C4型光合成
RubisCOは量的に、C3植物では全タンパク質の50%ほどを占めるので、RubisCOの量を節約できるC4植物は窒素利用効率が高くなる。もうひとつの要因としては、光呼吸による窒素の再放出が起こらないことが挙げられる。加えて、C4植物はC3植物に比べ、光利用効率も高い。過剰な光は光化学系IIや光化学系Iの還元力を蓄積させ、活性酸素を発生させるので植物にとって害となるため、光を蛍光や熱として散逸させたり、光呼吸で還元力を消費させたり、集光アンテナの効率を悪くさせたり(キサントフィルサイクル)することにより、強光から自身を防御している。C4植物は、C4経路によって効率よく炭酸固定が進むため、C3植物と比べると光化学系IIや光化学系Iの還元レベルが光合成の律速段階とはなりにくい。このため、C3植物が利用しきれないような量の光も利用できる。これらの理由から、高温、乾燥、強光下、貧窒素土壌ではC4植物はC3植物に比べ有利である。ただし、前述のようにC4経路でATPが2分子余計に必要になるため、光呼吸の影響が少ない地域ではC3植物が有利である。
C3植物は高温や乾燥などの気孔が閉じがちになる条件下ではCO2を集めにくくなるが、C4植物はそうした条件を回避して気孔を開け、CO2を固定しておくことが可能である。高温や乾燥、低CO2、貧窒素土壌と言った、植物には苛酷な気候下に対応するための生理的な適応であると考えられる。
当初は炭素数4のリンゴ酸が初期産物だと思われていたが、後に誤りであることが判った。
乾燥などの悪条件がなく、気孔を閉じておく利点が特にない環境では、CO2の固定のためにC3植物に比べて余分のエネルギーが必要になる。したがってそのような環境にはあまり適さない一方で、乾燥した草原や、畑の作物としては望ましい性質であると言える。作物ではトウモロコシや雑穀類がC4植物であり、イネやコムギといった主要作物はC3植物である。他方で、熱帯で農業に甚大な被害をもたらす雑草の中には、作物よりよく環境に適応したC4植物が含まれている。
以上のようなC4植物のメリットを踏まえて、主要作物をC4化する研究が行われている。