1. Quang hợp là gì?
- Quang hợp hay quá trình quang tổng 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: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
2. Sự phụ thuộc của quang hợp vào nhiệt độ như thế nào?
- Quang hợp ở cây xanh diễn ra bình thường ở nhiệt độ trung bình từ 20 – 30oC. Khi nhiệt độ giảm xuống quá thấp hoặc tăng lên quá cao sẽ ảnh hưởng đến tốc độ bình thường của các phản ứng trong quang hợp → đều khiến quá trình quang hợp giảm hoặc ngừng lại.
+ Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong quang hợp.
+ Ở nhiệt độ thấp làm giảm hoạt tính enzyme => cường độ quang hợp giảm.
+ Ở nhiệt độ cao làm biến tính các ennzyme => cường độ quang hợp giảm.
+ Nhiệt độ quá thấp hoặc quá cao làm ngừng quá trình quang hợp được gọi là nhiệt độ cực tiểu hoặc cực đại đối với quang hợp
+ Các nhiệt độ như cực tiểu và cực đại đối với quang hợp tùy thuộc vào đặc điểm sinh thái, xuất xứ, pha sinh trưởng, phát triển của loài cây.
+ Trong giới hạn nhiệt độ sinh học đối với từng giống, loài cây, pha sinh trưởng và phát triển, cứ tăng nhiệt độ thêm 100C thì cường độ quang hợp tăng lên 2 - 2.5 lần.
3. Nhiệt độ tối ưu của quá trình quang hợp
Sự hấp thụ CO2 quang hợp thay đổi theo nhiệt độ. Trong hầu hết các trường hợp, phản ứng của nó với nhiệt độ có thể đảo ngược nhanh chóng trong khoảng từ 10 đến 34°C. Trong phạm vi nhiệt độ này, nó thể hiện giá trị tối đa: nhiệt độ tối ưu .
- Nhiệt độ tối ưu dựa trên nhiệt độ trung bình của môi trường:
+ Cây trồng trong môi trường lạnh hoặc có mùa sinh trưởng lạnh có khả năng quang hợp cao hơn ở nhiệt độ thấp. Cây trồng trong môi trường ấm hoặc phát triển trong mùa ấm có khả năng quang hợp cao hơn ở nhiệt độ cao.
+ Ví dụ, nhiệt độ tối ưu để đồng hóa CO2 ở Deschampsia antarctica và Colobanthus quitensis, hai loài thực vật có hoa duy nhất ở Nam Cực, là từ 8 đến 15°C, trong khi ở Tridestomia oblongifolia, một loài thực vật sa mạc ấm áp từ Trung Mỹ, nhiệt độ này là khoảng 45°C.
- Thích nghi với điều kiện nhiệt độ của môi trường:
+ Sự khác biệt trong phản ứng nhiệt của quá trình quang hợp cũng được tìm thấy ở các cá thể cùng loài phát triển ở nhiệt độ khác nhau. Quá trình đồng hóa CO2 ở đậu Hà Lan phát triển ở nhiệt độ 10 hoặc 25°C cho thấy: Trong trường hợp đầu tiên (trồng trọt ở 10°C), nhiệt độ tối ưu là khoảng 16°C, trong khi nhiệt độ này cao hơn 25°C trong trường hợp thứ hai (trồng trọt ở 25°C). Ở nhiệt độ thấp, quá trình đồng hóa CO2 cao hơn ở những cây trồng ở 10°C.
+ Trong trường hợp này, việc điều chỉnh theo điều kiện mát mẻ sẽ có lợi cho cây.
+ Ví dụ, quá trình quang hợp của Hammada scoparia, một loại cây bụi ở sa mạc Trung Đông (Negev, Wadi Rum) tuân theo sự thay đổi nhiệt độ theo mùa: nhiệt độ tối ưu của nó thay đổi từ 29°C vào đầu mùa xuân đến 41°C vào mùa hè và sau đó là 28°C vào mùa thu.
+ Những thay đổi trong nhiệt độ tối ưu thậm chí có thể nhanh hơn và có biên độ lớn hơn. Ví dụ, trong một bản sao ven biển của Encelia californica, sự thay đổi nhiệt độ tăng trưởng từ 30°C (nhiệt độ ngày và đêm không đổi) thành 15°C vào ban ngày và 2°C vào ban đêm trong ba ngày là đủ để hạ nhiệt độ tối ưu xuống khoảng mười độ.
+ Sự đồng hóa của kiểu sinh thái sa mạc và kiểu sinh thái ven biển cho thấy phản ứng gần như giống nhau với nhiệt độ khi được trồng ở nhiệt độ 23°C vào ban ngày và 18°C vào ban đêm.
+ Trong điều kiện ngày 43°C và đêm 30°C xen kẽ, chỉ có kiểu sinh thái sa mạc cho thấy tính dẻo dai, duy trì khả năng đồng hóa CO2 cao trong những điều kiện mới này. Hoạt động của kiểu sinh thái ven biển thấp ở mọi nhiệt độ. Chỉ có sự dịch chuyển của nhiệt độ tối ưu còn lại trong khả năng thích nghi của nó.
+ Nhiệt độ tối ưu của thực vật C4 cao hơn so với thực vật C3. Thực vật C3 là loại thực vật dẻo dai nhất. Trên thực tế, nhiệt độ tối ưu của chúng dao động từ khoảng 7 đến 35°C, nhiệt độ tối ưu của thực vật C4 dao động trong khoảng từ 30 đến 40°C. Ngoài ra, khi nhiệt độ dưới 20°C, quá trình quang hợp của thực vật C4 trung bình thấp hơn so với thực vật C3.