1.1.1. Khái niệm về quang hợp

Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển hóa CO₂ và nước thành các hợp chất hữu cơ C₆H₁₂O₆ đồng thời giải phóng O₂.

 

1.1.2. Vai trò của quang hợp là gì?

– Cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.

– Cung cấp nguồn chất hữu cơ là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, ý dược.

– Cung cấp năng lượng lớn duy trì hoạt động của sinh giới.

– Cân bằng O₂/CO₂ trong khí quyển.

1.1.3. Hệ sắc tố quang hợp?

– Hệ sắc tố quang hợp của cây xanh gồm hai nhóm chính:  

+ Diệp lục: tạo màu xanh, là nhóm sắc tố có vai trò quan trọng nhất trong quang hợp.

+ Carotenoid: tạo màu vàng, cam, đỏ, gồm 2 loại là xanthophyll và carotene

– Vai trò của hệ sắc tố: Phân tử sắc tố hấp thụ photon ánh sáng và chuyển thành trạng thái có electron bị kích động. Năng lượng đã bị hấp thụ được truyền cộng hưởng đến phân tử sắc tố khác rồi đến phân tử diệp lục a → biến đổi quang năng thành hóa năng trong ATP và NADPH.

Hình 4.1. Sơ đồ hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng giữa các sắc tố quang hợp

(*): trạng thái kích động của electron

Quang hợp diễn ra tại lục lạp theo hai pha: pha sáng (màng thylakoid) và pha tối (chất nên lục lạp).

Hình 4.2. Hai pha của quá trình quang hợp

1.2.1. Pha sáng

– Diệp lục hấp thụ ánh sáng và chuyển thành trạng thái kích động electron làm cho 1 số e của diệp lục bật ra khỏi quỹ đạo.

– Dưới tác dụng của ánh sáng nước phân li, giải phóng O₂, e và H⁺ theo sơ đồ:

 2H₂O → 4H⁺ + 4e + O₂

– Electron sinh ra bù với e của diệp lục a đã bị mất. H⁺ tham gia tổng hợp ATP, khử NADP⁺ thành NADPH

→ Như vậy sản phẩm gồm: O₂, ATP, NADPH

1.2.2. Pha tối

Pha tối sử dụng ATP và NADPH do pha sáng cung cấp để cố định CO₂

– Con đường cố định CO₂ ở thực vật C3:

– Con đường cố định CO₂ ở thực vật C4:

Hình 4.4. Sơ đồ con đường C₄

– Con đường cố định CO₂ ở thực vật CAM

Hình 4.5. Sơ đồ quá trình cố định CO₂ ở thực vật CAM

1.2.3. Thực vật C₄ và CAM thích nghi trong điều kiện bất lợi như thế nào?

Các loài thực vật C₄ và CAM có thêm chu trình sơ bộ cố định CO₂, đảm bảo nguồn cung cấp CO₂ cho quang hợp.

1.2.4. Vai trò của sản phẩm quang hợp 

Hình 4.6. Vai trò của sản phẩm quang hợp

– Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quang hợp ở thực vật là:

+ Ánh sáng

+ Khí CO₂

+ Nhiệt độ

– Ngoài ra, nước và chất khoáng cũng ảnh hưởng đến quang hợp.

– Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng: Quang hợp là nhân tố chủ yếu quyết định năng suất cây trồng; 5-10% còn lại là do dinh dưỡng khoáng quyết định.

– Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp:

+ Biện pháp kĩ thuật nông học: cung cấp đủ nước, gieo trồng đúng thời vụ, …

+ Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng: sử dụng đèn LED

Hình 4.7. Sử dụng đèn LED trong hệ thống thuỷ canh trồng rau diếp (Romaine Lettua)

– Quang hợp là quá trình thực vật tổng hợp carbohydrate và giải phóng O2, từ các chất vô cơ đơn giản (CO2, H2O) dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng và sự tham gia của hệ sắc tố quang hợp. – Quang hợp tạo ra chất hữu cơ cung cấp cho cây và các sinh vật dị dưỡng trên Trái Đất; cung cấp nguyên liệu cho các ngành công nghiệp, cung cấp nguồn năng lượng lớn duy trì hoạt động của sinh giới; đảm bảo sự cân bằng O2, CO2 giúp điều hoà khí quyển. – Trong pha sáng của quang hợp, hệ sắc tố quang hợp có vai trò nhận năng lượng ánh sáng và chuyển hoá năng lượng đó (quang năng) thành hoá năng dưới dạng ATP và NADPH. Các sản phẩm này được sử dụng làm nguồn năng lượng để cố định CO2 trong pha tối của quang hợp. Tuỳ từng nhóm thực vật mà pha tối sẽ diễn ra theo chu trình C3 hay con đường C4 hoặc CAM. Sản phẩm quang hợp là nguyên liệu để tổng hợp cáchợp chất hữu cơ cần thiết cho cơ thể như protein, lipid và carbohydrate. – Các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ và CO2 ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ quang hợp. Hoạt động quang hợp quyết định 90 – 95% năng suất cây trồng. Do vậy, để nâng cao năng suất cây trồng, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật và công nghệ để tăng cường độ quang hợp.