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C4途径图解（图片来自网络）

自然界的C4植物都有哪些？如何分布？?

（引自汪品先，地球系统与演变，）

自然界中常见的C4植物包括玉米，高粱，甘蔗，狗尾草，白茅，小米(粟)，另外圆果雀稗，宽叶雀稗，孔雀稗，单枝稗，多属稗，顶生须芒草，南迪狗尾草，纳罗克狗尾草，华丽狗尾草，多穗虎尾草，四穗虎尼草，二穗虎尾草，伯拉草，甜根草，红苋，刺苋，马齿菜，狗舌草等也属于C4植物，而小麦，水稻，大豆，苦竹，烟草，棉花，银杏，雪松，冷杉，银杉等则属于C3植物。玉米，C4植物高粱，C4植物

小米(粟)，C4植物

小麦，C3植物

大豆，C3植物

棉花，C3植物

为什么C4植物功能强大，含量却很少？

原来虽然C4植物功能强大，但是C4途径在固碳过程中会消耗大量的能量。在低温、低光强的环境下，尽管固碳效率高，没有足够的能量支持分子的运动也不行。但是在高温、高光强的环境中，阳光给它提供了大量的能量，它可以充分地发挥自己的才能，而不用考虑能量不足的问题。

上帝在关上一扇门的同时，也会打开一扇窗。

相反的，C3植物在高温、高光强的环境下可能不太能生存下去，而在温带、寒带等则如鱼得水。

为什么会出现C4植物呢?

它是什么时候开始出现的呢？

原来，自始新世开始，印度板块和欧亚板块开始碰撞，青藏高原隆起，地表风化作用加剧，大量二氧化碳被消耗；同时山脉隆起，海洋水汽难以到达内陆，内陆变得更加干旱，草原生态环境开始演化，适合生长的C4植物也开始繁盛，以草食性结构为主的现代马类也开始进化。减少的二氧化碳浓度，使得古老的C3植物不得不改变固碳途径，从而C4植物开始在草原上大肆扩张，形成了如今特殊的草原生态环境。

（扩张的草原）

在自然界中怎么辨认C3和C4植物呢？

在高等植物中只有被子植物中含有C4植物，而被子植物由单子叶植物和双子叶植物组成，其中单子叶植物中有80%是C4植物，而双子叶植物中有0.02%是C4植物。另外C4植物主要集中在单子叶植物的禾本科中（禾本科包括多种俗称“xx草”植物，但不是所有的草都是禾本科的），约占禾本科的一半，同时它包含很多的粮食作物，如玉米、高粱、小米(粟)等。从地理分布来看，由于C3植物生长的适宜温度较低,而C4植物生长的适宜温度较高,在南方的热带和亚热带地区C4植物相对较多,而在北方的温带和寒带C3植物相对较多。从植物外形上看，由于C3植物栅栏组织和海绵组织分化明显,叶子外形上背腹面的颜色就不一致,而C4植物栅栏组织与海绵组织分化不明显,它的背腹面的颜色就比较一致,多为深绿色。

狗尾草，C4植物

同时C3植物维管束鞘细胞不含叶绿体,外观上它的叶脉就是淡色的,而C4植物维管束鞘细胞含有叶绿体,外观上它的叶脉就呈现绿色；C3植物叶片上小叶脉间的距离较大,而C4植物叶片上小叶脉间的距离较小。大多数C4植物为阳生植物，森林植被下很少有C4植物。在北方早春开始生长的植物几乎全是C3植物,直到夏初才开始生长的一般是C4类型的植物。另外豆科、十字花科、蔷薇科、茄科和葫芦科都属于C3植物，遇见这几科的植物就可以直接确定是C3植物了。

C3和C4植物在环境科学的应用

由于C3植物的稳定碳同位素为-22‰----30‰，平均-27‰；

C4植物的稳定碳同位素为-9‰----19‰，平均-14‰。

因此可用于古人类食谱研究，以及气候变化引起的植被覆盖变化研究。

文章来源:中国科学院地球环境研究所

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