– Quang hợp là quá trình lục lạp hấp thụ năng lượng ánh sáng để tổng hợp chất hữu cơ (C₆H₁₂O₆) từ CO₂ và nước, giải phóng O₂.

– Phương trình tổng quát của quang hợp:

Hình 1. Sơ đồ quang hợp ở thực vật

– Vai trò của quang hợp ở thực vật:

+ Thực vật: Khoảng 50% chất hữu cơ được tạo ra từ quang hợp dùng để cung cấp năng lượng cho hoạt động sống và tổng hợp các hợp chất hữu cơ cấu tạo tế bào và dự trữ cho cơ thể thực vật.

+ Sinh vật: Quang hợp cung cấp O₂, chất hữu cơ cho các loài sinh vật khác, cũng như nguồn nguyên liệu cho công nghiệp và sản xuất dược liệu.

+ Sinh quyển: Quang hợp giữ ổn định hàm lượng O₂ và CO₂ trong khí quyển, cung cấp nguồn năng lượng để duy trì các hoạt động sống của sinh giới.

– Hệ sắc tố quang hợp ở thực vật nằm trên màng thylakoid, gồm có chlorophyll và carotenoid.

– Chlorophyll a và b là hai loại chlorophyll chủ yếu trong hệ sắc tổ, với chlorophyll a tham gia trực tiếp vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học.

– Carotenoid là nhóm sắc tố phụ, bao gồm carotene và xanthophyll.

– Chlorophyll hấp thụ ánh sáng ở vùng xanh tím và đỏ để hình thành ATP và NADPH.

– Các sắc tổ quang hợp hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng theo thứ tự: Carotenoid → Chlorophyll b → Chlorophyll a → Chlorophyll a ở trung tâm phản ứng.

Hình 2. Vị trí và vai trò của hệ sắc tố quang hợp

– Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra gồm hai pha: pha sáng và pha tối (pha đồng hoá CO₂).

– Một số con đường đồng hóa CO₂ (pha tối) ở một số loài thực vật

Hình 3. Con đường đồng hóa CO₂ ở các loài thực vật

– Ánh sáng:

+ Thành phần quang phổ ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, quang hợp xảy ra ở vùng ánh sáng xanh tím và đỏ.

+ Các tia sáng xanh tím kích thích quá trình tổng hợp amino acid, protein; còn các tia sáng đỏ kích thích quá trình tổng hợp carbohydrate.

– Nồng độ CO₂: CO₂ trong không khí là nguồn nguyên liệu của quá trình quang hợp. Nồng độ CO₂ thích hợp cho cây quang hợp là 0,03%.

– Nhiệt độ:

+ Ảnh hưởng đến quá trình quang hợp qua sự ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme.

+ Hàm lượng nước và các nguyên tố khoáng cũng ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật.

– Quang hợp quyết định 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.

+ Nếu trồng khoai tây ở nhiệt độ cao thì cây có năng suất thấp do quang hợp bị ức chế dẫn đến giảm lượng sản phẩm hữu cơ, cây không hình thành củ hoặc củ rất ít và nhỏ; nhưng nếu trồng ở nhiệt độ thấp (18-23 °C) sẽ cho năng suất củ rất cao.

– Các biện pháp điều khiển quang hợp nhằm tăng năng suất cây trồng

+ Để cây trồng đạt năng suất tối đa, người ta có thể điều tiết các yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp.

+ Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nhằm nâng cao năng suất cây trồng bao gồm: tăng diện tích bề mặt lá, tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, nâng cao hiệu quả quang hợp, và áp dụng công nghệ cao trong trồng trọt.

Hình 4. Canh tác theo chiều thẳng đứng

– Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng tổng hợp chất hữu cơ từ CO2, và nước, đồng thời giải phóng O2. – Vai trò của quang hợp: cung cấp chất hữu cơ và năng lượng cho thực vật và nhiều sinh vật khác trên Trái Đất; cung cấp O2 và hấp thụ CO2, góp phần điều hoà thành phần khí trong sinh quyển; cung cấp nguồn nguyên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, sản xuất dược liệu. – Hệ sắc tố quang hợp nằm trên mong thylakoid gồm chlorophy và carotenoid. Các sắc tố quang hợp hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng cho chlorophyll a ở trung tâm phản ứng. – Trong pha sáng, hệ sắc tố quang hợp thu nhận và chuyển hoá quang năng thành hoả năng dưới dạng ATP và NADPH. Các sản phẩm này có vai trò cung cấp năng lượng cho quá trình đồng hoá CO2. Tuỳ từng nhóm thực vật mà quá trình đồng hoá CO2, có thể diễn ra theo con đường C3, C4, hoặc CAM. Sản phẩm hữu cơ của quang hợp được dùng để chuyển hoá thành các chất cần thiết cho cơ thể như carbohydrate, protein, lipid. – Quang hợp ở thực vật chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như ánh sáng, nồng độ CO2, nhiệt độ, hàm lượng nước và các nguyên tố khoáng. – Quang hợp quyết định 90 – 95 % năng suất cây trồng. Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ tăng năng suất cây trồng thông qua điều khiển quang hợp: tăng diện tích lá, tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, nâng cao hiệu quả quang hợp, áp dụng các công nghệ cao trong trồng trọt.