[생물 임용 노트]C3-C4-CAM - 1) C4 식물

C4 식물의 특성

• 옥수수, 사탕수수, 수수 같은 식물들은 자연적 생육조건에서 낭비적인 광호흡 문제를 해결하기 위해 생겨난 광합성 기질과 구조를 갖는다.
• 이들은 CO₂를 3-인산글리세르산(3PG)으로 편입하기 전 4탄소 화합물(oxalacetic acid)로 고정한다.
• 광합성이 엽육세포와 유관속초 세포에 나누어서 일어나는 특징을 갖는다.
• 이런 특성으로 인해 높은 광합성 속도, 높은 성장률, 낮은 광호흡 속도, 수분 손실 감소 등의 이점을 갖는다.

C4 cycle

C4 cycle

CO₂ 고정시에 oxygenase 활성을 갖는 Rubisco 대신 O₂에 대한 활성이 없고, 낮은 CO₂ 농도에서도 CO₂ 고정이 가능한 PEP carboxylase를 이용한다.

C4 식물의 구조와 기능적 특징

크란츠 구조

크란츠 구조

• 엽육 세포가 해면조직과 책상조직의 구분이 없으며, 간극이 기존 구조에 비해 더 좁다.
• CO₂가 유관속초 세포에 농축되고 대기 중의 O₂의 확산이 차단되어 광호흡을 억제한다.
• 유관속초 세포는 광계Ⅰ만 가져 산소가 발생하지 않는다.
• 유관속초 세포 내에서는 ATP만 생성하고, NADPH는 엽육세포에서 공급받는다.

공간적 분리

• 탄소 동화는 유관속초 세포에서 일어난다. 유관속초 세포는 엽록체가 발달해 있다.
• 탄소 고정은 엽육 세포에서 일어난다.

C3-C4 식물의 비교

	C3 식물	C4 식물	비고
광호흡율	높다	낮다	온도가 높아질수록 C3는 양자 수율이 감소
CO2 보상점	20~100ul CO2/l	0~5ul CO2/l	광호흡이 거의 없어 CO2 보상점이 낮다
광합성 최적온도	20~25℃	30~35 ℃	C4 식물이 높은 온도에서 잘 성장
광포화점	400~500	포화 없음
광보상점	상대적으로 낮다	상대적으로 높다	C4 식물이 광보상점이 높아 25℃ 이하에서는 비효율적
증산 비율	H2O / CO2	H2O / CO2

온도에 따른 양자수율 비교

이산화탄소 농도에 따른 순광합성량 비교