SINH HỌC

Các tiêu chuẩn xác định hai nhóm thực vật C3 và C4

 

Lá và lục lạp ở cá cây C4 có sự phát triển mạnh các tế bào bao bó mạch. Đó là tế bào nhu mô sắp xếp hướng tâm, sít nhau. Trong các tế bào này chứa nhiều lục lạp lớn, cấu trúc hạt kém phát triển và chứa nhiều tinh bột.

Trong khi đó cây C3 chỉ có một dạng lục lạp của tế bào mô giậu, nhỏ, có cấu trúc hạt phát triển, chứa rất ít các hạt tinh bột. Các tế bào bao bó mạch ở cây C3 rất ít hoặc không phát triển.

Tiêu chuẩn sinh lí

- Nhiệt độ thích hợp đối với quang hợp: Đối với thực vật C4, nhiệt độ tối ưu đối với quang hợp vào khoảng 30 – 45o C, trong khi đó ở thực vật C3 chỉ khoảng 10 – 25o C.

- Sự phản ứng của quang hợp đối với cường độ ánh sáng: Ở thực vật C4 khi cường độ ánh sáng tăng thì cường độ quang hợp cũng tăng, rất khó xác định điểm bão hòa ánh sáng ngay cả khi cường độ chiếu sáng gần với cường độ chiếu sáng của mặt trời toàn phần. Ngược lại, ở thực vật C3 điểm bão hòa ánh sáng chỉ bằng 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần. Ở cường độ ánh sáng tối ưu, cường độ quang hợp ở thực vật C4 có thể đạt tới 40 – 60 mg CO2/dm2/h, thậm chí có khi đạt tới 80 mg CO2/dm2/h. Ngược lại, ở thực vật C3 chỉ đạt 10 – 35 mg CO2/dm2/h.

- Ảnh hưởng của O2 đến quang hợp – Hiệu ứng Warburg (1): Ở thực vật C3, khi nồng độ O2 tăng lên thì cường độ quang hợp giảm và bị ức chế khi nồng độ O2 đạt 21%. Trong khi đó, thực vật C4 không bị ảnh hưởng bởi nồng độ O2.

- Điểm bù CO2 đối với quang hợp (2): Điểm bù CO2 đối với quang hợp khác nhau giữa hai nhóm thực vật. Nhóm thực vật C3 có điểm bù CO2 khoảng 30 – 70 ppm, trong khi đó nhóm thực vật C4 có điểm bù khoảng 0 – 10 ppm.

- Nhu cầu nước ở thực vật C3 và C4: Nhu cầu nước ở hai nhóm thực vật C3 và C4 rất khác nhau. Nhu cầu nước ở thực vật C4 chỉ bằng ½ nhu cầu nước của thực vật C3.

Tiêu chuẩn sinh hóa

- Con đường cố định CO2 ở hai nhóm thực vật C3 và C4 khác nhau.

- Các quá trình sinh hóa của con đường CO2 ở hai nhóm thực vật C3 và C4 khác nhau là do hoạt động của các enzim của các quá trình khác nhau.

- Hô hấp sáng: Hô hấp sáng là một trong những tiêu chuẩn quan trọng phân biệt hai nhóm thực vật C3 và C4. Chỉ thực vật C3 mới có hô hấp sáng, còn thực vật C4 không có hoặc rất yếu.

(1)- Hiệu ứng Warburg: Ngay từ năm 1920 Warburg đã thấy rằng: Quang hợp ở tảo Chlorella bị ức chế khi nồng độ O2 trong không khí đạt 21%. Sau đó nhiều tác giả khác thấy rằng: O2 đã ức chế quang hợp ở nhiều thực vật có mạch hơn. Đã tính toán được rằng: Nông độ O2 trong không khí 21% đã ức chế 30 – 40% quang hợp ở nhiều cây. Thí nghiệm với cây đậu (Phaseolus vulgaris) đã cho thấy khi trồng cây trong điều kiện nồng độ O2 thấp 2,5% và 5% thì cường độ quang hợp đã tăng lên 2,1 và 1,9 lần so với khi trồng trồng ở nông độ O2 bình thường.

Gần đây đã thấy rằng: Tất cả những thực vật mà cường độ quang hợp bị ức chế bởi O2 đều thuộc nhóm thực vật C3. Nhóm thực vật C4, quang hợp không bị ảnh hưởng khi nồng độ O2 thay đổi từ 1% - 100%.

(2) – Điểm bù CO2 : Nồng độ CO2 tối thiểu trong gian bào, đảm bảo cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp.

 Thảo Dương