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C3植物とC4植物の違い

主な違い – C3 植物と C4 植物

C3 および C4 植物は、光合成の暗反応中にそれぞれ C3 および C4 サイクルを使用する 2 種類の植物です。地球上の植物の約 95% は C3 植物です。サトウキビ、モロコシ、トウモロコシ、牧草は C4 植物です。 C4 植物の葉は、クランツ解剖学を示します。 C4 植物は、二酸化炭素濃度が低くても、暑く乾燥した環境でも光合成を行うことができます。したがって、C4 植物の光合成効率は、C3 植物の光合成効率よりも高くなります。 主な違い C3 植物と C4 植物の違いは、C3 植物では二酸化炭素の単一固定が観察され、C4 植物では二酸化炭素の二重固定が観察されることです。 .

この記事では、

1. C3プラントとは
– 定義、特性、機能、例
2. C4プラントとは
– 定義、特性、機能、例
3. C3植物とC4植物の違いは何ですか

C3 植物とは

C3 植物は、光合成における暗反応のメカニズムとしてカルビン サイクルを使用します。カルビン回路で生成される最初の安定化合物は 3-ホスホグリセレートです。 3-ホスホグリセレートは 3 つの炭素化合物であるため、カルビン サイクルは C3 サイクルと呼ばれます。 C3 植物は、酵素であるリブロース二リン酸カルボキシラーゼ (ルビスコ) によって二酸化炭素を直接固定します。この固定は、葉肉細胞の葉緑体で発生します。 C3 サイクルは 3 つのステップで発生します。最初のステップでは、二酸化炭素が 5 炭糖であるリブロース 1,5-ビスリン酸に固定され、これが代わりに 3-ホスホグリセレートに加水分解されます。 3-ホスホグリセレートの一部は、第 2 段階でグルコース 6-リン酸、グルコース 1-リン酸、フルクトース 6-リン酸などのヘキソースリン酸に還元されます。残りの 3-ホスホグリセレートはリサイクルされ、リブロース 1,5-リン酸を形成します。

C3 植物の最適な温度範囲は華氏 65 ~ 75 度です。土壌温度が華氏 40 ~ 45 度に達すると、C3 植物が成長し始めます。したがって、C3 植物は寒冷地植物と呼ばれます。 .気温が高くなると光合成の効率が低下します。春と秋の間、C3 植物は、土壌水分が高く、日照時間が短く、気温が低いため、生産性が高くなります。夏の間、C3 植物は、高温と土壌水分の減少により生産性が低下します。 C3 植物は、コムギ、エンバク、ライ麦などの一年生植物、またはフェスクや果樹園などの多年生植物のいずれかです。 シロイヌナズナの葉の断面 、これは C3 植物であり、図 1 に示されています .バンドル シース セルはピンク色で表示されます。

図 1:シロイヌナズナの葉

C4 植物とは

C4 植物は、光合成の暗反応における反応メカニズムとしてハッチスタック サイクルを使用します。ハッチスタックサイクルで生成される最初の安定化合物はオキサロ酢酸です。オキサロ酢酸は 4 炭素化合物であるため、ハッチスタックサイクルは C4 サイクルと呼ばれます。 C4植物は、それぞれホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼとリブロースビスリン酸カルボキシラーゼ(ルビスコ)という酵素によって、葉肉細胞と束鞘細胞の2回、二酸化炭素を固定します。葉肉細胞内のホスホエノールピルビン酸は二酸化炭素と凝縮され、オキサロ酢酸を形成します。このオキサロ酢酸は、束鞘細胞に移行するためにリンゴ酸になります。バンドル シース セル内では、リンゴ酸が脱炭酸され、二酸化炭素がこれらの細胞のカルビン サイクルに利用できるようになります。次に、バンドル シース セル内で二酸化炭素が 2 度目に固定されます。

C4 植物の最適温度は華氏 90 ~ 95 度です。 C4 植物は、華氏 60 ~ 65 度で成長を開始します。したがって、C4植物は熱帯または暖かい季節の植物と呼ばれます. C4植物は、土壌から二酸化炭素と水をより効率的に収集します.ガス交換気孔は、乾燥した暑い条件で水分の過度の損失を減らすために、1 日のほとんどの時間、閉じた状態に保たれます。一年生の C4 植物は、トウモロコシ、パールミレット、スーダングラスです。多年生の C4 植物は、バミューダグラス、インディアングラス、スイッチグラスです。 C4 植物の葉は、クランツ解剖学を示します。光合成を行う束鞘細胞は、葉の維管束組織を覆っています。これらの束鞘細胞は、葉肉細胞に囲まれています。 図 2 は、クランツ解剖学を示すトウモロコシの葉の断面図です。 .

図 2:トウモロコシの葉

C3 植物と C4 植物の違い

別名

C3 植物: C3 植物は寒冷地植物と呼ばれます。

C4 植物: C4 植物は暖地植物と呼ばれます。

クランツの解剖学

C3 植物: C3 植物の葉には、クランツ構造がありません。

C4 植物: C4 植物の葉はクランツ構造を持っています。

セル

C3 植物: C3植物では、暗反応は葉肉細胞によって行われます。束鞘細胞には葉緑体がありません。

C4 植物: C4 植物では、暗反応は葉肉細胞と束鞘細胞の両方によって行われます。

葉緑体

C3 植物: C3 植物の葉緑体は単形性です。 C3 植物には粒状の葉緑体しか含まれていません。

C4 植物: C4植物の葉緑体は二形性です。 C4 植物には、顆粒葉緑体と無顆粒葉緑体の両方が含まれています。

末梢網

C3 植物: C3 植物の葉緑体には周辺網状体がありません。

C4 植物: C4 植物の葉緑体には周辺網状体が含まれています。

光化学系 II

C3 植物: C3 植物の葉緑体は PS II で構成されています。

C4 植物: C4 植物の葉緑体は PS II から構成されていません。

気孔

C3 植物: 気孔が閉じていると光合成が阻害されます。

C4 植物: 気孔が閉じていても光合成は行われます。

二酸化炭素固定

C3 植物: C3 植物では、1 回の二酸化炭素固定が行われます。

C4 植物: C4植物では二酸化炭素の二重固定が起こります。

二酸化炭素固定の効率

C3 植物: 二酸化炭素の固定は、C3 植物では効率が悪く、遅くなります。

C4 植物: 二酸化炭素固定は、C4 植物でより効率的かつ高速です。

光合成の効率

C3 植物: C3 植物では光合成の効率が低下します。

C4 植物: 光合成は C4 植物で効率的です。

光呼吸

C3 植物: C3 植物では、二酸化炭素濃度が低いときに光呼吸が発生します。

C4 植物: 低二酸化炭素濃度では光呼吸は観察されません。

至適温度

C3 植物: C3 植物の最適な温度範囲は、華氏 65 ~ 75 度です。

C4 植物: C4 植物の最適な温度範囲は、華氏 90 ~ 95 度です。

カルボキシラーゼ酵素

C3 植物: カルボキシラーゼ酵素は C3 植物の rubisco です。

C4 植物: カルボキシラーゼ酵素は、C4 植物の PEP カルボキシラーゼと rubisco です。

暗反応における最初の安定化合物

C3 植物: C3 サイクルで生成される最初の安定した化合物は、3-ホスホグリセリン酸と呼ばれる 3 炭素化合物です。

C4 植物: C4 サイクルで生成される最初の安定な化合物は、オキサロ酢酸と呼ばれる炭素数 4 の化合物です。

植物のタンパク質含有量

C3 植物: C3 植物には高タンパクが含まれています。

C4 植物: C4 植物は、C3 植物に比べてタンパク質含有量が少ない

結論

C3 と C4 の植物は、光合成の暗反応時に異なる代謝反応を使用します。 C3 植物はカルビン サイクルを使用しますが、C4 植物は Hatch-Slack サイクルを使用します。 C3植物では、二酸化炭素がリブロース1,5-ビスリン酸に直接固定されることにより、葉肉細胞で暗反応が起こります。 C4 植物では、二酸化炭素がホスホエノール ピルビン酸に固定され、リンゴ酸を形成して、カルビン サイクルが発生する束鞘細胞に移動します。したがって、二酸化炭素は C4 植物で 2 回固定されます。 C4 メカニズムに適応するために、C4 植物の葉はクランツ構造を示します。光合成の効率は、C3 植物に比べて C4 植物の方が高い。 C4植物は、気孔を閉じた後でも光合成を行うことができます。したがって、C3 植物と C4 植物の主な違いは、光合成の暗反応中に作用する代謝反応です。

参照:
1. Berg、Jeremy M.「カルビン サイクルは、二酸化炭素と水からヘキソースを合成します。」生化学。第5版。米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日。ウェブ。 2017 年 4 月 16 日。
2. Lodish、Harvey。 「光合成中の CO2 代謝」。分子細胞生物学。第4版。米国国立医学図書館、1970 年 1 月 1 日。ウェブ。 2017 年 4 月 16 日


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