Đặc Điểm của các quá trình quang hợp Ở thực vật các con Đường vận chuyển Điện tử của quang hợp các yếu tố Ảnh hưởng Đến quá trình quang hợp

Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp: 6CO2+ 12H2O -> C6 H12 O 6 + 6H2O +6O2 Hình2.1:Quá trình quang hợp ở thực vật Các phân tử glucose tạo thành trong quang hợp liên kết với nh

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Văn Thành Danh 2024608484

Lớp-khoá: Đại học công nghệ kĩ thuật hoá học 02-K19

MỤC LỤC

Contents

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH 3

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC 4

Phần I: Mở đầu 5

Phần II Đặc điểm của các quá trình quang hợp ở thực vật Các con đường vận chuyển điện tử của quang hợp Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp 6

2.1 Đặc điểm của các quá trình quang hợp ở thực vật 6

2.2 Các con đường vận chuyển điện tử trong pha sáng của quang hợp 12

2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp 14

III Kết luận 19

IV Tài liệu tham khảo 22

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1.Quá trình quang hợp ở thực vật 6Hình 2.2 Sơ đồ mô tả vai trò của lá với chức năng quang hợp 7Hình 2.3 Phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quang hợp gồm một chuỗi

vận chuyển electron

12

Hình 2.5.Sơ đồ tổng quát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp 19

BẢNG PHÂN CÔNG CÔNG VIỆC

1.Nguyễn Hồng Điệp Làm tiểu luận+ tìm nội dung2.Ngô Ngọc Đức Làm pp+ thuyết trình

3.Bùi Duy Dũng Tìm nội dung

4.Văn Thành Danh Tìm nội dung( không hoàn thành)5.Nguyễn Đình Đức Dũng Tìm nội dung

6.Chu Đức Dũng Tìm nội dung

Phần I: Mở đầu

Quang hợp là quá trình sinh học cơ bản và thiết yếu đối với sự sống trên TráiĐất, đóng vai trò then chốt trong việc duy trì cân bằng hệ sinh thái và chu trình vậtchất trong tự nhiên Ở thực vật, quá trình này không chỉ giúp tổng hợp chất hữu cơ từcác chất vô cơ đơn giản mà còn cung cấp nguồn oxy quan trọng cho hầu hết các sinhvật hiếu khí Hiểu rõ cơ chế quang hợp và các yếu tố ảnh hưởng đến nó có ý nghĩakhoa học sâu sắc, đồng thời mở ra những ứng dụng thiết thực trong nông nghiệp vàbảo vệ môi trường

Bài tiểu luận này tập trung phân tích ba khía cạnh chính:

1 Đặc điểm của các quá trình quang hợp ở thực vật: Làm rõ cơ chế hoạt động

của pha sáng và pha tối, cũng như vai trò của các sắc tố quang hợp

2 Các con đường vận chuyển điện tử: Phân tích chuỗi truyền điện tử trong

màng thylakoid và cơ chế quang phosphoryl hóa

3 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp: Đánh giá tác động của điều

kiện môi trường (ánh sáng, CO₂, nhiệt độ) và yếu tố bên trong (cấu trúc lá, hàmlượng diệp lục)

Thông qua việc hệ thống hóa các kiến thức cơ bản và cập nhật những nghiêncứu mới nhất, bài tiểu luận mong muốn cung cấp cái nhìn toàn diện về quá trìnhquang hợp, từ đó góp phần nâng cao hiệu quả ứng dụng trong thực tiễn sản xuất nôngnghiệp và giải quyết các vấn đề môi trường hiện nay

Phần II Đặc điểm của các quá trình quang hợp ở thực vật Các con đường vận chuyển điện tử của quang hợp Các

yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp.

2.1 Đặc điểm của các quá trình quang hợp ở thực vật.

Quang hợp hay còn gọi là quang tổng hợp là quá trình tổng hợp nên chất hữu cơ

từ các nguyên liệu vô cơ đơn giản là CO2 và H2O dưới điều kiện ánh sáng mặt trời đểtạo ra những hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân sinh vật cũng như làm nguồn thức ăncho các sinh vật khác trên Trái Đất Nhưng sinh vật tham gia quang hợp bao gồm thựcvật, tảo và 1 số vi khuẩn.Quang hợp xảy ra chủ yếu ở lá cây, trong bào quan lục lạp

Trong quá trình quang hợp, diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời đểtổng hợp nên cacbonhydrat và giải phóng ra oxi từ khí cacbonic và nước

Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp:

6CO2+ 12H2O -> C6 H12 O 6 + 6H2O +6O2

Hình2.1:Quá trình quang hợp ở thực vật

Các phân tử glucose tạo thành trong quang hợp liên kết với nhau hình thành nên tinh bột là chất dự trữ đặc trưng của thực vật

Trong quang hợp, trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng luôn diễn ra đồng thời:

- Nước và carbon dioxide được lấy từ môi trường ngoài để tổng hợp thành chất hữu cơ và giải phóng ra khí oxygen

- Đồng thời, trong quá trình này, năng lượng từ ánh sáng mặt trời (quang năng) được chuyển hóa thành năng lượng hóa học (hóa năng) tích lũy trong các chất hữu cơ

Quang hợp ở thực vật diễn ra chủ yếu ở lá, trong bào quan quang hợp là lục lạp

Các đặc điểm của lá cây phù hợp với chức năng quang hợp:

Hình 2.2 Sơ đồ mô tả vai trò của lá với chức năng quang hợp

Bộ phận Đặc điểm Vai trò trong quang hợp

Phiến lá Dạng bản mỏng, diện

tích bề mặt lớn

Giúp hấp thu được nhiều ánh sáng

Lục lạp Chứa diệp lục Giúp hấp thu và chuyển hóa năng lượng ánh

sángGân lá Phân bố khắp phiến

lá

Giúp vận chuyển nước, muối khoáng đến các

tế bào lá để thực hiện quá trình quang hợp đồng thời vận chuyển chất hữu cơ do quang hợp tổng hợp ra đến bộ phận khác của cây.Khí

khổng

Phân bố nhiều ở lớp biểu bì, có khả năng đóng mở

Giúp trao đổi khí: Khí khổng là nơi carbon dioxide từ bên ngoài vào trong lá để cung cấp cho quá trình quang hợp đồng thời cũng là nơikhí oxygen được tạo ra trong quang hợp đi từ trong lá ra ngoài môi trường

Quá trình quang hợp đóng vai trò quan trọng đối với sự sống của các sinh vậttrên trái đất Toàn bộ sự sống trên hành tinh đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp Các vai trò của quang hợp gồm:

- Tổng hợp chất hữu cơ: Sản phẩm của quang hợp là tạo ra nguồn chất hữu

cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, là nguyên liệu cho công nghiệp và làm ra thuộc chữa bện cho con người

- Cung cấp năng lượng: Năng lượng trong ánh sáng mặt trời được hấp thụ và chuyển hóa thành hóa năng trong các liên kết hóa học Đây là nguồn cung cấp nănglượng cho mọi hoạt động sống của các sinh vật

- Cung cấp O2: Quá trình quang hợp của cây xanh hấp thụ khí CO2 và giải phóng O2 giúp điều hoad không khí, giảm hiệu ứng nhà kính, đem lại không khí trong lành cho trái đất và cung cấp dưỡng khí cho các sinh vật khác

Ý nghĩa của quá trình quang hợp đối với thực vật

- Quang hợp mang lại nguồn năng lượng để đáp ứng nhu cầu sinh sống và tồn tại cho mọi sinh vật

- Quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học giúp cung cấp và cân bằng lượng khíOxy và cacbondioxit trong không khí

- Cung cấp nguồn thực phẩm cho con người vì chúng ta đa phần sử dụng thực vật làm thức ăn

- Mang đến nguồn nguyên liệu cho hoạt động sản xuất của con người như than đá, dàu mot, khí đốt,

- Cung cấp và phát triển các nền công nghiệp phong phú như: công nghiệp may, công nghiệp gỗ, công nghiệp giấy,

Quang hợp có ý nghĩa quan trọng với sự tồn tại của mọi sinh vật trên Trái Đất hoặc có thể hiểu mọi hoạt động sống đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp.Quang hợp có 2 giai đoạn:

- Giai đoạn quang vật lí

Diệp lục có thẻ hấp thu ánh sáng rất lớn nên khi photon ( lượng tử ánh sáng )chạm vào diệp lục thì lập tức được hấp thu rồi chuyển đến điện tử ở phân tử diệp lục Sau đó chúng ta sẽ được chuyển lên trạng thái năng lượng cao hơn nhưng vì không bền nên sẽ quay lại trạng thái ban đầu ngay lập tức và cũng năng lượng vừa được hấp thụ cũng được giải phóng

Lúc được chiếu sáng thì diệp lục giải phóng ra năng lượng dạng ánh sáng huỳnh quang hoặc nhiệt khi diệp lục tách ra khỏi tế bào Còn ở trường hợp diệp lục còn trong tế bào thì năng lượng sẽ truyền từ phân tử này đến phân tử khác trong trạng thái kích thích Sau đó sẽ qua trung tâm phản ứng rồi chuyển đến chất nhận diện rồi chuyển biến thành năng lượng cho tế bào sử dụng khi tham gia chuỗi phản ứng

- Giai đoạn quang hóa học:

Trong giai đoạn quang hóa học sẽ có 2 quá trình diễn ra là quang phosphoryl hóa vòng và quang phosphoryl hóa khôbg vòng

 Quang phosphoryl hóa vòng:( P700 - trung tâm phản ứng) Diệp lục sau khi hấp thụ ánh sáng sẽ chuyển điện tử lên trạng thái kích thích rồi tập trung ở P700 sau đó chuyển đến chất nhận diện điện tử sơ cấp Lúc này điện tử sẽ chuyển sang Feredoxin ( Fd ) → phức hợp cytochrome → qua

plastocyanin → về lại diệp lục ⇒ giải phóng ra 1 ATP Quá trình này chủ yếu ở vi khuẩn quang hợp, năng lượng của quá trình phosphoryl hóa vòng khoảng 25 Kcal / M

 Quang phosphoryl hóa không vòng: cơ chế hấp thu năng lượng của quá trình này gồm có quang phân ly nước, hệ thống quang I, hệ thống quang II Hệ thống quang I có trung tâm oharn ứng là P700, hệ thống quang II có trung tâm phản ứng là P680 Phân tử diệp lục hấp thu 2 quang tử và chuyển sang trạng thái kích thích và chuyển năng lượng hấp thu đó tạo ta ATP và

 Nguyên liệu gồm có: năng lượng ánh sáng, nước, ADP, NADP +

 Diến biến: Sắc tố quang hợp sẽ hấp thu năng lượng ánh sáng sau đó chuyển vào chuỗi chuyền electron quang hợp trải qua một loạt các phản ứng oxy hóakhử, rồi chuyển đến ADP và NADP + để tạo thành ATP và NADPH

 Sản phẩm ở pha sáng gồm: ATP, NADPH, Oxy

- Pha tối:

 Giai đoạn này là quá trình cố định CO2 vì CO2 sẽ bị khử thành cacbohidrat

 Vị trí: trong chất nền của lục nạp

 Nguyên liệu gồm có: ATP, NADPH, CO2

 Diến biến: CO2 + RiDP → hợp chất 6 C không bền → hợp chất 3 C bền vững → AlPG có 3 C → cacbohidrat

 Sản phẩm: glucozo và sản phẩm hữu cơ khác

Sự khác nhau giữa quang hợp và hô hấp:

Khái niệm Là quá trình sử dụng chất

diệp lục để hấp thụ ánh sáng Sử dụng các năng lượng này để tạo ra các chấthữu cơ

Là quá trinh oxy hóa các chất hữu cơthành khí cacbonic và nước Giảiphóng năng lượng cần thiết cho cáchoạt động sống của cây

Phương trình 6 CO2 + 12 H2O →

2.2 Các con đường vận chuyển điện tử trong pha sáng của quang hợp.

Quang hợp hoạt động như một chuỗi gồm hai bước chính, phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng và chu trình Calvin Các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học của ATP và NADPH Chu trình Calvin sau đó sử dụng các phân tử này để tạo ra carbohydrate ATP đượcsản xuất thông qua quá trình thẩm thấu hóa học, cơ chế tương tự như trong hô hấp

tế bào; do đó các phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng bao gồm chuỗi vận chuyển electron

Giống như trong không gian liên màng của ty thể trong quá trình hô hấp tế bào, sự tích tụ các ion hydro bên trong khoang thylakoid tạo ra một gradient nồng

độ Sự khuếch tán thụ động của các ion hydro từ nồng độ cao (trong khoang

thylakoid) đến nồng độ thấp (trong chất nền) được khai thác để tạo ra ATP

Hình 2.3 Phản ứng phụ thuộc vào ánh sáng của quang hợp gồm một chuỗi vận chuyển electron.

a,Chu trình không vòng (Non-cyclic Electron Flow):

-Phân tử sắc tố (pigments) và ánh sáng: Các phân tử sắc tố (chủ yếu là chlorophyll

a và b) trong hệ thống quang hấp thụ photon ánh sáng

 PSII (Photosystem II):

o Chlorophyll trong PSII (P680) bị kích thích bởi ánh sáng, chuyển điện

tử lên mức năng lượng cao

o Điện tử này được truyền đến chất nhận đầu tiên là pheophytin

-Quá trình phân giải nước (Photolysis):

 Phân tử nước (H₂O) bị phân giải thành:

o 2 điện tử (e ): bù đắp cho các điện tử mất tại PSII.⁻

o 2 proton (H ): bơm vào không gian thylakoid, tạo gradient proton.⁺

o 1 phân tử O₂: giải phóng vào môi trường

-Chuỗi truyền điện tử tại PSII:

 Điện tử di chuyển từ pheophytin qua các chất mang như plastoquinone (PQ)

và cytochrome b6f

 Năng lượng từ các điện tử này được dùng để bơm H vào không gian ⁺

thylakoid

-Hệ thống quang I (PSI):

 Điện tử từ PSII được chuyển tới PSI thông qua chất mang plastocyanin (PC)

 Tại PSI, chlorophyll P700 hấp thụ ánh sáng, điện tử lại được kích thích lên mức năng lượng cao

-Sản xuất NADPH:

 Điện tử năng lượng cao từ PSI được truyền qua ferrodoxin (Fd) và cuối cùngtới enzyme NADP reductase.⁺

 Tại đây, điện tử kết hợp với NADP và H để tạo thành NADPH.⁺ ⁺

b,Chu trình vòng (Cyclic Electron Flow):

-Hấp thụ ánh sáng tại PSI: Tương tự như trong chu trình không vòng, ánh sáng kíchthích chlorophyll P700 trong PSI

-Điện tử không chuyển đến NADP :⁺ Thay vì chuyển đến NADP reductase, các ⁺

 Điện tử từ PSI được truyền qua ferrodoxin (Fd), quay về cytochrome b6f và plastocyanin (PC).

 Quá trình này tạo năng lượng để bơm H vào không gian thylakoid, tương tự⁺như chu trình không vòng

-Tổng hợp ATP: Gradient proton trong không gian thylakoid kích hoạt enzyme ATP synthase, tổng hợp ATP từ ADP và Pi

-Vai trò gradient proton và ATP synthase:

 Gradient proton (H ): ⁺ Sự chênh lệch nồng độ proton giữa không gian

thylakoid và stroma (dịch lục lạp) là động lực thúc đẩy tổng hợp ATP

 ATP synthase: Là enzyme nằm trên màng thylakoid, sử dụng năng lượng từ gradient proton để tổng hợp ATP

So sánh chi tiết giữa hai con đường:

Tiêu chí Chu trình không vòng Chu trình vòng

Hệ quang tham gia PSII và PSI Chỉ PSI

Điện tử nguồn Phân tử nước Điện tử từ PSI

Chất nhận điện tử cuối NADP⁺ Quay lại PSI

Sản phẩm chính ATP và NADPH Chỉ ATP

2.3.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp

- Dựa vào nhu cầu ánh sáng của cây, ta có 2 nhóm thực vật: nhóm cây ưa ánh

sáng mạnh (cây ưa sáng) và nhóm cây ưa ánh sáng yếu (cây ưa bóng)

Đặc điểm Cây ưa ánh sáng mạnh Cây ưa ánh sáng yếu

Ví dụ

Cây hoa giấy, cây hoa sứ, cây bạch đàn, cây bàng, cây phượng, cây xương rồng, cây xoài,

Cây vạn niên thanh, cây sâm ngọc linh, cây trầu không, cây lá lốt, cây hoa nhài, cây gừng, cây rau diếp cá,

Phiến lá thường rộng, màu xanh sẫm

- Thí nghiệm ảnh hưởng của ánh sáng đến quang hợp của cành rong đuôi chó

Quan sát số lượng bọt khí tạo ra ở mỗi khoảng cách 10cm, 20cm, 30cm, 40cm

- Kết luận: Cường độ ánh sáng càng mạnh thì cường độ quang hợp càng mạnh, số lượng bọt khí oxygen thải ra càng nhiều.

- Trong nông nghiệp, để tăng năng suất một số loại cây trồng, người ta

thường dùng đèn chiếu sáng vào ban đêm, điều này giúp cây tăng cường độ quang hợp tạo ra nhiều chất hữu cơ và làm tăng năng suất cây trồng. 

- Trong sản xuất nông nghiệp, muốn thu năng suất cao thì không nên trồng cây với mật độ quá dày bởi vì khi đó, cây phải chia sẻ nguồn ánh sáng, nước và chất dinh dưỡng, không khí, đồng thời nhiệt độ tăng cao khiến cây quang hợp khó khăn, tổng hợp ít chất hữu cơ làm cho chất lượng nông sản giảm

- Nhiều giống cây cảnh trồng ở chậu để trong nhà vẫn xanh tốt vì đó là những loài cây ưa ánh sáng yếu, chúng không cần nhiều ánh sáng hay ánh sáng mạnh mà vẫn có thể quang hợp và sinh trưởng tốt Ví dụ như cây lưỡi hổ, cây kim tiền, các cây họ Lan,

- Nước là nguyên liệu cho quang hợp ở cây xanh

- Khi cây hấp thụ đủ nước, quang hợp diễn ra bình thường Khi cây thiếu nước, khí khổng đóng lại, lượng carbon dioxide khuếch tán vào lá cây giảm dẫn tới quanghợp giảm

- Nhu cầu nước của các loài cây là khác nhau

Ví dụ: Cây cần nhiều nước: cây cói, cây ráy,

Cây cần ít nước: cây sen đá, cây lô hội, cây lưỡi hổ,

- Nhu cầu nước của một loài cây trong các giai đoạn phát triển khác nhau cũng khác nhau.

Ví dụ: Cây mía cần tưới nước thường xuyên khi mới trồng, đến khi mía có đốt thì tưới nước ít hơn

Cây lúa cần nhiều nước khi mới cấy và làm đòng Cây lúa không cần nhiều nước khi đã chín vàng chuẩn bị thu hoạch

 Ý nghĩa thực tiễn của việc trồng và bảo vệ cây xanh

- Cây xanh có nhều lợi ích to lớn đối với tự nhiên và con người:

Hình 2.4 Vai trò của cây xanh

- Quang hợp có ý nghĩa đối với sự sống:

+ Quang hợp cung cấp chất hữu cơ và năng lượng cần thiết cho sự sống

+ Trong chuỗi thức ăn tự nhiên, các sinh vật tự dưỡng thông qua quang hợp tạo ra nguồn thức ăn cho nhiều sinh vật khác

+ Quá trình quang hợp giúp cân bằng lượng oxygen và carbon dioxide trong không khí

- Cháy rừng hay chặt phá rừng đầu nguồn gây giảm số lượng cây xanh, giảm quá trình quang hợp của cây xanh và gây ra hậu quả nghiệm trọng như:

+ Lượng khí O2 suy giảm mà lượng khí CO2 vẫn tăng lên gây hiệu ứng nhà kính. 

+ Cây xanh giúp giữ nước, mất cây xanh dễ gây hiện tượng lũ quét và sạt lở đất mùa mưa và hạn hán mùa khô.

1 Tổng kết các kết quả chính

 Đặc điểm quang hợp: Quá trình này diễn ra tại lục lạp, bao gồm hai pha chính (pha sáng và pha tối), với sự tham gia của hệ sắc tố đa dạng Phương trình tổng quát 6CO₂ + 12H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂ + 6H₂O phản ánh khả năng chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học, đồng thời giải phóng oxy

 Con đường vận chuyển điện tử:

Chuỗi không vòng (PSII → PSI) tạo ra đồng thời ATP, NADPH và O₂