So sánh quang hợp ở thực vật C3, C4 và CAM. Giải thích ưu thế thích nghi của mỗi nhóm thực vật với điều kiện môi trường.

Dưới đây là bảng so sánh tổng quan và phân tích ưu thế thích nghi của ba kiểu quang hợp C₃, C₄ và CAM: 1. Đặc điểm cơ bản – Enzym khởi đầu cố định CO₂ • Thực vật C₃: RuBisCO trực tiếp gắn CO₂ với RuBP (chu trình Calvin). • Thực vật C₄: PEP carboxylase ở tế bào mô giậu (mesophyll) gắn CO₂ vào PEP → OAA → Malate chuyển vào tế bào bó mạch (bundle sheath) → giải phóng CO₂ tập trung cho RuBisCO. • Thực vật CAM: PEP carboxylase hoạt động ban đêm, tích lũy malat trong vacuole; ban ngày malat giải phóng CO₂ cho RuBisCO. – Kiến trúc lá • C₃: Không phân hóa rõ ràng vùng mesophyll – bundle sheath. • C₄: Lá phân lớp rõ (Kranz anatomy), tế bào mô giậu bao quanh tế bào bó mạch. • CAM: Cấu trúc giống C₃, khác ở thời điểm mở/đóng khí khổng. – Thời gian mở khí khổng • C₃/C₄: Chủ yếu ban ngày. • CAM: Mở khí khổng vào ban đêm, đóng ban ngày. – Hiệu suất, thua thiệt với quang hợp • C₃: Hiệu suất cao ở nhiệt độ vừa phải, CO₂ cao; song dễ bị photorespiration khi nhiệt độ cao, CO₂ thấp, O₂ cao. • C₄: Giảm gần như triệt để photorespiration nhờ cô đặc CO₂ trong tế bào bó mạch; hiệu suất quang hợp cao ở nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh. • CAM: Hiệu suất quang hợp trung bình thấp hơn C₄ nhưng siêu tiết kiệm nước, thích nghi cực tốt điều kiện khô hạn. 2. Ưu thế thích nghi – Thực vật C₃ • Môi trường: Khí hậu ôn đới, mát ẩm, ánh sáng vừa phải. • Ưu thế: Dùng trực tiếp RuBisCO, tiết kiệm năng lượng (ít bước phụ), tốc độ quang hợp cao khi nhiệt độ 15–25 °C, độ ẩm và CO₂ tương đối cao. – Thực vật C₄ • Môi trường: Nhiệt đới, cận nhiệt đới, nắng mạnh, khô hạn vừa phải. • Ưu thế: 1. Giảm photorespiration, tận dụng tốt CO₂ ngay cả khi khí khổng hơi đóng để tiết kiệm nước. 2. Hiệu suất sử dụng nước (WUE) và nitơ (NUE) cao hơn C₃. 3. Quang hợp mạnh ở nhiệt độ ≥30 °C và cường độ ánh sáng lớn. – Thực vật CAM • Môi trường: Sa mạc, bán sa mạc, nơi cực khô hạn hoặc dao động nhiệt độ lớn ban ngày/đêm. • Ưu thế: 1. Mở khí khổng ban đêm (khi hơi nước ít bốc hơi), cực kỳ tiết kiệm nước. 2. Tích lũy CO₂ dưới dạng acid hữu cơ, cho phép đóng khí khổng ban ngày, giảm mất nước tối đa. 3. Khả năng chịu hạn và chịu nhiệt độ cao rất tốt. Tóm lại, cơ chế quang hợp C₃ đơn giản, phù hợp với điều kiện mát ẩm; C₄ tạo cơ chế cô đặc CO₂, tối ưu quang hợp nơi nóng, nắng mạnh; CAM “đổi giờ” mở khí khổng, thích nghi tối ưu với khô hạn khắc nghiệt.