Lý Thuyết Sinh 11 CTST_Bài 4 Quang hợp ở thực vật

 Lý Thuyết Sinh 11 CTST_Bài 4 Quang hợp ở thực vật

I. Khái quát về quang hợp ở thực vật

1. Khái niệm 

- Quang hợp là quá trình lục lạp hấp thụ năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ (C6H12O6) từ CO2 và nước, giải phóng O2.

- Phương trình tổng quát của quang hợp:

2. Vai trò của quang hợp ở thực vật

- Thực vật: Khoảng 50% chất hữu cơ được tạo ra từ quang hợp dùng để cung cấp năng lượng cho hoạt động sống và tổng hợp các hợp chất hữu cơ cấu tạo tế bào và dự trữ cho cơ thể thực vật.

- Sinh vật: Quang hợp cung cấp O2, chất hữu cơ cho các loài sinh vật khác, cũng như nguồn nguyên liệu cho công nghiệp và sản xuất dược liệu.

- Snh quyển: Quang hợp giữ ổn định hàm lượng O2 và CO2 trong khí quyển, cung cấp nguồn năng lượng để duy trì các hoạt động sống của sinh giới.

II. Hệ sắc tố quang hợp

- Hệ sắc tố quang hợp ở thực vật nằm trên màng thylakoid, gồm có chlorophyll và carotenoid.

- Chlorophyll a và b là hai loại chlorophyll chủ yếu trong hệ sắc tổ, với chlorophyll a tham gia trực tiếp vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học.

+ Carotenoid là nhóm sắc tố phụ, bao gồm carotene và xanthophyll.

+ Chlorophyll hấp thụ ánh sáng ở vùng xanh tím và đỏ để hình thành ATP và NADPH.

- Các sắc tổ quang hợp hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng theo thứ tự: Carotenoid → Chlorophyll b → Chlorophyll a → Chlorophyll a ở trung tâm phản ứng.

III. Các giai đoạn của quá trình quang hợp

Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra gồm hai pha: pha sáng và pha tối (pha đồng hoá CO2).

1. Pha sáng

- Pha sáng của quang hợp là quá trình chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học trong ATP và NADPH.

- Quá trình pha sáng giống nhau ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM.

- Phân tử sắc tổ quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đã hấp thụ cho chlorophyll a ở trung tâm phản ứng.

- Quang phân li nước giải phóng electron để bù lại cho electron bị mất của chlorophyll a, và electron được kích hoạt bằng năng lượng ánh sáng giải phóng từ chlorophyll a và H+ sẽ tham gia tổng hợp ATP và NADPH trong chuỗi chuyền electron quang hợp.

2. Pha tối (pha đồng hoá CO2)

- Pha tối là quá trình đồng hoá CO2 diễn ra ở chất nền lục lạp, nhờ năng lượng từ ATP và NADPH được cung cấp từ pha sáng để hình thành các hợp chất hữu cơ.

- Thực vật C3 đồng hóa CO2 theo chu trình Calvin (chu trình C3) và phân tử G3P được tạo thành trong chu trình này là chất khởi đầu để tổng hợp glucose, sau đó tổng hợp nên carbohydrate, protein, lipid.

- Thực vật C4 cố định CO2 theo con đường C4 nhằm tăng nồng độ CO2 trong tế bào, và thực vật CAM cố định CO2 vào ban đêm, còn chu trình Calvin diễn ra vào ban ngày khi có ánh sáng.

- Đồng hoá CO2 theo con đường C4 và CAM có sự khác biệt nhau về thời gian, không gian diễn ra các lần cố định CO2 và nguyên liệu được dùng để tái tạo PEP.

IV. Các nhân tố ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật

1. Ánh sáng

- Ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật. Mỗi loài có điểm bù ánh sáng khác nhau, ưa sáng khoảng 10-20 µmol/m2/s, ưa bóng khoảng 1-5 µmol/m2/s, và điểm bão hoà ánh sáng nằm trong khoảng từ 500-1,000 µmol/m2/s, thực vật ưa sáng có điểm bão hoà ánh sáng cao hơn thực vật ưa bóng.

- Thành phần quang phổ ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, quang hợp xảy ra ở vùng ánh sáng xanh tím và đỏ.

- Các tia sáng xanh tím kích thích quá trình tổng hợp amino acid, protein; còn các tia sáng đỏ kích thích quá trình tổng hợp carbohydrate.

2. Nồng độ CO2

- CO2 trong không khí là nguồn nguyên liệu của quá trình quang hợp.

- Nồng độ CO2 thích hợp cho cây quang hợp là 0,03%.

- Nồng độ tối thiểu mà cây có thể quang hợp được là 0,008-0,01%.

- Khi nồng độ CO2 tăng quá cao, có thể làm cây chết vì ngộ độc CO2.

- Thực vật C4 có điểm bù CO2 thấp hơn thực vật C3.

3. Nhiệt độ

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình quang hợp qua sự ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme.

- Nhiệt độ tối ưu cho quang hợp khác nhau đối với từng loài và môi trường sống.

- Cường độ quang hợp ở thực vật C3 tăng dần và đạt mức cực đại ở khoảng 25-30°C, nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, cường độ quang hợp giảm.

- Các loài thực vật C4 sống ở sa mạc có cường độ quang hợp đạt cực đại ở nhiệt độ cao hơn 40°C.

- Hàm lượng nước và các nguyên tố khoáng cũng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật.

V. Quang hợp và năng suất cây trồng

1. Quang hợp quyết định năng suất cây trồng

- Tổng tỉ lệ các nguyên tố C, H, O chiếm khoảng 90-95% khối lượng chất khô của sản phẩm thu hoạch cây trồng, các nguyên tố khoáng chiếm 5-10%.

- Quang hợp quyết định 90-95% năng suất cây trồng.

- Nếu trồng khoai tây ở nhiệt độ cao thì cây có năng suất thấp do quang hợp bị ức chế dẫn đến giảm lượng sản phẩm hữu cơ, cây không hình thành củ hoặc củ rất ít và nhỏ; nhưng nếu trồng ở nhiệt độ thấp (18-23 °C) sẽ cho năng suất củ rất cao.

2. Các biện pháp điều khiển quang hợp nhằm tăng năng suất cây trồng

- Năng suất cây trồng phụ thuộc vào quá trình quang hợp.

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.

- Để cây trồng đạt năng suất tối đa, người ta có thể điều tiết các yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp.

- Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nhằm nâng cao năng suất cây trồng bao gồm: tăng diện tích bề mặt lá, tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, nâng cao hiệu quả quang hợp, và áp dụng công nghệ cao trong trồng trọt.