Mở đầu
Câu hỏi Mở đầu SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 trang 29): Trong nông nghiệp, để tiết kiệm diện tích đất trồng, thời gian thu hoạch, đồng thời tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cao, người ta đã áp dụng mô hình trồng xen cạnh các loài cây khác nhau (ví dụ: xen canh giữa ngô với các cây bí đỏ, rau đền). Mô hình trồng xen canh được thực hiện dựa trên cơ sở nào?Trả lời:
- Khi bạn trồng xen nhiều loại rau khác nhau điều đầu tiên đó là bạn sẽ có được đa dạng các loại rau xanh cho gia đình ăn hằng ngày. Ngoài ra, khi trồng xen canh các loại rau sẽ giúp tận dụng diện tích đất trống, cũng như tận dụng ánh sáng, có cây ưa sáng và có cây ưa bóng. Ngoài ra chiều cao của các cây xen kẽ nhau cũng ảnh hưởng đến việc lấy ánh sáng khác nhau.
I. Khái quát về quang hợp ở thực vật
Câu hỏi 1 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 29): Quan sát Hình 4.2, hãy cho biết nguyên liệu và sản phẩm của quá trình quang hợp ở thực vật. Các nguyên liệu đó được thực vật lấy từ đâu?
Câu hỏi 2 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 29): Tại sao sự sống của con người và các loài sinh vật trên Trái Đất đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp?
Trả lời:
- Nguyên liệu của quá trình quang hợp ở thực vật: CO2, nước và năng lượng ánh sáng.
- Sản phẩm của quá trình quang hợp là: chất hữu cơ và khí O2.
- Nguồn gốc của các nguyên liệu của quá trình quang hợp ở thực vật:
+ CO2 được thực vật lấy từ khí quyển nhờ quá trình trao đổi khí của cây.
+ Nước được hấp thụ từ môi trường chủ yếu nhờ quá trình hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ.
+ Năng lượng ánh sáng có thể sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời hoặc nhân tạo.
II. Hệ sắc tố quang hợp
Câu hỏi 3 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 30): Quan sát Hình 4.3, hãy cho biết hệ sắc tố ở thực vật gồm những nhóm nào. Vai trò của mỗi nhóm sắc tố đó là gì?
Hệ sắc tố ở thực vật gồm:
- Chlorophyll gồm 2 loại chủ yếu là Chlorophyll a và Chlorophyll b. Tróng đó Chlorophyll a trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tích trữ trong ATP và NADPH. Chlorophyll b hấp thụ năng lượng ánh sáng.
- Carotenoid gồm Carotene và Xanthophyll có vai trò:
+ Lọc ánh sáng, bảo vệ Chlorophyll
+ Tham gia vào quá trình quang phân li nước và thải O2.
+ Tham gia quá trình quang hợp bằng cách tiếp nhận năng lượng ánh sáng mặt trời và truyền cho Chlorophyll và nó có mặt trong hệ thống quang hóa II.
Luyện tập 1 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 31): Một số loài thực vật có lá màu đỏ hoặc tím (rau dền, tía tô,…) có thể thực hiện quang hợp không? Giải thích.
Lời giải:
- Một số loài thực vật (tía tô, rau dền,..) lại có màu đỏ hoặc tím trong khi lá ở các loài khác thì không vì ngoài Chlorophyll thì chúng còn có sắc tố anthocyanin tạo nên màu đỏ hoặc tím. Ở thực vật có các sắc tố thực vật như Chlorophyll, carotenoid, Anthocyanin,... có vai trò hấp thu năng lượng ánh sáng để thực vật thực hiện quang hợp.
III. Các giai đoạn của quá trình quang hợp
Câu hỏi 4 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 31): Pha sáng của quang hợp gồm những phản ứng nào? Khi kết thúc pha sáng, những sản phẩm nào được hình thành?Trả lời:
- Pha sáng của quang hợp gồm các phản ứng sau:
+ Các phân tử sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền năng lượng đã hấp thụ cho chlorophyll a ở trung tâm phản ứng. Các phân tử chlorophyll a ở trung tâm phản ứng thu nhận ánh sáng trở thành dạng kích động electron và chuyền electron cho chuỗi truyền electron quang hợp nằm trên màng thylakoid.
+ Phản ứng quang phân li nước: Sự mất electron của chlorophyll a ở trung tâm phản ứng đã kích hoạt quá trình quang phân li nước theo sơ đồ phản ứng:
- Những sản phẩm được hình thành khi kết thúc pha sáng: ATP, NADPH và O2.
Câu hỏi 5 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 32): Quan sát Hình 4.5, hãy mô tả diễn biến con đường đồng hóa CO2 ở thực vật C3
Có 3 giai đoạn:
- Giai đoạn cố định CO2 : CO2 bị khử để tạo nên sản phẩm đầu tiên của quang hợp là hợp chất 3C axit photphoglixeric (APG)
- Giai đoạn khử axit photphoglixeric (APG) thành aldehit photphoglixeric (AlPG)
- Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là ribulozo – 1,5 – điphotphat (Rib – 1,5 – điP)
Kết thúc giai đoạn khử có phân tử AlPG, là chất khởi đầu để tổng hợp nên C6H12O6
Câu hỏi 6 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 33): Quan sát Hình 4.6, hãy mô tả con đường đồng hóa CO2 ở thực vật C4.
Trả lời:
Con đường đồng hóa CO2 ở thực vật C4: Thực vật C4 cố định CO2 theo hai giai đoạn với sự tham gia của hai loại tế bào khác nhau là tế bào nhu mô thịt lá và tế bào bao bó mạch.
- Giai đoạn cố định tạm CO2 (diễn ra ở tế bào nhu mô thịt lá): Phosphoenolpyruvate (PEP) nhận CO2 tạo thành sản phẩm đầu tiên là oxaloacetic acid (OAA). OAA bị khử để tạo thành malic acid (MA).
- Giai đoạn cố định CO2 theo chu trình Calvin (diễn ra ở tế bào bao bó mạch): MA (4C) từ tế bào nhu mô thịt lá chuyển sang tế bào bao bó mạch được chuyển hóa thành pyruvic acid đồng thời giải phóng CO2. CO2 được giải phóng sẽ tiếp tục đi vào chu trình Calvin để tổng hợp glucose. Còn pyruvic acid sẽ được sử dụng để tái tạo chất nhận CO2 ban đầu là PEP với sự tham gia của ATP.
Câu hỏi 7 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 33): Thực vật C4 và CAM có con đường đồng hóa CO2 như thế nào để đảm bảo chúng có thể tổng hợp được chất hữu cơ trong điều kiện môi trường bất lợi?
Trả lời:
Sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM chính là một trong những đặc điểm thích nghi với điều kiện môi trường sống, từ đó có thể giúp chúng tồn tại và phát triển, nếu không chúng sẽ bị đào thải theo quy luật của tự nhiên (thuyết Tiến hóa của Đác uyn). Sự thích nghi đó có thể được giải thích như sau :
- Ở nhóm Thực vật C4 bao gồm 1 số thực vật ở vùng nhiệt đới như: ngô, mía, cỏ lồng vực, cỏ gấu.... Chúng sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài: ánh sáng cao, nhiêt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồng độ O2 tăng. Chính vì thế để đảm bảo luôn có đủ lượng CO2 cần thiết nên thực vật C4 cố định CO2 theo chu trình Hatch - Slack. Trong chu trình này, sản phẩm được tạo ra đầu tiên là axit oxaloaxetic, axit malic và axit aspartic. Các chất này đều chuyển hóa thành axit malic. Axit malic sẽ được đưa vào tế bào bao bó mạch để dự trữ. Khi nào cần cố định CO2, axit malic sẽ được vận chuyển tới lục lạp và tại đây axit malic bị decacboxyl hóa, CO2 được giải phóng và đi vào chu trình Calvin để tạo ra chất hữu cơ. Có thể nói axit malic chính là nguồn dự trữ CO2 lý tưởng cho những cây sống ở nơi có nồng độ CO2 thấp.
- Ở nhóm Thực vật CAM gồm các thực vật sống ở vùng sa mạc trong điều kiện khô hạn kéo dài như : dứa, xương rồng, thuốc bỏng , các cây mọng nước ở sa mạc.. Vì lấy được nước rất ít nên nhóm thực vật này phải tiết kiệm nước đến mức tối đa bằng cách đóng khí khổng vào ban ngày và như vậy quá trình tiếp nhận CO2 phải được diễn ra vào ban đêm khi khí khổng mở. CO2 sau khi được tiếp nhận sẽ đi vào chu trình Hatch - Slack như ở thực vật C4. Bằng cách đó không bào rất lớn của các tế bào thịt lá không phải chỉ để dự trữ nước mà nó còn chứa 1 lượng đáng kể cacbon cho hoạt động quang hợp trong 1 thời gian dài không phụ thuộc vào việc trao đổi khí CO2. Đối với những cây mộng nước sống ở những nơi khô hạn, sự phân chia thời gian cố định CO2 vào buổi tối và khử CO2 vào sáng hôm sau là 1 đạc điểm thích nghi về mặt sinh thái nhờ đó đảm bảo đủ lượng CO2 ngay cả khi thiếu nước hoắc khí khổng đóng vào ban ngày.Từ những đặc điểm thích nghi như trên ta có thể thấy rằng việc xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM giúp cho chúng có thể tồn tại một cách bền vững trong điều kiện môi trường khắc nghiệt và luôn luôn thay đổi
IV. Các nhân tố ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật
Câu hỏi 8 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 34): Quan sát Hình 4.8, hãy cho biết ánh sáng ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây ưa sáng và cây ưa bóng.
- Cây ưa sáng: Cường độ quang hợp cao khi ánh sáng mạnh.
- Cây ưa bóng: Cường độ quang hợp yếu khi ánh sáng mạnh, cây có khả năng quang hợp khi ánh sáng yếu.
Câu hỏi 9 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 35): Quan sát Hình 4.9, hãy phân tích sự ảnh hưởng của nồng độ CO2 đến quá trình quang hợp ở thực vật C3 và C4
Ảnh hưởng của nồng độ CO2 đến quá trình quang hợp ở thực vật C3 và C4:
- Khi tăng nồng độ CO2 thì cường độ quang hợp cũng tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng chậm cho tới khi đến giá trị bão hòa. Khi nồng độ CO2 tăng quá cao có thể làm cây chết vì ngộ độc CO2.
- Thực vật C4 có điểm bù CO2 thấp hơn thực vật C3.
Câu hỏi 10 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 35): Quan sát Hình 4.10, hãy phân tích sự ảnh hưởng của nhiệt độ môi trường đến quá trình quang hợp ở thực vật C3 và C4.
Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình quang hợp ở thực vật C3 và C4:
- Trong điều kiện thuận lợi, khi nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp ở thực vật C3 tăng dần và đạt mức cực đại ở nhiệt độ tối ưu (khoảng 25 – 30oC); nếu nhiệt độ tiếp tục tăng, cường độ quang hợp giảm.
- Các loài thực vật C4 sống ở sa mạc có cường độ quang hợp đạt cực đại ở nhiệt độ cao hơn 40oC.
Luyện tập 2 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 35): Trong nông nghiệp, nếu trồng cây với mật độ quá dày sẽ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình quang hợp ở cây trồng? Giải thích.
Lời giải:
Trồng cây mật độ quá dày làm cho cây không thể phát triển bộ rễ, ánh sáng và không khí nhận được không phân bố đều làm ảnh hưởng đến quá trình quang hợp khiến năng suất không được cao.
V. Quang hợp và năng suất cây trồng
Câu hỏi 11 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 36): Tại sao quang hợp quyết định năng suất của cây trồng?Trả lời:
- Quang hợp quyết định năng suất của cây trồng vì: 90 - 95% tổng sản lượng chất hữu cơ trong cây là sản phẩm của quá trình quang hợp
Câu hỏi 12 SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 36): Dựa vào hiểu biết về quang hợp, hãy đề xuất một số biện pháp kĩ thuật để tăng năng suất cây trồng. Giải thích cơ sở khoa học của các biện pháp đó.
Trả lời:
Một số biện pháp:
- Tăng diện tích lá (tăng diện tích tiếp nhận ánh sáng): bón phân tưới nước hợp lí, sử dụng kĩ thuật chăm sóc phù hợp cho từng loại cây trồng.
- Tăng cường độ quang hợp: cung cấp nước, bón phân, chăm sóc hợp lí tạo điều kiện cho cây hấp thụ và chuyển hóa năng lượng mặt trời một cách có hiệu quả.
Câu hỏi Vận dụng SGK Sinh 11 Chân trời sáng tạo Bài 4 (trang 37): Dựa vào sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quang hợp, hãy giải thích tại sao “canh tác theo chiều thẳng đứng” (Hình 4.12) được xem là giải pháp tiềm năng trong tương lai để giải quyết các vấn đề về lương thực.
Lời giải:
“Canh tác theo chiều thẳng đứng” được xem là giải pháp tiềm năng trong tương lai để giải quyết các vấn đề về lương thực vì:
- Loại hình canh tác này điều chỉnh, kiểm soát được các yếu tố môi trường (ánh sáng, nước, nhiệt độ, độ ẩm,…) ở mức phù hợp nhất cho quá trình quang hợp ở cây trồng, nhờ đó, vừa giúp tăng cường độ quang hợp vừa giúp hạn chế dịch bệnh, thiên tai. Do đó, cây được trồng theo mô hình này sẽ có năng suất, chất lượng cao vượt trội.
- Đồng thời, loại hình canh tác này cũng tiết kiệm diện tích đất trồng, tăng năng suất cây trồng trên một đơn vị diện tích lên gấp nhiều lần. Khi đó, công việc sản xuất lương thực có thể thực hiện ngay cả ở nơi thành thị, giúp giảm áp lực lên những mảnh đất đứng trước nguy cơ bị chuyển đổi thành đất nông nghiệp.