Giải chi tiết Sinh học 11 Chân trời mới bài 4: Quang hợp ở thực vật

HOẠT ĐỘNG MỞ ĐẦU

Câu hỏi: Trong nông nghiệp, để tiết kiệm diện tích đất trồng, thời gian thu hoạch, đồng thời tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cao, người ta đã áp dụng mô hình trồng xen cạnh các loài cây khác nhau (ví dụ: xen canh giữa ngô với các cây bí đỏ, rau đền). Mô hình trồng xen canh được thực hiện dựa trên cơ sở nào?

Hướng dẫn trả lời:

Khi bạn trồng xen nhiều loại rau khác nhau điều đầu tiên đó là bạn sẽ có được đa dạng các loại rau xanh cho gia đình ăn hằng ngày. Ngoài ra, khi trồng xen canh các loại rau sẽ giúp tận dụng diện tích đất trống, cũng như tận dụng ánh sáng, có cây ưa sáng và có cây ưa bóng. Ngoài ra chiều cao của các cây xen kẽ nhau cũng ảnh hưởng đến việc lấy ánh sáng khác nhau.

I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

Câu hỏi 1: Quan sát Hình 4.2, hãy cho biết nguyên liệu và sản phẩm của quá trình quang hợp ở thực vật. Các nguyên liệu đó được thực vật lấy ở đâu?

Hướng dẫn trả lời:

- Nguyên liệu:Nước, chất khoáng, khí carbon dioxide

- Sản phẩm: Khí oxygen, Glucose → Tinh bột

- Các nguyên liệu đó được lấy từ không khí, môi trường đất.

Câu hỏi 2: Tại sao sự sống của con người và các loài sinh vật trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp?

Hướng dẫn trả lời:

Vì: quá trình quang hợp tạo ra nguồn năng lượng cho sự sống. Và ngược lại nó bù đắp lại cho những chất hữu cơ đã sử dụng trong quá trình sống. Quá trình này giúp cân bằng lại khí O2 và CO2 trong không khí. Đảm bảo sự sống cho Trái đất.

II. HỆ SẮC TỐ QUANG HỢP

Câu hỏi 3: Quan sát Hình 4.3 và 4.4, hãy cho biết hệ sắc tố ở thực vật gồm những nhóm nào? Vai trò của mỗi nhóm sắc tố đó là gì?

Hướng dẫn trả lời:

Hệ sắc tố ở thực vật gồm:

- Chlorophyll gồm 2 loại chủ yếu là Chlorophyll a và Chlorophyll b. Tróng đó Chlorophyll a trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tích trữ trong ATP và NADPH. Chlorophyll b hấp thụ năng lượng ánh sáng.

- Carotenoid gồm Carotene và Xanthophyll có vai trò:

 + Lọc ánh sáng, bảo vệ Chlorophyll

 + Tham gia vào quá trình quang phân li nước và thải O2.

 + Tham gia quá trình quang hợp bằng cách tiếp nhận năng lượng ánh sáng mặt trời và truyền cho Chlorophyll và nó có mặt trong hệ thống quang hóa II.

Hoạt động luyện tập

Câu hỏi: Một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô,...) có thể thực hiện quang hợp không? Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Một số loài thực vật (tía tô, rau dền,..) lại có màu đỏ hoặc tím trong khi lá ở các loài khác thì không vì ngoài Chlorophyll thì chúng còn có sắc tố anthocyanin tạo nên màu đỏ hoặc tím. Ở thực vật có các sắc tố thực vật như Chlorophyll, carotenoid, Anthocyanin,... có vai trò hấp thu năng lượng ánh sáng để thực vật thực hiện quang hợp.

III. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH QUANG HỢP

Câu hỏi 4: Pha sáng của quang hợp gồm những phản ứng nào? Khi kết thúc pha sáng, những sản phẩm nào được hình thành?

Hướng dẫn trả lời:

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước và giải phóng oxi, bù electron cho diệp lục a, các proton H đến khử NADP thành NADPH:  2 H2O → 4 H + 4e- + O2

- Các sản phẩm của pha sáng là O2, ATP, NADPH

Câu hỏi 5: Quan sát Hình 4.5, hãy mô tả diễn biến con đường đồng hóa CO2 ở thực vật C3 

Hướng dẫn trả lời:

Có 3 giai đoạn:

- Giai đoạn cố định CO2 : CO2 bị khử để tạo nên sản phẩm đầu tiên của quang hợp là hợp chất 3C axit photphoglixeric (APG)

- Giai đoạn khử axit photphoglixeric (APG) thành aldehit photphoglixeric (AlPG)

- Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là ribulozo – 1,5 – điphotphat (Rib – 1,5 – điP)

Kết thúc giai đoạn khử có phân tử AlPG, là chất khởi đầu để tổng hợp nên C6H12O6 

Câu hỏi 6: Quan sát Hình 4.6, hãy mô tả con đường đồng hóa CO2 ở thực vật C4

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 7: thực vật C4 và CAM có con đường đồng hóa CO2 như thế nào để đảm bảo chúng có thể tổng hợp được chất hữu cơ trong điều kiện môi trường bất lợi?

Hướng dẫn trả lời:

Sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM chính là một trong những đặc điểm thích nghi với điều kiện môi trường sống, từ đó có thể giúp chúng tồn tại và phát triển, nếu không chúng sẽ bị đào thải theo quy luật của tự nhiên (thuyết Tiến hóa của Đác uyn). Sự thích nghi đó có thể được giải thích như sau :

- Ở nhóm Thực vật C4 bao gồm 1 số thực vật ở vùng nhiệt đới như: ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu.... Chúng sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài: ánh sáng cao, nhiêt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồng độ O2 tăng. Chính vì thế để đảm bảo luôn có đủ lượng CO2 cần thiết nên thực vật C4 cố định CO2 theo chu trình Hatch - Slack. Trong chu trình này, sản phẩm được tạo ra đầu tiên là axit oxaloaxetic, axit malic và axit aspartic. Các chất này đều chuyển hóa thành axit malic. Axit malic sẽ được đưa vào tế bào bao bó mạch để dự trữ. Khi nào cần cố định CO2, axit malic sẽ được vận chuyển tới lục lạp và tại đây axit malic bị decacboxyl hóa, CO2 được giải phóng và đi vào chu trình Calvin để tạo ra chất hữu cơ. Có thể nói axit malic chính là nguồn dự trữ CO2 lý tưởng cho những cây sống ở nơi có nồng độ CO2 thấp.

- Ở nhóm Thực vật CAM gồm các thực vật sống ở vùng sa mạc trong điều kiện khô hạn kéo dài như : dứa, xương rồng, thuốc bỏng , các cây mọng nước ở sa mạc.. Vì lấy được nước rất ít nên nhóm thực vật này phải tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng vào ban ngày và như vậy quá trình tiếp nhận CO2 phải được diễn ra vào ban đêm khi khí khổng mở. CO2 sau khi được tiếp nhận sẽ đi vào chu trình Hatch - Slack như ở thực vật C4. Bằng cách đó không bào rất lớn của các tế bào thịt lá không phải chỉ để dự trữ nước mà nó còn chứa 1 lượng đáng kể cacbon cho hoạt động quang hợp trong 1 thời gian dài không phụ thuộc vào việc trao đổi khí CO2. Đối với những cây mộng nước sống ở những nơi khô hạn, sự phân chia thời gian cố định CO2 vào buổi tối và khử CO2 vào sáng hôm sau là 1 đạc điểm thích nghi về mặt sinh thái nhờ đó đảm bảo đủ lượng CO2 ngay cả khi thiếu nước hoắc khí khổng đóng vào ban ngày.Từ những đặc điểm thích nghi như trên ta có thể thấy rằng việc xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM giúp cho chúng có thể tồn tại một cách bền vững trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và luôn luôn thay đổi

IV. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

Câu hỏi 8: Quan sát Hình 4.8, hãy cho biết ánh sáng ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây ưa sáng và cây ưa bóng.

Hướng dẫn trả lời:

- Cây ưa sáng: Cường độ quang hợp cao khi ánh sáng mạnh.

- Cây ưa bóng: Cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng mạnh, cây có khả năng quang hợp khi ánh sáng yếu.

Câu hỏi 9: Quan sát Hình 4.9, hãy phân tích sự ảnh hưởng của nồng độ CO2 đến quá trình quang hợp ở thực vật C3 và C4

Hướng dẫn trả lời:

- Thực vật C4 có điểm bão hòa CO2 thấp hơn C3, điểm bù CO2 thấp hơn C3 dẫn đến cường độ quang hợp cao hơn.

Hoạt động luyện tập

Câu hỏi: Trong nông nghiệp, nếu trồng cây với mật độ quá dày sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây trồng? Giải thích.

Hướng dẫn trả lời:

Trồng cây mật độ quá dày làm cho cây không thể phát triển bộ rễ, ánh sáng và không khí nhận được không phân bố đều làm ảnh hưởng đến quá trình quang hợp khiến năng suất không được cao.

V. QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG

Câu hỏi 11: Tại sao quang hợp quyết định năng suất của cây trồng?

Hướng dẫn trả lời:

Quang hợp quyết định năng suất của cây trồng vì: 90 - 95% tổng sản lượng chất hữu cơ trong cây là sản phẩm của quá trình quang hợp.

Câu hỏi 12: Dựa vào hiểu biết về quang hợp, hãy đề xuất một số biện pháp kĩ thuật để tăng năng suất cây trồng. Giải thích cơ sở khoa học của các biện pháp đó.

Hướng dẫn trả lời:

Một số biện pháp:

- Tăng diện tích lá (tăng diện tích tiếp nhận ánh sáng): bón phân tưới nước hợp lí, sử dụng kĩ thuật chăm sóc phù hợp cho từng loại cây trồng.

- Tăng cường độ quang hợp: cung cấp nước, bón phân, chăm sóc hợp lí tạo điều kiện cho cây hấp thụ và chuyển hóa năng lượng mặt trời một cách có hiệu quả.

Hoạt động vận dụng

Câu hỏi: Dựa vào sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quang hợp, hãy giải thích tại sao "canh tác theo chiều thẳng đứng" (Hình 4.12) được xem là giải pháp tiềm năng trong tương lai để giải quyết các vấn đề về lương thực.

Hướng dẫn trả lời:

- Canh tác theo chiều thẳng đứng tối đa hoá diện tích tiếp xúc ánh nắng mặt trời. Năng suất của các nông trại thẳng đứng có thể còn cao hơn nữa nếu chúng ta cải thiện được nguồn sáng vì ánh sáng tự nhiên tốt hơn ánh sáng từ đèn LED rấ nhiều lần.

- Nhà máy trồng rau không bị ảnh hưởng bởi thay đổi về mùa vụ, sâu bệnh hay khô hạn. Thực tế, môi trường nhân tạo đã kích thích tiềm năng về gene của mỗi hạt. Thêm nữa, nó chỉ đòi hỏi một phần ba lượng nước và một phần tư lượng phân bón. Các nhà máy trồng rau cũng không cần thuốc trừ sâu.