BÀI 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

HOẠT ĐỘNG MỞ ĐẦU

CH: Trong nông nghiệp, để tiết kiệm diện tích đất trồng, thời gian thu hoạch, đồng thời tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cao, người ta đã áp dụng mô hình trồng xen canh các loài cây khác nhau (ví dụ: xen canh giữa ngô với các cây bí đỏ, rau đền). Mô hình trồng xen canh được thực hiện dựa trên cơ sở nào?

Đáp án chuẩn:

Khi trồng xen nhiều loại rau khác nhau, bạn có thể đảm bảo đa dạng các loại rau xanh cho gia đình ăn hàng ngày và tận dụng tối đa diện tích đất trống cũng như ánh sáng. Điều này còn giúp bạn sắp xếp cây ưa sáng và ưa bóng một cách hiệu quả. Đồng thời, chiều cao của các cây xen kẽ cũng quan trọng để phân bố ánh sáng đều cho từng loại cây.

I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

CH 1: Quan sát Hình 4.2, hãy cho biết nguyên liệu và sản phẩm của quá trình quang hợp ở thực vật. Các nguyên liệu đó được thực vật lấy ở đâu?

Đáp án chuẩn:

- Nguyên liệu như nước, chất khoáng, và khí carbon dioxide được chuyển hóa thành sản phẩm như khí oxygen và glucose, sau đó glucose được chuyển hóa thành tinh bột. 

- Các nguyên liệu này được cung cấp từ không khí và môi trường đất.

CH 2: Tại sao sự sống của con người và các loài sinh vật trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp?

Đáp án chuẩn:

Vì: quá trình quang hợp tạo ra nguồn năng lượng cho sự sống. Và ngược lại nó bù đắp lại cho những chất hữu cơ đã sử dụng trong quá trình sống. Quá trình này giúp cân bằng lại khí và trong không khí. Đảm bảo sự sống cho Trái đất.

II. HỆ SẮC TỐ QUANG HỢP

CH 3: Quan sát Hình 4.3 và 4.4, hãy cho biết hệ sắc tố ở thực vật gồm những nhóm nào? Vai trò của mỗi nhóm sắc tố đó là gì?

Đáp án chuẩn:

Hệ sắc tố ở thực vật bao gồm:

- Chlorophyll gồm hai loại chính là Chlorophyll a và Chlorophyll b. Chlorophyll a tham gia trực tiếp vào quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, được tích trữ trong ATP và NADPH. Chlorophyll b hấp thụ năng lượng ánh sáng.

- Carotenoid bao gồm Carotene và Xanthophyll có vai trò:

 + Lọc ánh sáng để bảo vệ Chlorophyll.

 + Tham gia vào quá trình quang phân lập nước và thải O₂.

 + Tham gia quá trình quang hợp bằng cách thu nhận năng lượng ánh sáng mặt trời và truyền cho Chlorophyll, có mặt trong hệ thống quang hóa II.

Luyện tập: Một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô,...) có thể thực hiện quang hợp không? Giải thích.

Đáp án chuẩn:

Một số loài thực vật (tía tô, rau dền,..) lại có màu đỏ hoặc tím trong khi lá ở các loài khác thì không vì ngoài Chlorophyll thì chúng còn có sắc tố anthocyanin tạo nên màu đỏ hoặc tím. Ở thực vật có các sắc tố thực vật như Chlorophyll, carotenoid, Anthocyanin,... có vai trò hấp thu năng lượng ánh sáng để thực vật thực hiện quang hợp.

III. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

CH 4: Pha sáng của quang hợp gồm những phản ứng nào? Khi kết thúc pha sáng, những sản phẩm nào được hình thành?

Đáp án chuẩn:

- Trong pha sáng của quang hợp, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, giải phóng oxy và bù electron cho diệp lục a để tạo thành NADPH:

2 H₂O → 4 H⁺ + 4 e⁻ + O₂

- Các sản phẩm của pha sáng là O₂, ATP, và NADPH.

CH 5: Quan sát Hình 4.5, hãy mô tả diễn biến con đường đồng hóa ở thực vật

Đáp án chuẩn:

Quá trình quang hợp có 3 giai đoạn chính:

- Giai đoạn cố định : được khử để tạo thành sản phẩm đầu tiên của quang hợp là axit 3-phosphoglyceric (3-PGA).

- Giai đoạn khử axit 3-phosphoglyceric (3-PGA) thành aldehyde 3-phosphoglyceric (AlPG).

- Giai đoạn tái sinh chất ban đầu là ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP).

Kết thúc giai đoạn khử, sản phẩm là aldehyde 3-phosphoglyceric (AlPG), là chất khởi đầu cho quá trình tổng hợp glucozơ (C₆H₁₂O₆).

CH 6: Quan sát Hình 4.6, hãy mô tả con đường đồng hóa ở thực vật

Đáp án chuẩn:

Diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào nhu mô và tế bào bao bó mạch

- Tại tế bào nhu mô diễn ra giai đoạn cố định đầu tiên

Chất nhận đầu tiên là 1 hợp chất 3C (phosphoenl piruvic - PEP). Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic - AOA), sau đó AOA chuyển hóa thành 1 hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch.

- Tại tế bào bao bó mạch diễn ra giai đoạn cố định lần 2

AM bị phân hủy để giải phóng cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit piruvic. Axit piruvic quay lại tế bào nhu mô để tái tạo lại chất nhận đầu tiên là PEP. Chu trình C3 diễn ra như ở thực vật

CH 7: thực vật và CAM có con đường đồng hóa như thế nào để đảm bảo chúng có thể tổng hợp được chất hữu cơ trong điều kiện môi trường bất lợi?

Đáp án chuẩn:

Sự xuất hiện các con đường cố định CO₂ ở thực vật C₄ và CAM là một trong những đặc điểm thích nghi với điều kiện môi trường sống, giúp chúng tồn tại và phát triển trong môi trường khắc nghiệt, nếu không chúng sẽ bị loại bỏ theo quy luật tự nhiên (thuyết Tiến hóa của Darwin). Điều này có thể được giải thích như sau:

- Ở nhóm thực vật C₄, như ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu sống trong môi trường nhiệt đới nóng ẩm kéo dài, với ánh sáng cao, nhiệt độ cao, và nồng độ CO₂ thấp, chúng đã phát triển một chu trình cố định CO₂ gọi là chu trình Hatch-Slack. Trong chu trình này, các sản phẩm đầu tiên là axit oxaloacetic, axit malic và axit aspartic được tạo ra, sau đó chuyển hóa thành axit malic. Axit malic được dự trữ trong bao bó mạch và khi cần, nó sẽ được chuyển vào lục lạp và giải phóng CO₂ để tham gia vào chu trình Calvin để sản xuất chất hữu cơ. Điều này giúp thực vật C₄ có thể duy trì mức CO₂ cần thiết để quang hợp trong điều kiện CO₂ thấp.

- Ở nhóm thực vật CAM như dứa, xương rồng, các cây mọng nước sống ở sa mạc, chúng phát triển một cách thích nghi với môi trường khô hạn bằng cách tiết kiệm nước tối đa. Chúng đóng khí khổng ban ngày và tiếp nhận CO₂ vào ban đêm, sau đó đi qua chu trình Hatch-Slack để cố định CO₂. Nhờ vào sự phân chia thời gian này, chúng có thể duy trì quang hợp mà không phụ thuộc quá nhiều vào việc trao đổi khí CO₂ trong điều kiện khô hạn.

IV. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

CH 8: Quan sát Hình 4.8, hãy cho biết ánh sáng ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây ưa sáng và cây ưa bóng.

Đáp án chuẩn:

- Cây ưa sáng: Cường độ quang hợp cao khi ánh sáng mạnh.

- Cây ưa bóng: Cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng mạnh, cây có khả năng quang hợp khi ánh sáng yếu.

CH 9: Quan sát Hình 4.9, hãy phân tích sự ảnh hưởng của nồng độ đến quá trình quang hợp ở thực vật và

Đáp án chuẩn:

- Thực vật có điểm bão hòa CO2 thấp hơn , điểm bù thấp hơn dẫn đến cường độ quang hợp cao hơn.

CH 9: Quan sát Hình 4.10, hãy phân tích sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến quá trình quang hợp ở thực vật và

Đáp án chuẩn:

Nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật C₃ và C₄:

 - Ở thực vật C₃, cường độ quang hợp tăng dần khi nhiệt độ tăng và đạt mức cao nhất ở nhiệt độ tối ưu (khoảng 25 – 30°C); nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, cường độ quang hợp sẽ 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.

Luyện tập: Trong nông nghiệp, nếu trồng cây với mật độ quá dày sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây trồng? Giải thích.

Đáp án chuẩn:

Trồng cây quá dày gây hạn chế phát triển bộ rễ, không đều phân bố ánh sáng và không khí, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và giảm năng suất.

V. QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG

CH 11: Tại sao quang hợp quyết định năng suất của cây trồng?

Đáp án chuẩn:

- Vì: 90 - 95% tổng sản lượng chất hữu cơ trong cây là sản phẩm của quá trình quang hợp.

CH 12: Dựa vào hiểu biết về quang hợp, hãy đề xuất một số biện pháp kĩ thuật để tăng năng suất cây trồng. Giải thích cơ sở khoa học của các biện pháp đó.

Đáp án chuẩn:

- Tăng diện tích lá bằng cách bón phân và tưới nước hợp lí.

- Tăng cường độ quang hợp qua việc cung cấp nước và bón phân đầy đủ.

Vận dụng: Dựa vào sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quang hợp, hãy giải thích tại sao "canh tác theo chiều thẳng đứng" (Hình 4.12) được xem là giải pháp tiềm năng trong tương lai để giải quyết các vấn đề về lương thực.

Đáp án chuẩn:

- Các nông trại thẳng đứng tối đa hóa diện tích tiếp xúc ánh nắng mặt trời và có năng suất cao hơn, đặc biệt khi cải thiện nguồn sáng tự nhiên hơn so với đèn LED.

- Nhà máy trồng rau không bị ảnh hưởng bởi thay đổi mùa vụ, sâu bệnh hay khô hạn. Điều này kích thích tiềm năng gene của từng hạt và chỉ cần một phần ba nước và một phần tư phân bón so với trồng ngoài trời. Các nhà máy trồng rau cũng không cần sử dụng thuốc trừ sâu.