Сравнительная характеристика C3 и C4 растений

Сравнительная характеристика C3 и C4 растений Растения делятся на группы в зависимости от способа фиксации углекислого газа в процессе фотосинтеза. Основными группами являются C3 и C4 растения. Названия происходят от количества атомов углерода в первом устойчивом продукте фотосинтеза. 1. Особенности C3-растений К этой группе относится большинство растений умеренного климата (пшеница, рис, овес, ячмень, картофель). - Первичный продукт: Трехуглеродная молекула (3-фосфоглицериновая кислота). - Фермент: Основную роль играет Рубиско. Этот фермент может связывать не только углекислый газ, но и кислород (процесс фотодыхания), что снижает эффективность фотосинтеза при высоких температурах. - Анатомия листа: Клетки мезофилла расположены равномерно, нет специализированных обкладочных клеток вокруг проводящих пучков. - Условия: Оптимально растут в умеренном климате при достаточной влажности. При жаре устьица закрываются, и фотосинтез резко замедляется. 2. Особенности C4-растений К этой группе относятся растения преимущественно тропического и субтропического происхождения (кукуруза, сахарный тростник, просо, сорго). - Первичный продукт: Четырехуглеродная молекула (щавелевоуксусная кислота или малат). - Фермент: Первичную фиксацию осуществляет ФЕП-карбоксилаза. Она обладает очень высоким сродством к углекислому газу и не реагирует с кислородом. - Анатомия листа (Кранц-анатомия): Имеются специализированные клетки обкладки сосудистого пучка. Фотосинтез разделен в пространстве: фиксация CO2 происходит в мезофилле, а цикл Кальвина — в клетках обкладки. - Условия: Высокая эффективность в условиях жары, интенсивного освещения и дефицита влаги. 3. Сравнительная таблица характеристик Для удобства записи в тетрадь основные различия можно представить в виде перечня: - Первичный продукт фиксации углерода: Для C3: \( 3 \)-фосфоглицерат (три атома углерода). Для C4: Оксалоацетат (четыре атома углерода). - Температурный оптимум: Для C3: \( 15 - 25 \) градусов Цельсия. Для C4: \( 30 - 45 \) градусов Цельсия. - Фотодыхание: Для C3: Выражено сильно, что снижает продуктивность на \( 20-40\% \) в жаркую погоду. Для C4: Практически отсутствует, так как концентрация CO2 в клетках обкладки поддерживается на высоком уровне. - Эффективность использования воды: C4-растения тратят почти в два раза меньше воды на фиксацию одной молекулы углерода по сравнению с C3-растениями, так как могут эффективно поглощать газ даже при полузакрытых устьицах. 4. Биологическое и хозяйственное значение C3-растения составляют основу продовольственной безопасности России в умеренных широтах. Пшеница и рожь идеально адаптированы к нашему климату. В то же время C4-растения, такие как кукуруза, демонстрируют колоссальную урожайность в южных регионах страны (Краснодарский край, Ставрополье), обеспечивая животноводство кормовой базой. Изучение этих механизмов позволяет селекционерам выводить более засухоустойчивые сорта культурных растений.