十种C4植物的分布地点和作用
中国C4植物名录
第48卷第5期2020年10月陕西林业科技Shaanxi Forest Science and TechnologyVol48 No5Oct2020中国C4植物名录翟增康，赵 珉，魏永胜**，刘虎岐，白 瑶收稿日期：2020-05-28基金项目：国家高技术研究发展计划（63计划）项目（013AA102904）国家中医药管理局2017年中医药公共卫生服务补助专项“全国中药资源普查项目”财社2017第66号）作者简介：翟增康（1998 — ），男，本科生。
*通信作者（西北农林科技大学 生命科学学院，陕西 杨凌712100）摘 要：C4植物具有耐高温、高光效、高水分与养分利用率、适应性强、生产效能高的特点，在生产实践、 科学研究、教学及生态保护方面都有很高的研究价值。
但目前没有专门收录我国C4植物种的工作。
为 此,本研究基于文献调查，对于我国现已经明确的C4植物及C3-C4中间型植物进行整理,以期为C4植物方面的研究提供更加全面而准确的参考。
本文共列出28科，178属,58种C4植物。
关键词：中国；C4植物；C3植物；名录；鉴别方法中图分类号:Q945. 11 文献标志码:A 文章编号= 1001-2117(2020)05-0071-19The List of C 4 Plant in ChinaZHAI Zeng-kang,ZHAO Min, WEI Yong-sheng * ,LIU Hu-qi,BAI Yao(College of Life Science , Northxvest A&^F University , 犢angling , Shaanxi 712100)Abstract :C4 plants are characterized by high temperature resistance , high light efficiency, high eff-cient in water and nutrient utilization ， strongadaptabilityandhighproductione f iciency Itisofhigh researchvalueinproductionpractice ， scientificresearch ， teachingandecologicalprotection Howev-er ， there is no special work to record C4 species in China Therefore ， thebasicliteraturesurveyinthis study was conducted to sort out the C4 plants and C3—C4 intermediate plants that have been i- dentifiedinChinasoastoprovideamorecomprehensiveandaccuratereferencefortheresearchonC4 plants A total of 658 species of C4 plants from 28 families ， 178generaarelistedinthispaperKeywords China ； C4plant ； C3plant ；list ；identification methodC4植物是兼具C3和C4两种CO 2固定途径 的一类高等植物［1，］。
我国荒漠植被中的C_4植物种类分布及其与气候的关系
1 .2 荒漠区气候资料分析
荒漠地区有沙漠 、戈壁 、风蚀雅丹地貌 、低山丘 陵 、山前平原 、土质平地等地貌类型 。在我国 142.7 万 km2的荒漠地区 , 分布有 8 大沙漠和 4 大沙地 , 分 别是塔克拉玛干沙漠 、古尔班通古特沙漠 、库姆塔格 沙漠 、柴达木盆地沙漠 、巴丹吉林沙漠 、腾格里沙漠 、 乌兰布和沙漠 、库布齐沙漠 、毛乌素沙地 、浑善达克 沙地 、科尔沁沙地 、呼伦贝尔沙地[ 20] 。 根据区域自 然特点和荒漠分布[ 20] , 将我国荒漠地区划分为 8 大 荒漠区 , 分别是 :Ⅰ 、塔里木盆地荒漠区 , Ⅱ 、准噶尔 盆地荒漠区 , Ⅲ 、新疆东部荒漠区 , Ⅳ 、柴达木盆地荒 漠区 , Ⅴ 、河西走廊荒漠区 , Ⅵ 、阿拉善高原荒漠区 , Ⅶ 、鄂尔多斯高原荒漠区 , Ⅷ 、东北西部及内蒙东部 荒漠区(图 1)。
图 1 中国荒漠 分布图 F ig .1 T he distribution map of de ser ts in China
对气候资料进行了分区统计分析 , 气象原始数 据来源于国家自然科学基金委“ 中国西部环境与生 态科学数据中心” , 根据 1951 —2008 年近 60 a 我国 北方气象站各气象要素资料得到 。 8 大荒漠区对应 的气象站分别为 :Ⅰ 区 :阿克苏 、拜城 、轮台 、库车 、库 尔勒 、吐尔尕特 、乌恰 、喀什 、阿合奇 、巴楚 、柯坪 、阿
1 研究方法
1 .1 C4 植物的判定
植物光合途径的鉴定按以下方法和顺序 :①光 合器官 δ13 C 值分析 。 将采集的植物叶片或同化枝 带回实验室用烘箱在 80 ℃下烘干 24 h , 制成供试样 品 , 用 M AT-252 质谱仪测定稳定碳同位素比率 , 对 δ13 C 值在高值范围和有争议的植物材料 , 重复制样 测定 2 ～ 3 次 。 C4 植物的 δ1 3 C 值在 -6 ‰～ -19 ‰ 之间 , C3 植 物在 -23 ‰ ～ -32 ‰之 间[ 13 -14] , CA M
C3植物和C4植物
C3植物和C4植物一、C4植物1、发现：水稻、小麦等大多数绿色植物，光合作用的暗反应阶段中，CO2 +C5→2C3(C3途径)，但科学家发现在玉米、甘蔗等热带植物中，用14C标记的少量14CO2提供植物光合作用时：14CO2−−−−→先转移到C4化合物中−−−−→然后转移到C3化合物中。
2、概念：CO2先转移到C4中，然后才能转移到C3中，即既有C3途径又有C4途径。
科学家将这类植物叫做C4植物。
而只有C3途径的叫做C3植物。
3、常见的C4植物(记住)：玉米、甘蔗、高粱、苋菜。
4、C3植物与C4植物叶绿体结构的特点(观察C3、C4植物叶片横切片)维管束：绿色植物的叶片中有由导管和筛管等构成的维管束。
34CO 2初次固定在PEP 羧化酶的作用下进行，这种酶与CO 2亲和力比C 3途径固定CO 2时酶的亲和力高60倍，可以使大气中含量很低的CO 2以C 4形式固定下来，再集中到维管束鞘细胞中。
科学家把这种独特作用形象地比喻为CO 2泵。
如图所示：CO 2 (低浓度)+ PEP −−→C 4 −−→CO 2(高浓度)−−→ 因此，在高温、光照强烈和干旱的条件下，绿色植物气孔关闭，这时C 4植物能够利用叶片内细胞间隙中含量很低的CO 2进行光合作用，而C 3植物则不能。
说明：C 4植物两次CO 2固定，第一次是C 4途径固定CO 2，需要消耗能量；第二次是C 3途径固定CO 2，不需要消耗能量。
2在光合作用固定CO 2形成的C 3化合物和C 4化合物中，14C 含量变化示意图正确的是（ ）考虑2：在C 4植物中，暗反应的进行必须有两种细胞共同参与，其中C 4途径在叶肉细胞中的叶绿体，C 3途径在维管束鞘细胞中的叶绿体，而只有C 3途径才产生光合产物，故C 4植物光合产物(如淀粉)形成只在_______________细胞中。
c4 植物名词解释
c4 植物名词解释
C4植物是一种光合作用途径，指的是一些植物通过特殊的生理
机制来优化光合作用的效率。
这种机制包括一种称为C4光合作用的
过程，其中二氧化碳的固定和转运被分为两个细胞类型，外层细胞
和内层细胞。
C4植物通常生长在热带和亚热带地区，如玉米、甘蔗、高粱等。
C4植物相对于C3植物（普通的光合作用途径）具有一些显著
的优势。
首先，C4植物能够在高温和干旱条件下更有效地利用光能
和水分。
它们通过将二氧化碳固定在外层细胞中，形成一个称为C4
酸的有机化合物，然后将C4酸转运到内层细胞中进行光合作用，这
样可以减少水分蒸腾和气孔开放时间，提高水分利用效率。
其次，C4植物对于光合作用的光饱和度更高，即它们能够在较
高的光强下继续进行光合作用，这使得它们具有更高的生长速率和
生产力。
这是因为C4植物的光合作用在外层细胞和内层细胞之间进
行分工合作，使得光能的利用效率更高。
此外，C4植物对于氮的利用也更高效。
它们能够通过C4酸的
转运，将二氧化碳浓度增加到内层细胞中，从而降低氧气浓度，减
少光呼吸的发生，提高光合作用的效率。
这使得C4植物能够在低CO2浓度和高光强条件下生长，对土壤中的氮利用更加高效。
总结起来，C4植物通过C4光合作用机制，在高温、干旱和高光强条件下更高效地利用光能和水分，具有更高的生长速率和生产力，并且对氮的利用更加高效。
这些特点使得C4植物在一些特定的环境条件下具有适应优势。
《C3植物和C4植物》课件
THANKS
C3植物和C4植物的未来发展
基因工程
通过基因工程技术培育具有优良性状 的C3和C4植物新品种，提高作物的产 量和抗逆性。
生态农业
全球气候变化
随着全球气候变化的影响，C3和C4植 物的分布和生长将受到一定影响，需 要加强研究以应对气候变化带来的挑 战。
结合生态学原理，发展生态农业模式 ，利用C3和C4植物的互补优势，实现 农业的可持续发展。
样在叶肉细胞中存储。
C4植物光合作用的过程
二氧化碳的固定
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
C4的转运
在叶肉细胞中，C4植物首先通过PEP羧化 酶将二氧化碳固定为四碳化合物（C4）。
形成的C4化合物被转运到维管束鞘细胞中 。
二氧化碳的释放与光合作用的进 行
光合产物的形成与转运
在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出所固 定的二氧化碳，供RuBP羧化酶使用，进行 光合作用的下一阶段。
在叶肉细胞中，光合产物进一步合成并被 转运到特定的组织中存储。
C4植物光合作用的效率
1 2
3
高二氧化碳固定效率
由于C4途径具有高效率的二氧化碳固定能力，使得C4植物 在二氧化碳浓度较低的环境下仍能维持较高的光合速率。
低光呼吸消耗
C4植物的光呼吸较低，这有助于减少能量损失，提高光合作 用的效率。
高温下的稳定性
C3植物是植物界中最为普遍的一类，包括了许多农作物和树木，如小麦、玉米、 大豆、杨树等。
C4植物定义
C4植物是指在光合作用过程中，最初产物为四碳酸的植物。 这类植物通过一种特殊的机制，将二氧化碳固定在维管束鞘 细胞中，并在叶肉细胞中进行光合作用。
C4植物在形态和结构上具有一些特点，如叶子呈现出特殊的 “花环状”结构，茎部比较粗壮等。常见的C4植物包括玉米 、高粱、甘蔗等。
十种C4植物的分布地点和作用
THANKS
十种C4植物的分布地点和作 用
汇报人：XX
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目录
• 引言 • C4植物的分布地点 • C4植物的作用 • C4植物的生态和经济价值 • C4植物的未来研究方向和应用前景
01
引言
目的和背景
探讨C4植物在全球生态系统中的重要性和作用 分析C4植物的分布地点及其与环境的适应性 为农业生产和生态保护提供理论依据和实践指导
典型代表
中国、印度、东南亚和南美洲等国是苋菜的主要生产地区。
苜蓿
主要分布地区
苜蓿主要分布在温带地区，包括欧洲、亚洲和北美洲的部分地区。
典型代表
美国、加拿大、中国和俄罗斯等国是苜蓿的主要生产国。
莎草
主要分布地区
莎草是一种广泛分布的C4植物，主要 分布在热带、亚热带和温带地区的沼 泽、湿地和水田等环境中。
它们通过根系分泌物和残体分解，增加土壤有机 质和养分含量。
C4植物的生长能够减少土壤侵蚀，保护土壤资源 。
提供食物和饲料
许多重要的粮食作物，如玉米、 高粱、甘蔗等，都属于C4植物
。
C4植物具有较高的生物量和产 量，是畜牧业的重要饲料来源。
一些C4植物还具有药用价值， 如青蒿素就是从青蒿这种C4植
物中提取出来的。
持植物的生长和发育。
适应高温和干旱环境
C4植物主要分布在 热带、亚热带和温带 地区的干旱和半干旱 环境中。
C4植物的代谢途径 能够减少光呼吸作用 ，从而节省水分和能 量。
它们具有较厚的叶片 和发达的根系，能够 减少水分蒸发和增加 水分吸收。
改善土壤质量
C4植物通常具有较深的根系，能够增加土壤通透 性，改善土壤结构。
促进生物多样性
十种C4植物的分布地点和作用
实用文档
C4植物的定义：
光合作用时CO2中的C首先转 移到C4里，然后再转移到C3 中的植物，叫做C4植物。例如：
玉米、甘蔗、高粱等热带植物。
实用文档
具有C4途径的植物称为C4植物
实用文档
粟( 谷子,小米) 实用文档
粟米原意泛指粮食，也指小米、稞 子、黏米。禾本科草本植物粟的种 子，去壳即小米。又称白粱粟、籼 粟、硬粟。在我国北方广为栽培。 秋季采收成熟果实，晒干去皮壳用。 味甘、咸，性凉。能养肾气，除烦 热。烦热消渴，口干。
实用文档
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三.苋菜 (学名：Amaranth)
学号：D01014060
实用文档
•C4植物的发现：
对于小麦、水稻等大个C5固定以后。
澳大利亚科学家M·D·Hatch和C·R·Slack
在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植
物发现，当向这些植物提供14CO2时，光合作 用开始后的1s内，90%以上的14C出现在含有
苋科苋属一年生草本植物，苋菜的 叶呈卵形或棱形，菜叶有绿色或紫 红色，茎部纤维一般较粗，咀嚼时 会有渣，生于田间或路旁、村舍附 近、杂草地上 。
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苋 菜
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四.马齿苋
（学名：Portulaca oleracea L.）
马齿苋为马齿苋科一年生草本植物。肥厚多 汁，无毛，高10-30cm。国内各地均有分布。 该种为药食两用植物。全草供药用，有清热 利湿，解毒消肿。现代研究，马齿苋还含有 丰富的维生素A样物质：维生素A样物质能维 持上皮组织如皮肤、角膜及结合膜的正常机 能，增强视网膜感光性能，也参与体内许多 氧化过程。此外，嫩茎叶可作蔬菜等。
C4植物
CO2同化的最初产物不是光合碳循环中的三碳化合物3-磷酸甘油酸，而是四碳化合物苹果酸或天门冬氨酸的植物。
又称C4植物。
如玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
而最初产物是3-磷酸甘油酸的植物则称为三碳植物（C3植物）。
碳四植物的特殊结构许多四碳植物在解剖上有一种特殊结构，即在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。
两种不同类型的细胞各具不同的叶绿体。
围绕着维管束鞘细胞周围的排列整齐致密的叶肉细胞中的叶绿体，具有发达的基粒构造，而维管束鞘细胞的叶绿体中却只有很少的基粒，而有很多大的卵形淀粉粒碳四途径的反应过程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。
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。
这种由PEP形成四碳双羧酸，然后又脱羧释放CO2的代谢途径称为四碳途径。
其叶肉细胞中，含有独特的酶，即磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶，使得二氧化碳先被一种三碳化合物--磷酸烯醇式丙酮酸同化，形成四碳化合物草酰乙酸盐，这也是该暗反应类型名称的由来。
这草酰乙酸盐在转变为苹果酸盐后,进入维管束鞘，就会分解释放二氧化碳和一分子甘油。
二氧化碳进入卡尔文循环，后同C3进程。
而甘油则会被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸,此过程消耗ATP。
在20世纪60年代，澳大利亚科学家哈奇和斯莱克发现玉米、甘蔗等热带绿色植物，除了和其他绿色植物一样具有卡尔文循环外，CO2首先通过一条特别的途径被固定。
这条途径也被称为哈奇-斯莱克途径已经发现的四碳植物约有800种，广泛分布在开花植物的18个不同的科中。
它们大都起源于热带。
因为四碳植物能利用强日光下产生的ATP推动PEP与CO2的结合，提高强光、高温下的光合速率，在干旱时可以部分地收缩气孔孔径，减少蒸腾失水，而光合速率降低的程度就相对较小，从而提高了水分在四碳植物中的利用率。
C3植物和C4植物区别
区别
精品课件
1. C4草坪的光合效率要高于C3草坪，C4草坪光呼吸 弱,CO2补偿点低，C3草坪光呼吸强，CO2补偿点高， 高光强（>3000lux）便不再增加光合效率
2. C3草坪中主要储存果聚糖，C4草坪主要将碳水 化合物储存为长链糖—淀粉
3. C3草坪和C4草坪的季节生长变化明显不同：C3 草坪一年中有两次生长高峰。冷季型草为典型的双锋 生长模式—春秋两季旺盛、夏季慢或停止生长。C4草 坪一年仅一次生长高峰。
例如：玉米、甘蔗、高粱等稻
菠菜
精品课件
小麦
C4植物
玉 米
精品课件
高 高梁 粱
甘蔗
苋菜
粟 “谷子”，去皮后称“小米”
精品课件
C3植物和C4植物叶片结构特点
精品课件
C3植物和C4植物叶片结构特点
维管束鞘细胞
细胞 大小
是否 含叶绿体
叶肉细胞
排列
是否 含叶绿体
C3 植小 物
精品课件
C3草坪和C4草坪的区别
C3草坪：冷季型草坪草（最适15-25度，主要分布
于长江以北地区，华北、东北、西北）（例如：早熟禾属、 羊毛属、翦股颖属、黑麦草属等）
C4草坪：暖季型草坪草（最适26-35度，主要分布
于长江以南地区）（例如：结缕草属、狗牙根属、钝叶草 属、雀稗属、蜈蚣草属、地毯草属、野牛草属等）（暖季 型草坪草主要是C4植物）
冷草
翦股颖
精品课件
高羊茅 早熟禾
结缕草
热草
地毯草
狗牙根
精品课件
雀稗
精品课件
2010.10.12
比较C3植物和C4植物
精品课件
精品课件
C3和C4结构特点的区别
c4主要成分
c4主要成分【原创版】目录1.引言2.C4 植物的概述3.C4 植物的主要成分4.C4 植物成分的作用5.结论正文【引言】C4 植物是一类广泛分布在全球的植物，其特殊的光合作用方式使其在高温、高光照和干旱条件下具有较高的生存优势。
本文将介绍 C4 植物的主要成分及其作用。
【C4 植物的概述】C4 植物，又称 C4 光合途径植物，是一类具有 C4 光合途径的光合植物。
与 C3 植物相比，C4 植物在光合作用中有更高的光能利用效率，能够在高温、高光照和干旱条件下生长。
C4 植物广泛分布在全球，包括草本植物、灌木和乔木等。
【C4 植物的主要成分】C4 植物的主要成分包括以下几种：1.C4 酸（C4 acid）：C4 酸是 C4 植物光合作用的关键物质，能够在叶片内与 CO2 结合，形成 C4 物质，从而提高光合作用的效率。
2.C4 物质（C4 compound）：C4 物质是 C4 酸与 CO2 结合后形成的物质，能够在叶片内进行光合作用，生成有机物质。
3.PEP 羧化酶（PEPC）：PEP 羧化酶是一种酶类物质，能够将 CO2 转化为 C4 物质，参与 C4 植物的光合作用过程。
4.C3 植物光合作用途径：C4 植物除了具有 C4 光合途径外，还具有C3 植物光合作用途径。
在干旱和高温条件下，C4 植物会切换至 C3 途径，以保证光合作用的进行。
【C4 植物成分的作用】C4 植物的各成分在光合作用中发挥着重要作用：1.C4 酸能够在叶片内与 CO2 结合，形成 C4 物质，从而减少光呼吸损失，提高光合作用效率。
2.C4 物质能够在叶片内进行光合作用，生成有机物质，为植物提供生长所需的能量和营养。
3.PEP 羧化酶能够将 CO2 转化为 C4 物质，参与 C4 植物的光合作用过程。
4.C3 植物光合作用途径使 C4 植物在干旱和高温条件下能够切换至C3 途径，保证光合作用的进行。
【结论】C4 植物的主要成分在光合作用中发挥着重要作用，使 C4 植物在高温、高光照和干旱条件下具有较高的生存优势。
C3植物、C4植物和CAM植物(高中生物教材解惑训练)
C3植物、C4植物和CAM植物（高中生物教材解惑训练）自然界中的绿色植物根据光合作用暗反应过程中CO2的固定途径不同可以分为C3、C4和CAM三种类型。
1．C3途径：也称卡尔文循环，整个循环由RuBP(C5)与CO2的羧化开始到RuBP(C5)再生结束，在叶绿体基质中进行，可合成蔗糖、淀粉等多种有机物。
常见C3植物有大麦、小麦、大豆、菜豆、水稻、马铃薯等。
2．C4途径：研究玉米的叶片结构发现，玉米的维管束鞘细胞和叶肉细胞紧密排列(如图1)。
叶肉细胞中的叶绿体有类囊体能进行光反应，同时，CO2被整合到C4化合物中，随后C4化合物进入维管束鞘细胞，维管束鞘细胞中没有完整的叶绿体，在维管束鞘细胞中，C4化合物释放出的CO2参与卡尔文循环，进而生成有机物(如图2)。
PEP羧化酶被形象地称为“CO2泵”，它提高了C4植物固定CO2的能力，使C4植物比C3植物具有较强光合作用(特别是在高温、光照强烈、干旱条件下)能力，并且无光合午休现象。
常见C4植物有玉米、甘蔗、高粱、苋菜等。
3．CAM途径：CAM植物夜间吸进CO2，淀粉经糖酵解形成磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)，在磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶催化下，CO2与PEP结合，生成草酰乙酸，进一步还原为苹果酸储存在液泡中。
从而表现出夜间淀粉减少，苹果酸增加，细胞液pH下降。
而白天气孔关闭，苹果酸转移到细胞质中脱羧，放出CO2，进入C3途径合成淀粉；形成的丙酮酸可以形成PEP 再还原成三碳糖，最后合成淀粉或者转移到线粒体，进一步氧化释放CO2，又可进入C3途径。
从而表现出白天淀粉增加，苹果酸减少，细胞液pH上升。
常见的CAM植物有菠萝、芦荟、兰花、百合、仙人掌等。
归纳总结C3植物、C4植物和CAM植物的比较特征C3植物C4植物CAM植物与CO2结合的物质RuBP(C5) PEP PEP CO2固定的最初产物C3C4草酰乙酸CO2固定的时间白天白天夜晚和白天光反应的场所叶肉细胞类囊体薄膜叶肉细胞类囊体薄膜叶肉细胞类囊体薄膜卡尔文循环的场所叶肉细胞的叶绿体基质维管束鞘细胞的叶绿体基质叶肉细胞的叶绿体基质有无光合午休有无无C3途径是碳同化的基本途径，C4途径和CAM途径都只起固定CO2的作用，最终还是通过C3途径合成有机物。
草坪中C3植物和C4植物的比较-草坪学小组演讲
运动场建设
C3植物
在运动场建设中，C3植物通常用于草地和足球场。这些植物生长速度快，耐踩踏，能 够迅速恢复。
C4植物
C4植物在运动场建设中的应用相对较少，因为它们通常不如C3植物耐踩踏，也不易恢 复。
景观设计
C3植物
在景观设计中，C3植物因其多样性和适 应性而受到青睐。它们可以用于各种景 观元素，如花坛、草坪和边缘装饰。
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THANKS
草坪中c3植物和c4植物的比 较-草坪学小组演讲
目录
• C3植物和C4植物的基本介绍 • C3植物和C4植物的生长环境比
较 • C3植物和C4植物的生理特性比
较 • C3植物和C4植物的应用场景比
较 • C3植物和C4植物的优缺点比较
01
C3植物和C4植物的基本介绍
C3植物的定义和特性
01
02
C3植物是指在光合作用 过程中，固定二氧化碳 的最初产物是三碳化合 物（即磷酸甘油酸）的 植物。这类植物通常在 较低的光照强度下最为 活跃，并且对水分的需 求较高。
特性
03
04
较低的光照强度下最为 活跃
对水分需求较高
05
较为常见的C3植物包括 小麦、水稻、大豆等。
C4植物的定义和特性
01
02
C4植物是指在光合作用 过程中，固定二氧化碳 的最初产物是四碳化合 物（即苹果酸或天冬氨 酸）的植物。这类植物 通常在较高的光照强度 下最为活跃，并且具有 较高的水分利用效率。
02
C3植物和C4植物的生长环境 比较
对光照的需求
C3植物
通常在较低的光照强度下生长良 好，光照过强可能导致光抑制， 影响生长。
C4植物
能够在较高光照强度下正常生长 ，具有更强的光合作用能力。
细胞生物学C3和C4植物
3（碳３）等类型。
水稻是Ｃ3植物，在高温、强光下容易产生光抑制，光合作用减弱。
与Ｃ3植物相比，玉米等Ｃ4植物具有更高的光合效率，而且在强光、高温、低温等逆境条件下有较好的防御反应，能保持较高的光合作用。
因此，如何把Ｃ3植物改造成Ｃ4植物是科学家长期的梦想。
从１９９７年开始，江苏省农科院研究员焦德茂主持的课题组，通过对不同转玉米高光效基因水稻材料进行比较，证明来自Ｃ4植物中的高光效基因ＰＥＰＣ是提高光合效率的关键基因，Ｃ4光合途径在水稻中原本微弱的存在，但在一般情况下不起作用，将玉米高光效基因导入水稻后，不是因为气孔放大使水稻吸收二氧化碳的能力增强，而是使水稻本身的Ｃ4光合能力增强，这种增强的效率在高光强、高温等逆境条件下尤为显著。
高。
磷酸烯醇丙酮酸羧化酶(PEPC)在其中起了很大的作用。
C4植物光合系统的浓缩CO2，增加局部CO2浓度的机制，使其即使在低CO2浓度时也能使光合作用几近饱和，从而大大提高其光合作用效率。
因此，如何将C4植物的这一机制转移到水稻等C3植物上一直是植物生物学家的研究问题之一，但实践证明，常规杂交育种手段很难如愿以偿。
最近，Ku等(1999)利用农杆菌介导法，将完整的玉米PEPC基因导入到了C3植物水稻的基因组中。
分析结果表明，多数转基因水稻植株均高水平地表达玉米的PEPC基因，一些转基因植株叶片中的PEPC酶蛋白含量占叶片总可溶性蛋白的12%以上，其活性甚至比玉米本身的还高2-3倍。
Northern和Southern分析结果表明，PEPC基因在转基因水稻植株中不存在基因沉默现象。
这为利用基因工程技术快速改良水稻等C3作物的光合作用效率，提高粮食作物产量开辟了新路子。
一由三个碳原子组成的，叫做C3植物。
后来，又发现了基本单位是四个碳的植物，叫做C4植物，以区别于C3植物。
应该说，C3、C4植物是光合作用的最基本的产物。
有关这些基本产物的知识，是在利用二氧化碳-14（14CO2）作为示踪剂之后才被人们所了解的。
碳4植物
碳4植物碳4植物（C4plant）亦称C4-植物。
在光合作用过程中，既具有C3途径，又具有C4途径的植物。
如玉米、甘蔗、高粱、马齿苋等。
其叶解剖学上的一个重要特点是在维管束周围，有一圈含叶绿体的维管束鞘细胞，典型者在这圈细胞外，又环列有几层叶肉细胞形成花环结构。
与C3植物相比，光呼吸弱，二氧化碳补偿点（1～10ppm）低，光饱和点几乎达到全日照；光合作用最适温度（30～45℃）高；在强光及其他适合条件下光合速率（40～80CO2毫克·分米-2·小时-1）高。
这主要是由于通过C4途径，将外界二氧化碳收集到维管束鞘细胞内，使核酮糖-1，5-双磷酸羧化酶加氧酶周围二氧化碳含量增高所致。
碳四植物的特殊结构许多四碳植物在解剖上有一种特殊结构，即在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。
2种不同类型的细胞各具不同的叶绿体。
围绕着维管束鞘细胞周围的排列整齐致密的叶肉细胞中的叶绿体，具有发达的基粒构造，而维管束鞘细胞的叶绿体中却只有很少的基粒，而有很多大的卵形淀粉粒。
碳四途径的反应过程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。
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。
这种由PEP形成四碳双羧酸，然后又脱羧释放CO2的代谢途径称为四碳途径。
其叶肉细胞中，含有独特的酶，即磷酸烯醇式丙酮酸碳氧化酶，使得二氧化碳先被一种三碳化合物--磷酸烯醇式丙酮酸同化，形成四碳化合物草酰乙酸盐，这也是该暗反应类型名称的由来。
这草酰乙酸盐在转变为苹果酸盐后,进入维管束鞘，就会分解释放二氧化碳和一分子甘油。
二氧化碳进入卡尔文循环，后同C3进程。
而甘油则会被再次合成磷酸烯醇式丙酮酸,此过程消耗ATP。
在20世纪60年代，澳大利亚科学家哈奇和斯莱克发现玉米、甘蔗等热带绿色植物，除了和其他绿色植物一样具有卡尔文循环外，CO2首先通过一条特别的途径被固定。
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(C3)
式磷 丙酸 酮烯 酸酸
一五 二磷 酸核 酮糖 （C5）
一.玉米
1.学名： mays 2.玉米的科类以及来源
定义： 介于族和种之间 的分类阶元，由 一个或多个物种 组成，它们具有 若干相似的鉴别 特征，或者具有 共同的起源特征。
玉米属禾本科玉米属，玉米亦称包谷、苞 米、珍珠米，一年生草本。.玉米的原产地 是美洲，在十六世纪传入中国。到了明朝 末年，玉米的种植已达十余省，如浙江、 福建、云南、广东、广西、贵州、四川、 陕西、甘肃、山东、河南、河北等地。
玉米子粒主要供食用和饲用， 可烧煮、磨粉或制膨化食品。 工业上用制酒精、啤酒、乙醛、 醋酸、丙酮、丁醇等。玉米淀 粉制成的糖浆无色透明，果糖 含量高，可制糖果、糕点、面 包、果酱及饮料。
玉米
二.粟(谷子,小米)
学名:Setaria italica
原产于中国北方黄河流域，中国 古代的主要粮食作物，。粟生长 耐旱，品种繁多，俗称“粟有五 彩”，有白、红、黄、黑、橙、 紫各种颜色的小米，也有粘性小 米。
禾本科（学名：Poaceae），分为 620多属，至少10000多种。中国 有190余属约1200多种。地球陆地 大约有20%覆盖着草。禾本科包括 多种俗称作"某某草"的植物 ，但是 必须指出，不是所有的草都是禾本 科植物。同样，并不是所有禾本科 植物都是低矮的"草"，就如竹子， 也可以高达十数米，连片成林。
高粱：禾本科，高粱属
葵花：学名：Helianthus annuus ，是一种可高达3米的大形一年
生菊科向日葵属植物 。
甘蔗：是甘蔗属（Saccharum）的总称。
苋 菜
四.马齿苋
（学名：Portulaca oleracea L.）
马齿苋为马齿苋科一年生草本植物。肥厚多 汁，无毛，高10-30cm。国内各地均有分 布。该种为药食两用植物。全草供药用，有 清热利湿，解毒消肿。现代研究，马齿苋还 含有丰富的维生素A样物质：维生素A样物 质能维持上皮组织如皮肤、角膜及结合膜的 正常机能，增强视网膜感光性能，也参与体 内许多氧化过程。此外，嫩茎叶可作蔬菜等。
C4植物的定义：
光合作用时CO2中的C首先 转移到C4里，然后再转移到 C3中的植物，叫做C4植物。
例如：玉米、甘蔗、高粱等热带植 物。
具有C4途径的植物称为C4植物
C4途径：有些起源于热带的植物，如甘蔗、 玉米、高梁等，除了和其他植物一样具有C3 途径外，还有一条固定CO2的途径和C3途 径联系在一起。这个途径的CO2受体是磷酸 烯酸式丙酮酸，在叶肉细胞质中，在磷酸烯 酸式丙酮酸（简写为PEP）羧化酶的催化下， 固定CO2而生成草酰乙酸。由于还原CO2 的第一个产物草酰乙酸是四碳化合物，所以 这个途径叫C4途径。
十种C4植物的分布地点和 作用
主讲人：夏道林
学号：D01014060
• C4植物的发现：
对于小麦、水稻等大多数绿色植物来说，在 暗反应阶段中，一个CO2被一个C5固定以 后。澳大利亚科学家M· Hatch和C· Slack D· R· 在研究玉米、甘蔗等原产热带地区的绿色植 物发现，当向这些植物提供14CO2时，光合 作用开始后的1s内，90%以上的14C出现在 含有四个碳原子的有机酸——草酰乙酸（C4） 中，随着光合作用的进行，C4中的14C逐渐 减少，而C3中的14C逐渐增多。
粟( 谷子,小米)
粟米原意泛指粮食，也指小米、稞 子、黏米。禾本科草本植物粟的种 子，去壳即小米。又称白粱粟、籼 粟、硬粟。在我国北方广为栽培。 秋季采收成熟果实，晒干去皮壳用。 味甘、咸，性凉。能养肾气，除烦 热。烦热消渴，口干。
三.苋菜
(学名：Amaranth)
苋科苋属一年生草本植物，苋菜的 叶呈卵形或棱形，菜叶有绿色或紫 红色，茎部纤维一般较粗，咀嚼时 会有渣，生于田间或路旁、村舍附 近、杂草地上 。