Quang hợp là gì? Quá trình quang hợp ở thực vật – Trường THPT Thành Phố Sóc Trăng

Cùng THPT Sóc Trăng khám phá Quang hợp là gì ? Quá trình quang hợp diễn ra ở thực vật như thế nào ?
Quá trình quang hợp phân phối O2 cho con người và sinh vật sống sót trên Trái Đất. Không những thế, những sinh vật sử dụng loại sản phẩm của quá trình quang hợp ship hàng cho quá trình sinh dưỡng của chúng … Trong bài viết này, THPT Sóc Trăng sẽ giúp những bạn học viên khám phá vừa đủ quang hợp là gì ? cùng với những yếu tố ảnh hưởng tác động đến quá trình quang hợp của thực vật ; đặc thù, vai trò, ý nghĩa của quang hợp so với sự sống trên toàn cầu.

Quang hợp là gì? 

Quang hợp còn được gọi với tên là quá trình quang tổng hợp. Quang hợp là quá trình thu nhận và chuyển hóa năng lượng mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn. Trong quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng mặt trời đã được diệp lục hấp thụ để tổng hợp cacbonhidrat và giải phóng oxy từ khí cacbonic và nước.

Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp :
6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O
Quá trình quang hợp của cây

Vai trò của quang hợp 

Quá trình quang hợp đóng vai trò quan trọng so với sự sống của những sinh vật trên Trái Đất. Toàn bộ sự sống trên hành tình tất cả chúng ta đều nhờ vào vào quá trình quang hợp. Dưới đây là 3 vai trò quan trọng nhất của quá trình quang hợp ở những nhóm thực vật .

Tổng hợp chất hữu cơ. Sản phẩm của quang hợp tạo ra nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, là nguyên liệu cho công nghiệp và làm ra thuốc chữa bệnh cho con người.

Lá cây hấp thụ ánh sáng và nhờ chất diệp lục tổng hợp

Cung cấp năng lượng. Năng lượng trong ánh sáng mặt trời được hấp thụ và chuyển thành hóa năng trong các liên kết hóa học. Đây là nguồn cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của các sinh vật.

Cung cấp O2. Quá trình quang hợp ở cây xanh hấp thụ khí CO2 và giải phóng khí O2 giúp điều không khí, giảm hiệu ứng nhà kính đem lại không khí trong lành cho Trái Đất và cung cấp dưỡng khí cho các sinh vật khác.

Đặc điểm của lá cây thích nghi với chức năng quang hợp 

Đặc điểm bên ngoài của lá cây 

– Diện tích mặt phẳng lớn giúp lá hấp thụ nhiều tia sáng
– Phiến lá mỏng mảnh thuận tiện cho khí khuếch tán vào và ra được thuận tiện .
– Trong lớp biểu bì của lá có chứa tế bào khí khổng để khí CO2 khuếch tán vào bên trong lá đến lục lạp .

Đặc điểm bên trong của lá cây

– Tế bào có hình mô giậu chứa nhiều diệp lục phân bổ ngay dưới lớp biểu bì ở mặt trên của lá để trực tiếp hấp thụ ánh sáng chiếu lên mặt trên của lá .
– Tế bào mô xốp chứa ít chất diệp lục hơn những tế bào mô giậu, nằm ở mặt dưới của lá. Trong mô xốp có nhiều khoảng chừng trống rỗng để khí oxy thuận tiện khuếch tán đến những tế bào chứa sắc tố quang hợp .
– Hệ gân lá có mạch dẫn, gồm mạch gỗ và mạch rây, xuất phát từ bó mạch ở cuống lá đến tận từng tế bào như mô của lá, giúp cho nước và ion khoáng đến từng tế bào để triển khai công dụng quang hợp và luân chuyển loại sản phẩm của quang hợp .
– Trong lá có nhiều tế bào chứa diệp lục, đó là bào quan quang hợp .
Hình thái lá cây khi quang hợp

Chức năng và thành phần hệ sắc tố quang hợp của lá

Thực vật quang hợp như thế nào ? Đó là nhờ vào chất diệp lục có trong hệ sắc tố quang hợp ở lá cây cùng với Carotenoit. Bề mặt lá hấp thụ ánh sáng mặt trời giúp những sắc tố diệp lục hấp thụ được nguồn năng lượng và thực thi quá trình quang hợp ở cây xanh. Hệ sắc tố quang hợp của lá gồm có 2 thành phần chính là diệp lục và carotenoit .
Ở nhóm tảo và thực vật thủy sinh thì có thêm sắc tố phụ phycobilin. Phicobilin là nhóm sắc tố quan trọng so với tảo và thực vật thủy sinh. Phicobilin hấp thụ ánh sáng trong vùng lục ( 550 nm ) và vàng ( 612 nm ) .

Chất diệp lục 

Chất diệp lục là một sắc tố hấp thụ ánh sáng xanh lam ( 430 nm ) và đỏ ( 662 nm ). Diệp lục rất quan trọng trong quá trình quang hợp để hấp thụ được những ánh sáng có màu xanh lam và đỏ. Chất diệp lục gồm 2 nhóm :

Diệp lục a. Đây vốn là những phân tử P700 và P680 có trong chất diệp lục a. Những phân tử này sẽ tham gia trực tiếp vào quá trình hấp thụ năng lượng ánh sáng chuyển thành năng lượng trong ATP và NADPH.

Diệp lục b. Chất diệp lục b sẽ kết hợp với chất diệp lục a còn lại hỗ trợ các phân tử P700 và P680 tại trung tâm qua cách truyền năng lượng của ánh sáng và hấp thụ cho chúng.

Carotenoit 

Carotenoit được biết đến là một chất có tính năng truyền những nguồn năng lượng cho chất diệp lục a và diệp lục b. Carotenoid gồm có xantophin và caroten ( đây chính là những sắc tố phụ của quá trình quang hợp ). Caroten hấp thụ ánh sáng có bước sóng từ 446 – 476 nm, xantophin hấp thụ ánh sáng có bước sóng từ 451 – 1 481 nm. Trong trường hợp ánh nắng có cường độ cao thì carotenoid còn có hiệu quả bảo vệ những mạng lưới hệ thống quang hợp không bị cháy nắng
Sơ đồ truyền nguồn năng lượng :

Carotenoit  🡪 Diệp lục b 🡪 diệp lục a 🡪 diệp lục a tại trung tâm phản ứng.

Diệp lục Carotenoit
Cấu tạo – diệp lục a: C55H72O5N4Mg 
– diệp lục b : C55H72O6N4Mg
– Carotin C40H56 
– Xantophyl C40H56On
Vai trò – Làm cho lá cây có màu xanh 
– Hấp thụ nguồn năng lượng ánh sáng mặt trời
– Vận chuyển nguồn năng lượng ánh sáng đến TT phản ứng
– Tham gia biến đổi nguồn năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành nguồn năng lượng trong những link hóa học ATP, NADPH
– làm cho lá cây, củ, quả có màu vàng, cam, đỏ 
– Chỉ hấp thụ nguồn năng lượng ánh sáng và truyền nguồn năng lượng đó tới TT phản ứng
– Tham gia lọc ánh sáng và bảo vệ diệp lục .

Ý nghĩa của quá trình quang hợp ở thực vật

Quang hợp không thể thiếu trong duy trì sự sống. 
Trong chuỗi thức ăn tự nhiên, những sinh vật sống bằng nguồn nguồn năng lượng do quang hợp thường là tác nhân tiên phong. Các sinh vật còn lại sẽ sử dụng mẫu sản phẩm của quá trình quang hợp để ship hàng cho nhu yếu sống sót của chúng .
Có thể nói, quang hợp chính là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng không hề thiếu. Nó tạo ra nguồn năng lượng cho sự sống. Bù đắp lại những chất hữu cơ đã bị sử dụng trong quá trình sống. Giúp cân đối khí O2 và CO2 trong không khí .
Quá trình quang hợp ở thực vật hầu hết được thực thi nhờ diệp lục. Sắc tố này thường chứa trong những bào quan gọi là lục lạp. Hầu hết những phần của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, nguồn năng lượng của quá trình quang hợp hầu hết được thu nhận từ lá. Quá trình quang hợp của thực vật, tảo và vi trùng lam sử dụng chlorophyll và sản sinh ra oxy .

Các pha trong quang hợp

Quá trình quang hợp được triển khai ở bào quan lục lạp, gồm có 2 pha : pha sáng và pha tối
Pha sáng : là quy trình tiến độ có sự tham gia của ánh sáng gồm có những quá trình hấp thụ ánh sáng và kích thích sắc tố, cùng với sự biến hóa nguồn năng lượng lượng tử thành những dạng nguồn năng lượng hóa học dưới dạng những hợp chất dự trữ nguồn năng lượng ATP và hợp chất khử NADPH2 .

pha trong quang hop sang

Pha tối : là quy trình tiến độ không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng, gồm quá trình sử dụng ATP và NADPH2 để tổng hợp những chất hữu cơ trong quy trình Calvin .
6CO2 + 12 [ H2 ] → C6H12O6 + 6H2 O
quang hop la gi 1 1.jpg

Pha sáng và sự tham gia của diệp lục trong quang hợp

Pha sáng xảy ra trong mạng lưới hệ thống thilacoid, nơi chứa những sắc tố quang hợp, pha này gồm có hai quá trình tiếp nối nhau là quang vật lí và quang hóa học. Trong pha này xảy ra những quá trình :

  • Hấp thụ năng lượng ánh sáng bởi diệp lục
  • Dự trử năng lượng trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới dạng điện tử (e-) được kích thích
  • Vận chuyển năng lượng vào trung tâm phản ứng
  • Biến năng lượng ở trung tâm thành năng lượng hoá học (trong ATP, NADPH2).

Giai đoạn quang vật lí

Diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng rất mạnh. Khi lượng tử ánh sáng (photon) chạm vào diệp lục, nó được hấp thụ, năng lượng được chuyển đến điện tử của phân tử diệp lục và chuyển chúng lên trạng thái kích thích ở mức năng lượng cao hơn nhưng không bền. Điện tử đã được kích thích không bền, lập tức quay trở lại trạng thái gốc ban đầu, đồng thời phóng thích năng lượng vừa hấp thu được. Ở các diệp lục tách rời khỏi tế bào, khi được chiếu sáng, diệp lục hấp thu năng lượng rồi phóng thích ra ngay ở dạng ánh sáng huỳnh quang, hoặc nhiệt, nhưng nếu diệp lục trong lục lạp nguyên vẹn của tế bào, năng lương từ phân tử diệp lục ở trạng thái kích thích sẽ được truyền từ phân tử này sang phân tử khác, đến trung tâm phản ứng rồi được chuyển đến chất nhận điện tử và tham gia vào chuỗi phản ứng để biến thành năng lượng đễ sử dụng cho tế bào

quang hop la gi 2 1.jpg
Trạng thái kích thích của phân tử diệp lục

Giai đoạn quang hóa học

Có 2 qúa trình thu giữ lại nguồn năng lượng từ những điện tử được kích thích : quang phosphoryl hoá vòng và quang phosphoryl hoá không vòng .
Quang phosphoryl hoá vòng : Trung tâm phản ứng là P700

  • Diệp lục hấp thụ quang tử ánh sáng và chuyển điện tử lên trạng thái kích thích.
  • Điện tử này sẽ được tập trung vào tâm phản ứng P700 và được chuyển đến chất nhận điện tử sơ cấp.
  • Điện tử tiếp tục chuyền sang feredoxin (Fd) đến phức hợp cytochrome, qua plastocyanin rồi trở về lại diệp lục. Quá trình này giải phóng ra 1 ATP
  • Quá trình này vòng vì điện tử quay trở về diệp lục và 1 phần năng lượng dùng phosphoryl hoá ADP thành ATP

quang hop la gi 3.jpg
Sơ đồ tổng quát của quá trình phosphoryl hoá vòng
Phosphoryl hoá vòng là dạng tiên phong của quang hợp, đây là dạng duy nhất ở phần nhiều vi trùng quang hợp, hiệu suất cao nguồn năng lượng của quá trình này ít ( khoảng chừng 25 kcal / M ) .
Quang phosphoryl hoá không vòng :
Bao gồm : mạng lưới hệ thống quang I, mạng lưới hệ thống quang II và quang phân ly nước. Đây là chính sách thu năng lượng hiệu suất cao hơn .
quang hop la gi 4.jpg
Sơ đồ tổng quát của quá trình quang phosphoryl hoá không vòng
Hệ thống quang I có TT phản ứng là P700 ( phân tử diệp lục có cực lớn hấp thu ở bước tuy nhiên là 700 nm ), còn mạng lưới hệ thống quang II có TT phản ứng là P680 ( phân tử diệp lục có cực lớn hấp thu ở bước tuy nhiên là 680 nm ). Chúng hấp thu hai quang tử để chuyển sang trạng thái kích thích. Năng lượng hấp thu này sẽ sử dụng cho quá trình phosphoryl hóa để tạo nên ATP và NADPH2
quang hop la gi 5.jpg
Hệ thống quang I và quang II trên màng Thylakoid
Quang phân ly nước là quá trình khởi nguồn cho quá trình phosphoryl hóa này. Quá trình quang phân ly nước xảy ra như sau :
Khi kết thúc pha sáng, có 3 loại sản phẩm tạo thành là ATP, NADPH2 và oxy. Oxy sẽ bay vào không khí còn năng lựong ATP và chất khử NADPH2 sẽ được sử dụng để khử CO2 trong pha tối của quang hợp để tạo nên chất hữu cơ cho cây .
quang hop la gi 6.jpg

Pha tối và sự đồng nhất CO2 trong quang hợp

Pha tối xảy ra trong phần cơ chất ( phần nền-stroma ) của lục lạp. Tùy vào từng nhóm thực vật C3, C4 và CAM, mà quá trình đồng nhất CO2 xảy ra theo những con đường khác nhau. Trong đó sự đồng điệu CO2 ở thực vật C3 xảy ra theo quy trình Canvil ( Hình 12 ), ở thực vật C4 quá trình cố định và thắt chặt CO2 xảy ra theo quy trình Hatch-Slack ở trong lục lạp của tế bào thịt lá ( mesophyll ) và quá trình khử CO2 xảy ra theo quy trình Canvil ở trong lục lạp của tế bào bao mạch ( Hình 13 ), còn ở thực vật CAM quá trình cố định và thắt chặt CO2 ( quy trình Hatch-Slack ) xảy ra vào đêm hôm và quá trình khử CO2 ( quy trình Canvil ) xảy ra vào ban ngày ( Hình 14 ) .

Chu trình Calvin:

quang hop la gi 7.jpg
Chu trình này có 3 quy trình tiến độ : cố định và thắt chặt CO2, khử CO2 và tái sinh chất nhận CO2 .
Giai đoạn cố định và thắt chặt CO2 : Dưới tính năng của enzyme ribuloso1, 5 biphosphatcarboxylase, CO2 được phối hợp với phân tử ribuloso1, 5 biphosphate ( Rubisco ) để hình thành hợp chất 6C. Chất này không bền nên nhanh gọn phân loại thành 2 hợp chất 3C là 3 phosphoglycerate, loại sản phẩm tiên phong không thay đổi của quy trình Canvil .
Giai đọan khử CO2 : Sản phẩm tiên phong là 3 phosphoglycerate sẽ bị khử ngay để thành glyceraldehyde-3P ( G3P ) với sự tham gia của NADPH. Giai đoạn này cần ATP và NADPH2 từ pha sáng .
Giai đoạn tái sinh chất nhận CO2 : G3P hoàn toàn có thể xem là mẫu sản phẩm ở đầu cuối của quang hợp vì chất này là thức ăn tế bào hoàn toàn có thể dùng được, nhưng khó luân chuyển và dự trử nên một bộ phận chất này tách ra khỏi quy trình để đi theo hướng tổng hợp glucose, rồi từ glucose hoàn toàn có thể tổng hợp những chất hữu cơ khác như hydrat carbon, mở, axit béo, amino axit … Đại bộ phận G3P trải qua hàng loạt phản ứng phức tạp để ở đầu cuối tái tạo lại chất nhận CO2 là rubisco để khép kín quy trình. Giai đoạn này cần 6ATP để tạo đủ chất nhận CO2 cho việc hình thành nên 1 phân tử glucose. Như vậy để thực thi quá trình tổng hợp một phân tử hexose theo quy trình Calvin, pha sáng cần phân phối 18ATP và 12 phân tử NADPH2 ( tỷ suất 3/2 ). Đây là một nguồn năng lượng lớn mà pha sáng phải bảo vệ đủ. Nếu vì nguyên do nào đó mà thiếu nguồn năng lượng thì quá trình khử CO2 sẽ bị ức chế .

Ý nghĩa của chu trình Calvin

  • Chu trình C3 là chu trình cơ bản nhất của thế giới thực vật xảy ra trong tất cả thực vật, dù là thực vật bậc cao hay bậc thấp, dù thực vật C3, C4 hay thực vật
  • Trong chu trình tạo ra nhiều sản phẩm sơ cấp của quang hợp. Đó là các hợp chất C3, C4, C5, C6…Các chất này là nguyên liệu để tổng hợp nên các sản phẩm quang hợp thứ cấp như đường, tinh bột, acid amin, protein, .. Tuỳ theo bản chất của sản phẩm thu hoạch mà con đường đi ra của các sản phẩm thứ cấp khác nhau, nhưng chúng đều xuất phát từ những sản phẩm sơ cấp của quang hợp.

Chu trình Hatch-Slack (chu trình C4):

Chất nhận CO2 tiên phong là phosphoenolpyruvate ( PEP ) và loại sản phẩm quang hợp tiên phong là acid oxaloacetic ( AOA ), một thành phần có 4 Tiếp theo, AOA hoàn toàn có thể bị khử để tạo thành acid malic hay hoàn toàn có thể được amine hoá thành acid aspartic. Acid malic được chuyển từ tế bào thịt lá sang tế bào bao bó mạch .
quang hop la gi 8.jpg
Con đường đồng hóa CO2 theo tế bào thịt lá và tế bào bao mạch ở thực vật C4

quang hop la gi 9 1.jpg
Con đường đồng hóa CO2 theo chu trình ngày đêm ở thực vật CAM
Quang hợp chịu ảnh hưởng tác động rõ ràng của những điều kiện kèm theo ngoại cảnh như ánh sáng, nhiệt độ, CO2, nước, chất khoáng … Hoạt động quang hợp quyết định hành động 90-95 % hiệu suất cây xanh nên cần có những giải pháp kiểm soát và điều chỉnh quang hợp tương thích với điều kiện kèm theo ngoại cảnh để nâng cao hiệu suất cây cối, ship hàng đời sống của con người .

So sánh quang hợp và hô hấp

Quang hợp và hô hấp là hai khái niệm thường đi cùng với nhau. Đôi khi có sự nhầm lẫn giữa hai khái niệm này, vậy trải qua bảng dưới đây để tất cả chúng ta làm rõ từng khái niệm .

Quang hợp Hô hấp
Khái niệm – Là quá trình sử dụng chất diệp lục để hấp thụ ánh sáng. Sử dụng các năng lượng này để tạo ra các chất hữu cơ. – Là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ thành khí cacbonic và nước. Giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của cây.
Phương trình 6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 O2 + 6 H2O C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 6H2O + Năng lượng
Sản phẩm tạo ra Đường và O2 CO2 và năng lượng
Nơi thực hiện Lục lạp Các tế bào và ti thể của mọi tế bào sống
Cơ chế – Diễn ra ở pha sáng và pha tối – Quá trình phân giải đường 
– Hô hấp yếm khí
– Chu kỳ Crep
– Chuỗi truyền điện tử

Quang hợp và năng suất cây trồng

– Phân tích thành phần hoá học những mẫu sản phẩm cây cối có : C chiếm 45 %, O chiếm 42 %, H chiếm 6,5 %. Tổng 3 nguyên tố này chiếm 90 – 95 % ( lấy từ CO2 và H2O trải qua quá trình quang hợp ), phần còn lại 5 – 10 % là những nguyên tố khoáng. Quang hợp quyết định hành động hiệu suất cây cối .
+ Năng suất sinh học là tổng lượng chất khô tích luỹ được mỗi ngày trên 1 ha gieo trồng trong suốt thời hạn sinh trưởng của cây .
+ Năng suất sinh học là tổng lượng chất khô tích luỹ được mỗi ngày trên 1 ha gieo trồng trong suốt thời hạn sinh trưởng của cây .
– Cách tăng hiệu suất cây xanh trải qua tinh chỉnh và điều khiển quang hợp :

a) Tăng diện tích lá

– Tăng diện tích quy hoạnh lá hấp thụ ánh sáng là tăng diện tích quy hoạnh quang hợp dẫn đến tăng tích góp chất hữu cơ trong cây và tăng hiệu suất cây cối .
– Các giải pháp để tăng diện tích quy hoạnh lá : vận dụng những giải pháp nông sinh như bón phân, tưới nước phải chăng, triển khai kĩ thuật chăm nom tương thích với giống và loài cây cối .

b) Tăng cường độ quang hợp 

– Cường độ quang hợp là chỉ số bộc lộ hiệu suất hoạt động giải trí của cỗ máy quang hợp ( lá ) .
– Điều khiển hoạt động giải trí quang hợp của lá bằng cách vận dụng những giải pháp kĩ thuật nông sinh như cung ứng nước, bón phân, chăm nom phải chăng …. hoàn toàn có thể tăng quang hợp
– Tuyển chọn và tạo mới những giống cây cối có cường độ quang hợp cao .

c) Tăng hệ số kinh tế

– Tuyển chọn những giống cây có sự phân bổ mẫu sản phẩm quang hợp vào những bộ phận có giá trị kinh tế tài chính ( hạt, củ, quả, lá … ) với tỉ lệ cao .
– Các giải pháp nông sinh ( như bón phân phải chăng ) .
Có vai trò quan trọng so với sinh vật trên Trái Đất, quang hợp tạo ra oxy là nguồn năng lượng trải qua quá trình quang hợp và nhờ đến chất diệp lục. Nói tóm lại, nếu không có quang hợp của thực vật thì khó hoàn toàn có thể có sự sống sót của sinh vật như lúc bấy giờ. Với thông tin trên, bạn đã hiểu được khái niệm quang hợp là gì và vai trò của nó. THPT Sóc Trăng kỳ vọng bạn hoàn toàn có thể chung tay góp phần thêm mảng xanh thực vật để giúp cho sự sống ngày sống sót và tăng trưởng .

Qua bài viết ở trên, THPT Sóc Trăng đã giúp các em học sinh hiểu rõ hơn về quang hợp là gì, quá trình quang trình ở thực vật, so sánh quang hợp và hô hấp,… Các em học sinh có thể truy cập website THPT Sóc Trăng để tìm hiểu những bài viết hữu ích, phục vụ cho quá trình học tập và thi cử.

Đăng bởi : trung học phổ thông Sóc Trăng
Chuyên mục : Giáo Dục

Bài viết liên quan
0328593268
icons8-exercise-96 chat-active-icon