Rysunek 2: Liść kukurydzy

Różnica między roślinami C3 i C4

Alternatywne nazwy

Rośliny C3: Rośliny C3 nazywane są roślinami chłodnymi.

Rośliny C4: Rośliny C4 nazywane są roślinami ciepłymi.

Anatomia Kranza

Rośliny C3: Liście roślin C3 nie mają anatomii Kranza.

Rośliny C4: Liście roślin C4 posiadają anatomię Kranza.

Komórki

Rośliny C3: W roślinach C3 ciemną reakcję przeprowadzają komórki mezofilowe. Komórki otoczki wiązki nie zawierają chloroplastów.

Rośliny C4: W roślinach C4 ciemną reakcję przeprowadzają zarówno komórki mezofilowe, jak i komórki osłonki wiązki.

Chloroplasty

Rośliny C3: Chloroplasty roślin C3 są monomorficzne. Rośliny C3 zawierają tylko granulowane chloroplasty.

Rośliny C4: Chloroplasty roślin C4 są dimorficzne. Rośliny C4 zawierają chloroplasty zarówno granulowane, jak i granulowane.

Siatka obwodowa

Rośliny C3: W chloroplastach roślin C3 brakuje siateczki obwodowej.

Rośliny C4: Chloroplasty roślin C4 zawierają siateczkę obwodową.

Fotosystem II

Rośliny C3: Chloroplasty roślin C3 składają się z PS II.

Rośliny C4: Chloroplasty roślin C4 nie zawierają PS II.

Szpek

Rośliny C3: Fotosynteza jest hamowana, gdy aparaty szparkowe są zamknięte.

Rośliny C4: Fotosynteza zachodzi nawet wtedy, gdy aparaty szparkowe są zamknięte.

Wiązanie dwutlenku węgla

Rośliny C3: Pojedyncze wiązanie dwutlenku węgla występuje w roślinach C3.

Rośliny C4: Podwójne wiązanie dwutlenku węgla występuje w roślinach C4.

Efektywność wiązania dwutlenku węgla

Rośliny C3: Wiązanie dwutlenku węgla jest mniej wydajne i powolne w roślinach C3.

Rośliny C4: Wiązanie dwutlenku węgla jest bardziej wydajne i szybsze w roślinach C4.

Wydajność fotosyntezy

Rośliny C3: Fotosynteza jest mniej wydajna w roślinach C3.

Rośliny C4: Fotosynteza jest wydajna w roślinach C4.

Fotooddychanie

Rośliny C3: Fotooddychanie występuje w roślinach C3, gdy stężenie dwutlenku węgla jest niskie.

Rośliny C4: Przy niskich stężeniach dwutlenku węgla nie obserwuje się fotooddychania.

Optymalna temperatura

Rośliny C3: Optymalny zakres temperatur roślin C3 to 65-75 stopni Fahrenheita.

Rośliny C4: Optymalny zakres temperatur roślin C4 to 90-95 stopni Fahrenheita.

Enzym karboksylazy

Rośliny C3: Enzymem karboksylazy jest rubisco w roślinach C3.

Rośliny C4: Enzymem karboksylazy jest karboksylaza PEP i rubisco w roślinach C4.

Pierwsza stabilna mieszanka w ciemnej reakcji

Rośliny C3: Pierwszym stabilnym związkiem wytwarzanym w cyklu C3 jest trójwęglowy związek zwany kwasem 3-fosfoglicerynowym.

Rośliny C4: Pierwszym stabilnym związkiem wytwarzanym w cyklu C4 jest czterowęglowy związek zwany kwasem szczawiooctowym.

Zawartość białka w roślinie

Rośliny C3: Rośliny C3 zawierają wysoką zawartość białka.

Rośliny C4: Rośliny C4 zawierają niską zawartość białka w porównaniu do roślin C3.

Wniosek

Rośliny C3 i C4 wykorzystują różne reakcje metaboliczne podczas ciemnej reakcji fotosyntezy. Rośliny C3 stosują cykl Calvina, podczas gdy rośliny C4 używają cyklu Hatch-Slack. W roślinach C3 ciemna reakcja zachodzi w komórkach mezofilu przez wiązanie dwutlenku węgla bezpośrednio w 1,5-bisfosforanu rybulozy. W roślinach C4 dwutlenek węgla jest związany z pirogronianem fosfoenolu, tworząc jabłczan w celu przeniesienia do komórek osłonek pęczka Hisa, w których zachodzi cykl Calvina. Dlatego dwutlenek węgla jest utrwalany dwukrotnie w instalacjach C4. Aby dostosować się do mechanizmu C4, liście roślin C4 wykazują anatomię Kranza. Wydajność fotosyntezy jest wysoka u roślin C4 w porównaniu z roślinami C3. Rośliny C4 są zdolne do przeprowadzania fotosyntezy nawet po zamknięciu aparatów szparkowych. Dlatego główną różnicą między roślinami C3 i C4 są ich reakcje metaboliczne, zachodzące podczas ciemnej reakcji fotosyntezy.

Odniesienie: 1. Berg, Jeremy M. „Cykl Calvina syntetyzuje heksozy z dwutlenku węgla i wody”. Biochemia. Wydanie piąte. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna, 1 stycznia 1970 r. Sieć. 16 kwietnia 2017 r. 2. Lodish, Harvey. „Metabolizm CO2 podczas fotosyntezy”. Molekularna biologia komórki. Wydanie IV. Amerykańska Narodowa Biblioteka Medyczna, 1 stycznia 1970 r. Sieć. 16 kwietnia 2017 r.

Zdjęcie dzięki uprzejmości: 1. „Przekrój Arabidopsis thaliana, roślina C3” Autor: Ninghui Shi – Praca własna (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia 2. „Przekrój kukurydzy, roślina C4” Autor: Ninghui Shi – Praca własna, (CC BY-SA 3.0) przez Commons Wikimedia