C4 植物とは何ですか?またその特徴は何ですか?

植物界は生き残るためにさまざまな戦略を開発してきました。たとえばサボテンの棘のように、光合成の能力をこれらの植物の体を保護する能力に置き換えた修正された葉にすぎないものなど、いくつかは目に見えます。しかし、いわゆるそうではない他のものがあります C4植物.

それらは一般的に乾燥または半乾燥地域に生息する植物なので、 光合成中の二酸化炭素（CO2）の損失を減らすために進化しましたなぜなら、これは太陽のエネルギーを植物の食物に変換する過程で不可欠なガスだからです。

C4植物の光合成特性

画像-ウィキメディア/ Ninghui Shi

C4植物をよりよく理解するために、私たちが最もよく知っている光合成について最初に説明します。これは主に、学校で研究されているC3であるためです。です 細胞の葉緑体を介した太陽エネルギーと二酸化炭素の吸収で構成されています 植物の緑または光合成部分に見られる、 そして根からの水は、一連の化学反応を通してそれを食物に変えるために。

たくさん葉緑体それらは光合成に関与する細胞小器官です。

最初、この光エネルギーは化学エネルギーに変化し、NADPH（ニコチンアデニンジヌクレオチドリン酸）とATP（アデノシン三リン酸、最初にそれを保存する分子）になりますが、その後、これらの分子は 二酸化炭素が減少するにつれて、炭水化物を合成します。

YouTubeチャンネルに登録する

このプロセスの最終段階は、植物が日中に得たエネルギーを使用して、二酸化炭素の炭素をブドウ糖の形で固定するときです。これはカルビン回路の一部です。

しかし C4植物の光合成は異なります。彼らはXNUMX種類の葉緑体を持っています。伝導血管の隣にあるもの（動物の静脈に相当すると言えます）もあれば、葉の縁に近い末梢葉緑素実質の細胞に見られるものもあります。後者は中温性細胞とも呼ばれ、PEPA（ホスホエノールピルビン酸）分子と酵素ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼの助けを借りて二酸化炭素を固定する葉緑体を持っている細胞です。

これらの分子から、 4つの炭素からなるオキサロ酢酸が生成されます （それが彼らがC4植物として知られている理由です）。次に、これはリンゴ酸に変換されます。つまり、原形質連絡を介して伝導血管の内部細胞を含む葉緑体に移動します（これらは、細胞核である細胞質を囲む壁が持つ構造です）。それらの中で、CO2が放出され、カルビン回路を継続することができます。

気候と植物C4

暑くて乾燥した地域に住む植物は、水の損失を避けるために他の植物よりもはるかに困難です。しかし、生きるためには呼吸をしなければならず、そうすることで水を失うことは避けられません。そのため、気温が高いと葉の気孔（気孔）が閉じ、光合成時に発生する酸素がその濃度を高めます。

通常の状況では、酸素と二酸化炭素の量のバランスが取れていれば、炭素の固定に関与する酵素（RuBisCO）は問題なくその機能を果たすことができます。だが CO2の濃度が酸素の濃度よりも低い場合、この酵素はCO2ではなく後者のガスを触媒します。、これはC4植物で起こることです。

これらは非常に特別です。なぜなら、XNUMX種類の葉緑体（上のセクションを参照）に加えて、炭素固定に関与する酵素のXNUMXつであるホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼが高濃度の酸素をサポートするからです。

C4植物の利点は何ですか？

これらの植物にはいくつかの重要な利点があります。

通常、 より速く成長する C3植物より。
彼らは炭素をよりよく利用します、より多くの根および/またはより多くの葉を生成するため。
より少ない水を失う 光合成中（によるとこの記事では、C277植物は、固定するCO2ごとに3の水分子を失うのに対し、CO833分子ごとに2の水分子を失うと推定されています）。
ブドウ糖の生産を後押し、これは光合成の最終結果です。
彼らは水が少ない土地に住むことができます。

これらすべての理由から、特に乾燥した気候で成長するために、それらはますます興味深いものになっています。