Quang hợp và hô hấp ở thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP ĐÔNG ĐÔ



QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP


GVHD:Nguyễn Thị Thu Yến
Sinh viên: Nguyễn Thị Xuân, Đào Thu Hằng, Trần Phương Anh, Trịnh Ngọc Bích, Ngô Thị Hiền, Nguyễn Thị Phương
Khoa : CNSHTP
Khóa : 14


Hà Nội , Ngày 15 tháng 10 năm 2010
A.QUANG HỢP
B.HÔ HẤP
C.MỐI QUAN HỆ GIỮA QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP
A.QUANG HỢP
KHÁI NIỆM QUANG HỢP
Quang hợp là quá trình sử dụng năng lượng ánh sáng đế tổng hợp chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ.Trong sinh giơi chỉ có ở thực vật và tảo. Quá trình quang hợp thường được chia thành 2 pha là pha sáng và pha tối.

CƠ QUAN LÀM NHIỆM VỤ QUANG HỢP-BỘ MÁY QUANG HỢP
1.Lá - cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp

_Hình thái lá:Lá thường dạng bản và mang đặc tính hướng sáng
_Về giải phẫu: +)Lá có lớp mô giậu dày chứa nhiều lục lạp nằm sát ngay mặt trên lá dươi lớp biểu bì trên đây là lớp mô đồng hóa của lá.Sát với lớp mô đồng hóa là lớp mô xốp có khoảng trống gian bào lớn.
+)lá có mạng lưới mạch dẫn dày đặc
+)Lá có hệ thống dày đặc các khí khổng ở mặt trên và mặt dưới lá giúp cho CO2 ,H2O,O2 di vào và đi ra khỏi lá một các dễ dàng.
Tính hướng sáng của lá:
2. Lục lạp (chloroplast) – Bào quan thực hiên chức năng quang hợp
_Hình thái lục lạp:Ở loài thực vật bậc thấp: có dạng hình võng ,hình cốc, hình sao.Ở thực vật bậc cao: thường có hình bầu dục đẻ tiện cho việc tiếp nhận ánh sáng mặt trời.
_Số lượng và kích thước lục lạp:Số lượng lục lạp trong các tế bào rất khác nhau có thể có từ 1 đến vài triệu lục lạp.
Kích thước lục lạp:Đường kính trung bình của lục lạp 4-6μm ,dày 2-3μm.
Quá trình hình thành lục lạp trải qua 3 giai đoạn:
Giai đoạn tiền lục lạp
Giai đoạn phân hóa
Giai đoạn hình thành lên các tilacoit (bản mỏng) thực sự và sau đó chúng xếp chồng lên nhau thành các hạt (Grana).
Dưới kính hiển vi điện tử: Ngoài cùng lục lạp là lớp màng lớp màng kép.Trong màng là thể nền (stroma) lỏng nhày ,không màu.
Cấu tạo của lục lạp:
3.Các sắc tố quang hợp:
Gồm có:
Nhóm sắc tố lục clorophyl (diệp lục) :clorophyl a và clorophyl b.
Nhóm sắc tố vàng carotenoit gồm 2 nhóm nhỏ: caroten và xantophin
Nhóm sắc tố xanh ở thực vật bậc thấp: phycobilin
Các sắc tố dịch bào :nhóm antoxyan
Các sắc tố quang hợp:
Quang phổ hấp thụ của các sắc tố:
KHÁI NIỆM PHA SÁNG:
Pha sáng là giai đoạn phụ thuộc trực tiếp vào ánh sáng bao gồm các quá trình hấp thụ ánh sáng và kích thích sắc tố,cùng vời sự biến đổi năng lượng lượng tử thành các dạng năng lượng hóa học dưới dạng các hợp chất dự trữ năng lượng ATP và hợp chất khử NADPH
Pha sáng của quang hợp:

áNH
SáNG
  
PHA S¸NG
( Màng tilacoit)
→ ATP
→ NADPH

H2O
O2
Diễn biến của pha sáng:
Giai đoạn quang vật lý: bao gồm quá trình hấp thụ năng lượng và sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử clorophin.
Giai đoạn quang hóa học: đây là giai đoạn clorophin sử dụng năng lượng photon hấp thụ được các phản ứng quang hóa để hình thành lên các hợp chất dự trữ năng lượng và các hợp chất khử.Giai đoạn này gồm quá trình quang hóa khới nguyên , quá trình quang phân ly nước và quá trình photphorin hóa vòng và không vòng.
Quá trình quang khới nguyên :đây là quá trình hình thành thuận nghịch clorophin khử bởi các phản ứng sáng 1 và phản ứng sáng 2. Kết quả của con đường truyền e là sự hình thành các phân tử ATP.Kết quả của chu trình truyền điện tử không vòng là sự hình thành không những ATP mà còn giải phóng O2 NADPH2.
Quá trình quang phân ly nước:cơ chế của quá trình này là nhờ tác dụng của ánh sáng được hấp thụ bởi clorophin.
Quá trình clorophin hóa quang hóa: thực hiện được nhờ năng lượng photon ánh sáng và xảy ra ở lục lạp.
PHƯƠNG TRÌNH PHA SÁNG
Sắc tố quang hợp
NLAS + H2O + NADP+ + Pi NADPH + ATP +O2

Chú thích : Pi là photpho vô cơ
NLSA là năng lượng ánh sáng.
Tóm tắt diễn biến pha sáng của quang hợp:
KHÁI NIỆM PHA TỐI
Pha tối là giai đoạn không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng gồm có quá trình sử dụng ATP và các sản phẩm khác.
Pha tối:
So sánh pha sáng và pha tối:
DIỄN BIẾN CỦA PHA TỐI
1.Chu trình Calvin (Chu trình C3):
Thực vật C3 gồm đa số thực vật như:Rêu, tảo,lúa, lúa mì, cam, chanh… Cơ sở của chu trình: axit photphoglixeric.
Chu trình Calvin gồm 3 giai đoạn:
+Giai đoạn 1:Giai đoạn cacboxi hóa
+Giai đoạn 2 là giai đoạn khử.
+Giai đoạn 3 là giai đoạn phục hồi chất nhận ribulozodiphotphat.
Thực vật C3:
Phục hồi chất nhận ribulozodi-photphat
Khử
Giai đoạn cacboxi hóa
Mối quan hệ giữa pha sáng và pha tối ở thực vật C3:
2)Chu trình Hatch và slack- chu trình C4 hay chu trình axit dicacboxilic
Nhóm thực vật C4 bao gồm một số loài thực vật sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như mía ,rau dền , ngô , cao lương, kê,…tiến hành quang hợp theo con đường C4
Chu trình C4 có thể chia thành 2 chu trình nhỏ:
Chu trình 1(chu trình cacboxi hóa axit photphoenolpyruvic)
Chu trình 2 ( chu trình tổng hợp monosaccarit)
Thực vật C4:
CO2
Chất 4C
(axit oxalôaxetic
 axit malic)
Chất 3C
(axit piruvic)
AlPG
CO2
Rib-1,5-diP
C6H12O6
APG
3) Con đường cacbon ở thực vật CAM (Crassulaceae Acid Metabolism – trao đổi axit ở họ thuốc bỏng)
Con đường cố định CO2 ở CAM được phân biệt về mặt thời gian.Quá trình cacboxi hóa sơ cấp xảy ra vào ban đêm, khi các khí khổng mở ,còn quá trình tổng hợp đường lại xảy ra vào ba ngày.
Sản phẩm đầu tiên của sự cố định CO2 ở thực vật CAM là axit malic
=> Quá trình đồng hóa CO2 ở cây xanh là một quá trình phức tạp , bao gồm các hướng khác nhau với những sản phẳn cuối cùng khác nhau. Trong tiến trình của quá trình quang hợp,đã tạo ra nhiều sản phẩm trung gian và các sản phẩn này có quan hệ mật thiết với quá trình trao đổi chất khác nhau xảy ra ở cây xanh.
Thực vật CAM:
Gồm những thực vật mọng nước sống ở vùng hoang mạc khô hạn (xương rồng…) và các loại cây trồng (dứa, thanh long…)
Ban ngày khí khổng đóng
Ban đêm khí khổng mở
←
←
4)Các tiêu chuẩn xác định hai nhóm thực vật C3 và C4
Tiêu chuẩn giải phẫu , hình thái:Là và lục lạp ở các cây C4 có sự phát chuyển mạnh các tế bào bó mạch.Trong khi đó cây C3 chỉ có 1 dạng lục lạp của tế bào mô giậu ,nhỏ, có cấu trúc hạt phát truyển ,chứa rất ít các hạt tinh bột.
Tiêu chuẩn sinh lý:
Nhiệt độ thích hợp đối với quang hợp: Đối với thức vật C4 nhiệt độ tối ưu đối với quang hợp vào khoảng 30-450C, còn thực vật C3 chỉ khoảng 10-250C.
Sự phản ứng của quang hợp với cường độ ánh sáng.
Ảnh hưởng của O2 đến quang hợp – hiệu ứng Warburg.
Điểm bù CO2 đối với quang hợp.
Nhu cầu nước ở thực vật C3 và C4 .
Tiêu chuẩn sinh hóa:
Con đường cacbon trong quang hợp .Con đường cố định CO2 trong quang hợp ở hai nhóm thực vật C3 và C4 khác nhau.
Tổng hợp PEP.
Hô hấp ánh sáng.


+ RiDP (Ribulôzôđiphôtphát): Chất nhận CO2 đầu tiên
+ Hợp chất 3C: Sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình
+ AlPG (Anđêhit Photphoglixêric)
5)Quang hợp và các điều kiện môi trường:
a)Quang hợp và nồng độ CO2

CO2 trong không khí là nguồn cung cấp cacbon cho quang hợp.

Nồng độ CO2 trong không khí quyết định tốc độ của quá trình quang hợp.
b)Quang hợp và cường độ,thành phần ánh sáng:
Thành phần ánh sáng ảnh hưởng đến cường độ quang hợp và chất lượng của quá trình quang hợp

Chiều hướng của quá trình quang hợp thay đổi do các tác dụng của tia sáng có độ dài sóng khác nhau.
c)Quang hợp và nhiệt độ:
Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ các phản ứng quang hợp, tốc độ sinh trưởng của cây, độ lớn của diện tích đồng hóa, tốc độ vận chuyển các chất đồng hóa từ diệp lục tới các cơ quan khác
d)Quang hợp và nước:
Nước trong lá ảnh hưởng tới quá trình thoát hơi nước
Ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của cây
Ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển các chất đồng hóa
Ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của hệ thống enzyme
Là nguyên liệu trực tiếp của phản ứng quang hợp
Quá trình thoát hơi nước điều hòa nhiệt độ của lá
→ ảnh hưởng đến quang hợp

e)Quang hợp và dinh dưỡng khoáng:
Quang hợp và dinh dưỡng khoáng là 2 mặt của 1 quá trình thống nhất của dinh dưỡng thực vật

Các nguyên tố khoáng ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp lên nhiều mặt của quang hợp.
6)Quang hợp và năng suất cây trồng
Hoạt động quang hợp quyết định 90-95% năng suất cây trồng.

Muốn tăng năng suất cây trồng ta phải điều khiển hệ quang hợp ở 3 mặt: thành phần của hệ,cấu trúc của hệ và hoạt tính của hệ sao cho nó hoạt động tốt nhất.
Ý NGHĨA QUANG HỢP
Tạo nên các hợp chất hữu cơ cung cấp thức ăn cho mọi sinh vật.
Tạo cân bằng hệ sinh thái và sinh quyển đặc biệt là cân bằng oxi, cacbonic.
Là phương thức duy nhất để chuyển hoá năng lượng áng sáng mặt trời thành hoá năng trong hợp chất hữu cơ mà thế giới sống có thể sử dụng.
Hiện tượng gì xảy ra
ở cây xanh?
B.HÔ HẤP
1) KHÁI NIỆM HÔ HẤP
Hô hấp là quá trình phân giải oxy hóa các hợp chất hữu cơ,trước hết là gluxit với sự tham gia của oxy không khí cho tới sản phấm cuối cùng là khí cacbonic và nước.Đồng thời giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của cây và tạo ra các sản phẩm trung gian cho các quá trình tổng hợp các chất trong cây.
Hô hấp là 1 quá trình oxy hóa – khử rất phức tạp.



2. Phương trình hô hấp tổng quát:
C6H12O6 + 6O2 →6CO2 + 6H2O + Năng lượng (nhiệt + ATP)
Hô hấp được chia ra làm 2 giai đoạn:
Giai đoạn 1: quá trình phân giải oxy hoá chất hữu cơ với sự tách hidro ra khỏi cơ chất hô hấp và giải phóng CO
Giai đoạn 2: gồm qua trình oxy hóa liên tục hidro với các coenzyme, oxy hóa khử:NADPH2; NADH2; FADH2 để giải phóng năng lượng tích lũy trong ATP
2)Vai trò của hô hấp đối với thực vật:
Hô hấp cung cấp toàn bộ năng lượng cho các hoạt động của cây.
Hô hấp sản sinh ra nhiều hợp chất hữu cơ trung gian mà chúng lại là nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp lên chất hữu cơ khác trong cơ thể.
Hô hấp tạo cơ sở năng lượng và nguyên liệu giúp cây chống chịu với các điều kiên ngoại cảnh bất lợi.
Trong sản suất : hiểu biết về hô hấp giúp ta đề suất các biện pháp điều chỉnh hô hấp theo hướng có lợi cho con người.
3)Bào quan làm nhiệm vụ hô hấp:ty thể
a)Cấu trúc của ty thể:
-Hình dạng:Ty thể thường có hình hạt, hình sợi,hình cầu,hình que
-Kích thước:Đường kính:0,5-2μm, dài 7-10μm
-Số lượng:Tùy thuộc vào loại tế bào có thể lên tới vài nghìn ty thể
-Thời gian sống:Khoảng 10-20ngày
-Ty thể là trung tâm sản sinh năng lượng của tế bào.
-Ty thể được cấu tạo từ lớp màng kép gồm màng ngoài và màng trong bao lấy khối chất nền phía trong.Màng ngoài và màng trong của ty thể được giới hạn bởi xoang gian màng,cách biệt với chất nền tạo lên các mấu lồi hình răng lược gọi là mào.
-Ty thể còn chứa 65-70% protein,25-30%lipit.Ngoài ra còn có AND và ARN
Cấu trúc của ty thể:
b)Chức năng:
Chức năng cơ bản của ty thể là liên kết sự oxy hóa hiếu khí 1 số chất trao đổi với sự tổng hợp ATP và vận chuyển điện tử tới oxy của không khí được thực hiện ở màng trong. Còn ở trong lớp chất cơ bản của ty thể thì diễn ra những phản ứng biến đổi hóa học nguyên liệu hô hấp không liên quan trực tiếp với sự giải phóng năng lượng
Sự vận chuyển hidro và điện tử từ NADH2 sang O2 có thể xảy ra trong ty thể theo 2 con đường: photphorin hóa oxy hóa xảy ra trong ty thể và oxy hóa tự do xảy ra trên bề mặt ty thể
4)Con đường hô hấp ở thực vật:
a)Pha yếm khí của hô hấp:
Điều kiện: khi thiếu oxi
Nơi xảy ra: trong tế bào chất
Hô hấp được chia làm 2 giai đoạn kế tiếp nhau: đường phân và lên men

+Đường phân:
Glucozo( C6H12O6) -- 2 axit Piruvic( 2C3H4O3) + 2ATP + 2NADH
+ Lên men
Axit piruvic ------- rượu etilic( C2H5OH ) + CO2
A.Lactic( C3H6O3)
Đường phân là pha phân giải chung cho con đường phân giải kị khí va hiếu khí
Quá trình đường phân:
Lên men
*)Ý nghĩa của hô hấp yếm khí:
Hô hấp yếm khí là quá trình bắt buộc trong điều kiện thiếu oxy cho hô hấp hiếu khí.

Hô hấp yếm khí là 1 quá trình thích nghi của cây giúp cây tồn tại tạm thời trong điều kiện thiếu oxy.
b)Pha hiếu khí của hô hấp:
Điều kiện: khi có oxi
Nơi xảy ra: ti thể
Chu trình Crep: diễn ra trong cơ chất của ti thể:
C3H4O3 + O2 -> CO2 + H2O
Chuỗi chuyền điện tử:
xảy ra ở màng trong ti thể -> tích lũy 36 ATP
5)Hô hấp sáng ở thực vật:
hυ
APG
(C3)
RiDP
Glicolat
(C2)
Lục lạp
Glioxilat
Glicolat
Peroxixom
O2
Serin
Glixin
Ti thể
CO2
Sơ đồ hô hấp sáng ở thực vật C3
C)MỐI QUAN HỆ GIỮA QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP
Quang hợp và hô hấp là 2 mặt của 1 quá trình thống nhất.
Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng của ánh sáng mặt trời.
Hô hấp là quá trình phân giải hoàn toàn các nguyên liệu hữu cơ thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng là CO2 và nước đồng thời giải phóng ra 1 lượng năng lượng lớn.
→Sản phẩm của quang hợp là nguyên liệu của hô hấp và ngược lại.
C6H12O6 và O2
CO2, H2O và ATP
CO2, H2O và ATP
C6H12O6 và O2