BÀI 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
BÀI 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT (TIẾT 2)
DẪN DẮT
Mục tiêu bài học
MỤC TIÊU BÀI HỌC
- Phát biểu được khái niệm quang hợp ở thực vật. Viết được phương trình quang hợp. Nêu được vai trò của quang hợp ở thực vật. - Trình bày được vai trò của sắc tố trong việc hấp thụ năng lượng ánh sáng. Nêu được các sản phẩm của quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoa học (ATP và NADPH). - Nêu được các con đường dòng hoá carbon trong quang hợp. Chúng mình được Sự thích nghi của thực vật C4, và CAM trong điều kiện môi trường bất lợi.
Mục tiêu bài học
MỤC TIÊU BÀI HỌC
- Trình bày được vai trò của sản phẩm quang hợp trong tổng hợp chất hữu cơ (chủ yếu là tinh bột) đối với cây và đối với sinh giới. - Phân tích được ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài đến quang hợp. - Phân tích được mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng. - Vận dụng hiểu biết về quang hợp để giải thích được một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ năng cao năng suất cây trồng.
Hoạt động 1
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: - Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất. - Khí oxygen được tạo ra trong quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O2/CO2 trong khí quyển.
KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP
Khái niệm về quang hợp
I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP
1, Khái niệm về quang hợp
- Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển hoá CO2 và nước thành hợp chất hữu cơ C6H12O6 đồng thời giải phóng O2. - Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp:
Ảnh
Vai trò của quang hợp
2, Vai trò của quang hợp
- Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất. - Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, y dược. Nguồn năng lượng từ các sản phẩm quang hợp như than đá, củi đun, hơi đốt, dầu hoả,... chiếm 90% tổng năng lượng con người sử dụng. - Quang hợp cung cấp nguồn năng lượng lớn duy trì hoạt động của sinh giới. - Khi O2 được tạo ra trong quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O2/CO2 trong khí quyển.
Hệ sắc tố quang hợp
3, Hệ sắc tố quang hợp a) Các nhóm sắc tố
- 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. Ngày nay, các nhà khoa học đã phát hiện ra khoảng 10 loại diệp lục, trong đó loại sắc tố chủ đạo mà thiếu nó cây không thể quang hợp được 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 (loại có oxygen) và carotene (loại không có oxygen), trong đó ẞ-carotene là tiền chất của vitamin A.
Vai trò của hệ sắc tố
b) Vai trò của hệ sắc tố
- Hệ sắc tố quang hợp phân bố trên màng thylakoid có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng hoá năng. - Phân tử sắc tố hấp thụ photon ánh sáng và chuyển thành trạng thái có electron bị kích động. Năng lượng đã hấp thụ được truyền cộng hưởng đến phân tử sắc tố khác rồi đến phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng (H 4.1). Tại đây, phân tử diệp lục a làm nhiệm vụ biến đổi quang năng thành hoá năng chứa trong ATP và NADPH.
Hình 4.1
Hình 4.1 Sơ đồ hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng giữa các sắc tố quang hợp: trạng thái kích động của electron
Ảnh
Hoạt động 2 (a)
a) 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?
- 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,... + 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.
Hoạt động 2 (b)
b) Hệ sắc tố ở cây xanh được chia làm mấy nhóm? Cho biết vai trò của các nhóm sắc tố này trong quang hợp.
- Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh gồm hai nhóm chính là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid. - Vai trò của các nhóm sắc tố trong quang hợp: Hệ sắc tố quang hợp trên màng thylakoid có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng hóa năng. Trong đó, diệp lục a ở trung tâm trực tiếp đảm nhận nhiệm vụ biến đổi quang năng thành hóa năng chứa trong ATP và NADPH, còn các sắc tố khác có vai trò hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng cho diệp lục a ở trung tâm.
Hoạt động 2 (c)
c) Một số loài thực vật có lá màu đỏ thực hiện quang hợp được không? Vì sao?
- Trong lá có nhiều loại sắc tố khác nhau, tỉ lệ các loại sắc tố này sẽ quyết định màu sắc của lá cây. - Ở những loài thực vật có lá màu đỏ, hàm lượng nhóm sắc tố carotenoid sẽ cao hơn hàm lượng nhóm sắc tố diệp lục chứ không phải là không có chứa diệp lục. - Do vẫn có chứa diệp lục nên một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có khả năng quang hợp bình thường.
QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Hai pha của quá trình quang hợp
II. QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
- Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra tại lục lạp theo hai pha: pha sáng và pha tối (pha đồng hoá CO). + Pha sáng diễn ra trên màng thylakoid với sự tham gia của ánh sáng và các phân tử sắc tố, có diễn biến giống nhau ở tất cả các nhóm thực vật (C3, C4 và CAM). + Pha tối diễn ra trong chất nền của lục lạp, sử dụng các sản phẩm của pha sáng cùng với sự tham gia của các enzyme để đồng hoá carbon thành các phân tử hữu cơ. Tuỳ từng nhóm thực vật mà pha tối sẽ diễn ra theo các con đường khác nhau.
Hình 4.2
Hình 4.2 Hai pha của quá trình quang hợp
Ảnh
Pha sáng
1, Pha sáng
- Diệp lục hấp thụ ánh sáng và chuyển thành trạng thái kích động electron làm cho một số electron (e) của diệp lục bật ra khỏi quỹ đạo. Dưới tác dụng của ánh sáng nước phân li, giải phóng O2, electron và H+ theo sơ đồ sau:
- Electron sinh ra từ quá trình phân li nước được dùng để bù lại cho phân tử diệp lục a đã mắt electron. H+ tham gia tổng hợp ATP và khử NADP+ thành NADPH. - Như vậy, sản phẩm của pha sáng gồm có: O2, ATP và NADPH.
Ảnh
Pha tối
2, Pha tối
- Sự cố định CO2 tạo thành các hợp chất hữu cơ (glucose,...) diễn ra ở pha tối nhờ nguồn năng lượng ATP và NADPH do pha sáng cung cấp.
a) Con đường cố định CO2 ở thực vật C3 (chu trình Calvin hay chu trình C3)
- Năm 1951, hai nhà bác học Calvin và Benson cùng cộng sự phát hiện ra con đường có định CO2 ở nhiều loài thực vật phân bố rộng rãi trên thế giới, chủ yếu ở vùng ôn đới và cận nhiệt đới như lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu,... - Ribulose 1,5 biphosphate (RuBP) là chất nhận CO2 đầu tiên để tạo thành 3-Phosphoglyceric acid (3-PGA). Đây là hợp chất carbon đầu tiên được tạo thành nên chu trình hay còn gọi là chu trình C3.
Con đường cố định CO2 ở thực vật C3 (chu trình Calvin hay chu trình C3)
- Với sự tham gia của ATP và NADPH (từ pha sáng), phân tử 3-PGA bị khử thành glyceraldehyde 3 phosphate (G3P). Một phần G3P đi ra khỏi chu trình để tạo thành glucose và các hợp chất hữu cơ khác. Phần còn lại sẽ được sử dụng cho tái tạo RuBP.
Ảnh
Hình 4.3 Chu trình C3 (Dấu • thể hiện số nguyên tử C trong hợp chất)
Con đường cố định CO2 ở thực vật C4 (con đường C4)
b) Con đường cố định CO2 ở thực vật C4 (con đường C4)
- Năm 1965, hai nhà khoa học Úc là Hatch và Slack đã tìm thấy quá trình cố định CO2 ở các thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như mía, rau dền, ngô, kê, cao lương, cỏ gấu,... Ở các loài này, chất nhận CO2 đầu tiên trong tế bào mô giậu là hợp chất 3 C (phosphoenol pyruvate - PEP) và sản phẩm đầu tiên được tạo thành là hợp chất 4 C (oxaloacetic acid - OAA) nên con đường này còn được gọi là con đường C (H 4.4). - Hợp chất 4 C đi qua cầu sinh chất đến tế bào bao bó mạch rồi phân giải thành pyruvate và CO2. CO2 sẽ tham gia vào chu trình Calvin để tạo carbohydrate.
Hình 4.4
Ảnh
Hình 4.4 Sơ đồ con đường C4
Con đường cố định CO2 ở thực vật CAM (con đường CAM)
c) Con đường cố định CO2 ở thực vật CAM (con đường CAM)
- Nhóm thực vật CAM gồm các loài thực vật sống ở sa mạc hoặc trong các điều kiện hạn chế về nước như dứa, xương rồng, thuốc bỏng,... Sống trong điều kiện khô hạn, thực vật CAM có con đường cố định CO2 theo cách riêng của mình (H 4.5). - Để hạn chế sự thoát hơi nước, khí khổng của thực vật này sẽ đóng vào ban đêm để CO2 khuếch tán vào bên trong tế bào thịt lá
Hình 4.5
Hình 4.5 Sơ đồ quá trình cố định CO2 ở thực vật CAM
Ảnh
Sự thích nghi của thực vật C4 và CAM trong điều kiện môi trường bất lợi
3, Sự thích nghi của thực vật C4 và CAM trong điều kiện môi trường bất lợi
- Sống trong điều kiện nóng, hạn thực vật C4 và CAM đã hình thành đặc điểm thích nghi trong quang hợp đảm bảo cho chúng tổng hợp được chất hữu cơ trong điều kiện khí hậu không thuận lợi. - Cụ thể, pha tối ở cây C4 và CAM có thêm chu trình sơ bộ cố định CO2 đảm bảo nguồn cung cấp CO2 cho quang hợp. - Dưới tác dụng của enzyme PEP-carboxylase có ái lực cao với CO2, cây C4 và CAM có thể cố định nhanh CO2 ở nồng độ rất thấp. Điều này rất có lợi đối với cây trồng khi trời nóng, hạn, khí khổng đóng một phần để tránh mất nước khiến nồng độ CO2 trong gian bào thấp. - Thực vật C4 tích luỹ CO2 trong không gian rộng (nhu mô thịt lá) nên chúng dự trữ được nhiều CO2 vì thế đây là nhóm thực vật cho năng suất cao.
Vai trò của sản phẩm quang hợp
4, Vai trò của sản phẩm quang hợp
- Glyceraldehyde 3 phosphate (G3P) là sản phẩm quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM. Đây là hợp chất 3 carbon đóng vai trò quan trọng, là nguyên liệu tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể thực vật và sinh giới (H 4.6).
Ảnh
Hình 4.6 Vai trò của sản phẩm quang hợp
Hoạt động 3 (a)
a) Quá trình quang hợp gồm những pha nào? Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha là gì?
- Quá trình quang hợp gồm hai pha là: pha sáng và pha tối. - Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha:
Ảnh
Hoạt động 3 (b)
b) 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?
- Giải thích tên gọi của các nhóm thực vật: + Gọi là thực vật C3 vì sản phẩm đầu tiên khi cố định CO2 là hợp chất có 3 carbon (3 – PGA). + Gọi là thực vật C4 vì sản phẩm đầu tiên khi cố định CO2 là hợp chất có 4 carbon (oxaloacetic acid – OAA). + Gọi là thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism) vì chúng cố định CO2 bằng con đường CAM (diễn ra gồm 2 giai đoạn tương tự thực vật C4 nhưng diễn ra trên cùng một tế bào ở hai thời điểm khác nhau) và được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra - họ Crassulacean.
Hoạt động 3 (b)
- Sự thích nghi với điều kiện sống trong quá trình quang hợp ở 3 nhóm thực vật: + Nhóm thực vật C3 thích nghi với điều kiện khí hậu vùng ôn đới và cận nhiệt đới. Do đó, thực vật C3 chỉ cần tiến hành cố định CO2 theo chu trình C3 (Calvin) khi có ánh sáng. + Hai nhóm thực vật C4 và CAM có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống không thuận lợi: nhóm thực vật C4 thích nghi với điều kiện khí hậu vùng nhiệt đới và cận nhiệt (cường độ ánh sáng cao); nhóm thực vật CAM thích nghi với khí hậu sa mạc hoặc các điều kiện hạn chế về nước . Do đó, pha tối ở cây C4 và CAM có thêm chu trình sơ bộ cố định CO2 đảm bảo nguồn cung cấp CO2 cho quang hợp trong điều kiện khí khổng chủ động đóng một phần để tránh mất nước khi trời nắng, hạn.
ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANG HỢP
Ánh sáng
III. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANG HỢP
- 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.
1, Ánh sáng
- Ánh sáng là điều kiện cơ bản để cây tiến hành quang hợp. Ánh sáng ảnh hưởng đến hoạt động quang hợp của cây thông qua cường độ ánh sáng và thành phần ánh sáng.
Cường độ ánh sáng
a) Cường độ ánh sáng
- Cường độ ánh sáng ảnh hưởng rõ rệt tới cường độ quang hợp của cây. Hai chỉ tiêu quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đến quang hợp là điểm bù ánh sáng và điểm bão hoà ánh sáng. + Điểm bù ánh sáng (Io) là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp (I (Iqh = Ihh). Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng. + Điểm bão hoà ánh sáng (Im) là cường độ ánh sáng mà ở đó cường độ quang hợp đạt cao nhất, dù có tăng cường độ ánh sáng thì cường độ quang hợp cũng không tăng.
Hình 4.7
Ảnh
Hình 4.7 Mối quan hệ giữa cường độ ánh sáng và cường độ quang hợp
Thành phần ánh sáng
b) Thành phần ánh sáng
- Thành phần ánh sáng tại vùng ánh sáng khả kiến (mắt người có thể nhìn thấy các màu khác nhau) có 6 tia sáng là tím, xanh, lục, vàng, da cam, đỏ tương ứng với các bước sóng 400-700 nm. - Thành phần ánh sáng thay đổi theo thời gian trong ngày: buổi sáng và buổi chiều nhiều tia đỏ, bước sóng dài; buổi trưa nhiều tia xanh tím, có bước sóng ngắn. - Các tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ quang hợp. Quang hợp diễn ra chủ yếu ở miền ánh sáng đỏ và xanh tím, trong đó cường độ quang hợp mạnh nhất tại miền ánh sáng đỏ. Nếu cùng cường độ ánh sáng, hiệu quả quang hợp của ánh sáng đơn sắc màu đỏ cao hơn ánh sáng đơn sắc xanh tím. - Thành phần ánh sáng không chỉ ảnh hưởng đến cường độ quang hợp mà còn ảnh hưởng tới sự chuyển hoá sản phẩm quang hợp.
Khí CO2
2, Khí CO2
- Trong giới hạn nhất định, khi nồng độ CO2 tăng thì cường độ quang hợp cũng tăng (H 4.7). - Tuy nhiên, nồng độ CO2 tăng quá cao (khoảng 0,2%) có thể làm cây chết vì ngộ độc, còn nồng độ khí CO2 quá thấp, quang hợp sẽ không xảy ra. - Điểm bù CO2 là nồng độ CO2 tối thiểu mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp. Điểm bù CO2 thay đổi tuỳ theo từng loại cây. Điểm bù CO2 của thực vật CAM và cây C4 thấp hơn các cây C3 - Điểm bão hoà CO2 là điểm mà ở đó nếu nồng độ CO2 tăng lên thì cường độ quang hợp cũng không tăng (quang hợp đạt cực đại). Cây trồng có điểm bão hoà CO2 dao động khoảng 0,06-0,1%
Hình 4.7
Hình 4.7 Mối quan hệ giữa nồng độ CO2 và cường độ quang hợp
Ảnh
Nhiệt độ
3, Nhiệt độ
- Các cây nhiệt đới bắt đầu quang hợp ở nhiệt độ khoảng 5 – 7 °C. Trong khi đó, nhiệt độ cây vùng lạnh và ôn đới có thể bắt đầu quang hợp là khoảng (-15) - (-5) °C. - 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. - Nhiệt độ tối ưu thay đổi theo từng loài thực vật. Đa số thực vật nhiệt đới có nhiệt độ tối ưu khoảng 25 – 30 °C. Các cây vùng ôn đới có cường độ quang hợp mạnh nhất ở nhiệt độ tối ưu khoảng 8 – 15 °C.
Hoạt động 4
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?
- 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 vì: + Khi trồng ở mật độ quá dày cây sẽ thu nhận được ít ánh sáng, hạn chế về nguồn nước và chất dinh dưỡng,… dẫn đến hoạt động quang hợp của cây trồng kém hiệu quả khiến sự tổng hợp và tích lũy chất hữu cơ của cây sụt giảm. + Hậu quả là cây sẽ sinh trưởng, phát triển kém và cho năng suất thấp.
QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG
Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng
1, Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng
IV. QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG
- Khi phân tích thành phần hoá học của các sản phẩm nông nghiệp, người ta nhận thấy tổng số chất khô do quang hợp tạo ra chiếm tới 90 - 95% tổng số chất khô của thực vật. - Chính vì vậy, quang hợp là nhân tố chủ yếu quyết định năng suất cây trồng; 5 -10% còn lại là do dinh dưỡng khoáng quyết định.
2, Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp
- Quang hợp quyết định phần lớn năng suất cây trồng, vì vậy, muốn nâng cao năng suất cây trồng cần tăng diện tích bộ lá, tăng cường độ và hiệu quả quang hợp thông qua một số biện pháp dưới đây:
Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp
a) Biện pháp kĩ thuật nông học
- Bón phân hợp lí giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hoá về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất. Phân bón (nhất là đạm) cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển bộ lá của cây. Diện tích lá lớn sẽ nâng cao hiệu suất quang hợp. Vì vậy, tăng diện tích lá là biện pháp quan trọng để tăng năng suất cây trồng. - Cung cấp nước đầy đủ cho cây trồng, 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. Thiếu nước, hoa sẽ không thụ tinh, hạt lép, quả bị rụng,... Nước là nguyên liệu của quang hợp, cung cấp nước đầy đủ sẽ làm tăng hiệu quả quang hợp, từ đó làm tăng năng suất cây trồng.
Biện pháp kĩ thuật nông học
- Gieo trồng đúng thời vụ tạo điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết,... giúp cây sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao. Các yếu tố ngoại cảnh về thời vụ đặc biệt là nhiệt độ, cường độ ánh sáng đều ảnh hưởng đến cường độ quang hợp, hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng. - Ngoài các biện pháp kĩ thuật nêu trên, công tác chọn, tạo những giống cây trồng có diện tích lá lớn, cường độ quang hợp và năng suất cao, kết hợp với các biện pháp phòng trừ sâu, bệnh hại cũng có vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng.
Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng
b) Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng
- Hiện nay, sử dụng ánh sáng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời là công nghệ mới giúp con người có thể chủ động tạo được nguồn ánh sáng có cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với quá trình quang hợp ở từng loại cây trồng. Công nghệ này đã được ứng dụng phổ biến ở Việt Nam và trên thế giới với nhiều loại cây trồng, nhất là rau xanh và các cây trồng được nhân giống bằng phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật (H 4.10). - Trồng rau trong phòng hoặc trong nhà kính có sử dụng đèn LED là mô hình canh tác mới, có nhiều ưu điểm như tốn ít không gian, rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây, khắc phục được những điều kiện bất lợi của môi trường (mùa đông lạnh giá, ánh sáng yếu),... đem lại năng suất và giá trị kinh tế cao.
Hình 4.10
Hình 4.10 Sử dụng đèn LED trong hệ thống thuỷ canh trồng rau diếp (Romaine Lettua)
Ảnh
Hoạt động 5 (a)
a) Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?
- Quang hợp quyết định năng suất cây trồng vì khoảng 90 – 95% tổng khối lượng chất khô của tế bào và cơ thể thực vật chính là các hợp chất hữu cơ do quang hợp tạo ra. - Chính vì vậy, quang hợp là nhân tố quyết định năng suất cây trồng, hiệu quả của quá trình quang hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng.
Hoạt động 5 (b)
b) 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.
- 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.
Hoạt động 5 (b)
+ 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.
Hoạt động 5 (c)
c) 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.
- Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là công nghệ sử dụng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời, giúp con người có thể chủ động tạo được nguồn ánh sáng có cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với quá trình quang hợp ở từng loại cây trồng. - Một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời: các loại rau xanh như xà lách, rau diếp, rau cải, rau muống, củ cải đỏ, cần tây,… các loại cây cảnh như hoa hồng, hoa lan, kiềng lá, sen đá,…
LUYỆN TẬP
Kiến thức cốt lõi
KIẾN THỨC CỐT LÕI
- Quang hợp là quá trình thực vật tổng hợp carbohydrate và giải phóng O2 từ các chất vô cơ đơn giản (CO2, H2O) dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng và sự tham gia của hệ sắc tố quang hợp. - Quang hợp tạo ra chất hữu cơ cung cấp cho cây và các sinh vật dị dưỡng trên Trái Đất; cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp, cung cấp nguồn năng lượng lớn duy trì hoạt động của sinh giới; đảm bảo sự cân bằng O2, C2 giúp điều hoà khí quyển. - Trong pha sáng của quang hợp, hệ sắc tố quang hợp có vai trò nhận năng lượng ánh sáng và chuyển hoá năng lượng đó (quang năng) thành hoá năng dưới dạng ATP và NADPH. Các sản phẩm này được sử dụng làm nguồn năng lượng để cố định CO2 trong pha tối của quang hợp.
Kiến thức cốt lõi
KIẾN THỨC CỐT LÕI
- Tuỳ từng nhóm thực vật mà pha tối sẽ diễn ra theo chu trình C3 hay con đường C4 hoặc CAM. Sản phẩm quang hợp là nguyên liệu để tổng hợp các hợp chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể như protein, lipid và carbohydrate. - Các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ và CO2 ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ quang hợp. Hoạt động quang hợp quyết định 90 – 95% năng suất cây trồng. Do vậy, để nâng cao năng suất cây trồng, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật và công nghệ để tăng cường độ quang hợp.
BT1
Bài tập trắc nghiệm
Những cây thuộc nhóm thực vật CAM là
lúa, khoai, sắn, đậu
ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu
dứa, xương rồng, thuốc bỏng
lúa, khoai, sắn, đậu
BT2
Bài tập trắc nghiệm
Trong quang hợp, NADPH có vai trò nào sau đây?
Phối hợp với các clorophyl để hấp thụ ánh sáng
Là chất nhận e đầu tiên của pha sáng
Là thành viên của chuỗi truyền e để hình thành ATP
Mang e đến chu trình canvil
BT3
Bài tập trắc nghiệm
Điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà ở đó, cường độ quang hợp
lớn hơn cường độ hô hấp.
cân bằng với cường độ hô hấp
nhỏ hơn cường độ hô hấp
lớn gấp 2 lần cường độ hô hấp