C3和C4光合途径

2、 C3、C4植物叶片结构比较
C3植物叶片中维管束鞘细胞较小，其内不含叶绿 体，其叶肉细胞内含有典型的叶绿体，即可进 行光反应又可进行暗反应。 C4植物叶片有“花环形结构”的两圈细胞，内层 为维管束鞘细胞，含有叶绿体，只能进行暗反 应。 叶肉细胞中含典型叶绿体，能进行光反应，通 过C4途径固定CO2。
C3和C4光合途径
一、光合作用 二、C3、C4植物叶片结构比较 三、C3途径和C4途径 四、C4较C3的优势

1、光合反应
项目
条件 场所
光反应
需要叶绿素、光、酶 叶绿体类囊体膜上
暗反应
不需要叶绿素和光，需多种酶 叶绿体的基质中
区 别
物质变化
1）水的光解2H2O → 4[H]+O2
1）CO2固定 CO2＋C5 → 2C3
2) C3的还原2C3 →（CH2O）+ 2)ATP的形成ADP+Pi+ C5 能量 →ATP 能量变化 叶绿素把光能转化为 ATP中活跃的化学能 ATP中活跃的化学能转化成 （CH2O）中稳定的化学能
实质
把二氧化碳和水转变成有机物，同时把光能转变为化学能储 存在有机物中
联系
光反应为暗反应提供[H]、ATP，暗反应为光反应提供ADP+Pi，没有光 反应，暗反应无法进行，没有暗反应，有机物无法合成。

C4途径产生的原因
因为C4植物中含有能固定CO2为C4的相关酶， 即磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶，简称为PEP羧化酶 (与CO2有很强的亲和力)。可促使PEP把大气中 含量很低的CO2以C4的形式固定下来。
Байду номын сангаас
C4植物这种独特的作用，被形象的比喻成 “二氧化碳泵”。
C4 植物中的“二氧化碳泵”
能量 能量
大气中的 二氧化碳
低浓度的 二氧化碳
C 途径 4
高浓度的 二氧化碳
C 途径 3
产物
“二氧化碳泵”
C3途径
C4
途 径
C4植物具有较高光合速率的因素




C4植物的叶肉细胞中的PEPC对底物HCO3—的亲和力极 高，细胞中的HCO3-浓度一般不成为PEPC固定CO2的限 制因素； C4植物由于有“CO2泵”浓缩CO2的机制，使得BSC中 有高浓度的CO2，从而促进Rubisco的羧化反应，降低了 光呼吸，且光呼吸释放的CO2又易被再固定； 高光强可推动电子传递与光合磷酸化，产生更多的同化力， 以满足C4植物PCA循环对ATP的额外需求； 鞘细胞中的光合产物可就近运入维管束，从而避免了光合 产物累积对光合作用可能产生的抑制作用。这些都使C4 植物可以具有较高的光合速率。
3、C3、C4途径


C3植物与C4植物在光反应阶段完全相同。 C4植物在光合的暗反应中利用磷酸烯醇式丙酮酸(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，进入卡尔文循环。 C3植物 C3植物只利用卡尔文循环中1，5-二磷酸核酮糖 直接固定CO2 。一个CO2被一个五碳化合物(1，5-二磷酸 核酮糖，简称RuBP)固定后形成两个三碳化合物(3-磷酸甘 油酸)，即 CO2被固定后最先形成的化合物中含有三个碳 原子。
C4与C3植物比较优势


1、 叶绿体对CO2的亲和力强于C3 （C4植物与C3植物 相比，CO2补偿点低得多，在较低的浓度达到较高的光合 同化能力） 2、 光照较强的环境中，产量较高，可充分利用光能。 3、 C4植物比C3植物更能适应高温、光照强烈和干旱的 环境。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。