Giải chi tiết Sinh học 11 Kết nối mới bài 4: Quang hợp ở thực vật

MỞ ĐẦU

Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu?

Hướng dẫn trả lời:

Hầu hết oxy được tạo ra trên hành tinh Trái Đất đến từ biển, thông qua tảo xanh và vi khuẩn lam, chiếm khoảng 70% và từ thực vật trên cạn, tạo ra 30%. 

I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

Câu hỏi 1: Nguyên liệu, năng lượng được sử dụng trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu? Sản phẩm của quang hợp là gì và chúng có vai trò như thế nào đối với sinh giới?

Hướng dẫn trả lời:

- Nguyên liệu, năng lượng được sử dụng trong quang hợp có nguồn gốc từ ánh sáng mặt trời.

- Sản phẩm của quang hợp là hợp chất hữu cơ C6H12O6 đồng thời giải phóng O2

- Vai trò của quang hợp đối với sinh giới:

• Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.
• Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, y dược. Nguồn năng lượng từ các sản phẩm quang hợp như than đá, củi đun, hơi đốt, dầu hỏa, ... chiếm 90% tổng năng lượng con người sử dụng.
• Quang hợp cung cấp nguồn năng lượng lớn duy trì hoạt động của sinh giới.
• Khí O2 được tạo ra trong quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O2/CO2 trong khí quyển.

Câu hỏi 2: Hệ sắc tố ỏ cây xanh được chia làm mấy nhóm? Cho biết vai trò của các nhóm sắc tố này trong quang hợp.

Hướng dẫn trả lời:

- Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh gồm hai nhóm chính là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid:

• Diệp lục tạo nên màu xanh của lá và các bộ phận có màu xanh ở cây. Loại sắc tố chủ đạo là diệp lục a. Diệp lục hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh tím. Đây là nhóm sắc tố có vai trò quan trọng nhất trong quang hợp.
• Carotenoid là nhóm sắc tố tạo nên màu vàng, đỏ, cam của lá, hoa, củ, quả ở nhiều loài cây như gấc, xoài, cà rốt, ... Carotenoid gồm hai loại là xanthophyll (có oxygen) và carotene (không có oxygen), trong đó  - carotene là tiền chất của vitamin A.

- Vai trò của hệ sắc tố: hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng hóa năng.

Câu hỏi 3: Một số loài thực vật có lá màu đỏ thực hiện quang hợp được không? Vì sao?

Hướng dẫn trả lời:

Một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có thể thực hiện quang hợp được. Bởi vì:

• Trong cây có nhiều loại sắc tố, có cả diệp lục và các loại carotenoid, tuy nhiên loại sắc tốc nào chiếm ưu thế hơn thì cây sẽ biểu hiện màu sắc theo loại sắc tố đó.
• Cây có lá đỏ vẫn có nhóm sắc tố diệp lục nhưng bị che khuất bởi màu đỏ của nhóm dịch bào. Vì vậy, những cây có màu đỏ vẫn tiến hành quang hợp bình thường, tuy nhiên cường độ quang hợp không cao.

II. QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

Câu hỏi 1: Quá trình quang hợp gồm những pha nào? Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha là gì?

Hướng dẫn trả lời:

Câu hỏi 2: Tại sao lại gọi là thực vật C3, thực vật C4 và thực vật CAM? Ba nhóm thực vật này có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống như thế nào?

Hướng dẫn trả lời:

Trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày. Bởi vì việc trồng cây quá sát nhau sẽ gây ra các vấn đề:

• Cạnh tranh về tài nguyên: Khi cây trồng quá sát nhau, chúng sẽ cạnh tranh với nhau về tài nguyên như ánh sáng, không khí, nước, dinh dưỡng và không gian. Khi cạnh tranh trở nên quá căng thẳng, một số cây sẽ không đủ tài nguyên để phát triển, dẫn đến suy giảm tốc độ sinh trưởng và phát triển, suy giảm sản lượng cây trồng.
• Bệnh và sâu bọ: Cây trồng quá sát nhau có thể dễ dàng lây lan truyền bệnh và sâu bọ, do môi trường ẩm ướt và thiếu thông thoáng. Khi một cây bị nhiễm bệnh hoặc bị tấn công bởi sâu bọ, chúng sẽ lan rộng nhanh chóng cho các cây khác xung quanh.
• Khó điều tiết môi trường: Khi cây trồng quá sát nhau, không khí không được lưu thông tốt và hơi nước khó bay hơi. Điều này gây ra môi trường ẩm ướt, màu mỡ, dễ gây ra bênh và tăng nguy cơ cho sự phát triển của nấm mốc.

Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng rất lớn đến quang hợp, nếu mật độ trồng quá dày, cây sẽ thiếu các nguyên tố cần thiết cho ánh sáng và quang hợp, làm giảm hiệu quả quang hợp. Chỉ có thể trồng cây với mật độ vừa phải. Tùy theo độ trưởng thành của từng giống mà người trồng có thể duy trì mật độ thưa giữa các cây để tiện chăm sóc, giảm chi phí.

III. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANG HỢP

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

Câu hỏi 1: Những yếu tố ngoại cảnh nào ảnh hưởng đến cường độ quang hợp? Giải thích cơ sở khoa học.

Hướng dẫn trả lời:

Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật là ánh sáng, khí CO2 và nhiệt độ. Ngoài ra, nước và chất khoáng cũng ảnh hưởng đến quang hợp.

Cơ sở khoa học:

1. Ánh sáng: 

• Cường độ ánh sáng: điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp; điểm bão hoà ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp đạt cao nhất.
• Thành phần ánh sáng: mắt người có thể nhìn thấy được 6 tia sáng là: tím, xanh, lục, vàng, da cam, đỏ tương ứng với các bước sóng 400 - 700 nm. Thành phần ánh sáng thay đổi theo thời gian trong ngày: buổi sáng và buổi chiều nhiều tia đỏ, bước sóng dài, buổi trưa nhiều tia xanh tím, có bước sóng ngắn. Tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau sẽ có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ quang hợp.

2. Khí CO2

• Nồng độ CO2 tỉ lệ thuận với cường độ quang hợp. Điểm bù CO2 là nồng độ CO2 tối thiểu mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp, thay đổi theo từng loại cây. Điểm bão hoà CO2 là điểm mà ở đó nếu nồng độ CO2 tăng lên thì cường độ quang hợp cũng không tăng, dao động khoảng 0,06 - 0,1%.

3. Nhiệt độ

• Sự phụ thuộc giữa nhiệt độ và quang hợp theo chiều hướng: nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp tăng nhanh và thường đạt cực đại ở nhiệt độ tối ưu, sau đó giảm dần. 

Câu hỏi 2: Tại sao trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày?

Hướng dẫn trả lời:

Trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày. Bởi vì việc trồng cây quá sát nhau sẽ gây ra các vấn đề:

• Cạnh tranh về tài nguyên: Khi cây trồng quá sát nhau, chúng sẽ cạnh tranh với nhau về tài nguyên như ánh sáng, không khí, nước, dinh dưỡng và không gian. Khi cạnh tranh trở nên quá căng thẳng, một số cây sẽ không đủ tài nguyên để phát triển, dẫn đến suy giảm tốc độ sinh trưởng và phát triển, suy giảm sản lượng cây trồng.
• Bệnh và sâu bọ: Cây trồng quá sát nhau có thể dễ dàng lây lan truyền bệnh và sâu bọ, do môi trường ẩm ướt và thiếu thông thoáng. Khi một cây bị nhiễm bệnh hoặc bị tấn công bởi sâu bọ, chúng sẽ lan rộng nhanh chóng cho các cây khác xung quanh.
• Khó điều tiết môi trường: Khi cây trồng quá sát nhau, không khí không được lưu thông tốt và hơi nước khó bay hơi. Điều này gây ra môi trường ẩm ướt, màu mỡ, dễ gây ra bênh và tăng nguy cơ cho sự phát triển của nấm mốc.

Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng rất lớn đến quang hợp, nếu mật độ trồng quá dày, cây sẽ thiếu các nguyên tố cần thiết cho ánh sáng và quang hợp, làm giảm hiệu quả quang hợp. Chỉ có thể trồng cây với mật độ vừa phải. Tùy theo độ trưởng thành của từng giống mà người trồng có thể duy trì mật độ thưa giữa các cây để tiện chăm sóc, giảm chi phí.

IV. QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG

DỪNG LẠI VÀ SUY NGẪM

Câu hỏi 1: Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?

Hướng dẫn trả lời:

Khi phân tích thành phần hoá học của các sản phẩm nông nghiệp, người ta nhận thấy tổng số chất khô do quang hợp tạo ra chiếm tới 90 - 95% tổng số chất khô của thực vật. Chính vì vậy, quang hợp là nhân tố chủ yếu quyết định năng suất cây trồng; 5 - 10% còn lại là do dinh dưỡng khoáng quyết định.

Câu hỏi 2: Các biện pháp kĩ thuật nào có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng? Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp.

Hướng dẫn trả lời:

Quang hợp quyết định phần lớn năng suất cây trồng, vì vậy, muốn nâng cao năng suất cây trồng cần tăng diện tích bộ lá, tăng cường độ và hiệu quả quang hợp thông qua một số biện pháp dưới đây:

a) Biện pháp kĩ thuật nông học

• Bón phân hợp lí giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hoá về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất. Phân bón (nhất là đạm) cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ lá của cây. Diện tích lá lớn sẽ nâng cao hiệu suất quang hợp. Vì vậy, tăng diện tích lá là biện pháp quan trọng để tăng năng suất cây trồng.
• Cung cấp nước đầy đủ cho cây, đặc biệt là khi cây bắt đầu chuyển sang giai đoạn sinh sản sẽ quyết định đến sự vận chuyển vật chất trong cây về cơ quan dự trữ
• Gieo trồng đúng thời vụ tạo điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết, ... giúp cây sinh trưởng, phát triển tốt, cho năng suất cao. Các yếu tố ngoại cảnh về thời vụ đặc biệt là nhiệt đọ, cường độ ánh sáng đều ảnh hưởng đến cường độ quang hợp, hiệu suất quang hợp và năng suất cây trồng.
• Chọn giống, tạo những giống cây trồng có diện tích lá lớn, cường độ quang hợp và năng suất cao, kết hợp với các biện pháp phòng trừ sâu, bệnh hại cũng có vai trò quan trọng trong việc nâng cao năng suất cây trồng.

b) Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng

• Trồng rau trong phòng hoặc trong nhà kính có sử dụng đèn LED là mô hình canh tác mới, có nhiều ưu điểm như tốn ít không gian, rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây, khắc phục được những điều kiện bất lợi của môi trường (mùa đông lạnh giá, ánh sáng yếu), ... đem lại năng suất và giá trị kinh tế cao.

Câu hỏi 3: Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là gì? Hãy kể tên một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ này.

Hướng dẫn trả lời:

Hiện nay, sử dụng ánh sáng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời là công nghệ mới giúp con người có thể chủ động tạo được nguồn ánh sáng có cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với quá trình quang hợp ở từng loại cây trồng.

Một số cây trồng áp dụng công nghệ này là:

• Rau: Xà lách, củ cải, ớt, cải xoăn, củ cải, cà rốt, hành tây, cà chua và đậu bụi.
• Các loại thảo mộc : rau mùi, húng quế, rau mùi tây, oregano, hoa oải hương và hương thảo.
• Hoa: Hoa phong lữ, cây dã yên thảo, hoa hồng, alyssum và hoa cúc, hoa lan.
• Trái cây: Cam quýt, dâu tây, quả việt quất và táo.
• Cây trồng trong nhà : cây nhôm,  dương xỉ măng tây, hoa lan và cây nhện.
• Các loài xương rồng: Ngọc bích, lô hội, cây gấu trúc, cây ngựa vằn…

LUYỆN TẬP VÀ VẬN DỤNG

Câu hỏi 1: Tại sao các cây xương rồng, thuốc bỏng, ... thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C3, C4?

Hướng dẫn trả lời:

Cây xương rồng, thuốc bỏng, ... thuộc loại thực vật CAM có khả năng giữ nước rất tốt, có quá trình quang hợp gần giống với thực vật C4 cũng như rất hiệu quả trong việc sử dụng nitơ. Tuy nhiên, điều kiện sống của chúng quá khắc nghiệt (nắng nóng, khô hạn, ít CO2), do vậy chúng là các loại cây phát triển chậm khi so sánh với các loài thực vật khác. Ngoài ra, thực vật CAM cũng tránh quang hô hấp. Enzyme chịu trách nhiệm cố định cacbon trong chu trình Calvin, Rubisco, không thể phân biệt CO2 với oxy. Kết quả là thực vật sử dụng năng lượng để phá vỡ các hợp chất cacbon.

Câu hỏi 2: Tại sao trong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao? Lấy ví dụ.

Hướng dẫn trả lời:

rong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao. Bởi vì, điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp. Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp, cây ưa sáng có điểm bù ánh sáng cao. Việc trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao nhằm mục đích tận dụng triệt để nguồn ánh sáng và chất dinh dưỡng trên một diện tích trồng trọt mà vẫn đảm bảo năng suất cây trồng, đảm bảo cả hai loài đều thực hiện được quang hợp.

Câu hỏi 3: Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn sây, mía, củ cải đường, ... thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật nào?

Hướng dẫn trả lời:

Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sán dây, mía, cù cải đường, ... thông qua quang hợp, cần áp dụng: Biện pháp kĩ thuật nông học. Biện pháp này giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất cây trồng. Đồng thời, phân bón cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự phát triển của bộ lá. Diện tích lá nhiều sẽ nâng cao hiệu suất quang hợp. Bên cạnh đó, cũng cần cung cấp nước đầy đủ cho cây trồng, gieo trồng đúng thời vụ.