고온건조한 환경에 적응한 C4식물과 CAM 식물의 차이는?
안녕하세요. 식물은 맑고 고온 건조한 환경에서는 광호흡을 할 수 있기 때문에 이를 방지하고자 고온건조한 환경에 적응한 C4 식물과 CAM 식물이 있다고 알고 있는데요, 이 두 식물은 각각 어떤 차이점이 있는 것인가요?
말씀해주신 것과 같이 고온, 건조 환경에서는 광합성 효율이 떨어지는 광호흡이 잘 일어나기 때문에, 이를 줄이기 위한 전략으로 C4 식물과 CAM 식물이 각각 진화했습니다. 옥수수, 사탕수수가 대표 예시라고 할 수 있는 C4 식물은 공간적 분리를 채택한 식물인데요, 잎의 엽육세포에서 먼저 PEP 카복실화 효소가 CO₂를 C4 화합물로 고정하고, 이후 이 C4 화합물이 유관속초세포로 이동하여 CO₂를 다시 방출하고, 그곳에서 RuBisCO가 안정적으로 작동합니다. 해당 방식은 고온 환경에서 광합성 효율이 높고 생산성이 좋습니다.
다음으로 CAM 식물의 예시로는 선인장과 파인애플이 있으며 이는 시간적 분리를 택한 것인데요, 낮에는 뜨겁고 건조하기 때문에 기공을 닫아 수분 손실을 최소화합니다. 반대로 밤에 기공을 열어 CO₂를 흡수하고, 이를 말산 등의 유기산 형태로 저장하며 낮이 되어 빛이 있을 때 이 유기산에서 CO₂를 방출해 광합성을 진행합니다. 감사합니다.
안녕하세요. 정준민 전문가입니다.
c4식물은 잎의 공간 분리오 이산화 탄소를 농축해 낮에 광합성을 효율화 한답니다.
cam 식물은 시간 분리 전략으로 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 저장하고 낮에 광합성을 할수 있는거죠
C4 식물과 CAM 식물은 모두 고온 건조한 환경에 적응하여 광호흡을 잘 하지 않는다는 공통점이 있지만 이 두 식물은 이산화탄소를 고정하는 방식과 시기, 그리고 잎의 구조에서는 차이를 보입니다.
C4 식물은 이산화탄소 고정 과정을 공간적으로 분리합니다.
즉, 엽육 세포와 유관속초 세포라는 두 가지 다른 세포에서 광합성을 진행하죠. 낮에 엽육 세포에서 이산화탄소를 먼저 4탄소 화합물로 고정하고, 이를 유관속초 세포로 보내 캘빈 회로를 돌려 포도당을 만듭니다. 대표적으로 옥수수와 사탕수수가 있습니다.
하지만, CAM 식물은 이산화탄소 고정 과정을 시간적으로 분리합니다.
즉, 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 흡수한 뒤 유기산 형태로 저장합니다. 그리고 기공을 닫는 낮에 저장했던 이산화탄소를 방출하여 광합성을 합니다. 이는 물의 손실을 최소화하기 위한 것으로, 선인장이나 파인애플 같은 다육식물에서 흔히 볼 수 있습니다.
C4 식물과 CAM 식물은 이산화탄소를 고정하는 시간과 장소에서 차이가 있습니다. C4 식물은 낮 동안 잎의 엽육세포에서 이산화탄소를 유기물에 고정한 뒤, 유관속초세포로 옮겨 캘빈 회로를 통해 포도당을 합성합니다. 반면 CAM 식물은 밤에 기공을 열어 이산화탄소를 유기물에 고정하여 액포에 저장해두었다가, 낮에 기공을 닫은 상태에서 이산화탄소를 방출하여 캘빈 회로를 통해 포도당을 합성합니다. 이러한 차이로 인해 CAM 식물은 C4 식물보다 생장이 느립니다.