Quang Hợp Ở Thực Vật
Khái quát quang hợp · Hệ sắc tố · Pha sáng – Pha tối · C₃, C₄, CAM · Yếu tố ngoại cảnh · Năng suất cây trồng
▸ Phương trình tổng quát
Quang hợp diễn ra chủ yếu ở lá cây, trong bào quan lục lạp. Đây là quá trình chuyển hoá quang năng (ánh sáng) thành hoá năng tích luỹ trong các hợp chất hữu cơ.
▸ 4 vai trò của quang hợp
| Vai trò | Chi tiết |
|---|---|
| ① Cung cấp chất hữu cơ | Tạo nguồn chất hữu cơ đa dạng cho hầu hết sinh vật trên Trái Đất |
| ② Cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu | Nguyên liệu cho công nghiệp, xây dựng, y dược. Năng lượng từ sản phẩm quang hợp (than đá, củi, dầu hoả…) chiếm 90% tổng năng lượng con người sử dụng |
| ③ Cung cấp năng lượng | Cung cấp nguồn năng lượng lớn duy trì hoạt động sinh giới |
| ④ Điều hoà khí quyển | $O_2$ tạo ra giúp cân bằng tỉ lệ $O_2$/$CO_2$ trong khí quyển |
Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh phân bố trên màng thylakoid, gồm 2 nhóm chính:
Hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh tím.
Có ~10 loại, trong đó diệp lục a là sắc tố chủ đạo — thiếu nó cây KHÔNG quang hợp được.
Gồm xanthophyll (có oxygen) và carotene (không có oxygen).
β-carotene là tiền chất của vitamin A.
▸ Cơ chế hoạt động của hệ sắc tố
Quang hợp diễn ra tại lục lạp theo 2 pha: pha sáng và pha tối.
▸ Pha sáng
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Nơi diễn ra | Màng thylakoid (trong lục lạp) |
| Điều kiện | Cần ánh sáng |
| Nguyên liệu | $H_2O$, $NADP^+$, ADP + Pi, năng lượng ánh sáng |
| Sản phẩm | $O_2$, ATP, NADPH |
Quang phân li nước:
▸ Pha tối (pha đồng hoá $CO_2$)
| Đặc điểm | Nội dung |
|---|---|
| Nơi diễn ra | Chất nền (stroma) của lục lạp |
| Điều kiện | KHÔNG cần ánh sáng trực tiếp, nhưng cần sản phẩm pha sáng (ATP, NADPH) |
| Nguyên liệu | $CO_2$, ATP, NADPH |
| Sản phẩm | G3P → Glucose và các hợp chất hữu cơ khác |
Tuỳ nhóm thực vật, pha tối sẽ theo các con đường khác nhau:
▸ Thực vật C₃ (Chu trình Calvin)
Phân bố ở vùng ôn đới và cận nhiệt đới: lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu…
3 giai đoạn của chu trình Calvin:
- Cố định $CO_2$: RuBP (5C) + $CO_2$ → 3-PGA (3C).
- Khử: 3-PGA → G3P (nhờ ATP, NADPH từ pha sáng).
- Tái tạo: Một phần G3P → glucose; phần còn lại → tái tạo RuBP.
→ Gọi là C₃ vì sản phẩm đầu tiên (3-PGA) là hợp chất có 3 carbon.
▸ Thực vật C₄ (Con đường C₄)
Phân bố ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới: mía, ngô, rau dền, kê, cao lương, cỏ gấu…
→ Gọi là C₄ vì sản phẩm đầu tiên (OAA) là hợp chất có 4 carbon.
▸ Thực vật CAM (Con đường CAM)
Sống ở sa mạc hoặc nơi khô hạn: dứa, xương rồng, thuốc bỏng…
$CO_2$ vào → cố định thành acid malic → dự trữ trong không bào.
Acid malic phân giải → $CO_2$ → đi vào chu trình Calvin.
▸ Bảng so sánh 3 nhóm thực vật
| Tiêu chí | C₃ | C₄ | CAM |
|---|---|---|---|
| Chất nhận $CO_2$ | RuBP (5C) | PEP (3C) | PEP (3C) |
| SP đầu tiên | 3-PGA (3C) | OAA (4C) | OAA (4C) |
| Thời gian cố định | Ban ngày | Ban ngày | Ban đêm |
| Năng suất | TB | Cao | Thấp |
| Ví dụ | Lúa, đậu | Mía, ngô | Xương rồng, dứa |
▸ Đặc điểm thích nghi của C₄ và CAM
- Có thêm chu trình sơ bộ cố định $CO_2$ → đảm bảo nguồn $CO_2$ cho quang hợp.
- Enzyme PEP-carboxylase có ái lực cao với $CO_2$ → cố định nhanh ở nồng độ thấp (rất có lợi khi nóng, hạn, khí khổng đóng một phần).
- C₄ tích luỹ $CO_2$ trong không gian rộng (nhu mô thịt lá) → cho năng suất cao nhất.
▸ Vai trò của G3P
G3P (3C) là sản phẩm quang hợp chung ở cả C₃, C₄ và CAM. Là nguyên liệu tổng hợp:
- G3P → Glucose → Carbohydrate (tinh bột, cellulose…).
- G3P → Amino acid → Protein.
- G3P → Acid béo → Lipid.
▸ ① Ánh sáng
Cường độ ánh sáng có 2 chỉ tiêu quan trọng:
| Khái niệm | Định nghĩa |
|---|---|
| Điểm bù ánh sáng (I₀) | Cường độ ánh sáng mà tại đó CĐ quang hợp = CĐ hô hấp. Cây ưa bóng có I₀ thấp hơn cây ưa sáng |
| Điểm bão hoà ánh sáng (Iₘ) | Cường độ ánh sáng mà ở đó CĐ quang hợp đạt cao nhất. Tăng thêm CĐ ánh sáng, CĐ quang hợp không tăng |
Thành phần ánh sáng (6 tia trong ánh sáng khả kiến: tím, xanh, lục, vàng, da cam, đỏ):
| Loại tia | Quang hợp | Sản phẩm |
|---|---|---|
| Đỏ | Mạnh nhất | Thúc đẩy tổng hợp carbohydrate |
| Xanh tím | Diễn ra tốt | Kích thích tổng hợp amino acid, protein |
| Lục | Ít ảnh hưởng (bị phản xạ) | — |
▸ ② Khí $CO_2$
Trong giới hạn nhất định, $CO_2$ tăng → quang hợp tăng. Điểm bù $CO_2$: nồng độ tối thiểu để quang hợp = hô hấp. Điểm bão hoà $CO_2$: ~0,06 – 0,1%.
▸ ③ Nhiệt độ
Nhiệt độ tăng → CĐ quang hợp tăng nhanh → đạt cực đại ở nhiệt độ tối ưu → sau đó giảm.
| Nhóm cây | Bắt đầu QH | Tối ưu |
|---|---|---|
| Cây nhiệt đới | 5 – 7°C | 25 – 30°C |
| Cây ôn đới, lạnh | (–15) đến (–5)°C | 8 – 15°C |
Muốn nâng cao năng suất → cần tăng diện tích bộ lá, tăng cường độ và hiệu quả quang hợp.
▸ 5 biện pháp kỹ thuật nông học
| Biện pháp | Tác dụng |
|---|---|
| Bón phân hợp lí | Đạm phát triển bộ lá → tăng diện tích QH; kali thúc đẩy vận chuyển sản phẩm về cơ quan dự trữ |
| Cung cấp nước đủ | Nước là nguyên liệu QH. Thiếu nước → hoa không thụ tinh, hạt lép, quả rụng |
| Gieo trồng đúng vụ | Đảm bảo điều kiện nhiệt độ, ánh sáng tối ưu cho cây |
| Chọn giống tốt | Giống có diện tích lá lớn, cường độ QH và năng suất cao |
| Phòng trừ sâu bệnh | Bảo vệ bộ lá → duy trì hiệu suất quang hợp |
▸ Công nghệ đèn LED
Sử dụng đèn LED thay ánh sáng mặt trời → chủ động tạo nguồn ánh sáng có cường độ và quang phổ phù hợp với từng loại cây.
4 ưu điểm:
- Tốn ít không gian.
- Rút ngắn thời gian sinh trưởng.
- Khắc phục điều kiện bất lợi (mùa đông lạnh, ánh sáng yếu).
- Năng suất và giá trị kinh tế cao.
Áp dụng phổ biến cho rau xanh và cây nhân giống bằng nuôi cấy mô.
Để xem lý thuyết đầy đủ với sơ đồ tư duy, các sai lầm thường gặp, phương pháp giải đầy đủ các dạng bài tập:
Toàn bộ lý thuyết trọng tâm, các dạng bài tập, sơ đồ tư duy và mẹo ghi nhớ.
Sau khi nắm vững lý thuyết, các em hãy chuyển sang tab Bài Tập để luyện 27 câu bám sát SGK Kết Nối Tri Thức!
Luyện tập Bài 4 – Quang hợp ở thực vật!
27 câu: 22 trắc nghiệm · 2 đúng/sai · 3 tự luận
Tuyệt vời!
Cô Nguyễn Ngọc Châu
(Người kiểm duyệt, ra đề)
Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Sinh Học THPT
Trình độ: Cử nhân Sư phạm Sinh học, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ AT sinh học, Ngoại ngữ B1
Kinh nghiệm: 9+ năm kinh nghiệm tại Trường THPT Trần Phú