Quang hợp là gì? Vai trò và quá trình quang hợp ở thực vật

22 Tháng Ba, 2021 0 Hồng Nhung

Trong sinh học, chúng ta đã được biết các khái niệm hô hấp và quang hợp ở thực vật. Nhưng bạn có thực sự hiểu rõ về quá trình này của thực vật hay không? Chúng có tác dụng gì đối với đời sống cây trồng? Tất cả những thắc mắc này sẽ được kienthuctonghop.vn giải đáp trong bài viết dưới đây.

Nội dung bài viết

Quang hợp ở thực vật là gì – quá trình sản sinh khí Oxy tự nhiên

Khái niệm quang hợp là gì?

Quang hợp là quá trình thu nhận và chuyển hóa năng lượng bởi nguồn ánh sáng nhận được từ mặt trời. Quá trình này diễn ra ở thực vật, tảo và một số loại vi khuẩn (được gọi chung là photoautotrophs). Từ ánh sáng mặt trời, thực vật có thể tổng hợp các chất hữu cơ. Đây là nguồn năng lượng chính để thực vật sinh trưởng và phát triển. Nó cũng trở thành nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật khác trên Trái Đất.

quang hợp

Quá trình quang hợp – khởi nguồn cho sự sống

Trong quá trình thực vật tổng hợp chất hữu cơ này, chất diệp lục là một chất đóng vai trò quan trọng. Nó giúp duy trì nồng độ oxy trong không khí, cung cấp chất hữu cơ, năng lượng cần thiết. Cũng nhờ có chất này mà cây xanh có thể hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Bên cạnh nó, chất diệp lục cũng hút nước, khí cacbonic để hình thành nên đường (tinh bột). Đồng thời, nó sẽ thải ra khí oxy – loại khí đóng vai trò quan trọng đối với đời sống loài người và các loài động vật trên hành tinh.

Các nhân tố của quá trình quang hợp ở thực vật là gì?

Quá trình quang hợp sẽ diễn ra vào ban ngày, còn ban đêm, thực vật sẽ thực hiện hô hấp như loài người. Để thực hiện tốt nhiệm vụ hút CO2, tạo ra đường và oxy, cây cần có:

Lục lạp – bào quan quang hợp không thể thiếu

Cơ quan này có những đặc điểm thích nghi với chức năng đặc biệt của thực vật. Lục lạp có dạng hình bầu dục có thể xoay bề mặt với lớp màng bảo vệ 2 lớp. Điều này giúp lục lạp có thể tăng diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời.

quang hợp là gì

Lục lạp – cơ quan diễn ra quá trình quang hợp của thực vật

Hệ thống màng của lục lạp bao gồm:

– Các sắc tố quang hợp được sắp xếp vô định hướng

– Các túi Tilacoit xếp chồng lên nhau tạo thành lớp Grana lỏng lẻo. Màng Tilacoit là nơi diễn ra các phản ứng quang (pha sáng) để phân li nước và giúp tổng hợp ATP.

– Nằm giữa màng trong của lục lạp và màng Tilacoit là chất nền. Nó được gọi là Stroma – khối chất không màu chứa enzim quang hợp. Đây là nơi diễn ra của các phản ứng trong pha tối.

Hệ sắc tố quang hợp của lá cây

Đây là một phần không thể thiếu của quá trình chuyển đổi cacbonic thành oxy, nằm trong lục lạp (thuộc màng Tilacoit). Nó gồm Diệp lục (a và b) cùng với Carotenoid (caroten và xantophyl).

sắc tố quang hợp của cây

Các sắc tố trong tế bào lá cây sẽ hỗ trợ quá trình tổng hợp cacbohidrat

Trong đó:

– Nhóm sắc tố chính – diệp lục

Có tác dụng làm lá cây có màu xanh. Nhóm sắc tố chính giúp cây hấp thụ năng lượng của ánh sáng vận chuyển chúng đến trung tâm phản ứng. Nó tham gia vào các quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ được thành năng lượng trong các liên kết của ATP, NADPH.

– Nhóm sắc tố phụ – Carotenoid

Đây là yếu tố làm cho cây củ, lá cây có màu vàng, đỏ cam. Nó thực hiện nhiệm vụ hấp thụ năng lượng, chuyển năng lượng đến trung tâm phản ứng. Nó tham gia vào việc lọc ánh sáng và bảo vệ cho diệp lục làm việc.

>>> Khám phá: Năng lượng tái tạo là gì? Khám phá các dạng năng lượng tái tạo <<<

Quá trình quang hợp của các loài thực vật diễn ra như thế nào?

Chúng ta cùng xem các loài thực vật C3, C4, thực vật CAM thực hiện chuyển hóa cacbonic thành oxy như thế nào nhé!

Quang hợp của thực vật C3

Đây là tên gọi chung của các loài thực vật tồn tại theo kiểu cố định cacbon C3. Thực vật thuộc C3 phân bố mọi nơi với các đại diện như lúa, khoai, sắn, đậu,…

quang hợp ở thực vật c3

Pha sáng của quá trình quang hợp ở thực vật C3

Quá trình chuyển hóa diễn ra cụ thể đó là:

– Phản ứng của pha sáng: để chuyển đổi năng lượng của ánh sáng được hấp thu. Nó diễn ra trên màng Tilacoit với “nguyên liệu chính” là nước và ánh sáng. Quá trình này tạo ra sản phẩm là ATP, NADPH và oxy.

– Phản ứng trong pha tối của thực vật C3 chỉ có chu trình Canvin – phản ứng cố định CO2. Pha tối diễn ra tại chất nền Stroma của lục lạp với nguyên liệu chính là CO2, ATP, NADPH. Quá trình này tạo ra sản phẩm cuối cùng là cacbohidrat. Đây cũng chính là năng lượng cho quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật.

Quang hợp của thực vật C4

Thực vật C4 (rau dền, cúc, cẩm chướng, mía, ngô, củ năng,…) là những loài thực vật sử dụng cơ chế cố định cacbon C4. Chúng sống ở khu vực có khí hậu nhiệt đới, cận nhiệt đới nóng ẩm kéo dài.

Các phản ứng của thực vật C4 diễn ra tại 2 loại tế bào chính là mô giậu và tế bào bao bó mạch với 2 quá trình chính:

– Cố định CO2 đầu tiên tại mô giậu sinh ra sản phẩm đầu tiên là 4C (axit oxaloaxetic – AOA). Sau đó, 4C chuyển thành axit malic (AM) rồi mới chuyển sang tế bào bao bó mạch.

– Cố định CO2 lần 2 tại tế bào bao bó mạch để tái tạo lại chất nhận CO2. Sau đó là chu trình C3 tương tự thực vật C3 để tổng hợp ra cacbohidrat.

quá trình quang hợp ở thực vật C4

Tóm tắt quá trình quang hợp ở thực vật C4

Thực vật C4 có nhiều ưu việt hơn thực vật C3 ở chỗ nó có cường độ quang hợp cao hơn. Nó có điểm bù CO2 thấp hơn, nhu cầu nước thấp nên có năng suất cao hơn thực vật C3.

Quang hợp ở thực vật CAM

Thực vật CAM bao gồm những loài cây mọng nước, sống ở các vùng hoang mạc, điều kiện khô hạn kéo dài. Một số cây tiêu biểu như dứa, thanh long,… có thể hạn chế tính trạng thoát hơi nước.

Các lỗ khí khổng của thực vật CAM sẽ đóng vào ban ngày, chỉ mở ra vào ban đêm để hạn chế mất nước do nguồn cung nước “có hạn”. Nó thực hiện cố định CO2 theo con đường CAM.

  • Vào ban đêm, khí khổng của thực vật CAM mở ra để CO2 có thể khuếch tán qua lá vào bên trong. Quá trình này sẽ tạo ra AOA và chuyển hóa thành AM và được chuyển đến các tế bào dự trữ.
  • Vào ban ngày, các tế bào khí khổng đóng lại, AM sẽ bị phân hủy để giải phóng CO2 cho chu trình Canvin.
  • Chu trình CAM tương tự chu trình C4 chỉ khác nhau về thời gian thực hiện.
quá trình cố định CO2 ở thực vật CAM

Quá trình cố định CO2 ở thực vật CAM để tổng hợp cacbohidrat

Vai trò của quang hợp – quá trình này có ý nghĩa gì với cây xanh?

Bạn có biết vì sao quang hợp có vai trò quyết định đối với sự sống trên Trái Đất? Quang hợp chính là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng không thể thiếu để tạo ra năng lượng cho sự sống. Nó giúp bù đắp những chất hữu cơ đã được sử dụng trong quá trình sống. Cũng nhờ đó mà hàm lượng oxy và cacbonic trong không khí được cân bằng lại.

Năng lượng từ quá trình quang hợp của cây được thu nhận từ lá là chủ yếu. Chúng có những vai trò quan trọng như:

  • Tổng hợp các chất hữu cơ cung cấp thức ăn, năng lượng cho sinh vật. Đây cũng là nguyên liệu không thể thiếu cho công nghiệp và chế tạo các loại thuốc.
  • Quang hợp giúp tích lũy năng lượng cho sự sống thông qua việc tổng hợp năng lượng từ mặt trời. Nó cung cấp năng lượng cho các loài sinh vật khác.
  • Điều hòa không khí nhờ việc giải phóng khí oxy và nước. Do đó, cây xanh có vai trò cực kỳ quan trọng trong việc giảm hiệu ứng nhà kính, đem lại không khí trong lành, mát mẻ cho Trái Đất.
quá trình hút CO2, thải ra O2 giúp cân bằng không khí

Quá trình hút CO2, thải ra O2 của thực vật giúp cân bằng không khí

Quang hợp và vai trò quyết định đến năng suất của cây trồng

Đây là quá trình có vai trò tiên quyết đến năng suất của cây trồng. Trong cây trồng thì cacbon chiếm 45%, oxy chiếm 42%, hidro chiếm 6,5%. Chúng được lấy từ CO2 và nước từ quá trình quang hợp và chiếm đến 90 – 95%.

Vì thế, người ta thường lợi dụng điều này để có thể tăng năng suất cho cây trồng. Một số phương pháp thường được áp dụng để tăng năng suất cây trồng đó là:

– Tăng diện tích của lá

Điều này giúp tăng diện tích quang hợp, tăng tích lũy chất hữu cơ trong cây. Người ta có thể sử dụng các biện pháp như bón phân, tưới nước hợp lý, áp dụng kỹ thuật chăm sóc phù hợp, tuyển chọn và lai tạo giống mới,… Cách này giúp tăng cường độ và hiệu suất của quá trình tổng hợp cacbohidrat.

– Tăng hệ số kinh tế

Bằng cách sử dụng các giống cây có sự phân bố sản phẩm của quang hợp vào các bộ phận có giá trị kinh tế như quả, củ, hạt,…

quang hợp là gì

Bón phân để thúc đẩy quá trình sinh trưởng của cây cối, tăng cường độ quang hợp

Thực vật có hô hấp không?

Con người và các loài động vật khác thực hiện quá trình lấy khí oxy để sinh tồn. Cây cối cũng có quá tình hô hấp. Cùng với quang hợp thì đây cũng là điều quan trọng để thực vật sinh trưởng. Vậy 2 quá trình này có điểm gì khác nhau và mối quan hệ giữa chúng là gì?

Hô hấp ở thực vật là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ. Hô hấp sẽ giải phóng cacbonic và nước, giải phóng năng lượng cần thiết cho thực vật. Quá trình này sử dụng nguyên liệu đầu vào là khí oxy và thải ra khí cacbonic cũng năng lượng.

Quá trình hô hấp không diễn ra ở lục lạp mà diễn ra ở các tế bào và ti thể của các tế bào sống. Nó bao gồm quá trình phân giải đường, hô hấp yếm khí, chu trình Crep và chuỗi truyền điện tử.

Hai quá trình quang hợp và hô hấp có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Nếu không có các sản phẩm từ quá trình quang hợp thì việc hô hấp sẽ không thể diễn ra. Và ngược lại, hô hấp sẽ tạo ra năng lượng để thực vật có thể tổng hợp cacbohidrat.

||Xem thêm bài viết: So sánh hô hấp hiếu khí và kị khí? Quá trình hô hấp kị khí

Thực vật có hô hấp không

Mối quan hệ giữa hô hấp và quang hợp của thực vật

Giải đáp thắc mắc liên quan đến quá trình tổng hợp cacbohydrat từ cacbonic của thực vật

Hệ sắc tố quang hợp của cây là gì?

Hệ sắc tố quang hợp của thực vật bao gồm:

– Diệp lục hấp thụ ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ.

– Carotenoid (gồm caroten và xantophyl) là các sắc tố hấp thụ năng lượng của diệp lục a.

– Phycobilin có trong tảo và thực vật thủy sinh giúp chúng hấp thụ được ánh sáng trong vùng lục và vàng.

Các nhân tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp cabohidrat là gì?

Ánh sáng, nước, nồng độ của khí CO2 là một trong những yếu tố làm ảnh hưởng đến việc quang hợp của thực vật. Cụ thể:

– Ánh sáng

Cường độ ánh sáng tăng dần đến điểm bão hòa ánh sáng thì cường độ quang hợp của thực vật cũng tăng theo. Cây sẽ quang hợp mạnh nhất ở miền ánh sáng đỏ. Sau đó, nó giảm dần với miền ánh sáng xanh, tím nên phổ quang của ánh sáng cũng là yếu tố quan trọng. Các tia ánh sáng xanh tím sẽ kích thích việc tổng hợp axit amin, protein. Còn ánh sáng đỏ lại xúc tiến quá trình cây tổng hợp cacbohidrat.

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình quang hợp

Các yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình quang hợp

– Nồng độ cacbonic trong không khí

Khi nồng độ CO2 tăng dần về điểm bão hòa thì cường độ quang hợp của thực vật tăng dần. Sau đó, từ điểm bão hòa, nồng độ CO2 tăng lại khiến quá trình tổng hợp cacbohidrat bị giảm đi.

– Nước

Lượng nước có trong không khí, trong đất có thể làm ảnh hưởng đến độ mở, đóng của lỗ khí khổng. Nó sẽ ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ cacbonic vào trong lục lạp.

– Nhiệt độ

Yếu tố này có thể ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong pha sáng, pha tối của thực vật. Khi nhiệt độ tăng đến tối ưu thì cường độ quang hợp cũng tăng rất nhanh. Nhiệt độ tối ưu thường là 25 – 35 độ C.

– Các nguyên tố khoáng

Những nguyên tố khoáng cũng làm ảnh hưởng đến việc tổng hợp sắc tố, enzim quang hợp, sự điều tiết đóng mở của khí khổng. Do đó, chúng gián tiếp tác động vào quá trình CO2 khuếch tán vào trong lá, quá trình phân ly nước,…

– Ánh sáng nhân tạo

Trong nhiều trường hợp và điều kiện cụ thể, người ra sử dụng ánh sáng nhân tạo để tăng năng suất cho cây trồng. Đây cũng là cách khắc phục các điều kiện bất lợi của môi trường làm ảnh hưởng đến sự sống và sự phát triển của thực vật. Bằng cách sử dụng ánh sáng của các loại đèn trong các nhà có mái che, trong phòng kín,…

ánh sáng nhân tạo kích thích quá trình quang hợp

Sử dụng ánh sáng nhân tạo kích thích quá trình quang hợp

Quang hợp diễn ra ở đâu của cây xanh?

Quá trình này được diễn ra chủ yếu ở lá cây vì đây là cơ quan có những cấu tạo chức năng phù hợp. Nó lấy nguyên liệu là CO2 – loại khí được con người và động vật thải ra sau khi hô hấp.

||Tham khảo bài viết: Phân Biệt Thường Biến Và Đột Biến Trong Sinh Học

Tổng hợp một số loại cây vẫn thải ra oxy trong ban đêm

Quá trình quang hợp của thực vật sẽ diễn ra vào ban ngày – khi có ánh sáng mặt trời. Còn khi màn đêm buông xuống, chúng sẽ thực hiện hô hấp. Và đây cũng là lúc thực vật “tranh chấp” oxy của con người. Do đó, nếu đặt chúng trong phòng ngủ kín thì quả thực sẽ không tốt cho sức khỏe. Tuy nhiên, vẫn có những loài cây có thể quang hợp ngay cả trong bóng đêm.

Cây lưỡi hổ

Loài cây này có thể hấp thụ nhiều CO2 cùng 107 độc tố khác vào ban đêm. Nó được lựa chọn như loài cây thanh lọc không khí tốt nhất khi mặt trời lặn. Nó còn có thể hấp thu nhiều chất có hại cho con người do các thiết bị điện tử, tủ lạnh, TV gây ra. Bạn có thể đặt nó trong bất cứ góc phòng nào do chúng rất dễ trồng, dễ sống mà không cần quá nhiều công chăm sóc.

cây lưỡi hổ quang hợp ban đêm

Cây lưỡi hổ có khả năng hấp thụ CO2 và thải ra O2 vào ban đêm

Cây dây nhện – hút khí độc, thanh lọc không khí vào ban đêm

Cây dây nhện có tác dụng thanh lọc không khí rất tốt mà lại không cần quá nhiều ánh sáng. Nó có thể hút tới 85% khí độc từ khói xe, khói thuốc lá, chất bảo quản,… Cây dây nhện có thể thải ra khí oxy vào ban đêm nên chúng ta có thể đặt chúng trong phòng ngủ.

Cây lan ý

Loại cây có nguồn gốc Trung Mỹ này hiện đang được trồng rộng rãi ở nước ta. Loài cây này có nhiều ý nghĩa về phong thủy lại có khả năng quang hợp vào ban đêm. Nó sẽ giúp con người cải thiện tình trạng ô nhiễm không khí. Không chỉ là khắc tinh của những chất dễ gây độc cho con người, hút khí thải trong thuốc lá,… Cây lan ý còn có khả năng hấp thụ CO2 và thải ra O2 vào buổi tối hiệu quả.

nha đam

Cây nha đam được đặt trong phòng ngủ để hấp thụ CO2 và các loại khí độc

Cây nha đam

Nha đam/lô hội được NASA công nhận là có khả năng cải thiện không khí vượt trội. Nha đam vẫn được biết đến là một nguyên liệu làm đẹp, nấu ăn tự nhiên rất tốt. Ngoài ra, nó còn có khả năng giải phóng oxy lớn trong đêm.

Cây hương nhu tía quang hợp vào ban đêm

Hương nhu tía có mùi hương thoang thoảng rất dễ chịu, tốt cho tinh thần, giảm stress. Không chỉ dừng lại ở đó, hương nhu tía còn được trồng để cải thiện không gian sống nhờ khả năng tạo ra khí oxy không kể ban đêm.

Hoa đồng tiền cam cho không khí trong lành

Loài cây này mang nhiều ý nghĩa tài lộc và may mắn cho gia chủ. Hơn nữa, đồng tiền cam còn có khả năng hấp thụ CO2 vào ban đêm. Nó giúp mang lại giấc ngủ ngon hơn, cải thiện tình trạng khó ngủ, bí bách nhờ lượng khí O2 cung cấp.

Quá trình quang hợp của thực vật quả thực là điều kỳ diệu và là điều không thể thiếu để duy trì sự sống trên Trái Đất. Để hành tinh luôn xanh, không khí luôn trong lành, chúng ta hãy cùng nhau bảo vệ thực vật, cây cối nhé!

Xem thêm bài viết khác:

Nguồn: Kiến Thức Tổng Hợp

Bài viết liên quan