Sinh 11 Cánh Diều Bài 4: Quang hợp ở thực vật

- Vai trò của quang hợp ở thực vật đối với thực vật: Quang hợp tạo ra các phân tử đường. Một phần hợp chất carbon tạo ra từ quá trình quang hợp được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thực vật thông qua quá trình hô hấp tế bào, phần còn lại được sử dụng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ tham gia kiến tạo đồng thời dự trữ năng lượng cho tế bào và cơ thể thực vật.

- Vai trò của quang hợp ở thực vật đối với các sinh vật khác trên Trái Đất: Quang hợp giải phóng O₂ cung cấp dưỡng khí cho nhiều sinh vật trên Trái Đất, tạo ra chất hữu cơ cung cấp nguyên liệu và năng lượng cho các sinh vật khác.

- Cơ chế của quá trình quang hợp ở các cây trong hình trên không giống nhau. Cụ thể: Pha sáng có diễn biến giống nhau ở tất cả các cây trên. Còn ở pha tối (pha đồng hóa CO₂), lúa nước (a) thực hiện theo chu trình C₃, mía (b) thực hiện theo chu trình C₄ và thanh long (c) thực hiện theo chu trình CAM.

- Bản chất của quá trình quang hợp: Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để chuyển hóa CO₂ và H₂O thành hợp chất hữu cơ (C₆H₁₂O₆) đồng thời giải phóng O₂, trong quá trình này thực vật chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.

- Để tăng cường hiệu quả của quá trình quang hợp ở thực vật, ta nên chiếu ánh sáng có bước sóng 400 – 500nm (vùng màu xanh tím) và 600 – 700nm (vùng màu đỏ), vì cả hai phân tử diệp lục a và diệp lục b đều chủ yếu hấp thụ ánh sáng vùng màu đỏ và màu xanh tím.

- Nguyên liệu của pha sáng: H₂O, ADP, Pi và NADPH.

- Sản phẩm của pha sáng: ATP, NADPH, O₂.

Phân chia thực vật thành các nhóm C₃, C₄ và CAM dựa trên cơ sở khoa học về những điểm khác nhau trong diễn biến pha tối của quá trình quang hợp:

- Nhóm thực vật C₃ cố định CO₂ bằng chu trình Calvin, có sản phẩm ổn định đầu tiên khi cố định CO₂ là hợp chất có 3 carbon (3 – Phosphoglycerate).

- Nhóm thực vật C₄ cố định CO₂ bằng con đường C₄ (hai giai đoạn đều diễn ra vào ban ngày trên 2 loại tế bào khác nhau), có sản phẩm ổn định đầu tiên khi cố định CO₂ là hợp chất 4 carbon (oxaloacetate).

- Nhóm thực vật CAM cố định CO₂ bằng con đường CAM (gồm hai giai đoạn giống con đường C₄ nhưng diễn ra trên cùng một tế bào ở hai thời điểm khác nhau), được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra là họ Crassulacean.

- Quang hợp tạo ra các phân tử đường. Các phân tử đường được vận chuyển đến tất cả các tế bào của cơ thể thực vật. Khoảng 50% hợp chấ carbon tạo ra từ quá trình quang hợp được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thực vật thông qua quá trình hô hấp tế bào, phần con lại được sử dụng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ tham gia kiến tạo đồng thời dự trữ năng lượng cho tế bào và cơ thể thực vật. Đặc biệt, tinh bột là nguồn dự trữ carbon và năng lượng chính của tế bào và cơ thể thực vật. Các hợp chất hữu cơ chiếm khoảng 90 - 95% tổng khối lượng vật chất khô của tế bào và cơ thể thực vật, phần còn lại 5 - 10% là các nguyên tố khoáng. Như vậy có thể thấy, quang hợp có vai trò quyết định đến năng suất cây trồng, hiệu quả của quá trình quang hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng.

- Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng phân li nước và mức độ kích thích của các phân tử diệp lục. Ánh sáng ảnh hưởng gián tiếp tới hàm lượng CO₂ trong tế bào do điều khiển sự đóng mở của khí khổng.

- Mối quan hệ giữa nồng độ CO₂ và cường độ quang hợp: Nồng độ CO₂ thấp nhất mà cây quang hợp được là khoảng 0,008 – 0,01 %. Khi tăng nồng độ CO₂ thì cường độ quang hợp cũng tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng chậm cho tới khi đến giá trị bão hòa (nồng độ CO₂ khoảng 0,06 – 0,1 %).

- Điểm bù CO₂ được xác định là nồng độ CO₂ mà tại đó lượng CO₂ sử dụng cho quá trình quang hợp tương đương với lượng CO₂ tạo ra trong quá trình hô hấp.

- Nhu cầu CO₂ của thực vât C₃ cao (25 - 100 ppm)

- Nhu cầu CO₂ của thực vât C₄ thấp (0 - 10 ppm)

- Mỗi loài thực vật có một nhiệt độ tối ưu cho quang hợp khác nhau. Khi các nhân tố môi trường khác ở điều kiện thuận lợi, cường độ quang hợp tăng khi tăng nhiệt độ, đến khi vượt qua ngưỡng nhiệt tối ưu, cường độ quang hợp bắt đầu giảm.

Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng dựa trên cơ sở cải tạo điều kiện môi trường sống:

- Bón phân hợp lí: làm tăng sự phát triển của bộ lá, nâng cao hiệu suất quang hợp; thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất.

- Tưới nước hợp lí: Cung cấp nước đầy đủ, đặc biệt là khi cây bắt đầu chuyển sang giai đoạn sinh sản sẽ quyết định đến sự vận chuyển vật chất trong cây về cơ quan dự trữ. Đồng thời, nước cũng là nguyên liệu của quá trình quang hợp nên cung cấp đủ nước làm tăng hiệu quả quang hợp, từ đó làm tăng năng suất cây trồng.

- Tăng cường nguồn sáng: Khi cần thiết có thể chiếu sáng bổ sung và sử dụng nguồn sáng có bước sóng phù hợp với từng loại cây trồng.

- Ngoài ra, ủ ấm hoặc chống nóng cho cây trồng, xới đất tạo độ thoáng khí, diệt cỏ dại,… cũng là những biện pháp kĩ thuật giúp cải tạo môi trưởng để tăng năng suất cây trồng.

- Muốn nâng cao năng suất cây trồng thì cần phải có các biện pháp tác động để tăng hiệu quả của quá trình quang hợp. Cơ sở khoa học của các biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng liên quan đến quá trình quang hợp là dựa trên những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

QUAN SÁT ĐƯỢC LỤC LẠP TRONG TẾ BÀO THỰC VẬT

- Tên thí nghiệm: Quan sát lục lạp trong tế bào thực vật.

- Nhóm thực hiện: …………………..

- Kết quả và thảo luận:

+ Ảnh chụp tế bào lục lạp dưới kính hiển vi:

+ Giải thích: Lục lạp là bào quan lớn, có màu xanh lục của tế bào thực vật nên có thể quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi.

- Kết luận: Có thể quan sát lục lạp của tế bào thực vật trực tiếp dưới kính hiển vi.

+ Kết quả và thảo luận: Miếng giấy lọc ở cốc đong đựng mẫu thí nghiệm có xuất hiện màu xanh, miếng giấy lọc ở cốc đong đựng mẫu đối chứng không dính màu

+ Kết luận: trong cốc cồn (thí nghiệm) có màu sắc đậm hơn chứng tỏ độ hòa tan của các sắc tố trong cồn mạnh hơn là độ hòa tan các sắc tố trong nước

* Kết quả:

- Màu sắc của lá bọc giấy màu và lá không bọc giấy màu khác nhau. Các phần lá không bị bọc giấy màu có màu xanh tím, phần lá bọc giấy màu không biến đổi màu.

* Giải thích:

- Mục đích của việc bọc giấy màu kín một phần ở cả hai mặt là không để cho phần lá cây này không tiếp xúc với ánh sáng.

+ Cho chiếc lá đã bỏ giấy màu vào cốc có cồn 90^o, đun sôi cách thủy có tác dụng để tẩy hết chất diệp lục ra khỏi lá, giúp cho việc quan sát màu sắc lá khi cho vào dung dịch iodine được dễ dàng.

- Tinh bột được tạo thành ở phần lá không bọc giấy màu:

+ Phần lá bọc giấy màu sẽ không thể nhận được ánh sáng → Phần lá này không thể tiến hành quá trình quang hợp để tạo ra tinh bột → Do không có tinh bột nên khi nhúng lá vào dung dịch iodine phần lá này không xuất hiện màu xanh tím đặc trưng.

+ Phần lá không bọc giấy màu sẽ vẫn nhận được ánh sáng → Phần lá này vẫn tiến hành quá trình quang hợp để tạo ra tinh bột → Do có tinh bột nên khi nhúng lá vào dung dịch iodine phần lá này sẽ xuất hiện màu xanh tím đặc trưng.

* Kết luận:

- Quá trình quang hợp ở thực vật tổng hợp carbohidrate dưới dạng tinh bột.

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

TÌM HIỂU SỰ THẢI OXYGEN TRONG QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

- Tên thí nghiệm: Tìm hiểu sự thải oxygen trong quá trình quang hợp.

- Nhóm thực hiện: ……………………

- Kết quả và thảo luận:

+ Kết quả: Sau 5 giờ, quan sát thấy ống nghiệm khi để ngoài sáng có bọt khí thoát ra, khi đưa que tăm đang cháy vào miệng ống nghiệm thấy có hiện tượng que tăm bùng cháy mạnh hơn. Ở ống nghiệm để trong tối, không có bọt khí thoát ra; khi đưa que tăm đang cháy vào miệng ống nghiệm, que tăm bị tắt.

+ Giải thích:

Ở ống nghiệm để trong tối, do không nhận được ánh sáng nên cành rong trong ống nghiệm không tiến hành quá trình quang hợp, bằng chứng là không có bọt khí oxygen thoát ra dẫn đến khi đưa que tăm đang cháy vào thì que tăm bị tắt vì thiếu oxygen để duy trì sự cháy.

Ở ống nghiệm để ngoài sáng, do nhận được ánh sáng đầy đủ nên cành rong tiến hành quá trình quang hợp thải khí oxygen tạo thành bọt khí dẫn đến khi đưa que tăm đang cháy vào thì que tăm đang cháy sẽ bùng cháy mạnh hơn do oxygen là loại khí duy trì sự cháy.

- Kết luận: Cây giải phóng khí oxygen trong quá trình quang hợp.

- Ở những vùng có khí hậu nóng và khô nên trồng nhóm thực vật C4 và CAM vì pha đồng hóa CO₂ của hai nhóm thực vật này diễn ra theo 2 giai đoạn để khắc phục tình trạng không lấy được CO₂ vào ban ngày do cường độ ánh sáng mạnh ức chế sự mở của khí khổng.

- Ánh sáng là nhân tố ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình quang hợp ở cây trồng, từ đó, ảnh hưởng lớn đến năng suất của cây trồng → Việc xác định điểm bù ánh sáng và điểm bão hòa ánh sáng đối với cây trồng sẽ giúp con người có thể điều khiển được cường độ ánh sáng thuận lợi nhất cho quá trình quang hợp (đặc biệt có ý nghĩa trong kĩ thuật trồng cây trong nhà kính), từ đó, giúp nâng cao năng suất của cây trồng.