Thực vật C3 là nhóm thực vật có thể cố định CO2 dựa theo con đường C3 (hay chu trình canvin). Đó là những thực vật mà sản phẩm ban đầu của chúng sinh ra là 3-phosphoglycerate cùng với 3 nguyên tử cacbon.
Trắc nghiệm: Hô hấp sáng xảy ra ở nhóm thực vật nào?
A. Thực vật C4
B. Thực vật CAM
C. Thực vật C3
D. Thực vật C4 và thực vật CAM
Trả lời:
Đáp án đúng: C. Thực vật C3
Hô hấp sáng thường xảy ra ở thực vật C3
Kiến thức tham khảo về hô hấp sáng
1. Khái niệm thực vật C3
Thực vật C3 là nhóm thực vật có thể cố định CO2 dựa theo con đường C3 (hay chu trình canvin). Đó là những thực vật mà sản phẩm ban đầu của chúng sinh ra là 3-phosphoglycerate cùng với 3 nguyên tử cacbon. Các loại thực vật C3 còn được gọi là cây ôn đới vì những cây này có thể khử thành khí cacbonic trực tiếp bên trong lục lạp.
Thực vật C3 có nguồn gốc từ thời kỳ đại Trung Sinh và đại Cổ Sinh tức là nó xuất hiện trước thực vật C4. Hiện nay, thực vật C3 vẫn chiếm tới 95% sinh khối thực vật trên Trái Đất, chúng bao gồm các loài rong rêu đến các cây gỗ lớn phân bố rộng rãi ở khắp mọi nơi.
Loại thực vật này có xu hướng phát triển tốt và ổn định nhất ở trong các khu vực với những điều kiện như: Cường độ ánh sáng mặt trời và nhiệt độ môi trường ở mức vừa phải, hàm lượng dioxide cacbon rơi vào khoảng 200 ppm hoặc có thể cao hơn 1 chút, nguồn nước ngầm đầy đủ.
2. Chu trình các pha của quang hợp ở thực vật C3
Pha sáng
– Khái niệm: Pha sáng là pha có vai trò trong việc chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được các chất diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP cùng với NADPH. Pha sáng được diễn ra trong lục lạp tại tilacôit.
– Trong pha sáng, năng lượng của ánh sáng mặt trời sẽ được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước. Cụ thể, giúp giải phóng oxi, bù lại các electron đã mất cho diệp lục a, các proton H+ được dùng để khử NADP+ thành NADPH. Công thức như sau: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2
– ATP và NADPH trong pha sáng sẽ được sử dụng ở trong pha tối để tổng hợp lại các hợp chất hữu cơ.
Pha tối
– Pha tối ở thực vật C3 sẽ chỉ bao gồm chu trình Canvin và được diễn ra trong chất nền của lục lạp. Chu trình Canvin bao gồm 3 giai đoạn như sau:
* Giai đoạn cố định CO2:
+ Chất nhận CO2 đầu tiên và cũng là duy nhất sẽ là hợp chất 5C (Ribulozo- 1,5- diphotphat (RiDP))
+ Sản phẩm đầu tiên được sản sinh ra trong giai đoạn này là hợp chất 3C (hay Axit photphoglyxeric – APG)
* Giai đoạn khử
+ APG (axit phosphoglixeric) được chuyển hoá thành AlPG (andehit photphoglixeric), ATP và NADPH
+ Một phần của AlPG sẽ được tách ra khỏi chu trình và kết hợp với 1 phân tử triozo khác để có thể hình thành nên C6H12O6, từ đó cấu thành nên tinh bột, axit amin …
* Giai đoạn tái sinh:
Chất nhận ban đầu sẽ là Rib – 1.5 diP (ribulozo- 1.5 điphosphat).
+ Phần lớn AlPG phải thông qua nhiều phản ứng cần ATP mới có thể tái tạo nên RiDP để khép kín lại chu trình.
3. Cơ chế hô hấp sáng ở thực vật C3
Khác với quá trình hô hấp thông thường ở thực vật, hô hấp sáng xảy ra ở thực vật không tạo ra ATP nhưng lại tạo ra các axit amin, tiêu biểu là Serin và Glyxin. Do vậy, hô hấp sáng xảy ra qua 3 bào quan lần lượt là lục lạp, perôxinôm và ti thể.
Tại lục lạp
Quá trình quang hô hấp ở lục lạp có thể tóm tắt như sau: CO2 có nồng độ cao sẽ tạo thành 2 APG và thực hiện quá trình quang hợp. Bên cạnh đó, O2 có nồng độ cao sẽ tạo ra 1 APG và 1AG. Từ đó thực hiện quá trình quang hợp và hô hấp.
Tại Perôxixôm
Tại đây, các axit glycolic sẽ kết hợp với O2 để tạo ra axit glyoxylic, đồng thời cũng tạo thành H2O2. Sau đó, các phân tử H2O2 sẽ được phân hủy bởi catalase để tạo thành nước và oxi.
Tương tự, các axit glyoxylic sẽ chuyển thành glyxin thông qua một phản ứng gọi là chuyển vị amin. Cuối cùng, các glyxin sẽ được chuyển vào ti thể để thực hiện giai đoạn cuối cùng của quá trình hô hấp sang.
Tại ti thể
Ở ti thể, các glyxin sẽ chuyển thành serin nhờ xúc tác của các enzym kép. Cuối cùng, serin được biến đổi thành axit glyoxylic và chuyển sang lục lạp, kết thúc quá trình hô hấp sáng trong thực vật C3.
4. Hậu quả của hô hấp sáng là gì?
Như đã phân tích ở trên, hô hấp sáng không tạo ra năng lượng nhưng lại làm tiêu tốn quá nhiều sản phẩm của quá trình quang hợp, tạo ra những ảnh hưởng không tốt cho cây. Bên cạnh đó, quá trình này còn tạo ra một sản phẩm phụ, đó là amoniac – một chất độc hại đối với môi trường.
Quá trình quang hô hấp cũng sẽ làm hao hụt cacbon và nitơ, vì vậy có thể dẫn tới việc làm giảm hiệu suất quang hợp của cây, khiến lá cây trở nên úa và héo. Đồng thời, tốc độ tăng trưởng của cây cũng bị giảm đi đáng kể.
