۱. تفاوت‌هاى ساختمانى (ساختمان برگ گونه‌هاى C۴ به نام ساختمان کرانز(Kranz)، مصطلح است).
- در سلول‌هاى غلاف آوندى گونه‌هاى C۴ کلروپلاست وجود دارد در صورتى‌که در گياهان C۳ چنين چيزى وجود ندارد.
- کلروپلاست درون بافت مزوفيل گونه‌هاى C۳ و C۴ مشابه مى‌باشد (داراى غشاى خارجى دو لايه هستند و گراناى آنها به‌طور کامل تکامل يافته است) اما واکنش‌هاى بيوشيميائى که در آنها صورت مى‌گيرد بسيار متفاوت است به‌طورى‌که در گونه‌هاى C۳ احياء CO۲ توسط آنزيم RuBP کربوکسيلاز صورت مى‌گيرد و چرخهٔ کالوين عمل مى‌کند و نشاسته در آنها ذخيره مى‌شود. در صورتى‌که در گونه‌هاى C۴ احياء CO۲ توسط آنزيم PEP کربوکسيلاز صورت مى‌گيرد و اسيدهاى توليد شده به سلول‌هاى غلاف آوندى منتقل مى‌شوند. در سلول‌هاى مزوفيل گونه‌هاى C۴ فقط اسيدهاى چهارکربنه تشکيل مى‌شود و نشاسته توليد نمى‌گردد.
- کلروپلاست سلول‌هاى غلاف آوندى گونه‌هاى C۴ نسبت به سلول‌هاى مزوفيل بزرگتر ولى گراناى آنها نسبت به کلروپلاست سلول‌هاى مزوفيل تکاملل کمترى يافته است، و از آنجا که چرخهٔ کالوين در آنها عمل مى‌نمايد بنابراين نشاسته ذخيره مى‌کنند.
۲. آنزيم PEP کربوکسيلاز نسبت به آنزيم RuBP کربوکسيلاز ميل ترکيبى بيشترى با CO۲ از خود نشان مى‌دهد؛ بنابراين قادر خواهد بود در غلظت‌هاى کم CO۲ بازده بيشترى داشته باشد.
۳. گونه‌هاى C۴ به‌خصوص در نور زياد، از سرعت فتوسنتزى بيشترى نسبت به‌گونه‌هاى C۳ برخوردار هستند.
۴. به لحاظ نياز آنزيم PEP کربوکسيلاز به ATP، به‌ظاهر اين‌طور به‌نظر مى‌رسد که گونه‌هاى C۴ جهت احياء يک مولکول CO۲ به انرژى بيشترى نسبت به گونه‌هاى C۳ نياز داشته باشند ليکن اين مسئله هنوز ثابت نشده است.
۵. ميزان آنزيم RuBP کربوکسيلاز گونه‌هاى C۴ نسبت به گونه‌هاى C۳ بسيار کمتر است (حدود ۱۰%)، در گونه‌هاى C۳ آنزيم PEP کربوکسيلاز وجود ندارد.
۶. گونه‌هاى داراى مکانيسم‌هاى متفاوت تثبيت CO۲ از نظر سازگارى با شرايط محيطى نيز متفاوت هستند. گونه‌هاى C۳ به شرايط سرد و مرطوب تا گرم مرطوب ولى گونه‌هاى C۴ به شرايط گرم، خشک يا مرطوب سازگار مى‌باشند.
۷. مهم‌ترين عاملى که در گونه‌هاى C۴ باعث افزايش بازده فتوسنتز مى‌شود، عدم وجود تنفس نورى قابل محاسبه مى‌باشد، در صورتى‌که در گونه‌هاى C۳ تنفس نوري، عامل اصلى دفع CO۲ در نور مى‌باشد.
تنفس نوری یک فرآورده جنبی چرخهٔ کالوین می‌باشد. چون RuBP کربوکسیلاز و RuBP اکسیژناز شبیه به‌هم می‌باشند ، CO۲ و O۲ هر دو برای ترکیب با یک ماده که همان RuBP (ریبولوز بی‌فسفات) است رقابت می‌کنند. در گونه‌های C۴ تنفس نوری قابل ملاحظه‌ای صورت نمی‌گیرد. همین عمل را (عدم تنفس نوری) عامل اصلی افزایش بازده فتوسنتزی گونه‌های C۴ نسبت به C۳ می‌دانند. چون انتقال اسیدهای ۴ کربنه به سلول‌های غلاف آوندی غلظت CO۲ را در این سلول‌ها افزایش می‌دهد ، در نتیجه شرایط برای واکنش آنزیم RuBP کربوکسیلاز نسبت به RuBP اکسیژناز مساعدتر می‌گردد.
به این دلیل تصور می‌شود که میزان تنفس نوری در گیاهان C۴ بسیار کم و یا صفر باشد. به‌هر حال به‌دلیل میل ترکیبی شدید آنزیم PEP کربوکسیلاز با CO۲ در سلول‌های مزوفیل ، احتمالاً خروج مولکول CO۲ آزاد شده در سلول‌های غلاف آوندی از برگ مقدور نمی‌باشد. بنابراین تنفس نوری اگر هم صورت گیرد قابل اندازه‌گیری نیست. (گلدزورتی ، ۱۹۷۰).
تنفس نوری منجر به آزاد سازی CO۲ می‌گردد بدون آنکه انرژی حاصل از این کار به مصرف مفید برسد. به‌هر حال تنفس نوری زمینه را برای آمینه شدن و تشکیل اسیدهای آمینه فراهم می‌کند و باعث حفظ چرخه فسفات معدنی می‌گردد که ممکن است در شرایط نور کم و درجه حرارت پائین مفید واقع شود. برای محاسبه تنفس نوری از روش‌های مخصوصی استفاده می‌شود:
- هواى بدون CO۲ از برگ شفاف و روشن عبور داده مى‌شود. اگر CO۲ از برگ دفع شود نشانگر تنفس نورى مى‌باشد.
- اگر گياه يا برگ‌هاى يک گياه در محفظه‌اى روشن و بدون ارتباط با هوا قرار داده شود، غلظت CO۲ هواى داخل محفظه کاهش مى‌يابد تا آنجا که تعادلى بين غلظت CO۲ برگ و هوا ايجاد گردد (غلظت نقطه تعادل)، که اين غلظت نشانگر ميزان تنفس نورى مى‌باشد (شکل سرعت تبادل کربن در سويا).
- اگر برگى را به سرعت در تاريکى مطلق قرار دهيم فتوسنتز آن قطع مى‌شود در حالى‌که تنفس نورى آن به‌دليل مصرف اسيدگليکوليک براى مدت کوتاهى ادامه خواهد داشت. اين امر باعث افزايش ناگهانى غلظت CO۲ (انفجار پس از روشنائي، post ilumination burst)، خواهد شد. در اين حالت ميزان CO۲ دفع شده به مراتب بيش از ميزان CO۲ خارج شده از طريق تنفس معمولى مى‌باشد.
- جهت تبديل اسيدگليکوليک به اسيد گلى اگزيليک O۲ مورد نياز است. اگر مقدار اکسيژن هوا از ۲۱% به ۱% يا کمتر کاهش يابد تنفس نورى قطع خواهد شد. بنابراين اختلاف فتوسنتز در غلظت‌هاى ۲۱% و ۱% اکسيژن بيانگر مقدار تنفس نورى مى‌باشد (شکل سرعت تبادل کربن در سويا).
هردونوع احياء CO۲ در گونه‌هاى زراعى صورت مى‌گيرد.
گونه‌هاى C۴
گونه‌هاى C۳
گندميان مناطق گرمسيرى (مثل: ذرت، نيشکر، سورگم، سودان گراس، ارزن، پنجه مرغى و گرامينه‌هاى گرمادوست مراتع).
گونه‌هاى دولپه (که گياهان زراعى اصلى نيستند ولى در بين علف‌هاى هرز مانند انواع از تاج خروس ديده مى‌شوند).
گونه‌هاى دولپه (مانند: بقولات، پنبه، چغندرقند، کتان، توتون و سيب‌زميني).
گياهان (CAM)
نوع سوم احياء CO۲ که CAM يا متابوليسم کراسولائى (Crassulation acid metabolism)، ناميده مى‌شود به‌طور عمده در گياهان آبدار که داراى برگ‌ها يا ساقه‌ها گوشتى هستند صورت مى‌گيرد. چنين گياهانى به شرايط خشک که کمى تعرق لازمه بقا است سازگار شده‌اند. در شرايط رطوبت کم، روزنه‌ها در شب باز شده و CO۲ جذب مى‌کنند و در روز بسته مى‌شوند. لذا شدت تعرق گياه خيلى کم مى‌شود. از گياهان زراعى فقط تعداد معدودى داراى چرخهٔ CAM هستند که عبارتند از: آناناس، انواع آگاو از جمله: sisal گياه صباره (Agave fourcrodes)، و از اين قبيل و کاکتوس.
گونه‌هاى داراى چرخهٔ CAM مانند گونه‌هاى C۴، CO۲ را به‌صورت اسيدهاى چهارکربنه با PEP کربوکسيلاز تثبيت مى‌کنند و تفاوت آنها با گياهان C۴ در اين است که اين عمل در شب هنگامى‌که روزنه‌ها باز هستند انجام مى‌گيرد. انرژى لازم براى اين عمل را گلى‌کوليز تأمين مى‌نمايد. در روز تشعشع خورشيد سبب بسته شدن شکاف روزنه‌هاى برگ‌ها مى‌شود، ليکن اين انرژى نورى جهت ادامه چرخهٔ کالوين به‌کار مى‌رود و CO۲ از اسيد چهارکربنه آزاد مى‌گردد، نظير آنچه که در سلول‌هاى غلاف آوندى در گونه‌هاى C۴ صورت مى‌پذيرد. کلروپلاست گونه‌هاى CAM شباهت زيادى کلروپلاست گونه‌هاى C۳ دارد. فعاليت روزنه‌ها و عمل کربوکسيلاسيون گونه‌هاى CAM در شرايط مرطوب و مساعد ممکن است به‌صورت گونه‌هاى C۳ تغيير پيدا مى‌کند.
بنابراين گياهان CAM داراى خصوصيات فيزيولوژيکى پيشرفته‌اى مى‌باشند که آنها را قادر مى‌سازد. رطوبت کمترى از دست بدهند و در نتيجه از خشکى بگريزند. در جائى که رطوبت قابل استفاده جهت زنده‌ماندن گياهان زراعى کم باشد، اين‌گونه گياهان اهميت خاصى دارند.
