I. Khái quát về quang hợp

Quang hợp là quá trình thực vật tổng hợp carbohydrate và giải phóng O$_{2}$ từ chất vô cơ đơn giản (CO$_{2}$, H$_{2}$O) dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng và sự tham gia của hệ sắc tố quang hợp.

II. Quá trình quang hợp ở thực vật

Các nhóm thực vật được gọi là C3, C4 dựa trên sản phẩm đầu tiên trong quá trình cố định CO$_{2}$ ở pha tối:

• Thực vật C3 – hợp chất 3C (PGA)
• Thực vật C4 – hợp chất 4C (OAA)
• Thực vật CAM - Crassulacean Acid Metabolism: tên họ thực vật lần đầu phát hiện cơ chế của nhóm này (Crassulacean).

Thực vật C3: sống trong điều kiện ôn hòa, cường độ ánh sáng bình thường. Khi nhiệt độ cao, cường độ ánh sáng lớn có thể diễn ra quang hô hấp.

Thực vật C4: sống ở nơi có cường độ ánh sáng và nhiệt độ cao, có khả năng dự trữ CO$_{2}$ trong mô thịt lá → có thể cố định CO$_{2}$ ở nồng độ thấp khi khí khổng đóng → hạn chế sự mất nước.

Thực vật CAM: sống ở vùng khô hạn như hạn chế về nguồn nước (sa mạc) → để tiết kiệm nước, khí khổng thường đóng vào ban ngày và mở ra và ban đêm để lấy CO$_{2}$. Do đó, thực vật CAM: cố định CO$_{2}$ vào ban đêm, còn chu trình Calvin diễn ra vào ban ngày khi có ánh sáng.

Nhờ có thêm cơ chế dự trữ CO$_{2}$, thực vật C4 và CAM có thể thích nghi trong điều kiện bất lợi của môi trường.

Sản phẩm quang ở các nhóm thực vật là C3, C4 và CAM là G3P – nguyên liệu tổng hợp nên các chất hữu cơ cần thiết (carbohydrate, protein, lipid) cho cơ thể thực vật và sinh giới.

Kết luận: 

• Pha sáng: Hệ sắc tố nhận năng lượng ánh sáng chuyển hóa thành hóa năng (ATP và NADPH) → nguyên liệu cho pha tối.
• Pha tối: tùy nhóm thực vật mà pha tối sẽ diễn ra theo chu trình C3 hay con đường C4 và CAM.
• Sản phẩm quang hợp là nguyên liệu tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể.

III. Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quang hợp

a) Ánh sáng

Ảnh hưởng đến quang hợp:

Cường độ ánh sáng:

• Điểm bù ánh sáng (I₀): là cường độ ánh sáng tại I_qh = I_hh. 
• Điểm bão hòa ánh sáng (I_m): là cường độ ánh sáng mà ở đó cường độ quang hợp đạt cao nhất và không tăng.

Thành phần ánh sáng: 

• Quang hợp diễn ra chủ yếu ở miền sáng đỏ và xanh tím.
• Ánh sáng xanh tím → amino acid, protein.
• Ánh sáng đỏ → carbohydrate.

Ví dụ: thắp đèn cho hoa cúc để tăng chiều dài cành, hoa nở to, dày…

b) Khí CO$_{2}$

Ảnh hưởng đến quang hợp:

• Điểm bù CO$_{2}$: nồng độ tối thiểu tại I_qh  = I_hh
• Điểm bão hòa CO$_{2}$: nồng độ CO$_{2}$ tăng lên thì cường độ quang hợp không tăng. 

Ví dụ: sử dụng CO$_{2}$ trong nhà kính tăng năng suất cây trồng.

c) Nhiệt độ

Ảnh hưởng đến quang hợp: thông qua ảnh hưởng hoạt tính xúc tác của enzyme trong quá trình quang hợp.

• Cây trồng cần cung cấp đầy đủ ánh sáng, nước, nhiệt độ để sinh trưởng và phát triển tốt.
• Khi trồng cây với mật độ quá dày sẽ dẫn đến tình trạng cạnh tranh, thiếu chất dinh dưỡng, ánh sáng… → cây còi cọc, kém phát triển ảnh hưởng đến năng suất cây trồng.

Kết luận: Các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ và CO$_{2}$ ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ quang hợp.

IV. Quang hợp và năng suất cây trồng

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

Biện pháp kĩ thuật nông học: 

• Bón phân hợp lí → thúc đẩy vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, tăng diện tích lá → tăng năng suất cây trồng.
• Cung cấp đủ nước → nguyên liệu của quang hợp, sự vận chuyển vật chất trong cây.
• Gieo trồng đúng thời vụ → tạo điều kiện ngoại cảnh thuận lợi để cây sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao…
• Chọn, tạo giống và phòng trừ sâu bệnh → diện tích lá lớn, tăng năng suất cây trồng.

Sử dụng công nghệ nâng cao năng suất cây trồng: Dùng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời → chủ động tạo nguồn sáng phù hợp với quá trình quang hợp từng loại cây trồng.

→ Rút ngắn thời gian, khắc phục điều kiện bất lợi của môi trường… giúp đem lại hiệu quả kinh tế cao.

Công nghệ sử dụng đèn LED trồng cây trong nhà với nhiều ưu điểm vượt trội như tuổi thọ cao, phù hợp với từng loại cây trồng. 

Thường được áp dụng trong nuôi cấy mô tế bào hoặc kết hợp với thủy canh để trồng các loại rau xanh.

Kết luận: 

• Hoạt động quang hợp quyết định 90 – 95% năng suất cây trồng
• Để nâng cao năng suất cây trồng cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật và công nghệ để tăng cường độ quang hợp.