Hệ thống kiến thức sinh 11 cơ bản

Phần 5 DI TRUYỀN HỌC Trang 1 SINH HỌC 11 Chương I CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Chuyên đề 1 CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT PHẦN 1 TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ KHOÁNG Ở CƠ THỂ THỰC VẬT A HẤP THU[.]

SINH HỌC 11 Chương I: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

Chuyên đề 1: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở

THỰC VẬT PHẦN 1 TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ KHOÁNG Ở CƠ THỂ THỰC VẬT

A HẤP THU NƯỚC Ở RỄ

I CƠ QUAN HẤP THỤ NƯỚC: Là rễ cây → rễ có đặc điểm phù hợp với chức năng

1 Hình thái của hệ rễ:

Hệ rễ được phân hoá thành các rễ chính và rễ bên, trên các rễ có các miền lông hút nằm gần đỉnh ST

2 Rễ cây phát triển nhanh bề mặt hấp thụ

- Cơ quan hút nước của cây chủ yếu là rễ, một số cây thuỷ sinh có thể hút nước qua thân, lá

- Hệ rễ ăn sâu, lan rộng, phân nhánh, trên rễ có nhiều lông hút để có bề mặt và độ dài tăng lên nhiều

- Rễ có khả năng hướng nước, hướng hoá

- Cấu tạo của rễ thích nghi với chức năng hút nước và ion muối khoáng:

+ Miền trưởng thành: Có thể sinh các rễ bên

+ Miền hấp thụ: Mang nhiều lông hút (thành mỏng không có cutin, không bào lớn, có nhiều ti thể → tạo Ptt lớn)

+ Miền sinh trưởng: Nhóm các TB phân sinh làm cho rễ dài ra

+ Chóp rễ: Che chở mô phân sinh tận cùng của rễ khỏi bị huỷ hoại

- Ở một số thực vật trên cạn, hệ rễ không có lông hút thì rễ có nấm rễ bao bọc giúp cho cây hấp thụ nước

và ion khoáng một cách dễ dàng, đây là phương thức chủ yếu Nấm rễ là dạng thích nghi tự nhiên

- Ở những tế bào rễ non, vách của tế bào chưa suberin hoá cũng tham gia hấp thụ nước và ion khoáng

II CƠ CHẾ HẤP THỤ NƯỚC VÀ MUỐI KHOÁNG Ở RỄ CÂY: gồm 2 giai đoạn: hấp thụ nước và

khoáng:

1 Giai đoạn: Hấp thụ nước và muối khoáng từ đất vào tế bào lông hút:

- Cơ chế thẩm thấu (thụ động) do sự chênh

lệch áp suất thẩm thấu (từ nơi có Ptt thấp

đến nơi có Ptt cao)  Nước di chuyển từ

môi trường nhược trương (Thế nước cao)

trong đất → tế bào lông hút (và các tế bào

biểu bì còn non khác), nơi có dịch bào ưu

trương (Thế nước thấp hơn)

- Cây hút các ion khoáng (hòa tan trong nước) vào tế bào rễ có chọn lọc theo 2 cơ chế: Chủ động

+ Cơ chế chủ động: Một số ion khoáng mà cây

có nhu cầu cao di chuyển: đất hoặc môi trường dinh dưỡng (hàm lưọng ion khoáng thấp) → rễ ngược chiều građien nồng độ Có tiêu tồn năng lượng ATP

Khi có sự chênh lệch thế nước giữa đất

(hoặc môi trường dinh dưỡng) và tế bào

lông hút Điều kiện này xảy ra do:

- Sự thoát hơi nước ở lá → hút nước lên

phía trên làm giảm lượng nước trong tb

lông hút

- Nồng độ các chất tan/ rễ cao → háo nước

Khi có sự chênh lệch nồng độ ion khoáng giữa đất và tế bào lông hút (theo cơ chế thụ động) hoặc có sự tiêu tốn năng lượng ATP (theo cơ chế thụ động)

Trang 2

* Những bằng chứng về sự hút nước chủ động của rễ: qua hiện tượng chảy nhựa và ứ giọt

- Hiện tượng rỉ nhựa( chảy nhựa): Nếu cắt ngang một thân cây nhỏ gần sát mặt đất → nối đoạn cắt với

một ống cao su, hứng đầu ống cao su vào 1 cái cốc → nước trong ống cao su nhỏ ra từng giọt → gọi là sự

rỉ nhựa và dịch tiết ra là dịch nhựa Trong dịch này có chứa các chất vô cơ và hữu cơ Nếu nối 1 ống cao su vào áp kế → ta có thể đo được lực đẩy của dòng nước từ rễ lên → lực đẩy đó là áp suất rễ ( 1 – 3atm) Ở các cây gỗ, áp suất rễ có giá trị cao hơn 3 – 10 atm Hiện tượng rỉ nhựa khá phổ biến ở TV( ở cây Hai lá mầm nhiều - ở cây họ Lúa hiện tượng này ít) và khác nhau theo loài, tuổi, trạng thái sinh lí và sự ST

- Hiện tượng ứ giọt: ở 1 số cây trong điều kiện ẩm ướt → xuất hiện những giọt nước đọng ở đầu lá và

mép lá Hiện tượng này phổ biến ở cây họ Lúa và các cây trưởng thành như khoai tây, lúa nước, bầu bí, cải Hiện tượng ứ giọt thấy rõ khi đặt cây trong chuông bão hòa hơi nước Sau 1 thời gian ta thấy các giọt nước ứ đọng trên các mép lá, mặt lá Trong dịch nhựa cũng chứa các chất vô cơ và hữu cơ

 Hiện tượng ứ giọt và rỉ nhựa của cây khi không có sự tham gia của quá trình thoát hơi nước đều do áp suất của rễ gây nên → bằng chứng đánh giá hoạt động của hệ rễ bình thường

2 Giai đoạn: Dòng nước và các ion khoáng đi từ lông hút vào mạch gỗ của rễ: 2 con đường:

- Con đường Apoplast: qua Thành tế bào – gian bào:

+ Đi theo không gian giữa các tế bào và không gian giữa các

bó sợi xenlulôzơ bên trong thành tế bào đến nội bì bị đai Caspari

chặn lại nên phải chuyển sang con đường tế bào chất

+ tốc độ nhanh, không được chọn lọc

- Con đường Symplast: qua Chất nguyên sinh – không bào:

+ Xuyên qua tế bào chất của các tế bào

+ tốc độ chậm nhưng các chất đi qua được chọn lọc

III ẢNH HƯỞNG CỦA MÔI TRƯỜNG VỚI QUÁ TRÌNH HẤP THỤ NƯỚC VÀ MUỐI KHOÁNG

Ở RỄ CÂY:

Độ thẩm thấu (áp suất thẩm thấu), độ axit (pH) và lượng O2 của môi trường (độ thoáng khí) → sự hình thành, phát triển của lông hút → quá trình hấp thụ nước và các ion khoáng ở rễ cây

B QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT TRONG CÂY

- Sau khi nước và các ion khoáng di chuyển vào mạch gỗ của rễ thì chúng được vận chuyển trong cây: Nước → Rễ → Thân → Lá → Dạng hơi

Dòng mạch rây (dòng đi xuống)

Cấu tạo - Là cơ quan vận chuyển ngược

chiều trọng lực(P)

- Mạch gỗ gồm các tế bào chết là quản bào và mạch ống Các tế bào cùng loại nối kế tiếp nhau tạo nên những ống dài từ rễ lên lá

- Là cơ quan vận chuyển cùng chiều trọng lực (P)

- Mạch rây gồm các tế bào sống là ống rây và tế bào kèm Các ống rây nối đầu với nhau thành ống dài đi

Các sản phẩm đồng hoá ở lá, chủ yếu là: saccarôzơ, axit amin…

cũng như một số ion khoáng được

sử dụng lại như kali

Động lực

đẩy dòng

mạch

- Là phối hợp của 3 lực:

+ Lực đẩy (áp suất rễ) : 2 – 10 atm

+ Lực hút do thoát hơi nước : 30 –

40 atm

+ Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với vách tế bào mạch gỗ : 300 - 350 atm

- Là sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan cho (lá) và cơ quan nhận hoặc chứa (rễ, củ, quả, thân )

C QUÁ TRÌNH THOÁT HƠI NƯỚC Ở LÁ

I VAI TRÒ CỦA THOÁT HƠI NƯỚC

- Là động lực phía trên đảm bảo cho sự hút nước, vận chuyển nước từ rễ lên các bộ phận phía trên của cây, cùng với dòng nước các chất khoáng và các chất do rễ tạo ra cũng được vận chuyển trong cây 1 cách

dễ dàng, tạo môi trường liên kết các bộ phận của cây, tạo độ cứng cho thực vật thân thảo

- Bảo vệ lá cây tránh sự đốt nóng của ánh sáng mặt trời, giảm nhiệt độ bề mặt lá Nhờ có thoát hơi nước, khí khổng mở ra cho khí CO2 khuyếch tán vào lá, làm nguyên liệu cho quá trình quang hợp và thuận lợi cho các quá trình sinh lí khác trong cây

- Thoát hơi nước còn tạo ra độ thiếu bão hòa hơi nước nhất định, tạo điều kiện cho quá trình thoát hơi nước diễn ra mạnh mẽ, thúc đẩy sinh trưởng và phát triển của cây

II THOÁT HƠI NƯỚC QUA LÁ

1 Cơ quan thoát hơi nước: Lá, cấu tạo của lá thích nghi với chức năng thoát hơi nước

- Số lượng tế bào khí khổng trên lá có liên quan đến sự thoát hơi nước của lá cây

- Ngoài tế bào khí khổng, sự thoát hơi nước của lá cây còn được thực hiện qua lớp cutin

2 Con đường thoát hơi nước qua lá: qua khí khổng và qua cutin trên bề mặt lá

a Thoát hơi nước qua khí khổng: chủ yếu : khí khổng mở → nước thoát ra môi trường Độ mở của khí khổng phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng nước trong các TB khí khổng (TB hạt đậu):

+ Khi tế bào hạt đậu no nước → thành mỏng của TB căng ra → thành dày cong theo → lỗ khí mở; + Khi tế bào hạt đậu mất nước → thành mỏng hết căng → thành dày duỗi thẳng → lỗ khí đóng lại Tuy nhiên, lỗ khí không bao giờ đóng hoàn toàn

- Thoát hơi nước qua khí khổng: là con đường thoát hơi nước có ở cả cây non và cây trưởng thành Gồm

3 giai đoạn:

+ Gđoạn 1: nước bốc hơi từ bề mặt TB nhu mô lá vào gian bào

+ Gđoạn 2: hơi nước khuếch tán theo khe khí khổng

+ Gđoạn 3: hơi nước khuếch tán từ bề mặt lá ra khí quyển

b Thoát hơi nước qua cutin trên biểu bì lá:

- Hơi nước có thể khuếch tán qua bề mặt lá (lớp biểu bì của lá) Lớp cutin càng dày thì thoát hơi nước càng giảm và ngược lại

- Thoát hơi nước qua cutin: ở cây còn non hoặc cây dưới bóng râm lớp cutin trên bề mặt lá mỏng → cường độ thoát hơi nước qua cutin gần bằng với thoát hơi nước qua khí khổng Ở nhiều loại cây trung sinh, thoát hơi nước qua cutin chiếm tới 30%; ở những cây hạn sinh ở vùng sa mạc hầu như không có sự thoát hơi nước qua cutin

III CÁC TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THOÁT HƠI NƯỚC:

thông qua sự ảnh hưởng đến độ mở của khí khổng

- Nhiệt độ: cường độ thoát hơi nước đạt cực đại ở 30 – 400C Khi nhiệt độ tăng → áp suất bão hòa hơi nước tăng → cây thoát hơi nước mạnh

- Ánh sáng: ánh sáng làm tăng nhiệt độ lá → độ thiếu bão hòa hơi nước tăng → thoát hơi nước tăng Ánh sáng còn gây p/ứ mở quang chủ động của khí khổng, độ mở khí khổng tăng: sáng → trưa, nhỏ nhất lúc chiều tối, ban đêm hé mở ít Ánh sáng xanh tím làm tăng cường độ thoát hơi nước 40% so với ánh sáng đỏ, vàng

là do làm tăng tính thấm của TB

IV CÂN BẰNG NƯỚC VÀ TƯỚI TIÊU HỢP LÍ CHO CÂY TRỒNG:

- Cân bằng nước: tính bằng sự so sánh lượng nước do rễ hút vào (A) và lượng nước thoát ra (B) :

+ Khi A = B → mô đủ nước, cây phát triển bình thường

+ Khi A > B → mô thừa nước, cây bình thường

+ Khi A < B → mất cân bằng nước, lá héo → cây ST giảm → cây có thể chết, năng suất giảm

- Tưới tiêu hợp lí:

+ Dựa vào đặc điểm di truyền, pha ST, phát triển của loài, đặc điểm của đất và thời tiết → xác định

lượng nước tưới cho cây

+ Chuẩn đoán nhu cầu nước của cây theo các chỉ tiêu sinh lí như áp suất thẩm thấu, hàm lượng nước

và sức hút nước của lá

D QUÁ TRÌNH DINH DƯỠNG KHOÁNG Ở THỰC VẬT

I NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG THIẾT YẾU Ở TRONG CÂY

- Gồm hai nhóm:

+ nguyên tố đa lượng: Có hàm lượng ≥ 0,01% khối lượng khô của cơ thể  chiếm từ 100mg/1kg chất khô của cây trở lên, nguyên tố thiết yếu như: C, H, O, N, P, K, S, Ca, Mg

+ nguyên tố vi lượng: hàm lượng ≤ 0,01% khối lượng khô cơ thể, nguyên tố thiết yếu như: Fe, Mn, B,

Cl, Zn, Cu, Mo, Ni

- Nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu là những nguyên tố có 3 đặc điểm:

+ Thiếu nó cây không thể hoàn thành chu trình sống

+ Không thể thay thế bởi bất kỳ nguyên tố khác

+ Phải trực tiếp tham gia vào quá trình chuyển hoá vật chất trong

cơ thể

H: Các nguyên tố khoáng trong đất được hấp thụ vào cây bằng

cách nào?

- Các nguyên tố khoáng trong đất tồn tại dưới dạng hòa tan, phân

li thành các ion ( cation – mang điện tích dương và anion – mang

tế bào → tính thấm chọn lọc của tế bào

- Khi ta nhúng bộ rễ vào dung dịch CaCl2 thì các ion Ca2+ và Cl- sẽ bị hút bám vào rễ và đẩy các phân tử xanh metilen đang hút bám trên bề mặt rễ vào dung dịch → dung dịch có màu xanh

- Rễ hút các chất

có tính chọn lọc

- Có sự hút bám trao đổi giữa rễ

và dung dịch

II NGUỒN CUNG CẤP VÀ VAI TRÒ CÁC NGUYÊN TỐ KHOÁNG ĐỐI VỚI CÂY:

1 Nguồn cung cấp các nguyên tố khoáng dinh dưỡng cho cây:

* Đất là nguồn cung cấp chủ yếu các chất khoáng cho cây: Trong đất, các nguyên tố khoáng tồn tại

chủ yếu 2 dạng: không tan và hoà tan → Cây chỉ hấp thu các muối khoáng dạng hoà tan

* Phân bón:

- Bón phân không hợp lí với liều lượng cao quá mức cần thiết → gây độc cho cây, ô nhiễm nông sản,

ô nhiễm môi trường nước, đất

- Tuỳ thuộc vào loại phân bón, giống cây trồng để bón liều lượng cho phù hợp

2 Vai trò các nguyên tố dinh dưỡng khoáng đối với cơ thể thực vật:

- Vai trò cấu trúc: là thành phần cấu tạo các hợp chất hữu cơ → cấu trúc tế bào, tạo các hợp chất cao

năng, cấu tạo nên các hoạt chất sinh học

- Vai trò điều tiết:

+ Điều tiết trạng thái hóa keo của tế bào (K+, Ca2+, )

+ Điều tiết sự đóng mở khí khổng (K+, Cl-, )

+ Điều tiết các phản ứng hóa sinh xảy ra trong cơ thể TV (thông qua các enzym và coenzym) + Điều tiết quá trình sinh trưởng, phát triển của cơ thể thực vật (thông qua các phytohoocmon)

3 Vai trò của một số nguyên tố thiết yếu đối với thực vật

a Dấu hiệu thiếu các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu:

- Nitơ: Sinh trưởng bị còi cọc, lá có màu vàng

- Kali: Lá có màu vàng nhạt, mép lá đỏ và nhiều chấm đỏ ở mặt lá, giảm sức chống chịu

- Phốtpho: Lá nhỏ có màu lục đậm, màu của thân không bình thường, ST của rễ bị tiêu giảm, trổ hoa trễ, quả chín muộn

- Lưu huỳnh: Lá mới có màu vàng, sinh trưởng rễ bị tiêu giảm

- Canxi: Lá nhỏ, mềm, mầm đỉnh bị chết, rễ thối, giảm độ vững chắc của cây

- Magiê: Lá có màu vàng

- Sắt: Gân lá có màu vàng và sau đó cả lá có màu vàng

b Vai trò của một số nguyên tố thiết yếu với thực vật:

Nguyên tố Dạng cây hấp thụ Vai trò trong cơ thể thực vật

1- Các nguyên tố đa lượng

Nito NH4+ và NO3- Thành phần của protein, axit nucleic

Photpho H2PO4-, PO4- Thành phần của axit nucleic, ATP, coenzim

Kali K+ Hoạt hóa enzim, cân bằng nước và ion, mở khí khổng

Canxi Ca2+ Thành phần của thành tế bà và màng tế bào, hoạt hóa enzim Magie Mg2+ Thành phần của diệp lục, hoạt hóa enzim

Lưu huỳnh SO42+ Thành phần của protein

2- Các nguyên tố vi lượng

Sắt Fe2+, Fe3+ Thành phần của xitocrom, tổng hợp diệp lục, hoạt hóa enzim

Bo B4O72- Liên quan đến hoạt động của mô phân sinh

Clo Cl- Quang phân li nước và cân bằng ion

Kẽm Zn2+ Liên quan đến quang phân li nước và hoạt hóa enzim

Trang 6

Molipden MoO4 Cần cho sự trao đổi nito

III NGUYÊN TỐ DINH DƯỠNG KHOÁNG THIẾT YẾU NITO:

1 Vai trò sinh lí của Nitơ:

- Cây hấp thụ nitơ chủ yếu ở dạng: NH4+ và NO3-

- Có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng, quyết định năng suất và chất lượng thu hoạch

- Có trong thành phần của hầu hết các chất hữu cơ trong cây: Prôtêin, axit nuclêic, diệp lục, ATP,…

- Vai trò điều tiết: Nitơ là thành phần cấu tạo của prôtêin - Enzim, côenzim và ATP → tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất trong cơ thể thực vật thông qua hoạt động xúc tác, cung cấp năng lượng và điều tiết trạng thái ngậm nước của các phân tử prôtêin trong tế bào chất

2 Nguồn cung cấp Nitơ tự nhiên cho cây:

a Đất là nguồn cung cấp nitơ cho cây

- 2 dạng nitơ tồn tại trong đất: Nitơ vô cơ trong các muối khoáng và nitơ hữu cơ trong xác sinh vật

- Thực vật chỉ hấp thụ Nitơ qua rễ ở 2 dạng: NH4+ và NO3-, các nitơ khác cây không hấp thụ được

- Quá trình khoáng hóa → chuyển nitơ trong xác sinh vật (trong đất) thành nitơ dạng ion khoáng cây

hấp thụ được, gồm các quá trình sau:

+ Quá trình amon hóa: Các vi khuẩn amôn hóa trong đất, xảy ra trong quá trình khoáng hóa (chuyển

Nitơ hữu cơ thành Nitơ khoáng cây có thể hấp thụ) : chuyển hóa aa (mùn, xác hữu cơ) → NH4+ và NO3- cung cấp cho cây

+ Quá trình Nitrat hóa: điều kiện hiếu khí , t > 40C và có các vi khuẩn nitrat :

b Quá trình cố định nitơ phân tử ( tổng hợp nitơ trong tự nhiên)

- Là quá trình liên kết N2 với H2 tạo thành NH3 Cần lưu ý rằng nguyên tử H trong chất khử NADH liên kết với N2 → NH3 chứ không phải H có trong phân tử Hidro của khí quyển

- Có 2 con đường cố định Nitơ phân tử → dạng Nitơ liên kết:

+ Con đường hóa học:

+ Con đường sinh học:

- Con đường sinh học cố định nitơ là con đường cố định nitơ do các sinh vật thực hiện Chỉ có những

vi khuẩn có khả năng tiết enzym nitrogenaza mới có khả năng bẻ gãy liên kết ba cộng hóa trị bền vững trong

N2 (N≡N) → NH3 Trong môi trường nước, NH3 chuyển thành NH4+

Điều kiện để quá trình cố định nitơ khí quyển xảy ra:

+ Có lực khử mạnh (NADH, FADH2)

+ Được cung cấp năng lượng ATP

+ Có sự tham gia của enzim nitrôgenaza

+ Thực hiện trong điều kiện kị khí

Các vi sinh vật cố định nitơ gồm 2 nhóm:

+ Nhóm vi sinh vật sống tự do: VK sống tự do kị khí (Clostridium), hiếu khí như Azotobacteria, vi

khuẩm lam (Cyanobacteria) có nhiều ở ruộng lúa, xạ khuẩn Actinomyces

+ Nhóm cộng sinh với thực vật, điển hình là các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium tạo nốt sần ở rễ cây

họ Đậu

c Quá trình biến đổi nitơ trong cây:Trong đất diễn ra các quá trình VSV chuyển hóa các dạng nitơ

hữu cơ thành dạng NH4+ và NO3- để cây hấp thụ được

Quá trình khử nitrat NO3 - : Xảy ra trong mô rễ và mô lá Gồm 2 giai đoạn:

+ Khử nitrat → nitrit( NO3- → NO2-): NO3- + 2H+ + 2e → NO2- + H2O

+ Khử nitrit → amoniac (NO2- → NH3): NO2- + 6e + 8H+ → NH4+ + 2H2O

d Sự sử dụng phân bón đối với cây trồng:

- Có 2 phương pháp bón phân cho cây trồng:

+ Bón qua rễ: phân bón → ion hòa tan → tế bào rễ hút

+ Bón qua lá: phân bón hòa tan, phun lên lá → lá hấp thụ qua khí khổng

- Cơ sở khoa học của việc sử dụng phân bón đối với cây trồng

+ Căn cứ vào nhu cầu sinh lí của cây

+ Căn cứ vào giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây, tùy loài cây, tùy loại phân bón

+ Căn cứ vào đặc điểm của đất và điều kiện thời tiết

- Bón phân không hợp lí với liều lượng cao quá mức cần thiết sẽ:

+ Gây độc cho cây

+ Ô nhiễm nông sản, ô nhiễm môi trường nước, đất

Tuỳ thuộc vào loại phân bón, giống cây trồng để bón liều lượng cho phù hợp

PHẦN 2 QUANG HỢP Ở CƠ THỂ THỰC VẬT

I KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP Ở THỰC VẬT:

1 Phương trình tổng quát:

* Về mặt năng lượng: Quang hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ (đường glucôzơ) từ các chất vô cơ

(CO2 và H2O), đồng thời chuyển hoá năng lượng ánh sáng được hấp thụ bởi hệ sắc tố từ thực vật thành năng

lượng hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ

* Về bản chất hóa học: Quang hợp là quá trình oxi hóa khử, trong đó, H2O bị oxi hóa và CO2 bị khử

2 Vai trò của quang hợp: Quang hợp có 3 vai trò chính sau:

- Tổng hợp khoảng 90 – 95% lượng chất hữu cơ trong cơ thể TV

- Tích lũy năng lượng: Chuyển hoá quang năng → hoá năng trong trong sản phẩm của quang hợp →

nguồn năng lượng duy trì sự sống của sinh giới

- Điều hoà không khí: hấp thụ CO2, giải phóng O2 → giảm ô nhiễm môi trường, giảm hiệu ứng nhà kính,

giảm nhiệt độ môi trường

3 Cơ quan quang hợp :

- Tất cả các bộ phận có chứa sắc tố lục ở lá, thân, quả đều có khả năng quang hợp Nhưng lá là cơ quan

chủ yếu thực hiện chức năng QH → hình thái, cấu tạo giải phẫu của lá thích nghi với chức năng QH

a, Lá – cơ quan quang hợp :

Trang 8

* Hình thái bên ngoài:

Diện tích bề mặt lá Lớn, mặt phẳng của lá vuông góc với tia

sáng mặt trời

Hấp thụ các tia sáng

Lớp biểu bì mặt dưới lá Có nhiều khí khổng Thuận lợi cho khí CO2 khuếch tán vào bên trong

lá đến lục lạp

* Giải phẫu hình thái bên trong:

Hệ gân lá ( mạng lưới

mạch dẫn) dày đặc, dẫn nước và muối khoáng Vận chuyển nước và muối khoáng cho quá trình quang hợp và và dẫn các sản phẩm quang hợp đến

các cơ quan, các tế bào

Lớp tế bào mô giậu dày chứa nhiều lục lạp, nằm sát ngay mặt

trên lá dưới lớp biểu bì trên, gồm các tế bào xếp sít nhau

Nhận được nhiều áng sáng

Lớp tế bào mô xốp Có nhiều khoảng trống gian bào lớn, chứa

CO2

Thuận lợi cho khí khuếch tán vào dễ dàng

Hệ thống các khí khổng ở bề mặt trên và bề mặt dưới lá Giúp cho CO2, H2O, O2 đi vào và di ra khỏi lá một

cách dễ dàng

b Bộ máy quang hợp:

- Ở VK quang hợp ( SV nhân sơ): bộ máy quang hợp = các tấm Tilacoit, chưa có lục lạp

- Ở đa số các loài tảo, thực vật bậc cao (SV nhân thực) : bộ máy quang hợp = bào quan lục lạp

Lục lạp – bào quan thực hiện chức năng quang hợp

* Đặc điểm hình thái, số lượng, kích thước:

- Hình thái lục lạp: rất đa dạng: hình võng, hình cốc, hình sao nhưng thường có hình bầu dục để thuận

tiện cho quá trình tiếp nhận ánh sáng mặt trời Khi AS mặt trời quá mạnh, diệp lục có thể xoay bề mặt tiếp

xúc nhỏ nhất của mình về phía có ánh sáng

- Số lượng, kích thước, hàm lượng sắc tố trong lục lạp : rất khác nhau ở các loài thực vật khác nhau

+ Tảo: mỗi tế bào có khi chỉ có một lục lạp

+ Đối với thực vật, mỗi tế bào mô giậu (mô đồng hóa) có từ 20 -100 lục lạp

+ Đường kính trung bình của lục lạp từ 4 - 6µm, dày 2 - 3µm

* Cấu tạo giải phẫu:

kiểm tra tính thấm của các chất đi ra hoặc đi vào lục lạp

Các hạt (Grana) Gồm các hạt Tilacôit chứa hệ sắc tố, các chất

truyền điện tử và trung tâm phản ứng

- Thực hiện pha sáng trong quang hợp

- Xoang Tilacoit là nơi xảy ra phản ứng quang phân li nước và quá trình tổng hợp ATP trong quang hợp

Chất nền (Strôma) Là thể keo nhớt, trong suốt, có nhiều enzim

cacboxyl hóa

Thực hiện pha tối trong quang hợp

* Đối với một số loài thực vật ( thuộc nhóm TV C4), lục lạp có hai loại:

- lục lạp của tế bào mô giậu có grana phát triển đầy đủ

- lục lạp của tế bào bao bó mạch có grana phát triển không đầy đủ và phần lớn ở dạng bản mỏng tylacoit

c Hệ sắc tố quang hợp và tính chất của chúng

Nhóm sắc tố Loại sắc tố T.phần hóa học Chức năng

Diệp lục b C55H70O6N4Mg

(nhóm – CHO thay thế cho nhóm –CH3 của chlorophyl a)

thu được cho diệp lục a

Xantophyl C40H56On (n: 1 → 6)

* Sơ đồ truyền và chuyển hoá NLAS:

NLAS → Carôtenôit → Diệp lục b → Diệp lục a (ở trung tâm phản ứng) → ATP và NADPH

H: Giải thích tại sao lá cây có màu xanh lục?

• Quang phân li nước: 2 H2O → 4 H+ + 4e- + O2 (Chl*)

Phương trình quang phân li nước:

4 DL + Q(năng lượng) → 4 DL* + e (chuyển diệp lục từ bình thường → trạng thái kích động)

4 H2O + 4 DL* → 4H+ + 4 OH+ 4 DL (diệp lục kích động do mất e đã lấy điện tử từ OH- )

4 OH → 2 H2O + O2

 Tổng quát: 2 H2O → 4 H+ + 4 e + O2 Như vậy, oxi được thải ra trong quang hợp có nguồn gốc

từ nước

• Photphoril hoá tạo ATP: 3 ADP + 3 Pi → 3 ATP

• Tổng hợp NADPH: 2 NADP + 4 H+ → 2 NADPH

Phương trình tổng quát: 12H2O +18ADP + 18Pi+ 12NADP+→18ATP+12NADPH+ 6O2

Có sự tham gia của ánh sáng, diễn ra chủ yếu trên màng Tylacoit, thuộc hạt Grana

bao gồm các qúa trình Hấp thụ ánh sáng và kích động sắc tố (g/đoạn quang lí)

Biến đổi NL ánh sáng( quang năng) thành NL hóa học trong các hợp chất dự trữ giàu năng lượng là ATP và hợp chất khử NADPH

(g/đoạn quang hóa)

Trang 10

 Kết quả pha sáng: tạo ATP, NADPH (tham gia vào pha tối quang hợp) và O 2

2 Pha tối:

* Đặc điểm chung ở các nhóm TV:

- Là quá trình đồng hóa CO2 (sử dụng ATP, NADPH từ pha sáng để khử CO2) tạo chất hữu cơ đầu tiên

là đường Glucozo, diễn ra trong chất nền lục lạp

- Ở các nhóm thực vật khác nhau, quang hợp giống nhau ở pha sáng, khác nhau ở pha tối theo 3 con

đường: chu trình C3, chu trình C4, chu trình CAM (tên gọi dựa vào sản phẩm đầu tiên được tạo ra)

* Pha tối: Xảy ra trong chất nền Strôma của lục lạp Diễn ra cả khi có ánh sáng và trong tối, cần CO2,

ATP và NADPH Có 3 cơ chế cố định CO2 trong pha tối theo Chu trình Canvil gồm:

- Giai đoạn Cacboxyl hóa: RiDP( hợp chất 5C ) kết hợp với CO2 → hợp chất 6C không bền, nhanh chóng

bị bẻ gãy → 2 APG ( hợp chất 3C – sản phẩm đầu tiên)

- Giai đoạn khử: biến đổi quang năng → hóa năng APG bị khử bởi NADPH2 với sự tham gia của enzim

và ATP → AlPG

ATP và NADPH ( sản phẩm của pha sáng) biến 6APG thành 6AlPG:

ATP gắn vào APG 1 nhóm  → ADP :  - C – C – C – 

NADPH gắn H vào - C – C – C –  tách 1 nhóm  → NADP+

- Giai đoạn tái sinh chất nhận CO 2 và tạo đường 6C: Các phân tử AlPG kết hợp với điôxy axeton

photphat tạo thành fructozơ – 6photphat → 1 phần tạo sản phẩm Gluxit, phần còn lại tái sinh chất nhận

- Sản phẩm pha tối đầu tiên là một chất hữu cơ 3C

trong phản ứng (Axit photphoglixêric: APG)

Không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng Kết hợp các p/tử khí CO2 → Glucozơ ; chuyển các nguyên tử hiđrô từ NADPH và sử dụng ATP

* Chu trình C 4 và nhóm TV C 4 :

- Chất nhận trong chu trình C4 là PEP, sản phẩm

đầu tiên là axit ôxalôaxêtic và axit malic

- Quá trình cố định CO2: 2 giai đoạn:

+ giai đoạn 1: Lấy CO xảy ra ở tế bào nhu mô thịt lá

*

* Chu trình CAM và nhóm TV CAM:

- Điều kiện khô hạn kéo dài

- Quá trình cố định CO2 vào ban đêm khi khí khổng mở, còn giai đoạn tái cố định CO2 theo chu trình Canvin được thực hiện vào ban ngày, lúc khí khổng đóng Sản phẩm quang hợp đầu tiên là AOA

2- Loài đặc trưng Rất nhiều loài, phân bố

khắp nơi trên Trái đất:

Cây họ Đậu, củ cải, thuốc lá, lúa,…

Mía, ngô, lúa mì, rau giềnm,…

Xương rồng, cây thuốc bỏng,…

3- Cấu tạo lá - Có một loại lục lạp ở

tế bào mô giậu, tb mô

xốp

- Lá bình thường

- Có hai loại lục lạp ở tế bào mô giậu và tế bào bao

8- Sản phẩm đầu tiên Hợp chất APG (3C) Axit malic (4C) Axit malic (4C)

9- Độ mở khí khổng Lớn, ban ngày Bé, ban ngày Bé, hay mở vào ban

đêm 10- Cường độ quang

hợp

(mg CO2/dm2/ giờ)

10 - 30 mg CO2/dm2/ giờ

hợp

13- Nhu cầu nước Cao Thấp, bằng 1/2 thực vật C3 Thấp

14- Điều kiện môi

trường

ánh sáng, nhiệt độ, nồng

độ CO2 và O2 bình thường

ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO2 thấp và O2 cao

ánh sáng và nhiệt độ

cao

16- Năng suất sinh

học

Trung bình Cao gấp đôi thực vật C3 Thấp

* Phân biệt các điểm thích nghi của 3 con đường pha tối của QH:

- Chu trình C 4 có hiệu quả > chu trình C 3 :

+ TV quang hợp theo C4 hầu như không có hô hấp sáng

+ Nhu cầu về nước, CO2 của thực vật C4 thấp hơn C3

+ Cường độ quang hợp C4 tăng theo cường độ ánh sáng và đạt giá trị cực đại ở cường độ ánh sáng toàn phần, còn quang hợp theo C3 tăng đến điểm no ánh sáng, sau đó giảm xuống

+ thực vật C4 thích ứng được ở điều kiện nhiệt độ cao hơn

+ TV C4 có tế bào bao quanh bó mạch phát triển, lục lạp lớn và có nhiều hạt tinh bột hơn C3 + Trong lượng CO2 môi trường thấp → có thể dự trữ CO2 trong giai đoạn đồng hóa CO2 sơ cấp

- Chu trình CAM : Thích nghi với đk khô hạn kéo dài, dự trữ CO2 trong đk ngày chiếu sáng mạnh, khí

khổng đóng

III ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC NHÂN TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANG HỢP

Tên nhân

tố

1- CO 2 Nguồn cung cấp cacbon cho

quang hợp

- Điểm bù CO2: nồng độ CO2 khi QH = Hô hấp

- Điểm bão hòa CO2: nồng độ CO2 để QH đạt cao

4- Nước Là nguyên liệu cơ bản của QH :

cung cấp H+, O2, và electron trong pha tối

- Thoát hơi nước : khí khổng mở tạo điều kiện cho CO2 xâm nhập, điều hòa nhiệt độ

- Nước tham gia vào tốc độ vận chuyển sản phẩm

- Ni tơ : có mặt trong diệp lục

- Phốt pho : có mặt trong thành phần ATP, NADPH

- Vi lượng Fe, Cu trong enzim

- Mn xúc tác quang phân li nước

IV QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG:

1 Quang hợp quyết định năng suất cây trồng

- Người ta đã chứng minh được rằng: Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng

- Phân tích thành phần hoá học trong sản phẩm thu hoạch của cây trồng ta sẽ có các số liệu sau: C: 45%, O: 42 – 45%, H: 6,5% chất khô

+ Tổng ba nguyên tố này chiếm 90 – 95% khối lượng chất khô

+ Phần còn lại: 5 – 10% là các nguyên tố khoáng

- Quang hợp quyết định 90 – 95% năng suất cây trồng: 90 -95% sản phẩm quang hợp của cây lấy từ CO2

và H2O thông qua hoạt động quang hợp

- Năng suất cây trồng được chia thành năng suất sinh học và năng suất kinh tế

+ NS sinh học: Là tổng lượng chất khô tích luỹ được trong một ngày trên 1 ha gieo trồng trong suốt thời gian sinh trưởng

+ Năng suất kinh tế: là một phần của năng suất sinh học đƣợc tích luỹ trong các cơ quan (hạt, củ, quả, lá, ) chứa các sản phẩm có giá trị kinh tế đối với con người

- Timiriazep – Nhà Sinh lí học thực vật người Nga, đã viết: “Bằng cách điều khiển chức năng quang hợp,

con người có thể khai thác cây xanh vô hạn”

- Đêvit – Nhà Sinh lí học thực vật Hà Lan, cũng đã tính rằng: nếu chỉ sử dụng 5% năng lượng ánh sáng,

cây trồng đã có thể cho năng suất gấp 4 – 5 lần năng suất cao nhất hiện nay

Như vậy, trồng trọt đúng là một hệ thống sử dụng chức năng cơ bản của cây xanh – chức năng quang hợp

và tất cả các biện pháp kỹ thuật của hệ thống trồng trọt đều nhằm mục đích sao cho mọi hoạt động của bộ máy quang hợp có hiệu quả nhất

Có thể nói: Trồng trọt chính là ngành khẳng định năng lượng mặt trời

Trang 14

2 Biện pháp nâng cao năng suất cây trồng:

- Tăng khả năng QH: bằng chọn giống tốt, lai tạo giống có năng suất cao, tính chịu đựng cao, chất lượng

cao

- Nâng cao hệ số hiệu quả quang hợp, hệ số kinh tế bằng chọn giống và các biện pháp kỹ thuật trồng

trọt

- Điều khiển sinh trưởng của diện tích lá bằng biện pháp kỹ thuật tưới nước, bón phân, bố trí mật độ cây

trồng hợp lí để lá không che khuất nhau

- Bố trí số ngày quang hợp thích hợp, thời vụ hợp lí để cây sử dụng ánh sáng tốt, sử dụng hợp lí mùa vụ

trong năm

Nước, phân khoáng, các nhân tố khác phải có tỉ lệ cân bằng để đạt năng suất cây trồng cao

PHẦN 3 HÔ HẤP Ở CƠ THỂ THỰC VẬT

I- KHÁI NIỆM:

1- Định nghĩa: Hô hấp là một quá trình oxi hóa sinh học (có xúc tác enzim) các chất hữu cơ dự

trữ năng lượng (gluxit, lipit, protein) hoặc các chất sống khác thành sản phẩm cuối cùng là CO2,

H2O và năng lượng (ATP)

Phương trình tổng quát: C6H12O6 + 6O2 + 6 H2O → 6CO2 + 12 H2O + 38 ATP + nhiệt

2- Vai trò của hô hấp:

- Là quá trình sinh lý trung tâm của cây xanh có vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng

- Giải phóng năng lượng hóa học dưới dạng ATP được sử dụng cho các hoạt động sinh lí ở cây: sinh trưởng, phát triẻn, trao đổi chất,

- Tạo ra các sản phẩm trung gian để tổng hợp các hợp chất hữu cơ cần thiết cho TB và cơ thể (gluxit, lipit, protein, và các hopwj chất khác nhau trong thực vật) để cấu tạo nên các bào quan và các thành phần của các

cơ quan trong cơ thể

II- CƠ QUAN VÀ BÀO QUAN HÔ HẤP

1- Cơ quan hô hấp: xảy ra ở tất cả các cơ quan của cơ thể, xảy ra mạnh ở các cơ quan đang sinh trưởng, sinh sản và ở rễ

2- Ty thể – bào quan thực hiện chức năng hô hấp :

Ty thể gọi là tấm hình răng lược (crista) Trên màng chứa enim hô hấp

- Bao bọc, bảo vệ cấu trúc bên trong và đảm bảo tính thấm của Ty thể

- Tăng diện tích bề mặt, tăng

số lượng enzim hô hấp → tăng chuyển hóa vật chất, tổng hợp ATP

Chất nền Chứa:

- Enzim hô hấp

- Axit nucleic và Riboxom

- Xúc tác các phản ứng sinh hóa trong chuỗi hô hấp

- Có khả năng tự tổng hợp Protein cho ty thể

III CƠ CHẾ HÔ HẤP: 4 giai đoạn

1- Quá trình đường phân: bao gồm 10 phản ứng phân giải diễn ra theo một trình tự xác định và được các hệ enzym tương ứng xúc tác, giai đoạn này không cần O2, chia thành 4 giai đoạn:

- Hoạt hóa phân tử đường

- Phân cắt đường 6C thành 2 đường 3C

- Oxy hĩa Al-3-PG thành Al-2-PG

- Chuyển hĩa Al-2-PG thành axit piruvic

Kết quả: 1 phân tử đường → 2 phân tử axit piruvic + 2 ATP và 2 NAD khử NADH

2- Hoạt hĩa piruvat thành Axetyl CoenzimA:

Khi cĩ mặt của oxy, axit pyruvic → Axetyl CoA, 2 phân tử NAD bị khử tạo thành NADH

3- Chu trình Krebs: tách hidro và tách CO2 Hai vịng Krebs được hình thành diễn ra trong điều kiện hiếu khí

Chu trình Krebs cịn cĩ tên là chu trình Axit citric hay chu trình axit di- và tricacboxylic phát hiện năm

1937, là là sự kế tục trực tiếp của các quá trình đường phân trong tế bào sống, nĩ rất phổ biến trong mơ thực vật bậc cao và ở mơ động vật

Một chu trình Krebs:

- Giải phĩng 2 phân tử CO2

- Khử 3 NAD+ tạo 3 NADH

- Khử 1FAD (chất mang điện tử) tạo 1 FADH2

- Tổng hợp 1ATP

- Tái tạo lại hợp chất 4C oxaloacetate

4- Chuỗi chuyền vận chuyển điện tử (electron) hơ hấp:

- Sau giai đoạn đường phân và chu trình acid citric, năng lượng từ thức ăn được tích trữ trong NADH và

FADH2

- Cả hai chất này sẽ chuyển điện tử đến chuỗi dẫn truyền điện tử để tổng hợp ATP thơng qua sự

phosphoryl hĩa oxi hĩa

- Chuỗi dẫn truyền điện tử nằm trong các mào (cristae) của ty thể

- Phần lớn các thành phần của chuỗi là các protein, tồn tại dưới dạng phức hệ

- Các chất chuyên chở luân phiên chuyển từ trạng thái bị khử sang bị oxi hĩa khi chúng nhận và cho điện

tử

- Càng về cuối chuỗi, các điện tử càng giảm năng lượng tự do và cuối cùng chuyển đến O2 để tạo thành

H 2 O và 34 ATP trong điều kiện hiếu khí

Phương trình tổng quát của quá trình hơ hấp:

C6H12O6 + 2 NAD + 2 ADP + 2 H3PO4 ⎯→ 2 CH3-CO-COOH + 2 NADH2 + 2ATP ( đường phân )

2 CH3-CO-COOH + 6 H2O + 8 NAD + 2 FAD + 2 ADP + 2 H3PO4 ⎯→ 6 CO2 + 8 NADH2 + 2 FADH2 + 2ATP (Krebs)

Trang 16

10 NADH2 + 2 FADH2 + 34 ADP + 34 H3PO4 + 6 O2 ⎯→ 34 ATP + 10 NAD + 2 FAD + 12 H2O (chuỗi v/chuyển điện tử)

C6H12O6 + 38ADP + 38 H3PO4 + 6 H2O + 6O2 ⎯→ 6 CO2 + 12 H2O + 38 ATP

V- HƠ HẤP SÁNG ( quang hơ hấp ):

- Là quá trình hấp thụ O2 và giải phĩng CO2 ở ngồi sáng

- Chủ yếu xảy ra ở thực vật C3, trong điều kiện cường độ ánh sáng cao (CO2 cạn kiệt, O2 tích luỹ nhiều) với sự tham gia của ba bào quan: Ti thể, lục lạp, perơxixơm

- Hơ hấp sáng cĩ đặc điểm: Xảy ra đồng thời với quang hợp, khơng tạo ATP, tiêu hao rất nhiều sản

phẩm quang hợp (30 – 50%)

+ Tại ty thể: axit amin Glyxin → CO2, NH3, a.a Serin

+ Tiêu tốn O2, RiDP nhưng khơng tạo ra ATP → lãng phí ( NSSH giảm)

+ Xảy ra khi nồng độ O2 tăng hoặc cả khi nồng độ CO2 tăng

SƠ ĐỒ HƠ HẤP SÁNG Ở THỰC VẬT C 3

SO SÁNH HÔ HẤP SÁNG VÀ HÔ HẤP BÌNH THƯỜNG

1/ Giống nhau : đều là quá trình oxi hóa vật chất hữu cơ, giải phóng năng lượng và

CO2

2/ Khác nhau:

Xảy ra ở mọi tế bào Chỉ xảy ra ở tế bào thực vật C3

- Xảy ra mọi lúc

- Bắt đầu từ tế bào chất → ty thể

- Xảy ra khi có ánh sáng

- Bắt đầu ở lục lạp → perôxixôm → ty thể Hàm lượng O2 thuận lợi 20% , lượng O2 quá

cao hay quá thấp làm giảm cường độ hô

hấp

Cường độ hô hấp tăng dần khi hàm lượng

O2 tăng từ 0 → 100%

Phân giải chất hữu cơ, giải phóng NL tiềm

tàng trong các liên kết hóa học thành năng

lượng dễ sử dụng ATP cung cấp cho mọi hoạt

động sống

Sử dụng các sản phẩm đầu của quang hợp nên làm giảm sự cố định cacbon, năng lượng giải phóng dưới dạng nhiệt, không tạo ra ATP

Cường độ hô hấp nhỏ, làm giảm cường

độ quang hợp  10%

Cường độ hô hấp lớn, làm giảm cường độ quang hợp 20 – 50%

Nhạy cảm với chất kìm hãm hô hấp ty thể (

NaN3 )

Không nhạy cảm với chất kìm hãm hô hấp

ty thể Cung cấp cơ sở vật chất và năng lượng cho

các hoạt động sống → tăng năng suất cây

trồng

Tiêu hao sản phẩm quang hợp → giảm năng suất cây trồng nhưng hình thành một số axit amin