Thực vật C₄ và CAM có con đường đồng hóa CO₂ như thế nào để đảm bảo chúng có thể tổng hợp được chất hữu cơ trong điều kiện môi trường bất lợi?

Thực vật C₄ và thực vật CAM có thêm chu trình cố định tạm CO₂ để đảm bảo nguồn cung cấp CO₂ cho quang hợp trong điều kiện khí khổng chủ động đóng một phần để tránh mất nước:

- Nhóm thực vật C₄ thích nghi với điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài (cường độ ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao, nồng độ CO₂ thấp và nồng độ O₂ cao). Trong điều kiện này, khí khổng đóng lại để tránh mất nước dẫn đến nồng độ CO₂ trong tế bào thấp. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng hô hấp sáng gây lãng phí sản phẩm của quá trình quang hợp. Tuy nhiên, ở thực vật C₄ nhờ có kho dự trữ CO₂ là malic acid được tạo ra do quá trình cố định tạm CO₂ ở tế bào nhu mô thịt lá mà thực vật C₄ vẫn có thể quang hợp bình thường trong điều kiện bất lợi này.

- Nhóm thực vật CAM thích nghi với khí hậu sa mạc hoặc các điều kiện khô hạn kéo dài (cường độ ánh sáng cao, thiếu nước). Trong điều kiện này, để tránh sự mất nước, các loài thực vật này đóng khí khổng vào ban ngày và mở khí khổng vào ban đêm để lấy CO₂. Tuy nhiên, quang hợp cần diễn ra khi có năng lượng ánh sáng (ban ngày). Do đó, con đường đồng hóa CO₂ ở thực vật CAM sẽ diễn ra theo cách riêng: cố định CO₂ vào ban đêm (dự trữ nguồn CO₂ cho chu trình Calvin), còn chu trình Calvin diễn ra vào ban ngày khi có ánh sáng. Nhờ đó, thực vật CAM vẫn có thể quang hợp bình thường trong điều kiện bất lợi này.

Lý thuyết Thực vật C4, Thực vật CAM 

THỰC VẬT C₄

1. Đại diện

Gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới như : mía, rau dền, ngô, cao lương, kê…

2. Chu trình quang hợp ở thực vật C₄

Pha tối gồm chu trình quang hợp ở thực vật C₄ bao gồm: cố định CO₂ tạm thời (chu trình C₄) và tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin. Cả hai chu trình đều diễn ra vào ban ngày, nhưng ở 2 loại tế bào khác nhau trên lá.

- Giai đoạn cố định CO₂ tạm thời diễn ra ở tế bào mô giậu

   + Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 hợp chất 3C (photphoenol pyruvic – PEP)

   + Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic – AOA), sau đó chuyển hóa thành một hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch

- Giai đoạn tái cố định CO₂ diễn ra ở tế bào bao bó mạch

   + AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit pyruvic

   + Axit pyruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo 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 bão hòa ánh sáng cao hơn, thoát hơi nước thấp hơn. Nhờ vậy, thực vật C₄ có năng suất cao hơn thực vật C₃ .

Thực vật CAM

- Thực vật CAM gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn (xương rồng) và các loài cây trồng như dứa, thanh long. Để tránh mất nước do thoát hơi nước, khí khổng của các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm. Do đó thực vật CAM cố định CO₂ theo con đường CAM.

- Con đường CAM giống với con đường C₄ chỉ khác là về thời gian: cả hai giai đoạn của con đường C₄ đều diễn ra vào ban ngày, còn đối với con đường CAM thì : giai đoạn cố định CO₂ tạm thời được thực hiện vào ban đêm, lúc khí khổng mở; còn giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin được thực hiện vào ban ngày, lúc khí khổng đóng.

Xem thêm một số kiến thức liên quan:

Lý thuyết Sinh học 11 Bài 9: Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM

Trắc nghiệm Sinh học 11 Bài 9: Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM