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

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 oxy. Quá trình quang hợp của cây xanh hấp thụ khí cacbonic và thải ra khí oxy giúp điều hòa không khí, giảm hiệu ứng nhà kính, mang lại không khí trong lành cho trái đất và cung cấp oxy cho các sinh vật khác.

Đặc điểm của lá thích nghi với quá trình quang hợp

Đặc điểm bên ngoài của lá

– Diện tích bề mặt lớn giúp lá hấp thụ nhiều ánh sáng hơn

– Lá mỏng tạo điều kiện cho khí đi vào và thoát ra.

– Chứa các tế bào khí khổng ở biểu bì của lá, giúp khí cacbonic khuếch tán bên trong lá đến lục lạp.

Đặc điểm bên trong của lá

– Các tế bào dạng giậu chứa một lượng lớn diệp lục phân bố dưới lớp biểu bì ở mặt trên của lá và hấp thụ trực tiếp ánh sáng chiếu vào mặt trên của lá.

– Tế bào xốp có hàm lượng diệp lục thấp hơn tế bào xốp và nằm ở mặt dưới của lá. Trong mô xốp có nhiều khoảng trống để oxy dễ dàng khuếch tán vào tế bào chứa sắc tố quang hợp.

– Gân lá có mạch máu dẫn gồm gỗ và ống rây từ bó mạch ở cuống lá đến từng tế bào trong mô lá, giúp nước và các ion khoáng đến từng tế bào để thực hiện chức năng của nó. và vận chuyển các sản phẩm của quá trình quang hợp.

– Nhiều tế bào trong lá chứa diệp lục, một bào quan để quang hợp.

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

Làm thế nào để thực vật quang hợp? Điều này là do sự hiện diện của chất diệp lục trong hệ thống sắc tố quang hợp của lá cùng với các carotenoit. Lá cây hấp thụ ánh sáng mặt trời và giúp sắc tố diệp lục hấp thụ năng lượng để quang hợp ở cây xanh. Hệ sắc tố quang hợp của lá gồm hai thành phần chính là diệp lục và carôtenôit.

Trong nhóm tảo và thực vật thủy sinh, có thêm sắc tố phycobilin. Phicobilins là một nhóm sắc tố quan trọng trong tảo và thực vật thủy sinh. Phicobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng màu xanh lục (550 nm) và màu 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). Chất diệp lục rất quan trọng trong việc hấp thụ ánh sáng xanh và đỏ trong quá trình quang hợp. Chất diệp lục bao gồm 2 nhóm:

Chất diệp lục a . Đây là các phân tử p700 và p680 được tìm thấy trong chất diệp lục a. Các phân tử này sẽ tham gia trực tiếp vào quá trình hấp thụ năng lượng ánh sáng thành năng lượng ATP và nadph.

Chất diệp lục b . Chất diệp lục b sẽ liên kết với chất diệp lục a còn lại, hỗ trợ các phân tử p700 và p680 ở trung tâm bằng cách truyền ánh sáng và hấp thụ năng lượng cho nó.

Carotenoid

Carotenoid được biết là truyền năng lượng cho diệp lục a và diệp lục b. Carotenoid bao gồm xanthine và carotenoid, là những sắc tố thứ cấp cho quá trình quang hợp. Caroten hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 446 – 476 nm và lutein hấp thụ ánh sáng ở bước sóng 451 – 481 nm. Carotenoid cũng bảo vệ hệ thống quang hợp khỏi bị cháy nắng khi có ánh sáng mặt trời cường độ cao.

Sơ đồ truyền năng lượng:

Carotenoid? Diệp lục b? Diệp lục a? Diệp lục a ở trung tâm phản ứng.

– Chất diệp lục b: c55h72o6n4mg

– Lutein c40h56on

– Hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời

Xem Thêm : Chủ nghĩa duy vật biện chứng là gì? Nội dung cơ bản và ví dụ?

– truyền năng lượng ánh sáng đến trung tâm phản ứng

-Tham gia chuyển đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ thành năng lượng trong các liên kết hóa học atp, nadph

– chỉ hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển nó đến trung tâm phản ứng

– Tham gia vào việc lọc ánh sáng và bảo vệ chất diệp lục.

Ý nghĩa của quá trình quang hợp của thực vật

Trong chuỗi thức ăn tự nhiên, các sinh vật sống bằng nguồn năng lượng do quang hợp thường là nhân tố đầu tiên. Các sinh vật còn lại sẽ sử dụng sản phẩm của quá trình quang hợp để phục vụ cho nhu cầu tồn tại của chúng.

Có thể nói, quang hợp là một chuỗi phản ứng hóa học quan trọng và không thể thiếu. Nó tạo ra năng lượng cho cuộc sống. Bồi thường cho các chất hữu cơ đã sử dụng trong suốt cuộc đời. Giúp cân bằng oxy và carbon dioxide trong không khí.

Quá trình quang hợp của thực vật chủ yếu do diệp lục thực hiện. Sắc tố này thường được chứa trong các bào quan được gọi là lục lạp. Hầu hết các bộ phận của nhiều loài thực vật đều có màu xanh, và năng lượng cho quá trình quang hợp chủ yếu đến từ lá. Quá trình quang hợp ở thực vật, tảo và vi khuẩn lam sử dụng chất diệp lục và tạo ra oxy.

Giai đoạn quang hợp

Quang hợp diễn ra trong bào quan lục lạp và bao gồm hai giai đoạn: sáng và tối

Pha sáng: là pha liên quan đến ánh sáng, bao gồm quá trình hấp thụ ánh sáng và kích thích sắc tố, cũng như sự chuyển hóa năng lượng lượng tử thành dạng năng lượng hóa học ở dạng hạt. Hợp chất dự trữ năng lượng ATP và hợp chất khử Nadph2.

Pha tối: là pha không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng, bao gồm quá trình tổng hợp chất hữu cơ sử dụng atp và nadph2 trong chu trình Calvin.

6co2 + 12 [h2] → c6h12o6 + 6h2o

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

Photophase xảy ra trong hệ thống thylakoid chứa các sắc tố quang hợp và bao gồm hai pha liên tục, quang lý và quang hóa. Ở giai đoạn này, các quá trình sau sẽ diễn ra:

• Chất diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng
• Tích trữ năng lượng trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới dạng các điện tử kích thích (e-)
• truyền năng lượng đến trung tâm phản ứng

>

• Chuyển đổi năng lượng của trung tâm thành năng lượng hóa học (tính bằng atp, nadph2).

Giai đoạn siêu vật lý

Chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh. Khi một lượng tử ánh sáng (photon) chạm vào chất diệp lục, nó sẽ bị hấp thụ và năng lượng được chuyển cho các điện tử của phân tử chất diệp lục, khiến chúng ở trạng thái kích thích ở mức năng lượng cao hơn nhưng không ổn định. Các electron bị kích thích không ổn định và ngay lập tức trở lại trạng thái ban đầu đồng thời giải phóng năng lượng bị hấp thụ. Trong chất diệp lục được phân lập từ tế bào, khi bị chiếu xạ, chất diệp lục hấp thụ năng lượng và giải phóng ngay dưới dạng huỳnh quang hoặc nhiệt, nhưng nếu chất diệp lục trong lục lạp còn nguyên trong tế bào thì năng lượng lấy từ năng lượng trong phân tử chất diệp lục. . Trạng thái kích thích được chuyển từ phân tử này sang phân tử khác, đến trung tâm phản ứng rồi chuyển đến chất nhận electron, tham gia vào chuỗi phản ứng, chuyển hóa thành năng lượng cho tế bào sử dụng

Giai đoạn quang hóa học

Có hai quá trình thu năng lượng từ các electron bị kích thích: quá trình photophoryl hóa theo chu kỳ và quá trình photophoryl hóa mạch hở.

Quang photphoryl hóa theo chu kỳ: trung tâm phản ứng là p700

• Chất diệp lục hấp thụ photon và chuyển electron sang trạng thái kích thích.
• Electron này sẽ tập trung vào trung tâm phản ứng p700 và chuyển đến chất nhận.
• Điện tử tiếp tục chuyển sang ferredoxin (fd) đến phức hợp cytochrome, tới plastocyanin, và trở lại diệp lục. Quá trình này giải phóng 1 atp
• Quá trình này diễn ra chu kỳ khi các điện tử được quay trở lại chất diệp lục và một phần năng lượng được sử dụng để phosphoryl hóa adp thành atp

Phosphoryl hoá vòng là dạng đầu tiên của quang hợp, đây là dạng duy nhất ở phần lớn vi khuẩn quang hợp, hiệu quả năng lượng của quá trình này ít (khoảng 25 kcal/M).

Quá trình photophosphoryl hóa mạch vòng:

Gồm: quang hệ i, quang hệ ii và quang phân của nước. Đây là một cơ chế thu hoạch năng lượng hiệu quả hơn.

Hệ thống quang I có trung tâm phản ứng là P700 (phân tử diệp lục có cực đại hấp thu ở bước song là 700 nm), còn hệ thống quang II có trung tâm phản ứng là P680 (phân tử diệp lục có cực đại hấp thu ở bước song 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 phân ly nước là quá trình khởi nguồn cho quá trình phosphoryl hóa này. Quá trình quang phân ly nước xảy ra như sau:

Vào cuối photophase, 3 sản phẩm được hình thành: atp, nadph2 và oxy. Oxy sẽ được giải phóng vào không khí, và năng lượng atp và nadph2 sẽ được sử dụng để khử carbon dioxide trong giai đoạn tối của quá trình quang hợp, tạo ra chất hữu cơ cho cây.

Pha tối và sự đồng hóa CO2 trong quang hợp

Pha tối xảy ra ở phần chất nền (chất nền) của lục lạp. Quá trình đồng hóa CO2 xảy ra theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào các nhóm thực vật c3, c4 và cam. Trong số đó, sự đồng hóa co2 ở thực vật c3 xảy ra thông qua chu trình đe (Hình 12), và ở thực vật c4, sự cố định co2 xảy ra thông qua chu trình giãn nở trong lục lạp của tế bào trung mô. Trong khi quá trình khử co2 xảy ra thông qua chu trình canvil trong lục lạp của tế bào bẹ (Hình 13), thì ở cây cam, sự cố định co2 (chu trình nở-giãn) xảy ra vào ban đêm, còn deco2 (chu trình cantilever) xảy ra vào ban ngày (Hình 14).

Chu trình Calvin:

Chu trình này có 3 giai đoạn: cố định CO2, khử CO2 và tái sinh chất nhận CO2.

Giai đoạn cố định co2: Dưới tác dụng của 1,5 bisphotphat cacboxylase ribosom, co2 kết hợp với một phân tử 1,5 bisphotphat ribosom (rubisco) để tạo thành hợp chất 6c. Chất không bền và nhanh chóng bị phân hủy thành 2 hợp chất 3c, 3 photphoglixerit, sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình canxit.

Xem Thêm : Lợi ích của việc chia sẻ công việc nhà bằng tiếng Anh – Hỏi Đáp

Giai đoạn khử Co2: Sản phẩm đầu tiên là glycerol-3-phosphate, ngay lập tức bị khử thành glyceraldehyd-3p (g3p) với sự tham gia của nadph. Giai đoạn này cần ATP và Nadph2 từ giai đoạn sáng.

Giai đoạn tái tạo thụ thể co2: g3p có thể coi là sản phẩm cuối cùng của quá trình quang hợp, vì chất này là thức ăn mà tế bào có thể sử dụng được, nhưng khó vận chuyển và dự trữ nên một phần chất này bị tách ra khỏi chu trình Đi ra ngoài theo chiều tổng hợp glucôzơ, sau đó từ glucôzơ có thể tổng hợp ra các chất hữu cơ khác, như cacbohiđrat, mạch hở, axit béo, axit amin … Phần lớn g3p trải qua một loạt phản ứng phức tạp đến cùng, chúng cùng nhau tái sinh. thụ co2, rubisco, Đóng vòng. Giai đoạn này cần 6 atps để tạo ra đủ lượng CO2 tiếp nhận để tạo thành 1 phân tử glucose. Vì vậy, để tổng hợp các phân tử hexose theo chu trình Calvin, pha sáng cần cung cấp 18 phân tử ATP và 12 nadph2 (tỉ lệ 3/2). Đây là pha ánh sáng phải đảm bảo năng lượng đủ lớn. Nếu vì một lý do nào đó mà không có đủ năng lượng, quá trình giảm khí cacbonic sẽ bị ức chế.

Ý nghĩa của Chu trình Calvin

• Chu trình C3 là chu trình cơ bản nhất trong giới thực vật và tồn tại ở tất cả các loài thực vật, không phân biệt cao hay thấp, cho dù đó là c3, c4 hay thực vật
• Trong chu trình này, nhiều Sản phẩm sơ cấp của quang hợp được tạo ra là các hợp chất c3, c4, c5, c6 … Các chất này là nguyên liệu để tổng hợp các sản phẩm quang hợp thứ cấp như đường, tinh bột, axit amin, protein … tùy thuộc vào bản chất của sản phẩm. Các sản phẩm thứ cấp của quá trình thu hoạch và con đường thoát ra là khác nhau, nhưng chúng đều có nguồn gốc từ các sản phẩm sơ cấp của quá trình quang hợp.

Vòng lặp chùng chậm (vòng lặp c4):

Chất nhận co2 đầu tiên là phosphoenolpyruvate (pep), sản phẩm quang hợp sơ cấp là oxaloacetate (aoa), 4 nguyên tố tiếp theo, aoa có thể bị khử thành malate hoặc có thể được kết thúc thành axit amin aspartate. Malate được chuyển từ tế bào trung mô sang tế bào vỏ mạch.

Quang hợp chịu ảnh hưởng rõ rệt của các điều kiện ngoại cảnh như ánh sáng, nhiệt độ, CO2, nước, chất khoáng…Hoạt động quang hợp quyết định 90-95% năng suất cây trồng nên cần có các biện pháp điều chỉnh quang hợp phù hợp với điều kiện ngoại cảnh để nâng cao năng suất cây trồng, phục vụ đời sống của con người.

So sánh quang hợp và hô hấp

Quang hợp và hô hấp là hai khái niệm thường được kết hợp với nhau. Đôi khi có sự nhầm lẫn giữa hai khái niệm này, vì vậy hãy cùng làm rõ từng khái niệm qua bảng dưới đây.

– Hô hấp kỵ khí

– Vòng lặp Crepe

– Chuỗi vận chuyển điện tử

Quang hợp và năng suất cây trồng

– Phân tích thành phần hóa học của các sản phẩm thực vật như sau: c chiếm 45%, o chiếm 42%, h chiếm 6,5%. Tổng của 3 nguyên tố này là 90-95% (được chiết xuất từ ​​co2 và h2o bằng quá trình quang hợp), và 5-10% còn lại là các nguyên tố khoáng. Quang hợp quyết định năng suất cây trồng.

+ Năng suất sinh học là tổng lượng chất khô tích lũy trên một ha mỗi ngày trong suốt mùa sinh trưởng của cây trồng.

+ Năng suất sinh học là tổng lượng chất khô tích lũy trên một ha mỗi ngày trong suốt mùa sinh trưởng của cây trồng.

– Các phương pháp tăng năng suất cây trồng thông qua kiểm soát quang hợp:

a) Tăng diện tích lá

-Tăng diện tích lá hấp thụ ánh sáng là tăng diện tích quang hợp, làm tăng tích lũy chất hữu cơ trong cây và tăng năng suất cây trồng.

– Biện pháp tăng diện tích lá: áp dụng các biện pháp nông học như bón phân, tưới nước hợp lý, thực hiện các biện pháp chăm sóc phù hợp với giống cây trồng và loài cây.

b) Tăng khả năng quang hợp

cường độ quang hợp là một chỉ số về hiệu suất của cơ quan quang hợp (lá).

– Điều khiển hoạt động quang hợp của lá thông qua các biện pháp kỹ thuật nông nghiệp như tưới nước, bón phân, chăm sóc hợp lý. Có thể tăng khả năng quang hợp

– Chọn tạo giống cây trồng mới có cường độ quang hợp cao.

c) Tăng hệ số kinh tế

– Tuyển chọn giống có tỷ lệ sản phẩm quang hợp phân bố cao đối với các bộ phận có giá trị kinh tế (hạt, củ, quả, lá, …) với tỷ lệ cao.

– Các biện pháp nông học (ví dụ như bón phân thích hợp).

Quan trọng đối với sự sống trên Trái đất, quá trình quang hợp tạo ra oxy để cung cấp năng lượng thông qua quá trình quang hợp, nhờ vào chất diệp lục. Tóm lại, nếu không có quá trình quang hợp của thực vật thì khó có thể tồn tại các sinh vật như ngày nay. Với những thông tin trên, bạn sẽ hiểu quang hợp là gì và nó có chức năng gì. thpt Sóc Trăng mong rằng các bạn có thể cùng nhau chung tay góp sức để có thêm nhiều thảm thực vật giúp cho sự sống tồn tại và phát triển.

Qua các bài soạn trên, Trường Đại học Sóc Trăng giúp các em hiểu rõ hơn quang hợp là gì, quá trình quang hợp của thực vật, so sánh quang hợp và hô hấp, v.v. Truy cập trang web của trường Đại học Sóc Trăng để tìm kiếm những bài viết hữu ích và thủ tục dự thi cho việc học của bạn.

Nhà xuất bản: thpt Sóc Trăng

Danh mục: Giáo dục