Quang hợp ở thực vật
Lý thuyết Quang hợp ở thực vật Sinh học 11 đầy đủ
Quang hợp ở thực vật là một trong những quá trình sinh học quan trọng nhất trên Trái Đất, đóng vai trò nền tảng trong việc tạo ra vật chất hữu cơ và duy trì sự sống của sinh giới. Trong chương trình Sinh học 11, chuyên đề Quang hợp ở thực vật giúp học sinh hiểu rõ cơ chế chuyển hóa năng lượng, vai trò của ánh sáng đối với thực vật và ý nghĩa của quang hợp đối với môi trường cũng như đời sống con người.
A. Khái quát về quang hợp
Quang hợp là gì?
|
Quang hợp là quá trình thực vật tổng hợp carbohydrate và giải phóng O2 từ các chất vô cơ đơn giản (C02, H2O) dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng và sự tham gia của hệ sắc tố quang hợp. |
|
Vai trò của quang hợp
+ Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và dưỡng khí của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.
+ Quang hợp ở thực vật tạo ra chất hữu cơ làm nguồn thức ăn cho chính cơ thể thực vật.
+ Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ và , đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng và dưỡng khí của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.
+ Khí được tạo ra trong quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng trong khí quyển.
Hệ sắc tố quang hợp
Trong pha sáng của quang hợp, hệ sắc tố quang hợp có vai trò nhận năng lượng ánh sáng và chuyển hoá năng lượng đó (quang năng) thành hoá năng dưới dạng ATP và NADPH (hóa năng).
|
Chlorophyll |
Carotenoid |
|
Chlorophyll gồm 2 loại chủ yếu là Chlorophyll a và Chlorophyll b |
Carotene và Xanthophyll |
|
- Chlorophyll a trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tích trữ trong ATP và NADPH. - Chlorophyll b hấp thụ năng lượng ánh sáng. |
+ Lọc ánh sáng, bảo vệ Chlorophyll + Tham gia vào quá trình quang phân li nước và thải . + Tham gia quá trình quang hợp bằng cách tiếp nhận năng lượng ánh sáng mặt trời và truyền cho Chlorophyll và nó có mặt trong hệ thống quang hóa II. |
|
|
|
B. Quá trình quang hợp
1. Pha sáng
|
Nơi diễn ra |
Màng thylakoid (hạt Grana) |
|
Nguyên liệu |
Năng lượng ánh sáng, H2O, NADP+, ADP, phospho vô cơ |
|
Điều kiện |
Cần ánh sáng |
|
Diễn biến |
- Diệp lục hấp thụ ánh sáng và chuyển thành trạng thái kích động electron làm cho một số electron (e) của diệp lục bật ra khỏi quỹ đạo. Dưới tác dụng của ánh sáng nước phân li, giải phóng O2, electron và H+ theo sơ đồ sau: 2H2O → 4H+ + 4e- + O2 - Electron sinh ra từ quá trình phân li nước được dùng để bù lại cho phân tử diệp lục a đã mất electron. H+ tham gia tổng hợp ATP và khử NADP+ thành NADPH
|
|
Sản phẩm |
NADPH, ATP, O2 |
2. Pha tối
|
Nơi diễn ra |
Chất nền Stroma (lục lạp) |
|
Nguyên liệu |
CO2, NADPH, ATP Ri-1,5 DiP = RuBP/C3; PEP/C4-CAM |
|
Điều kiện |
Không cần ánh sáng |
|
Diễn biến |
- Sự cố định CO2 tạo thành các hợp chất hữu cơ (glucose,...) diễn ra ở pha tối nhờ nguồn năng lượng ATP và NADPH do pha sáng cung cấp. - TV sống ở các điều kiện khí hậu khác nhau có con đường cố định CO2 khác nhau (chu trình C3, chu trình C4, chu trình CAM) |
|
Sản phẩm |
Các hợp chất hữu cơ |
|
|
C3 |
C4 |
CAM |
|
Chất nhận CO2 |
RuBP ribulozo–1,5– bisphosphate |
PEP phosphoenl piruvic - PEP |
PEP phosphoenl piruvic - PEP |
|
Sản phẩm đầu tiên |
PGA (3C) photphoglixeric acid |
OAA (4C) oxaloaxetic acid |
OAA (4C) oxaloaxetic acid |
|
Không gian thực hiện |
Lục lạp tế bào mô giậu |
Lục lạp tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch. |
Lục lạp tế bào mô giậu |
|
Chu trình quang hợp |
Chu trình Calvin (C3) |
Chu trình C4 và Chu trình Calvin (C3)
|
Chu trình C4 và Chu trình Calvin (C3) |
|
Thời gian thực hiện |
Ban ngày |
Ban đêm - ban ngày |
Ban ngày |
|
Năng suất SH |
Trung bình |
Cao |
Thấp |
|
Nhóm TV |
Nhóm thực vật sống ở vùng ôn đới và á nhiệt đới |
TV sống ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm kéo dài |
Sống ở vùng sa mạc, điều kiện khô hạn kéo dài |
|
Chu trình quang hợp ở TV C3 |
|
||
|
Chu trình quang hợp ở TV C4 |
 |
||
|
Chu trình quang hợp ở TV CAM |
 |
||
C. Quang hợp và năng suất cây trồng
Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng
- Quang hợp quyết định 90-95% năng suất cây trồng.
Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp
|
a. Biện pháp kĩ thuật nông học |
b. Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng |
|
- Bón phân hợp lí. - Cung cấp đủ nước. - Gieo trồng đúng thời vụ. - Chọn, tạo giống cho năng suất cao. - Có biện pháp phòng trừ sâu, bệnh hại. |
Sử dụng đèn LED thay thế năng lượng mặt trời trong phòng hoặc nhà kính là mô hình canh tác mới có nhiều ưu điểm: tốn ít không gian, rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây, khắc phục những bất lợi của điều kiện môi trường,… cho năng suất và giá trị kinh tế cao. |
D. Các nhân tố ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật
|
ÁNH SÁNG |
- 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. + Khi nồng độ tăng, cường độ ánh sáng tăng → thì cường độ quang hợp cũng tăng. + Điểm bù áng sáng: Cường độ ánh sáng tối thiểu để (QH) = cường độ hô hấp (HH). + Điểm no ánh sáng: Cường độ ánh sáng tối đa để cường độ quang hợp đạt cực đại. |
|
|
Nồng độ CO2 |
- Thực vật C4 có điểm bão hòa thấp hơn C3, điểm bù thấp hơn C3 dẫn đến cường độ quang hợp cao hơn. - Điểm bù : Trị số nồng độ làm cho Iqh = Ihh - Điểm bão hoà : là điểm mà ở đó nếu nồng độ tăng lên thì cường độ quang hợp cũng không tăng (quang hợp đạt cực đại) * Tăng nồng độ , lúc đầu Iqh tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng chậm cho tới khi đạt trị số bão hoà .Vượt qua trị số đó, Iqh giảm. |
|
|
Nhiệt độ |
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 25 – ) Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C4 , thực vật CAM ường độ quang hợp đạt cực đại ở nhiệt độ cao hơn |
|
------------------------------------
Nắm vững lý thuyết Quang hợp ở thực vật không chỉ giúp học sinh học tốt Sinh học 11 mà còn hiểu được mối liên hệ giữa thực vật và hệ sinh thái. Đây là chuyên đề quan trọng làm cơ sở cho việc nghiên cứu các quá trình trao đổi chất, sinh trưởng và phát triển của thực vật trong các bài học tiếp theo.
