我们时常会听到，某某植物是C3植物，某某植物是C4植物，那么究竟什么是C3，C4呢？要解释这个问题我们首先要知道植物的光合作用最后一个过程——碳同化。碳同化过程是植物利用光反应过程中形成的ATP和NADPH(还原性H)，将CO2转化为碳水化合物的过程。

植物光合作用简图 www.xkyn.net

而根据碳同化过程中CO2受体不同，分为C3途径、C4途径以及CAM途径。由此不同也将植物分为了C3植物，C4植物和CAM植物。那我们先来看看这几种途径的机理和特点：

C3途径，又称卡尔文循环（祖师爷级别的成果），是卡尔文(M. Calvin) 等利用放射性同位素和纸层析 等技术, 经十年的系统研究而完成的。包含羧化，还原以及再生三个阶段。

Calvin 循环

1.羧化阶段：

CO2与其受体RuBP【二磷酸核酮糖]】结合, 在Rubisco 催化下，产生2分子PGA【3- 磷酸- 甘油酸】。

RuBP CO 2 ——Rubisco——> 2PGA 2H＋

2.还原阶段：

主要是即3- 磷酸- 甘油酸被还原为3- 磷酸- 甘油醛的阶段，有二步反应：磷酸化和还原：

首先，ATP 提供能量，把PGA进一步磷酸化。

2PGA 2ATP——NADP-PGAkinase——> 2 1 ，3—DPGA 2ADP

然后，进一步将DPGA 还原成3C糖。

2 1,3—DPGA 2NADPH——NADP- GAP——> 2 GAP(G3P ) 2NADP

3.再生阶段：

这个过程中，3-磷酸-甘油醛重新形成CO2受体RuBP 。

GAP →→→ Ru5P ATP————>RuBP ADP Pi

那么总结：C3过程，同化一个CO 2 , 要消耗3个ATP 和2 个NADPH 。还原3 个CO 2 可输出一个磷酸丙糖(GAP 或DHAP)。C 3 途径的总反应式：

3 CO2 5 H2O 9 ATP 6 NADPH → GAP 9 ADP 8Pi 6 NADP 3H＋

固定CO2后产生的最初产物是含四个碳的二羧酸(草酰乙酸)，故称为C4-二羧酸途径, 简称C4途径。也称为 Hatch－Slack途径：

C4植物的碳同化由C3 、C4两条途径结合完成。两条途径在两类光合细胞进行，两类光合细胞中含有不同酶类, 叶肉细胞(MC) 中含有PEPC【磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶】，进行C4途径，固定CO2，并将含四个碳的二羧酸运到维管束鞘细胞中；维管束鞘细胞（BSC ）有中含有Rubisco等参与C3途径的酶系，进行CO2的同化。同时形成的C3化合物（丙酮酸）则从维管束鞘细胞转回到叶肉细胞，在叶肉细胞内再转变为CO2受体PEP，形成了一个循环。

C3 ——PPDK——> PEP

HCO3- PEP ——PEPC——> C4 (草酰乙酸)

C4到二羧酸从叶肉细胞转移到BSC内脱羧释放CO2，使BSC内的CO2浓度比空气中高出20倍左右， 相当于一个 “CO2” 泵的作用，能抑制Rubisco 的加氧反应，提高CO2同化速率。