Unterschied zwischen C3- und C4-Pflanzen
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Hauptunterschied - C3- und C4-Pflanzen
C3- und C4-Pflanzen sind zwei Arten von Pflanzen, die C3- und C4-Zyklen während der Dunkelreaktion der Photosynthese verwenden. Rund 95% der Pflanzen auf der Erde sind C3-Pflanzen. Zuckerrohr, Sorghum, Mais und Gräser sind C4-Pflanzen. Die Blätter der C4-Pflanzen weisen eine Anatomie von Kranz auf. C4-Pflanzen sind in der Lage, auch bei niedrigen Kohlendioxidkonzentrationen sowie bei heißen und trockenen Bedingungen Photosynthese zu betreiben. Daher ist die Effizienz der Photosynthese in C4-Pflanzen höher als in C3-Pflanzen. Das Hauptunterschied zwischen C3 und C4 Pflanzen ist das In C3-Anlagen wird eine einmalige Fixierung von Kohlendioxid und in C4-Anlagen eine doppelte Fixierung von Kohlendioxid beobachtet.
Dieser Artikel untersucht,
1. Was sind C3-Pflanzen?
- Definition, Merkmale, Merkmale, Beispiele
2. Was sind C4-Pflanzen?
- Definition, Merkmale, Merkmale, Beispiele
3. Was ist der Unterschied zwischen C3- und C4-Pflanzen?
Was sind C3-Pflanzen?
C3-Pflanzen nutzen den Calvin-Zyklus als Mechanismus für die Dunkelreaktion in der Photosynthese. Die erste stabile Verbindung, die im Calvin-Zyklus hergestellt wird, ist 3-Phosphoglycerat. Da 3-Phosphoglycerat eine Verbindung mit drei Kohlenstoffatomen ist, wird der Calvin-Zyklus als C3-Zyklus bezeichnet. C3-Pflanzen fixieren Kohlendioxid direkt durch das Enzym Ribulosebisphosphatcarboxylase (Rubisco). Diese Fixierung findet in den Chloroplasten von Mesophyllzellen statt. Der C3-Zyklus erfolgt in drei Schritten. Im ersten Schritt wird Kohlendioxid in den fünf Kohlenstoffzucker Ribulose 1,5-Bisphosphat fixiert, der alternativ zu 3-Phosphoglycerat hydrolysiert wird. Ein Teil des 3-Phosphoglycerats wird in der zweiten Stufe zu Hexosephosphaten wie Glucose-6-phosphat, Glucose-1-phosphat und Fructose-6-phosphat reduziert. Das verbleibende 3-Phosphoglycerat wird recycelt und bildet Ribulose 1,5-Phosphat.
Der optimale Temperaturbereich von C3-Anlagen liegt bei 65 bis 75 Grad Fahrenheit. Wenn die Bodentemperatur 40-45 Grad Fahrenheit erreicht, beginnen die C3-Pflanzen zu wachsen. Daher werden C3-Pflanzen aufgerufen kühle Jahreszeit Pflanzen. Die Effizienz der Photosynthese wird mit zunehmender Temperatur gering. Während des Frühlings und Herbstes werden C3-Pflanzen aufgrund der hohen Bodenfeuchtigkeit, der kürzeren Photoperiode und der kühlen Temperatur produktiv. Im Sommer sind C3-Pflanzen aufgrund der hohen Temperatur und der Bodenfeuchtigkeit weniger produktiv. C3-Pflanzen können einjährige Pflanzen wie Weizen, Hafer und Roggen oder mehrjährige Pflanzen wie Schwingel und Obstgarten sein. Ein Querschnitt des Blattes von Arabidopsis Thaliana, welches eine C3-Anlage ist, ist in gezeigt Abbildung 1. Bündelhüllenzellen werden in rosa angezeigt.
Abbildung 1: Arabidopsis thaliana Blatt
Was sind C4-Pflanzen?
C4-Pflanzen nutzen den Hatch-Stack-Zyklus als Reaktionsmechanismus in der Dunkelreaktion der Photosynthese. Die erste stabile Verbindung, die im Hatch-Stack-Zyklus hergestellt wird, ist Oxalacetat. Da Oxaloacetat eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen ist, wird der Hatch-Stack-Zyklus als C4-Zyklus bezeichnet. C4-Pflanzen fixieren das Kohlendioxid zweimal in Mesophyllzellen und dann in Bündelhüllzellen durch die Enzyme Phosphoenolpyruvatcarboxylase bzw. Ribulosebisphosphatcarboxylase (Rubisco). Phosphoenolpyruvat in den Mesophyllzellen wird mit Kohlendioxid unter Bildung des Oxalacetats kondensiert. Dieses Oxalacetat wird zu Malat, um es in Bündelzellen umzuwandeln. Innerhalb der Bündelhüllzellen wird Malat decarboxyliert, wodurch in diesen Zellen Kohlendioxid für den Calvin-Zyklus zur Verfügung steht. Dann wird Kohlendioxid zum zweiten Mal in den Bündelzellen fixiert.
Die optimale Temperatur von C4-Anlagen liegt bei 90 bis 95 Grad Fahrenheit. C4-Pflanzen beginnen bei 60-65 Grad Fahrenheit zu wachsen. Daher werden C4-Pflanzen als tropische oder warme Jahreszeit bezeichnet. C4-Pflanzen sammeln Kohlendioxid und Wasser effizienter aus dem Boden. Die Gasporen-Poren werden während der meisten Stunden des Tages dicht gehalten, um den übermäßigen Feuchtigkeitsverlust bei trockenen und heißen Bedingungen zu reduzieren. Jährliche C4-Pflanzen sind Mais, Perlmühle und Sudangrass. Mehrjährige C4-Pflanzen sind Bermudagrass, Indisches Gras und Weidengras. Die Blätter der C4-Pflanzen weisen eine Anatomie von Kranz auf. Photosynthetisierende Bündelhüllzellen bedecken das Gefäßgewebe des Blattes. Diese Bündelhüllzellen sind von Mesophyllzellen umgeben. Ein Querschnitt eines Maisblattes mit Anatomie von Kranz ist in gezeigt Figur 2.
Abbildung 2: Maisblatt
Unterschied zwischen C3- und C4-Pflanzen
Alternative Namen
C3-Pflanzen: C3-Pflanzen werden Pflanzen der kühlen Jahreszeit genannt.
C4-Pflanzen: C4-Pflanzen werden Pflanzen der warmen Jahreszeit genannt.
Kranz Anatomie
C3-Pflanzen: Den Blättern der C3-Pflanzen fehlt die Anatomie von Kranz.
C4-Pflanzen: Die Blätter der C4-Pflanzen besitzen eine Anatomie von Kranz.
Zellen
C3-Pflanzen: In C3-Pflanzen wird die Dunkelreaktion von Mesophyllzellen durchgeführt. Bündelzellenzellen fehlen Chloroplasten.
C4-Pflanzen: In C4-Pflanzen wird die Dunkelreaktion sowohl von Mesophyllzellen als auch von Bündelzellenzellen durchgeführt.
Chloroplasten
C3-Pflanzen: Chloroplasten von C3-Pflanzen sind monomorph. C3-Pflanzen enthalten nur körnige Chloroplasten.
C4-Pflanzen: Chloroplasten von C4-Pflanzen sind dimorph. C4-Pflanzen enthalten sowohl granulare als auch agranuläre Chloroplasten.
Peripheres Retikulum
C3-Pflanzen: Chloroplasten von C3-Pflanzen fehlt ein peripheres Retikulum.
C4-Pflanzen: Chloroplasten von C4-Pflanzen enthalten ein peripheres Retikulum.
Photosystem II
C3-Pflanzen: Chloroplasten der C3-Pflanzen bestehen aus PS II.
C4-Pflanzen: Chloroplasten der C4-Pflanzen bestehen nicht aus PS II.
Stomata
C3-Pflanzen: Die Photosynthese wird gehemmt, wenn die Stomata geschlossen wird.
C4-Pflanzen: Photosynthese tritt auch bei geschlossenen Stomata auf.
Kohlendioxid-Fixierung
C3-Pflanzen: Eine einzige Kohlendioxidfixierung findet in C3-Anlagen statt.
C4-Pflanzen: Doppelte Kohlendioxid-Fixierungen treten in C4-Anlagen auf.
Effizienz bei der Kohlendioxid-Fixierung
C3-Pflanzen: Die Fixierung von Kohlendioxid ist in C3-Anlagen weniger effizient und langsam.
C4-Pflanzen: Die Fixierung von Kohlendioxid ist in C4-Anlagen effizienter und schneller.
Effizienz der Photosynthese
C3-Pflanzen: Photosynthese ist in C3-Pflanzen weniger effizient.
C4-Pflanzen: Photosynthese ist in C4-Pflanzen effizient.
Fotorespiration
C3-Pflanzen: Photorespiration tritt in C3-Pflanzen auf, wenn die Kohlendioxidkonzentration niedrig ist.
C4-Pflanzen: Bei niedrigen Kohlendioxidkonzentrationen wird keine Photorespiration beobachtet.
Optimale Temperatur
C3-Pflanzen: Der optimale Temperaturbereich von C3-Anlagen liegt bei 65 bis 75 Grad Fahrenheit.
C4-Pflanzen: Der optimale Temperaturbereich von C4-Anlagen liegt bei 90 bis 95 Grad Fahrenheit.
Carboxylase-Enzym
C3-Pflanzen: Das Carboxylaseenzym ist in C3-Pflanzen Rubisco.
C4-Pflanzen: Das Carboxylaseenzym ist in C4-Anlagen PEP-Carboxylase und Rubisco.
Erste stabile Verbindung in der Dunkelreaktion
C3-Pflanzen: Die erste stabile Verbindung, die im C3-Zyklus hergestellt wird, ist eine Drei-Kohlenstoff-Verbindung, die als 3-Phosphoglycerinsäure bezeichnet wird.
C4-Pflanzen: Die erste stabile Verbindung, die im C4-Zyklus hergestellt wird, ist eine Verbindung mit vier Kohlenstoffatomen, die als Oxalessigsäure bezeichnet wird.
Proteingehalt der Pflanze
C3-Pflanzen: C3-Pflanzen enthalten einen hohen Proteingehalt.
C4-Pflanzen: C4-Pflanzen enthalten im Vergleich zu C3-Pflanzen einen niedrigen Proteingehalt.
Fazit
C3- und C4-Pflanzen verwenden während der Dunkelreaktion der Photosynthese unterschiedliche Stoffwechselreaktionen. C3-Pflanzen verwenden den Calvin-Zyklus, während die C4-Pflanzen den Hatch-Slack-Zyklus verwenden. In C3-Pflanzen tritt die Dunkelreaktion in Mesophyllzellen auf, indem Kohlendioxid direkt in Ribulose-1,5-bisphosphat fixiert wird. In C4-Pflanzen wird Kohlendioxid in Phosphoenolpyruvat fixiert, wobei Malat gebildet wird, um es in Bündelzellen zu überführen, in denen der Calvin-Zyklus stattfindet. Daher wird Kohlendioxid in C4-Anlagen zweimal fixiert. Um sich an den C4-Mechanismus anzupassen, weisen die Blätter von C4-Pflanzen eine Kranz-Anatomie auf. Die Effizienz der Photosynthese ist in C4-Pflanzen im Vergleich zu C3-Pflanzen hoch. C4-Pflanzen sind in der Lage, Photosynthese durchzuführen, selbst nachdem die Stomata geschlossen sind. Daher besteht der Hauptunterschied zwischen C3- und C4-Pflanzen in ihren Stoffwechselreaktionen, die während der Dunkelreaktion der Photosynthese wirken.
Referenz:
1. Berg, Jeremy M. "Der Calvin-Zyklus synthetisiert Hexosen aus Kohlendioxid und Wasser." Biochemie. 5. Auflage. US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 16. April 2017.
2. Lodish, Harvey. "CO2-Metabolismus während der Photosynthese." Molekulare Zellbiologie. 4. Ausgabe. US National Library of Medicine, 01. Januar 1970. Web. 16. April 2017.
Bildhöflichkeit:
1. „Querschnitt von Arabidopsis thaliana, einer C3-Anlage“ Von Ninghui Shi - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
2. "Querschnitt eines Mais, eine C4-Pflanze" Von Ninghui Shi - Eigene Arbeit (CC BY-SA 3.0) über Commons Wikimedia
