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?

Giải nhanh:

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.

Giải nhanh:

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

Giải nhanh:

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?

Giải nhanh:

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?

Giải nhanh:

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 chấ 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 tế bào, phần con lại được sử dụng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ tham gia kiến tạo đồng thời dự trữ năng lượng cho tế bào và cơ thể thực vật. 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.

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.

Giải nhanh:

Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình quang hợp. Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng phân li nước và mức độ kích thích của các phân tử diệp lục, ảnh hưởng đến sự đóng mở của khí khổng nên gián tiếp ảnh hưởng đến hàm lượng CO₂ trong tế bào.

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. Hiệu quả của quang hợp tăng khi tăng cường độ ánh sáng và đạt giá trị cực đại ở điểm bão hòa ánh sáng, vượt qua điểm bão hòa ánh 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.

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

Giải nhanh:

Mối quan hệ giữa nồng độ CO₂ với cường độ quang hợp: 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 hòa (nồng độ CO₂ khoảng 0,06 - 0,1%).

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.

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

Giải nhanh:

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 giảm. Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C₃ dao động trong khoảng 20 - 30^oC, ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C₄ dạo động trong khoảng 25 – 35^oC, còn ở thực vật CAM là 30 – 40^oC.

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.

Giải nhanh:

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.

Giải nhanh:

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

Giải nhanh:

- 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

Giải nhanh:

- 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

Giải nhanh:

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?

Giải nhanh:

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.

Giải nhanh:

- 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

Giải nhanh:

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. 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 là dựa trên những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật

VẬN DỤNG

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

Giải nhanh:

Ở những vùng có khí hậu nóng và khô nên trồng nhóm thực vật CAM bởi vì khí khổng của loài thực vật này thường đóng vào ban ngày và mở ra vào ban đêm để tránh 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.

Giải nhanh:

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.