Trả lời nhanh
Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ năng lượng ánh sáng để biến CO2 và H2O thành chất hữu cơ (glucose), đồng thời giải phóng O2. Quá trình gồm pha sáng ở màng thylakoid (tạo ATP, NADPH, O2) và pha tối ở chất nền lục lạp (cố định CO2 theo con đường C3, C4 hoặc CAM). Quang hợp tạo ra 90–95% chất khô của cây nên quyết định năng suất cây trồng.
A. Lý thuyết Sinh học 11 Bài 4: Quang hợp ở thực vật
1. Quang hợp là gì?
Quang hợp là quá trình thực vật dùng năng lượng ánh sáng mặt trời, nhờ hệ sắc tố trong lục lạp, để tổng hợp chất hữu cơ từ chất vô cơ đơn giản là CO2 và nước. Phương trình tổng quát:
6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O (điều kiện: ánh sáng, diệp lục)
Kiểm tra cân bằng: vế trái có 6 C, 24 H và 12 + 12 = 24 O; vế phải có 6 C, 12 + 12 = 24 H và 6 + 12 + 6 = 24 O. Phương trình viết 12H2O ở vế trái và 6H2O ở vế phải để nhấn mạnh rằng toàn bộ O2 giải phóng có nguồn gốc từ nước.
2. Vai trò của quang hợp
- Tạo ra nguồn chất hữu cơ khổng lồ, là thức ăn trực tiếp hoặc gián tiếp cho gần như mọi sinh vật trên Trái Đất.
- Cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu cho công nghiệp, xây dựng, sản xuất thuốc (gỗ, sợi, tinh dầu, than đá, dầu mỏ đều có nguồn gốc từ quang hợp).
- Biến quang năng thành hoá năng tích luỹ trong liên kết hoá học, duy trì hoạt động sống của sinh giới.
- Hấp thụ CO2 và thải O2, giữ cân bằng khí trong khí quyển, góp phần giảm hiệu ứng nhà kính.
3. Các nhóm sắc tố quang hợp
| Nhóm sắc tố | Thành phần | Màu | Vai trò |
|---|---|---|---|
| Diệp lục (chlorophyll) | Diệp lục a, diệp lục b | Xanh lục | Diệp lục a là sắc tố trung tâm trực tiếp chuyển quang năng thành hoá năng; diệp lục b hấp thụ và truyền năng lượng |
| Carotenoid | Carotene, xanthophyll | Da cam, vàng, đỏ | Hấp thụ thêm ánh sáng rồi truyền năng lượng cho diệp lục; bảo vệ diệp lục khỏi ánh sáng quá mạnh |
4. Vai trò của hệ sắc tố
Khi phân tử sắc tố hấp thụ photon, electron của nó chuyển sang trạng thái kích thích. Năng lượng này được truyền liên tiếp theo kiểu cộng hưởng: carotenoid → diệp lục b → diệp lục a → diệp lục a ở trung tâm phản ứng. Tại đây, electron bị bật ra và đi vào chuỗi truyền electron, nhờ đó quang năng được chuyển thành hoá năng trong ATP và NADPH.
5. Quá trình quang hợp diễn ra như thế nào?
Quang hợp diễn ra trong lục lạp qua hai pha nối tiếp và phụ thuộc lẫn nhau.
Pha sáng (ở màng thylakoid, cần ánh sáng):
- Diệp lục hấp thụ ánh sáng, electron bị kích thích và bật ra khỏi diệp lục a.
- Nước bị quang phân li: 2H2O → 4H+ + 4e– + O2. Electron bù cho diệp lục a, O2 thoát ra ngoài.
- Dòng electron và H+ được dùng để tổng hợp ATP và khử NADP+ thành NADPH.
- Sản phẩm: O2, ATP, NADPH.
Pha tối (ở chất nền lục lạp, còn gọi là pha cố định CO2): dùng ATP và NADPH của pha sáng để biến CO2 thành đường. Có ba con đường:
| Đặc điểm | Thực vật C3 | Thực vật C4 | Thực vật CAM |
|---|---|---|---|
| Ví dụ | Lúa, lúa mì, đậu, khoai | Ngô, mía, cao lương, rau dền | Dứa, xương rồng, thanh long |
| Chất nhận CO2 đầu tiên | RuBP (5C) | PEP (3C) | PEP (3C) |
| Sản phẩm đầu tiên | 3-PGA (3C) | OAA (4C) | OAA (4C), dự trữ dạng malate |
| Nơi diễn ra | Tế bào mô giậu | Mô giậu (cố định sơ bộ) và tế bào bao bó mạch (chu trình Calvin) | Cùng tế bào mô giậu, tách theo thời gian (đêm – ngày) |
| Khí khổng | Mở ban ngày | Mở ban ngày, ít thoát hơi nước hơn | Đóng ban ngày, mở ban đêm |
| Điều kiện sống | Ôn hoà | Nhiệt đới, cận nhiệt đới, nắng nóng | Hoang mạc, khô hạn |
Chu trình Calvin ở thực vật C3 gồm ba giai đoạn: cố định CO2 (enzyme Rubisco gắn CO2 vào RuBP), khử 3-PGA thành G3P (dùng ATP và NADPH) và tái sinh RuBP. Thực vật C4 và CAM có thêm giai đoạn cố định CO2 sơ bộ nhờ enzyme PEP carboxylase, nhờ vậy vẫn có đủ CO2 cho chu trình Calvin khi khí khổng phải đóng bớt để giữ nước; đây chính là đặc điểm thích nghi với môi trường nóng, khô.
6. Vai trò của các sản phẩm quang hợp
Đường glucose tạo ra được chuyển hoá thành tinh bột (dự trữ trong lục lạp, hạt, củ), saccharose (dạng vận chuyển qua mạch rây đến các cơ quan), cellulose (xây dựng thành tế bào) và làm nguyên liệu tổng hợp amino acid, protein, lipid. Một phần đường được dùng cho hô hấp để cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của cây.
7. Các nhân tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến quang hợp
- Ánh sáng: cường độ quang hợp tăng theo cường độ ánh sáng từ điểm bù ánh sáng đến điểm bão hoà ánh sáng; ánh sáng đỏ và xanh tím được diệp lục hấp thụ mạnh nhất.
- Nồng độ CO2: quang hợp chỉ diễn ra khi nồng độ CO2 vượt điểm bù CO2; tăng dần đến điểm bão hoà CO2. Nồng độ CO2 trong không khí hiện nay vào khoảng 0,04%, thường thấp hơn mức tối ưu của cây C3.
- Nhiệt độ: ảnh hưởng đến hoạt tính enzyme; đa số cây quang hợp tốt nhất trong khoảng 25–35 °C, cây C4 chịu được nhiệt độ cao hơn cây C3.
- Nước và khoáng: thiếu nước làm khí khổng đóng, CO2 khó vào lá; nitrogen và magnesium là thành phần của diệp lục.
8. Quang hợp và năng suất cây trồng
Khoảng 90–95% khối lượng chất khô của cây là sản phẩm của quang hợp, chỉ 5–10% đến từ các nguyên tố khoáng. Vì vậy quang hợp là yếu tố chủ yếu quyết định năng suất. Năng suất sinh học là tổng chất khô của cây; năng suất kinh tế là phần chất khô tích luỹ trong bộ phận có giá trị (hạt, quả, củ, lá…).
9. Biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp
- Tăng diện tích lá hợp lí bằng bón phân, tưới nước, trồng với mật độ phù hợp (không quá dày để lá không che khuất nhau).
- Tăng cường độ quang hợp: chọn giống có hiệu suất cao, chăm sóc đúng kĩ thuật, gieo trồng đúng thời vụ.
- Tăng hệ số kinh tế: chọn giống phân bố nhiều sản phẩm quang hợp vào bộ phận thu hoạch.
- Ứng dụng công nghệ: chiếu sáng bằng đèn LED có bước sóng phù hợp, bổ sung CO2, điều khiển nhiệt độ trong nhà kính, nhà màng.
Sơ đồ tư duy quang hợp ở thực vật
Sơ đồ tư duy dưới đây gom toàn bộ bài học vào sáu nhánh. Khi ôn, em hãy tự vẽ lại và bổ sung ý nhỏ cho từng nhánh: nhánh Cơ chế ghi sản phẩm của từng pha; nhánh Nhân tố ảnh hưởng ghi điểm bù và điểm bão hoà; nhánh Năng suất ghi ba nhóm biện pháp.
- Khái niệm: phương trình tổng quát, nơi diễn ra là lục lạp.
- Vai trò: nguồn chất hữu cơ, năng lượng, cân bằng O2/CO2.
- Sắc tố: diệp lục a, b; carotene, xanthophyll; truyền năng lượng về diệp lục a trung tâm.
- Cơ chế: pha sáng (ATP, NADPH, O2); pha tối (C3, C4, CAM).
- Nhân tố ảnh hưởng: ánh sáng, CO2, nhiệt độ, nước, khoáng.
- Năng suất: 90–95% chất khô; tăng diện tích lá, cường độ quang hợp, hệ số kinh tế.
B. Bài tập trắc nghiệm Sinh học 11 Bài 4: Quang hợp ở thực vật
Câu 1. Trong các biện pháp: (1) tăng diện tích lá hấp thụ ánh sáng; (2) điều khiển diện tích bộ lá bằng bón phân, tưới nước hợp lí; (3) điều tiết hoạt động quang hợp của lá bằng kĩ thuật chăm sóc phù hợp; (4) trồng cây thật dày để lá nhận nhiều ánh sáng; (5) chọn giống phân bố nhiều sản phẩm quang hợp vào bộ phận có giá trị kinh tế; (6) áp dụng biện pháp nông sinh, bón phân hợp lí. Những biện pháp nào giúp tăng năng suất cây trồng thông qua điều tiết quang hợp?
- A. (1), (2) và (3)
- B. (1), (2), (3), (5) và (6)
- C. (1), (2), (3) và (4)
- D. (3) và (4)
Đáp án B. Biện pháp (4) sai vì trồng quá dày khiến lá che nhau, lá dưới thiếu sáng và hô hấp tiêu hao nhiều chất hữu cơ.
Câu 2. Ở thực vật CAM, khí khổng
- A. đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm
- B. chỉ mở ra khi hoàng hôn
- C. chỉ đóng vào giữa trưa
- D. đóng vào ban đêm và mở vào ban ngày
Đáp án A. Cây CAM sống nơi khô hạn nên đóng khí khổng ban ngày để tiết kiệm nước, mở ban đêm để lấy CO2 và dự trữ dưới dạng malate.
Câu 3. Trong lục lạp, pha tối diễn ra ở
- A. màng ngoài
- B. màng trong
- C. thylakoid
- D. chất nền (stroma)
Đáp án D. Thylakoid là nơi diễn ra pha sáng; các enzyme của chu trình Calvin nằm trong chất nền.
Câu 4. Thực vật C4 phân bố chủ yếu
- A. ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới
- B. ở vùng ôn đới và á nhiệt đới
- C. rộng rãi trên Trái Đất, chủ yếu ở vùng ôn đới và á nhiệt đới
- D. ở vùng sa mạc
Đáp án A. Cây C4 như ngô, mía thích nghi với ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao; vùng sa mạc là nơi điển hình của cây CAM.
Câu 5. Lá cây có màu xanh lục vì
- A. diệp lục a hấp thụ ánh sáng màu xanh lục.
- B. diệp lục b hấp thụ ánh sáng màu xanh lục.
- C. nhóm sắc tố phụ (carotenoid) hấp thụ ánh sáng màu xanh lục.
- D. các tia sáng màu xanh lục không được diệp lục hấp thụ.
Đáp án D. Diệp lục hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và xanh tím, còn ánh sáng xanh lục bị phản xạ và truyền qua, đi vào mắt ta.
Lỗi thường gặp khi học bài Quang hợp
- Cho rằng O2 sinh ra từ CO2: thực tế O2 có nguồn gốc từ quang phân li nước ở pha sáng.
- Nghĩ “pha tối” chỉ xảy ra vào ban đêm: pha tối không cần ánh sáng trực tiếp nhưng cần ATP, NADPH từ pha sáng nên diễn ra chủ yếu vào ban ngày.
- Nhầm vị trí: pha sáng ở thylakoid, pha tối ở chất nền lục lạp.
- Nhầm cây C4 với cây CAM: dứa, xương rồng là CAM; ngô, mía là C4.
Xem thêm lý thuyết Sinh học 11 Kết nối tri thức
- Lý thuyết Bài 3: Thực hành: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật
- Lý thuyết Bài 6: Hô hấp ở thực vật
- Lý thuyết Bài 8: Dinh dưỡng và tiêu hóa ở động vật
- Lý thuyết Bài 9: Hô hấp ở động vật
Câu hỏi thường gặp
O2 trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu?
O2 được giải phóng từ quá trình quang phân li nước ở pha sáng, không phải từ CO2.
Sản phẩm của pha sáng gồm những chất nào?
Pha sáng tạo ra ATP, NADPH và giải phóng O2; ATP và NADPH được chuyển sang pha tối để cố định CO2.
Thực vật CAM khác thực vật C4 ở điểm nào?
Cả hai đều cố định CO2 sơ bộ nhờ PEP, nhưng C4 tách hai giai đoạn theo không gian (hai loại tế bào), còn CAM tách theo thời gian (đêm cố định, ngày chạy chu trình Calvin).
Vì sao lá cây có màu xanh?
Vì diệp lục hấp thụ mạnh ánh sáng đỏ và xanh tím nhưng hầu như không hấp thụ ánh sáng xanh lục, nên ánh sáng này bị phản xạ tới mắt.
Quang hợp quyết định bao nhiêu phần trăm năng suất cây trồng?
Khoảng 90–95% chất khô của cây là sản phẩm quang hợp, phần còn lại 5–10% là các nguyên tố khoáng.