C3植物、C4植物和CAM植物的比较.ppt
C3、C4和CAM植物的光合特性比较..
C3植物、C4植物和CAM植物主要光合特征和生理特征 特征 1、植物类型 C3植物 C4植物 CAM植物
典型温带植 典型热带或亚 典型干旱地区 物 热带植物 植物 39±17 有Kranz型结 构，常具有两 种叶绿体 3.9±0.6 PEPC, Rubisco C4和C3途径 通常较低 无Kranz型结 构，只有一种 叶绿体 2.5~3.0
C4植物光合作用特点：
C4途径(叶肉 细胞中的叶绿 体) CO2 酶 C3(PEP) ADP+Pi C5 C4 C3途径和CO2的还 原(维管束鞘细胞 中的叶绿体)
C4
CO2
2C3 多种酶 参加催化
NADPH NADP+ ATP ADP+Pi
C3 ATP （丙酮酸） （CH2O）
C4植物光合作用特点示意图
C3（PEP） C3 C5
多种酶参加 催化
NADP+ ATP ADP+Pi
C3ADP+Pi 和 C4 植物光合途径的比较 ATP （丙酮酸）
2、C3植物和C4植物光合作用途径比较
项目 种类
（CH2O）
CO2固定 CO2的受体 后产物 C5 PEP （ C3 ） 2C3 C4
C3植物 C4植物
CO2固定 的场所 叶肉细胞叶 绿体 叶肉细胞叶 绿体
①羧化酶种类和所在位置
②卡尔文循环固定的CO2来源
③进行卡尔文循环的叶绿体位置
④同化CO2和进行卡尔文循环
C3、C4、CAM植物的羧化酶种类和 位置的比较
C3植物
C4植物
CAM植物
2、PEP羧化酶对CO2的亲和力强
C4植物PEP羧化酶对CO2的亲合力高 PEP羧化酶对CO2的亲合力高，Km=7μ mol，而 Rubisco对CO2的亲合力弱，Km=450μ mol，前者 对CO2的亲和力比后者强很多，因此C4植物的PEP 羧化酶就可把外界低浓度的CO2运到鞘薄壁细胞中， 起到CO2泵的作用，增加维管束鞘薄壁细胞的 [CO2]/[O2]比率，改变Rubisco的作用方向，羧化 大于加氧，因C4植物在光照下只产生少量的乙醇酸， 光呼吸非常低。
C3植物与C4植物区别
1．形态结构的区别
两类植物在叶绿体的结构及分布上分歧（见表1），因C3植物的维管束不含叶绿体，叶脉颜色较浅；C4植物的维管束含叶绿体，叶脉绿色较深有呈“花环型”的两圈细胞。
表1 C3和C4植物的叶绿体分布、结构与功能比较
2．光合作用途径的区别
C3植物与C4植物在光反应阶段完全相同，都通过光反应发生O2、[H]（实质是NADPH）和ATP，为暗反应阶段提供同化力[H]和ATP。
但其暗反应途径纷歧样，见表2。
表2 C3植物与C4植物光合作用暗反应阶段的场合与过程比较
C3植物整个光合作用过程都是在叶肉细胞里进行的，光合作用的产品只积累在叶肉细胞中。
C4植物中C4途径固定的CO2转移到C3途径是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的暗反应过程也是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的产品也主要积累在维管束鞘细胞中。
4．适应能力的区别
一是因C4植物叶肉细胞的叶绿体固定CO2的酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（简称PEP羧化酶）与CO2的亲和力强于C3植物叶绿体内固定CO2的酶。
二是C4植物与C3植物相比，光照较强时，其光呼吸明显弱于C3植物，因而在光照较强的环境中，前者的产量较高。
基于以上原因，在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔关闭。
此时，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用、光呼吸较弱，而C3植物不但不克不及利用细胞间隙中的CO2进行光合作用、光呼吸也较强，因而，C4植物比C3植物更能适应高温、光照强烈和干旱的环境。
C3植物与C4植物区别.pptx
叶肉细胞 为典型叶绿体 能进行光反应，通过 C4 途径固定 CO2
C4
维管束鞘细 较多、较大，叶
胞
绿 体 不 含 类 囊 不进行光反应，能够进行暗反应
体
2．光合作用途径的区别 C3 植物与 C4 植物在光反应阶段完全相同，都通过光反应产生 O2、[H]（实质 是 NADPH）和 ATP，为暗反应阶段提供同化力[H]和 ATP。但其暗反应途径不一样， 见表 2。
一是因 C4 植物叶肉细胞的叶绿体固定 CO2 的酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶
（简称 PEP 羧化酶）与 CO2 的亲和力强于 C3 植物叶绿体内固定 CO2 的酶。
1
二是 C4 植物与 C3 植物相比，光照较强时，其光呼吸明显弱于 C3 植物，因而 在光照较强的环境中，前者的产量较高。
基于以上原因，在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔关闭。 此时，C4 植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的 CO2 进行光合作用、光呼吸 较弱，而 C3 植物不仅不能利用细胞间隙中的 CO2 进行光合作用、光呼吸也较强， 因而，C4 植物比 C3 植物更能适应高温、光照强烈和干旱的环境。
3．光合作用产物积累部位的区别 C3 植物整个光合作用过程都是在叶肉细胞里进行的，光合作用的产物只积累 在叶肉细胞中。C4 植物中 C4 途径固定的 CO2 转移到 C3 途径是在维管束鞘细胞中进 行的，光合作用的暗反应过程也是在维管束鞘细胞中进行的，光合作用的产物也 主要积累在维管束鞘细胞中。 4．适应能力的区别
表 2 C3 植物与 C4 植物光合作用暗反应阶段的场所与过程比较
植 物 分 场所 类
暗反 应 途径 反 应 过 程
C3 叶肉细胞叶绿体 C3
叶肉细胞叶绿体 C4
光合作用—C3、C4、CAM区别
光合作用光合作用可分为：光反应和碳反应（旧称暗反应）两个阶段。
光反应条件：光照、光合色素、光反应酶。
场所：叶绿体的类囊体薄膜。
（蓝细菌等微生物的反应场所在细胞膜：色素所在地）过程：①水的光解：2H2O→4[H]+O2（在光和叶绿体中的色素的催化下）。
②ATP的合成：ADP+Pi+能量→ATP（在酶的催化下）。
影响因素：光照强度、CO2浓度、水分供给、温度、酸碱度、矿质元素等。
意义：①光解水，产生氧气。
②将光能转变成化学能，产生ATP，为碳反应提供能量。
③利用水光解的产物氢离子，合成NADPH（还原型辅酶Ⅱ），为碳反应提供还原剂NADPH（还原型辅酶Ⅱ）。
碳反应条件：多种酶。
场所：叶绿体基质。
过程：①碳的固定：C5+CO2→2C3(在酶的催化下)②C3+[H]→(CH2O)+C5(在ATP供能和酶的催化下)影响因素：温度、CO2浓度㊣卡尔文循环（Calvin Cycle）可分为三个阶段: 羧化（碳的固定）、还原（3-磷酸甘油醛(G3P(PGAL))的合成）、二磷酸核酮糖的再生。
卡尔文循环，又称还原磷酸戊糖循环（以对应呼吸作用中的氧化磷酸戊糖途径）、C3循环（CO2固定的第一产物是三碳化合物）、光合碳还原，还是光合作用的暗反应的一部分。
反应场所为叶绿体内的基质。
㊣固碳作用：※碳三植物（小麦、水稻、大豆、棉花等）二氧化碳经气孔进入叶片后，直接进入叶肉进行卡尔文循环。
而C3植物的维管束鞘细胞很小，不含或含很少叶绿体，卡尔文循环不在这里发生。
※碳四植物（玉米、甘蔗、高粱、苋菜等）碳四植物维管束周围有两种不同类型的细胞：靠近维管束的内层细胞称为鞘细胞，围绕着鞘细胞的外层细胞是叶肉细胞。
①叶肉细胞里的磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）经PEP羧化酶的作用，与CO2结合，形成苹果酸或天门冬氨酸。
②这些四碳双羧酸转移到鞘细胞里，通过脱羧酶的作用释放CO2，后者在鞘细胞叶绿体内经核酮糖二磷酸(RuBP)羧化酶作用，进入光合碳循环（卡尔文循环。
C3C4CAM植物光合作用之比较
C3 植物 代表植物 瓜、東亞蘭、拖鞋蘭 植物主要分佈 溫帶地區 地區 CO2 固定效率 最適溫度 最初發現者 葉解剖特性 1957 年卡爾文(Calvain) 1. 維管束鞘細胞不含葉綠 體。 2. 葉肉細胞較分散。 氣孔開放時間 白天 1966 年 Hatch、Slack 1. 維管束鞘細胞含有葉綠 體。 2. 葉肉細胞較密集。 白天 晚上 PS.水分充足:氣孔白天開， 變成類似 C3 植物模式。 光固定 CO2 之 主要途徑 固碳位置 與 CO2 結合的 化合物 固碳酵素 PEP 羧化酶 PEP 羧化酶 > Rubisco 草醋酸→蘋果酸(4C) 葉肉細胞 RuBP(5C) PCR 循環 PCA 循環 + PCR 循環 (以空間分隔) 葉肉細胞 磷酸烯醇丙酮酸(PEP) (3C) CAM 循環 + PCR 循環 (以時間分隔) 葉肉細胞 晚上:磷酸烯醇丙酮酸 (PEP) (3C) 白天:RuBP(5C) Rubisco 對 CO2 的親和力: 固碳產物 3-磷酸甘油酸(3-PGA)(3C) PEP 羧化酶 → 在低 CO2 環境下 C4 比 C3 固碳效率好 晚上: 3-磷酸甘油酸 (3-PGA)(3C) 白天:草醋酸→蘋果酸(4C) 卡爾文循環進 葉肉細胞 行位置 光飽和點 全日照 1/3 無 無 維管束鞘細胞 葉肉細胞 19 世紀後期 1. 葉肉細胞呈海綿狀，且 有巨大液胞。 20~30℃ 30~40℃ 35℃ C4 植物 草、多數禾本科植物 熱帶、亞熱帶地區 CAM 植物 科等多肉植物、萬代蘭 乾燥的熱帶沙漠地區 稻、麥、馬鈴薯、番茄、胡 甘蔗、玉米、高粱、熱帶牧 仙人掌科、龍舌蘭科、景天
C3、C4和CAM植物的光合特性比较
C3还原 的场所 叶肉细胞叶 绿体 维管束鞘细 胞叶绿体
暗反应 途径 C3途径 C3途径 C4途径
二、生理特性
在生理上，C4植物一般比C3植物具有较强的
光合作用，这是与C4植物的磷酸烯醇式丙酮 酸羧化酶活性较强，光呼吸很弱有关。
1、羧化酶种类和位置 2、PEP羧化酶对CO2的亲和力强
1、羧化酶种类和位置
C3（PEP） C3 C5
多种酶参加 催化
NADP+ ATP ADP+Pi
C3ADP+Pi 4植物光合途径的比较 和C ATP （丙酮酸）
2、C3植物和C4植物光合作用途径比较
项目 种类
（CH2O）
CO2固定 CO2的受体 后产物 C5 PEP （ C3 ） 2C3 C4
C3植物 C4植物
CO2固定 的场所 叶肉细胞叶 绿体 叶肉细胞叶 绿体
C4植物
PEP 草酰乙 酸 16~18
CAM植物
光下：RuBP ； 暗中：PEP 光下：PGA；暗 中：草酰乙酸 0.2
8、CO2固定的最初产 PGA 物 0.30~0.35 9、PEP羧化酶活性 [μ mol/(mg Chl. min)]
10、光合速率 [CO2mg/(dm2.h)]
12、光饱和点
C4植物光合作用特点：
C4途径(叶肉 细胞中的叶绿 体) CO2 酶 C3(PEP) ADP+Pi C5 C4 C3途径和CO2的还 原(维管束鞘细胞 中的叶绿体)
C4
CO2
2C3 多种酶 参加催化
NADPH NADP+ ATP ADP+Pi
C3 ATP （丙酮酸） （CH2O）
C4植物光合作用特点示意图
C3植物和C4植物比较
C3植物：在光照强度较低时光合作用效率较高 C3植物：在光照强度较高时光合作用效率降低 C4植物：在光照强度较高时物：适应于湿润、肥沃的 土壤
C4植物：适应于干旱、贫瘠的 土壤
C3植物：在湿润、肥沃的土壤 中生长良好
C4植物：在干旱、贫瘠的土壤 中具有更强的生存能力
光反应：吸收 光能产生TP和
NDPH
暗反应：固定 CO2合成有机
物
光呼吸：消耗 光反应产生的 TP和NDPH释放
CO2
光合作用效率： C4植物比C3植物 更高因为C4植物 可以更有效地利 用光能提高光合
作用效率。
光反应阶段：C3植物在光反应阶段产生TP和NDPH而C4植物在光反应阶段产生TP和NDPH但 NDPH的生成量较少。
C3植物与C4植物 的应用前景比较
C3植物：广泛应用于农业生产如小麦、水稻等 C4植物：在热带地区具有较高的利用价值如甘蔗、玉米等 C3植物：在温带地区具有较高的利用价值如小麦、水稻等 C4植物：在热带地区具有较高的利用价值如甘蔗、玉米等
C3植物：在生态修复中C3 植物可以吸收大气中的二 氧化碳降低温室气体排放 减缓全球变暖。在环境保 护中C3植物可以吸收土壤 中的重金属和有毒物质降 低土壤污染。
C4植物：在生态修复中C4 植物可以快速生长提高土 壤肥力促进生态系统的恢 复。在环境保护中C4植物 可以吸收大气中的二氧化 硫等有害气体降低空气污 染。
比较：C3植物和C4植物 在生态修复和环境保护 中都有各自的优势可以 根据不同的环境和需求 选择合适的植物种类。
C3植物：适 合用于生产生 物乙醇、生物 柴油等生物能
C3植物与C4植物的比 较
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C3植物与C4植物概 述
C3、C4、CAM植物的某些光合特征和生理特征比较
白天
晚上
光呼吸
高，易测出
低，难测出
低，难测出
耐旱性
弱
强
极强
0.30~0.35
16~18
0.2
光合速率
[μmol/(m2·s)]
10~25
25~50
0.6~2.5
CO2补偿点(mg/L)
30~70
﹤10
暗中：﹤5
饱和光强
全日照1/2
无
同C4植物
光合最适温度（℃）
15~25
30~47
≈35
蒸腾系数（g干重/kg水分）
450~950
250~350
18~125
气孔Байду номын сангаас开
叶绿素a/b
2.8±0.4
3.9±0.6
2.5~3.0
主要CO2固定酶
Rubisco
PEPC，Rubisco
PEPC，Rubisco
CO2固定途径
只有C3途径
C4和C3途径
CAM和C3途径
最初CO2受体
RuBP
PEP
光下：RuBP
暗中：PEP
CO2固定的最初产物
PGA
OAA
光下：PGA
暗中：OAA
PEP羧化酶活性[μmol/(mg·Chl·min)]
C3、C4、CAM植物的某些光合特征和生理特征比较
特征
C3植物
C4植物
CAM植物
植物类型
典型温带植物
典型热带或亚热带植物
典型干旱地区植物
生物产量[t干重/(hm2·a)]
22±0.3
39±17
通常较低
叶结构
无“花环型”结构，只有一种叶绿体
C3植物与C4植物区别
1．形态结构的区别
两类植物在叶绿体的结构及散布上不同（见表1），因C3植物的维管制不含叶绿体，叶脉颜色较浅；C4植物的维管制含叶绿体，叶脉绿色较深有呈“花环型”的两圈细胞。
表1 C3和C4植物的叶绿体散布、结构与功能比较
2．光合作用途径的区别
C3植物与C4植物在光反映时期完全相同，都通过光反映产生O2、[H]（实质是NADPH）和ATP，为暗反映时期提供同化力[H]和ATP。
但其暗反映途径不一样，见表2。
表2 C3植物与C4植物光合作用暗反映时期的场所与进程比较
物积存部位的区别
C3植物整个光
合作用进程都是在
叶肉细胞里进行
的，光合作用的产
物只积存在叶肉细
胞中。
C4植物中C4
途径固定的CO2转
移到C3
途径是在维管制鞘细胞中进行的，光合作用的暗反映进程也是在维管制鞘细胞中进行的，光合作用的产物也要紧积存在维管制鞘细胞中。
4．适应能力的区别
一是因C4植物叶肉细胞的叶绿体固定CO2的酶——磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（简称PEP羧化酶）与CO2的亲和力强于C3植物叶绿体内固定CO2的酶。
二是C4植物与C3植物相较，光照较强时，其光呼吸明显弱于C3植物，因此在光照较强的环境中，前者的产量较高。
基于以上缘故，在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物的气孔关闭。
此刻，C4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO2进行光合作用、光呼吸较弱，而C3植物不仅不能利用细胞间隙中的CO2进行光合作用、光呼吸也较强，因此，C4植物比C3植物更能适应高温、光照强烈和干旱的环境。
C3植物、C4植物和CAM植物的比较
1、C3植物、C4植物和CAM植物 的定义和基本特点
C3植物是指通过卡尔文循环进行光合作用的植物，它们在二氧化碳固定时使 用酶 Rubisco。C4植物是指通过C4途径进行光合作用的植物，它们在二氧化碳固 定时使用酶 PEPC。而CAM植物则是指通过CAM途径进行光合作用的植物，它们在 二氧化碳固定时使用酶 PEP羧化酶。
C4植物的进化
C4植物是指通过C4途径进行二氧化碳固定的植物。这类植物的光合作用效率 较C3植物更高，且受环境因素影响更小。其进化历程大致如下：
C4植物可能最初出现在约6千万年前，当时地球大气中的二氧化碳浓度开始 逐渐降低，导致全球气候逐渐变得干旱。为了适应这种环境，一部分C3植物开始 尝试进行C4途径固定二氧化碳。成功适应这一转变的植物逐渐繁衍开来，形成了 现在约20%的全球植被。典型的C4植物包括玉米、甘蔗等。
分利用效率适应性最强。此外这三种类型的植物在基因组方面也存在差异具 有各自的独特性和进化发展历程。
未来发展方向：针对三种不同类型的植物的特点和优劣我们可以得出以下发 展方向：首先，针对C3植物的光合作用过程可以通过基因工程技术手段来提高它 们的二氧化碳固定能力和光能利用率从而提高其产量；其次针对C4植物在恶劣环 境下的适应能力可以通过深入探究它们的生理机制和基因表达模式来提高它们的 环境适应性并培育出耐旱、耐盐等新品种；最后针对CAM植物的
C3植物的进化
C3植物是指通过卡尔文循环进行二氧化碳固定的植物。这类植物的光合作用 效率较高，但受环境因素影响较大。其进化历程大致如下：
最初的C3植物可能出现在约2.5亿年前，当时地球大气中的二氧化碳浓度较 高，导致全球气候温暖湿润，适合这种植物生长。随着时间的推移，地球气候逐 渐变得干燥，C3植物为了适应这种环境，开始在自身生理代谢上做出调整，例如 增加气孔开度、加强水分吸收等。这些调整使得C3植物能够在干旱条件下生存并 逐渐繁衍开来。现在，C3植物已经成为了地球上最为普遍的一类植物，包括了如 水稻、小麦、大豆等重要的农作物。
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5、光合速率 [CO2mg/(dm2.h)]
15~35
C4 40~80
光下：C3；暗中： C4
1~4
为什么C4植物比C3植物生物产量高？
1、C4植物CO2固定酶活性比C3植物的 高，对CO2的结合力强。 2、C4植物比C3植物光呼吸低 3、C4植物耐高光强，耐高温，耐干旱、 耐高氧。 4、C4植物光合产物运输快
C3、C4和CAM植物的比较
光合作用的反应式概括为：
光能
CO2+H2O
（CH2O）+ O2
叶绿体
原料——CO2+H2O 产物——(CH2O)+O2
动力—— 太阳光 场所——叶绿体
光合作用的过程
光能
CO2+H2O
（COH22O）+ O2
光能
H2O
叶绿体
水在光下分解
[H] 供氢
叶绿体
还
中的色 素
ATP 供能 原
C3植物、C4植物和CAM植物主要光合特征和生理特征
特征
C3植物
C4植物
CAM植物
1、植物类型
典型温带植物 典型热带或亚热 典型干旱地区植
带植物
物
2.生物产量 [t干重/(ha2.a)]
22±0.3
39±17
通常较低
3、CO2固定途径 只有C3途径 C4和C3途径
CAM和C3途径
4、CO2固定的最初 C3 产物
2c3 固
定
co2
多种酶
参加催化 C5
酶
ADP+Pi
(CH2O) [有机物]
光反应阶段
(类囊体膜）
暗反应阶段
（叶绿体基质）
C4植物光合作用特点：
C3植物、C4植物和CAM植物的某些特征和生理特征比较
特征比较
CAM植物
典型干旱地区植物
通常较低
无“花环型”结构， 只有一种叶绿体 2.5~3.0
PEP羧化酶，Rubisco
在不同时间分别进行 CAM 和卡尔文循环 光下：RuBP;暗中： PEP 光下：PGA；暗中：
0.2 0.6~2.5 暗中：﹤5 同C4植物 ≈35 18~125 晚上 低，难测出 极强
11 CO2补偿点∕（mg·l﹣¹)
30~70
12 饱和光强
全日照1∕2
13 光合最适温度∕℃
15~25
14 蒸腾比率∕(gDW·kg﹣¹H2O) 450~950
15 气孔张开
白天
16 光呼吸
高，易测出
17 耐旱性
弱
PEP
OAA
16~18
25~50 ﹤10 无 30~47 250~350 白天 低，难测出 强
C3植物、C4植物和CAM植物的某些特征和生理特征比较
序 号
特征
1 植物类型
C3植物 典型温带植物
C4植物
典型热带或 亚热带植物
2
生物产量∕ （tDW·hm﹣²·a﹣¹)
3 叶结构
4 叶绿体a／b
5 CO2固定酶
22±0.3
39±17
无“花环型”结 有“花环型”结
构，
构，
只有一种叶绿体 常具有两种叶绿体
2.8±0.4
3.9±0.6
PEP羧化酶，
Rubisco
Rubisco
6 CO2固定途径
在不同空间分别进
只有卡尔文循环
行C4 途径和卡尔文循环
7 最初CO2接受体
RuBP
8 CO2固定的最初产物
PGA
C3植物、C4植物与CAM植物
C3植物、C4植物与CAM植物标题: C3植物、C4植物与CAM植物摘要: [C3植物、C4植物与CAM植物]在高等植物中，光合碳同化主要有3种类型：C3途径，C4途径和景天酸代谢途径(CAM)。
C3植物中，CO2的固定主要取决于1，5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)的活化状态，因为该酶是光合碳循环的入口钥匙。
它催化1，5-二磷酸核酮糖(RuBP)羧化，将大气中的CO2同化，产生两分子磷酸甘油酸，可见RuBPCase在C3植物中同化CO2的重要性。
C4植物是从C3植物进化而来的一种高光效种类。
与C3植物相比，它具有在高光强……[关键词:叶绿体活性基因外稃细胞质叶片大豆]……关键词: 叶绿体活性基因外稃细胞质叶片大豆在高等植物中，光合碳同化主要有3种类型：C3途径，C4途径和景天酸代谢途径(CAM)。
C3植物中，CO2的固定主要取决于1，5-二磷酸核酮糖羧化酶(RuBPCase)的活化状态，因为该酶是光合碳循环的入口钥匙。
它催化1，5-二磷酸核酮糖(RuBP)羧化，将大气中的CO2同化，产生两分子磷酸甘油酸，可见RuBPCase在C3植物中同化CO2的重要性。
C4植物是从C3植物进化而来的一种高光效种类。
与C3植物相比，它具有在高光强，高温及低CO2浓度下，保持高光效的能力。
C4植物固定CO2的酶为磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPCase)，与C3作物中RuBPCase相比，PEPCase对CO2的亲和力高。
C4植物的细胞分化为叶肉细胞和鞘细胞，而光合酶在两类细胞中的分布不同，如PEPCase在叶肉细胞固定CO2，生成草酰乙酸(OAA)，OAA进一步转化为苹果酸(Mal)，Mal进入鞘细胞，脱羧，被位于鞘细胞内的RuBPCase羧化，重新进入卡尔文循环。
这种CO2的浓缩机理导致了鞘细胞内的高浓度的CO2，一方面提高RuBPCase的羧化能力，另一方面又大大抑制了RuBPCase的加氧活性，降低了光呼吸，从而使C4植物保持高的光合效率。
人教版 必修一 微专题三 C3、C4、CAM植物及光呼吸 课件 (36张)
3.CAM途径：在CAM植物中，碳捕 获和固定的反应在时间上是分离的。 首先，在晚上(此时蒸腾速率低)捕获 CO2，然后转变成苹果酸存储在液泡 中。到了白天，气孔关闭，苹果酸脱 羧，使得叶绿体中Rubisco周围CO2浓 度升高。大量的苹果酸存储需要更大的液泡和细胞，因此CAM植物一般 具有肉质的茎叶。
(3)由图可见，光呼吸和光合作用的关系密切，它们之间的关系可以作一 形象的理解：糖工厂内(进行光合作用的细胞，特别是植物)的葡萄糖生 产线(光合作用)因一部机器(Rubisco)构造不完善，一部分原材料(C5)不断 被错误加工，产出次品(磷酸乙醇酸)，虽然有一补救措施，可将次品重 加工并再次投入生产线，但是整个过程却是非常费时费力的。这个错误 加工和补救的过程就是光呼吸。
例1 下列有关C3植物和C4植物代谢和结构特点的描述，正确的是 A.C3植物多为阴生植物，C4植物多为阳生植物
√B.在进行光合作用时，C3植物和C4植物将CO2中的C分别首先转移到C3和
C4中 C.C3植物的叶肉细胞具有正常叶绿体，C4植物的叶肉细胞具有无基粒的
叶绿体
D.C4植物的维管束鞘外有“花环型”的两圈细胞
跟踪训练
123456
1.下列关于高粱和玉米叶的结构及其光合作用过程的叙述，正确的是
①围绕着维管束鞘的叶肉细胞排列疏松 ②叶肉细胞的叶绿体有正常的
基粒 ③NADPH储存了能量，并具有还原性 ④CO2中的C首先转移到
C4中，然后才转移到C3中 ⑤光能转化为电能时，电子的最终受体是
ATP和NADP＋
A.①③⑤
2.光呼吸的危害 如果在较强光照下，光呼吸加强，使得C5氧化分解加强，一部分碳以 CO2的形式散失，从而减少了光合产物的形成和积累。其次，光呼吸过 程中消耗了ATP和NADPH，即造成了能量的损耗。
c3c4cam植物的区别
c3c4cam植物的区别
C3C4CAM植物在光合作用和碳固定方面存在一些显著的区别。
1. 碳固定：C3途径是植物通过C3途径，利用光反应产生的能量，将二氧化碳固定到3个碳原子中，生成富含三个碳原子的三碳酸分子。
而CAM途径是C4途径，这种途径中，植物通过CAM循环将二氧化碳固定到四个碳原子中，生成富含四个碳原子的四碳二碳酸分子。
2. 光反应：在光反应阶段，C3植物是将二氧化碳固定到3个碳原子上的，而CAM植物则是将二氧化碳固定到四个碳原子上的。
3. 温度适应：CAM植物在温度方面比C3植物更具适应性。
CAM植物在夜间进行二氧化碳的吸收和固定，这有助于降低夜间温度，减少水分蒸发。
4. 水分利用：CAM植物在水分利用方面也较C3植物更为高效。
CAM植物在夜间进行光合作用，这有助于减少水分蒸发，从而更高效地利用水分。
总的来说，CAM植物在碳固定、温度适应和水分利用方面相比C3植物具有更高的效率。
然而，CAM植物的生物量通常比C3植物低，且CAM植物的种植和管理更为复杂。
C3植物和C4植物
亚硝 反硝化细菌
酸盐
O2不足 反硝化作用
硝化作用 硝化细菌
氨化作用
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（三)生物固氮在农业生产中的应用
1.土壤可通过哪两条途径获得氮素？
1）含氮肥料的施用 8×107t
2）生物固氮
4×108t
2.提高豆科作物产量的有效措施是什么？
选择与该种豆科植物相适应的根瘤菌进行拌种 新开垦的农田和未种植过豆科作物的土壤
几种微生物在氮循环的作用及其在生态系统中的 地位
根瘤菌
在氮循环中作 用
将N2合成氨
代谢类型
异养需氧型
在生态系统中 的地位
消费者
圆褐固氮 菌 细菌、真 菌 硝化细菌
反硝化细 菌
将N2合成氨
将生物遗体中含氮 化合物转化为氨
将土壤中氨转化 为硝酸盐 硝酸盐—亚硝酸 盐—N2
异养需氧型 分解者
异养需氧型 分解者
重要途径，这一途径叫做固氮基因工程。
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生物固氮
❖一、概念：是指固氮微生物将大气中的氮 还原成氨的过程
❖二、固氮微生物的种类
共生固氮微生物 自生固氮微生物
▪ C4植物比C3植物高等。约75％的C4植物集中 在单子叶植物的禾本科中。热带和亚热带地区 C4植物比较多。同C3植物相比，C4植物叶脉的 颜色比较深。
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三、提高农作物的光能利用率
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光能利用率 ❖什么叫光合作用效率？
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ADP+Pi
ATP
（丙酮酸） （CH2O）
NADPH NADP+
ATP ADP+Pi
C4植物光合作用特点示意图
C3指的是含三个碳原子的化合物 3-磷酸甘油酸
C4指的是含四个碳原子的化合物 草酰乙酸
CAM植物是指具景天酸代谢途径（Crassulacean acid metabolism，简称CAM）的植物，多为多浆液植物。在 夜间通过开放的孔吸收CO2，形成草酰乙酸，然后在还原 成苹果酸；第二天光照后苹果酸从液泡中转运回细胞质和 叶绿体中脱羧，释放CO2被进入C3循环。CAM代谢是植 物为了在干旱热带地区生存下来，发展出的一套生存策略。 CO2的固定在时间上分开，这样就可以避免水分过快的流 失，因为气孔只在夜间开放以摄取CO2。
5、光合速率 [CO2mg/(dm2.h)]
15~35
C4 40~80
光下：C3；暗中： C4
1~4
为什么C4植物比C3植物生物产量高？
1、C4植物CO2固定酶活性比C3植物的 高，对CO2的结合力强。 2、C4植物比C3植物光呼吸低 3、C4植物耐高光强，耐高温，耐干旱、 耐高氧。 4、C4植物光合产物运输快
C3植物、C4植物和CAM植物主要光合特征和生理特征
特征
C3植物
C4植物
CAM植物
1、植物类型
典型温带植物 典型热带或亚热 典型干旱地区植
带植物
物
2.生物产量 [t干重/(ha2.a)]
22±0.3
39±17
通常较低
3、CO2固定途径 只有C3途径 C4和C3途径
CAM和C3途径
4、CO2固定的最初 C3 产物
C3、C4和CAM植物的比较
光合作用的反应式概括为：
光能
CO2+H2O
（CH2O）43;H2O 产物——(CH2O)+O2
动力—— 太阳光 场所——叶绿体
光合作用的过程
光能
CO2+H2O
（COH22O）+ O2
光能
H2O
叶绿体
水在光下分解
[H] 供氢
叶绿体
还
中的色 素
ATP 供能 原
常见C4植物有玉米、高粱、甘蔗、 谷子、向日葵、马齿苋等，一般起 源于热带地区
常见CAM植物有景天、仙人掌、菠萝、兰花、 百合、红豆杉等，主要是多汁液的植物。
2c3 固
定
co2
多种酶
参加催化 C5
酶
ADP+Pi
(CH2O) [有机物]
光反应阶段
(类囊体膜）
暗反应阶段
（叶绿体基质）
C4植物光合作用特点：
C4途径(叶肉 细胞中的叶绿 体)
C3途径和ＣＯ２的 还原(维管束鞘细 胞中的叶绿体)
CO2
C4 酶
C4
CO2
2C3
C3(PEP)
C5 多种酶 参加催化
C3