Vì sao gọi là chu trình C4

• Thực vật

Thực Vật C4 Và Thực Vật Cam Còn Có Chu Trình C4 Diễn Ra Trước Chu Trình Canvin.

Các giai đoạn của chu trình Canvin

Chu trình Calvin là một phần quan trọng trong quá trình quang hợp của thực vật, đặc biệt là thực vật c3. Kết quả của chu trình Calvin là gì? Chu trình Calvin là gì? Hãy cùng 1phuttietkiemtrieuniemvui.com.vn tìm hiểu nhé. Xem qua các bài báo về chu trình của Calvin bên dưới.

Chu trình Canvin là gì? Sản phẩm của chu trình Canvin

Khái niệm chu trình Canvin

Chu trình Canvin được đưa ra bởi một nhà khoa học người Mỹ vào năm 1951. Vì thế, người ta đã lấy tên của ông để đặt cho chu trình.

Chu trình Canvin hay còn được gọi là chu trình c3. Chu trình gồm một chuỗi các phản ứng oxi hóa khử diễn ra ở lục lạp. Đây là một giai đoạn trong quá trình quang hợp ở thực vật c3, và người ta còn biết đến với tên gọi phổ biến hơn là pha tối.

Vậy tại sao chu trình Canvin lại được gọi là pha tối? Bởi toàn bộ hoạt động của giai đoạn pha tối diễn ra dưới điều kiện không cần ánh sáng. Tức là dù không có ánh sáng trực tiếp nhưng cây vẫn có thể quang hợp. Đây là một giai đoạn quan trọng trong quá trình quang hợp, tuy nhiên, sản phẩm của chu trình Canvin là gì?

Sản phẩm của chu trình Canvin

Sản phẩm của chu trình Canvin được tạo ra sau khi kết thúc toàn bộ quá trình đó là cacbohidrat. Tuy nhiên, trong khi thực hiện chu trình, vẫn có một số sản phẩm tạm thời được tao ra, đó là 2 phân tử glycerandehit-3-photphat (gọi tắt là G3P), 3 ADP và 2NADP+.

Tuy nhiên, đây chỉ là những sản phẩm tạm thời, bởi chúng sẽ tiếp tục được sử dụng cho các giai đoạn tiếp theo của chu trình này. Vậy các sản phẩm đó được dùng thế nào? Hãy cùng khám phá các giai đoạn của chu trình Canvin nhé.

Các giai đoạn của chu trình Canvin

Chu trình Canvin gồm mấy giai đoạn? Chu trình Canvin ở thực vật được chia thành 3 giai đoạn chính.

Giai đoạn cố định (CO_{2})

Giai đoạn cố định (CO_{2}) hay còn gọi là giai đoạn cacboxyl hóa. Lúc này, chất nhận đầu tiên là riboluzo-1,5 đi photphat (viết tắt là ri1,5DP) sẽ kết hợp với cacbonic (left ( CO_{2} right )) để tạo ra một hợp chất 6C. Tuy nhiên, chúng ta cần lưu ý, trong giai đoạn này, riboluzo-1,5 đi photphat là chất nhận đầu tiên những cũng là duy nhất của cả quá trình.

Do 6C là một hợp chất kém bền, nên sau khi được tạo ra, nó sẽ ngay lập tức bị phân hủy thành 2 hợp chất 3C, viết tắt là APG.

Ta có thể khái quát quá trình như sau:

(Ri1,5DP + CO_{2} rightarrow APG)

Giai đoạn khử

Giai đoạn tiếp theo trong chu trình Canvin là giai đoạn khử. Lúc này, các axit phosphoglixeric (APG) sản phẩm của gian đoạn cố định(CO_{2})sẽ bị khử thành aldehit phosphoglixeric (AlPG), ATP. Đồng thời, giai đoạn khử cũng sẽ có sự tham gia của NADPH sản phẩm của pha sáng.

Tiếp theo, một phần AlPG sẽ tách ra khỏi chu trình và kết hợp với một phân tử triozon khác. Sản phẩm của quy trình này là (C_{6}H_{12}O_{6}). Cuối cùng từ đó tạo ra các axit amin và tinh bột.

Giai đoạn tái tạo chất nhận

Giai đoạn cuối cùng trong chu trình Canvin là giai đoạn tái tạo chất nhận ban đầu là riboluzo-1,5 đi photphat (ri1,5DP). Lúc này, các AlPG còn sót lại sẽ sẽ phục hồi ri1,5DP và kết thúc chu trình Canvin.

Một số điều cần biết chu trình Canvin

Chu trình Canvin hay chính là pha tối ở quá trình quang hợp của thực vật c3 diễn ra trong điều kiện không có ánh sáng. Đây là chu trình giải phòng ra (CO_{2}) để tổng hợp năng lượng, và chủ yếu là (C_{6}H_{12}O_{6}) cùng các loại đường như như tinh bột, saccarozơ hay xenlulozơ. Sản phẩm của chu trình Canvin sẽ phụ thuộc vào nhu cầu của từng loài thực vật.

Đây cũng là lý do vì sao vào buổi tối, khi đứng dưới các cây to ta thường cảm thấy khó thở. Vì lúc này cây đang thực hiện chu trình Canvin nên giải phóng ra một lượng lớn (CO_{2}), tạo cảm giác khó chịu khi hít thở.

Sản phẩm đầu tiên của chu trình là hợp chất 3C. Vì thế,các loài cây thực hiện chu trình này đều được gọi là thực vật C3. Đây là loài thực vật phổ biến trên thế giới và có thể dễ dàng bắt gặp như các loại rêu, hay những cây gỗ lớn.

Ngoài ra ta cần cần lưu ý, để tạo ra một phân tử (C_{6}H_{12}O_{6}), pha sáng cần đưa tới (12NDPH + 18ATP + 11H_{2}0). Đặc biệt, với giai đoạn tái tạo chất nhận tưởng chứng như khá ngắn, nhưng thực chất ,để có thể tạo ra chất nhận riboluzo-1,5 đi photphat sẽ phải trải quan 9 phản ứng được xúc tác bởi các enzym khác nhau trong stroma. Đây là một chuỗi phản ứng phức tạp và cần nhiều thời gian.

Vậy là chúng ta đã tìm hiểu xong về chu trình Canvin và sản phẩm của chu trình Canvin rồi. Đây là một chu trình có ý nghĩa quan trọng đối với việc quang hợp của thực vật nói riêng và hoạt động sống của cây nói chung.

Chu trình canvin ở thực vật c3, c4 cam

Thực vật C3

Thực vật C3gồm từ các loài rêu đến các cây gỗ lớn phân bố hàu khắp mọi nơi trên Trái đất

a. 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.

Đang xem: Thực vật c4 và thực vật cam còn có chu trình c4 diễn ra trước chu trình canvin.

Pha sáng diễn ra ở tilacoit khi có chiếu sáng.

Nguyên liệu: Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, O2được giải phóng là oxi của nước.

2H2O4 H++ 4e+ O2

Sản phẩm: ATP, NADPH và O2.ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

b. Pha tối:

Diễn ra ở chất nền của lục lạp.

Cần CO2và sản phẩm của pha sáng ATP và NADPH.

Sản phẩm: Cacbohidrat

Pha tối được thực hiện qua chu trình Calvin. Gồm 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn cố định CO2:

Chất nhận CO2đầu tiên và duy nhất là hợp chất 5C (Ribulozo- 1,5- điphotphat (RiDP)Sản phẩm đầu tiên ổn định của chu trình là hợp chất 3C (Axit photphoglyxeric APG)Enzim xúc tác cho phản ứng là RiDP- cacboxylaza

+ Giai đoạn khửAPG:

APG (axit phosphoglixeric) > AlPG (aldehit phosphoglixeric),ATP, NADPHMột phần AlPG tách ra khỏi chu trình và kết hợp với 1 phân tử triozo khác để hình thành C6H12O6từ đó hình thành tinh bột, axit amin

+ Giai đoạn tái sinh:

Chất nhận ban đầu là Rib 1,5 diP (ribulozo- 1,5 diphosphat).Phần lớn AlPG qua nhiều phản ứng cần cung cấp ATP tái tạo nên RiDP để khép kín chu trình.

Thực vật C4

Gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, rau dền, ngô, cao lương, kê

Gồm chu trình cố định CO2 tạm thời (chu trình C4) và tái cố định CO2theo chu trình Calvin. Cả 2 chu trình này đều diễn ra vào ban ngày và ở 2 nơi khác nhau trên lá.

Diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch

+ Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố định CO2đầu tiên

Chất nhận CO2đầu tiên là 1 hợp chất 3C (phosphoenl piruvic PEP)Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic -AOA), sau đó AOA chuyển hóa thành 1 hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch

+ Tại tế bào bao bó mạch diễn ra giai đoạn cố định CO2lần 2

AM bị phân hủy để giải phóng CO2cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit piruvicAxit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO2đầu tiên là PEPChu trình C3diễn ra như ở thực vật C3

​- Thực vật C4ưu việt hơn thực vật C3

+ Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp à thực vật C4có năng suất cao hơn thực vật C3

+ Chu trình C4gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình C4diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá, giai đoạn 2 theo chu trình Canvin diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch

Thực vật c4 được phân bố như thế nào

Cách giải nhanh bài tập này

Nhóm thực vật C4phân bố chủ yếu ở vùng nhiệt đới và cận nhiêt đới.

(SGK trang 42)

Thực vật CAM

Gồm những loài mọng nước sống ở các sa mạc, hoang mạc và các loài cây trồng như dứa, thanh long

Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêmcố định CO2theo con đường CAM.

Chu trình C4(cố định CO2) diễn ra vào ban đêm lúc khí khổng mở và giai đoạn tái cố định CO2theo chu trình Calvin diễn ra vào ban ngày.

Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO2khuếch tán qua lá vào

+ Chất nhận CO2đầu 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 CO2cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP

+ Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C4đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì giai đoạn đầu cố định CO2được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO2theo chu trình Canvin thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.

Chu trình nào chung cho cả ba nhóm thực vật

Chu trình canvin

Bài tập minh họa

Câu 1: Sản phẩm của pha sáng là gì?

Hướng dẫn giải

Sản phẩm của pha sáng là: ATP, NADPH và O2.ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

Câu 2: Những hợp chất nào mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO2thành cacbohiđrat?

Hướng dẫn giải

Những hợp chất mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO2thành cacbohiđrat là: ATP và NADPH.

Câu 3: So sánh các đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lí, hoá sinh của các nhóm thực vật C3, C4và CAM. Em rút ra nhận xét gì?

Hướng dẫn giải

C3:

1. Hình thái, giải phẫu:

Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu.

Lá bình thường

2. Cường độ quang hợp: 10-30 mgCO2/dm2.giờ

3. Điểm bùCO2:30-70 ppm

4. Điểm bão hoà ánh sáng:Thấp: 1/3 ánh sáng mặt trời toàn phần

5. Nhiệt độ thích hợp:20-30°C

6. Nhu cầu nước:Cao

7. Hô hấp sáng:Có

8. Năng suất sinh học:Trung bình

C4:

1. Hình thái, giải phẫu:

Có hai loại lục lạp ở tế bào mô giậu và ở tế bào bao bó mạch.

Lá bình thường

2. Cường độ quang hợp:30-60 mgCO2/dm2.giờ

3. Điểm bùCO2:0-10 ppm

4. Điểm bão hoà ánh sáng:Cao, khó xác định

5. Nhiệt độ thích hợp:25-35°C

6. Nhu cầu nước:Thấp, bằng 1/2 C3

7. Hô hấp sáng:Không

8. Năng suất sinh học:Cao gấp đôi C3

CAM:

1. Hình thái, giải phẫu:

Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu.

Lá mọng nước

2. Cường độ quang hợp:10-15 mgCO2/dm2.giờ

3. Điểm bùCO2:Thấp như C4

4. Điểm bão hoà ánh sáng:Cao, khó xác định

5. Nhiệt độ thích hợp:Cao: 30 40°C

6. Nhu cầu nước:Thấp

7. Hô hấp sáng:Không

8. Năng suất sinh học:Thấp

Câu 4: Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định C02ở thực vật C4và CAM?

Hướng dẫn giải

Các con đường cố định CO2ở các nhóm thực vật khác nhau chủ yếu có ý nghĩa thích nghi cho chúng trong môi trường sống:

Nhóm C3quang hợp trong điều kiện ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ O2bình thường.

Vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có ánh sáng và nhiệt độ cao, nồng độ O2 cao, nóng ẩm kéo dài, nồng độ CO2 thấp Thực vật C4 trở nên thích nghi hơn, khi đó CO2 thấp phải có quá trình cố định CO2 hai lần. Lần 1 lấy nhanh CO2, lần 2 cố định CO2 trong chu trình Calvin để hình thành các hợp chất hữu cơ trong các tế bào bao bó mạch.

Sa mạc và bán sa mạc thiếu nước trầm trọng. Nhóm thực vật CAM thích nghi với tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng ban ngày, chúng nhận và cố định CO2vào ban đêm Quá trình quang hợp được thực hiện ở 2 không gian khác nhau.

Câu 5: Điểm chung của chu trình C4 và chu trình CAM là gì?
A. Quá trình cacboxy hoá sơ cấp được thực hiện vào ban đêm lúc khí khổng mở.
B. Là chu trình kép, cả hai giai đoạn đều xảy ra ở lục lạp của tế bào mô giậu.
C. Chu trình kép bao gồm chu trình cacboxy hoá sơ cấp và chu trình tổng hợp [CH2O]n.
D. Quá trình cacboxy hoá sơ cấp được thực hiện vào ban ngày lúc khí khổng mở.

Hướng dẫn giải

Điểm chung của chu trình C4 và chu trình CAM là: chu trình kép bao gồm chu trình cacboxy hoá
sơ cấp và chu trình tổng hợp [CH2O]n. Chọn C

Câu 6:Sản phẩm quang hợp đầu tiên của con đường C4 là

A. APG (axit photphoglixêric).

B. AlPG (alđêhit photphoglixêric).

C. AM (axit malic).

D. Một chất hữu cơ có 4 cacbon trong phân tử (axit ôxalôaxêtic AOA)

Đáp án đúng D

Cho các phát biểu sau về quá trình quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 & và CAM:

I. Sản phẩm cố định CO2 đầu tiên trong pha tối của thực vật C3 là Anđêhit phôtphoglixêric (AlPG).

II. Chất nhận CO2 đầu tiên trong pha tối của thực vật C4 là Ribulôzơ điphôtphat (RiDP).

III. Giống nhau giữa thực vật C3, C4 và CAM trong pha tối quang hợp là đều xảy ra chu trình Canvin.

IV. Xương rồng, dứa, thanh long, thuốc bỏng, mía, rau dền đều thuộc nhóm thực vật CAM.

Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Phân tích sự giống nhau và khác nhau giữa các chu trình cố định C02của ba nhóm thực vật?

Câu 2: Nêu vai trò của pha sáng trong quang hợp?

Câu 3: Theo một nghiên cứu của Kixenbec ở cây ngô:

Số lượng khí khổng trên 1cm2biểu bì dưới là 7684, còn trên 1cm2biểu bì trên là 9300.

Tổng diện tích là trung bình (cả hai mặt lá) ở 1 cây là 6100. 1cm2

Hãy cho biết:

a) Tổng số khí khổng có ở cây ngô đó là bao nhiêu? Tại sao ở đa số các loài cây, số lượng khí khổng ở biểu bì dưới thường nhiều hơn số lượng khí khổng ở biểu bì trên mà ở ngô thì không như vậy?

b) Tỉ lệ diện tích khí khổng trên diện tích lá là bao nhiêu?

c) Tại sao tỉ lệ diện tích khí khổng trên diện tích lá rất nhỏ (0,14%) nhưng lượng nước bốc hơi qua khí khổng lại rất lớn (chiếm 80 90% lượng nước bốc hơi từ toàn bộ mặt thoáng tự do của lá)?

Biết:

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Khi được chiếu sáng, cây xanh giải phóng ra khí 02. Các phân tử02đó được bắt nguồn từ đâu?

A. Sự khử CO2.

B. Sự phân li nước.

C. Phân giải đường.

D. Hô hấp sáng.

Câu 2: Hãy chọn phương án trả lời đúng. Ti thể và lục lạp đều:

A. Tổng hợp ATP

B. Lấy electron từ H20

C. Khử NAD+thành NADH.

D. Giải phóng 02.

Câu 3: Giai đoạn quang hợp thực sự tạo nênC6H12O6ở cây mía là

A. pha sáng.

B. chu trình Canvin

C. chu trình CAM.

D. pha tối.

Câu 4: Một câyC3và một câyC4được đặt trong cùng một chuông thuỷ tinh kín dưới ánh sáng. Nồng độCO2thay đổi thế nào trong chuông?

A. Không thay đổi.

B. Giảm đến điểm bù của câyC3.

C. Giảm đến điểm bù của câyC4.

D. Nồng độCO2tăng.

Câu 5: Khi nhiệt độ cao và lượng ôxi hoà tan cao hơn lượngCO2trong lục lạp, sự tăng trưởng không giảm ở cây

A. lúa mì.

B. dưa hấu.

C. hướng dương.

D. mía.

E. cây lúa

Câu 6: Vì sao thực vật C4có năng suất cao hơn thực vật C3?

A. Vì tận dụng được nồng độCO2

B. Vì nhu cầu nước thấp.

C. Vì tận dụng được ánh sáng cao.

D. Vì không có hô hấp sáng.

Kết luận

Qua bài quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM này các em cần:

Phân biệt được pha sáng và pha tối ở các nội dung sau: sản phẩm, nguyên liệu, nơi xảy ra.

Phân biệt được các con đường cố định CO2trong pha tối ở các nhóm thực vật C3, C4và CAM.

Xem thêm: Tiểu Luận Hiện Trạng Sử Dụng Thuốc Bảo Vệ Thực Vật, Tiểu Luận Thuốc Bảo Vệ Thực Vật

Giải thích được phản ứng thích nghi của nhóm thực vật C4và CAM đối với môi trường sống ở vùng nhiệt đới và hoang mạc.