Bài 8. Quang hợp ở thực vật

CHÀO MỪNG CÁC THẦY CÔ ĐẾN DỰ GIỜ THĂM LỚP

Nhà sinh lý thực vật nổi tiếng người Nga K.A.Timiriazex đã viết:
“ Mọi chất hữu cơ dù đa dạng đến đâu và gặp ở chỗ nào, ở động vật, thực vật hay ở người đều đã đi qua lá, đều đã hình thành từ các chất do lá chế tạo ra.”

Đố bạn: lá chế tạo chất hữu cơ nhờ quá trình gì?
QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Tiết 8 – Bài 8
I.Khái quát về quang hợp ở thực vật
II. Lá là cơ quan quang hợp
I. Khái quát về quang hợp ở thực vật
Sơ đồ quang hợp ở cây xanh
1. Quang hợp là gì?
trong không khí
Nước lấy từ rễ
* Phương trình tổng quát
Quan sát sơ đồ, nêu nguyên liệu và sản phẩm của quang hợp?
Nguyên liệu: Ánh sáng mặt trời, H2O, CO2
Sản phẩm: C6H12 O6 (Saccarôzơ, Tinh bột), và O2
* Quang hợp là: tổng hợp chất hữu cơ (glucozo) từ các chất vô cơ là CO2 và H2O nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời đựơc hấp thụ bằng hệ sắc tố. Là quá trình biến đổi NLAS mặt trời thành năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất hữu cơ.
6CO2 + 12H2O C6H 12 O6 + 6O2 +6H2O
Ánh sáng mặt trời
diệp lục
Tại sao nói: Quang hợp
có vai trò quyết định
đối với sự sống
trên Trái đất.
2. Vai trò của quang hợp
Cây lấy sợi
Cây lấy nhựa
Cây lấy gỗ
Cây lấy đường
Cây làm thuốc
Tại sao nơi công cộng,công viên,trường học bệnh viện người ta trồng nhiều cây xanh ?
Trường học
Bệnh viện
Công viên
2. Vai trò của quang hợp
QH tạo chất hữu cơ cung cấp: + Thức ăn cho sinh giới, + Nguồn nguyên liệu cho công nghiệp,
+ Dược liệu chữa bệnh.
- Chuyển hoá quang năng thành hoá năng  cung cấp nguồn năng lượng duy trì hoạt động sống cho sinh giới
- Điều hòa không khí: hấp thụ CO2, giải phóng O2 cung cấp cho sinh vật hiếu khí
=> - Quang hợp diễn ra chủ yếu ở lá xanh

Quang hợp diễn ra chủ yếu ở cơ quan nào của cây?
II. LÁ LÀ CƠ QUAN QUANG HỢP
Lá có cấu tạo như thế nào để phù hợp với chứa năng quang hợp?
Hình thái, giải phẫu của lá thích nghi với chức năng quang hợp.
Hãy chứng minh những đặc điểm cấu tạo hình
thái ngoài của lá thích nghi với chức năng
quang hợp?
a. Hình thái ngoài
- Lá dạng bản mỏng, S lớn hấp thu nhiều tia sáng.
 thuận tiện cho CO2 vào, O2 ra.
- Trong biểu bì có nhiều lỗ khí trao đổi khí, nước.
Lớp cutin
Tế bào Mô dậu
Mạch dẫn
Mô xốp
Khí
khổng
Hãy mô tả cấu tạo giải phẫu bên trong của lá thích nghi với quang hợp?
Lục lạp
Biểu bì trên
b. Bên trong (giải phẫu)
- Mô giậu: chứa nhiều lục lạp là bào quan quang hợp.
Mô xốp: có nhiều khoảng trống gian bào chứa nguyên liệu, sản phẩm quang hợp.
Có hệ mạch dẫn: vận chuyển nguyên liệu, sản phẩm quang hợp.
Bào quan nào thực hiện chức năng quang hợp?
2. Lục lạp- Bào quan quang hợp
* Hạt Grana- nơi xảy ra pha sáng
Gồm các Tilacôit xếp chồng lên nhau tạo nên hệ thống hạt Grana.
Trên màng Tilacôit có chứa các sắc tố quang hợp  hấp thu ánh sáng.
- Xoang tilacoit có nhiều enzim  quang phân ly nước, các PƯ quang hóa.
* Chất nền (stroma) - nơi xảy ra pha tối
- Là dịch lỏng, dạng keo nhớt, trong suốt
- Bên trong có chứa các enzim đồng hóa CO2 (enzim cacboxi hóa) .
Quang hợp có mấy pha? Các pha đó xảy ra ở đâu trong lục lạp?
Tại sao lá cây có màu xanh?
3. Hệ sắc tố quang hợp


a. Thành phần: 2 nhóm
+ Nhóm sắc tố chính: Diệp lục (Clorophyl) a, b  màu xanh
+ Nhóm sắc tố phụ: Carôtenôit và Xantophyl  màu đỏ, cam, vàng
b. Vai trò:
+ Sắc tố chính:
- Diệp lục a: Trực tiếp chuyển hóa NLAS  năng lượng hóa học trong ATP và NADPH
- Diệp lục b: hấp thụ NLAS và truyền năng lượng cho diệp lục a
+ Các sắc tố phụ: - Hấp thụ và truyền NLAS cho diệp lục a.
- Bảo vệ sắc tố chính khỏi cháy nắng.
Sơ đồ: Carôtenôit  DL b  DL a  DL a ở trung tâm phản ứng  ATP và NADPH
ánh sáng nhìn thấy
380 450 500 550 600 650 700 750nm
diệp lục a
diệp lục b
carôtenoit
màu lục
màu lục
Quan sát hình:Giải thích tại sao lá cây có màu xanh lục?
Lá cây có màu xanh lục là vì:
- Trong dải bức xạ mặt trời chỉ có một vùng ánh sáng từ 380 – 750nm là có tác dụng quang hợp.
- Ánh sáng này gồm 7 màu: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím.
- Khi ánh sáng chiếu qua lá cây hấp thụ vùng đỏ và vùng xanh tím, để lại hoàn toàn vùng lục,vì vậy khi nhìn vào lá cây ta thấy lá cây có màu xanh lục.
CỦNG CỐ, MỞ RỘNG
Lá cây màu đỏ có quang hợp được không? Tại sao?
Những lá cây màu đỏ vẫn có nhóm sắc tố màu lục, nhưng bị che khuất bởi màu đỏ của nhóm sắc tố dịch bào là antôxianin và carôtenoit.Vì vậy, những cây này vẫn tiến hành quang hợp bình thường, tuy nhiên cường độ quang hợp thường không cao.


*Thân non có màu xanh có tham gia quang hợp được không? Vì sao?
* Cây không có lá hoặc lá sớm rụng (xương rồng, cành giao) thì chức năng quang hợp do bộ phận nào của cây đảm nhận?
- Có thể tham gia quang hợp được vì thân có màu xanh là có chất diệp lục
- Do thân đảm nhận. Bởi vì thân của những cây này đều có màu xanh. Do sống ở vùng khô hạn nên lá rụng sớm hoặc biến thành gai để hạn chế sự thoát hơi nước.
Quả xanh
Lá đài và cuống hoa có màu xanh
Ngoài ra: quả xanh, thân màu xanh, lá đài, cuống hoa đều có khả năng quang hợp.
Khí khổng
Gân lá
Em có biết?
Caroten
Vitamin A
Tại sao nuôi cá cảnh trong bể kính và người ta thường thả rong hoặc các cây thủy sinh khác vào bể nuôi?
Cây rong hay các cây thủy sinh quang hợp nhả ra khí ôxi cung cấp cho hoạt động hô hấp của cá.
Những loại cây thích nghi cao độ với các điều kiện chiếu sáng khác nhau sẽ không bao giờ sống chung một nơi ngoài môi trường tự nhiên. Loài bông súng nhiệt đới này cần nhiều ánh sáng trong khi những cây mọc bên dưới chỉ cần ánh sáng ở mức trung bình.
Nhiều cây thủy sinh cần chiếu sáng mạnh mặc dù chỉ một phần nhỏ ánh sáng được hấp thu trong quá trình quang hợp. Những vùng xanh dương và đỏ trong quang phổ là hữu dụng nhất.
34
4. Các pha của quá trình quang hợp
Qúa trình hấp thụ nước và NLAS tạo ra năng lượng và oxi diễn ra như thế nào?
Xảy ra trên màng tilacoit của lục lạp
Cần ánh sáng
H2O, ADP, NADP+ ,NLAS.
O2, ATP, NADPH.
4.1. Pha sáng
- Diễn biến
+ Biến đổi quang lí: Diệp lục hấp thu nang lượng của ánh sáng trở thành dạng kích động điện tử.
+ Biến đổi quang hoá: Diệp lục ở trạng thái kích động truyền nang lượng cho các chất nhận để thực hiện quá trỡnh quang phân li nước.
Quang phân ly
NLAS
- Sản phẩm: Hỡnh thành chất có tính khử mạnh:
NADPH, tổng hợp ATP và giải phóng O2
Phương trỡnh tổng quát pha sáng của quang hợp:
NLAS +H2O +NADH+ +ADP + Pi Sắc tố QH NADPH +ATP +O2
4.2. Pha tối
( Quá trình cố định CO2)
Chất nền của lục lạp
NADPH, ATP, CO2
Xảy ra khi có ánh sáng và trong tối
ADP, NADP+, (CH2O)
CO2
Từ khí quyển
Hợp chất 6 C
(Rất không bền)
APG (Hợp chất 3C)
AlPG 3 cacbon
ATP, NADPH (từ pha sáng)
ADP, NADP+
Tinh bột, saccarozo
Một số sp trung gian
Hợp chất 5 C (RiDP)
Chu trình giản lược của chu trình Calvin (C3)



Pha tối diễn ra với hai nội dung cơ bản: Cố định CO2 và khử CO2.
Tuỳ thuộc vào con đường đồng hoá CO2 trong quang hợp khác nhau mà người ta chia thế giới thực vật thành 3 nhóm: C3, C4, CAM.
Nhóm thực vật C3: con đường quang hợp của chúng chỉ thực hiện duy nhất một chu trình quang hợp là C3 (chu trình Calvin). Hầu hết cây trồng thuộc nhóm này: lúa, đậu đỗ, khoai, sắn, cam chanh, nhãn vải....

Nhóm thực vật C3



Nhóm thực vật C4: con đường quang hợp của chúng là sự liên hợp giữa 2 chu trình quang hợp là chu trình C4 và chu trình C3. Một số cây trồng thuộc nhóm: mía, ngô, kê, cao lương...
Nhóm thực vật CAM: các thực vật mọng nước như các loại xương rồng, dứa, hành tỏi... Chúng thực hiện con đường quang hợp thích nghi với điều kiện khô hạn, bắt buộc phải đóng khí khổng vào ban ngày và chỉ mở khí khổng vào ban đêm.
Do vậy, quang hợp ở 3 nhóm thực vật này có điểm giống nhau ở pha sáng – khác nhau ở pha tối
Nhóm thực vật C4
Nhóm thực vật CAM



Cấu tạo giải phẫu lá
Tế bào biểu bì bảo vệ lá có nhiều khí khổng để CO2 xâm nhập từ ngoài lá và thoát hơi nước ra ngoài
Mô đồng hóa thực hiện quá trình quang hợp. Mô dậu chứa nhiều hạt lục lạp, mô khuyết chứa lục lạp nhưng ít hơn.
Nhiều mạnh dẫn để dẫn nước, muối khoáng và sản phẩm quang hợp
Ở Thực vật C3, quá trình quang hợp chỉ diễn ra ở tế bào mô giậu (cả pha sáng và tối)
Thực vật C4 quá trình quang hợp diễn ra ở hai loại tế bào và lục lạp có cấu trúc và chức năng khác nhau. Kiểu cấu trúc của lá thực vật C4 là cấu trúc Kranz.



Tế bào thịt lá chứa lục lạp của tế bào thịt lá. Lục lạp tế bào thịt lá có cấu trúc grana rất phát triển. Chức năng của chúng là thực hiện chu trình C4 tức là cố định CO2.
Tế bào bao quanh bó mạch nằm sát cạnh các bó mạch dẫn. Tế bào này chứa lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch với cấu trúc grana rất kém phát triển. Các lục lạp này chứa rất nhiều hạt tinh bột. Chức năng của chúng là thực hiện chu trình C3 để khử CO2 tạo nên các sản phẩm quang hợp.




Chu trình C3
Chu trình C4
CAM
Sơ đồ vắn tắt con đường quang hợp của các nhóm thực vật C3, C4, CAM



Thời gian cố định CO2
Các thực vật C3 và C4 mở khí kkổng vào ban ngày và đóng vào ban đêm nên quá trình cố định CO2 xảy ra vào ban ngày
Nhóm thực vật CAM sống trong điều kiện khô hạn nên chúng không được phép mở khí khổng vào ban ngày để tránh sự bay hơi nước quá mạnh làm cây chết mà chỉ mở vào ban đêm. Vào ban đêm, khi nhiệt độ không khí giảm xuống thì khí khổng mở ra để thoát hơi nước và CO2 sẽ xâm nhập vào lá qua khí khổng mở (quá trình cố định CO2 diễn ra)



Quang hô hấp ( Hô hấp sáng)
Định nghĩa: Hô hấp sáng là quá trình phân giải chất hữu cơ và giải phóng CO2 nhưng không giải phóng năng lượng.
Điều kiện để xảy ra hô hấp sáng:
Có chiếu sáng. Khi có chiếu sáng thì các thực vật có hô hấp sáng mới xảy ra quá trình phân huỷ chất hữu cơ để giải phóng CO2.
Quá trình hô hấp sáng thường xảy ra mạnh mẽ khi gặp nhiệt độ cao, cường độ ánh sáng mạnh và nồng độ oxi cao.
Quá trình quang hô hấp xảy ra là do tính chất hoạt động 2 chiều của enzym RDP-cacboxilase:
Trong điều kiện bình thường: emzym này xúc tác cho phản ứng cacboxyl hoá RDP (C5) để hình thành nên 2 phân tử APG và chu trình C3 của quang hợp diễn ra bình thường trong cây
RDP-cacboxilase
RDP + CO2 2 APG




Khi có cường độ ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao, nồng độ oxi cao thì emzym RDP-cacboxilase hoạt động như một emzym oxi hoá (RDP-oxidase). Phản ứng oxi hoá RDP sẽ tạo ra 1 phân tử APG và một hợp chất có 2 C là glycolat. Phân tử APG sẽ đi vào chu trình quang hợp C3 để tạo nên các sản phẩm quang hợp, còn glycolat thì bị oxi hoá tiếp tục để giải phóng CO2 ra không khí.
RDP-oxidase
RDP + O2 APG (C3) + Glycolat (C2)
Hô hấp sáng chỉ xảy ra ở các thực vật C3, còn nhóm thực vật C4 và thực vật CAM thì quang hô hấp không xảy ra hoặc rất yếu.



Thực vật C3, quá trình quang hợp chỉ diễn ra ở tế bào mô giậu (cả pha sáng và tối) chính vì thế khi nồng độ CO2 thấp, O2 được thải ra trong pha sáng cao làm ức chế vai trò cacboxylaza của enzim Rubisco, lúc này Rubisco sẽ sử dụng O2 để làm cơ chất cho hoạt tính oxigendaza, tiêu hao nhiều năng lượng và sản phẩm quang hợp. Chính vì thế năng suất cây trồng không cao.
Thực vật C4, quá trình quang hợp diễn ra ở 2 không gian hoàn toàn cách biệt nhau (pha sáng và quá trình cố định CO2 diễn ra ở tế bào mô dậu, quá trình khử CO2 và chu trình Calvin diễn ra ở tế bào bao bó mạch), đảm bảo nồng độ CO2 trong tế bào bao bó mạch luôn cao nên Rubisco đảm bảo được hoạt tính cacboxylaza của mình. Ở tế bào mô dậu, enzim PEP-cacboxylaza có ái lực với CO2 cao gấp 100 lần so với Rubisco nên quá trình cố định CO2 vào chất trung gian luôn diễn ra mặc dù ở nồng độ rất thấp.



Năng suất sinh vật học
Thực vật C3 xảy ra quang hô hấp tiêu hao nhiều năng lượng và sản phẩm quang hợp. quang hô hấp có thể làm giảm từ 30 đến 50% năng suất cây trồng.Chính vì thế năng suất cây trồng không cao.
Thực vật C4 đã có sự phân công trách nhiệm rõ ràng trong việc thực hiện chức năng quang hợp của. Ngoài ra, thực vật C4 có một số đặc tính nổi bật khác như điểm bù CO2 rất thấp vì khả năng cố định CO2 rất cao, không có quang hô hấp hoặc rất yếu nên giảm thiểu sự huỷ chất hữu cơ giải phóng CO2 ngoài sáng, năng suất cây trồng không bị giảm, cường độ quang hợp thường cao và năng suất sinh vật học cao.
Thực vật CAM do quang hợp trong điều kiện quá khó khăn nên cường độ quang hợp của các thực vật mọng nước thường thấp, năng suất sinh vật học cũng vào loại thấp và sinh trưởng chậm hơn các thực vật khác.



So sánh đặc điểm quang hợp của 3 nhóm thực vật C3, C4, CAM