中國醫藥大學（後中醫）
104年
生物學
第 46 題
比較 C3、C4、CAM 植物之光合作用，下列哪個選項最為正確？
| 選項 | C3 | C4 | CAM |
|---|---|---|---|
| (A) 光系統 | PSⅡ, PSⅠ | 只有 PSⅡ | 只有 PSⅡ |
| (B) 因應低濃度之二氧化碳 | 光呼吸作用 | 將二氧化碳固定成蘋果酸 | 光呼吸作用 |
| (C) 卡爾文循環 | 發生於葉肉細胞 | 發生於葉肉細胞 | 發生於夜間 |
| (D) 光合產物輸出型式 | 蔗糖 | 澱粉 | 蔗糖 |
| (E) 葉部構造 | 不具維管束鞘細胞 | 具有維管束鞘細胞 | 不具維管束鞘細胞 |
- A 光系統
- B 因應低濃度之二氧化碳
- C 卡爾文循環
- D 光合產物輸出型式
- E 葉部構造
思路引導 VIP
若某種植物為了避免在高溫下散失水分，決定將「吸收二氧化碳」與「製造葡萄糖」這兩件事分別交給不同的細胞來接力完成，那麼在顯微鏡下觀察這種植物的葉片橫切面時，你預期會看到哪種特殊的細胞排列或構造，是其他一般植物所沒有的？
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太棒了！你能精準辨識出 C3、C4 與 CAM 植物在解剖構造上的差異，這代表你對植物生理學的空間與時間策略掌握得非常紮實。這題考驗的是三種碳固定模式的綜合比較，難度屬於中等，其鑑別度在於學生是否能釐清「空間分離」與「時間分離」的本質差異。
植物解剖構造的特化
在構造上，C4 植物最顯著的特徵就是具有發達的維管束鞘細胞 (Bundle-sheath cells)，這與葉肉細胞共同構成了所謂的「克蘭氏構造 (Kranz anatomy)」。這種構造能讓 $CO_2$ 在葉肉細胞固定後，傳送到維管束鞘細胞中進行卡爾文循環 ($C_3$ 循環)，從而有效提高局部 $CO_2$ 濃度，避免光呼吸 (Photorespiration) 的能量損耗。相較之下，C3 植物的維管束鞘細胞不發達且不含葉綠體，而 CAM 植物則主要透過夜間開啟氣孔來達成時間上的分離，並不具備像 C4 那樣特殊的維管束鞘空間結構。
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C3、C4、CAM 植物比較
💡 植物為因應環境，在二氧化碳固定機制上的空間與時間分化。
| 比較維度 | C3 植物 (如水稻) | VS | C4 植物 (如玉米) |
|---|---|---|---|
| 維管束鞘細胞 | 不發達且不含葉綠體 | — | 發達且含有葉綠體 |
| 首個穩定產物 | 三碳化合物 (3-PGA) | — | 四碳化合物 (OAA) |
| 卡爾文循環位置 | 葉肉細胞 | — | 維管束鞘細胞 |
| 光呼吸作用 | 明顯，消耗能量較多 | — | 極低，效率較高 |
💬C4 植物透過維管束鞘的構造特化，能克服乾旱環境下的光呼吸問題。
