Điều kiện MT và Quang Hợp

Các yếu tố của môi trường bên ngoài:
Nồng độ CO2
Cường độ bức xạ ánh sáng
Nhiệt độ
Độ ẩm của đất và không khí
Dinh dưỡng khoáng
Nhịp điệu ngày mùa, mùa sinh trưởng
Cây và quần thể

Các yếu tố của môi trường bên trong:
Cấu trúc và kiểu enzym của bộ máy quang hợp
Tình trạng nước trong cây
Phức hệ sắc tố
Thành phần của hệ thống quang hóa
Tuổi lá và tuổi cây
Các giá trị trở kháng khuếch tán

Các quá trình khuếch tán liên quan đến sự xâm nhập CO2 vào nơi xảy ra quang hợp
Các quá trình quang hóa liên quan đến sự sử dụng năng lượng ánh sáng cho quang hợp
Các quá trình hóa học tối ảnh hưởng đến sự cố định CO2
Các quá trình liên quan đến sự chuyển sản phẩm quang hợp đến các mô khác
Cung cấp năng lượng tích lũy cho quá trình quang hợp

Một cách đơn giản để tính tốc độ quang hợp là đặt một cây xanh vào trong một chuông kính và đo lượng oxi mà nó thải ra

Một thí nghiệm như vậy đã được thiết lập để đo sự tương quan khi tác dụng các cường độ ánh sáng khác nhau.
Và thu được kết quả là : khi tăng cường độ chiếu sáng thì hiệu suất quang hợp cũng tăng lên, và khi giảm cường độ ánh sáng chiếu tới cây thì hiệu suất quang hợp cũng giảm
Cây bắt đầu quang hợp ở cường độ ánh sáng khá thấp (as đèn dầu, ánh trăng, hoàng hôn)

Tại cường độ ánh sáng mà hiệu suất oxi tạo ra bằng không chính là điểm bù ánh sáng. Tại điểm tác dụng đó: lượng oxi tiêu thụ cho hô hấp bằng đúng lượng oxi tạo ra do quá trình quang hợp.
Điểm bù ánh sáng phụ thuộc vào từng loại cây nhưng nó thường vào khoảng từ 40- 60W/m2 đối với ánh sáng mặt trời.
Điểm bù ánh sáng có thể thấp hơn khi trong môi trường có nồng độ CO2 cao. Điều này cho phép thực vật có thể sống được dưới điều kiện ánh sáng yếu.

Nếu tăng từ từ cường độ ánh sáng đến một mức nào đó sẽ không có sự hấp thụ hay giải phóng CO2 hoặc O2 do đó hô hấp và quang hợp hoàn toàn cân bằng nhau – Điểm bão ánh sáng

Phụ thuộc vào nhiệt độ, nồng độ CO2 của môi trường, tuổi lá, tuổi cây,các nhóm cây sinh thái khác nhau…

Nhóm cây ưa sáng (thông rụng lá) Pn tăng cùng với với sự tăng cường độ ánh sáng cho đến độ chiếu sáng mặt trời toàn phần
Điểm bão hòa AS khoảng
300-350.103 erg/cm2.s
Nhóm cây ưa bóng tại cường độ ánh sáng yếu đã đạt được cực đại Pn
Điểm bão hòa AS khoảng
75-100.103 erg/cm2.s



MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA QUANG HỢP VÀ CHẾ ĐỘ ÁNH SÁNG TRONG NGÀY
Hiệu quả đối với quang hợp của các tia sáng khác nhau tăng theo sự tăng độ dài bước sóng
Quang hợp tiến hành tốt nhất khi chiếu ánh sáng đỏ và xanh
Chiều hướng của quá trình quang hợp thay đổi do tác dụng của các tia sáng có độ dài sóng khác nhau
AS sóng ngắn (xanh tím) giúp hình thành các axit amin, protein
AS sóng dài (đỏ) đẩy mạnh sự hình thành gluxit

Nguy hiểm là nếu cường độ ánh sáng quá mạnh cũng có thể làm tăng nhiệt độ do đó quá trình thoát hơi nước diễn ra quá mạnh sẽ làm cho lá bị héo.
Tuy vậy, trong một giới hạn cho phép, cường độ ánh sáng có thể tăng cao để đạt hiệu suất quang hợp lớn, nó vào khoảng 40% ánh sáng toàn phần của mặt trời.
Sự hấp thụ quá nhiều ánh sáng mạnh có thể dẫn đến hiện tượng quang ức chế (PHOTOINHIBITION)
Nếu để cây xanh dưới ánh sáng mạnh hơn khả năng chúng có thể sử dụng thì trung tâm hoạt động của PS II có thể bị ức chế và thậm chí là bị phá hủy, hiện tượng này gọi là quang ức chế
Hiện tượng quang ức chế này phụ thuộc vào tổng lượng ánh sáng mạnh chiếu vào cây, có hai hiện tượng quang ức chế được định nghĩa: dynamic photoinhibition (quang ức chế chức năng), chronic photoinhibition ( quang ức chế lâu dài).
Quang ức chế chức năng: Dưới điều kiện ánh sáng mạnh vừa , hiệu suất thành phần sẽ giảm, nhưng tổng cực đại hiệu suất quang hợp đạt được không đổi. Do mất năng lượng vào việc giảm nhiệt độ cho cây.

Quang ức chế lâu dài: Dưới điều kiện ánh sáng quá mạnh thì cả hiệu suất thành phần và tổng cực đại hiệu suát quang hợp cũng giảm, do trung tâm hoạt động của PSII bị phá hủy.
Hiệu suất quang hợp không chỉ phụ thuộc vào mỗi ánh sáng mà nó còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác

Khi ánh sáng đạt đến mức bão hòa thì tốc độ quang hợp phụ thuộc vào nồng độ CO2 trong môi trường
CO2 trong không khí là nguồn cung cấp cacbon cho quang hợp

Nồng độ CO2 trong không khí và trong lá quyết định tốc độ của quá trình quang hợp
Nồng độ CO2 thấp nhất để cây bắt đầu quang hợp là vào khoảng 0,008 – 0,01%

Ở thực vật C3 quá trình hô hấp sáng diễn ra mạnh do đó điểm bù vào khoảng c. 0.005%. Thực vật C4 do không có hô hấp sáng nên điểm bù là gần 0

Điểm bão hòa CO2 tùy thuộc vào mức độ chiếu sáng, nhiệt độ, loại cây…


Trong môi trường không khí
[ CO2 ] = 0.03%
→ thấp hơn [ CO2 ] bão hoà
→ khi tăng [ CO2 ] thì cường độ QH ( Pn ) tăng 1,5-3 lần
Trong thực tế người ta thấy rằng sau khi núi lửa phun trào thì Pn của thực vật vùng đó tăng rõ rệt
Trong nông nghiêp: Bón CO2 hay phân cho sinh CO2 làm tăng năng suất cây trồng


Nhiệt tác động vào cây chủ yếu là từ ánh sáng mặt trời
Phần ánh sáng dài phản xạ
Nhiệt độ hấp thụ và dòng khí đối lưu
Giảm nhiệt do sự thoát hơi nước qua lỗ khí khổng
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quang hợp phụ thuộc vào hệ thống phát sinh, trạng thái sinh lý của cây, thời gian tác dụng, giới hạn nhiệt độ…
Gây ra cả những biến đổi tốc độ quá trình lẫn các quá trình, chiều hướng trao đổi chất
Tốc độ các phản ứng quang hợp
Tốc độ sinh trưởng của cây
Độ lớn diên tích đồng hoá
Tốc độ vân chuyển các chất đã đồng hoá từ lục lạp đến cơ quan khác


Nhiệt độ tối ưu cho quang hợp thay đổi tùy loài:
TV nhiệt đới: 25-300C
(0,5 – 500C)
TV vùng lạnh: 8-150C
(-3 – 200C)
TV ở sa mạc: trên 400C


Hàm lượng nước trong không khí ảnh hưởng đến sự đóng mở khí khổng
Tốc độ sinh trưởng của cây → kích thước bộ máy đồng hoá
Tốc độ vận chuyển các chất đồng hoá
Hàm lượng nước trong tế bào ảnh hưởng đến điều kiện hoạt động của enzyme
Là nguyên liệu trực tiếp của PƯ quang hợp
Sự thoát hơi nước điều hoà hoạt động của lá


Trong nông nghiệp, vấn đề tính thuận nghịch sự thay đổi Pn do hạn hán có ý nghĩa lớn trong việc chống hạn và tăng năng suất
Thành phần của bộ máy quang hợp
Thành phần của sản phẩm
Ảnh hưởng đến hệ thống keo của nguyên sinh chất
Tính thấm của tế bào
Hoạt động của enzyme
Đến kích thước của bộ máy quang hợp

Cơ sở:
- Một số nguyên tố khoáng là thành phần của sắc tố và enzyme
- Xúc tác cho các quá trình tổng hợp và hoạt động của sắc tố và enzyme
- Ảnh hưởng đến tính thấm của màng tế bào
- Thay đổi cấu tạo và điều chỉnh hoạt động của khí khổng
- Thay đổi độ lớn, số lượng, cấu tạo của lá
- Thời gian sống của cơ quan đồng hoá
N
Quá trình khuyếch tán CO2
Cấu trúc và hoạt động của lục lạp
Mối liên hệ giữa N trong mô đồng hoá và QH
Sự hình thành, tích luỹ và vận chuyển san phẩm
→ N cao làm tăng tốc độ QH, tăng độ lớn và diện tích lá, tăng hàm lượng sắc tố

K
Nếu tăng hàm lượng K thì Pn tăng
Có ảnh hưởng tốt đến sự tổng hợp của chlorophill, gluxit và protein
Ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái keo sinh chất → ảnh hưởng đên qh
P: Là thành phần của nhiều chất photphorin hoá
Fe: Là thành phần của cytocrom
Mn, Cu, Ca, B …

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp vì vậy trong thực tế ta phải đặt các nhân tố trong mối quan hệ của chúng → Thu được kết quả nghiên cứu chính xác
Trong nông nghiệp, ngoài việc tạo những điều kiện thuận lợi cho cây, phải thường xuyên tạo ra các giống mới có năng suất quang hợp cao→ tăng năng suất: C3 → C4