高校生物「C3植物・C4植物・CAM植物のポイント」

高校生物。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。

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。

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。

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やトウモロコシ、ススキ、アワ、マツバボタンなどです。

C₄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として液胞中に蓄えます。

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。

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やパイナップル、ベンケイソウなどになります。

CAM植物