Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4: Quang hợp ở thực vật

Mở đầu

Câu hỏi Mở đầu SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 26): Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu?
Trả lời:
– Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn chủ yếu từ quá trình quang hợp của các sinh vật quang tự dưỡng.
– Ngày nay, oxy chiếm khoảng 1/5 khí quyển Trái Đất và được tạo ra phần lớn nhờ thực vật và vi sinh vật (thông qua tảo xanh và vi khuẩn lam, chiếm khoảng 70% và từ thực vật trên cạn, tạo ra 30%). Qua quá trình quang hợp, các sinh vật quang tự dưỡng cung cấp nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất. Nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất được đáp ứng bởi sản phẩm của quang hợp – nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú → sinh vật tồn tại và phát triển.

I. Khái quát về quang hợp

Câu hỏi 1 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 27): Nguyên liệu, năng lượng được sử dụng trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu? Sản phẩm của quang hợp là gì và chúng có vai trò như thế nào đối với sinh giới?
Trả lời:
- Nguồn gốc của nguyên liệu trong quang hợp: CO₂ có nguồn gốc từ khí quyển, H₂O được hấp thụ từ môi trường.
- Nguồn gốc của năng lượng trong quang hợp: năng lượng ánh sáng thường có nguồn gốc từ Mặt Trời.
- Sản phẩm của quang hợp là chất hữu cơ và khí O₂:
+ Vai trò của chất hữu cơ tạo ra từ quang hợp: cung cấp dinh dưỡng và năng lượng cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất; là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, y dược,...
+ Vai trò của khí O₂ tạo ra từ quang hợp: khí O₂ được tạo ra có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O₂/CO₂ trong khí quyển, giúp đảm bảo nguồn dưỡng khí cho các sinh vật.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 27): Hệ sắc tố ở cây xanh được chia làm mấy nhóm? Cho biết vai trò của các nhóm sắc tố này trong quang hợp.
Trả lời:
- Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh gồm hai nhóm chính là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid:
+ Diệp lục tạo nên màu xanh của lá và các bộ phận có màu xanh ở cây. Loại sắc tố chủ đạo là diệp lục a. Diệp lục hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh tím. Đây là nhóm sắc tố có vai trò quan trọng nhất trong quang hợp.
+ Carotenoid là nhóm sắc tố tạo nên màu vàng, đỏ, cam của lá, hoa, củ, quả ở nhiều loài cây như gấc, xoài, cà rốt, ... Carotenoid gồm hai loại là xanthophyll (có oxygen) và carotene (không có oxygen), trong đó  - carotene là tiền chất của vitamin A.
- Vai trò của hệ sắc tố: hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng hóa năng.
Câu hỏi 3 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 27): Một số loài thực vật có lá màu đỏ thực hiện quang hợp được không? Vì sao?
Trả lời:
– Trong cây có hai nhóm sắc tố chính là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid, tỉ lệ các loại sắc tố sẽ quyết định màu sắc của lá cây. Ở những loài thực vật có lá màu đỏ vẫn chứa diệp lục nhưng bị che khuất bởi hàm lượng nhóm sắc tố carotenoid (sắc tố phụ trong thực vật tạo ra màu vàng tươi, đỏ và cam) cao tạo nên màu đỏ cho lá cây.
=> Vì cây vẫn chứa diệp lục nhưng hàm lượng thấp nên cây có màu đỏ vẫn tiến hành quang hợp bình thường, tuy nhiên cường độ quang hợp không cao.

II. Quá trình quang hợp ở thực vật

Câu hỏi 1 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 30): Quá trình quang hợp gồm những pha nào? Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha là gì?
Trả lời:
- Quá trình quang hợp gồm hai pha là: pha sáng và pha tối.
- Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha:

Câu hỏi 2 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 30): Tại sao lại gọi là thực vật C₃, thực vật C₄ và thực vật CAM? Ba nhóm thực vật này có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống như thế nào?
Trả lời:
- Gọi là thực vật C₃, thực vật C₄ và thực vật CAM là bởi vì:
+ Thực vật C₃ có sản phẩm đầu tiên mà nó tạo ra là một hợp chất 3 carbon (3 - Phosphoglyceric aicd)
+ Thực vật C₄ có sản phẩm đầu tiên mà nó tạo ra là một hợp chất 4 carbon (Oxaloacetic acid - OAA)
+ Thực vật CAM có tên như vật là bởi vì loài thực vật này cố đinh carbon dioxide bằng con đường CAM
- Ba nhóm thực vật này có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống:
+ Nhóm C₃: quang hợp trong diều kiện ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ O₂ bình thường. Vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có ánh sáng và nhiệt độ cao, nồng độ O₂ cao, nóng ẩm kéo dài, nồng độ CO₂ thấp.
+ Nhóm C4: CO₂ thấp phải có quá trình cố định CO₂ hai lần. Lần 1 lấy nhanh CO₂, lần 2 cố định CO₂ trong chu trình Calvin để hình thành các hợp chất hữu cơ trong các tế bào bao bó mạch.
+ Sa mạc và bán sa mạc thiếu nước trầm trọng. Nhóm thực vật CAM thích nghi với tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng ban ngày, chúng nhận và cố định CO₂ vào ban đêm. Quá trình quang hợp được thực hiện ở 2 không gian khác nhau

III. Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quang hợp

Câu hỏi 1 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 32): Những yếu tố ngoại cảnh nào ảnh hưởng đến cường độ quang hợp? Giải thích cơ sở khoa học
Trả lời:
* Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật là ánh sáng, khí CO₂ và nhiệt độ. Ngoài ra, nước và chất khoáng cũng ảnh hưởng đến quang hợp.
- Ánh sáng:
+ Cường độ ánh sáng: điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp; điểm bão hoà ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp đạt cao nhất.
+ Tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ quang hợp.
- Khí CO₂
+ Nồng độ CO₂ tỉ lệ thuận với cường độ quang hợp.
+ Điểm bù CO₂ là nồng độ CO₂ tối thiểu mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp, thay đổi theo từng loại cây.
+ Điểm bão hoà CO₂ là điểm mà ở đó nếu nồng độ CO₂ tăng lên thì cường độ quang hợp cũng không tăng, dao động khoảng 0,06 - 0,1%.
- Nhiệt độ
+ Sự phụ thuộc giữa nhiệt độ và quang hợp theo chiều hướng: nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp tăng nhanh và thường đạt cực đại ở nhiệt độ tối ưu, sau đó giảm dần.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 32): Tại sao trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày?
Trả lời:
– Khi trồng cây với mật độ quá dày tán lá cây này có thể che khuất cây khác, cây thiếu ánh sáng, lá không thể thực hiện quang hợp → cây sinh trưởng, phát triển kém.
– Mật độ cây quá dày, cây cạnh tranh nhau về nguồn nước và chất dinh dưỡng → cây không được cung cấp đủ nước và chất dinh dưỡng.
– Mật độ cây dày khiến không khí không được lưu thông tốt, hơi nước khó bay hơi tạo môi trường ẩm ướt là điều kiện thuận lợi cho nấm mốc phát triển, cây dễ bị bệnh. Ngoài ra, cây trồng quá sát nhau có thể dễ dàng lây truyền bệnh, sâu bọ.
=> Vì vậy, không nên trồng với mật độ quá dày, trồng cây với mật độ vừa phải để tiện chăm sóc giúp cây phát triển tốt, khỏe mạnh và cho năng suất cao.

IV. Quang hợp và năng suất cây trồng

Câu hỏi 1 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 33): Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?
Trả lời:
– Phần lớn các chất hữu cơ trong cây đều do quang hợp tạo ra. Trong thành phần hóa học của các sản phẩm nông nghiệp, chất khô do quang hợp tạo ra chiếm tới 90 – 95% tổng số chất khô của thực vật. 
=> Vì vậy, nhân tố quyết định 90 – 95% năng suất cây trồng là quang hợp, 5 – 10% còn lại là do dinh dưỡng khoáng quyết định.
Câu hỏi 2 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 33): Các biện pháp kĩ thuật nào có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng? Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp.
Trả lời:
- Một số biện pháp kĩ thuật có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng: bón phân hợp lí, cung cấp đủ nước, gieo trồng đúng thời vụ, chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao, phòng trừ sâu bệnh hại,…
- Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp trên:
+ Bón phân hợp lí: giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất. Phân bón cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển đến bộ lá của cây, diện tích lá lớn sẽ nâng cao hiệu quả quang hợp.
+ Cung cấp nước đầy đủ cho cây trồng: Nước quyết định sự vận chuyển vật chất trong cây về cơ quan dự trữ, đặc biệt là khi cây bắt đầu chuyển sang giai đoạn sinh sản. Đồng thời, nước là nguyên liệu của quang hợp. Do đó, cung cấp nước đầy đủ làm tăng hiệu quả quang hợp, từ đó, làm tăng năng suất cây trồng.
+ Gieo trồng đúng thời vụ: giúp tạo điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết (nhiệt độ, cường độ ánh sáng,…) làm tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, từ đó, cho năng suất cao.
+ Chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao: Những giống cây trồng có diện tích lá lớn, cường độ quang hợp cao sẽ giúp cây trồng có tiềm năng đạt năng suất cao.
+ Phòng trừ sâu bệnh hại, tiêu diệt cỏ dại: giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, loại bỏ sự cạnh tranh dinh dưỡng, từ đó, cho năng suất cao.
Câu hỏi 3 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 33): Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là gì? Hãy kể tên một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ này.
Trả lời:
– Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là công nghệ sử dụng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời. Con người có thể kiểm soát được lượng ánh sáng cung cấp cho cây, điều chỉnh độ sáng và tần số phát xạ để phù hợp với các loại cây khác nhau, giúp tăng năng suất và chất lượng cây trồng.
– Một số cây trồng áp dụng công nghệ sử dụng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời là:
+ Các loại hoa và cây ăn quả: Hoa lan, hoa hồng, hoa cúc, hoa phong lữ, cam quýt, dâu tây, quả việt quất, táo, thanh long … sử thống đèn LED có bước sóng ánh sáng đạt 620nm – 660nm, ánh sáng đỏ là phù hợp.
+ Các loại rau xanh: Cà chua, củ cải, cà rốt, hành tây, củ cải, ớt, cải xoăn, xà lách,… sử dụng hệ thống đèn LED có bước sóng từ 350 – 800 nm là thích hợp nhất.
+ Cây trồng trong nhà: dương xỉ măng tây, hoa lan, cây nhôm,… sử thống đèn LED có bước sóng ánh sáng đạt 380 đến 750 nanomet (nm).
+ Các loài xương rồng: lô hội, cây gấu trúc, cây ngựa vằn, sen đá,… ánh sáng nhân tạo tốt nhất cho xương rồng chính là bóng đèn huỳnh quang hoặc đèn LED (75W)

Luyện tập và Vận dụng

Bài tập 1 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 34): Tại sao các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C₃, C₄?
Trả lời:
– Các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thuộc nhóm thực vậy CAM có khả năng giữ nước tốt. Chúng sử dụng nguồn nito hiệu quả và có quá trình quang hợp gần giống thực vật C4.
– Để thích nghi với điều kiện môi trường nắng nóng, khô hạn, ít CO₂, khí khổng các loài cây này chỉ mở vào ban đêm khi nhiệt độ giảm xuống, ban ngày do nhiệt độ quá cao để hạn chế sự mất nước chúng đóng khí khổng.
– Ngoài ra, cường độ quang hợp ở xương rồng, thuốc bỏng kém do nguyên liệu cho quá trình quang hợp là CO₂ chỉ xâm nhập vào lá vào ban đêm để dự trữ, sau đó, vào ban ngày, CO₂ này mới được sử dụng để tạo ra chất hữu cơ → lượng chất hữu cơ được tổng hợp và tích lũy ít.
=> Do vậy, các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thuộc nhóm thực vậy CAM này phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C3, C4.
Bài tập 2 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 34): Tại sao trong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao? Lấy ví dụ.
Trả lời:
– Trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao nhằm mục đích tận dụng tối đa nguồn ánh sáng, chất dinh dưỡng trên một diện tích trồng trọt mà vẫn đảm bảo cả hai loài đều thực hiện được quang hợp, cây sinh trưởng phát triển tốt, cho năng suất cao.
– Ví dụ:
+ Trồng xen giữa ngô có điểm bù ánh sáng cao với đậu đỗ có điểm bù ánh sáng thấp.
+ Xen canh lạc với mía hoặc cà phê
+ Xen canh ớt và đậu
Bài tập 3 SGK Sinh 11 Kết nối tri thức Bài 4 (trang 34): Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn dây, mía, củ cải đường,… thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật nào?
Trả lời:
– Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sán dây, mía, cù cải đường, … thông qua quang hợp, cần áp dụng biện pháp kĩ thuật nông học:
+ Bón phân hợp lí: Phân bón ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ lá, hiệu suất quang hợp được nâng cao khi diện tích lá lớn. Phân bón thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ → năng suất sản phẩm nông nghiệp tăng lên.
+ Tưới nước đầy đủ, hợp lí: Cung cấp nước cho cây trồng đầy đủ sẽ làm tăng hiệu quả quang hợp, tăng năng suất cây trồng.
+ Gieo trồng đúng thời vụ: Cây có điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết,… giúp cây sinh trưởng phát triển tốt, cho năng suất cao.
+ Phòng trừ sâu bệnh hại cho cây: Phòng trừ sâu bệnh hại bằng sinh học là phương pháp tận dụng những sinh vật là thiên địch của các loại sâu bệnh để diệt trừ chúng. Có thể sử dụng các biện pháp đơn giản hơn như dùng tay bắt sâu bọ, ngắt bỏ cành lá đang bị mắc bệnh. Ngoài ra còn có thể dùng các bẫy côn trùng, bả, vợt, bẫy… để tiêu diệt các loại sâu bệnh một cách an toàn và hiệu quả góp phần nâng cao năng suất, chất lượng nông sản, đảm bảo an toàn vệ sinh thực phẩm.