C3、C4、およびCAM植物の光合成の温度応答：温度順応と温度適応

ほとんどの植物は、光合成特性を成長温度に調整するかなりの能力を示しています（温度順位）。最も典型的なケースは、光合成の最適温度のシフトであり、成長温度での光合成速度を最大化できます。これらのプラスチック調整により、植物は新しい成長温度でより効率的に光合成することができます。このレビュー記事では、C3、C4、およびCAM植物の光合成反応の基本的な違いを要約します。C3、C4、およびCAMの光合成の温度応答の現在の理解を確認し、各光合成タイプにおける光合成の温度順応のための基礎となる生理学的および生化学的メカニズムについて説明します。最後に、公開されたデータを使用して、高等植物の光合成温度順応の程度を評価し、どの植物グループ（すなわち、光合成タイプと機能型）が他の植物グループ（つまり、光合成の順応が他のものよりも大きな固有の能力があります。この能力の種間変動を報告しました。光合成の温度順応の固有の能力は異なることがわかりました。（1）C3、C4、およびCAM種の間で。（2）C3植物内の機能的なタイプの中で。C3植物は一般に、広い温度範囲にわたって光合成の温度順応能力があり、CAM植物は温度に異なる昼夜を迎えた光合成プロセスを順応させ、C4植物は暖かい環境に適応しました。さらに、C3種内では、常緑樹の木質植物と多年生草本植物が光合成のより大きな温度恒常性を示しました（すなわち、低成長温度での光合成速度は、低成長温度で分けたもので、1.0に近いものでした）。植物は、光合成の順応が、寿命にわたって成長期の温度の上昇を経験する多年生の長寿命で特に重要であることを示しています。興味深いことに、成長温度では、光合成の温度温度の変化の程度に関係なく、光合成の温度恒常性の程度が維持されました（t opt）。他のものはまた、Toptをシフトせずに光合成 - 和状曲線の形状を変えることにより、成長温度でより大きな光合成を達成することができます。光合成の温度順応の固有の安定性のこれらの違いは、光合成速度の制限ステップの違いに反映されると考えられています。

Most plants show considerable capacity to adjust their photosynthetic characteristics to their growth temperatures (temperature acclimation). The most typical case is a shift in the optimum temperature for photosynthesis, which can maximize the photosynthetic rate at the growth temperature. These plastic adjustments can allow plants to photosynthesize more efficiently at their new growth temperatures. In this review article, we summarize the basic differences in photosynthetic reactions in C3, C4, and CAM plants. We review the current understanding of the temperature responses of C3, C4, and CAM photosynthesis, and then discuss the underlying physiological and biochemical mechanisms for temperature acclimation of photosynthesis in each photosynthetic type. Finally, we use the published data to evaluate the extent of photosynthetic temperature acclimation in higher plants, and analyze which plant groups (i.e., photosynthetic types and functional types) have a greater inherent ability for photosynthetic acclimation to temperature than others, since there have been reported interspecific variations in this ability. We found that the inherent ability for temperature acclimation of photosynthesis was different: (1) among C3, C4, and CAM species; and (2) among functional types within C3 plants. C3 plants generally had a greater ability for temperature acclimation of photosynthesis across a broad temperature range, CAM plants acclimated day and night photosynthetic process differentially to temperature, and C4 plants was adapted to warm environments. Moreover, within C3 species, evergreen woody plants and perennial herbaceous plants showed greater temperature homeostasis of photosynthesis (i.e., the photosynthetic rate at high-growth temperature divided by that at low-growth temperature was close to 1.0) than deciduous woody plants and annual herbaceous plants, indicating that photosynthetic acclimation would be particularly important in perennial, long-lived species that would experience a rise in growing season temperatures over their lifespan. Interestingly, across growth temperatures, the extent of temperature homeostasis of photosynthesis was maintained irrespective of the extent of the change in the optimum temperature for photosynthesis (T opt), indicating that some plants achieve greater photosynthesis at the growth temperature by shifting T opt, whereas others can also achieve greater photosynthesis at the growth temperature by changing the shape of the photosynthesis-temperature curve without shifting T opt. It is considered that these differences in the inherent stability of temperature acclimation of photosynthesis would be reflected by differences in the limiting steps of photosynthetic rate.