Hô hấp thực vật

II.2- Bản chất hóa học của hô hấpXảy ra trên màng trong ty thể Quá trình vận chuyển điện tử trên Chuỗi vận chuyển điện tử Quá trình Photphoryl hóa oxi hóa Tạo ATP Giai đoạn 2 OXH tiếp

Nội dung

Khái niệm chung về hô hấp ở thực vật

Vai trò của hô hấp

Sự tích lũy năng lượng trong hô hấp

Các chỉ tiêu nghiên cứu hô hấp

Các nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hô hấp

Hô hấp sáng ở thực vật

Cơ quan hô hấp và bản chất hoạt động hô hấp

Click to add Title

1 Khái niệm chung về hô hấp ở thực vật

phân giải hoàn

toàn nguyên liệu

Liên quan mật thiết đến sự sống, đặc trưng cho bất kì 1 cơ quan, mô, tế bào sống nào

Click to add Title

1 Khái niệm chung về hô hấp ở thực vật

Phương trình tổng quát

C6H12O6 + 6 O2  6 CO2 + 6 H2O + 689

kcal/mol glucoz

II.1 Cơ quan hô hấp Ty thể

II Cơ quan hô hấp và bản chất hoạt động hô hấp ở

thực vật

• Trạm biến thế năng lượng

của tế bào

• Hình thái, số lượng, kích thước: khác nhau tùy loài, tùy cơ quan, từng loại tế bào

II.1 Cơ quan hô hấp

Bọc xung quanh ty thể

Màng kép cấu tạo từ màng cơ sở

Bao bọc, bảo vệ, quyết định tính thấm

Màng ngoài

II.1 Cơ quan hô hấp

C

Thực hiện QT vận

chuyển điện tử liên hợp

với p/ư phosphoryl hóa

để tổng hợp ATP

Màng cơ bản

Tạo vách ăn sâu vào không gian bên trong ty thể

Màng trong

B E

A

D

II.1 Cơ quan hô hấp

Khoang

ty thể

II.1 Cơ quan hô hấp

• Ty thể gồm những hạt lipoprotein, 65 – 70% protein, 25 – 30% lipid

• Tự tổng hợp được protein nhờ có ADN và ARN riêng.Chức năng

“Trạm biến thế

năng lượng”

Tổng hợp protein riêng

và thực hiện di truyền tế bào chất

Tổng hợp protein riêng Thực hiện di truyền tế bào chất

Giai đoạn

yếm khí Giai đoạn hiếu khí

Giai đoạn 1: tách hidro từ

Nguyên liệu hô hấp

Giai đoạn 2:

OXH tiếp tục các hợp chất

khử cao năng để tổng hợp ATP

II.2- Bản chất hóa học của hô hấp

HÔ HẤP HIẾU KHÍ

II.2- Bản chất hóa học của hô hấp

thực vật\slide 13_video đường phân\glycolysis 35.WMV

Pha yếm khí – con đường

đường phân glicolysis

Xảy ra ở tế bào chất

C 6 H 12 O 6 + 2NAD + + 2ADP + 2H 3 PO 4 

2CH 3 COCOOH + 2ATP + 2 NADH + zH +

 tổng hợp ATP

II.2- Bản chất hóa học của hô hấp

thực vật\slide 14_pha hiếu khí của hô hấp_krebs cycle\krebsCycle 50.WMV

Xảy ra ở khoang

trong ty thể

2 C 3 H 4 O 3 + 6 H 2 O + 5 O 2  6 CO 2 + 10 H 2 O

Tạo năng lượng khá lớn: tương đương 15 ATP

NH3  bón phân đạm cần tăng cường hô hấp cho cây

Tạo nhiều sản phẩm trung gian  nguyên liệu quan trọng cho tổng hợp chất hữu cơ khác cho cây

Ý NGHĨA CỦA PHA HIẾU KHÍ

II.2- Bản chất hóa học của hô hấp

Xảy ra trên màng trong ty thể

Quá trình vận chuyển điện tử trên

Chuỗi vận chuyển điện tử

Quá trình Photphoryl hóa oxi hóa

Tạo ATP

Giai đoạn 2

OXH tiếp tục các

hợp chất khử cao năng để tổng hợp ATP

Giai đoạn 2: tiếp tục OXH các hợp chất khử cao năng để

tổng hợp ATP

 Trên màng trong của ty thể có những chất làm nhiệm vụ vận

chuyển điện tử để tạo nên chuỗi truyền điện tử

 Các chất này được xếp theo chiều thế ôxi hóa khử tăng dần gọi là

“CHUỖI HÔ HẤP”

 Nhiệm vụ: hướng điện tử đi từ NADH đến O2 không khí và kìm

hãm tốc độ vận chuyển điện tử để có thể khai thác năng lượng tỏa

ra trong quá trình photphoryl hóa

thực vật\slide 19_chuỗi truyền điện tử\electron_transport 57.WMV

Giai đoạn 2: tiếp tục OXH các hợp chất khử cao năng

để tổng hợp ATP

• Khác với quá trình vận chuyển

điện tử trong quang hợp, ở đây,

điện tử được truyền thuận

chiều điện trường (từ âm đến

dương)  Quá trình tự diễn và

sinh năng lượng

• Điện tử được vận chuyển từ

NADH + H + (-0.32mV) đến O2

của không khí (+0.82mV) để tạo

nước

• Quá trình vận chuyển điện tử

và photphoryl hóa tạo ATP

Sự liên hệ giữa chuỗi vận chuyển điện tử và photphoryl hóa

Hai quá trình diễn ra song song nhưng không phải lúc nào cũng liên hợp với nhau được

Trường hợp bình

thường

-Liên kết chặt chẽ với

nhau

- Năng lượng được sản

sinh trong quá trình vận

chuyển điện tử ngay lập

tức được liên kết vào ATP

-Màng trong của ty thể bị

tổn thương

- Hai quá trình tách biệt nhau  năng lượng sản sinh dưới dạng nhiệt vô ích

 HÔ HẤP VÔ ÍCH

thực vật

\slide 22_ATP synthase\ATPs ynthase.mov

 Tổng kết năng lượng của quá trình hô hấp hiếu khí: trong đó 2 ATP hình thành ở mức

độ photphoryl hóa cơ chất 34 ATP hình

thành ở mức độ

photphoryl hóa oxi

hóa

II.2- Bản chất hóa học của hô hấp

LÊN MEN

 Điều kiện không có oxi, phân tử hexozo  hợp chất đơn giản hơn còn chứa lượng năng lượng lớn chưa được huy động thông qua quá trình lên men.

 Hiệu quả năng lượng thấp

 Lên men rượu ở:

+ mầm đậu Hà Lan, lúa, đại mạch vào những ngày đầu sau nảy mầm.

+ rễ cà rốt trong giai đoạn đầu của sự yếm khí

 Lên men lactic ở:

+ khoai tây giữ ở khí quyển nitơ

II.2- Bản chất hóa học của hô hấp

Glucozo + 2 ADP + 2 Pi

2 etanol + 2 CO 2 + 2 ATP

2 lactat + 2 ATP

Sự tích lũy năng lượng trong quá trình hô hấp

1 Vai trò của photpho trong sự trao đổi năng

lượng sinh học ATP

2 Quá trình photphorin hóa oxi hóa

a Photphorin hóa trên mức độ nguyên liệu

b Photphorin hóa trên mức độ enzym

Sự tích lũy năng lượng trong quá trình hô hấp

1 Vai trò của photpho trong sự trao đổi năng

lượng sinh học ATP

2 Quá trình photphorin hóa oxi hóa

a Photphorin hóa trên mức độ nguyên liệu

b Photphorin hóa trên mức độ enzym

Vai trò của photpho trong sự trao đổi năng lượng

sinh học ATP

Trong tế bào sống xảy ra 2 quá trình đối lập nhau

Sự thủy phân các hợp

chất chứa photpho

Sự liên kết axit photphoric trong quá trình hô hấp

 Hàm lượng axit photphoric trong tế bào sống là kết quả của sự cân bằng động giữa

sự phân giải và sự tái tổng hợp nó

 Sự hấp thụ oxi trong hô hấp xảy ra đồng thời với sự hấp thụ photpho vô cơ tương

ứng và hai quá trình ở trong một mối tương quan hòan toàn xác định

 Photpho vô cơ được hấp thụ trong tế bào sống được liên kết dưới dạng ATP

Sự tổng hợp các chất giàu năng lượng có chứa axit photphoric  phương

thức cố định năng lượng của hô hấp

Vai trò của photpho trong sự trao đổi năng lượng sinh

học ATP

 Năng lượng tập trung trong các liên kết cao năng trong phân tử ATP đạt tới 7kcal

 ATP ~ “ắc quy năng lượng”

 Những phản ứng OXH khác nhau của các nguyên liệu trong tế bào đều dẫn đến sự tổng

hợp của cùng một loại chất mang năng lượng tiêu chuẩn chung cho thế giới sống là ATP

Các qt sinh tổng hợp khác

Cơ

học

NL thẩm thấu

NL ánh sáng

Quá trình photphorin hóa oxi hóa

Trong mô, đồng thời với quá trình OXH có sự hấp thụ photpho vô cơ

Năng lượng giải

phóng ra trong

quá trình OXH

được cố định lại

trong mối liên kết

giữa photpho vô

cơ và sản phẩm

OXH

Các nhóm Photphat giàu năng lượng được chuyển đến ADP

 tạo thành ATP

Sự OXH dường như liên kết với với quá trình photphorin hóa của ADP

 Quá trình

“photphorin hóa oxi hóa”

Quá trình photphorin hóa oxi hóa

AH2 + B + ADP + P vô cơ  A + BH2 + ATP

AH2: chất cho và B: chất nhận điện tử

Phản ứng chuyển điện tử từ AH2 đến B:

nguồn NL tạo mối liên kết cao năng thứ 2 trong ATP

Photphorin hóa trên mức độ

cơ chất

Photphorin hóa trên mức độ enzym

Có 2 dạng photphorin hóa OXH

Photphorin hóa trên mức độ nguyên liệu (cơ chất)

Trên toàn bộ con đường biến đổi OXH của phân tử đường gồm: đường phân và chu trình Krebs  có 2 phản ứng OXH liên kết với photphorin

hóa trên mức độ nguyên liệu

1 Trong đường phân

Sự OXH aldehyt 3-photpho glixeric  axit 3 photphoglixeric

Photphorin hóa trên mức độ nguyên liệu (cơ chất)

Trên toàn bộ con đường biến đổi OXH của phân tử đường gồm: đường phân và chu trình Krebs  có 2 phản ứng OXH liên kết với photphorin

hóa trên mức độ nguyên liệu

2 Trong chu trình Krebs

Phản ứng khử cacboxyl OXH axit xetoglutaric  axit sucxinic

α-Photphorin hóa trên mức độ enzyme

 Là quá trình photphorin hóa xảy ra trong mạch chuyển điện tử từ

piridinnucleotit khử hoặc dehidrogenaza flavoprotein đến oxi không khí

 Khi oxi hóa NAD khử qua mạch chuyển điện tử tạo thành 3 đến 4 liên kết

cao năng của ATP, còn khi oxi hóa axit sucxinic qua enzim flavoprotein

sucxinindehidrogenaza tạo được 2 liên kết cao năng

3 CÁC CHỈ TIÊU NGHIÊN CỨU HÔ HẤP

3.1 Cường độ hô hấpXác định bằng lượng O2 cây hút vào hoặc lượng CO2 cây thải ra trên một đơn vị khối lượng trong một đơn vị thời gian.

Cường độ hô hấp giảm theo tuổi cây

Thay đổi theo từng giai đoạn phát triển

của cây

Mô già có I hh nhỏ hơn mô non 10-20 lần

Thay đổi theo từng bộ phận, cơ quan của một cây

Thay đổi theo nhiều loài khác nhau

Cường độ

hô hấp Ihh

Ý nghĩa của cường độ hô hấp

ủ hạt giống: Ihh càng cao  khả năng nảy mầm càng lớn  ngâm 3 sôi 2 lạnh,

chất độc do yếm khí tạo nên

Đánh giá biện pháp thích hợp trong bảo quản hạt giống:

giảm Ihh đến tối thiểu  giảm tiêu hao chất hữu cơ  phơi khô kiệt để giảm nhiệt, bảo

RQ =1  nguyên liệu hô hấp là glucid và

OXH triệt để (hô hấp háo khí)

C

RQ <1  nguyên liệu hô hấp là các acid amin,

acid béo và protein, lipid OXH triệt để

D

RQ > 1  nguyên liệu hô hấp là các acid hữu cơ và

OXH triệt để

Sự biến đổi của RQ

Ý nghĩa của hệ số hô hấp

cường độ hô hấp: RQ càng nhỏ  càng phải làm đất kĩ hơn do cần nhiều O2 hơn

Biện pháp bảo quản thích hợp:

RQ càng nhỏ càng cần nhiều oxi hơn  bảo quản trong điều kiện kín hơn để ngăn oxi tiếp xúc với nguyên liệu hô hấp

Các nhân tố ảnh hưởng đến qúa

trình hô hấp

Cường độ hô hấp là một chỉ tiêu quan trọng để biểu thị khả năng hô hấp của thực vật đồng thời nó rất nhạy cảm với tácđộng của điều kiện ngoại cảnh chỉ tiêu đánh giá ảnh

hưởng của các nhân tố đến quá trình hô hấp.

 Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp khoảng 35oC tuy nhiên chỉ nên duy trì ngắn hạn vì duy trì lâu cây sẽ bị suy kiệt do tổn thương.

 Nhiệt độ tối thiểu phụ thuộc vào loài và vùng sinh thái: vùng

nhiệt đới không dưới 10oC, vùng hàn đới không dưới 0oC thông

lá nhọn: -25oC

 Nhiệt độ tối đa mà hô hấp còn diễn ra được: 45-50oC

Hô hấp và độ ẩm của mô

Ảnh hưởng của hàm lượng nước trong mô lên hô hấp phụ

thuộc vào đặc điểm sinh thái của mô

Có thể chia làm 2 loại mô để xem cét ảnh hưởng của hàm

lượng nước đến hô hấp là các loại hạt và mô tươi sống.

Ảnh hưởng của độ ẩm lên hô hấp hạt

Hàm lượng nước trong mô giảm thì hô hấp giảm và ngược lại

Ví dụ: hạt lúa mì độ ẩm là 12% có cường độ hô hấp là 1,5mg

CO2/kg hạt.h, khi độ ẩm tăng tới 30-35% hô hấp tăng hàng

nghìn lần

Độ ẩm thấp nước ở dạng liên kết, không tham gia phản ứng nên hô hấp giảm

Độ ẩm mà ở đó xuất hiện nước tự do và hô hấp tăng mạnh gọi

là độ ẩm tới hạn Đối với đại bộ phân các cây họ lúa độ ẩm tới hạn là 14,5-15,5%, họ dầu: 8-9%

Hô hấp và độ ẩm của mô

Với các loại mô tươi sống, ảnh hưởng của hô hấp đến độ ẩm phức tạp hơn

Độ ẩm bão hòa hay gần bão hòa cường độ hô hấp nhỏ nhấtKhi mới bị mất nước cường độ hô hấp tăng nhưng khi mất nước quá nhiều hô hấp lại giảm xuống

Hô hấp và thành phần khí

Ảnh hưởng của O2: Hàm lượng oxi tối ưu cho hô hấp khoảng 20%, khi hàm lượng O2 giảm xuống dưới 5% hô hấp hướng về yếm khí và đường phân chiếm ưu thế

Ảnh hưởng của CO2: theo quy luật chung khi tăng hàm lượng

CO2, hô hấp giảm

Hô hấp và dinh dưỡng khoáng

Các nguyên tố khoáng ảnh hưởng đến hô hấp phức tạp có thể trực tiếp hay gián tiếp, tác động riêng rẽ hay tổng hợp

Một số nguyên tố khoáng tham gia hình thành cơ quan hô hấp: P,S…

Nhiều nguyên tố tham gia cấu tạo hệ enzyme hô hấp: Fe, P, S…

Hô hấp sáng là quá trình hô hấp xảy ra ở ngoài sáng.

Hô hấp sáng xảy ra ở thực vật C3 với sự tham gia của 3 bào quan: lục lạp, Peroxixom và ti thể

Nguyên liệu của hô hấp sang là axit glicolic

Enzyme RUBISCO có 2 chức năng: cacboxi hóa RiDP và oxi hóa RiDP phụ thuộc vào nồng độ CO2 Ở thực vật C4 không có

hô hấp sáng do tỷ số CO2/O2 trong tế bào bao bó mạch cao và bất kỳ sự thải O2 nào từ tế bào bao bó mạch đều được đồng hóa bởi PEP cacboxilase

Hô hấp sáng không tạo ra năng lượng ATP, nhưng lại tiêu tốn

30 – 50% sản phẩm quang hợp

Cường độ hô hấp sáng lớn hơn hô hấp tối, không nhạy cảm với các chất kìm hãm hô hấp tối và phụ thuộc nhiều vào oxi và ánh sáng

Hô hấp sáng ở thực vật

RiDP APG(C

3)

Vai trò của hô hấp

Hô hấp là khâu trung tâm của quá trình trao đổi chất trong tế bào thực vật Trong mức độ nào đố hô hấp là một quá trình đồng hóa, một quá trình tạo nên những sản phẩm khác nhau cần thiết cho việc sinh tổng hợp những thành phần quan trọng nhất của sinh chất.

Nguồn năng lượng cho cây: Tạo ra ATP là đồng tiền năng lượng tham gia vào quá trình sinh tổng hợp của cơ thể.

Mối liên hệ giữa hô hấp và các quá trình sống khác

Hô hấp và quang hợp

Hô hấp và quang hợp là hai chức năng sinh lý quan trọng quyết định quá trình trao đổi chất và năng lượng trong cây Mối quan hệ giữa hai quá trình này quyết định năng suất cây trồng.

Quan hệ đối

Hai quá trình này diễn ra trong cây gần như theo

chiều hướng trái ngược nhau !

QUANG HỢP

Hấp thu CO2, thải O2

Tổng hợp chất hữu cơ và

tích lũy năng lượng

Chuỗi vẫn chuyển điện tử

đi ngược chiều điện trường (

từ dương đến âm) nên

không tự diễn ra mà phải

được cung cấp năng lượng

của ánh sáng do diệp lục

hấp thu.

HÔ HẤP

Hấp thu O2, thải CO2

Phân giải chất hữu cơ và

giải phóng năng lượng do chính quang hợp đã tích lũy

Con đường đi của điện tử

trong hô hấp theo thuận chiều điện trường ( từ âm đến dương) nên nó tự diễn

ra mà không cần cung cấp năng lượng.

Quan hệ đồng nhất:

Sản phẩm trung gian giống nhau: các đường 3 cacbon

(APG,ALPG…), 6 cacbon (glucozophotphat,

fructozophophat…)…

Các enzym giống nhau, đều tạo ra các chất khử cao năng:

Cả hai quá trình đều tiến hành photphoryl hóa để tổng

hợp nên ATP từ ADP và P vô cơ Tuy nhiên , về nguồn gốc năng lượng thì khác nhau: hoặc là từ ánh sáng trong quang hợp hay từ liên kết hóa học của các hợp chất hữu

cơ trong hô hấp.

Điều chỉnh mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp trong quần thể cây trồng:

Để một quần thể có năng suất cao thì một mặt cần nâng cao hoạt động quang hợp tạo ra chất hữu cơ, mặt khác cần giảm hô hấp vô hiệu xuống mức tối thiểu

Tránh tình trạng diện tích lá của quần thể quá cao (lốp,

cấy dày ), tầng lá trên che tầng lá dưới, chất hữu cơ được tạo ra ở tầng lá trên chỉ dùng để nuôi tầng lá dưới và toàn cây, chất hữu cơ không được tích lũy và lâu ngày cây sẽ chết. điều chỉnh diện tích là đạt mức độ tối ưu, quần thể

có tích lũy cao nhất.

Hô hấp và sự hấp thu nước và chất

dinh dưỡng ở cây

1.Hô hấp và sự hút nước

 Hô hấp cung cấp năng lượng cho sự hấp thu

nước và vận chuyển nước đi lên các bộ phận trên mặt đất.Vì vậy, nếu hô hấp của rễ bị ức chế thì sự xâm nhập nước vào rễ bị chậm và

có thể bị dừng.

 Do thiếu oxy mà rễ cây hô hấp yếm khi, không

đủ năng lượng cho hút nước, cây bị héo.

 Hô hấp của rễ giảm, thiếu năng lượng cho hút

nước dẫn đến hạn chế sinh lý.

Hô hấp và sự hấp thu nước và chất

dinh dưỡng ở cây

2 Hô hấp và hút khoáng

- Hô hấp của rễ là rất cần thiết cho quá trình xâm nhập chất khoáng chủ động Nếu hô hấp của rễ bị giảm và ngừng thì hút khoáng cũng ngừng  bón phân, sục bùn…

- Hô hấp tạo các nguyên liệu cho sự trao đổi các ion khoáng giữa rễ cây và keo đất Hô hấp của rễ tạo ra CO2, tác dụng với H2O để tạo ra H2CO3 rồi phân ly:

Hô hấp và sự hấp thu nước và chất

dinh dưỡng ở cây

Hô hấp tạo ra chất nhận để kết hợp với ion khoáng rồi đưa vào trong cây Quá trình hô hấp tạo ra nhiều các xetoaxit, kết hợp với NH3 để tạo các axit amin trong rễ  là chất nhận oxi cho cây

Photpho muốn được đồng hóa thì trước hết phải kết hợp với ADP để tạo ATP, sau đó P đi vào các hợp chất khác nhau trong quá trình TĐC của cây  Quá trình photphoryl hóa trong hô hấp là điều kiện cần thiết cho việc đồng hóa P