QUANG HỢP Ở CÂY XANH

I. Khái quát về quang hợp ở TV:

1. Quang hợp

- Là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời đã được diệp lục hấp thụ để tổng hợp Cacbonhydrat và giải phóng oxi từ khí cacbonic và nước.

- Phương trình tổng quát của quang hợp:

6CO2 + 12H2O ---> C6H12O6 + 6O2 + 6H2O

2. Vai trò của quang hợp:

- Sản phẩm quang hợp là nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, là nguyên liệu cho công nghiệp và thuốc chữa bệnh cho con người.

- Cung cấp năng lượng để duy trì hoạt động sống của sinh giới.

- Điều hòa không khí: giải phóng Oxi và hấp thụ CO2 (góp phần ngăn chặn hiệu ứng nhà kính).

II. Lá là cơ quan quang hợp:

1. Hình thái, giải phẫu của lá thích nghi với chức năng quang hợp:

- Diện tích bề mặt lớn, giúp hấp thu được nhiều tia sáng.

- Trong lớp biểu bì của mặt lá có chứa tế bào khí khổng để khí CO2 khuyếch tán vào bên trong lá đến lục lạp.

- Hệ gân lá có mạch dẫn (bao gồm mạch gỗ và mạch rây), xuất phát từ bó mạch ở cuống lá đến từng tế bào nhu mô của lá giúp cho nước và ion khoáng đến được từng tế bào để thực hiện quang hợp và vận chuyển sản phẩm quang hợp ra khỏi lá.

- Trong lác có nhiều hạt màu lục gọi là lục lạp

2. Lục lạp là bào quan Quang hợp:

- Lục lạp có màng kép, bên trong là 1 khối cơ chất không màu gọi là chất nền (stroma), và có các hạt grana nằm rãi rác.

- Dưới kính hiển vi điện tử, 1 hạt grana có dạng các túi dẹt xếp chồng lên nhau gọi là tilacoit (chứa diệp lục, carotenoit, enzym).

3. Hệ sắc tố Quang hợp:

- Lục lạp chứa hệ sắc tố quang hợp gồm diệp lục (a và b) và carotenoit (caroten và xantophyl) phân bố trong màng tilacoit.

- Các sắc tố này hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng cho diệp lục a ở trung tâm phản ứng. Tại đó năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học trong ATP và NADPH.

QUANG HỢP Ở NHÓM CÁC THỰC VẬT C3, C4 VÀ CAM

Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

I. Thực vật C3:

1. Pha sáng: 

- Là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

- Pha sáng diễn ra ở tilacoit khi có chiếu sáng.

- Trong pha sáng, nămg lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước, O2 được giải phóng là oxi của nước.

2H2O --> (4H+) + (4e-) + (O2)

- ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các chất hữu cơ.

2. Pha tối:

- Diễn ra trong chất nền (stroma) của lục lạp.

- Pha tối ở thực vật C3 chỉ có chu trình Calvin.

- Thực vật C3 phân bố mọi nơi trên trái đất (gồm các loại rêu --> cây thân gỗ trong rừng).

Chu trình Calvin bao gồm 3 giai đoạn: 

- Giai đoạn cố định CO2.

- Giai đoạn khử APG (acid phosphoglixeric) -> AlPG (aldehid phosphoglixeric) -> tổng hợp nên C6H12O6 -> tinh bột, acid amin...

- Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib - 1,5 diP (ribulozo - 1,5 diphosphat).

II. Thực vật C4:

- Gồm 1 số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương...

- Thực vật C4 sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao -> tiến hành quang hợp theo chu trình C4.

Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3:

- Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp -> thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3.

- Chu trình C4 gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình C4 diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá, giai đoạn 2 theo chu trình Calvin diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

III. Thực vật CAM:

- Gồm những loại mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long...

- Để tránh mất nước, khí khổng của các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm -> cố định CO2 theo con đường CAM.

- Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian, cả 2 giai đoạn đầu cố định CO2 được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO2 the chu trình Calvin thực hiện và ban ngày khi khí khổng đóng.

ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANGHỢP

I. Ánh sáng:

Ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp về 2 mặt: cường độ ánh sáng và quang phổ ánh sáng.

1. Cường độ ánh sáng:

- Điểm bù ánh sáng: là khi cường độ quang hợp = cường độ hô hấp.

- Điểm bảo hòa ánh sáng: là điểm cường độ ánh sáng tối đa để cường độ quang hợp cực đại.

2. Quang phổ ánh sáng:

- Các tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau ảnh hường không giống nhau đến cường độ quang hợp.

- Quang hợp chỉ xảy ra tại các miền ánh sáng xanh, tím và đỏ (tia sáng xanh kích thích tổng hợp acid amin, protein; Tia đỏ xúc tiến quá trình hình thành Cacbonhydrat)

- Trong môi trường nước, thành phần ánh sáng biến động theo độ sâu, theo thời gian trong ngày (buổi sáng và chiều nhiều tia đỏ; buổi trưa nhiều tia xanh tím).

II. Nồng độ CO2:

- Tăng nồng độ CO2 -> tăng cường độ quang hợp, sau đó tăng chậm đến trị số bảo hòa CO2.

- Trị số tuyệt đối của quang hợp biến đổi tùy thuộc vào cường độ chiếu sáng, nhiệt độ và các điều kiện khác (thông thường ở điều kiện cường độ ánh sáng cao, tăng nồng độ CO2 sẽ thuận lợi cho Quang hợp)

III. Nước:

- Khi cây thiếu nước từ 40 - 60% thì quang hợp giảm mạnh và có thể ngưng trệ.

- Khi bị thiếu nước, cây chịu hạn có thể duy trì quang hợp ổn định hơn cây trung sinh và cây ưa ẩm.

IV. Nhiệt độ:

- Nhiệt độ cực tiểu làm ngừng quang hợp ở những loài cây khác nhau thì khác nhau. Thực vật vùng núi cao, ôn đới là -50oC, thực vật nhiệt đới là 4 -> 8 oC.

- Nhiệt độ cực đại làm ngừng quang hợp ở các loài cũng khác nhau: Cây ưa lạnh ngừng quang hợp ở 12oC. Thực vật sa mạc có thể quang hợp ở nhiệt độ 58oC.

V. Nguyên tố khoáng:

- Các nguyên tố khoáng ảnh hưởng nhiều đến quang hợp.

- N, P, S tham gia tạo thành enzym quang hợp.

- N, Mg tham gia hình thành diệp lục.

- K điều tiết độ đóng mở của khí khổng giúp CO2 khuyếch tán vào lá.

- Mn, Cl liên quan đến sự quang phân ly nước.