More Related Content
Similar to 14.พืช C4 and CAM
Similar to 14.พืช C4 and CAM (11)
More from Wichai Likitponrak
More from Wichai Likitponrak (20)
14.พืช C4 and CAM
- 4. การสังเคราะห์ด้วยแสง (PHOTOSYNTHESIS)
• กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง เป็นกระบวนการที่พืชและสิ่งมีชีวิตเปลี่ยนพลังงานแสงให้มาอยู่ในรูปของพลังงานเคมีที่อยู่ใน
โมเลกุลของสารอินทรีย์ที่สร้างขึ้น พลังงานที่อยู่ในโมเลกุลสารอินทรีย์นี้ ถูกใช้เป็นแหล่งพลังงานในการดารงชีวิตของพืชและสิ่งมีชีวิต
ทั้งหลายบนโลก กระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงนี้อาจถือได้ว่าเป็นเพียงกระบวนการเดียวของพืชและสิ่งมีชีวิตที่สามารถดึงพลังงานจาก
ดวงอาทิตย์ให้เข้ามาหมุนเวียนในโลก
- 11. พืช C3 C4 และ CAM
พืช C3
พืช C3 เป็นพืชที่มีระบบการตรึง
คาร์บอนไดออกไซด์ด้วย Calvin Cycle
เพียงอย่างเดียว จะเห็นได้ว่าใน Calvin
Cycle สารอินทรีย์ตัวแรกที่เกิดขึ้นจากการตรึง
คาร์บอนไดออกไซด์คือ PGA จึงเป็นสารที่มี
คาร์บอน 3 อะตอม เราจึงเรียกพืชกลุ่มนี้ว่า พืช
C3
- 14. พืช C3 C4 และ CAM
พืช C3
โครงสร้างภายในของใบจะประกอบด้วย
mesophyll cell 2 แบบ คือ
palisade mesophyll และ
spongy mesophyll และมีกลุ่มเนื้อเยื่อ
ลาเลียงแทรกอยู่ อาจมีกลุ่มเซลล์ล้อมรอบกลุ่มท่อ
ลาเลียง ซึ่งเรียกว่า bundle sheath cell
หรือไม่ก็ได้ การเกิดการตรึงคาร์บอนไดออกไซด์
ด้วย Calvin Cycle จะเกิดขึ้นที่
mesophyll cells เป็นหลัก
- 15. พืช C3 C4 และ CAM
พืช C3
พืช C3 นี้เป็นพืชกลุ่มใหญ่ที่สุด มีจานวนชนิดมากว่าพืช C4 พืชที่เป็นพืช C3 ได้แก่ ข้าว ข้าวสาลี ถั่ว เป็นต้น
- 16. พืช C3 C4 และ CAM
พืช C4
พืช C4 มักเป็นพืชที่มีถิ่นกาเนิดในเขตศูนย์สูตร เช่น ข้าวโพด อ้อย และบานไม่รู้โรย
- 17. พืช C3 C4 และ CAM
พืช C4
พืชกลุ่มนี้มีโครงสร้างภายในของใบที่เด่นชัดคือ จะ
มี bundle sheath cells ที่มีคลอโรพ
ลาสต์ล้อมรอบกลุ่มท่อลาเลียง พืชพวกนี้จะมีการ
ตรึงคาร์บอนไดออกไซด์ 2 ครั้ง โดยครั้งแรกตรึงที่
mesophyll cell โดยมีตัวมารับ CO2
คือ phosphoenol pyruvate
(PEP) ได้เป็นสารประกอบคาร์บอน 4 อะตอม
(อันเป็นที่มาของชื่อว่า พืช C4) คือ กรดออก
ซาโลเอซิติก (oxaloacetic acid)
(OAA) แล้วถูกเปลี่ยนเป็น malic acid
- 18. พืช C3 C4 และ CAM
พืช C4
ก่อนจะเคลื่อนที่เข้าสู่ bundle sheath cell
เมื่อถึง bundle sheath cell สาร C4 จะถูก
เปลี่ยนเป็นสาร C3 + CO2 ในคลอโรพลาสต์ที่
bundle sheath cell ซึ่ง CO2 ก็จะเข้าสู่
Calvin Cycle ต่อไป ส่วนสาร C3 ก็จะถูก
นากลับมายัง mesophyll cell เพื่อเปลี่ยนเป็น
PEP สาหรับการตรึง CO2 ครั้งต่อไป ด้วยระบบ
เช่นนี้ จึงทาให้ความเข้มข้นของ CO2 บริเวณ
bundle sheath cell มีความเข้มข้นสูงขึ้น
กว่าบริเวณ mesophyll ของพืช C3
- 19. พืช C3 C4 และ CAM
พืช CAM
พืชที่มีการตรึง CO2 แบบ CAM เรียก พืช CAM เป็นพืชที่เจริญได้ดีในสภาพแวดล้อมที่แห้งแล้ง เนื่องจากเวลา
กลางวันมีอุณหภูมิสูง ความชื้นต่า พืชบริเวณนี้จึงมีการปรับตัว โดยปากใบจะปิดในเวลากลางวัน และเปิดในเวลากลางคืนเพื่อลด
การคายน้า เช่น ว่านหางจระเข้ กล้วยไม้ การะบองเพชร สัปปะรด โดยในสภาพที่มีน้า ความชื้นสูงจะตรึง CO2 แบบ C3 หาก
สภาพแวดล้อมแห้งแล้ง ความชื้นต่าจะตรึง CO2 แบบ CAM
- 20. พืช C3 C4 และ CAM
พืช CAM
เกิดการตรึง CO2 จานวน 2 ครั้ง ดังนี้
1. เกิดในเวลากลางคืน เนื่องจากปากใบเปิด
CO2 แพร่เข้ามาทางปากใบไปยัง
cytoplasm ของ mesophyll cell
PEP ตรึง CO2 เกิด OAA เปลี่ยนแป็น
maric acid สะสมใน vacuole ของ
mesophyll
2. เกิดในเวลากลางวัน maric
acid แพร่จาก vacuole เข้าสู่
chloroplast maric acid ปล่อย
CO2 ซึ่งจะถูกตรึงครั้งที่ 2 โดย RuBP เข้า
สู่ calvin cycle
- 68. Otto Warburg เป็นนักเคมีชาวเยอรมัน เป็นผู้ศึกษาการ
สังเคราะห์แสงในสาหร่ายและพบว่า การสังเคราะห์แสงของสาหร่าย
จะถูกระงับโดย O2 และพบว่าการระงับกระบวนการ ดังกล่าวนี้
เกิดกับพืช C3 ทั้งหมดที่ศึกษา กระบวนการดังกล่าวนี้
เรียกว่า Warburg Effect อัตราการสังเคราะห์แสงของถั่ว
เหลืองที่ O2 เข้มข้น 0 เปอร์เซ็นต์จะสูงกว่า
ที่ O2 เข้มข้น 21 เปอร์เซ็นต์ ยิ่งไปกว่านั้น เปอร์เซ็นต์การระงับ
กระบวนการสังเคราะห์แสงของ O2 นี้ จะสูงขึ้นเมื่อระดับ
ของ CO2 ต่าลง อัตราการสังเคราะห์แสงของพืช C4 จะไม่ค่อย
ได้ผลกระทบจากการผันแปรปริมาณของ O2
ปฏิกิริยาหายใจด้วยแสง (PHOTORESPIRATION)
- 69. ในขณะนี้เป็นที่ทราบกันดีแล้วว่า อัตราการหายใจของใบพืช C3 ในที่มีแสงจะมากเป็น 2 ถึง 3 เท่า ของอัตราการหายใจในที่มืดและ
จะเร็วประมาณครึ่งหนึ่งของอัตราการสังเคราะห์แสง(การจับ CO2) การหายใจของใบที่ได้รับแสงจะเกิดจากการหายใจในสภาพ
ปกติรวมกับการหายใจที่เกิดเฉพาะในสภาพที่มีแสงซึ่งเรียกว่า Photorespiration ทั้งสองกระบวนการเป็นกระบวนการ
ทางชีวะที่แตกต่างกัน โดยการหายใจจะเกิดในไซโตพลาสต์และไมโตคอนเดรีย ส่วนPhotorespiration เกิดในคลอโรพ
ลาสต์ เพอรอกซิโซม (Peroxisomes) และไมโตคอนเดรีย
ปฏิกิริยาหายใจด้วยแสง (PHOTORESPIRATION)
- 71. ในพืช C4 ไม่พบว่ามี Photorespiration เกิดขึ้น ซึ่งเป็นสาเหตุให้พืช C4 มีประสิทธิภาพในการสังเคราะห์แสงในที่มี
แสงแดดจัดดีกว่าพืชC3 Photorespiration จะเกิดเร็วขึ้นเมื่อสภาพแวดล้อมมี O2 ในระดับสูง มี CO2 ในระดับต่า
มีความเข้มของแสงสูงและอุณหภูมิสูง
ปฏิกิริยาหายใจด้วยแสง (PHOTORESPIRATION)
- 72. Photorespiration เกิดโดยที่เอนไซม์ RuDP Carboxylase จะจับ O2 ให้รวมกับ RuDP แทนที่จะ
จับ CO2 ซึ่งในกรณีนี้ RuDP Carboxylase จะทาหน้าที่เป็น RuDP Oxygenase ซึ่งการจับ O2 นี้
สามารถอธิบาย Warburg Effect ได้ การรวมกันของ RuDP กับ O2 นี้ ทาให้เกิด Phosphoglycolic
acid ซึ่งมีคาร์บอน 2 อะตอม ในโมเลกุลของ Phosphoglycolic acid จะมี O2 ที่มา
จาก O2 ดังนั้น O2 และ CO2 จึงแก่งแย่งที่จะทาปฏิกิริยากับ RuDP โดยการคะตะไลต์ของเอนไซม์ตัวเดียวกัน การที่
พืช C4 มีการจับ CO2 ใน Bundle Sheath นั่นเองที่ทาให้ O2 ไม่สามารถแข่งขันด้วยได้เพราะ Bundle
sheath อยู่ห่างจากปากใบเข้าไป ต่อมา Phosphoglycolic Acid จะถูกดีฟอสโฟรีเลท
(Dephosphorylated) เกิดเป็น Glycolic Acid ซึ่งมีคาร์บอน 2 อะตอม และคาร์บอกซิลของกรดชนิดนี้จะ
กลายเป็น CO2 ในที่สุด
ปฏิกิริยาหายใจด้วยแสง (PHOTORESPIRATION)
- 73. การที่ Glycolic acid ถูกออกซิไดซ์จนให้ CO2 ออกมานั้น ไม่ได้เกิดในคลอโรพลาสต์ แต่เกิดในเพอรอกซิ
โซม โดย Glycolic Acid จะเคลื่อนที่ออกจากคลอโรพลาสต์ไปยังเพอรอกซิโซมซึ่งอยู่ติดกัน ในอวัยวะนี้เอง
Glycolic Acid จะถูกออกซิไดซ์ให้เป็น Glyoxylic Acid และ H2O2 ซึ่ง H2O2 นี้เป็นพิษต่อเซลล์ จึงถูกสลาย
ด้วย คะตาเลส (Catalase) ให้เป็นน้าและ O2 การหายไปของ Glyoxylic Acid ยังไม่เป็นที่เข้าใจกันนัก อาจจะถูก
ออกซิไดซ์ เป็นCO2 และ Formic Acid หรืออาจจะเปลี่ยนไปเป็น Glycine แล้วเคลื่อนที่ไปสู่ไมโตคอนเดรีย แล้ว
กลายเป็น Serine กับ CO2 ต่อมา Serine จะเปลี่ยนไปเป็น 3PGA โดย Glycolate Pathway
ปฏิกิริยาหายใจด้วยแสง (PHOTORESPIRATION)