BÀI 4 QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

MỞ ĐẦU

CH. Quang hợp ở thực vật 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 trang 25 đều diễn ra theo cơ chế giống nhau?

Đáp án chuẩn:

Quang hợp có các vai trò chính sau:

1. Tổng hợp chất hữu cơ: Quang hợp sản xuất chất hữu cơ, là nguồn cung cấp thực phẩm cho sinh vật, nguyên liệu cho công nghiệp và thuốc chữa bệnh.

2. Cung cấp năng lượng: Ánh sáng mặt trời được chuyển hóa thành năng lượng hóa học, cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của sinh vật.

3. Cung cấp O2: Quang hợp hấp thụ CO2 và giải phóng O2, giúp điều hòa khí quyển và cung cấp không khí trong lành cho Trái Đất.

Quá trình quang hợp ở các loài cây trong hình 4.11 không phải luôn diễn ra theo cơ chế giống nhau.

I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

CH. Dựa vào phương trình tổng quát, hãy nêu bản chất của quá trình quang hợp ở thực vật.

Đáp án chuẩn:

Quang hợp ở thực vật là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển hóa CO2 và H2O thành chất hữu cơ (C6H12O6), đồng thời giải phóng O2. Quá trình này là quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong thực vật.

II. QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

CH. Cho biết nguyên liệu và sản phẩm của pha sáng

Đáp án chuẩn:

Nguyên liệu: Năng lượng ánh sáng

Sản phẩm: Năng lượng hóa học tích lũy trong NADPH và ATP

CH. Phân chia thực vật thành các nhóm C₃, C₄ và CAM dựa trên cơ sở khoa học nào?

Đáp án chuẩn:

Phân loại thực vật thành các nhóm C3, C4 và CAM dựa trên cơ chế cố định CO2 trong quá trình quang hợp:

- Thực vật C3: Cố định CO2 bằng chu trình Calvin trong tế bào lá.

- Thực vật C4: CO2 được cố định bởi phosphoenolpyruvate để tạo oxaloacetate (4C), sau đó chuyển thành malate và vận chuyển đến vùng bao bọc mạch để giải phóng CO2 và cố định vào chu trình Calvin.

- Thực vật CAM: Cố định CO2 và chu trình Calvin đều diễn ra trong cùng một tế bào, nhưng vào các thời điểm khác nhau: CO2 cố định vào ban đêm và chu trình Calvin vào ban ngày.

III. VAI TRÒ CỦA QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

CH. Giải thích vì sao quang hợp có vai trò quyết định đến năng suất cây trồng?

Đáp án chuẩn:

Quang hợp sản xuất các phân tử đường được vận chuyển đến các tế bào trong cơ thể thực vật. Khoảng 50% carbon hợp chất được tạo ra từ quá trình quang hợp được sử dụng để cung cấp năng lượng qua quá trình hô hấp tế bào. Phần còn lại được dùng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ, cung cấp năng lượng và dự trữ cho tế bào và cơ thể thực vật. Tinh bột, là nguồn dự trữ chính của carbon và năng lượng, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của cây trồng. Hợp chất hữu cơ chiếm 90-95% khối lượng vật chất khô của tế bào và cơ thể thực vật, còn lại là các nguyên tố khoáng. Do đó, hiệu quả của quang hợp trực tiếp quyết định đến năng suất của cây trồng.

IV. MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

CH. Phân tích ảnh hưởng của ánh sáng tới hiệu quả quang hợp.

Đáp án chuẩn:

Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình quang hợp của thực vật. Ánh sáng trực tiếp kích thích phản ứng phân li nước và điều chỉnh khí khổng, từ đó ảnh hưởng đến hàm lượng CO2 trong tế bào. Cường độ, phổ quang và thời gian chiếu sáng quyết định hiệu suất quang hợp, đạt cực đại ở điểm bão hòa ánh sáng, vượt qua sẽ làm giảm hiệu suất. Ánh sáng đỏ và xanh tím làm tăng hiệu quả quang hợp, và khoảng 10-12 giờ chiếu sáng/ngày thường là lựa chọn lý tưởng cho nhiều loài thực vật.

CH. Phân tích mối quan hệ giữa nồng độ CO₂ và cường độ quang hợp. Điểm bù CO₂ được xác định như thế nào?

Đáp án chuẩn:

- Mối quan hệ giữa nồng độ CO2 và cường độ quang hợp: Khi nồng độ CO2 tăng, cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận, nhưng tăng chậm cho đến khi đạt giá trị bão hòa (khoảng 0,06 - 0,1% CO2).

- Điểm bù CO2 là nồng độ CO2 khi mà lượng CO2 tiêu thụ trong quá trình quang hợp bằng với lượng CO2 sinh ra trong quá trình hô hấp.

CH. Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình quang hợp.

Đáp án chuẩn:

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình quang hợp khác nhau đối với từng loài thực vật: thực vật C3 từ 20 - 30°C, thực vật C4 từ 25 - 35°C, và thực vật CAM từ 30 - 40°C.

CH. Nêu các biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng dựa trên cơ sở cải tạo điều kiện môi trường sống.

Đáp án chuẩn:

Cải tạo tiềm năng của cây trồng:

- Tăng hiệu suất quang hợp bằng việc lựa chọn giống có cường độ quang hợp cao và áp dụng biện pháp canh tác để tập trung sản phẩm quang hợp vào các bộ phận kinh tế như hạt, củ, hoặc thân.

- Tăng diện tích lá: Tưới nước và bón phân hợp lý để thúc đẩy sự sinh trưởng lá, kết hợp với việc kiểm soát cỏ dại và sinh vật gây hại như loài ăn lá hoặc gây bệnh.

- Sử dụng hiệu quả nguồn sáng: Lựa chọn giống cây phù hợp với ánh sáng và nhiệt độ theo từng mùa, tăng diện tích tiếp xúc lá với ánh sáng bằng cách bố trí cây theo hàng, luống phù hợp.

- Tăng cường nguồn sáng: Sử dụng chiếu sáng bổ sung và nguồn sáng phù hợp với từng loại cây trồng khi cần thiết.

V. THỰC HÀNH

1. Quan sát được lục lạp trong tế bào thực vật

CH. Học sinh trình bày (hình vẽ hoặc ảnh chụp) và giải thích các kết quả thu được.

Đáp án chuẩn:

2. Nhận biết, tách chiết các sắc tố trong lá cây

CH. 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

Đáp án chuẩn:

- Miếng giấy lọc ở cốc chứa mẫu thí nghiệm có màu xanh, trong khi miếng giấy lọc ở cốc chứa mẫu đối chứng không có màu.

- Kết luận: Sắc tố trong cồn (thí nghiệm) hòa tan mạnh hơn so với sắc tố trong nước, do cồn cho màu sắc đậm hơn.

3. Thí nghiệm tìm hiểu sự hình thành tinh bột trong quá trình quang hợp

CH. Học sinh trình bày các kết quả thu được, nhận xét màu sắc của phiến lá bọc giấy màu và không bọc giấy màu

Đáp án chuẩn:

- Phần lá thí nghiệm bị bịt bằng băng giấy màu đen không có phản ứng đổi màu với dung dịch iodine, trong khi phần lá không bị bịt lại có phản ứng đổi màu. 

- Điều này cho thấy phần lá bị bịt màu đen không tham gia quá trình tổng hợp tinh bột do không có quá trình quang hợp xảy ra.

4. Thí nghiệm tìm hiểu sự thải oxygen trong quá trình quang hợp

CH. Học sinh trình bày và giải thích các kết quả thu được

Đáp án chuẩn:

Khi chiếu sáng, cành rong đuôi chó trong cốc thuỷ tinh thực hiện quang hợp và thải ra khí oxy. Khí oxy nhẹ hơn nước nên tạo bọt khí nổi lên trên mặt dung dịch.

LUYỆN TẬP

CH. Nên chiếu ánh sáng có bước sóng nào để tăng cường hiệu quả quang hợp ở thực vật?

Đáp án chuẩn:

Thực vật sử dụng các phạm vi bức xạ ánh sáng từ 400 nm đến 700 nm (bức xạ quang hợp) để thực hiện quang hợp hiệu quả.

CH. Quan sát hình 4.9 trang 30, so sánh nhu cầu CO₂ giữa thực vât C₃ và C₄.

Đáp án chuẩn:

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

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

CH. Giải thích 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

Đáp án chuẩn:

Để nâng cao năng suất cây trồng, cần tăng hiệu quả của quá trình quang hợp. Các biện pháp kĩ thuật và công nghệ dựa trên những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật để đạt được điều này.

VẬN DỤNG

CH. Ở những vùng có khí hậu nóng và khô nên trồng nhóm thực vật nào? Giải thích.

Đáp án chuẩn:

Ở những vùng khí hậu nóng và khô, nên trồng nhóm thực vật CAM vì chúng có khả năng điều tiết khí khổng đóng vào ban ngày và mở ra vào ban đêm, từ đó giảm mất nước do quá trình thoát hơi nước.

CH. Ý nghĩa của việc xác định điểm bù ánh sáng và điểm bão hòa ánh sáng đối với cây trồng.

Đáp án chuẩn:

Xác định điểm bù ánh sáng và điểm bão hòa ánh sáng trong cây trồng giúp xác định điểm cực đại của quang hợp, nơi mà hiệu suất là tốt nhất. Duy trì cường độ ánh sáng ở điểm này giúp cây sinh trưởng và phát triển tối ưu, từ đó đem lại năng suất cao.