1. Quang hợp là gì?
- Quang tổng hợp hay gọi tắt là quang hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản là CO2 và H2O dưới năng lượng ánh sáng Mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn để tạo ra hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân cũng như làm nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.
- Quang hợp ở thực vật diễn ra tại lục lạp theo hai pha: pha sáng (màng thylakoid) và pha tối (chất nên lục lạp).
- Lá là cơ quan quang hợp chủ yếu của thực vật nhờ sự có mặt của lục lạp. Đây là bào quan chứa hệ sắc tố quang hợp bao gồm diệp lục và carôtenôit phân bố trong màng tilacôit. Các sắc tố này hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng cho diệp lục a ở trung tâm phản ứng. Tại đây, năng lượng ánh sáng sẽ được chuyển hoá thành năng lượng hoá học có trong ATP và NADPH.
- Vai trò của quang hợp:
+ Cung cấp nguồn thức ăn cho sinh vật dị dưỡng và là nguồn nguyên liệu cho sản xuất công nghiệp, chế biến dược phẩm của con người.
+ Cung cấp năng lượng để duy trì sự sống của sinh giới.
+ Điều hoà không khí thông qua việc giải phóng khí ôxi và hấp thụ khí cacbônic.
2. Ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp
- Ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp về 2 mặt: cường độ ánh sáng và quang phổ ánh sáng.
Cường độ ánh sáng
- Điểm bù ánh sáng: là cường độ ánh sáng (tối thiểu) mà tại đó cường độ quang hợp = cường độ hô hấp. (Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng)
- Điểm bão hòa ánh sáng: là cường độ ánh sáng tối đa để cường độ quang hợp đạt cực đại. Tại điểm bão hòa ánh sáng, nếu cường độ ánh sáng có tăng hơn thì cường độ quang hợp cũng không tăng lên. Khi tăng cường độ ánh sáng trong khoảng từ Điểm bù ánh sáng đến Điểm bão hòa ánh sáng thì cường độ quang hợp cũng tăng theo tỉ lệ thuận.
- Sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đối với quang hợp phụ thuộc vào nồng độ CO2:
+ Khi nồng độ CO2 thấp, tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp tăng không nhiều.
+ Khi nồng độ CO2 tăng lên thì tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp tăng lên rất mạnh
+ Tại trị số nồng độ CO2 thích hợp, Khi cường độ ánh sáng đã vượt qua điểm bù. Cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng cho đến điểm bão hòa ánh sáng.
+ Tại điểm bão hòa ánh sáng, nếu tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp không tăng. Ngoài ra sự phụ thuộc của quang hợp vào cường độ ánh sáng còn phụ thuộc vào đặc trưng sinh thái của loài cây (cây ưa sáng, cây chịu bóng…)
Quang phổ ánh sáng
- Quang hợp cực đại tại các miền ánh sáng xanh tím và miền ánh sáng đỏ.
- Tia xanh tím tổng hợp các axit amin, prôtêin.
- Tia đỏ hình thành cacbohiđrat.
Nồng độ CO2
- Tăng nồng độ CO2 → tăng cường độ quang hợp, sau đó tăng chậm đến trị số bão hòa CO2.
- Trị số tuyệt đối của quang hợp biến đổi tùy thuộc vào cường độ chiếu sáng, nhiệt độ và các điều kiện khác (thông thường ở điều kiện cường độ ánh sáng cao, tăng nồng độ CO2 sẽ thuận lợi cho quang hợp).
Nước
- Nước là yếu tố đóng vai trò đặc biệt quan trọng đối với quá trình quang hợp. Chúng là nguyên liệu, là môi trường của quang hợp, đồng thời nước tham gia vào quá trình điều tiết khí khổng, điều hoà nhiệt độ bề mặt của lá, tạo điều kiện thuận lợi cho quang hợp xảy ra.
- Khi cây thiếu nước từ 40% đến 60% thì quang hợp bị giảm mạnh và có thể ngừng trệ.
- Khi bị thiếu nước, cây chịu hạn có thể duy trì quang hợp ổn định hơn cây trung sinh và cây ưa ẩm.
Nhiệt độ
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong pha sáng và trong pha tối của quang hợp.
- Nhiệt độ cực đại và cực tiểu làm ngừng quang hợp giữa các loài khác nhau là khác nhau.
Nguyên tố khoáng
- Các nguyên tố khoáng tham gia cấu thành nên enzim quang hợp, diệp lục, đóng vai trò quan trọng trong điều tiết độ mở khí khổng hay sự quang phân li nước. Do đó, có thể nói nguyên tố khoáng ảnh hưởng đến nhiều mặt của quang hợp.
- Dinh dưỡng khoáng tham gia cấu thành nên enzim quang hợp (N, P, S) và diệp lục (Mg, N), điều tiết độ mở khí khổng cho CO2 khuếch tán vào lá (K), liên quan đến quang phân li nước (Mn, Cl)…
3. Sự phụ thuộc của nước với quang hợp
Sự phụ thuộc của nước với quang hợp:
- Nước là nguyên liệu cho quá trình phân li nước trong pha sáng của quang hợp.
- Nước tham gia vào các phản ứng của pha tối của quá trình quang hợp
- Nước điều tiết khí khổng đóng mở giúp cho CO2 khuếch tán vào lá đến lục lạp để pha tối quang hợp có thể xảy ra, ảnh hưởng đến hấp thụ CO2 của lá.
- Nước ảnh hưởng đến độ nhớt của chất nguyên sinh, do đó ảnh hưởng đến hoạt động của enzim quang hợp và tốc độ vận chuyển sản phẩm quang hợp.
- Quá trình thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ của lá cũng ảnh hưởng đến quang hợp
- Nước là môi trường duy trì điều kiện bình thường cho toàn bộ bộ máy quang hợp hoạt động.
- Nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp của cây xanh. Khi cây hấp thụ đủ nước, quang hợp diễn ra bình thường. Khi cây thiếu nước, cây thiếu nguyên liệu quang hợp đồng thời khí khổng đóng lại, lượng carbon dioxide khuếch tán vào lá cây giảm dẫn tới quang hợp giảm.
- Nhu cầu nước của thực vật phụ thuộc vào từng loài cây và từng giai đoạn phát triển khác nhau.