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C3-Pflanzen (auch Calvin-Pflanzen[1]) arbeiten mit dem Grundtypus der Photosynthese, der sogenannten C3-Photosynthese. Da sich die Spaltöffnungen bei heißem und trockenem Wetter schließen, um einer zu hohen Verdunstung von Wasser vorzubeugen, zeigen sie im Vergleich zu C4- oder CAM-Pflanzen unter diesen Bedingungen eine verringerte Photosyntheseleistung. Sie sind jedoch unter gemäßigten Temperatur- und Lichtverhältnissen effizienter.[2] Das Temperaturoptimum von C3-Pflanzen liegt bei 15 bis 25 Grad Celsius, während es bei C4-Pflanzen bei 30 bis 47 Grad Celsius liegt.[3]
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90 Prozent aller Landpflanzen gehören zu den C3-Pflanzen,[3] insbesondere in den mittleren und hohen Breiten. Beispiele für C3-Nutzpflanzen sind Weizen, Roggen, Gerste, Hafer, Kartoffel, Sojabohne, Hanf oder Reis sowie weltweit alle Baumarten, für C4-Pflanzen Mais, Zuckerrohr oder Hirse.
Die Fixierung von Kohlenstoffdioxid erfolgt im Calvin-Zyklus bei der RuBisCO-Reaktion an Ribulose-1,5-bisphosphat (kurz RubP2). Die dabei entstehende Zwischenstufe ist hochgradig instabil und zerfällt spontan in zwei Moleküle D-3-Phosphoglycerat (kurz 3-PGA oder G3P), das erste stabile Zwischenprodukt bei den C3-Pflanzen. Da 3-PGA aus drei Kohlenstoffatomen aufgebaut ist, leitet sich davon der Name dieses Pflanzentyps ab.[3]
In der Erdgeschichte entstanden zunächst die C3-Pflanzen.[3] Ihr Schlüsselenzym, die Ribulose-1,5-bisphosphat-Carboxylase/-Oxygenase (RuBisCO), trat zu einem Zeitpunkt auf, zu dem die Atmosphäre reich an Kohlenstoffdioxid (CO2) und arm an Sauerstoff (O2) war.[3] In diesem Umfeld bereitete die Assimilation keine Probleme, da es keine Verluste aufgrund von Photorespiration – Fixierung von O2 anstelle von CO2 – gab.[3]
Die Frage, wie sich die Zunahme der CO₂-Konzentration in der Atmosphäre und der dadurch bewirkte Anstieg der globalen Temperaturen auf die C₃-Photosynthese auswirkt, ist noch nicht abschließend geklärt. Als Feststehend kann betrachtet werden, dass die Zunahme der CO₂-Konzentration immer zu erhöhter Effizienz der Photosynthese führt, da die Pflanzen leichter mehr CO₂ aufnehmen können (sog. CO₂-Düngeeffekt). Fraglich ist aber, ob diese erhöhte Effizienz auch zu erhöhten Ernteerträgen führt. Ältere Untersuchungen und auch der dritte Sachstandsbericht des IPCC aus dem Jahr 2001 ließen eine solche Erhöhung erwarten[4]. Neuere Untersuchungen[5][6][7], die auch die weiteren Effekte des Anstiegs der CO₂-Konzentration und der Temperaturen stärker berücksichtigen (Absterben der Pflanzen durch Zunahme von Hitze, Überschwemmungen, Bränden, Starkregen; geringerer Proteingehalt, also Nährwert des Getreides bei erhöhtem CO₂-Angebot) lassen keine signifikante Steigerung des Ernteertrages erwarten bzw. prognostizieren sogar eine Minderung der Ernteerträge[8].
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