Sinh 11 Bài 6: Hô hấp ở thực vật (Kết nối tri thức)

Trả lời nhanh

Sinh 11 bài 6. Hô hấp ở thực vật là quá trình phân giải chất hữu cơ (chủ yếu là glucose) thành CO₂ và H₂O, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP và nhiệt. Cây có hai con đường hô hấp: hô hấp hiếu khí (đường phân → oxi hoá pyruvate và chu trình Krebs → chuỗi truyền electron, cho khoảng 30–32 ATP/glucose) và lên men khi thiếu O₂ (chỉ 2 ATP/glucose). Cường độ hô hấp phụ thuộc vào nước, nhiệt độ, nồng độ O₂ và CO₂; hiểu điều này giúp bảo quản nông sản và chăm sóc cây trồng.

A. Lý thuyết Sinh học 11 Bài 6: Hô hấp ở thực vật

I. Khái quát về hô hấp ở thực vật

Mọi tế bào sống của cây (rễ, thân, lá, hoa, quả, hạt) đều hô hấp suốt ngày đêm. Bản chất của hô hấp là chuỗi phản ứng oxi hoá – khử: liên kết hoá học trong phân tử hữu cơ bị bẻ gãy dần, electron và H⁺ được chuyển qua các chất mang, cuối cùng năng lượng được “đóng gói” vào ATP. Phương trình tổng quát của hô hấp hiếu khí:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + năng lượng (ATP + nhiệt)

Kiểm tra cân bằng: vế trái có 6 C, 12 H, 6 + 12 = 18 O; vế phải có 6 C, 12 H, 12 + 6 = 18 O.

Vai trò của hô hấp:

Cung cấp ATP cho các hoạt động sống: hút khoáng chủ động, vận chuyển chất, phân chia tế bào, sinh trưởng, ra hoa, tạo quả.
Một phần năng lượng thoát ra dưới dạng nhiệt, giúp duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các phản ứng enzyme (ví dụ hoa của một số loài ráy nóng lên khi nở).
Tạo ra nhiều sản phẩm trung gian (pyruvate, acetyl-CoA, các acid hữu cơ của chu trình Krebs) làm nguyên liệu tổng hợp amino acid, lipid, protein và nhiều hợp chất khác.

II. Các con đường hô hấp ở thực vật

Tuỳ lượng O₂ có trong tế bào, cây phân giải glucose theo hai con đường. Hô hấp hiếu khí là con đường chủ yếu; lên men chỉ xảy ra khi tế bào thiếu O₂ (rễ bị ngập úng, hạt ngâm nước quá lâu) và giúp cây tồn tại tạm thời.

Sơ đồ các giai đoạn hô hấp ở thực vật: đường phân ở tế bào chất tạo 2 pyruvate, oxi hoá pyruvate và chu trình Krebs ở chất nền ti thể, chuỗi truyền electron ở màng trong ti thể; nhánh lên men khi thiếu O₂ chỉ cho 2 ATP. — Hình 1. Ba giai đoạn của hô hấp hiếu khí và con đường lên men khi tế bào thiếu O₂.

1. Hô hấp hiếu khí

Hô hấp hiếu khí diễn ra mạnh ở những cơ quan đang hoạt động sinh lí mạnh như hạt đang nảy mầm, hoa đang nở, đỉnh sinh trưởng. Quá trình gồm ba giai đoạn nối tiếp:

Giai đoạn	Nơi diễn ra	Diễn biến chính (tính cho 1 glucose)
Đường phân	Tế bào chất	Glucose (6C) bị tách thành 2 pyruvate (3C); thu 2 ATP và 2 NADH; không cần O₂
Oxi hoá pyruvate và chu trình Krebs	Chất nền ti thể	2 pyruvate → 2 acetyl-CoA, giải phóng 2 CO₂ và 2 NADH; 2 acetyl-CoA qua chu trình Krebs tạo 4 CO₂, 2 ATP, 6 NADH, 2 FADH₂
Chuỗi truyền electron	Màng trong ti thể	NADH và FADH₂ chuyển electron qua chuỗi chất mang tới O₂, tạo H₂O; năng lượng giải phóng được dùng tổng hợp phần lớn ATP

Cộng lại, từ 1 phân tử glucose tế bào thu được 6 CO₂ (2 + 4), 10 NADH (2 + 2 + 6), 2 FADH₂ và 4 ATP tạo trực tiếp; sau chuỗi truyền electron tổng số ATP vào khoảng 30–32 (một số tài liệu cũ ghi 36–38 ATP do cách tính khác). O₂ chỉ tham gia ở cuối chuỗi truyền electron với vai trò chất nhận electron cuối cùng, vì vậy nước tạo ra trong hô hấp có oxygen lấy từ O₂ khí quyển.

2. Lên men

Khi thiếu O₂, chuỗi truyền electron ngừng hoạt động, NADH không được oxi hoá trở lại. Pyruvate sinh ra từ đường phân sẽ nhận electron từ NADH và biến đổi thành:

Ethanol và CO₂ (lên men rượu) – thường gặp ở rễ cây bị ngập úng, hạt ngâm nước lâu;
Lactate (lên men lactic) – gặp ở một số mô thực vật trong điều kiện yếm khí.

Lên men chỉ gồm đường phân và bước khử pyruvate, nên mỗi glucose chỉ cho 2 ATP. Ethanol tích luỹ lại gây độc cho tế bào; đó là lí do cây ngập úng lâu ngày bị thối rễ, vàng lá rồi chết.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hô hấp ở thực vật

1. Nước

Nước là dung môi và môi trường cho các phản ứng, đồng thời tham gia hoạt hoá enzyme hô hấp. Trong giới hạn nhất định, cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước của tế bào: hạt khô (độ ẩm thấp) hô hấp rất yếu, hạt ngâm nước hô hấp mạnh lên nhanh chóng.

2. Nhiệt độ

Nhiệt độ quyết định tốc độ hoạt động của enzyme. Khi nhiệt độ tăng tới mức tối ưu (thường khoảng 30–35 °C), cường độ hô hấp tăng; vượt quá mức này enzyme bị biến tính, hô hấp giảm nhanh. Ở nhiệt độ thấp, hô hấp diễn ra chậm – cơ sở của việc bảo quản lạnh.

3. Hàm lượng O₂

O₂ là nguyên liệu của hô hấp hiếu khí. Khi nồng độ O₂ trong không khí giảm xuống dưới 10%, hô hấp hiếu khí bắt đầu bị ảnh hưởng; dưới 5%, cây chuyển dần sang lên men, kém hiệu quả và sinh chất độc.

4. Hàm lượng CO₂

CO₂ là sản phẩm của hô hấp, nên khi tích luỹ nhiều nó ức chế hô hấp hiếu khí. Nồng độ CO₂ quá cao làm cây chuyển sang lên men; với hạt giống, CO₂ cao kéo dài có thể làm mất khả năng nảy mầm. Ngược lại, tăng CO₂ ở mức vừa phải trong kho kín lại là một cách giảm hô hấp để bảo quản rau quả.

Ứng dụng của hô hấp và mối quan hệ với quang hợp

IV. Ứng dụng của hô hấp thực vật vào thực tiễn

1. Bảo quản nông sản. Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ, sinh nhiệt và hơi nước làm nông sản nhanh hỏng, nên mục tiêu bảo quản là giảm cường độ hô hấp đến mức tối thiểu nhưng không làm chết tế bào (với hạt giống, củ giống). Các cách thường dùng:

Bảo quản khô: phơi, sấy hạt thóc, ngô, đậu đến độ ẩm thấp rồi cất trong bao kín, kho thoáng.
Bảo quản lạnh: rau, quả, thịt cá giữ ở khoảng 1–6 °C tuỳ loại; mỗi loại có ngưỡng riêng để không bị tổn thương lạnh.
Bảo quản trong khí quyển điều chỉnh: tăng CO₂, giảm O₂ trong kho hoặc túi kín để làm chậm hô hấp của rau quả.

2. Hô hấp trong trồng trọt. Rễ cần O₂ để hô hấp hiếu khí, tạo ATP cho việc hút nước và khoáng. Vì vậy cần làm đất tơi xốp, xới xáo, tránh nén chặt; tưới tiêu hợp lí, thoát nước kịp thời khi mưa lớn; gieo trồng đúng thời vụ để nhiệt độ, độ ẩm phù hợp. Ví dụ: ruộng lúa được tháo cạn nước định kì (“phơi ruộng”) giúp rễ được thoáng khí, phát triển khoẻ.

V. Mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp

Quang hợp và hô hấp là hai quá trình đối lập về chiều nhưng gắn bó chặt chẽ trong cùng một cơ thể:

Tiêu chí	Quang hợp	Hô hấp
Bào quan chính	Lục lạp	Ti thể (và tế bào chất)
Nguyên liệu	CO₂, H₂O, năng lượng ánh sáng	Chất hữu cơ, O₂
Sản phẩm	Chất hữu cơ, O₂	CO₂, H₂O, ATP, nhiệt
Chuyển hoá năng lượng	Quang năng → hoá năng trong chất hữu cơ	Hoá năng trong chất hữu cơ → ATP dùng được ngay
Thời gian	Chỉ khi có ánh sáng, ở tế bào có lục lạp	Liên tục ngày đêm, ở mọi tế bào sống

Sản phẩm của quá trình này là nguyên liệu của quá trình kia: glucose và O₂ từ quang hợp được dùng cho hô hấp; CO₂ và H₂O từ hô hấp quay lại phục vụ quang hợp. ATP của pha sáng chủ yếu được dùng ngay trong pha tối, còn ATP cho các hoạt động khác của cây phần lớn do hô hấp cung cấp. Năng suất sinh học của cây phụ thuộc vào hiệu số giữa lượng chất hữu cơ tạo ra nhờ quang hợp và lượng bị tiêu hao do hô hấp.

B. Trắc nghiệm Sinh học 11 Bài 6 có đáp án

Câu 1. Giai đoạn đường phân diễn ra ở đâu trong tế bào?

A. Chất nền ti thể
B. Tế bào chất
C. Màng trong ti thể
D. Chất nền lục lạp

Đáp án B. Đường phân không cần ti thể và không cần O₂, nên diễn ra ngay trong tế bào chất; chu trình Krebs mới diễn ra ở chất nền ti thể.

Câu 2. Yếu tố nào sau đây không phải là nhân tố môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hô hấp?

A. Nhiệt độ
B. Nồng độ khí CO₂
C. Nồng độ khí nitrogen (N₂)
D. Hàm lượng nước

Đáp án C. N₂ là khí trơ với hô hấp; nước, nhiệt độ, O₂ và CO₂ mới là bốn nhân tố chính.

Câu 3. Giai đoạn tạo ra nhiều ATP nhất trong hô hấp hiếu khí là

A. đường phân
B. oxi hoá pyruvate
C. chu trình Krebs
D. chuỗi truyền electron

Đáp án D. Đường phân và chu trình Krebs mỗi giai đoạn chỉ tạo trực tiếp 2 ATP/glucose; phần lớn ATP được tổng hợp nhờ chuỗi truyền electron trên màng trong ti thể.

Câu 4. Khi rễ cây bị ngập úng lâu ngày, sản phẩm nào tích luỹ và gây độc cho tế bào rễ?

A. Ethanol
B. Glucose
C. O₂
D. Tinh bột

Đáp án A. Thiếu O₂, rễ chuyển sang lên men rượu; ethanol tích luỹ làm tế bào rễ bị tổn thương.

Câu 5. Tính cho một phân tử glucose, chu trình Krebs giải phóng bao nhiêu phân tử CO₂?

A. 2
B. 4
C. 6
D. 8

Đáp án B. Mỗi vòng Krebs (1 acetyl-CoA) giải phóng 2 CO₂; 1 glucose cho 2 acetyl-CoA nên được 4 CO₂. Nếu cộng thêm 2 CO₂ ở bước oxi hoá pyruvate thì tổng là 6. Em đọc kĩ đề để không nhầm hai con số này.

Câu 6. Biện pháp nào làm tăng cường độ hô hấp, khiến hạt giống trong kho nhanh hỏng?

A. Phơi khô hạt trước khi cất
B. Giữ kho ở nhiệt độ thấp
C. Để hạt ở nơi ẩm, kho kín nóng
D. Đựng hạt trong bao kín, nơi khô ráo

Đáp án C. Độ ẩm và nhiệt độ cao đều thúc đẩy enzyme hô hấp, hạt nóng lên, nảy mầm hoặc mốc.

Lỗi thường gặp khi học bài này

Nhầm vị trí: đường phân ở tế bào chất, Krebs ở chất nền ti thể, chuỗi truyền electron ở màng trong ti thể.
Cho rằng cây chỉ hô hấp vào ban đêm. Thực tế cây hô hấp cả ngày lẫn đêm; ban ngày quang hợp mạnh hơn nên ta khó nhận thấy.
Nghĩ rằng giảm hô hấp càng nhiều càng tốt khi bảo quản hạt giống. Nếu hô hấp ngừng hẳn, phôi chết và hạt mất sức nảy mầm.

Câu hỏi thường gặp

Hô hấp ở thực vật diễn ra ở bào quan nào?

Giai đoạn đường phân diễn ra ở tế bào chất, còn oxi hoá pyruvate, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron diễn ra trong ti thể.

Hô hấp hiếu khí tạo ra bao nhiêu ATP từ 1 phân tử glucose?

Theo cách tính hiện nay là khoảng 30–32 ATP; nhiều tài liệu cũ ghi 36–38 ATP. Lên men chỉ tạo 2 ATP.

Vì sao cây bị ngập úng lâu ngày sẽ chết?

Rễ thiếu O2 nên chuyển sang lên men, thu rất ít ATP để hút nước và khoáng, đồng thời ethanol tích luỹ gây độc làm rễ thối.

Cây có hô hấp vào ban ngày không?

Có. Cây hô hấp liên tục cả ngày lẫn đêm ở mọi tế bào sống; ban ngày lượng O2 do quang hợp thải ra lớn hơn lượng O2 hô hấp dùng nên ta khó nhận thấy.

Tại sao phải phơi khô thóc trước khi cất vào kho?

Hạt khô có hàm lượng nước thấp nên enzyme hô hấp hoạt động yếu, hạt ít tiêu hao chất hữu cơ, ít sinh nhiệt và không bị nảy mầm hay mốc.