Belangrijkste verschil - C3- versus C4-planten

C3- en C4-planten zijn twee soorten planten die respectievelijk C3- en C4-cycli gebruiken tijdens de donkere reactie van fotosynthese. Ongeveer 95% van de planten op aarde zijn C3-planten. Suikerriet, sorghum, maïs en grassen zijn C4-planten. Bladeren van de C4-planten vertonen Kranz-anatomie. C4-planten zijn in staat tot fotosynthese, zelfs in lage concentraties kooldioxide en in warme en droge omstandigheden. Daarom is de efficiëntie van fotosynthese in C4-planten hoger dan de efficiëntie in C3-planten. De grootste verschil tussen C3- en C4-fabrieken is dat: enkele fixatie van kooldioxide wordt waargenomen in C3-planten en dubbele fixatie van kooldioxide wordt waargenomen in C4-planten.

Dit artikel onderzoekt,

1. Wat zijn C3-planten? - Definitie, kenmerken, kenmerken, voorbeelden 2. Wat zijn C4-planten? - Definitie, kenmerken, kenmerken, voorbeelden 3. Wat is het verschil tussen C3- en C4-planten?

Wat zijn C3-planten?

C3-planten gebruiken de Calvin-cyclus als hun mechanisme voor donkere reactie bij fotosynthese. De eerste stabiele verbinding die in de Calvin-cyclus wordt geproduceerd, is 3-fosfoglyceraat. Omdat 3-fosfoglyceraat een verbinding met drie koolstofatomen is, wordt de Calvin-cyclus de C3-cyclus genoemd. C3-planten fixeren koolstofdioxide direct door het enzym ribulosebisfosfaatcarboxylase (rubisco). Deze fixatie vindt plaats in de chloroplasten van mesofylcellen. C3-cyclus vindt plaats in drie stappen. Tijdens de eerste stap wordt kooldioxide gefixeerd in de suiker met vijf koolstoffen, ribulose 1, 5-bisfosfaat, dat alternatief wordt gehydrolyseerd tot 3-fosfoglyceraat. Een deel van het 3-fosfoglyceraat wordt tijdens de tweede stap gereduceerd tot hexosefosfaten zoals glucose-6-fosfaat, glucose-1-fosfaat en fructose-6-fosfaat. Het overblijvende 3-fosfoglyceraat wordt gerecirculeerd en vormt ribulose-1, 5-fosfaat.

Het optimale temperatuurbereik van C3-planten is 65-75 graden Fahrenheit. Wanneer de bodemtemperatuur 40-45 graden Fahrenheit bereikt, beginnen C3-planten te groeien. Daarom worden C3-planten genoemd planten in het koele seizoen. De efficiëntie van fotosynthese wordt laag met de toenemende temperatuur. Tijdens de lente en herfst worden C3-planten productief vanwege het hoge bodemvocht, de kortere fotoperiode en de koele temperatuur. In de zomer zijn C3-planten minder productief door de hoge temperatuur en minder bodemvocht. C3-planten kunnen eenjarige planten zijn zoals tarwe, haver en rogge of meerjarige planten zoals zwenkgras en boomgaard. Een dwarsdoorsnede van het blad van Arabidopsis thaliana, een C3-plant, is weergegeven in figuur 1. Bundelmantelcellen worden weergegeven in roze kleur.

Figuur 1: Arabidopsis thaliana blad

Wat zijn C4-planten?

C4-planten gebruiken de Hatch-Stack-cyclus als hun reactiemechanisme in de donkere reactie van fotosynthese. De eerste stabiele verbinding die in de Hatch-Stack-cyclus wordt geproduceerd, is oxaalacetaat. Omdat oxaalacetaat een vier-koolstofverbinding is, wordt de Hatch-Stack-cyclus de C4-cyclus genoemd. C4-planten fixeren koolstofdioxide tweemaal, in mesofylcellen en vervolgens in bundelschedecellen, door respectievelijk de enzymen fosfoenolpyruvaatcarboxylase en ribulosebisfosfaatcarboxylase (rubisco). Fosfoenolpyruvaat in de mesofylcellen wordt gecondenseerd met koolstofdioxide, waardoor het oxaalacetaat wordt gevormd. Dit oxaalacetaat wordt malaat om over te gaan in bundelschedecellen. In de bundelschedecellen wordt malaat gedecarboxyleerd, waardoor koolstofdioxide beschikbaar komt voor de Calvin-cyclus in deze cellen. Vervolgens wordt kooldioxide voor de tweede keer gefixeerd in de bundelmantelcellen.

De optimale temperatuur van C4-planten is 90-95 graden Fahrenheit. C4-planten beginnen te groeien bij 60-65 graden Fahrenheit. Daarom worden C4-planten tropische of warme seizoensplanten genoemd. C4-planten zijn efficiënter in het verzamelen van koolstofdioxide en water uit de bodem. De gasuitwisselende huidmondjes worden de meeste uren van de dag gesloten gehouden om het overmatige vochtverlies in droge en warme omstandigheden te verminderen. Jaarlijkse C4-planten zijn maïs, parelgierst en sudangrass. Meerjarige C4-planten zijn bermudagrass, Indian grass en switchgrass. Bladeren van de C4-planten vertonen Kranz-anatomie. Fotosynthetiserende bundelschedecellen bedekken de vaatweefsels van het blad. Deze bundelschedecellen zijn omgeven door mesofylcellen. Een dwarsdoorsnede van een maïsblad met Kranz-anatomie wordt getoond in figuur 2.

Figuur 2: Maïsblad

Verschil tussen C3- en C4-planten

Alternatieve namen

C3-planten: C3-planten worden koelseizoenplanten genoemd.

C4 Planten: C4-planten worden warme seizoenplanten genoemd.

Anatomie van Kranz

C3-planten: Bladeren van de C3-planten missen Kranz-anatomie.

C4 Planten: Bladeren van de C4-planten hebben een Kranz-anatomie.

Cellen

C3-planten: In C3-planten wordt de donkerreactie uitgevoerd door mesofylcellen. Bundelmantelcellen missen chloroplasten.

C4 Planten: In C4-planten wordt de donkerreactie uitgevoerd door zowel mesofylcellen als bundelmantelcellen.

Chloroplasten

C3-planten: Chloroplasten van C3-planten zijn monomorf. C3-planten bevatten alleen granulaire chloroplasten.

C4 Planten: Chloroplasten van C4-planten zijn dimorf. C4-planten bevatten zowel granulaire als agranulaire chloroplasten.

Perifere reticulum

C3-planten: Chloroplasten van C3-planten missen een perifeer reticulum.

C4 Planten: Chloroplasten van C4-planten bevatten een perifeer reticulum.

Fotosysteem II

C3-planten: Chloroplasten van de C3-planten bestaan ​​uit PS II.

C4 Planten: Chloroplasten van de C4-planten bestaan ​​niet uit PS II.

huidmondjes

C3-planten: Fotosynthese wordt geremd wanneer huidmondjes gesloten zijn.

C4 Planten: Fotosynthese vindt zelfs plaats als huidmondjes gesloten zijn.

Kooldioxide fixatie

C3-planten: Een enkele kooldioxidefixatie vindt plaats in C3-planten.

C4 Planten: Dubbele kooldioxidefixaties komen voor in C4-planten.

Efficiëntie in de kooldioxidefixatie

C3-planten: De fixatie van kooldioxide is minder efficiënt en traag in C3-fabrieken.

C4 Planten: Kooldioxidefixatie is efficiënter en sneller in C4-fabrieken.

Efficiëntie van fotosynthese

C3-planten: Fotosynthese is minder efficiënt in C3-planten.

C4 Planten: Fotosynthese is efficiënt in C4-planten.

Fotorespiratie

C3-planten: Fotorespiratie vindt plaats in C3-planten wanneer de kooldioxideconcentratie laag is.

C4 Planten: Bij lage kooldioxideconcentraties wordt geen fotorespiratie waargenomen.

Optimale temperatuur

C3-planten: Het optimale temperatuurbereik van C3-planten is 65-75 graden Fahrenheit.

C4 Planten: Het optimale temperatuurbereik van C4-planten is 90-95 graden Fahrenheit.

Carboxylase-enzym

C3-planten: Het carboxylase-enzym is rubisco in C3-planten.

C4 Planten: Het carboxylase-enzym is PEP-carboxylase en rubisco in C4-planten.

Eerste stabiele verbinding in de donkere reactie

C3-planten: De eerste stabiele verbinding die in de C3-cyclus wordt geproduceerd, is een verbinding met drie koolstofatomen die 3-fosfoglycerinezuur wordt genoemd.

C4 Planten: De eerste stabiele verbinding die in de C4-cyclus wordt geproduceerd, is een verbinding met vier koolstofatomen die oxaalazijnzuur wordt genoemd.

Eiwitgehalte van de plant

C3-planten: C3-planten bevatten een hoog eiwitgehalte.

C4 Planten: C4-planten bevatten een laag eiwitgehalte in vergelijking met C3-planten.

Conclusie

C3- en C4-planten gebruiken verschillende metabole reacties tijdens de donkere reactie van fotosynthese. C3-planten gebruiken de Calvin-cyclus, terwijl de C4-planten de Hatch-Slack-cyclus gebruiken. In C3-planten vindt de donkerreactie plaats in mesofylcellen door kooldioxide direct te fixeren in ribulose-1, 5-bisfosfaat. In C4-planten wordt koolstofdioxide gefixeerd in fosfoenolpyruvaat, waarbij malaat wordt gevormd om over te gaan naar bundelschedecellen waar de Calvin-cyclus plaatsvindt. Daarom wordt koolstofdioxide twee keer gefixeerd in C4-fabrieken. Om zich aan te passen aan het C4-mechanisme, vertonen de bladeren van C4-planten de Kranz-anatomie. De efficiëntie van fotosynthese is hoog in C4-planten in vergelijking met C3-planten. C4-planten zijn in staat om fotosynthese uit te voeren, zelfs nadat de huidmondjes zijn gesloten. Daarom is het belangrijkste verschil tussen C3- en C4-planten hun metabolische reacties, die werken tijdens de donkere reactie van fotosynthese.

Referentie: 1. Berg, Jeremy M. "De Calvin-cyclus synthetiseert hexosen uit koolstofdioxide en water." Biochemie. 5e editie. Amerikaanse National Library of Medicine, 1 januari 1970. Web. 16 april 2017. 2. Lodish, Harvey. "CO2-metabolisme tijdens fotosynthese." Moleculaire celbiologie. 4e editie. Amerikaanse National Library of Medicine, 1 januari 1970. Web. 16 april 2017.

Afbeelding met dank aan: 1. "Dwarsdoorsnede van Arabidopsis thaliana, een C3-plant" door Ninghui Shi - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia 2. "Dwarsdoorsnede van maïs, een C4-plant" door Ninghui Shi - Eigen werk, (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia