Thực vật C4 là một nhóm thực vật đặc biệt, có khả năng thích nghi cao với môi trường sống khắc nghiệt. Khác với thực vật C3 thông thường, thực vật C4 có những đặc điểm sinh lý và cấu trúc lá riêng biệt, cho phép chúng quang hợp hiệu quả hơn trong điều kiện nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh và nồng độ CO2 thấp. Vậy, Thực Vật C4 được Phân Bố ở đâu trên thế giới và những yếu tố nào ảnh hưởng đến sự phân bố của chúng?
Thực vật C3 gồm các loài rêu đến các cây gỗ lớn phân bố rộng khắp mọi nơi trên Trái Đất. Trong pha tối ( pha cố định CO2) diễn ra trong chất nền của lục lạp. Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn: Giai đoạn cố định CO2, giai đoạn khử, giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu Rib- 1,5 diphosphat).
Phân Bố Địa Lý của Thực Vật C4
Thực vật C4 thường được tìm thấy ở các khu vực sau:
- Vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới: Đây là khu vực phân bố chính của thực vật C4. Với khí hậu nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ và ánh sáng cao, thực vật C4 có lợi thế cạnh tranh hơn so với thực vật C3. Một số ví dụ điển hình bao gồm:
- Đồng cỏ savan ở Châu Phi: Các loài cỏ C4 như cỏ voi (Pennisetum purpureum) chiếm ưu thế trong hệ sinh thái này.
- Vùng đồng bằng ven biển ở Úc: Nhiều loài cỏ C4 và cây bụi nhỏ thích nghi với điều kiện đất mặn và khô hạn.
- Khu vực Đông Nam Á: Các loại cây trồng như mía, ngô và cao lương là những ví dụ điển hình về thực vật C4 quan trọng về mặt kinh tế.
- Vùng ôn đới ấm: Một số loài thực vật C4 cũng có thể được tìm thấy ở các vùng ôn đới có mùa hè nóng và khô.
- Vùng núi cao: Ở những vùng núi cao, cường độ ánh sáng mạnh và nồng độ CO2 thấp có thể tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của thực vật C4.
Gồm một số loài ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương,… sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao. Chu trình quang hợp ở thực vật C4 diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch. Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố định CO2 đầu tiên. Tại tế bào bao bó mạch diễn ra giai đoạn cố định CO2 lần 2. Chu trình Canvin diễn ra như ơ thực vật C3. Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3: Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp hơn.Do đó thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3.
Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Sự Phân Bố
Sự phân bố của thực vật C4 không chỉ phụ thuộc vào vị trí địa lý mà còn chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường khác nhau:
- Nhiệt độ: Thực vật C4 có khả năng chịu nhiệt tốt hơn thực vật C3. Do đó, chúng thường chiếm ưu thế ở những khu vực có nhiệt độ cao.
- Ánh sáng: Cường độ ánh sáng cao là một yếu tố thuận lợi cho sự phát triển của thực vật C4.
- Nồng độ CO2: Thực vật C4 có khả năng quang hợp hiệu quả hơn ở nồng độ CO2 thấp so với thực vật C3.
- Nguồn nước: Mặc dù thực vật C4 có khả năng sử dụng nước hiệu quả hơn, nhưng chúng vẫn cần một lượng nước nhất định để tồn tại và phát triển.
- Độ mặn của đất: Một số loài thực vật C4 có khả năng chịu mặn tốt, cho phép chúng sinh sống ở các vùng đất ven biển hoặc đất bị nhiễm mặn.
Các Loài Thực Vật C4 Phổ Biến
Một số loài thực vật C4 phổ biến và quan trọng bao gồm:
- Cây lương thực: Ngô (Zea mays), mía (Saccharum officinarum), lúa miến (Sorghum bicolor), kê (Pennisetum glaucum).
- Cỏ: Cỏ Bermuda (Cynodon dactylon), cỏ voi (Pennisetum purpureum), cỏ gấu (Cyperus rotundus).
- Cây thân thảo: Rau sam (Portulaca oleracea), cỏ mực (Eclipta prostrata).
– Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn: xương rồng, dứa, thanh long.. Chu trình quang hợp ở thực vật CAM:+ Để tránh mất nước, khí khổng của các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm, cố định CO2 theo con đường CAM. Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO2 khuếch tán qua lá.+ Chất nhận CO2 đầu tiên là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA.+ AOA chuyển hóa thành AM vận chuyển vào các tế bào dự trữ. Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại:+ AM bị phân hủy giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP- Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C4 đều diễn ra ban ngày, còn chu trình CAM thì phân chia thực hiện vào ban đêm và ban ngày.
Kết luận
Thực vật C4 là một nhóm thực vật đa dạng và quan trọng, đóng vai trò quan trọng trong nhiều hệ sinh thái trên thế giới. Sự phân bố của chúng chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường, đặc biệt là nhiệt độ, ánh sáng và nồng độ CO2. Hiểu rõ về sự phân bố và đặc điểm sinh lý của thực vật C4 có ý nghĩa quan trọng trong việc nghiên cứu về biến đổi khí hậu, quản lý tài nguyên thiên nhiên và phát triển nông nghiệp bền vững.
