Thực vật trên Trái Đất vô cùng đa dạng và phong phú. Để hiểu rõ hơn về cách chúng tồn tại và phát triển, các nhà khoa học đã phân loại chúng thành nhiều nhóm khác nhau. Trong đó, ba nhóm thực vật C3, C4 và CAM là những nhóm quan trọng, được phân biệt chủ yếu dựa vào cơ chế cố định CO2 ban đầu trong quá trình quang hợp.
Thực vật C3 là nhóm phổ biến nhất, chiếm phần lớn hệ thực vật trên Trái Đất. Chúng có quá trình cố định CO2 diễn ra trực tiếp trong chu trình Calvin tại tế bào mô giậu. Enzyme quan trọng tham gia vào quá trình này là RuBisCO (Ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase).
Tuy nhiên, RuBisCO có một nhược điểm là nó có thể phản ứng với cả CO2 và O2. Khi nồng độ CO2 thấp hoặc nhiệt độ cao, RuBisCO có xu hướng gắn O2 vào RuBP (Ribulose-1,5-bisphosphate) thay vì CO2, dẫn đến hô hấp sáng, một quá trình lãng phí năng lượng và làm giảm hiệu suất quang hợp.
Để khắc phục nhược điểm này, thực vật C4 đã phát triển một cơ chế cố định CO2 khác biệt. Đầu tiên, CO2 được cố định bởi enzyme PEP carboxylase (PEPcase) trong tế bào mô giậu, tạo thành một hợp chất 4 carbon (ví dụ: oxaloacetate). Hợp chất này sau đó được vận chuyển đến tế bào bao bó mạch, nơi CO2 được giải phóng và đưa vào chu trình Calvin.
PEPcase không có ái lực với O2, do đó thực vật C4 có thể cố định CO2 hiệu quả hơn trong điều kiện nồng độ CO2 thấp hoặc nhiệt độ cao, giảm thiểu hô hấp sáng và tăng hiệu suất quang hợp. Các loài thực vật C4 thường sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, nơi có nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh.
Thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism) cũng là một nhóm thực vật thích nghi với điều kiện khô hạn. Chúng có cơ chế cố định CO2 tương tự như thực vật C4, nhưng quá trình này diễn ra theo thời gian chứ không gian. Vào ban đêm, khi khí khổng mở ra để hấp thụ CO2, CO2 được cố định bởi PEPcase và tạo thành axit hữu cơ, được lưu trữ trong không bào. Ban ngày, khi khí khổng đóng lại để giảm mất nước, axit hữu cơ được giải phóng, CO2 được đưa vào chu trình Calvin.
Sự khác biệt chính giữa thực vật C3, C4 và CAM nằm ở enzyme cố định CO2 ban đầu, vị trí và thời gian diễn ra quá trình cố định CO2, cũng như cấu trúc giải phẫu lá. Người Ta Phân Biệt Các Nhóm Thực Vật C3 C4 Cam Chủ Yếu Dựa Vào những đặc điểm này để hiểu rõ hơn về sự thích nghi của chúng với môi trường sống khác nhau. Cụ thể:
- Enzyme cố định CO2 ban đầu: C3 sử dụng RuBisCO, C4 và CAM sử dụng PEPcase.
- Vị trí cố định CO2 ban đầu: C3 cố định CO2 trực tiếp trong tế bào mô giậu, C4 cố định CO2 trong tế bào mô giậu và giải phóng CO2 trong tế bào bao bó mạch, CAM cố định CO2 vào ban đêm trong tế bào mô giậu.
- Thời gian cố định CO2 ban đầu: C3 và C4 cố định CO2 vào ban ngày, CAM cố định CO2 vào ban đêm.
- Cấu trúc giải phẫu lá: C4 có cấu trúc Kranz đặc trưng với tế bào bao bó mạch bao quanh mạch dẫn, CAM có tế bào mô giậu chứa nhiều không bào lớn.
Nhờ những đặc điểm khác biệt này, mỗi nhóm thực vật có khả năng thích nghi và phát triển tốt nhất trong môi trường sống riêng của chúng. Việc nghiên cứu và phân biệt các nhóm thực vật này có ý nghĩa quan trọng trong nông nghiệp, sinh học và bảo tồn đa dạng sinh học.
