BÀI 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Khởi động
Khởi động
Khởi động
Ảnh
Quang hợp có vai trò gì đối với thực vật và với các sinh vật khác trên Trái Đất? Có phải quá trình quang hợp ở các cây trong hình 4.1 đều diễn ra theo cơ chế giống nhau?
Khái quát về quang hợp ở thực vật
Khái niệm quang hợp
Khái niệm quang hợp
Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để chuyển hoa CO2 và H2O thành hợp chất hữu cơ (C6H2O6) đồng thời giải phóng O2 trong quá trình này thực vật chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học.
Hệ sắc tố quang hợp
Hệ sắc tố quang hợp
Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra ở lục lạp (hình 4.2). Lục lạp có ở các tế bảo có màu xanh của cây như ở thân, quả và lá. Tuy nhiên, lục lạp chủ yếu có mặt ở các tế bào thịt lá (đặc biệt là các tế bào mô giậu) nên là là cơ quan chủ yếu thực hiện quá trình quang hợp ở cây xanh. Trung bình mỗi tế bào mô giậu có khoảng 30 – 40 lục lạp, kích thước của lục lạp khoảng từ 2 – 4 km 4-7um. Trong quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển thành năng lượng hoá học. Trung tâm của quá trình này chính là hệ sắc tổ quang hợp nằm trên màng thylakoid. Ở thực vật, hệ sắc tổ quang hợp chủ yếu gồm diệp lục a và b (chlorophyll a và b) và carotenoid.
Quá trình quang hợp ở thực vật
Quá trình quang hợp ở thực vật
Quá trình quang hợp ở thực vật
Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra theo hai pha: pha sáng (pha hấp thụ năng lượng ánh sáng) và pha đồng hoá CO2 (pha cố định CO2).
Pha sáng
Pha sáng
Pha sáng của quá trình quang hợp diễn ra trên mảng thylakoid. Trong pha này, các sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đã hấp thụ được cho phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng. Phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng tiếp nhận năng lượng ánh sáng trở thành dạng kích thích và truyền electron cho các chất trong chuỗi truyền electron nằm trên màng thylakoid, sau đó đến chất nhận cuối cùng là NADP để hình thành NADPH.
Năng lượng
Năng lượng được giải phóng từ chuỗi truyền electron được sử dụng trong tổng hợp ATP Như vậy, ở pha sáng, năng lượng ánh sáng đã được sắc tổ quang hợp hấp thụ và chuyển thành năng lượng hoả học tích luỹ trong NADPH và ATP Quá trình phân li nước diễn ra trong xoang thylakoid giải phóng O, và electron để bù lại electron bị mất cho phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng.
Pha đồng hoá CO3
Pha đồng hoá CO3
Pha đồng hoá CO3 diễn ra ở chất nền của lục lạp. Pha đồng hoá CO3 được thực hiện theo các chu trình khác nhau ở ba nhóm thực vật, đó là thực vật C3 thực vật C4 và thực vật CAM.
Thực vật C3
Thực vật C3
Nhóm thực vật C3 bao gồm phần lớn các loài thực vật phân bố rộng trên thế giới, ví dụ như lúa, khoai tây, đậu và nhiều loại rau có nguồn gốc ôn đới. Nhóm thực vật này cố định CO2 theo chu trình Calvin (hình 4.4), sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình là hợp chất 3 carbon nên chúng được gọi là thực vật C3
Hình 4.4
Ảnh
Thực vật C4
Thực vật C4
Nhóm thực vật C4 bao gồm một số thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, ví dụ như mía, ngô, kê, rau dền, cỏ gấu,.. Sống trong điều kiện khô và nóng, các nhóm thực vật này phải đóng một phần khi không để hạn chế mất nước, do đó làm giảm lượng CO2 trong tế bào thịt lá.
Thực vật CAM
Thực vật CAM
Thực vật CAM gồm những thực vật mọng nước sống ở vùng sa mạc khô hạn, ví dụ như xương rồng, dứa, thanh long.... Để tránh mất nước do quá trình thoát hơi nước, các loài thực vật này đóng khí khổng vào ban ngày và mở vào ban đêm. Do đó, chúng không lấy được CO2 vào ban ngày. Để khắc phục tình trạng đó, nhóm thực vật CAM thực hiện quá trình cố định CO2 theo cách riêng. Bản chất hoá học của quá trình cố định CO2 ở thực vật CAM và thực vật C4 là giống nhau và gồm hai giai đoạn (hình 4.6). Tuy nhiên, ở thực vật C4 cả hai giai đoạn đều diễn ra vào ban ngày trên hai loại tế bảo khác nhau (hình 4.6c). Ngược lại, ở thực vật CAM cả hai giai đoạn đều diễn ra trên cùng một tế bào nhưng ở hai thời điểm khác nhau: giai đoạn cố định CO2 hình thành oxaloacetate diễn ra vào ban đêm, giai đoạn tổng hợp chất hữu cơ theo chu trình Calvin lại diễn ra vào ban ngày (hình 4.6c).
Hình 4.6
Ảnh
Vai trò của quang hợp ở thực vật
Vai trò của quang hợp ở thực vật
Vai trò của quang hợp ở thực vật
Quá trình quang hợp ở thực vật đóng vai trò quan trọng đối với chính cơ thể thực vật, các sinh vật và sinh quyển.
Đối với thực vật
Đối với thực vật
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 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 tể bảo, 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 bảo và cơ thể thực vật (hình 4.7). 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.
Đối với sinh vật
Đối với sinh vật: Quang hợp giải phóng 0, cung cấp dưỡng khi cho nhiều sinh vật trên Trái Đất. Hợp chất hữu cơ tạo ra trong quá trình quang hợp chính là nguồn vật chất và năng lượng mà tất cả các sinh vật trong đó có con người có thể sử dụng được. Như vậy, quá trình quang hợp tạo ra nguyên liệu và năng lượng cung cấp cho các sinh vật khác. Đối với sinh quyển: Trong quá trình quang hợp, thực vật hấp thụ CO, và giải phóng O, giúp điều hoà không khi, kiến tạo và duy trì tầng ozone, giảm hiệu ứng nhà kinh. Quá trình quang hợp ước tỉnh tạo ra cho Trái Đất khoảng 150 tỉ tấn carbohydrate mỗi năm, đây chính là nguồn vật chất và năng lượng dồi dào cung cấp cho sinh giới. Trong hầu hết các hệ sinh thải, thực vật đóng vai trò là sinh vật sản xuất – mắt xích đầu tiên của các chuỗi và lưới thức ăn.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật
Ánh sáng
Ánh sáng
Cường độ ánh sáng, thành phần quang phổ và thời gian chiếu sáng đều ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật. Ở cường độ ánh sáng mà cường độ quang hợp và hô hấp bằng nhau thì gọi là điểm bù ánh sáng (hình 4.8). Hiệu quả của quang hợp tăng khi tăng cường độ ánh sáng và đạt giá trị cực đại ở điểm bão hoa ánh sáng, vượt qua điểm bão hoà ảnh sáng, cường độ quang hợp không tăng mà có thể bị giảm. Ánh sáng đỏ và xanh tím giúp tăng hiệu quả của quang hợp. Thời gian chiếu sáng khoảng 10 – 12 giờ ngày thường phù hợp với đa số thực vật.
Nồng độ CO2
Nồng độ CO2
Nguồn cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp ở thực vật là không khí, nồng độ CO2 trong không khí khoảng 0,038%. Nồng độ CO2 thấp nhất mà cây quang hợp được là khoảng 0.008-0.01% Ở thực vật, điểm bù CO2 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 (hinh 49). 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 hoả (nồng độ CO2 khoảng 0,06 – 0,1%).
Hình 4.9
Ảnh
Nhiệt độ
Nhiệt độ
Nhiệt độ tối ưu cho quá trình quang hợp phụ thuộc vào loài thực vật và môi trường sống của chúng. Thông thường, khi các nhân tố môi trường khác ở điều kiện thuận lợi, cường độ quang hợp tăng khi tăng nhiệt độ. Khi vượt qua ngưỡng nhiệt tối ưu, cường độ quang hợp bắt đầu giam. Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C3 dao động trong khoảng 20 – 30 °C, ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C4 dao động trong khoảng 25 – 35 °C, còn ở thực vật CAM là 30 – 40 °C.
Biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng
Biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao 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. Trong thực tiễn, một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng liên quan đến quá trình quang hợp thường được áp dụng dựa trên một số cơ sở sau: cải tạo tiềm năng của cây trồng, tăng diện tích lá, sử dụng hiệu quả nguồn sáng, tăng cường nguồn sáng.
Cải tạo tiềm năng của cây trồng
Cải tạo tiềm năng của cây trồng
Tăng hiệu suất quang hợp bằng cách chọn tạo giống có cường độ quang hợp cao, chọn tạo giống cây kết hợp với biện pháp canh tác để sản phẩm quang hợp phân bố chủ yếu vào các bộ phận có giá trị kinh tế (hạt, cũ, hoặc thân,...).
Tăng diện tích lá
Thực hiện biện pháp như tưới nước và bón phân hợp lí để lá sinh trưởng tốt, kết hợp với việc chăm sóc và loại bỏ sự cạnh tranh dinh dưỡng của những loài cỏ dại.
Sử dụng hiệu quả nguồn sáng
Sử dụng hiệu quả nguồn sáng
Chọn giống cây có thời gian sinh trưởng phù hợp với thời gian chiếu sáng và nhiệt độ ở các mùa khác nhau. Tăng diện tích tiếp xúc của lá cây với ánh sáng bằng cách bố trí hàng, luống phù hợp.
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.
Thực hành
Quan sát được lục lạp trong tế bào thực vật
Quan sát được lục lạp trong tế bào thực vật
Lục lạp là bảo quan lớn của tế bào thực vật nên có thể quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi.
Các bước tiến hành
Các bước tiến hành
Chuẩn bị
Dụng cụ: kính hiển vi, lam kính, panh, thiết bị chụp ảnh. Hoá chất: nước. Mẫu vật: rong đuôi chó (Ceratophyllum demersum) hoặc rong cúc (ngô công thảo, Egeria najas).
Tiến hành Báo cáo
Học sinh trình bảy (hình vẽ hoặc anh chụp) và giải thích các kết quả thu được. Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.
Nhận biết, tách chiết các sắc tố trong lá cây
Nhận biết, tách chiết các sắc tố trong lá cây
Sắc tố quang hợp (chlorophyll, carotenoid) hoà tan trong dung môi hữu cơ, do đó có thể dùng dung môi hữu cơ để tách sắc tố quang hợp.
Các bước tiến hành
Các bước tiến hành
Chuẩn bị
Dụng cụ: ống đong 20 mL, cốc đong 100 mL, cân, kéo, chảy, cối, phễu và giấy lọc kích thước 1,5 × 10 cm, thiết bị chụp ảnh. Hoá chất: nước cất, dung môi ethanol 90%. Mẫu vật: lá khoai lang, lá tía tô, lá rau dền,...
Tiến hành
Tiến hành
Cân 1,5 g mẫu vật. Dùng kéo cắt nhỏ mẫu vật. Cho mẫu lá cắt nhỏ vào cối và nghiền nát bằng chày.
Báo cáo
Học sinh trình bày các kết quả thu được trên từng loại lá và cho nhận xét về màu sắc của các dịch lọc và miếng giấy lọc thu được ở các mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng. Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.
Thí nghiệm tìm hiểu sự hình thành tinh bột trong quá trình quang hợp
Thí nghiệm tìm hiểu sự hình thành tinh bột trong quá trình quang hợp
Quá trình quang hợp hình thành carbohydrate và thường được tích luỹ dưới dạng tinh bột. Hàm lượng tinh bột có thể nhận biết thông qua phản ứng màu với dung dịch 0,5% iodine.
Các bước tiến hành
Các bước tiến hành
Chuẩn bị
Dụng cụ: cốc đong loại 250 mL và loại 500 mL, giấy màu (xanh, hồng, đen,...) và kẹp, đèn cồn và lưới chịu nhiệt, thiết bị Hoá chất: dung dịch iodine 0,5%, ethanol 90%, nước cất. Mẫu vật: cây khoai lang trồng trong chậu.
Tiến hành
Tiến hành
Để chậu trồng cây khoai lang trong tối 2 ngày
Báo cáo
Học sinh trình bày các kết quả thu được, nhận xét màu sắc của phiến lá bọc giấy màu và không bọc giấy màu (tham khảo kết quả hình 4.12c). Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.
Thí nghiệm tìm hiểu sự thải oxygen trong quá trình quang hợp
Thí nghiệm tìm hiểu sự thải oxygen trong quá trình quang hợp
Quá trình quang hợp giải phóng oxygen. Ở những loài thực vật thuỷ sinh, khi được chiếu sáng, oxygen giải phóng từ quá trình quang hợp sẽ tạo thành bọt khi thoát ra khỏi dung dịch.
Các bước tiến hành
Các bước tiến hành
Chuẩn bị
Dụng cụ: hai ống nghiệm có nút bằng cao su, giá để ống nghiệm, hai cốc đong 250 mL chứa 120 mL nước cất, một hộp tăm tre, bật lửa, thiết bị chụp ảnh. Mẫu vật: rong cúc (ngô công thảo, E. najas) hoặc rong đuôi chó (C. demersum).
Tiến hành
Tiến hành
Cho hai cành rong có kích thước tương tự nhau vào hai ống nghiệm khác nhau (Chủ ý cho phần lớn canh rong vào trong ống nghiệm và để dư khoảng 1 cm bên ngoài). Đổ ngập nước đến miệng ống nghiệm. Dùng ngón tay cái bịt chặt miệng ống nghiệm rồi úp ngược hai ống nghiệm đưa vào hai cốc đong, thả tay ra, tránh tạo bọt khí trong ống nghiệm (hình 4.13).
Báo cáo
Học sinh trình bày và giải thích các kết quả thu được. Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.
Hình 4.13
Ảnh
Luyện tập
Bài1
Bài tập trắc nghiệm
Hệ sắc tố quang hợp bao gồm
diệp lục a và diệp lục b
diệp lục a và carôtenôit
diệp lục b và carotenoit
diệp lục và carôtenôit
Bài 2
Bài tập trắc nghiệm
Sắc tố nào sau đây thuộc nhóm sắc tố chính?
Clorophyl a và clorophyl b
Clorophyl a và phicôbilin
Clorophyl a và xanlôphyl
Clorophyl a và carôten
Bài 3
Bài tập trắc nghiệm
Sắc tố tham gia trực tiếp chuyển hóa năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành ATP, NADPH trong quang hợp là
Diệp lục a
Diệp lục b
Diệp lục a, b
Diệp lục a, b và carôtenôit
Vận dụng
Vận dụng
Vận dụng
Ở những vùng có khí hậu nóng và khô nên trồng nhóm thực vật nào? Giải thích.
Nêu ý nghĩa của việc xác định điểm bù ánh sáng và điểm bão hoà ánh sáng đối với cây trồng.
Cảm ơn
Ảnh