Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều Bài 4: Quang hợp ở thực vật

Tóm tắt Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều Bài 4: Quang hợp ở thực vật theo chương trình Sách mới ngắn gọn nhất. Tổng hợp lý thuyết Sinh học 11 trọn bộ chi tiết, đầy đủ.

Bài 4: Quang hợp ở thực vật

I. Khái quát về quang hợp ở thực vật

1. Khái niệm quang hợp

Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng (NLAS) để chuyển hoa CO₂ và H₂O thành hợp chất hữu cơ (C₆H₂O₆) đồng thời giải phóng O₂ trong quá trình này thực vật chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học. 

2. Hệ sắc tố quang hợp

- Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra ở lục lạp (hình 4.2). Lục lạp có ở các tế bảo có màu xanh của cây như ở thân, quả và lá. Tuy nhiên, lục lạp chủ yếu có mặt ở các tế bào thịt lá (đặc biệt là các tế bào mô giậu) nên là là cơ quan chủ yếu thực hiện quá trình quang hợp ở cây xanh. Trung bình mỗi tế bào mô giậu có khoảng 30 – 40 lục lạp, kích thước của lục lạp khoảng từ 2 – 4 km 4-7um.

- Trong quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng được hấp thụ và chuyển thành năng lượng hoá học. Trung tâm của quá trình này chính là hệ sắc tổ quang hợp nằm trên màng thylakoid. Ở thực vật, hệ sắc tổ quang hợp chủ yếu gồm diệp lục a và b (chlorophyll a và b) và carotenoid.

II. Quá trình quang hợp ở thực vật

Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra theo hai pha: pha sáng (pha hấp thụ năng lượng ánh sáng) và pha đồng hoá CO₂ (pha cố định CO₂).

1. Pha sáng

- Pha sáng của quá trình quang hợp diễn ra trên mảng thylakoid. Trong pha này, các sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đã hấp thụ được cho phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng.

- Phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng tiếp nhận năng lượng ánh sáng trở thành dạng kích thích và truyền electron cho các chất trong chuỗi truyền electron nằm trên màng thylakoid, sau đó đến chất nhận cuối cùng là NADP để hình thành NADPH.

- Năng lượng được giải phóng từ chuỗi truyền electron được sử dụng trong tổng hợp ATP Như vậy, ở pha sáng, năng lượng ánh sáng đã được sắc tổ quang hợp hấp thụ và chuyển thành năng lượng hoả học tích luỹ trong NADPH và ATP

- Quá trình phân li nước diễn ra trong xoang thylakoid giải phóng O, và electron để bù lại electron bị mất cho phân tử diệp lục a ở trung tâm phản ứng.

2. Pha đồng hoá CO₃

Pha đồng hoá CO₃ diễn ra ở chất nền của lục lạp. Pha đồng hoá CO₃ được thực hiện theo các chu trình khác nhau ở ba nhóm thực vật, đó là thực vật C₃ thực vật C₄ và thực vật CAM.

Thực vật C₃ 

Nhóm thực vật C₃ bao gồm phần lớn các loài thực vật phân bố rộng trên thế giới, ví dụ như lúa, khoai tây, đậu và nhiều loại rau có nguồn gốc ôn đới. Nhóm thực vật này cố định CO₂ theo chu trình Calvin (hình 4.4), sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình là hợp chất 3 carbon nên chúng được gọi là thực vật C₃ 

Thực vật C₄

Nhóm thực vật C₄ bao gồm một số thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, ví dụ như mía, ngô, kê, rau dền, cỏ gấu,.. Sống trong điều kiện khô và nóng, các nhóm thực vật này phải đóng một phần khi không để hạn chế mất nước, do đó làm giảm lượng CO₂ trong tế bào thịt lá.

Thực vật CAM

- Thực vật CAM gồm những thực vật mọng nước sống ở vùng sa mạc khô hạn, ví dụ như xương rồng, dứa, thanh long.... Để tránh mất nước do quá trình thoát hơi nước, các loài thực vật này đóng khí khổng vào ban ngày và mở vào ban đêm. Do đó, chúng không lấy được CO₂ vào ban ngày. Để khắc phục tình trạng đó, nhóm thực vật CAM thực hiện quá trình cố định CO₂ theo cách riêng.

- Bản chất hoá học của quá trình cố định CO₂ ở thực vật CAM và thực vật C₄ là giống nhau và gồm hai giai đoạn (hình 4.6). Tuy nhiên, ở thực vật C₄ cả hai giai đoạn đều diễn ra vào ban ngày trên hai loại tế bảo khác nhau (hình 4.6c). Ngược lại, ở thực vật CAM cả hai giai đoạn đều diễn ra trên cùng một tế bào nhưng ở hai thời điểm khác nhau: giai đoạn cố định CO₂ hình thành oxaloacetate diễn ra vào ban đêm, giai đoạn tổng hợp chất hữu cơ theo chu trình Calvin lại diễn ra vào ban ngày (hình 4.6c).

III. Vai trò của quang hợp ở thực vật

- Quá trình quang hợp ở thực vật đóng vai trò quan trọng đối với chính cơ thể thực vật, các sinh vật và sinh quyển. 

- Đối với thực vật: Quang hợp tạo ra các phân tử đường. 

+ Các phân tử đường được vận chuyển đến tất cả các tế bào của cơ thể thực vật. Khoảng 50% hợp chất carbon tạo ra từ quá trình quang hợp được sử dụng để cung cấp năng lượng cho thực vật thông qua quá trình hô hấp tể bảo, phần còn lại được sử dụng để tổng hợp các hợp chất hữu cơ tham gia kiến tạo đồng thời dự trữ năng lượng cho tế bảo và cơ thể thực vật (hình 4.7). Đặc biệt, tinh bột là nguồn dự trữ carbon và năng lượng chính của tế bào và cơ thể thực vật.

+ Các hợp chất hữu cơ chiếm khoảng 90 – 95% tổng khối lượng vật chất khô của tế bào và cơ thể thực vật, phần còn lại 5–10 % là các nguyên tố khoáng. Như vậy có thể thấy, quang hợp có vai trò quyết định đến năng suất cây trồng, hiệu quả của quá trình quang hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng.

- Đối với sinh vật: Quang hợp giải phóng 0, cung cấp dưỡng khi cho nhiều sinh vật trên Trái Đất. Hợp chất hữu cơ tạo ra trong quá trình quang hợp chính là nguồn vật chất và năng lượng mà tất cả các sinh vật trong đó có con người có thể sử dụng được. Như vậy, quá trình quang hợp tạo ra nguyên liệu và năng lượng cung cấp cho các sinh vật khác.

- Đối với sinh quyển: Trong quá trình quang hợp, thực vật hấp thụ CO, và giải phóng O, giúp điều hoà không khi, kiến tạo và duy trì tầng ozone, giảm hiệu ứng nhà kinh. Quá trình quang hợp ước tỉnh tạo ra cho Trái Đất khoảng 150 tỉ tấn carbohydrate mỗi năm, đây chính là nguồn vật chất và năng lượng dồi dào cung cấp cho sinh giới. Trong hầu hết các hệ sinh thải, thực vật đóng vai trò là sinh vật sản xuất – mắt xích đầu tiên của các chuỗi và lưới thức ăn.

IV. Một số yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật

1. Ánh sáng

 

Cường độ ánh sáng, thành phần quang phổ và thời gian chiếu sáng đều ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật. Ở cường độ ánh sáng mà cường độ quang hợp và hô hấp bằng nhau thì gọi là điểm bù ánh sáng (hình 4.8). Hiệu quả của quang hợp tăng khi tăng cường độ ánh sáng và đạt giá trị cực đại ở điểm bão hoa ánh sáng, vượt qua điểm bão hoà ảnh sáng, cường độ quang hợp không tăng mà có thể bị giảm. Ánh sáng đỏ và xanh tím giúp tăng hiệu quả của quang hợp. Thời gian chiếu sáng khoảng 10 – 12 giờ ngày thường phù hợp với đa số thực vật.

2. Nồng độ CO₂

- Nguồn cung cấp CO₂ cho quá trình quang hợp ở thực vật là không khí, nồng độ CO₂ trong không khí khoảng 0,038%. Nồng độ CO₂ thấp nhất mà cây quang hợp được là khoảng 0.008-0.01%

- Ở thực vật, điểm bù CO₂ là nồng độ CO₂ mà tại đó lượng CO₂ sử dụng cho quá trình quang hợp tương đương với lượng CO₂ tạo ra trong quá trình hô hấp (hinh 49). Khi tăng nồng độ CO₂ thì cường độ quang hợp cũng tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng chậm cho tới khi đến giá trị bão hoả (nồng độ CO₂ khoảng 0,06 – 0,1%).

3. Nhiệt độ

Nhiệt độ tối ưu cho quá trình quang hợp phụ thuộc vào loài thực vật và môi trường sống của chúng. Thông thường, khi các nhân tố môi trường khác ở điều kiện thuận lợi, cường độ quang hợp tăng khi tăng nhiệt độ. Khi vượt qua ngưỡng nhiệt tối ưu, cường độ quang hợp bắt đầu giam. Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C₃ dao động trong khoảng 20 – 30 °C, ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C₄ dao động trong khoảng 25 – 35 °C, còn ở thực vật CAM là 30 – 40 °C.

4. Biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng

Muốn nâng cao năng suất cây trồng thì cần phải có các biện pháp tác động để tăng hiệu quả của quá trình quang hợp. Trong thực tiễn, một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng liên quan đến quá trình quang hợp thường được áp dụng dựa trên một số cơ sở sau: cải tạo tiềm năng của cây trồng, tăng diện tích lá, sử dụng hiệu quả nguồn sáng, tăng cường nguồn sáng.

- Cải tạo tiềm năng của cây trồng: Tăng hiệu suất quang hợp bằng cách chọn tạo giống có cường độ quang hợp cao, chọn tạo giống cây kết hợp với biện pháp canh tác để sản phẩm quang hợp phân bố chủ yếu vào các bộ phận có giá trị kinh tế (hạt, cũ, hoặc thân,...).

- Tăng diện tích lá: Thực hiện biện pháp như tưới nước và bón phân hợp lí để lá sinh trưởng tốt, kết hợp với việc chăm sóc và loại bỏ sự cạnh tranh dinh dưỡng của những loài cỏ dại.

- Sử dụng hiệu quả nguồn sáng: Chọn giống cây có thời gian sinh trưởng phù hợp với thời gian chiếu sáng và nhiệt độ ở các mùa khác nhau. Tăng diện tích tiếp xúc của lá cây với ánh sáng bằng cách bố trí hàng, luống phù hợp.

- Tăng cường nguồn sáng: Khi cần thiết có thể chiếu sáng bổ sung và sử dụng nguồn sáng có bước sóng phù hợp với từng loại cây trồng.

V. Thực hành

1. Quan sát được lục lạp trong tế bào thực vật

Cơ sở lí thuyết

Lục lạp là bảo quan lớn của tế bào thực vật nên có thể quan sát trực tiếp dưới kính hiển vi.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: kính hiển vi, lam kính, panh, thiết bị chụp ảnh.

- Hoá chất: nước.

- Mẫu vật: rong đuôi chó (Ceratophyllum demersum) hoặc rong cúc (ngô công thảo, Egeria najas).

Tiến hành

Báo cáo

Học sinh trình bảy (hình vẽ hoặc anh chụp) và giải thích các kết quả thu được. Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.

2. Nhận biết, tách chiết các sắc tố trong lá cây

Cơ sở lí thuyết

Sắc tố quang hợp (chlorophyll, carotenoid) hoà tan trong dung môi hữu cơ, do đó có thể dùng dung môi hữu cơ để tách sắc tố quang hợp.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: ống đong 20 mL, cốc đong 100 mL, cân, kéo, chảy, cối, phễu và giấy lọc kích thước 1,5 × 10 cm, thiết bị chụp ảnh.

- Hoá chất: nước cất, dung môi ethanol 90%.

- Mẫu vật: lá khoai lang, lá tía tô, lá rau dền,...

Tiến hành

- Cân 1,5 g mẫu vật.

- Dùng kéo cắt nhỏ mẫu vật.

- Cho mẫu lá cắt nhỏ vào cối và nghiền nát bằng chày.

Báo cáo

- Học sinh trình bày các kết quả thu được trên từng loại lá và cho nhận xét về màu sắc của các dịch lọc và miếng giấy lọc thu được ở các mẫu thí nghiệm và mẫu đối chứng.

- Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.

3. Thí nghiệm tìm hiểu sự hình thành tinh bột trong quá trình quang hợp

Cơ sở lí thuyết

Quá trình quang hợp hình thành carbohydrate và thường được tích luỹ dưới dạng tinh bột. Hàm lượng tinh bột có thể nhận biết thông qua phản ứng màu với dung dịch 0,5% iodine.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: cốc đong loại 250 mL và loại 500 mL, giấy màu (xanh, hồng, đen,...) và kẹp, đèn cồn và lưới chịu nhiệt, thiết bị 

- Hoá chất: dung dịch iodine 0,5%, ethanol 90%, nước cất.

- Mẫu vật: cây khoai lang trồng trong chậu.

Tiến hành

- Để chậu trồng cây khoai lang trong tối 2 ngày

Báo cáo

- Học sinh trình bày các kết quả thu được, nhận xét màu sắc của phiến lá bọc giấy màu và không bọc giấy màu (tham khảo kết quả hình 4.12c). 

- Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.

4. Thí nghiệm tìm hiểu sự thải oxygen trong quá trình quang hợp

Cơ sở lí thuyết

Quá trình quang hợp giải phóng oxygen. Ở những loài thực vật thuỷ sinh, khi được chiếu sáng, oxygen giải phóng từ quá trình quang hợp sẽ tạo thành bọt khi thoát ra khỏi dung dịch.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: hai ống nghiệm có nút bằng cao su, giá để ống nghiệm, hai cốc đong 250 mL chứa 120 mL nước cất, một hộp tăm tre, bật lửa, thiết bị chụp ảnh.

- Mẫu vật: rong cúc (ngô công thảo, E. najas) hoặc rong đuôi chó (C. demersum).

Tiến hành

- Cho hai cành rong có kích thước tương tự nhau vào hai ống nghiệm khác nhau (Chủ ý cho phần lớn canh rong vào trong ống nghiệm và để dư khoảng 1 cm bên ngoài).

- Đổ ngập nước đến miệng ống nghiệm.

- Dùng ngón tay cái bịt chặt miệng ống nghiệm rồi úp ngược hai ống nghiệm đưa vào hai cốc đong, thả tay ra, tránh tạo bọt khí trong ống nghiệm (hình 4.13).

Báo cáo 

Học sinh trình bày và giải thích các kết quả thu được. Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.

VI. Trắc nghiệm Sinh học 11 Cánh Diều Bài 4 (có đáp án)

Câu 1: Nhận định nào sau đây đúng?

A. Ở điều kiện cường độ ánh sáng cao, tăng nồng độ CO2 thuận lợi cho quang hợp

B. Ở điều kiện cường độ ánh sáng thấp, tăng nồng độ CO2 thuận lợi cho quang hợp

C. Ở điều kiện cường độ ánh sáng thấp, giảm nồng độ CO2 thuận lợi cho quang hợp

D. Ở điều kiện cường độ ánh sáng cao, giảm nồng độ CO2 thuận lợi cho quang hợp

Giải thích

Ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đối với quang hợp phụ thuộc vào sự tăng hoặc giảm nồng độ CO2:  khi nồng độ CO2 tăng trong điều kiện cường độ ánh sáng cao sẽ làm tăng cường độ quang hợp

Câu 2: Xét các loài thực vật: ngô; xương rồng; cao lương. Khi nói về quá trình quang hợp ở các loài cây đó, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?

1. Ở cùng một nồng độ CO2 giống nhau thì cả 3 loài cây này đều có cường độ quang hợp giống nhau

2. Ở cùng một cưởng độ ánh sáng như nhau thì cả 3 loài cây này đều có cưởng độ quang hợp như nhau

3. Pha tối của cả 3 loài cây này đều có chu trình Canvin và chu trinh C4

4. Cả 3 loài này đều có pha tối diễn ra ở lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch

A. 2

B. 4

C. 1

D. 3

Câu 3: Trật tự nào là đúng các giai đoạn trong chu trình Calvin?

A. Cố định CO2→ khử APG thành AlPG → tái sinh RiDP (ribulôzơ - 1,5 - điP) → cố định CO2

B. Cố định CO2→ tái sinh RiDP (ribulôzơ - 1,5 - điP) → khử APG thành AlPG

C. Khử APG thành AlPG → tái sinh RiDP (ribulôzơ - 1,5 - điP) → cố định CO2

D. Khử APG thành AlPG→ cố định CO2→ tái sinh RiDP (ribulôzơ - 1,5 - điP) 

Giải thích

Ở pha tối của quá trình quang hợp của mọi loài sinh vật đều diễn ra chu trình Canvin . Trật tự đúng của các giai đoạn trong chu trình này là: Cố định CO2 → Khử APG thành AlPG → tái sinh RiDP (ribulôzơ – 1,5 – điP) → cố định CO2

Câu 4: Sử dụng đồng vị phóng xạ C14 trong CO2 để tìm hiểu về quá trình quang hợp ở thực vật. Các nhà khoa học đã tiến hành 2 thí nghiệm với 2 chậu cây

Thí nghiệm 1, Chiếu sáng và cung cấp CO2 đầy đủ cho chậu cây. Sau 1 khoảng thời gian thì không chiếu sáng và cung cấp CO2 có chứa đồng vị phóng xạ C14 vào môi trường. Quan sát tín hiệu phóng xạ theo thời gian.

Thí nghiệm 2, Chiếu sáng và cung cấp CO2 mang đồng vị phóng xạ C14. Sau một thời gian thì ngừng cung cấp CO2 nhưng vẫn chiếu sáng cho chậu cây. Quan sát tín hiệu phóng xạ theo thời gian. Từ kết quả thu được ở 2 thí nghiệm trên, hãy cho biết 2 chất X, Y lần lượt là?

A. APG; AlPG

B. APG; RiDP

C. Axit pyruvic; Glucozo

D. ATP; Glucozo

Câu 5: Sản phẩm của pha sáng gồm:

A. ATP, NADPH VÀ O2

B. ATP, NADPH VÀ CO2

C. ATP, NADP+ VÀ O2

D. ATP, NADPH

Giải thích

Pha sáng của quang hợp có nhiệm vụ chuyển hóa năng lượng ánh sáng Mặt Trời khi đã được diệp lục hấp thụ chuyển hóa thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH. Sản phẩm của pha sáng bao gồm ATP, NADPH và O2

>>> Xem toàn bộ: Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều

-------------------------------------------

Trên đây Toploigiai đã cùng các bạn Tóm tắt Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều Bài 4: Quang hợp ở thực vật theo chương trình Sách mới ngắn gọn nhất. Mời các bạn hãy click ngay vào trang chủ Toploigiai để tham khảo và chuẩn bị bài cho năm học mới Lớp 11 nhé. Chúc các bạn học tốt.