Sinh học 11 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật

Nội dung text: Sinh học 11 - Chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật

1. CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT I - TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT A. HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM - Trao đổi nước ở thực vật bao gồm: + Quá trình hấp thụ nước ở rễ. + Quá trình vận chuyển nước từ rễ lên lá. + Quá trình thoát hơi nước từ lá ra ngoài không khí. Ba quá trình này, trong điều kiện bình thường, hoạt động nhịp nhàng, liên tục, liên hệ khăng khít với nhau, tạo nên trạng thái cân bằng nước cần thiết cho sự sống của thực vật. 1. Quá trình hấp thụ nước ở rễ - Thực vật thuỷ sinh hấp thụ nước từ môi trường xung quanh qua bề mặt các tế bào biểu bì của toàn cây. - Thực vật trên cạn hấp thụ nước từ đất qua bề mặt tế bào biểu bì của rễ, trong đó chủ yếu qua các tế bào biểu bì đã phát triển thành lông hút. Quá trình hấp thụ nước ở rễ xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau: 1.1. Giai đoạn nước từ đất vào lông hút Để hấp thụ nước, tế bào lông hút có ba đặc điểm cấu tạo và sinh lí phù hợp với chức năng nhận nước từ đất: - Thành tế bào mỏng, không thấm cutin - Chỉ có một không bào trung tâm lớn - Áp suất thẩm thấu rất cao do hoạt động hô hấp của rễ mạnh Vì vậy các dạng nước tự do và dạng nước liên kết không chặt từ đất được lông hút hấp thụ một cách dễ dàng nhờ sự chênh lệch về áp suất thẩm thấu (từ áp suất thẩm thấu thấp đến áp suất thẩm thâu cao), hay nói một cách khác, nhờ sự chênh lệch về thế nước (từ thế nước cao đến thế nước thấp). 1.2. Giai đoạn nước từ lông hút vào mạch gỗ (mạch xilem) của rễ Sau khi vào tế bào lông hút, nước vận chuyển một chiều qua các tế bào vỏ, nội bì vào mạch gỗ của rễ do sự chênh lệch sức hút nước theo hướng tăng dần từ ngoài vào trong giữa các tế bào. Có hai con đường vận chuyển nước từ lông hút vào mạch gỗ: - Qua thành tế bào và các gian bào đến dải Caspary ( Con đường vô bào - Apoplats ) - Qua phần nguyên sinh chất và không bào ( Con đường tế bào - Symplats ) 1.3. Giai đoạn nước bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ. Có hai hiện tượng minh hoạ áp suất rễ: Hiện tượng rỉ nhựa và hiện tượng ứ giọt. Úp cây trong chuông thuỷ kín, sau một đêm, ta sẽ thấy các giọt nước ứ ra ở mép lá qua thuỷ khổng. Như vậy mặc dù không khí trong chuông thuỷ tinh đã bão hoà hơi nước, nước vẫn bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên lá và không thoát được thành hơi nên ứ thành các giọt. 2. Quá trình vận chuyển nước ở thân - Đặc điểm của con đường vận chuyển nước từ rễ lên lá: Nước được chuyển từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của lá. Con đường này dài ( có thể tình bằng mét ) và nước vận chuyển chủ yếu qua mạch dẫn do lực đẩy của rễ, lực hút của lá và không bị cản trở, nên nước được vận chuyển với vận tốc lớn. - Điều kiện để nước có thể vận chuyển ở con đường này: Đó là tính liên tục của cột nước, nghĩa là không có bọt khí trong cột nước. - Cơ chế đảm bảo sự vận chuyển của cột nước: Lực cố kết giữa các phân tử H2O phải lớn cùng với lực bám của các phân tử H2O với thành mạch phải thắng được lực trướng ( trọng lượng cột nước ). 3. Quá trình thoát hơi nước ở lá - Con đường thoát hơi nước ở lá: Có hai con đường: 1
2. + Con đường qua khí khổng: - Vận tốc lớn . - Được điều chỉnh bằng việc đóng, mở khí khổng. + Con đường qua bề mặt lá-qua cutin : - Vận tốc nhỏ - Không được điều chỉnh 4. Cơ sở khoa học của việc tới nước hợp lý cho cây trồng - Cân bằng nước và vấn đề hạn của cây trồng - Tưới nước hợp lí cho cây trồng: - Khi nào cần tưới nước? - Lượng nước cần tới là bao nhiêu? - Cách tưới như thế nào? B - HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 1: Trình bày đặc điểm của bộ rễ liên quan đến chức năng hút nước và hút khoáng? Trả ời: Đặc điểm bộ rễ liên quan đến chức năng hút nước và hút khoáng: - Rễ có khả năng đâm sâu, lan rộng. - Có khả năng hướng hoá và hướng nước. - Sinh trưởng liên tục. - Trên bề mặt rễ có rất nhiều tế bào biểu bì biến đổi thành các tế bào lông hút Câu 2 ( Đề HSG 2009 – 2010): a. Lông hút có đặc điểm cấu tạo như thế nào phù hợp với chức năng hút nước? b. Số lượng lông hút thay đổi trong điều kiện nào? Trả lời: * Cấu tạo lông hút phù hợp với chức năng hút nước: - Thành TB mỏng, không thấm cutin -> dễ thấm nước - Không bào trung tâm lớn -> tạo áp suất thẩm thấu cao - Có nhiều ti thể -> hoạt động hô hấp mạnh -> áp suất thẩm thấu lớn * Số lượng lông hút thay đổi khi: - Môi trường quá ưu trương, quá axit (chua), thiếu oxi Câu 3: Tại sao nước được vận chuyển theo một chiều từ đất lên cây? Trả lời: - Do các TB ở cạnh nhau có ASTT khác nhau. - Do quá trình thoát hơi nước ở lá liên tục diễn ra làm ASTT tăng dần từ ngoài vào trong, từ rễ lên lá. => Nước được vận chuyển theo một chiều. Câu 4: Trình bày các con đường hấp thụ nước ở rễ? Đặc điểm của chúng? Vai trò của vòng đai Caspari? Trả lời: * 2 con đường: + Con đường thành TB - gian bào: Nước từ đất vào lông hút => gian bào của các tế bào nhu mô vỏ => đai Caspari => trung trụ => mạch gỗ. + Con đường tế bào chất (Qua CNS - không bào): Nước từ đất vào lông hút => CNS và không bào của các tế bào nhu mô vỏ => trung trụ => mạch gỗ. * Đặc điểm: Qua thành TB – gian bào Qua CNS - không bào + Ít đi qua phần sống của TB + Đi qua phần sống của tế bào + Không chịu cản trở của CNS + Qua CNS => cản trở sự di chuyền của nươc và chất khoáng. + Tốc độ nhanh + Tốc độ chậm + Khi đi đến thành TB nội bì bị vòng đai Caspari cản trở + Không bị cản trở bởi đai 2
3. => nước đi vào trong TB nội bì. Caspari * Vai trò vòng đai Caspari: Đai này nằm ở phần nội bì của rễ, kiểm soát và điều chỉnh lượng nước, kiểm tra các chất khoáng hoà tan. Câu 5. (đề HSG 2008 - 2009): Cho các thành phần sau đây: Lông hút, đai Caspari, tế bào nhu mô vỏ, tế bào trụ bì, tế bào nội bì, gian bào. Hãy mô tả 2 con đường đi của nước và các chất khoáng hoà tan trong nước từ đất tới mạch gỗ của cây? Trả lời: - Con đường tế bào chất: Nước và các chất khoáng hoà tan trong nước từ đất => lông hút => tế bào nhu mô vỏ => tế bào nội bì => tế bào trụ bì => mạch gỗ - Con đường gian bào: Nước và các chất khoáng hoà tan trong nước từ đất => lông hút => gian bào => đai Caspari => tế bào nội bì => tế bào trụ bì => mạch gỗ Câu 6 (đề HSG 2009 – 2010): Giải thích vì sao cây trên cạn ngập úng lâu sẽ chết? Trả lời: * Vì: Khi bị ngập úng -> rễ cây thiếu oxi-> ảnh hưởng đến hô hấp của rễ -> tích luỹ các chất độc hại đối với tế bào và làm cho lông hút chết, không hình thành lông hút mới-> cây không hút nước -> cây chết. Câu 7. Trình bày khái niệm áp suất rễ? Giải thích tại sao áp suất rễ thường được quan sát ở cây bụi thấp? Trả lời: - Áp suất rễ: lực đẩy nước từ rễ lên thân. - Áp suất rễ thường quan sát ở cây bụi thấp vì: + Áp suất rễ: không lớn + Cây bụi thấp: Do chiều cao thân ngắn, mọc thấp gần mặt đất, không khí dễ bão hòa (trong điều kiện ẩm ướt) nên áp suất rễ đủ mạnh để đẩy nước từ rễ lên lá => nên trong điều kiện môi trường bão hoà hơi nước thì áp suất rễ đẩy nước lên thân gây hiện tượng ứ giọt hoặc rỉ nhựa. Câu 8. C¸c b»ng chøng vÒ kh¶ n¨ng hót vµ ®Èy n­íc mét c¸ch chñ ®éng cña hÖ rễ như thế nào? Trong canh t¸c ®Ó c©y hót n­íc dÔ dµng cÇn chó ý nh÷ng biÖn ph¸p kü thuËt nµo? Trả lời: *B»ng chøng vÒ kh¶ n¨ng hót vµ ®Èy n­íc chñ ®éng cña hÖ rÔ: + HiÖn t­îng rØ nhùa: C¾t ngang th©n c©y gÇn mÆt ®Êt, mét thêi gian sau ë mÆt c¾t rØ ra c¸c giät nhùa; chøng tá rÔ ®· hót vµ ®Èy n­íc chñ ®éng. + HiÖn t­îng ø giät: óp chu«ng thuû tinh lªn c©y nguyªn vÑn sau khi t­íi ®ñ n­íc, mét thêi gian sau, ë mÐp l¸ xuÊt hiÖn c¸c giät n­íc. Sù tho¸t h¬i n­íc bÞ øc chÕ, n­íc tiÕt ra thµnh giät ë mÐp l¸ qua c¸c lç khÝ chøng tá c©y hót vµ ®Èy n­íc chñ ®éng. * BiÖn ph¸p kü thuËt ®Ó c©y hót n­íc dÔ dµng: Lµm cá, sôc bïn, xíi ®Êt kÜ ®Ó c©y h« hÊp tèt t¹o ®iÒu kiÖn cho qu¸ tr×nh hót n­íc chñ ®éng. Câu 9. Con đường vận chuyển nước, chất khoáng hoà tan và chất hữu cơ trong cây?. Động lực vận chuyển của các con đường đó? Trả lời: Nội dung Nước và chất khoáng hoà tan Chất hữu cơ Con đường Chủ yếu bằng con đường qua mạch gỗ, Theo dòng mạch rây vận tuy nhiên nước có thể vận chuyển từ chuyển: trên xuống theo mạch rây hoặc vận chuyển ngang từ mạch gỗ sang mạch rây hoặc ngược lại Động lực Lực đẩy của rễ (áp suất rễ), lực hút của Sự chênh lệch ASTT giữa cơ quan vận lá (do thoát hơi nước) và lực trung gian nguồn (nơi saccarozo được tạo chuyển: (lực liên kết giữa các phân tử nước và thành) có ASTT cao và cơ quan chứa lực bám giữa các phân tử nước với (nơi saccarozo được sử dụng hay dự thành mạch dẫn ) trữ) có ASTT thấp Câu 10. Trình bày cấu tạo lá phù hợp với chức năng thoát hơi nước? Trả lời: 3
4. - Bề mặt ngoài lá bao phủ bới lớp TB biểu bì. - Các TB biểu bì có thể biến đổi thành TB khí khổng. - Các TB khí khổng có lục lạp => tiến hành quang hợp. - Thành TB trong dày, thành ngoài ngoài mỏng. - Phủ bề mặt ngoài lá có thể phủ lớp cutin để chống thoát hơi nước. Câu 11. Tại sao về mùa lạnh cây thường bị rụng lá? Trả lời: Vì: Khi nhiệt độ thấp + CNS trở nên đặc -> nước khó vận chuyển -> cây khó hút nước + Hô hấp giảm -> ATP được tổng hợp ít -> giảm quá trình hút nước + KHông khí ngoài môi trường trở nên khô hanh -> tăng quá trình THN => trong điều kiện quá trình hút nước được ít và thoát hợ nước nhiều thì cây rụng lá để giảm bớt quá trình THN. C©u 12. Tr×nh bµy cÊu t¹o tÕ bµo lç khÝ phù hîp víi chøc n¨ng cña nã? T¸c nh©n chñ yÕu ®iÒu tiÕt ®ộ më cña khÝ khæng? Trả lời: - Cấu tạo: + Tự vẽ hình + Mô tả: mép trong của tế bào rất dày, mép ngoài mỏng => giúp thực hiện cơ chế đóng mở khí khổng trong có chứa lục lạp => tiến hành quang hợp để tạo chênh lệch ASTT - Tác nhân chủ yếu gây đóng mở khí khổng: ánh sáng Câu 13. ( Đề HSG 2009 – 2010): a. Rễ cây hút khoáng theo các cơ chế nào? Nêu sự khác nhau giữa các cơ chế hút khoáng đó? b. Tại sao nói quá trình hấp thụ nước và khoáng liên quan đến quá trình hô hấp của rễ cây? Trả lời: a. Cơ chế thụ động Cơ chế chủ động - Iôn khoáng từ đất vào rễ theo - Ngược građien nồng độ. građien nồng độ. - Không hoặc ít tiêu tốn ATP. - Tiêu tốn ATP - Không cần chất mang - Cần chất mang b - Vì phần lớn các chất khoáng được hấp thụ qua rễ vào cây theo cách chủ động cần tới ATP và các chất tải ion - Quá trình hô hấp tạo ra ATP và các chất tải ion cung cấp chủ yếu cho sự hấp thụ các chất khoáng qua các tế bào của rễ. II. SỰ HẤP THỤ KHOÁNG VÀ TRAO ĐỔI NITƠ Ở THỰC VẬT A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Sự hấp thụ các nguyên tố khoáng Các nguyên tố khoáng thường được hấp thụ vào cây dưới dạng ion qua hệ thống rễ là chủ yếu. Có hai cách hấp thụ các ion khoáng ở rễ: * Cách bị động: - Các ion khoáng khuyếch tán theo sự chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp. - Các ion khoáng hoà tan trong nước và vào rễ theo dòng nước. - Các ion khoáng hút bám trên bề mặt các keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với nhau khi có sự tiếp xúc giữa rễ và dung dịch đất. Cách này gọi là hút bám trao đổi. * Cách chủ động: - Mang tính chọn lọc và ngược với gradient nồng độ nên cần thiết phải có năng lượng, tức là sự tham gia của ATP và của một chất trung gian ,thường gọi là chất mang. - ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình trao đổi chất, mà chủ yếu là quá trình hô hấp. Như 4
5. vậy lại một lần nữa chúng ta thấy rằng: Quá trình hấp thụ nước và các chất khoáng đều liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp của rễ. 2. Vai trò của các nguyên tố khoáng 2.1. Vai trò của các nguyên tố đa lượng: Các nguyên tố đa lượng thường đóng vai trò cấu trúc trong tế bào, là thành phần của các đại phân tử trong tế bào (protein, lipit, axit nucleic, ). Các nguyên tố đa lượng còn ảnh hưởng đến tính chất của hệ thống keo trong chất nguyên sinh như: Điện tích bề mặt, độ ngậm nước, độ nhớt và độ bền vững của hệ thống keo. 2.2. Vai trò của các nguyên tố vi lượng: Các nguyên tố vi lượng thường là thành phần không thể thiếu được hầu hết các enzym. Chúng hoạt hoá cho các enzym này trong các quá trình trao đổi chất của cơ thể. Vai trò của các nguyên tố đa lượng, vi lượng được minh hoạ ở bảng sau (Bảng2.1). B - HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 14. Vì sao trong mô thực vật xảy ra quá trình khử nitrat? Trả lời: - - Nitơ ở dạng NO3 có nhiều trong đất và được thực vật hấp thụ dễ dàng. - + - Nitơ ở dạng NO3 là dạng ôxi hoá, còn trong cây cần nhiều Nitơ ở dạng khử NH2, NH3, NH4 để tạo ra các axit amin. - + - Do đó, ở thực vật cần có quá trình khử NO 3 để tạo ra NH4 và tiếp tục được đồng hoá tạo ra aa để dự trữ nitơ và prôtêin. Câu 15. Tại sao đất chua thường nghèo các chất dinh dưỡng? Trả lời: - Đất chua có nhiều ion H+ .Các ion H+ trong dịch đất sẽ thực hiện phản ứng trao đổi ion, các ion H+ bám trên bề mặt hạt keo đẩy các ion khoáng ra dịch đất. Các ion khoáng bị rửa trôi làm cho đất bị nghèo chất dinh dưỡng. Câu 16. (Olympic 2009) a. Cây xanh sử dụng nguồn N không khí và trong đất bằng phương thức nào? b. Nhóm VSV nào có khả năng cố định nitơ khí quyển? Cho biết điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm? c. Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH3 có nguồn gốc từ chất nào? Trả lời: a. Cây xanh sử dụng nguồn N trong không khí và trong đất bằng phương thức sau: - Nguồn N trong không khí: + Khi có sấm chớp: N2 + O2 -> HNO3 -> các hợp chất nitrat -> cây dễ hấp thụ. + Hoạt động của các VSV tự do và cộng sinh có khả năng cố định nitơ cho đất, từ đó biến đổi thành các hợp chất chứa nitơ => cây dễ hấp thụ - Nguồn N trong đất: Do sự phân huỷ xác, bã động, thực vật + Sự hoá mùn: Xác động, thực vật nhờ vi khuẩn, nấm phân giải thành chất mùn -> các aa + Sự hoá amoniac: các aa tiếp tục nhờ vi khuẩn phân giải thành ure sau đó được phân giải tiếp tục thành NH3 + Sự hoá nitrit: NH3 oxihoá thành HNO2 sau đó hình thành muối nitrit + Sự hoá nitrat: HNO2 oxihoá thành HNO3 sau đó hình thành muối nitrat b. Nhóm VSV có khả năng cố định nitơ khí quyển: - Vi khuẩn sống tự do trong đất và trong nước: Nostoc, Clostridium - Vi khuẩn cộng sinh: Rhizobium, Anabaena azollae * Điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm: + Có các lực khử mạnh + Được cung cấp NL ATP + Có sự tham gia của enzim nitrogenaza + Thực hiện trong điều kiện kị khí c. Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH3 có nguồn gốc từ glucozơ vì: 5
6. Quá trình khử N2 thành NH3 sử dụng lực khử NADH, chất này được tạo ra từ quá trình hô hấp. Mà hô hấp sử dụng nguyên liệu là glucozơ, nguyên tử H trong glucozơ được gắn với NAD để tạo thành NADH. Câu 17. V× sao thùc vËt xanh t¾m m×nh trong biÓn ®¹m nh­ng vẫn thiÕu ®¹m? Làm thế nào Nitơ trong không khí trở thành dạng mà cây có thể sử dụng được? Nêu cơ chế và điều kiện đê thực hiện quá trình này? Nªu mét sè c©y xanh cã kh¶ n¨ng sö dông nit¬? Trả lời: - Thùc vËt xanh nãi chung “t¾m m×nh trong biÓn ®¹m” nh­ng thiÕu ®¹m. V×: + Nit¬ tù do(N2) cã liªn kÕt 3 rÊt bÒn(N N) + C©y xanh nãi chung kh«ng cã enzim xóc t¸c m¹nh, qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ nit¬(Nitrogennaza, hidrogenaza) ph¸ vì liªn kÕt bÒn cña nit¬ biÕn N2 NH3. +C¸c c©y sö dông Nit¬ tù do: + C©y hä §Ëu nhê céng sinh víi vi khuÈn Rhizobium. + BÌo hoa d©u: nhê céng sinh víi vi khuÈn lam. + Mét sè c©y hoµ th¶o(lóa) nhê céng sinh víi vi khuÈn Azospirillum. Câu 18. Trình bày mối quan hệ giữa chu trình Crep và qúa trình đồng hoá NH3? Trả lời: - Chu trình Crep tạo ra các axit hữu cơ như α – xêtôglutarat, fumarat, oxalôaxetat. Các axit hữu cơ sẽ kết hợp với NH3 để tạo ra các aa => dự trữ nito và protein. Câu 19. Có người nói: Khi chu trình Crep ngừng hoạt động thì cây có thể bị ngộ độc bởi NH3. Điều đó đúng hay sai? Giải thích? Trả lời: - Chu trình Krebs tạo ASTT để rễ dễ dàng nhận nitơ. - Có mối quan hệ chặt chẽ giữa các sản phẩm của chu trình Krebs với hàm lượng NH3 trong cây. Vì các sản phẩm này cùng với NH3 -> các axit amin -> protein. Axit piruvic + NH3 -> Alanin Axit glutamic + NH3 ->Glutamic Axit fumaric + NH3 -> Aspactic Và các axit hữu cơ kết hợp với NH3 tạo thành các amit làm cây không ngộ độc Câu 20. Tác dụng của việc bón phân? Để xác định lượng phân bón cần bón cho một thu hoạch định trước thì phải căn cứ vào các yếu tố nào? Trả lời: - Tác dụng: + Cung cấp các nguyên tố khoáng thiếu hụt cho đất => Phục hồi độ phì nhiêu cho đất nếu bón phân kịp thời, đúng liều lượng, đúng loại + Cung cấp nguyên liệu cho cấu tạo các thành phần của cây Các nguyên tố khoáng được cây hấp thụ, chuyển hoá và cung cấp cho quá trình TĐC ở cây => nếu 1 trong các nguyên tố khoáng bị thiếu thì sự sinh trưởng của cây bị giới hạn hoặc ngừng sinh trưởng - Yếu tố xác định lượng phân bón: + Nhu cầu dinh dưỡng của cây + Khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của đất + Hệ số sử dụng phân bón: lượng phân bón cây sử dụng được so với tổng lượng phân bón Câu 21. Tại sao khi trồng lúa phải làm cỏ sục bùn? Trả lời: - Đất trồng lúa thường xuyên ngập nước => dễ bị thiếu Oxi + -> ảnh hưởng đến hô hấp ở rễ -> ảnh hưởng đến quá trình hút nước và hút khoáng -> ảnh hưởng đến sinh trưởng – phát triển + -> VSV hoạt động hô hấp kị khí -> Tạo các khí độc hại -> gây ngộ độc cho cây Khi làm cỏ sục bùn sẽ loại bỏ cỏ, tránh cạnh tranh chất dinh dưỡng, oxi với lúa, đồng thời làm tăng lượng oxi trong đất - rế hô hấp tốt hơn/ Câu 22. a. Vì sao sau cơn mưa có nhiều sấm sét thì cây xanh tươi tốt hơn, mọc lá non nhiều hơn? b. Để cho cây lúa lốp không bị đổ lúc bông lúa sắp chính, người ta bón phân gì? Vì sao phải sử dụng loại phân đó? 6
7. Trả lời: a. Vì: - Trong các cơn mưa có sấm sét, một lượng nhỏ nitơ trong không khí đã bị oxi hóa dưới điều - kiện nhiệt độ và áp suất cao thành NO3 theo phản ứng: + - N2 + O2 -> 2NO + O2 ->2NO2+ H2O -> HNO3 -> H +NO3 - Cây được cung cấp nguồn N, mặc dù ít, cùng với nước nên thực hiện quá trình quang hợp, trao đổi nước tốt hơn nên cây xanh tốt hơn b. Người ta bón phân K vì K giúp tích luỹ xenlulozơ, hemixenlulozơ, pectin trong vách tế bào thực vạt, làm cho tế bào cứng cáp hơn giúp tăng khả năng chống đổ của lúa Câu 23. Cơ sở sinh học của việc bón phân qua lá? Trong trường hợp nào bón phân qua lá sẽ có lợi ích hơn bón phân vào đất (bón phân cho rễ) Trả lời: - Cơ sở sinh học của việc bón phân qua lá: Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng qua khí khổng, hoặc có thể thấm qua lớp cutin theo građien nồng độ. - Trong trường hợp bón phân qua lá sẽ có lợi ích hơn bón phân vào đất (bón phân cho rễ): + Trong đất có Ca, hàm lượng Fe dễ tiêu thấp, cây bị thiếu Fe (bệnh lúa vàng vôi) => phân bón lá có hiệu quả hơn so với bón phức chất chứa sắt cho đất, đồng thời cũng là phương tiện giảm bớt độc tính của Mn. + Đất khô hạn, tầng đất mặt thiếu nước và giảm đáng kể các chất dễ tiêu trong mùa sinh trưởng => bón phân qua lá sẽ có hiệu quả hơn Câu 24. ( Đề Thi HSG Hà Tĩnh - 2013) a. Những nhóm sinh vật nào có khả năng cố định nitơ không khí? Vì sao chúng có khả năng đó? b. Vai trò của nitơ đối với đời sống cây xanh? Hãy nêu những nguồn nitơ chủ yếu cung cấp cho cây? c.Chứng minh mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ. Con người đã vận dụng những hiểu biết về mối quan hệ này vào trong thực tiễn trồng trọt như thế nào? Trả lời: a. + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống tự do: Cyanobacteria + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống cộng sinh: Rhizobium sống cộng sinh trong rễ cây họ đậu - Chúng có khả năng đó vì có các enzim nitrôgenaza nên có khả năng phá vỡ liên kết 3 bền vững của nitơ và chuyển thành dạng NH3 b. - Vai trò nitơ: + Về cấu trúc: Tham gia cấu tạo prôtêin, axit nuclêic, ATP, + Về sinh lý: Điều hòa trao đổi chất, sinh trưởng, phát triển (TP cấu tạo của enzim, vitamin nhóm B, một số hooc môn sinh trưởng, ) - Nguồn Nitơ chủ yếu cung cấp cho cây là: - + + Nitơ vô cơ: như nitrat (NO3 ), amôn (NH4 ) + Nitơ hữu cơ: như axit amin, amit c. - Mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ: + Hô hấp giải phóng năng lượng dưới dạng ATP, tạo ra các hợp chất trung gian như các axit hữu cơ. + ATP và các hợp chất này đều liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ trong cây. - Ứng dụng thực tiễn: + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí. + Hiện nay người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây trong dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây trong không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí của bộ rễ. 7
8. III - QUANG HỢP Ở THỰC VẬT A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Khái niệm về quang hợp a. Khái niệm - Khái niệm: Quang hợp là quá trình cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sáng bằng hệ sắc tố của mình và sử dụng năng lượng này để tổng hợp chất hữu cơ (đường glucôzơ) từ các chất vô cơ (CO 2 và H2O). b. Vai trò của quá trình quang hợp - Quang hợp tạo ra hầu như toàn bộ các chất hữu cơ trên trái đất. - Hầu hết các dạng năng lượng sử dụng cho các quá trình sống của các sinh vật trên trái đất ( năng lượng hoá học tự do - ATP) đều được biến đổi từ năng lượng ánh sáng mặt trời (năng lượng lượng tử) do quá trình quang hợp. - Quang hợp giữ trong sạch bầu khí quyển: Hàng năm quá trình quang hợp của các cây xanh trên trái đất đã hấp thụ 600 tỉ tấn khí CO2 và giải phóng 400 tỉ tấn khí O2 vào khí quyển. Nhờ đó tỉ lệ CO 2 và O trong khí quyển luôn được giữ cân bằng (CO2: 0,03%, O2: 21%), đảm bảo cuộc sống bình thường trên trái đất. c. Bản chất hoá học và khái niệm hai pha của quang hợp: Quang hợp gồm: - Quá trình oxy hoá H2O nhờ năng lượng ánh sáng. Đây là giai đoạn gồm các phản ứng cần ánh sáng, phụ thuộc vào ánh sáng, gọi là pha sáng của quang hợp. Pha sáng hình thành ATP, NADPH và giải phóng O2. - Quá trình khử CO2 nhờ ATP và NADPH do pha sáng cung cấp. Đây là giai đoạn gồm các phản ứng không cần ánh sáng, nhưng phụ thuộc vào nhiệt độ, gọi là pha tối của quang hợp. Pha tối hình thành các hợp chất hữu cơ, bắt đầu là đường glucôzơ. 2. Bộ máy quang hợp a. Lá - cơ quan quang hợp * Hình thái, cấu trúc của lá liên quan đến chức năng quang hợp. - Lá dạng bản và có đặc tính hướng quang ngang - Lá có một hoặc hai lớp mô giậu ở mặt trên và mặt dưới lá ngay sát lớp biểu bì chứa lục lạp thực hiện chức năng quang hợp - Lá có lớp mô khuyết với khoảng gian bào lớn,nơi chứa nguyên liệu quang hợp - Lá có hệ thống mạch dẫn dày đặc để dẫn sản phẩm quang hợp đi các cơ quan khác - Lá có hệ thống khí khổng ở cả mặt trên và mặt dới để trao đổi khí trong quá trình quang hợp. b. Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp Cấu trúc của lục lạp thích ứng với việc thực hiện hai pha của quang hợp: pha sáng thực hiện trên cấu trúc hạt, pha tối thực hiện trên thể nền. c. Hệ sắc tố quang hợp - Nhóm sắc tố chính - clorophin. - Clorophin a: C55 H72 O5 N4 Mg - Clorophin b: C55 H70 O6 N4 Mg - Nhóm sắc tố phụ - Carotenoid - Caroten: C40 H56 - Xanthophin: C40 H56O(1-6) - Nhóm sắc tố của thực vật bậc thấp - phycobilin: 8
9. - Phycoerythrin: C34 H47 N4 O8 - Phycoxyanin: C34 H42 N4 O9 * Vai trò của các nhóm sắc tố trong quang hợp: - Nhóm Clorophin hấp thụ ánh sáng chủ yếu ở vùng đỏ và vùng xanh tím chuyển năng lượng thu được từ các phôton ánh sáng cho quá trình quang phân ly H2O và cho các phản ứng quang hóa để hình thành ATP và NADPH. - Nhóm Carotenoit sau khi hấp thụ ánh sáng, đã truyền năng lượng thu được dưới dạng huỳnh quang cho Clorophin. - Nhóm Phycobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng sóng ngắn, sóng có thể tới được nơi sinh sống của rong, rêu, tảo, ( dưới tán rừng hoặc dưới các lớp nước sâu ) 3. Cơ chế quang hợp a. Pha sáng - Trong pha này hệ sắc tố thực vật hấp thụ năng lượng của các phôtôn ánh sáng và sử dụng năng lượng này cho các quá trình: quang hoá sơ cấp, quang phân li nước và photphorin hoá quang hoá. - Có thể tóm tắt pha sáng bằng các phản ứng sau: + Phản ứng kích thích chlorophin: chl + h√ = chl* = chl (chl-trạng thái bình thường, chl*-trạng thái kích thích, chl -trạng thái bền thứ cấp). + Phản ứng quang phân li nước: 4 chl* + 2 H2O 4chlH+ + 4e + O2 + Phản ứng quang hoá sơ cấp (được thực hiện bằng hai hệ quang hoá PSI và PSII) và photphorin hoá quang hoá: 12 H2O +18ADP + 18Pv + 12NADP 18ATP + 12NADPH2 +6O2 b. Pha tối - Trong pha này ATP và NADPH hình thành từ pha sáng được sử dụng để khử CO2 tạo ra chất hữu cơ đầu tiên - đường glucôzơ. Pha tối được thực hiện bằng ba chu trình ở ba nhóm thực vật khác nhau: thực vật C3, thực vật C4 và thực vật CAM (viết tắt từ cụm từ Crassulacean Acid Metabolism - trao đổi acit ở họ Thuốc bỏng). - Quang hợp ở các nhóm thực vật C 3., C4 và CAM đều có một điểm chung là giống nhau ở pha sáng, chúng chỉ khác nhau ở pha tối - tức là pha cố định CO 2 và tên gọi thực vật C 3., C4 là gọi theo sản phẩm cố định CO 2 đầu tiên, còn thực vật CAM là gọi theo đối tượng thực vật có con đường cố định CO2 này. 4. Ảnh hưởng của nhân tố môi trường đến quang hợp 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 vận tốc của quá trình quang hợp. - Điểm bù CO2: Nồng độ CO2 tối thiểu để cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau. - Điểm bão hoà CO2: Nồng độ CO2 tối đa để cường độ quang hợp đạt cao nhất. b. Quang hợp và ánh sáng * Cường độ ánh sáng - Điểm bù ánh sáng: Cường độ ánh sáng tối thiểu để cường độ quang hợp và hô hấp bằng nhau. - Điểm bão hoà ánh sáng: Cường độ ánh sáng cực đại để cường độ quang hợp đạt cực đại. * Về thành phần quang phổ ánh sáng: Nếu cùng một cường độ chiếu sáng thì ánh sáng đơn sắc màu đỏ sẽ có hiệu quả quang hợp lớn hơn ánh sáng đơn sắc màu xanh tím. 9
10. c. Quang hợp và nhiệt độ - Hệ số nhiệt Q10 đối với pha sáng là: 1,1- 1,4,đối với pha tối là: 2-3. - Cường độ quang hợp phụ thuộc rất chặt chẽ vào nhiệt độ. Sự phụ thuộc giữa nhiệt độ và quang hợp theo chiều hướng như sau: khi nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp tăng rất nhanh và thường đạt cực đại ở 25 - 350C rồi sau đó giảm mạnh đến 0. d. Quang hợp và nước - Hàm lượng nước trong không khí, trong lá ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước,do đó ảnh hưởng đến độ mở khí khổng,tức là ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ CO2 vào lục lạp. - Nước ảnh hởng đến tốc độ sinh trưởng và kích thước của bộ máy đồng hoá. - Nước ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển các sản phẩm quang hợp - Hàm lượng nước trong tế bào ảnh hưởng đến độ hidat hoá của chất nguyên sinh và do đó đến điều kiện làm việc của hệ thống enzim quang hợp - Quá trình thoát hơi nước đã điều hoà nhiệt độ của lá,do đó ảnh hưởng đến quang hợp - Sau cùng nước là nguyên liệu trực tiếp cho quang hợp với việc cung cấp H+ và e cho phản ứng sáng. 5. Quang hợp và năng suất cây trồng a. Quang hợp quyết định năng suất cây trồng Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng. Phân tích thành phần hoá học trong sản phẩm thu hoạch của cây trồng ta sẽ có các số liệu sau: C: 45%, O: 42-45%, H: 6,5% chất khô. Tổng ba nguyên tố này chiếm 90-95% khối lượng chất khô. Phần còn lại: 5-10% là các nguyên tố khoáng. Rõ ràng là 90-95% sản phẩm thu hoạch của cây lấy từ CO 2 và H2O thông qua hoạt động quang hợp. b. Các biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp Đã có nhiều nghiên cứu làm sáng tỏ mối quan hệ giữa hoạt động của bộ máy quang hợp và năng suất cây trồng. Nhitriporovich- nhà Sinh lí thực vật người Nga đã đưa ra biểu thức năng suất cho mối quan hệ này: Nkt = (FCO2.L.Kf .Kkt)n Nkt : năng suất kinh tế-phần chất khô tích luỹ trong cơ quan kinh tế FCO2: khả năng quang hợp gồm: cường độ quang hợp (mg CO2/dm2 lá.giờ) và hiệu suất quang hợp (gam chất khô/m2lá.ngày). L: diện tích quang hợp, gồm chỉ số diện tích lá (m2 lá/m2 đất) và thế năng quang hợp (m2 lá.ngày). Kf: hệ số hiệu quả quang hợp - tỷ số giữa phần chất khô còn lại và tổng số chất khô quang hợp được. Kkt: hệ số kinh tế - tỷ số giữa số chất khô tích luỹ trong cơ quan kinh tế và tổng số chất khô quang hợp được. n: thời gian hoạt động của bộ máy quang hợp. Từ biểu thức trên chúng ta thấy rằng: năng suất cây trồng phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Khả năng quang hợp của giống cây trồng (FCO2). - Nhịp điệu sinh trưởng của bộ máy quang hợp (L). - Khả năng tích luỹ chất khô vào cơ quan kinh tế (Kf, Kkt). - Thời gian hoạt động của bộ máy quang hợp (n). c. Triển vọng của năng suất cây trồng Trong tương lai với sự tiến bộ của các phương pháp chọn, lai tạo giống mới , với sự hoàn thiện các biện pháp kĩ thuật canh tác, chắc chắn việc nâng cao năng suất cây trồng ở một đất nước giầu ánh sáng như nước ta sẽ có triển vọng rất to lớn 10
11. B - HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 25. Để phân biệt thực vật C3 và C4 người ta làm thí nghiệm sau: TN1: Đưa cây vào chuông thủy tinh kín và chiếu sáng liên tục. TN2: Trồng cây trong nhà kín có thể điều chỉnh được nồng độ O2. 2 TN3: Đo cường độ quang hợp ở các điều kiện ánh sáng cao, nhiệt độ cao. (mgCO2/dm lá.giờ). Hãy phân tích nguyên tắc của các thí nghiệm nói trên. Trả lời: * Thí nghiệm 1: - Nguyên tắc: Dựa vào điểm bù CO2 khác nhau của TVC3 và TVC4. Cây C3 sẽ chết trước do có điểm bù CO2 cao khoảng 30ppm còn TV C4 có điểm bù CO2 thấp (0-10ppm). * Thí nghiệm 2: - Nguyên tắc: Dựa vào hô hấp sáng. Hô hấp sáng phụ thuộc vào nồng độ O2; hô hấp sáng chỉ có ở thực vật C3 không có ở thực vật C4 nên khi điều chỉnh O2 cao thì năng suất quang hợp TV C3 giảm đi. * Thí nghiệm 3: - Nguyên tắc: Dựa vào điểm bảo hòa ánh sáng. Điểm bảo hòa ánh sáng của thực vật C4 cao hơn thực vật C3 nên ở điều kiện ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao do cường độ quang hợp của thực vật C4 cao hơn (thường gấp đôi ) thực vật C3 Câu 26. ( Đề Thi HSG Hà Tĩnh - 2013) a. Điểm bù ánh sáng là gì? Có thể sử dụng điểm bù ánh sáng để xác định cây ưa bóng và cây ưa sáng được không? Giải thích. a. Mặc dù diện tích lỗ khí của toàn bộ khí khổng chỉ gần bằng 1% diện tích của lá, nhưng lượng nước thoát ra khỏi khí khổng lại lớn hơn lượng nước thoát qua bề mặt lá nhiều lần. Tại sao vậy? Trả lời: a. - Điểm bù ánh sáng: Điểm bù ánh sáng là điểm cường độ ánh sáng mà ở đó cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau. - Có thể sử dụng để phân biệt cây ưa bóng và cây ưa sáng: + Cây ưa sáng có điểm bù ánh sáng cao, cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp. + Nếu ở một cường độ ánh sáng nào đó: * một cây thải CO2, có nghĩa là cây có điểm bù ánh sáng cao → cây ưa sáng * còn một cây vẫn hấp thụ CO2, có nghĩa là cây có điểm bù ánh sáng thấp → cây ưa bóng. b. Cơ sở vật lý của quá trình bốc hơi nước đã chứng minh rằng: các phân tử nước bốc hơi và thoát vào không khí ở mép chậu nước dễ dàng hơn nhiều so với các phân tử nước bốc hơi từ giữa chậu nước. Như vậy vận tốc thoát hơi nước không chỉ phụ thuộc vào diện tích thoát hơi mà phụ thuộc chặt chẽ vào chu vi của các diện tích đó. Rõ ràng là hàng trăm khí khổng trên một milimet vuông lá sẽ có tổng chu vi lớn hơn rất nhiều so với chu vi lá và đó là lý do tại sao lượng nước thoát qua khí khổng là chính và với vận tốc lớn. Câu 27. (Đề HSG 2009 – 2010): a. Điểm bù ánh sáng quang hợp là gì? Điểm bù ánh sáng của cây ưa sáng và cây ưa bóng khác nhau như thế nào? Giải thích? b. Điểm bão hoà CO2 là gì? Sự bão hoà CO2 xảy ra trong điều kiện tự nhiên không? Trả lời: * Điểm bù ánh sáng là: Cường độ ánh sáng giúp quang hợp và hô hấp bằng nhau * Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng, vì: Cây ưa bóng có lục lạp to, nhiều hạt diệp lục hơn cây ưa sáng -> hấp thu ánh sáng tích cực, hiệu quả -> có điểm bù ánh sáng thấp, thích nghi với cường độ chiếu sáng tương đối yếu * Điểm bão hoà CO2: Nồng độ CO2 để quang hợp đạt mức cao nhất. * Trong tự nhiên không xảy ra tình trạng bão hoà CO2, vì: hàm lượng CO2 trong tự nhiên chỉ vào khoảng 0,03% rất thấp so với độ bão hoà CO2( 0,06% - 0,4%). 11
12. Câu 28. Đặc điểm cấu trúc nào của lục lạp thích ứng với việc thực hiện hai pha của quá trình quang hợp? Trả lời: - Ngoài là màng kép, trong là cơ chất (chất nền) có nhiều hạt grana. Hạt grana là nơi diễn ra pha sáng, chất nền là nơi diễn ra pha tối. - Hạt grana chứa hệ sắc tố quang hợp (hấp thụ các tia sáng) chứa trung tâm pư và các chất truyền điện tử giúp pha sáng được thực hiện. - Chất nền có cấu trúc dạng keo, trong suốt, chứa nhiều enzim cacboxil hóa phù hợp với việc thực hiện các phản ứng khử CO2 trong pha tối. Câu 29. Diệp lục và sắc tố phụ của cây xanh có vai trò như thế nào trong quang hợp? Trả lời: Diệp lục: clorophyl a: C55H72O5N4Mg, clorophyl b:C55H70O6N4Mg Caroten: C40H56, Xanthophyl: C40H56On (n:1-6) - Nhóm clorophyl: + Hấp thụ chủ yếu as vùng đỏ, xanh tím( mạnh nhất tia đỏ) + Chuyển hóa năng lượng thu được từ photon as->Quang phân li nước giải phóng oxy và các phản ứng quang hóa -> ATP, tạo lực khử NADPH cho pha tối. - Nhóm carotenoit: + Sau khi hấp thụ ánh sáng thì chuyển năng lượng cho clorophyl (tia có bước sóng ngắn 440-480 nm) + Tham gia quang phân li nước giải phóng oxy + Bảo vệ diệp lục khỏi bị phân hủy lúc cường độ ánh sáng mạnh. Câu 30. a. Ánh sáng dưới tán cây khác ánh sáng nơi quang đãng về cường độ hay thành phần quang phổ? Hai loại as nói trên thích hợp với những nhóm thực vật nào? Tại sao? b. Hô hấp sáng có ảnh hưởng gì đối với cây hay không? Tại sao? c. Những cây lá màu đỏ có quang hợp không? Tại sao? Trả lời: a. Cả về cường độ lẫn thành phần quang phổ + Ánh sáng phía dưới tán cây thích hợp cây ưa bóng + Ánh sáng phía trên tán cây thích hợp cây ưa sáng. b.- Hô hấp sáng (quang hô hấp) diễn ra đồng thời với quang hợp nhóm C 3, gây lãng phí sản phẩm quang hợp - Xảy ra ở lục lạp, peroxixom và ti thể. c. Có.Vì những cây có màu đỏ vẫn có nhóm săc tố màu lục, nhưng bị che khuất bởi màu đỏ của nhóm săc tố dịch bào là antôxianin và carotenoit. Vì vậy, những cây này vẫn tiến hành quang hợp bình thường, tuy nhiên cường độ quang hợp thường không cao. Câu 31. Tại sao các biện pháp bảo quản nông sản, thực phẩm, rau quả đều nhằm mục đích giảm thiểu cường đọ hô hấp. Có nên giảm cường độ hô hấp đến 0 không? Vì sao? Trả lời: * Vì: Hô hấp làm tiêu hao chất hữu cơ - Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản -> tăng cường độ hô hấp của đối tượng đựơc bảo quản. - Làm tăng độ ẩm -> tăng cường độ hh, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hại phá hỏng sản phẩm - Làm thay đổi thành phần không khí trong môi trường bảo quản -> O2 giảm nhiều -> mt kị khí – sản phẩm sẽ bị phân hủy nhanh chóng. * Không nên, vì đối tượng bảo quản sẽ chết, nhất là hạt giống, củ giống. Câu 32. RQ là gì và nó có ý nghĩa gì? RQ đối với các nhóm chất hữu cơ khác nhau như thế nào? Trả lời: - RQ là kí hiệu của hệ số hô hấp: là tỉ lệ giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử O2 lấy vào khi hô hấp. - RQ cho biết nguyên liệu đang hô hấp là nhóm chất gì và trên cơ sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng của cây. - RQ của nhóm cacbohidrat = 1, lipit, protein 1. Câu 33. Nêu sự khác nhau giữa hô hấp hiếu khí và lên men ở thực vật? Trả lời: 12
13. Hô hấp hiếu khí Lên men - Cần oxy - Không cần - xảy ra ở tế bào chất và ti thể - xảy ra ở tế bào chất - Có chuổi truyền electron - Không có - Sản phẩm cuối: hợp chất vô cơ CO2 và H2O - SP cuối cùng là hợp chất hữu cơ: axit lactic, rượu - Tạo nhiều năng lượng hơn (36ATP) - Ít năng lượng hơn(2ATP) Câu 34. Hô hấp sáng là gì? Hô hấp sáng xảy ra ở nhóm thực vật nào, ở các cơ quan nào? Nguồn gốc nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng của hô hấp sáng? Trả lời: - Hô hấp sáng: là quá trình hô hấp xảy ra ở ngoài ánh sáng. - Hô hấp sáng xảy ra ở nhóm TV C3,, ở 3 loại bào quan: lục lạp, peroxixom và ti thể. - Nguồn gốc nguyên liệu: RiDP trong quang hợp, sản phẩm cuối cùng tạo thành là: CO2 và Serin. Câu 35. Ở cây mía có những loại lục lạp nào? Phân tích chức năng của mỗi loại lục lạp đó trong quá trình cố định CO2? Trả lời: Mía thuộc nhóm TV C4 nên có 2 loại lục lạp: + Lục lạp ở tế bào mô giậu: có enzim PEP – cacboxilaza cố định CO2 tạo AOA, dự trữ CO2 + Lục lạp ở tế bào bao bó mạch: có enzim RiDP cacboxilaza cố dịnh CO2 trong các hợp chát hữu cơ Câu 36. - Tại sao nói quá trinh đồng hoá CO 2 ở thực vật C 3, C4, CAM đều phải trải qua chu trình Canvin? - Sự điều hoà chu trình Canvin có ý nghĩ như thế nào? - Loại enzim nào quan trọng nhất trong việc điều hoà chu trình Canvin? Trả lời: - Vì: Chu trình Canvin mang tính phổ biến: tất cả các loài thực vật khi đồng hoá CO 2 đều phải trải qua chu trình Canvin để tổng hợp đường, từ đó tổng hợp các CHC khác - Ý nghĩa: Đảm bảo quá trình đồng hoá CO2 xảy ra thuận lợi, phù hợp với nhu cầu cơ thể - Chu trình Canvin được điều hoà bởi enzim Ri1,5DP – cacboxilaza vì nó quyết định phản ứng đầu tiên quan trọng của chu trình => ảnh hưởng tới việc tổng hợp ít hay nhiều enzim sẽ ảnh hưởng tới tốc độ chu trình Canvin Câu 37. Tại sao giữa trưa nắng, ánh sáng dồi dào nhưng cường độ quang hợp lại giảm? Trả lời: - Do vào trưa năng, cường độ THN mạnh nên tế bào lỗ khí mất nước => lỗ khí đóng làm quá trình trao đổi khí ngưng trệ - Vào buổi trưa, mặc dù AS dồi dào nhưng tỉ lệ các bước sóng ngắn tăng nên các sắc tố quang hợp ít hấp thu - Khi AS mạnh => Nhiệt độ cao làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ enzim Câu 38. Vì sao phải bón CO2 cho cây trong nhà lưới phủ nilon trước khi mặt trời lặn và sau khi mặt trời mọc? Trả lời: - Trong khu vực có che phủ nilon mỏng, sự lưu thông khí bị cản trở, lượng CO 2 bị hao hụt sau khi cây quang hợp. Do đó nồng độ CO2 sẽ giảm xuống thấp - Ban đêm cây không quang hợp, tăng hô hấp cây lấy O2, thải CO2 => Phải bón CO2 cho cây sau khi mặt trời mọc khoảng 30 phút và ngừng bón khi mặt trời lặn khoảng 1-2h. Ban đêm không bón CO2 vì khi nông độ CO2 quá cao sẽ làm ức chế hô hấp Câu 39. Trong mµng thylacoit cña lôc l¹p cã 2 hÖ thèng quang ho¸: PS I vµ PS II a. PS I hay PS II hoÆc c¶ hai chøa s¾c tè hÊp thô ¸nh s¸ng. §ã lµ nh÷ng nhãm s¾c tè nµo ? b. Quang ph©n ly H2O x¶y ra ë ®©u,s¶n phÈm cña chóng lµ g× ? S¶n phÈm nµo ®­îc sö dông cho ph¶n øng s¸ng ? c. Mét sè vi khuÈn quang hîp kh«ng cã qu¸ tr×nh quang ph©n ly H2O mµ ph©n huû c¸c hîp chÊt kh¸c. H·y chän mét hîp chÊt ®óng trong c¸c hîp chÊt sau ®©y : H2S, CH4, Na2SO4, C2H4 Trả lời: a) C¶ hai hÖ thèng quang ho¸ ®Òu chøa s¾c tè. §ã lµ c¸c nhãm s¾c tè : clorophin vµ carotenoit b) Quang ph©n li H2O x¶y ra ë pha s¸ng ( PS II ). S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh nµy lµ NADPH vµ O2. S¶n phÈm NADPH ®­îc sö dông cho ph¶n øng tèi. c) Hîp chÊt ®óng lµ H2S 13
14. Câu 40. C©y cèi cã thÓ ®iÒu chØnh sè l­îng vµ chÊt l­îng ¸nh s¸ng chiÕu vµo nã ®­îc kh«ng ? B»ng c¸ch nµo? Trả lời: .Cã. B»ng c¸ch : - S¾p xÕp c¸c tÇng l¸ trªn c©y - Xoay bÒ mÆt l¸ vu«ng gãc hoÆc song song víi tia s¸ng. - Thay ®æi bÒ mÆt chiÕu s¸ng hoÆc vÞ trÝ cña lôc l¹p. - Thay ®æi hµm l­îng vµ tØ lÖ c¸c nhãm s¾c tè IV- HÔ HẤP THỰC VẬT A- HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Khái niệm về hô hấp a. Định nghĩa và phương trình hô hấp - Hô hấp là quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể. - Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp đợc viết như sau: C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + Q (năng lượng : ATP + nhiệt) b. Vai trò của quá trình hô hấp - Trước hết thông qua quá trình hô hấp, năng lượng hoá học tự do dưới dạng ATP được giải phóng từ các hợp chất hữu cơ và năng lượng dưới dạng ATP này được sử dụng cho các quá trình sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất, quá trình vận động sinh trưởng, quá trình phát quang sinh học, - Trong các giai đoạn của quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã được hình thành và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối (nguyên liệu) của các quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể. 2. Cơ chế hô hấp Cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp sau: - Con đường đường phân - Chu trình Crép - Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá a. Giai đoạn phân giải đường (đường phân): xảy ra ở chất tế bào trong điều kiện yếm khí: Glucôzơ 2 Axit pyruvic b. Phân giải kị khí và hô hấp hiếu khí - Phân giải kị khí (lên men) xảy ra ở chất tế bào chưa có sự tham gia của O2. Axit pyruvic Rượu Etilic Axit pyruvic Axit Lactic - Hô hấp hiếu khí xảy ra ở ty thể với sự có mặt của O2: Chu trình Crép : Axit pyruvic CO2 + H2O c. Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá tạo ra 30 ATP 3. Hệ số hô hấp (RQ) - Hệ số hô hấp- kí hiệu là RQ - là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử O2 hút vào khi hô hấp. RQ của nhóm hydrat cacbon bằng 1 Ví dụ : C6H12O6 + 6 O2 = 6CO2 + 6H2O RQ = 6/6 = 1 RQ của nhóm lipit,protein thường < 1 14
15. RQ của nhiều acit hữu cơ thường > 1 - Ý nghĩa của hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) đang hô hấp là nhóm chất gì và trên cơ sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng của cây. 4. Năng lương hô hấp - Hệ số sử dụng năng lượng hô hấp - Cơ chế hình thành ATP 5. Hô hấp sáng - Hô hấp sáng là hô hấp xảy ra ngoài ánh sáng. Nhóm thực vật C3 thường xảy ra quá trình hô hấp này. Đó là khi thực vật C 3 phải sống trong điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài với nồng độ O 2 cao, cường độ ánh sáng cao, trong khi nồng độ CO2 lại thấp. Khi đó trong pha cacboxi hoá của chu trinh Canvin xảy ra quá trình oxi hoá RiDP thành Axit glycolic. Axit glycolic chính là bản thể của hô hấp sáng. - Hô hấp sáng không có ý nghĩa về mặt năng lượng (không giải phóng ATP), nhưng lại tiêu tốn 30- 50% sản phẩm quang hợp. 6. Hô hấp và các điều kiện môi trường a. Hô hấp và nhiệt độ - Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với sự xúc tác của các ezim do đó phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ. - Mối quan hệ giữa cường độ hô hấp và nhiệt độ thường được biểu diễn bằng đồ thị có đường cong một đỉnh. + Nhiệt độ thấp nhất mà cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng -100C; 00C tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau. + Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 35 - 400C + Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 45 - 550C . Trên nhiệt độ tối đa, bộ máy hô hấp sẽ bị phá huỷ. b. Hô hấp và hàm lượng nước - Nước vừa là dung môi vừa là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hoá nguyên liệu hô hấp. Vì vậy hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp. - Các nghiên cứu cho thấy: + Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) của cơ thể, cơ quan hô hấp. + Hàm lượng nước trong cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại. Hạt thóc, ngô phơi khô có độ ẩm khoảng 13 - 16% có cường độ hô hấp rất thấp (ở mức tối thiểu). c. Hô hấp và nồng độ các khí O2, CO2 trong không khí - O2 tham gia trực tiếp vào việc oxi hoá các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi truyền điện tử để sau đó hình thành nước trong hô hấp hiếu khí. Vì vậy nếu nồng độ O 2 trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang hô hấp kị khí-dạng hô hấp không có hiệu quả năng lượng rất bất lợi cho cây trồng. - CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng CO 2 là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng CO 2 cao trong môi trường sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế. 6. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản thực a. Mục tiêu của bảo quản: Giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản. b. Ảnh hưởng của hô hấp trong quá trình bảo quản: - Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của đối tượng bảo quản, do đó làm giảm số lượng và chất lượng trong 15
16. quá trình bảo quản. - Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. - Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. - Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng O2 sẽ giảm, CO2 sẽ tăng và khi O2 giảm quá mức, CO2 tăng quá mức thì hô hấp ở đối tượng bảo quản sẽ chuyển sang dạng hô hấp yếm khí và đối tượng bảo quản sẽ bị phân huỷ nhanh chóng. c. Các biện pháp bảo quản: - Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo từng loại hạt. - Bảo quản lạnh: Phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng phương pháp này. Chúng đợc giữ trong các kho lạnh, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: khoai tây ở 4, cải bắp ở 1, cam, chanh ở 6oC. - Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO2 cao: Đây là biện pháp bảo quản hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao. Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO 2 cao hoặc đơn giản hơn là các túi polietilen. Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO 2 thích hợp là điều hết sức quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản. B. HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 41. ( Đề thi HSG Chuyên Hà am- 2010) 1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật là gì? 2. Bản chất của quá trình hô hấp? 3. Trình bày cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp ở tế bào? Trả lời: 1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật. - Ti thể là bào quan làm nhiệm vụ hô hấp ở tế bào. Nó được xem là “trạm biến thế năng lượng” của tế bào. - Bản chất của quá trình hô hấp Bản chất của quá trình hô hấp: Khác với quá trình đốt cháy chất hữu cơ ngoài cơ thể, quá trình ôxi hoá trong cơ thể phải trải qua nhiều chặng, bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh để cuối cùng giải phóng CO2, H2O và năng lượng dưới dạng ATP. - Các giai đoạn của quá trình hô hấp trong cơ thể thực vật gồm: - Giai đoạn đường phân xảy ra ở chất tế bào là pha phân giải kị khí chung cho cả hô hấp kị khí(lên men) và hô hấp hiếu khí. Đó là quá trình phân giải phân tử glucôzơ đến axit piruvic( từ một phân tử glucôzơ hình thành nên 2 phân tử axit piruvic). - Nếu không có ôxi, axit piruvic chuyển hoá theo con đường hô hấp kị khí ( lên men) tạo rượu êtilic kèm theo sự giải phóng CO 2, cũng có thể lên men lactic, xuất hiện sản phẩm lên men là axit lactic, không giải phóng ôxi. Hô hấp kị khí không tích luỹ thên năng lượng ngoài 2 phân tử ATP được hình thành ở chặng đường phân. - Khi có ôxi, sản phẩm của đường phân là axit piruvic di chuyển vào cơ chất của ti thể, tại đó nó bị ôxi hoá và loại CO2 , hình thành nên axêtin côenzimA. + Chất này di chuyển vào chu trình Crep trong cơ chất của ti thể. Qua chu trình Crep thêm 2 phân tử CO2 bị loại, như vậy phân tử axit piruvic( 1/2 phân tử glucôzơ) đã bị ôxi hoá hoàn toàn qua 1 vòng của chu trình Crep. + Các H+ và e- được tách ra khỏi cơ chất hô hấp và truyền đến chuỗi truyền điện tử hô hấp( NAD, FAD, ) phân bố trong màng trong ti thể. Như vậy, chu trình Crep khung các bon từ nguyên liệu hô hấp(axit piruvic) bị bẻ gãy hoàn toàn, + giải phóng 3 phân tử CO 2; chuỗi truyền điện tử H tách ra khỏi axit piruvic trong chu trình Crep được truyền đến chuỗi truyền điện tử trong màng trong ti thể đến ôxi để tạo phân tử H 2O và tích luỹ được 36 ATP. 16
17. Câu 42. ( Đề thi HSG Hà Tĩnh-2013) Chứng minh mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ. Con người đã vận dụng những hiểu biết về mối quan hệ này vào trong thực tiễn trồng trọt như thế nào? Trả lời: - Mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ: + Hô hấp giải phóng năng lượng dưới dạng ATP, tạo ra các hợp chất trung gian như các axit hữu cơ. + ATP và các hợp chất này đều liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ trong cây. - Ứng dụng thực tiễn: + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí. + Hiện nay người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây trong dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây trong không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí của bộ rễ. Câu 43. Trình bày về năng lượng hô hấp ở thực vật? Đáp án: - Khái niệm hô hấp ở thực vật. - Ý nghĩa của hô hấp: Năng lượng hô hấp được tạo ra dưới dạng ATP và nhiệt. + Hô hấp hiếu khí: là con đường chủ yếu cung cấp năng lượng cho thực vật Có 2 quá trình tạo năng lượng ATP: photphorin hóa trực tiếp cơ chất (đường phân và chu trình Crebs) và qua chuỗi vận chuyển electron hô hấp. + Lên men: là phản ứng thích nghi của TV trong điều kiện thiếu oxi, tạo ra ít năng lượng ATP. - Năng lượng dưới dạng nhiệt được tạo ra để giữ nhiệt cho cơ thể, tạo điều kiện cho các phản ứng. Một phần thải ra môi trường. Câu 44: a. Hệ số hô hấp là gì? Có nhận xét gì về hệ số hô hấp của hạt cây họ lúa và hạt hướng dương trong quá trình nảy mầm? b. Tính năng lượng thu được trong các giai đoạn của quá trình hô hấp khi oxi hóa hết 18g Glucozo? Trả lời: a.- Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử oxi cây lấy vào khi hô hấp. - Trong quá trình nảy mầm của cây họ lúa, chất dự trữ chủ yếu là đường thì hệ số hô hấp gần bằng 1. + Ở hạt cây hướng dương giàu chất béo, sự biến đổi của hệ số hô hấp phức tạp: ở giai đoạn đầu hệ số hô hấp xấp xỉ bằng 1 do hạt sử dụng đường để hô hấp, sau đó hệ số hô hấp giảm xuống còn 0,3 – 0,4 do hạt sử dung nguyên liệu là chất béo, tiếp theo đó hệ số hô hấp lại tăng lên gần bằng 1 do đường bắt đầu được tích lũy. b. Tính hệ số hô hấp 18g glucozo ứng với 0,1mol => có 0,1 * 6,02.1023 phân tử - Đường phân từ 1 phân tử glucozo tạo ra 2 ATP - Nếu không có oxi thì từ 1 glucozo tạo 2ATP - Nếu có oxi thì ở chu trình Creps tạo ra 2 ATP - Chuỗi chuyền electron tạo ra 34 ATP (HS nhân kết quả trên với số phân tử Glucozo là được) 17