BÀI 1. Khái quát về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật.
I. Vai trò của trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng đối với sinh vật.
- Cung cấp nguyên vật liệu cho sự hình thành chất sống, cấu tạo nên tế bào, mô, cơ quan hệ cơ quan và cơ thể.
- Cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của sinh vật như vận động, cảm ứng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản...
- Bài tiết các chất dư thừa, chất độc hại ra ngoài môi trường nhằm đảm bảo hoạt động sống bình thường của cơ thể.
II. Các dấu hiệu đặc trưng của trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật.
- Thu nhận các chất từ môi trường và vận chuyển các chất trong cơ thể
- Biến đổi các chất và chuyển hóa năng lượng
- Thải các chất ra môi trường.
- Điều hòa.
III. Các giai đoạn chuyển hóa năng lượng trong sinh giới.
 |
Hình 1.2. Sơ đồ chuyến hoá năng lượng trong sinh giới |
BÀI 2. TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ KHOÁNG Ở THỰC VẬT
I. VAI TRÒ CỦA TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ KHOÁNG Ở THỰC VẬT
1. Vai trò của nước đối với thực vật
* Vai trò của nước đối với thực vật:
- Nước tham gia vào thành phần cấu tạo của tế bào.
- Là dung môi hoà tan các chất, tham gia vào quá trình vận chuyển vật chất trong cây.
- Là nguyên liệu, môi trường của các phản ứng sinh hoá.
- Điều hòa nhiệt độ của cơ thể thực vật.
2. Khoáng và vai trò của khoáng
| Nguyên tố | Chiếm tỉ lệ | Đại diện | Vai trò chung |
|---|---|---|---|
| Đa lượng | <= 100mg/1kg chất khô TB | C, H, O, N, P, S, K, Ca, Mg → 9 | Cấu trúc nên các thành phần của tế bào. |
| Vi lượng | > 100mg/1kg chất khô TB | Fe, Mn, B, Cl, Zn, Cu, Mo, Ni → 8 | Điều tiết các quá trình sinh lí. |
3. Biểu hiện của cây khi thiếu khoáng (bảng trang 11)
- Cây sinh trưởng kém, cây yếu, dễ bị đổ ngã và nhiễm bệnh.
- Lá hóa vàng, lá nhỏ hơn bình thường, từ màu lục đậm có thể chuyển sang màu đỏ tía hoặc xanh đen. Lá ngắn, khô, héo rũ hoặc biến dạng. Lá xuất hiện các mô bị hoại tử.
- Mô phân sinh bị ức chế, thân rễ ngắn, lá mềm, chồi đỉnh không phát triển hoặc bị chết
- Quả bị héo khô và rụng.
→ chú ý:
+ Nitrogen (N),"Thành phần cấu tạo amino acid, nucleic acid, diệp lục, phytohormone, ATP, phytochrome..."→ thiếu (N)"Cây sinh trưởng kém, lá hóa vàng, rụng."
+ Magnesium (Mg),"Thành phần cấu tạo diệp lục, hoạt hóa enzyme vận chuyển phosphate."→ Thiếu Mg: "Lá ngọn bị hoại tử, lá già và xanh xám."
II. HẤP THỤ NƯỚC VÀ KHOÁNG Ở RỄ.
1. Cơ chế hấp thụ nước và khoáng ở rễ
- Hấp thụ nước: Nước được hấp thụ liên tục từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế thẩm thấu → Vận chuyển thụ động.
- Hấp thụ muối khoáng: Các ion khoáng xâm nhập vào tế bào rễ cây một cách chọn lọc theo 2 cơ chế:
+ Thụ động: Cơ chế khuếch tán từ nơi có nồng độ cao (đất) đến nơi có nồng độ thấp (TB lông hút).
+ Chủ động: Chất khoáng được vận chuyển từ đất vào rễ ngược chiều gradient nồng độ (từ nơi có nồng độ thấp (đất) đến nơi có nồng độ cao (TB lông hút)), tiêu tốn năng lượng.
2. Các con đường hấp thụ nước và khoáng từ đất vào mạch gỗ của rễ.
 |
| Hình 2.4. Các con đường di chuyển của nước và khoáng ở rễ cây |
- Dòng nước và ion khoáng đi từ lông hút vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường:
+ Con đường gian bào: Nước và khoáng di chuyển qua thành của các tế bào và các khoảng gian bào → qua tế bào chất của lớp nội bì → mạch gỗ của rễ → kg chọn lọc, nhanh.
+ Con đường tế bào chất: Từ tế bào chất của tế bào lông hút → tế bào chất của các lớp tế bào kế tiếp của vỏ thông qua cầu sinh chất → mạch gỗ của rễ → có chọn lọc và chậm hơn.
III. VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT TRONG THÂN.
| Đặc điểm | Mạch gỗ | Mạch rây |
|---|---|---|
| Cấu tạo | - Mạch gỗ gồm các tế bào chết (quản bào và mạch ống) nối kế tiếp nhau tạo thành con đường vận chuyển nước và các ion khoáng từ rễ lên lá. | - Gồm các tế bào sống là ống rây và tế bào kèm. - Có thể di chuyển theo hai hướng, từ lá xuống rễ hoặc ngược lại tuỳ thuộc vào vị trí của cơ quan nguồn so với cơ quan đích. |
| Thành phần dịch | Thành phần chủ yếu gồm: Nước, các ion khoáng ngoài ra còn có các chất hữu cơ được tổng hợp ở rễ (amino acid, hormone, alkaloid, acid hữu cơ). | Gồm: đường sucrose, ngoài ra còn có các amino acid, hormone, chất khoáng,... |
| Động lực | - Lực đẩy của áp suất rễ. - Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch gỗ: Tạo thành một dòng vận chuyển liên tục từ rễ lên lá. - Lực kéo do thoát hơi nước ở lá (động lực đầu trên). |
- Là sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan nguồn (lá) và các cơ quan chứa (rễ, thân) |
IV. THOÁT HƠI NƯỚC Ở LÁ.
Hơi nước thoát qua lá bằng 2 con đường: qua khí khổng (là chủ yếu và được điều chỉnh bằng sự đóng mở khí khổng) và qua tầng cutin (qua bề mặt lá) không được điều chỉnh
1. Thoát hơi nước qua khí khổng. → chủ yếu, được điều chỉnh
a. Cấu tạo khí khổng. → khí khổng có nhiều ở mặt dưới lá
- Hệ thống khí khổng gồm 2 tế bào hình hạt đậu quay bề lõm (thành dày vào nhau tạo lỗ khí), mỗi tế bào có cấu tạo thành ngoài mỏng, thành trong dày, bên trong chứa diệp lục và nhiều ion khoáng.
b. Cơ chế đóng mở khí khổng
+ Khi tế bào hạt đậu no nước, thành mỏng của khí khổng căng ra làm cho thành dày cong theo → khí khổng mở và thoát hơi nước mạnh.
+ Khi tế bào hạt đậu mất nước, thành mỏng hết căng, thành dày duỗi thẳng và khí khổng khép lại và thoát hơi nước yếu.
* Sự trương nước của tế bào khí khổng được điều tiết bởi hai tác nhân chính đó là ánh sáng và stress.
2. Thoát hơi nước qua bề mặt lá (lớp cutin)
- Lớp cutin càng dày thoát hơi nước càng giảm và ngược lại.
3. Vai trò thoát nước
+ Tạo lực hút kéo cho dòng mạch gỗ.
+ Khí khổng mở ra tạo điều kiện để \(CO_2\) từ môi trường khuếch tán vào lá, cung cấp nguyên liệu cho quá trình quang hợp.
+ Làm giảm nhiệt độ bề mặt của lá.
V. DINH DƯỠNG NITROGEN.
1. Vai trò của nitrogen: → thiếu N: cây sinh trưởng kém, lá hóa vàng.
- Là nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu.
- Là thành phần tham gia cấu tạo nhiều hợp chất hữu cơ (protein, nucleic acid, diệp lục, ATP....)
- Tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất trong cây.
2. Nguồn cung cấp nitrogen cho thực vật
Có 2 nguồn cung cấp nitrogen:
* Trong tự nhiên:
- Nitơ trong không khí: Ở dạng \(N_2\): Chiếm khoảng 80%, nhưng cây không thể hấp thụ được (trừ cây họ đậu, do có các VSV sống cộng sinh – ví dụ như VK Rhizobium, ở các nốt sần trên rễ cây có khả năng chuyển hóa \(N_2\) thành \(NH_3\)).
- Nitơ trong đất: Nitơ tồn tại ở 2 dạng:
+ Nitơ khoáng (nitơ vô cơ) trong các muối khoáng (Cây hấp thụ được dưới dạng \(NH_4^+\) và \(NO_3^-\))
+ Nitơ hữu cơ trong xác các sinh vật (Cây không hấp thụ được trực tiếp, phải nhờ VSV đất khoáng hoá thành \(NH_4^+\) và \(NO_3^-\))
??Cho biết thực vật có thể sử dụng trực tiếp nitrogen tự do có trong không khí hay không?
→ Không, chỉ sử dụng, hấp thụ được dưới dạng \(NH_4^
+\) và \(NO_3^-\)
?? Hiện tượng nào trong tự nhiên được con người ứng dụng để sản xuất phân đạm?
→ Ứng dụng để sản xuất phân đạm nhờ quá trình cố định đạm của vi sinh vật cố định đạm
 |
| Hình 2.9. Các nguồn cung cấp nitrogen cho cây |
3. Quá trình trao đổi nitrogen trong cây.
- Rễ cây hấp thụ nitrogen ở dạng \(NH_4^+\) (dạng khử) và \(NO_3^-\) (dạng oxi hóa) từ đất.
- Do trong các hợp chất hữu cơ trong cây, nitrogen tồn tại ở dạng khử (\(NH_4^+\)) nên nitrogen hấp thụ được vào trong cây phải chuyển thành dạng khử.
- Quá trình này gồm 2 giai đoạn nối tiếp:
+ Khử \(NO_3^-\) thành \(NH_4^+\): được thực hiện ở mô rễ và mô lá theo sơ đồ phản ứng:
\(NO_3^-\) (nitrate) \(\xrightarrow{\text{Nitrate reductase}}\) \(NO_2^-\) (nitrite) \(\xrightarrow{\text{nitrite reductase}}\) \(NH_4^+\)(ammonium)
+ Quá trình đồng hóa ammonium theo các cách:
- Ammonium kết hợp với keto acid (pyruvic, ketoglutaric, fumaric và oxaloacetic) tạo thành amino acid. Sau đó, các amino acid này có thể tham gia tổng hợp nên các amino acid khác và protein.
- Ammonium kết hợp với các amino dicarboxylic tổng hợp nên các amide. Quá trình này giúp giải độc cho tế bào khi lượng \(NH_4^+\) tích luỹ quá nhiều, đồng thời là cơ chế dự trữ ammonium cho tế bào thực vật.
*Từ các amino acid, thực vật tạo ra các protein và các hợp chất thứ cấp khác.
VI. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ DINH DƯỠNG KHOÁNG Ở THỰC VẬT.
| Nhân tố | Vai trò | Ứng dụng trong trồng trọt |
|---|---|---|
| Ánh sáng | - Ánh sáng ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước, sự đóng-mở khí khổng, quang hợp nên có ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nước và dinh dưỡng khoáng ở cây. | Cần đảm bảo mật độ gieo trồng (trồng theo hàng, tỉa cây, tỉa cành,...), chọn khu vực trồng,... nhằm cung cấp đủ ánh sáng cho cây. |
| Độ ẩm | + Khi độ ẩm trong đất tăng, sự hấp thụ nước của rễ càng mạnh. Hàm lượng nước tự do trong đất cao giúp hòa tan nhiều ion khoáng, do đó nó dễ dàng hấp thụ theo dòng nước vào rễ; nhưng nếu lượng nước trong đất tăng quá mức sẽ gây ngập úng. Ngược lại, khi độ ẩm của đất quá thấp sẽ gây khô hạn, rễ cây không hút đủ nước, sự thoát hơi nước bị giảm đi, ảnh hưởng bất lợi cho cây. + Khi độ ẩm không khí càng thấp thì cường độ thoát hơi nước càng mạnh. Nếu kết hợp độ ẩm thấp với nhiệt độ cao thì thoát hơi nước diễn ra càng mạnh có thể gây ra hạn không khí. Khi độ ẩm không khí cao thì thoát hơi nước giảm đi. |
- Hạn chế để cây bị ngập úng hoặc khô hạn bằng cách tưới tiêu hợp lí. |
| Nhiệt độ | 3. Nhiệt độ Sự hấp thụ nước và khoáng ở rễ có liên quan đến nhiệt độ môi trường đất: + Trong giới hạn nhiệt độ của cây, khi nhiệt độ thấp, độ nhớt và tính thấm chất nguyên sinh giảm → tốc độ khuếch tán các chất khoáng chậm, khi tăng nhiệt độ, sự hấp thụ các chất khoáng tăng. Nếu tăng nhiệt độ quá cao, hệ rễ bị tổn thương, tốc độ hút khoáng giảm dần, cây sẽ bị chết. + Khi nhiệt độ phù hợp → thúc đẩy hô hấp ở rễ → cung cấp năng lượng → hút khoáng chủ động. + Khi nhiệt độ tăng → thoát hơi nước diễn ra mạnh → cây không bị đốt nóng, tăng hút nước và khoáng, nếu tăng quá cao, khí khổng sẽ đóng và giảm thoát hơi nước. Khi nhiệt độ thấp, thoát hơi nước chậm → giảm động lực kéo của dòng nước trong mạch dẫn. |
Ủ ấm gốc cây bằng rơm rạ, bao tải gai,...để hạn chế ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến khả năng hút |
| Tính chất của đất | + Độ thoáng khí của đất làm tăng hàm lượng \(O_2\) trong đất giúp cho rễ hô hấp mạnh, cung cấp đủ năng lượng cần thiết cho sự hút nước và khoáng. + Nồng độ dung dịch đất phù hợp sẽ tạo thuận lợi cho sự hấp thụ nước và khoáng của rễ. Nếu nồng độ của dung dịch đất cao hơn nồng độ dịch bào thì lông hút không thể hút được nước từ đất mà còn bị mất nước vào đất → hạn sinh lý. |
Cần làm đất tơi xốp nhằm tăng độ thoáng khí cho đất, bón vôi để điều chỉnh độ pH cho đất chua phèn. |
VII. ỨNG DỤNG THỰC TIỄN CỦA TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ DINH DƯỠNG KHOÁNG
1. Tưới nước hợp lí cho cây trồng
Tưới nước hợp lí là phải dựa trên các yếu tố
- Loài cây
- Thời kì sinh trưởng
- Loại đất trồng
- Điều kiện thời tiết.
2. Bón phân hợp lí cho cây trồng
Bón phân hợp lí phải xác định và đáp ứng đúng nhu cầu của cây, dựa vào nhiều yếu tố như
- Loại phân bón
- Liều lượng
- Thành phần dinh dưỡng
- Nhu cầu của giống và loài cây
- Thời điểm cây cần và điều kiện đất đai, thời tiết, mùa vụ
1. Trong hoạt động tưới nước, để đảm bảo trạng thái cân bằng nước cho cây cần lưu ý điều gì?
→ 1. + Thời điểm tưới nước (các giai đoạn sinh trưởng của cây, thời gian trong ngày)
+ Lượng nước phải tưới (đúng nhu cầu sinh lí của cây).
+ Cách tưới.
2. Việc bón quá ít hoặc quá nhiều phân bón sẽ ảnh hưởng như thế nào đến đất và cây trồng?
→ Nếu bón phân với lượng quá ít, không đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng của cây, triệu chứng thiếu khoáng sẽ xuất hiện, cây còi cọc và chậm lớn dẫn đến giảm năng suất cây trồng.
Nếu bón phân quá nhiều sẽ dẫn đến dư thừa và gây độc cho cây. Dư thừa phân bón có thể tiêu diệt các sinh vật có lợi trong đất (vi sinh vật cố định đạm, phân giải chất hữu cơ,...), làm ô nhiễm đất và nước ngầm, tồn dư trong mô thực vật gây ảnh hưởng xấu đến sức khoẻ của người và vật nuôi khi sử dụng thực vật làm thức ăn.
3. Trong tự nhiên, ở một số cây trồng như cà rốt, khoai tây,...chất dự trữ trong củ sẽ được vận chuyển lên các cơ quan phía trên trong giai đoạn sinh trưởng, phát triển nào của cây?
→ trong giai đoạn cây ra hoa, tạo quả.
4. Giải thích tại sao trong trồng trọt, phân hữu cơ (phân chuồng, phân xanh,...) thường được sử dụng để bón lót (bón vào đất trước khi gieo trồng), trong khi các phân vô cơ (đạm, lân,...) được dùng để bón thúc?
→Khi rễ cây bị ngập úng trong thời gian dài, cây trồng có thể bị vàng rụng lá, héo và chết.
- Giải thích: Đối với cây trên cạn, khi bị ngập úng thì rễ cây thiếu ôxi do ôxi trong không khí không thể khuếch tán vào đất.
- Thiếu ôxi sẽ phá hoại tiến trình hô hấp bình thường của rễ, tích lũy các chất độc hại đối với tế bào và làm cho lông hút chết, không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút thì cây không hấp thụ được nước, cân bằng nước trong cây bị phá hủy và cây bị chết.
3. * Phân hữu cơ dùng để bón lót vì:
- Có nhiều nguyên tố dinh dưỡng đa lượng và vi lượng.
- Có thành phần và tỉ lệ chất dinh dưỡng không ổn định.
- Thời gian phân huỷ lâu, cho hiệu quả chậm.
- Không làm hại đất khi sử dụng nhiều, liên tục.
* Phân vô cơ dùng để bón thúc vì:
- Chứa ít nguyên tố dinh dưỡng nhưng tỉ lệ chất dinh dưỡng cao.
- Phần lớn dễ hoà tan nên cây trồng dễ hấp thụ và cho hiệu quả nhanh.
- Dễ làm cho đất hoá chua, chai cứng khi sử dụng nhiều.
BÀI 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
I. KHÁI QUÁT QUANG HỢP.
1. Khái niệm. Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng tổng hợp chất hữu cơ từ \(CO_2\) và nước đồng thời giải phóng \(O_2\).
2. Phương trình tổng quát.
\(6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow{\text{Ánh sáng, diệp lục}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O\)
3. Vai trò của quang hợp.
▲ Cung cấp thức ăn, năng lượng để duy trì sự sống của sinh giới.
▲ Cung cấp nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp và thuốc chữa bệnh cho con người.
▲ Điều hoà thành phần khí trong sinh quyển.
II. HỆ SẮC TỐ QUANG HỢP.
- Diệp lục gồm : diệp lục a và diệp lục b, là sắc tố chủ yếu của quang hợp:
+ Diệp lục a (P700 và P680) tham gia trực tiếp vào sự chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng của các liên kết hoá học trong ATP và NADPH.
+ Diệp lục b và các diệp lục a khác hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng ánh sáng đã hấp thụ được cho diệp lục a (P700 và P680).
- Các carôtenôit gồm:
+ Carôten và xantôphin. Là các sắc tố phụ. Carôtenôit bảo vệ bộ máy quang hợp và tế bào khỏi bị nắng cháy khi cường độ ánh sáng quá cao.
+ Chức năng: hấp thụ NLAS và truyền năng lượng đã hấp thụ được cho diệp lục b.
Sơ đồ truyền năng lượng: Carôtenôit →Diệp lục b → Diệp lục a → Diệp lục a ở trung tâm.
 |
| Hình 4.4. Quang phổ hấp thụ của hệ sắc tố ở thực vật (Nguồn: Campbell Biology, Lisa A. Urry và cộng sự, 2021) |
III. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH QUANG HỢP.
| Đặc điểm | Pha sáng | Pha tối |
|---|---|---|
| Khái niệm | Chuyển hoá năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học trong ATP và NADPH. | Chuyển hoá năng lượng hoá học trong ATP và NADPH thành năng lượng hoá học dự trữ trong hợp chất hữu cơ. |
| Nơi thực hiện | Tilacoit của lục lạp | Chất nền lục lạp |
| Nguyên liệu | \(H_2O\), \(NADP^+\), ADP và ánh sáng | ATP, NADPH và \(CO_2\) |
| Điều kiện | Cần ánh sáng | Cần nhiệt độ thích hợp |
| Sản phẩm | NADPH, ATP, \(O_2\) | Chất hữu cơ, \(H_2O\), \(NADP^+\),và ADP |
1. Pha sáng.
a. Khái niệm: Là pha chuyển hoá năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hoá học trong ATP và NADPH.
- Pha sáng diễn ra tại tilacôit chỉ khi có ánh sáng.
b. Diễn biến:
* Quá trình quang phân li nước:
+ Nơi diễn ra: Tại xoang tilicôit của lục lạp.
+ Phương trình:
\(2H_2O \xrightarrow{\text{Ánh sáng, diệp lục}} 4H^+ + 4e^- + O_2\)
+ Trong đó: e- được bù vào những điện tử đã mất của diệp lục.
- \(H^+\) tham gia phản ứng khử \(NADP^+\) thành NADPH. Pt: \(NADP^+ + H^+ \rightarrow NADPH + H^+\)
- \(O_2\) giải phóng ra môi trường.
c. Sản phẩm: ATP, \(O_2\), NADPH.
2. Pha tối.
Thực vật C3 là đa số cây trồng phổ biến (lúa, đậu, lúa mì).
Thực vật C4 sống ở vùng nhiệt đới, nóng ẩm (mía, ngô).
Thực vật CAM sống ở vùng khô hạn, mọng nước (xương rồng, dứa).
 |
| Hình 4.5. Con đường đồng hoá \(CO_2\) ở thực vật \(C_3\) |
a. THỰC VẬT \(C_3\)
- Vị trí: xảy ra trong chất nền (strôma) của lục lạp, ở tế bào mô giậu, vào ban ngày.
- Đại diện: bao gồm từ các loài tảo đến các loài cây gỗ trong rừng.
- Diễn biến: Chu trình Canvin (chu trình \(C_3\)) có thể chia thành 3 giai đoạn:
♦ Giai đoạn cố định \(CO_2\): RuBP, kết hợp với \(CO_2\), tạo ra sản phẩm đầu tiên là PGA.
♦ Giai đoạn khử : PGA bị khử thành G3P. Có sự tham gia của ATP và NADPH.
♦ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu: G3P tham gia nhiều phản ứng chuyển hoá khác nhau -> RuBP.
- Sản phẩm: Glucose, ADP, NADP
b. THỰC VẬT \(C_4\)
- Vị trí: Xảy ra ở TB mô giậu (\(C_4\))
- Chất nhận \(CO_2\) đầu tiên: PEP.
- Sản phẩm ổn định đầu tiên: Hợp chất 4C: OAA, MA.
- Tiến trình: Gồm 2 giai đoạn:
+ Chu trình \(C_4\): Xảy ra trong tế bào nhu mô.
+ Chu trình \(C_3\): xảy ra trong các tế bào bao bó mạch.
- Sản phẩm ổn định đầu tiên: Hợp chất 4C: - OAA.
 |
| Hình 4.6. Con đường đồng hoá \(CO_2\) ở thực vật \(C_4\) |
- Đại diện: Một số thực vật sống ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới, như: mía, bắp, cao lương...
c. THỰC VẬT CAM.
- Đại diện: gồm các loài mọng nước sống ở vùng hoang mạc như: xương rồng, dứa...
- Bản chất của chu trình CAM giống với chu trình \(C_4\), chỉ khác chu trình diễn ra ở tế bào mô giậu. Chu trình \(C_4\) diễn ra vào ban đêm (lúc khí khổng mở) còn giai đoạn \(C_3\) diễn ra vào ban ngày (lúc khí khổng đóng).
 |
| Hình 4.7. Con đường đồng hoá \(CO_2\) ở thực vật CAM |
• So sánh 3 nhóm TV:
| Nhóm thực vật | \(C_3\) | \(C_4\) | CAM |
|---|---|---|---|
| Chất nhận \(CO_2\) | RuBP ribulozo – 1,5 – điphotphat (Rib – 1,5 – điP) | PEP phosphoenl piruvic - PEP | PEP phosphoenl piruvic - PEP |
| Sản phẩm đầu tiên | PGA (3C) photphoglixeric acid | OAA (4C) oxaloaxetic acid | OAA (4C) |
| 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 (\(C_3\)) | Chu trình \(C_4\) và Chu trình Calvin (\(C_3\)) | Chu trình \(C_4\) và Chu trình Calvin (\(C_3\)) |
| Thời gian thực hiện | Ban ngày | Ban ngày | Ban đêm - ban ngày |
| Năng suất SH | Trung bình | Cao | Thấp |
VI. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP.
1. Ánh sáng.
♣ Khi nồng độ \(CO_2\) tăng, cường độ ánh sáng tăng thì cường độ quang hợp cũng tăng.
♣ Điểm bù ánh sáng : là điểm ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp.
♣ Điểm bão hoà ánh sáng (điểm no ánh sáng) : là điểm ánh sáng mà từ đó cường độ quang hợp không tăng thêm dù cho cường độ ánh sáng có tiếp tục tăng.
♣ Quang hợp diễn ra mạnh ở vùng tia đỏ và tia xanh tím. Tia đỏ tổng hợp cacbonhiđrat Tia xanh tím tổng hợp các axit amin.
Giải thích đồ thị
 |
| Hình 4.8. Đồ thị mô tả ảnh hưởng của ánh sáng đến quang hợp ở thực vật ưa sáng và ưa bóng (Chú thích: A: Điểm bù ánh sáng và B: Điểm bão hoà ánh sáng của thực vật ưa sáng) (Nguồn: Plant Physiology and Development, Lincoln Taiz và cộng sự, 2015) |
- 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.
2. Nồng độ \(CO_2\)
- Khi nồng độ \(CO_2\) < điểm bão hoà \(CO_2\): nồng độ \(CO_2\) tăng -> cường độ quang hợp tăng.
- Khi nồng độ \(CO_2\) = điểm bão hoà \(CO_2\): cường độ quang hợp đạt mức cao nhất.
- Khi nồng độ \(CO_2\) > điểm bão hoà \(CO_2\): tăng nồng độ \(CO_2\) cường độ quang hợp giảm.
- Điểm bù \(CO_2\): là điểm có nồng độ \(CO_2\) sao cho cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp.
- Điểm bão hòa \(CO_2\): là điểm có nồng độ \(CO_2\) sao cho cường độ quang hợp bằng đạt mức cao nhất.
Giải thích đồ thị → Thực vật \(C_4\) có điểm bù \(CO_2\) thấp hơn thực vật \(C_3\).
 |
| Hình 4.9. Đồ thị mô tả ảnh hưởng của nồng độ \(CO_2\) đến quang hợp ở thực vật \(C_3\) và \(C_4\) (Nguồn: Plant Physiology, Lincoln Taiz và cộng sự, 2010) |
→ Ảnh hưởng của nồng độ \(CO_2\) đến quá trình quang hợp ở thực vật \(C_3\) và \(C_4\):
- Khi tăng nồng độ \(CO_2\) thì cường độ quang hợp cũng tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng chậm cho tới khi đến giá trị bão hòa. Khi nồng độ \(CO_2\) tăng quá cao có thể làm cây chết vì ngộ độc \(CO_2\).
3. Nhiệt độ.
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong pha sáng và trong pha tối của quang hợp.
- Nhiệt độ cực tiểu hay cực đại làm ngừng quang hợp ở các loài cây khác nhau không giống nhau.
Giải thích đồ thị
→ Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình quang hợp ở thực vật \(C_3\) và \(C_4\):
- Trong điều kiện thuận lợi, khi nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp ở thực vật \(C_3\) tăng dần và đạt mức cực đại ở nhiệt độ tối ưu (khoảng 25 – 30°C); nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, cường độ quang hợp giảm.
- Các loài thực vật \(C_4\) sống ở sa mạc có cường độ quang hợp đạt cực đại ở nhiệt độ cao hơn 40°C.
 |
| Hình 4.10. Đồ thị mô tả ảnh hưởng của nhiệt độ đến quang hợp (Nguồn: Plant Physiology and Development, Lincoln Taiz và cộng sự, 2015) |
IV. Quang hợp và năng suất cây trồng
1, Trong nông nghiệp, nếu trồng cây với mật độ quá dày sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây trồng? Giải thích.
→ sẽ ảnh hưởng xấu đến quá trình quang hợp.
- Giải thích: Khi trồng ở mật độ quá dày, cây sẽ thu nhận được ít ánh sáng, nước, chất dinh dưỡng, \(CO_2\),... dẫn đến thiếu nguồn nguyên liệu và điều kiện thuận lợi cho quá trình quang hợp. Do đó, cường độ quang hợp của cây kém dẫn đến cây sẽ sinh trưởng, phát triển kém.
2, Dựa vào hiểu biết về quang hợp, hãy đề xuất một số biện pháp kĩ thuật để tăng năng suất cây trồng. Giải thích cơ sở khoa học của các biện pháp đó.-->
Một số biện pháp:
- Tăng diện tích lá (tăng diện tích tiếp nhận ánh sáng): Tăng diện tích bề mặt lá sẽ tăng diện tích hấp thụ ánh sáng → tăng cường độ quang hợp → tăng năng suất cây trồng.
- Tăng cường độ quang hợp: Biện pháp này giúp tạo điều kiện thuận lợi và tăng thời gian cho quá trình quang hợp → tăng cường độ và hiệu suất quang hợp → tăng năng suất cây trồng.
3. Dựa vào sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quang hợp, hãy giải thích tại sao "canh tác theo chiều thẳng đứng" (Hình 4.12) được xem là giải pháp tiềm năng trong tương lai để giải quyết các vấn đề về lương thực.
→- Canh tác theo chiều thẳng đứng - Loại hình canh tác này điều chỉnh, kiểm soát được các yếu tố môi trường (ánh sáng, nước, nhiệt độ, độ ẩm,...) ở mức phù hợp nhất cho quá trình quang hợp ở cây trồng, nhờ đó, vừa giúp tăng cường độ quang hợp vừa giúp hạn chế dịch bệnh, thiên tai. Do đó, cây được trồng theo mô hình này sẽ có năng suất, chất lượng cao vượt trội.
- Đồng thời, loại hình canh tác này cũng tiết kiệm diện tích đất trồng, tăng năng suất cây trồng trên một đơn vị diện tích lên gấp nhiều lần. Khi đó, công việc sản xuất lương thực có thể thực hiện ngay cả ở nơi thành thị, giúp giảm áp lực lên những mảnh đất đứng trước nguy cơ bị chuyển đổi thành đất nông nghiệp.
4. Các biện pháp kĩ thuật nào có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng:
Một số biện pháp kĩ thuật có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng: bón phân hợp lí, cung cấp đủ nước, gieo trồng đúng thời vụ, chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao, phòng trừ sâu bệnh hại,...
- Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp trên:
+ Bón phân hợp lí: giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất. Phân bón cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển đến bộ lá của cây, diện tích lá lớn sẽ nâng cao hiệu quả quang hợp.
+ Cung cấp nước đầy đủ cho cây trồng: Nước quyết định sự vận chuyển vật chất trong cây về cơ quan dự trữ, đặc biệt là khi cây bắt đầu chuyển sang giai đoạn sinh sản. Đồng thời, nước là nguyên liệu của quang hợp. Do đó, cung cấp nước đầy đủ làm tăng hiệu quả quang hợp, từ đó, làm tăng năng suất cây trồng.
+ Gieo trồng đúng thời vụ: giúp tạo điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết (nhiệt độ, cường độ ánh sáng,...) làm tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, từ đó, cho năng suất cao.
+ Chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao: Những giống cây trồng có diện tích lá lớn, cường độ quang hợp cao sẽ giúp cây trồng có tiềm năng đạt năng suất cao.
+ Phòng trừ sâu bệnh hại, tiêu diệt cỏ dại: giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, loại bỏ sự cạnh tranh dinh dưỡng, từ đó, cho năng suất cao.
5, Phân tích thành phần hóa học trong sản phẩm thu hoạch của cây trồng ta có số liệu sau: \(C\): 45%, \(O\): 42-45%, \(H\): 6,5%, phần còn lại : 5-10% là các nguyên tố khoáng. Những số liệu trên cho phép ta khẳng định điều gì ? Giải thích?
→ Quang hợp quyết định đến 90 – 95% năng suất cây trồng. Vì các chất C, O, H có nguồn gốc từ các nguyên liệu quang hợp (\(CO_2\) và \(H_2O\)).
6. Nêu các biện pháp tăng năng suất cây trồng dựa vào điều khiển quang hợp? Giải thích?
a. Tăng diện tích lá: - Tăng diện tích hấp thụ ánh sáng. Tăng cường độ và hiệu suất quang hợp → Tăng cường tổng hợp các chất hữu cơ trong cây → quang hợp tăng năng suất cây trồng.
b. Cải biến về mặt di truyền của các giống cây trồng: Tuyển chọn các giống cây có sự phân bố sản phẩm quang hợp vào các bộ phận có giá trị kinh tế (hạt, quả, củ...) với tỉ lệ cao, do đó sẽ tăng hệ số kinh tế của cây trồng. Tuyển chọn và tạo các giống cây mang các gene quy định các tính trạng tốt như cây trồng có cường độ quang tăng khả năng cố định \(CO_2\), tăng tích luỹ hợp hữu cơ,...
C. Áp dụng các công nghệ cao trong trồng trọt:
Tạo điều kiện tối ưu cho quá trình quang hợp, hạn chế các nhược điểm của phương pháp truyền thống, tiết kiệm nguyên liệu và chi phí trồng trọt.
7, Một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô, ...) có thể thực hiện quang hợp không? Giải thích.
- Một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô,...) vẫn có thể thực hiện quang hợp bình thường.
- Một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô,...) vẫn có thể thực hiện quang hợp bình thường.
- Giải thích: Ngoài sắc tố màu xanh lục (chlorophyll) chứa trong lục lạp, lá còn có sắc tố đỏ, cam, tím,... (carotenoid). Tùy vào tỉ lệ các loại sắc tố này trong lá mà chúng sẽ có các màu sắc khác nhau. Như vậy, ở các loại lá có màu đỏ hoặc tím vẫn chứa chlorophyll chỉ là hàm lượng ít hơn carotenoid. Do đó, một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô,...) vẫn có thể thực hiện quang hợp.
