1.1. Khái quát về hô hấp ở thực vật

1.1.1. Khái niệm hô hấp ở thực vật

– Hô hấp ở thực vật là quá trình oxi hoá hợp chất hữu cơ thành CO₂ và H₂O đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể.

– Các hợp chất hữu cơ như carbohydrate, protein, lipid,… đều có thể được thực vật sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, thực vật thường sử dụng tinh bột làm nguồn cung cấp năng lượng. 

– Phương trình tổng quát quá trình hô hấp:

\({C_6}{H_{12}}{O_6} + 6{O_2} \to 6C{O_2} + 6{H_2}O + Q\) (ATP + nhiệt)

1.1.2. Quá trình hô hấp ở thực vật

Hình 1. Các giai đoạn của quá trình hô hấp ở thực vật

– Quá trình hô hấp ở thực vật dược chia thành ba giai đoạn: đường phân; phản ứng oxi hoá pyruvic acid thành acetyl-CoA và chu trình Krebs; chuỗi truyền electron hô hấp.

– Trong quá trình hô hấp ở thực vật, nếu phân giải hoàn toàn (oxi hoá hoàn toàn) một phân tử glucose thì tổng hợp được khoảng 30 – 32 ATP.

1.1.3. Vai trò của hô hấp ở thực vật

– Vai trò chuyển hoá năng lượng:

+ Quá trình hô hấp giải phóng và chuyển hoá năng lượng tích luỹ trong các hợp chất hữu cơ thành năng lượng tích luỹ trong các phân tử ATP, dạng năng lượng này được tế bảo và cơ thể thực vật sử dụng cho nhiều hoạt động sống như hấp thụ, vận chuyển và trao đổi chất, cảm ứng, sinh trưởng và phát triển, …

+ Bên cạnh đó, một lượng lớn năng lượng được chuyển hoá thành năng lượng nhiệt giúp thực vật chống chịu điều kiện lạnh. Nhiệt độ cơ thể thực vật tăng cũng giúp bay hơi một số hợp chất dẫn dụ côn trùng tham gia quá trình thụ phấn.

– Vai trò trao đổi chất: Quá trình hô hấp tạo ra các chất trung gian, chúng là nguyên liệu của các quá trình tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác nhau cho tế bào và cơ thể thực vật.

– Nước:

+ Nước là dung môi trong tế bào sinh vật.

+ Hàm lượng nước ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào và hoạt động của các enzyme trong quá trình hô hấp.

+ Thực vật thường sử dụng enzyme trong quá trình hô hấp.

+ Thực vật thường sử dụng nguồn carbon dự trữ là tinh bột làm nguyên liệu của quá trình hô hấp, nước cần thiết cho quá trình thuỷ phân biển đổi tinh bột thành glucose – nguyên liệu trực tiếp của quá trình hô hấp.

⇒ Vì vậy, muốn tăng cường độ hô hấp thì cần phải tăng hàm lượng nước trong tế bào và cơ thể thực vật.

– Nồng độ O₂:

+ O₂ là nguyên liệu của quá trình hô hấp, do đó thực vật phát triển tốt khi được cung cấp đủ O2.

+ Nếu nồng độ O2 giảm xuống dưới 10% thì quá trình hô hấp sẽ bị ảnh hưởng.

– Nhiệt độ:

+ Nhiệt độ tối ưu cho quá trình hô hấp của thực vật trong khoảng 30 – 40 °C.

+ Trên 40 °C, tốc độ hô hấp giam vì nhiệt độ cao làm biến tính và giảm hoạt tính của enzyme hô hấp. 

– Nồng độ CO2:

+ CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp.

+ Tăng nồng độ CO2 trong khi quyển sẽ gây ức chế và làm giảm cường độ hô hấp, ức chế các quá trình sinh lí của thực vật, đặc biệt là sự nảy mầm của hạt. 

– Quang hợp và hô hấp là hai mặt của một quá trình thống nhất – quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.

– Sản phẩm của quang hợp là nguyên liệu cho hô hấp. Ngược lại, sản phẩm của hô hấp lại là nguyên liệu cho quang hợp.

– Thông qua quang hợp và hô hấp, năng lượng ảnh sáng được chuyển hoá thành năng lượng hoá học tích luỹ trong ATP.

Hình 2. Mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp

Thí nghiệm hô hấp ở thực vật

a. Cơ sở lí thuyết: Trong quá trình hô hấp, thực vật hấp thụ O2 và thải CO₂. Do vậy, có thể đánh giá quả trình hô hấp của thực vật thông qua sự hình thành CO2

b. Các bước tiến hành

– Chuẩn bị

+ Dụng cụ: bình tam giác có dung tích 250 mL, nút cao su có khoan lỗ hoặc màng bọc thực phẩm, que tăm và bật lửa.

+ Mẫu vật: hạt (lúa, ngô, đậu) mới nảy mầm.

– Tiến hành

+ Cân 200 g hạt nảy mầm và chia thành hai phần bằng nhau. 

+ Ngâm 100 g hạt nảy mầm trong nước sôi (khoảng 95 – 100 °C), 100 g hạt còn lại ngâm trong nước ấm (30 – 35 °C) khoảng 5 phút.

+ Vớt hạt và cho vào hai bình tam giác. Nút chặt bình tam giác bằng nút cao su hoặc sử dụng màng bọc thực phẩm bao kín miệng bình.

Hình 3. Bao miệng bình tam giác chứa hạt đậu thí nghiệm bằng màng bọc thực phẩm

+ Để khoảng 15 – 20 phút. Mở nút cao su (hoặc màng bọc thực phẩm), đồng thời cho que tăm đang chảy vào miệng bình.

+ Quan sát hiện tượng xảy ra đối với que tăm đang cháy ở hai miệng bình.

– Báo cáo: Học sinh trình bày và giải thích kết quả thu được.

– Hô hấp ở thực vật là quá trình oxi hoá chất hữu cơ thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể. – Quá trình hô hấp có vai trò cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống và sản phẩm (chất) trung gian cho các quá trình sinh tổng hợp các chất hữu cơ khác. – Quá trình hô hấp ở thực vật được chia thành ba giai đoạn: đường phân, phản ứng oxi hoá pyruvic acid thành acetyl-CoA và chu trình Krebs, chuỗi truyền electron hô hấp. – Quá trình hô hấp ở thực vật phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nước, nồng độ O2 nhiệt độ và nồng độ CO2 – Quang hợp và hô hấp là hai mặt của quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng. Sản phẩm của quang hợp là nguyên liệu cho hô hấp và ngược lại.