这 主要区别 C3 C4 和 CAM 光合作用之间的关系是 C3 光合作用通过卡尔文循环产生三碳化合物，C4 光合作用产生中间四碳化合物，其分裂成卡尔文循环的三碳化合物，而 CAM 光合作用在白天收集阳光并将二氧化碳固定在夜晚。 此外，大多数植物进行 C3 光合作用，而 C4 光合作用发生在约 3% 的维管植物中，包括马唐、甘蔗、玉米等。同时，CAM 光合作用发生在适应干燥环境的植物中，包括仙人掌和菠萝。

C3、C4和CAM光合作用是具有不同卡尔文循环模式的三种光合作用途径。它们有不同的机制来对抗光呼吸。 C3 植物没有对抗光呼吸的特殊功能，而 C4 植物通过在单独的细胞中进行二氧化碳固定和卡尔文循环来最大限度地减少光呼吸。另一方面，CAM 植物通过在不同时间进行二氧化碳固定和卡尔文循环来最大限度地减少光呼吸。

CAM 光合作用、卡尔文循环、C3 光合作用、C4 光合作用、光呼吸

什么是光合作用

光合作用是绿色植物中的细胞过程，负责固定来自阳光的光能，以便利用大气中的二氧化碳和水合成简单的碳水化合物。这是发生在叶绿体中的过程。

图 1：光合作用

此外，光合作用通过两个步骤进行：光反应和暗反应。通常，在光反应中，叶绿素从阳光中吸收能量并合成两种富含能量的分子：ATP 和辅酶 NADPH2。相比之下，在暗反应中，这两个富含能量的分子通过固定二氧化碳来合成碳水化合物。此外，根据环境条件，植​​物中会发生三种类型的暗反应。它们是 C3、C4 和 CAM 光合作用。

什么是C3光合作用

C3 光合作用是发生在每个光合植物中的主要光合作用类型。通常，在光反应之后，它经历卡尔文循环的标准机制。因此，卡尔文循环的第一步是 C3 光合作用中的二氧化碳固定。在这里，二氧化碳固定在核酮糖 1, 5-二磷酸酯中，形成不稳定的六碳化合物，然后水解为三碳化合物 3-磷酸甘油酸酯。在这里，C3 光合作用的第一个稳定产物是三碳化合物，因此得名。

图 2：C3 光合作用 - 常规卡尔文循环

叶绿体类囊体膜基质表面的 RuBisCO 酶催化上述反应。由于 RuBisCO 的催化缺陷，它在称为光呼吸的过程中与分子氧发生高度反应。此外，二氧化碳固定会产生两个分子的 3-磷酸甘油酸。在第二步中，一分子 3-磷酸甘油酸经历还原以形成三种类型的磷酸己糖：果糖 6-磷酸、葡萄糖 6-磷酸和葡萄糖 1-磷酸。此外，剩余的 3-磷酸甘油酸被再循环，形成核酮糖 1, 5-二磷酸。

什么是C4光合作用

C4 光合作用是另一种形式的光合作用，主要发生在热带植物中。通常，这些植物的气体交换气孔孔在一天中的大部分时间保持关闭，以减少干燥和炎热条件下水分的过度流失。因此，植物叶片内的二氧化碳浓度不足以进行 C3 循环，进而增强光呼吸，降低光合作用效率。因此，为了在干燥和炎热条件下提高效率，这些植物进行 C4 光合作用。

图 3：C4 光合作用 - 暗反应

此外，Kranz 解剖学描述了 C4 植物叶的结构。基本上，C4 植物叶中存在两种类型的细胞。它们是叶肉细胞和束鞘细胞。束鞘细胞围绕着血管组织。在叶肉细胞中，磷酸烯醇丙酮酸与二氧化碳反应，形成草酰乙酸，这是一种四碳化合物。在这里，磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是催化二氧化碳固定的酶。然而，它对氧气不敏感；因此，相对于 rubisco 固定二氧化碳，光呼吸被最小化。之后，草酰乙酸还原为苹果酸，然后转移到束鞘细胞中。在束鞘细胞中，苹果酸通过去除二氧化碳进行脱羧，进入 C3 循环。

什么是CAM光合作用

CAM 光合作用是在半干旱条件下发生在植物中的第三种光合作用形式。通常，水是光合作用所需的两个因素之一，而第二个是二氧化碳。然而，这些植物的失水率很高。因此，它们在植物内部高度储存水分并变稠。此外，它们具有蜡涂层以减少蒸发。一般来说，仙人掌、景天、玉、兰花、龙舌兰等多肉植物属于半干旱植物。

图 4：CAM 光合作用 - 暗反应

此外，这些植物在白天保持气孔关闭。相反，它们在晚上打开并在晚上吸收二氧化碳。然后，这种二氧化碳被固定在磷酸烯醇式丙酮酸中，通过 C4 光合作用形成草酰乙酸。接下来，这种草酰乙酸被转化为苹果酸并被储存直到日光恢复。之后，苹果酸进入叶肉细胞以进行常规的卡尔文循环。

C3 C4 和 CAM 光合作用之间的相似之处

C3 C4和CAM光合作用的区别

定义

C3光合作用是指通过卡尔文循环产生三碳化合物的主要光合作用类型，而C4光合作用是指产生中间四碳化合物的光合作用类型，其分裂成卡尔文循环的三碳化合物.相比之下，CAM 光合作用是指另一种类型的光合作用，它在白天收集阳光，在晚上固定二氧化碳。

发生

大多数植物进行 C3 光合作用； C4 光合作用发生在大约 3% 的维管植物中，包括马唐、甘蔗、玉米等。而 CAM 光合作用发生在适应干燥环境的植物中，包括仙人掌和菠萝。

参与的细胞

C3光合作用仅发生在叶肉细胞中，C4光合作用发生在叶肉细胞和束鞘细胞中，而CAM光合作用发生在叶肉中。

第一个稳定的产品

3-磷酸​​甘油酸 (3-PGA) 是 C3 光合作用中产生的第一个稳定化合物，草酰乙酸 (OAA) 是 C4 光合作用中产生的第一个稳定化合物，而 CAM 植物在白天产生 3-磷酸甘油酸 (3-PGA) 和草酰乙酸 (OAA) ） 晚上。

暗反应的要求

最佳温度

C3光合作用的最适温度为15-25℃，C4光合作用的最适温度为30-40℃，而CAM光合作用的最适温度>40℃。

白天开放的气孔

在 C3 和 C4 光合作用中，气孔在白天保持开放，而在夜间气孔保持关闭。

羧化酶

RuBP羧化酶是C3光合作用中的羧化酶，PEP羧化酶是叶肉中的酶，RuBP羧化酶是C4光合作用中束鞘细胞中的酶，而PEP羧化酶是黑暗中活性的酶，RuBP羧化酶是C4光合作用中的酶。 CAM 光合作用的白天时间。

初始二氧化碳受体

Ribulose-1, 5-bisphosphate (RuBP) 是 C3 光合作用中的初始二氧化碳受体，磷酸烯醇丙酮酸 (PEP) 是 C4 光合作用和 CAM 光合作用中的初始二氧化碳受体。

叶解剖

叶解剖结构在 C3 光合作用中是典型的； Kranz 解剖结构存在于 C4 光合作用中，而叶解剖结构在 CAM 光合作用中是异形的。

光呼吸

结论

C3 光合作用是光合作用的主要形式，在卡尔文循环中产生三碳化合物。通常，它发生在所有光合植物中。然而，光呼吸在 C3 植物中以更高的速率发生。相比之下，C4 光合作用是一种发生在热带植物中的光合作用。此外，它产生一种中间四碳化合物，它分裂成卡尔文循环的三碳化合物。它最大限度地减少了光呼吸，因为它在不同的细胞中进行碳固定和卡尔文循环。另一方面，CAM 光合作用是另一种类型的光合作用，它发生在半干旱条件下。在这里，二氧化碳固定发生在夜间。此外，它还通过在不同时间进行二氧化碳固定和卡尔文循环来最大限度地减少光呼吸。因此，C3、C4 和 CAM 光合作用之间的主要区别在于碳固定、发生和最小化光呼吸的方法的不同。

参考：

1. 康奈尔，布伦特。 “C3、C4 和 CAM 工厂。” BioNinja，可在此处获得。

图片提供：

1. Daniel Mayer (mav) 的“简单光合作用概述” – 通过 Commons Wikimedia 自己的作品 (CC BY-SA 4.0) 2. Mike Jones 的“Calvin-cycle4” – 通过 Commons Wikimedia 的自己作品 (CC BY-SA 3.0) 3. “HatchSlackpathway2” 作者：HatchSlackpathway.svg (CC BY-SA 2.5)，来自 Commons Wikimedia 4. “CAM” 作者：英文维基百科的 Crenim。 （CC BY-SA 3.0）通过Commons Wikimedia