BÀI 4 QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

MỞ ĐẦU

CH. Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu?

Giải nhanh:

Hầu hết oxy trên Trái Đất được tạo ra từ biển thông qua tảo xanh và vi khuẩn lam (70%), còn lại (30%) được tạo ra từ thực vật trên cạn.

I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

CH. 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?

Giải nhanh:

Quang hợp là quá trình sinh học quan trọng:

- Sử dụng nguồn ánh sáng mặt trời làm nguyên liệu và năng lượng.

- Sản phẩm là C6H12O6 (đường) và giải phóng O2.

- Vai trò đối với sinh giới:

  + Cung cấp chất hữu cơ đa dạng cho sinh vật.

  + Cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp, y dược.

  + Đóng vai trò quan trọng trong năng lượng của con người.

  + Đảm bảo cân bằng O2/CO2 trong khí quyển.

CH. Hệ sắc tố ỏ cây xanh được chia làm mấy nhóm? Cho biết vai trò của các nhóm sắc tố này trong quang hợp.

Giải nhanh:

Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh gồm diệp lục và carotenoid:

- Diệp lục: Tạo màu xanh của lá và các bộ phận cây khác. Diệp lục a là loại chủ đạo, hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh tím, có vai trò quan trọng trong quang hợp.

- Carotenoid: Tạo màu vàng, đỏ, cam ở lá, hoa, quả như gấc, xoài, cà rốt. Bao gồm xanthophyll (có oxy) và carotene (không oxy), với carotene là tiền chất của vitamin A.

- Vai trò: Hấp thụ và chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.

CH. Một số loài thực vật có lá màu đỏ thực hiện quang hợp được không? Vì sao?

Giải nhanh:

Một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có thể thực hiện quang hợp được. Bởi vì:

- Trong cây có nhiều loại sắc tố, có cả diệp lục và các loại carotenoid, tuy nhiên loại sắc tốc nào chiếm ưu thế hơn thì cây sẽ biểu hiện màu sắc theo loại sắc tố đó.

- Cây có lá đỏ vẫn có nhóm sắc tố diệp lục nhưng bị che khuất bởi màu đỏ của nhóm dịch bào. Vì vậy, những cây có màu đỏ vẫn tiến hành quang hợp bình thường, tuy nhiên cường độ quang hợp không cao.

II. QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

CH. Quá trình quang hợp gồm những pha nào? Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha là gì?

Giải nhanh:

CH. 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 nhanh:

Gọi là thực vật C₃, thực vật C₄ và thực vật CAM là bởi vì:

- Thực vật C₃ có sản phẩm đầu tiên mà nó tạo ra là một hợp chất 3 carbon (3 - Phosphoglyceric aicd)

- Thực vật C₄ có sản phẩm đầu tiên mà nó tạo ra là một hợp chất 4 carbon (Oxaloacetic acid - OAA)

- Thực vật CAM có tên như vật là bởi vì loài thực vật này cố đinh carbon dioxide bằng con đường CAM

Ba nhóm thực vật này có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống:

- Nhóm C₃: quang hợp trong diều kiện ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ O₂ bình thường. Vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới có ánh sáng và nhiệt độ cao, nồng độ O₂ cao, nóng ẩm kéo dài, nồng độ CO₂ thấp.

- Nhóm C₄: CO₂ thấp phải có quá trình cố định CO₂ hai lần. Lần 1 lấy nhanh CO₂, lần 2 cố định CO₂ trong chu trình Calvin để hình thành các hợp chất hữu cơ trong các tế bào bao bó mạch.

- Sa mạc và bán sa mạc thiếu nước trầm trọng. Nhóm thực vật CAM thích nghi với tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng ban ngày, chúng nhận và cố định CO₂ vào ban đêm. Quá trình quang hợp được thực hiện ở 2 không gian khác nhau

III. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANG HỢP

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

CH. Những yếu tố ngoại cảnh nào ảnh hưởng đến cường độ quang hợp? Giải thích cơ sở khoa học.

Giải nhanh:

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.

Cơ sở khoa học:

1. Ánh sáng: 

• Cường độ ánh sáng: điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp; điểm bão hoà ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp đạt cao nhất.
• Thành phần ánh sáng: mắt người có thể nhìn thấy được 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. Tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ quang hợp.

2. Khí CO₂

• Nồng độ CO₂ tỉ lệ thuận với cường độ quang hợp. Điểm bù CO₂ là nồng độ CO₂ tối thiểu mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp, thay đổi theo từng loại cây. Điểm bão hoà CO₂ là điểm mà ở đó nếu nồng độ CO₂ tăng lên thì cường độ quang hợp cũng không tăng, dao động khoảng 0,06 - 0,1%.

3. Nhiệt độ

• 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. 

CH. 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?

Giải nhanh:

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. Bởi vì việc trồng cây quá sát nhau sẽ gây ra các vấn đề:

• Cạnh tranh về tài nguyên: Khi cây trồng quá sát nhau, chúng sẽ cạnh tranh với nhau về tài nguyên như ánh sáng, không khí, nước, dinh dưỡng và không gian. Khi cạnh tranh trở nên quá căng thẳng, một số cây sẽ không đủ tài nguyên để phát triển, dẫn đến suy giảm tốc độ sinh trưởng và phát triển, suy giảm sản lượng cây trồng.
• Bệnh và sâu bọ: Cây trồng quá sát nhau có thể dễ dàng lây lan truyền bệnh và sâu bọ, do môi trường ẩm ướt và thiếu thông thoáng. Khi một cây bị nhiễm bệnh hoặc bị tấn công bởi sâu bọ, chúng sẽ lan rộng nhanh chóng cho các cây khác xung quanh.
• Khó điều tiết môi trường: Khi cây trồng quá sát nhau, không khí không được lưu thông tốt và hơi nước khó bay hơi. Điều này gây ra môi trường ẩm ướt, màu mỡ, dễ gây ra bênh và tăng nguy cơ cho sự phát triển của nấm mốc.

Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng rất lớn đến quang hợp, nếu mật độ trồng quá dày, cây sẽ thiếu các nguyên tố cần thiết cho ánh sáng và quang hợp, làm giảm hiệu quả quang hợp. Chỉ có thể trồng cây với mật độ vừa phải. Tùy theo độ trưởng thành của từng giống mà người trồng có thể duy trì mật độ thưa giữa các cây để tiện chăm sóc, giảm chi phí.

IV. QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

CH.Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?

Giải nhanh:

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.

CH. 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.

Giải nhanh:

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:

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 của 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, 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
• 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 đọ, cường độ ánh sáng đều ảnh hưởng đến cường độ quang hợp, hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng.
• Chọn giống, 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.

b) Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng

• 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.

CH. 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.

Giải nhanh:

1. Sử dụng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời là công nghệ mới giúp con người có thể chủ động tạo nguồn ánh sáng phù hợp với quá trình quang hợp của từng loại cây trồng.

2. Các loại cây trồng phù hợp với công nghệ đèn LED bao gồm:

   - Rau: Xà lách, củ cải, ớt, cải xoăn, cà rốt, hành tây, cà chua, đậu bụi.

   - Thảo mộc: Rau mùi, húng quế, rau mùi tây, oregano, hoa oải hương, hương thảo.

   - Hoa: Hoa phong lữ, cây dã yên thảo, hoa hồng, alyssum, hoa cúc.

   - Trái cây: Cam quýt, dâu tây, việt quất, táo.

   - Cây trồng trong nhà: Cây nhôm, dương xỉ măng tây, hoa lan, cây nhện.

   - Các loài xương rồng: Ngọc bích, lô hội, gấu trúc, ngựa vằn.

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

CH.Tại sao các cây xương rồng, thuốc bỏng, ... thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C₃, C₄?

Giải nhanh:

Cây xương rồng, thuốc bỏng, ... thuộc loại thực vật CAM có khả năng giữ nước rất tốt, có quá trình quang hợp gần giống với thực vật C₄ cũng như rất hiệu quả trong việc sử dụng nitơ. Tuy nhiên, điều kiện sống của chúng quá khắc nghiệt (nắng nóng, khô hạn, ít CO₂), do vậy chúng là các loại cây phát triển chậm khi so sánh với các loài thực vật khác. Ngoài ra, thực vật CAM cũng tránh quang hô hấp. Enzyme chịu trách nhiệm cố định cacbon trong chu trình Calvin, Rubisco, không thể phân biệt CO₂ với oxy. Kết quả là thực vật sử dụng năng lượng để phá vỡ các hợp chất cacbon.

CH. Tại sao trong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao? Lấy ví dụ.

Giải nhanh:

Trong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao. Bởi vì, điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp. Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp, cây ưa sáng có điểm bù ánh sáng cao. Việc trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao nhằm mục đích tận dụng triệt để nguồn ánh sáng và chất dinh dưỡng trên một diện tích trồng trọt mà vẫn đảm bảo năng suất cây trồng, đảm bảo cả hai loài đều thực hiện được quang hợp.

CH.Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn sây, mía, củ cải đường, ... thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật nào?

Giải nhanh:

Để tăng năng suất và chất lượng của cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn dây, mía, củ cải đường, cần:

- Áp dụng kỹ thuật nông học để thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa vào cơ quan dự trữ, từ đó tăng năng suất cây trồng.

- Sử dụng phân bón đúng cách để thúc đẩy phát triển bộ lá và tăng diện tích lá, cải thiện hiệu suất quang hợp.

- Đảm bảo cung cấp nước đầy đủ và gieo trồng đúng thời vụ để cây phát triển mạnh mẽ và đạt năng suất cao.