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、C4和CAM植物 的光合特性比较
主讲人：张文平 刘成 准备人员：曾子爽 赵媛媛
人们根据光合作用碳素同化的最初光合产物
的不同，把高等植物分成两类： (1)C3植物。这类植物的最初产物是3-磷酸甘 油酸(三碳化合物)，这种反应途径称为C3途 径，如水稻、小麦、棉花、大豆等大多数植 物。 (2) C4植物。这类植物以草酰乙酸(四碳化合 物)为最初产物，所以称这种途径为C4途径， 如甘蔗、玉米、高粱等。
叶绿体 含有 含有
植物类型
C3植物
C4植物
叶片的解剖 结构
叶绿体的类 型
无“花环型”结构
维管束鞘细胞及周围的一部分叶 肉细胞构成“花环型”结构
有两种类型的叶绿体，叶肉细胞 的叶绿体正常，维管束鞘细胞的 叶绿体没有基粒
有一种类型的叶绿体 ，主要位于叶肉细胞 中
2、淀粉粒形成的场所

C4植物通过磷酸烯醇式丙酮酸固定二氧化碳的反应是在叶肉 细胞中进行的，生成的四碳双羧酸转移到维管束鞘薄壁细胞 中，放出二氧化碳，参与卡尔文循环，形成糖类，所以甘蔗 、玉米等C4植物进行光合作用时，只有维管束鞘薄壁细胞形 成淀粉，在叶肉细胞中没有淀粉。而水稻等C3植物由于仅有 叶肉细胞含有叶绿体，整个光合过程都是在叶肉细胞里进行 ，淀粉亦只是积累在叶肉细胞中，维管束鞘薄壁细胞不积存 淀粉。
有少量CO2放出，即可被周围排列紧密的叶 肉细胞俘获，被高亲合力的PEP羧化酶固定 ，重新运往鞘细胞。 在维管束鞘细胞中的基粒缺乏PSII，因此不 能产生氧，使光呼吸不易进行。因此，C4植 物又称为低光呼吸植物。
C3、C4 植物的一些条件比较
C4植物耐高光强，耐高温，耐干旱。
C4植物的光饱合点高，达全日照10万lux， C3植物的光饱合点低，4－5万lux。 C4植物起源于热带，耐高温，PEP羧化酶 以HCO3－为底物，高温对其溶解度影响不 大， C3植物的Rubisco以CO2为底物，高 温下溶解度降低。 C4最适温度30~40℃，C3最适温度10~25℃。
22±0.3 2.生物产量 [t干重/(ha2.a)] 3、叶结构 无Kranz型 结构，只有 一种叶绿体 ４、叶绿素a/b 2.8±0.4 ５、主要CO2固 Rubisco 定酶 6、CO2固定途 只有C3途径 径
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
一般来说，C4植物比C3植物具有较强的 光合作用
原因可从两方面来讨论
一、叶片结构 二、生理特性
一、叶片结构
1、叶片的显微结构——重点比较维管束鞘细胞结构
C4植物叶片的维管束薄壁细胞较大，其中含有许多较大的叶绿体，叶绿体没 有基粒或基粒发育不良；维管束鞘的外侧密接一层成环状或近于环状排列的 叶肉细胞，组成了“花环型”结构。这种结构是C4植物叶片所特有的特征。 叶肉细胞内的叶绿体数目少，个体小，有基粒。 C3植物的维管束鞘薄壁细胞较小，不含或很少叶绿体，没有“花环型”结构， 维管束鞘周围的叶肉细胞排列松散。
C4植物CO2补偿点低
C4植物的CO2补偿点比较低，为0~10mg/L, 而C3植物CO2补偿点比较高，为50~150mg/L。 因此C4植物成为低补偿植物，C3植物称为高补 偿植物。当外界干旱时，C4植物就能利用低含 量的CO2继续生长，所以在干旱环境中，C4植 物比C3植物生长好。
C4作用光呼吸在维管束鞘细胞中进行，一旦
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
栅栏组织 维管束 鞘细胞 海绵组织
维 ห้องสมุดไป่ตู้ 束
维管束 鞘细胞 一部分叶 肉细胞
维 管 束
C 4 植物的叶片结构
维管束 鞘细胞 海绵组织
束
鞘细胞 一部分叶 肉细胞
C 4 植物的叶片结构
比较 类型
C 3 植物 C 4 植物
维管束鞘细胞 叶肉细胞 排 列 细胞大小 叶绿体 小 不含 排列疏松 “花环状 ”环绕在维管 大 含有 束鞘细胞外