Chọn đến phần học sinh cần nhanh chóng thông qua mục lục bằng cách click đến phần đó
Câu hỏi mở đầu trang 26
Đề bài: Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu?
Lời giải:
Nguồn thức ăn và O₂ trên Trái Đất bắt nguồn từ quá trình quang hợp ở thực vật (và các sinh vật quang hợp khác):
- Thực vật tổng hợp chất hữu cơ từ $CO_2$ và $H_2O$ nhờ năng lượng ánh sáng → cung cấp thức ăn cho hầu hết các sinh vật dị dưỡng (động vật, nấm, vi khuẩn và con người).
- Quang hợp giải phóng O₂ → cung cấp cho hô hấp của hầu hết sinh vật và duy trì cân bằng O₂/$CO_2$ trong khí quyển.
I. Khái quát về quang hợp
Câu 1 trang 27
Đề bài: Nguyên liệu, năng lượng được sử dụng trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu? Sản phẩm của quang hợp là gì và chúng có vai trò như thế nào đối với sinh giới?
Lời giải:
Nguyên liệu và năng lượng:
- Nguyên liệu: $CO_2$ (từ khí quyển) và $H_2O$ (từ đất, được rễ hấp thụ).
- Năng lượng: ánh sáng mặt trời (quang năng).
Sản phẩm của quang hợp: chất hữu cơ $C_6H_{12}O_6$ (glucose) và khí O₂.
Phương trình tổng quát:
$$6CO_2 + 12H_2O \xrightarrow[\text{lục lạp}]{\text{ánh sáng}} C_6H_{12}O_6 + 6O_2 + 6H_2O$$
Vai trò của sản phẩm quang hợp đối với sinh giới:
- Cung cấp chất hữu cơ đa dạng làm thức ăn cho hầu hết sinh vật trên Trái Đất.
- Cung cấp nguyên liệu cho công nghiệp, xây dựng, y dược.
- Cung cấp nguồn năng lượng lớn (than đá, củi đun, dầu hoả,…) chiếm khoảng 90% năng lượng con người sử dụng.
- Khí O₂ tạo ra giúp duy trì cân bằng O₂/$CO_2$ trong khí quyển.
Câu 2 trang 27
Đề bài: Hệ sắc tố ở cây xanh được chia làm mấy nhóm? Cho biết vai trò của các nhóm sắc tố này trong quang hợp.
Lời giải:
Hệ sắc tố ở cây xanh được chia làm 2 nhóm chính:
1. Diệp lục (chlorophyll):
- Tạo nên màu xanh của lá và các bộ phận xanh ở cây.
- Gồm khoảng 10 loại, trong đó diệp lục a là sắc tố chủ đạo (thiếu nó cây không quang hợp được).
- Vai trò: hấp thụ ánh sáng (chủ yếu ánh sáng đỏ và xanh tím), biến đổi quang năng thành hoá năng chứa trong ATP và NADPH.
2. Carotenoid:
- Tạo nên màu vàng, đỏ, cam của lá, hoa, củ, quả (như gấc, xoài, cà rốt,…).
- Gồm 2 loại: xanthophyll (có oxygen) và carotene (không có oxygen). β–carotene là tiền chất của vitamin A.
- Vai trò: hấp thụ ánh sáng ở các bước sóng khác và truyền năng lượng đã hấp thụ cho diệp lục a ở trung tâm phản ứng.
Câu 3 trang 27
Đề bài: Một số loài thực vật có lá màu đỏ thực hiện quang hợp được không? Vì sao?
Lời giải:
Cây có lá màu đỏ vẫn thực hiện được quang hợp. Vì:
- Trong lá đỏ vẫn có chứa diệp lục (sắc tố quang hợp chủ đạo), tuy nhiên hàm lượng carotenoid (sắc tố đỏ, vàng, cam) cao hơn nên che lấp màu xanh của diệp lục → lá có màu đỏ.
- Vì vẫn có diệp lục nên cây vẫn quang hợp bình thường, nhưng cường độ có thể yếu hơn cây lá xanh do hàm lượng diệp lục thường ít hơn.
II. Quá trình quang hợp ở thực vật
Câu 1 trang 30
Đề bài: Quá trình quang hợp gồm những pha nào? Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha là gì?
Lời giải:
Quá trình quang hợp gồm 2 pha: pha sáng và pha tối.
Pha sáng (diễn ra trên màng thylakoid của lục lạp):
- Nguyên liệu: $H_2O$, $NADP^+$, ADP, $P_i$ và năng lượng ánh sáng.
- Dưới tác dụng của ánh sáng, nước bị phân li theo sơ đồ:
$$2H_2O \rightarrow 4H^+ + 4e + O_2$$
- Sản phẩm: O₂, ATP và NADPH.
Pha tối (diễn ra trong chất nền của lục lạp):
- Nguyên liệu: $CO_2$, ATP và NADPH (từ pha sáng).
- Quá trình đồng hoá $CO_2$ thành các phân tử hữu cơ.
- Sản phẩm: chất hữu cơ (glucose và các hợp chất hữu cơ khác).
Câu 2 trang 30
Đề bài: Tại sao lại gọi là thực vật $C_3$, thực vật $C_4$ và thực vật CAM? Ba nhóm thực vật này có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống như thế nào?
Lời giải:
Tên gọi dựa vào hợp chất đầu tiên được tạo ra khi cố định $CO_2$ trong pha tối:
- Thực vật $C_3$: hợp chất đầu tiên là 3-PGA (hợp chất 3 carbon) → gọi là $C_3$.
- Thực vật $C_4$: hợp chất đầu tiên là OAA (oxaloacetic acid, hợp chất 4 carbon) → gọi là $C_4$.
- Thực vật CAM: con đường cố định $CO_2$ tương tự $C_4$ nhưng có sự tách biệt về thời gian giữa cố định $CO_2$ (ban đêm) và quá trình tạo đường (ban ngày). CAM là tên viết tắt từ kiểu trao đổi chất ở các thực vật mọng nước.
Sự thích nghi với điều kiện sống:
| Nhóm | Nơi sống | Cơ chế thích nghi |
|---|---|---|
| $C_3$ | Vùng ôn đới, cận nhiệt đới (lúa, khoai, sắn, rau, đậu,…) | Cố định $CO_2$ theo chu trình Calvin ($C_3$) trong điều kiện khí hậu bình thường |
| $C_4$ | Vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới (mía, ngô, kê, cao lương, rau dền,…) | Có chu trình sơ bộ cố định $CO_2$ nhờ enzyme PEP-carboxylase có ái lực cao với $CO_2$ → cố định nhanh $CO_2$ ở nồng độ thấp; dự trữ $CO_2$ trong mô thịt lá → cho năng suất cao trong điều kiện nóng, hạn |
| CAM | Vùng sa mạc, khô hạn (xương rồng, dứa, thuốc bỏng,…) | Khí khổng đóng ban ngày, mở ban đêm → hạn chế mất nước. Cố định $CO_2$ vào ban đêm thành AM; ban ngày phân giải AM thành $CO_2$ cho chu trình $C_3$ |
III. Ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quang hợp
Câu 1 trang 32
Đề bài: Những yếu tố ngoại cảnh nào ảnh hưởng đến cường độ quang hợp? Giải thích cơ sở khoa học.
Lời giải:
Có 3 yếu tố ngoại cảnh chính ảnh hưởng đến cường độ quang hợp:
1. Ánh sáng:
- Là điều kiện cơ bản để quang hợp diễn ra. Ảnh hưởng qua cường độ và thành phần ánh sáng.
- Cường độ ánh sáng:
- Điểm bù ánh sáng ($I_o$): cường độ ánh sáng mà ở đó cường độ quang hợp = cường độ hô hấp.
- Điểm bão hoà ánh sáng ($I_m$): cường độ ánh sáng mà ở đó cường độ quang hợp đạt cực đại, tăng tiếp cũng không tăng nữa.
- Thành phần ánh sáng: quang hợp mạnh nhất ở miền ánh sáng đỏ, sau đó là xanh tím.
2. Khí $CO_2$:
- Là nguyên liệu trực tiếp của quang hợp.
- Trong giới hạn nhất định, nồng độ $CO_2$ tăng → cường độ quang hợp tăng.
- $CO_2$ quá cao (~0,2%): cây có thể chết do ngộ độc; quá thấp: quang hợp không xảy ra.
3. Nhiệt độ:
- Ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme quang hợp.
- Trong giới hạn nhất định, nhiệt độ tăng → quang hợp tăng và đạt cực đại ở nhiệt độ tối ưu; sau đó giảm dần (enzyme bị biến tính).
- Thực vật nhiệt đới: nhiệt độ tối ưu ~25 – 30°C. Thực vật ôn đới: ~8 – 15°C.
Ngoài ra, nước và chất khoáng cũng ảnh hưởng đến quang hợp.
Câu 2 trang 32
Đề bài: Tại sao trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày?
Lời giải:
Không nên trồng cây với mật độ quá dày vì:
- Các cây che bóng lẫn nhau → cây phía dưới và phía trong bị thiếu ánh sáng → giảm cường độ quang hợp.
- Các cây cạnh tranh nước, chất khoáng và $CO_2$ → cây thiếu dinh dưỡng, sinh trưởng kém.
- Mật độ dày làm cây kém thông thoáng → dễ bị sâu bệnh phát triển.
→ Hệ quả: cây còi cọc, phát triển kém, năng suất thấp. Vì vậy cần trồng ở mật độ hợp lí với từng loài và từng điều kiện.
IV. Quang hợp và năng suất cây trồng
Câu 1 trang 33
Đề bài: Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?
Lời giải:
Quang hợp quyết định năng suất cây trồng vì:
- Tổng số chất khô do quang hợp tạo ra chiếm tới 90 – 95% tổng số chất khô của thực vật.
- Chỉ 5 – 10% còn lại là do dinh dưỡng khoáng đóng góp.
→ Vì vậy, quang hợp là yếu tố chính quyết định năng suất cây trồng. Muốn tăng năng suất, cần tác động đến quang hợp (tăng diện tích lá, tăng cường độ và hiệu quả quang hợp,…).
Câu 2 trang 33
Đề bài: Các biện pháp kĩ thuật nào có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng? Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp.
Lời giải:
Có 2 nhóm biện pháp chính:
1. Biện pháp kĩ thuật nông học:
- Bón phân hợp lí: giúp vận chuyển sản phẩm quang hợp về cơ quan dự trữ (ví dụ: bón kali cho cây lấy củ, bón lân cho cây họ Đậu).
- Tăng diện tích bộ lá: bón đạm đầy đủ → cây phát triển bộ lá → tăng diện tích quang hợp.
- Cung cấp đủ nước: nước là nguyên liệu của quang hợp; thiếu nước → giảm hiệu quả quang hợp.
- Gieo trồng đúng thời vụ: đảm bảo điều kiện thuận lợi về ánh sáng và nhiệt độ cho quang hợp (ví dụ: khoai tây trồng vụ đông ở 18 – 23°C cho năng suất cao).
- Chọn, tạo giống có diện tích lá lớn, cường độ và năng suất quang hợp cao.
- Phòng trừ sâu, bệnh hại để bảo vệ bộ lá.
2. Công nghệ nâng cao năng suất:
- Sử dụng đèn LED thay ánh sáng mặt trời → chủ động tạo cường độ và thành phần ánh sáng phù hợp với từng loại cây.
- Trồng cây trong nhà kính, phòng kín → khắc phục điều kiện bất lợi (mùa đông lạnh giá, thiếu sáng,…), rút ngắn thời gian sinh trưởng, tiết kiệm không gian.
Câu 3 trang 33
Đề bài: Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là gì? Hãy kể tên một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ này.
Lời giải:
Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là sử dụng đèn LED để thay thế ánh sáng mặt trời. Đèn LED giúp tạo ra cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với từng loại cây trồng, từ đó chủ động điều khiển quá trình quang hợp.
Cây thường được sử dụng cho cây này thường là:
- Rau xanh: rau diếp (xà lách Romaine), cải xanh, cải xoăn,…
- Cây nhân giống bằng nuôi cấy mô tế bào thực vật.
- Một số cây dược liệu, hoa cảnh trong nhà kính.
Luyện tập và vận dụng
Câu 1 trang 34
Đề bài: Tại sao các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật $C_3$, $C_4$?
Lời giải:
Cây xương rồng, thuốc bỏng,… là thực vật CAM, sống ở vùng sa mạc, khô hạn. Chúng sinh trưởng chậm hơn $C_3$, $C_4$ vì:
- Để hạn chế mất nước, khí khổng của cây CAM đóng vào ban ngày và chỉ mở vào ban đêm → lượng $CO_2$ hấp thụ ít hơn so với $C_3$, $C_4$.
- Quá trình cố định $CO_2$ và tổng hợp đường bị tách thành 2 thời điểm khác nhau (đêm cố định $CO_2$, ngày tổng hợp đường) → hiệu suất quang hợp kém hơn.
- Một phần năng lượng và chất hữu cơ phải sử dụng cho các cơ chế thích nghi với khô hạn (mọng nước, lá biến thành gai,…).
→ Tổng sản phẩm quang hợp thấp hơn → cây sinh trưởng, phát triển chậm.
Câu 2 trang 34
Đề bài: Tại sao trong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao? Lấy ví dụ.
Lời giải:
Người ta trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao vì:
- Cây có điểm bù ánh sáng cao (cây ưa sáng) cần ánh sáng mạnh → trồng ở tầng trên.
- Cây có điểm bù ánh sáng thấp (cây ưa bóng) quang hợp được cả khi ánh sáng yếu → trồng ở tầng dưới, dưới bóng cây ưa sáng.
→ Tận dụng tối đa ánh sáng ở các tầng khác nhau và diện tích đất → tăng tổng năng suất trên cùng một diện tích trồng.
Ví dụ:
- Trồng xen đậu, lạc (ưa sáng vừa) dưới tán ngô (ưa sáng cao).
- Trồng cà phê dưới tán cây bóng mát (như muồng, keo).
- Trồng gừng, nghệ dưới tán chuối.
Câu 3 trang 34
Đề bài: Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn dây, mía, củ cải đường,… thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật nào?
Lời giải:
Các cây trên là cây lấy củ, lấy thân (cơ quan dự trữ là củ/thân). Để tăng năng suất qua quang hợp, cần áp dụng:
- Bón phân hợp lí, đặc biệt là kali: giúp vận chuyển sản phẩm quang hợp về củ, thân → củ to, hàm lượng đường, tinh bột cao.
- Bón đạm hợp lí: tăng diện tích lá → tăng diện tích quang hợp.
- Cung cấp đủ nước: đảm bảo nguyên liệu cho quang hợp và vận chuyển chất hữu cơ.
- Gieo trồng đúng thời vụ: chọn thời điểm có nhiệt độ và ánh sáng phù hợp (ví dụ khoai tây trồng vụ đông ở 18 – 23°C cho năng suất cao).
- Trồng mật độ hợp lí: không quá dày để cây nhận đủ ánh sáng.
- Chọn giống có cường độ quang hợp cao, năng suất tốt.
- Phòng trừ sâu, bệnh để bảo vệ bộ lá.
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