大学入試生物「C3植物・C4植物・CAM植物」特徴とポイント

大学入試生物。今日は光合成を行う植物の中でも、少し変わった反応を行う植物を見ていきましょう。普通の植物であるC3植物と、今回紹介するC4植物、CAM植物の違いとポイントをしっかりと覚えましょう。

C3植物

光合成の仕組みを詳しく学習しましたが、この普通の植物はC3植物と呼ばれ、カルビン・ベンソン回路で二酸化炭素から最初につくられる化合物は、炭素Cを3つもつホスホグリセリン酸PGAでした。

この最初につくられる炭素Cの化合物の炭素の数を取って「C3植物」という名がつけられいます。
参考大学入試生物「カルビン・ベンソン回路」グルコース合成の仕組み
参考大学入試生物「光合成の光化学反応」電子伝達系でのATP生成

C4植物

これに対してC4植物は、二酸化炭素から最初に合成される化合物が炭素Cを4つもつオキサロ酢酸C4になります。C4植物では、二酸化炭素を利用する回路であるカルビン・ベンソン回路とは異なる回路をもう一つ持っています。

それは、二酸化炭素を取りこんで濃縮する回路であるC4回路というものです。C4植物は、まず二酸化炭素をC4回路を使って濃縮し、それをカルビン・ベンソン回路に投入するという反応経路を持っています。

C4植物は外界から取り入れた二酸化炭素をC4回路でどんどん濃縮できますので、二酸化炭素濃度が低い条件下でも、二酸化炭素濃度が限定要因になりません。したがって、強い光の下では非常に高い光合成速度を示すことができるようになっているのです。

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葉肉細胞と維管束鞘細胞

C3植物の光合成は、葉肉細胞という葉の中にある細胞で行います。しかしC4植物は維管束の周りに維管束鞘細胞というつくりがあり、C4回路は葉肉細胞で、カルビン・ベンソン回路は維管束鞘細胞で行われます。

C4植物のまとめ

覚えるべきC4植物の要点をまとめてみました。C4植物として有名なのがサトウキビトウモロコシ、ススキ、アワ、マツバボタンなどです。

C4植物
  • 二酸化炭素から最初につくられる物質はオキサロ酢酸C4である。
  • 二酸化炭素を濃縮するC4回路→炭水化物を合成するカルビン・ベンソン回路の順に反応が進む。
  • C4回路は葉肉細胞→カルビン・ベンソン回路は維管束鞘細胞で行われる。
  • 二酸化炭素濃度が限定要因にならないので、強光下で光合成速度が大きい。

CAM植物

さらに変わった反応をするのがCAM植物と呼ばれるものです。非常に乾燥が強い場所に生息する植物に見られます。基本的にはC4植物と同じような反応になりますが、反応の場所や反応の時間が大きく異なります。

普通は昼間に二酸化炭素を吸収しますが、CAM植物は夜間に気孔を開き二酸化炭素を吸収します。二酸化炭素から最初につくられる化合物はオキサロ酢酸C4で、さらにこれをリンゴ酸C4として液胞に蓄えます。

昼になると気孔を閉じ、液胞中に蓄えておいたリンゴ酸C4から二酸化炭素をつくり出し、カルビン・ベンソン回路に投入するという仕組みを取っています。CAM植物は非常に乾燥が強い場所に生息していますので、昼間に気孔を開けると、植物内の水分が急激に奪われてしまいます。生きるための工夫なのですね。

C4植物と異なる点

C4植物と異なる点は、二酸化炭素を取りこみオキサロ酢酸C4、リンゴ酸C4をつくる反応は葉肉細胞で行われますが、カルビン・ベンソン回路も葉肉細胞で行われる点です。維管束鞘細胞は登場しません。

また、夜間に二酸化炭素を吸収し、リンゴ酸C4として液胞に蓄えることもC4植物と大きく異なる点になります。

CAM植物のまとめ

覚えるべきCAM植物のポイントをまとめています。CAM植物は乾燥した場所に生息するサボテンパイナップル、ベンケイソウなどになります。

CAM植物
  • 二酸化炭素を吸収し液胞中にリンゴ酸C4の形で蓄える。
  • 二酸化炭素を吸収し液胞中にリンゴ酸C4の形で蓄える(夜間)→リンゴ酸から二酸化炭素をつくりカルビン・ベンソン回路で炭水化物を合成(昼間)
  • CAM植物の反応はすべて葉肉細胞で行われる。
  • 非常に乾燥した地域に生息する植物にみられる。

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