1. Chu trình quang hợp ở thực vật C3
- Quá trình quang hợp chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối.
* Pha sáng
- Là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.
- Pha sáng diễn ra ở tilacôit khi có chiếu sáng.
- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, O2 được giải phóng là O2 của nước.
- ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.
* Pha tối
- Pha tối (pha cố định CO2 diễn ra ở chất nền (strôma) của lục lạp.
- Nguyên liệu: CO2 và sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH
- Sản phẩm: cacbohidrat
- Pha tối ở thực vật C3 chỉ có một chu trình Canvin, được chia thành 3 giai đoạn:
+ Giai đoạn cố định CO2.
+ Giai đoạn khử APG (axit phôtphoglixêric) → AlPG (aldehit phosphoglixeric) → tổng hợp nên C6H12O6 → tinh bột, axit amin…
+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 điP (ribulôzơ – 1,5 điphôtphat).
2. Chu trình quang hợp ở thực vật C4
- Thực vật C4 gồm một số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương… sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao → tiến hành quang hợp theo con đường C4.
- Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3: Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp hơn, thoát hơi nước thấp hơn → thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3.
- 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.
3. Chu trình quang hợp ở 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.
- Chu trình quang hợp ở thực vật CAM
+ Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO2 khuếch tán qua lá vào.
+ Chất nhận CO2 đầu tiên là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA
+ AOA chuyển hóa thành AM vận chuyển vào các tế bào dự trữ
+ Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại:
+ AM bị phân hủy giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP
=> Qúa trình quang hợp ở thực vật CAM này tiêu thụ ít nước, không có quang hô hấp để tiết kiệm nước, năng suất quang hợp cao.
4. Sự giống nhau và khác nhau giữa chu trình C3 và C4 và CAM
Giống nhau:
Đều có chu trình Canvin tạo ra AlPG. Từ đó hình thành nên cacbohiđrat, axit amin, prôtêin, lipit,…
Khác nhau:
Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối (pha cố định CO2). Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.