BÀI 4: QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

(19 câu)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1. Quang hợp ở thực vật là? 

Trả lời:

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 tành hợp chất hữu cơ C6H12O6 đồng thời giải phóng O2.

Câu 2. Hãy nêu vai trò của quang hợp với thực vật?

Trả lời:

- Cung cấp nguồn chất hữu cơ đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật.

- Cung cấp nguồn chất hữu cơ là nguyên, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, y dược, …

- Cung cấp năng lượng cho hoạt động của sinh giới.

- Cân bằng lượng khí Oxy và khí Carbonic trong khí quyển.

Câu 3. Quá trình quang hợp của cây xanh diễn ra tại đâu và có mấy pha?

Trả lời:

Quá trình quang hợp của cây xanh diễn ra tại lục lạp và có hai pha là Pha sáng và pha tối.

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Bạn hãy trình bày những đặc điểm hình thái, giải phẫu của lá thích nghi với chức năng quang hợp.

Trả lời:

Các đặc điểm hình thái, giải phẫu của lá thích nghi với chức năng quang hợp :

* Đặc điểm hình thái bên ngoài :

- Lá có cấu tạo hình bản dẹt giúp tăng diện tích tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, nhờ đó mà thu về nhiều năng lượng ánh sáng hơn cho hoạt động quang hợp của cây.

- Các khí khổng ở biểu bì lá là nơi thu nhận khí CO2 - nguyên liệu không thể thiếu trong hoạt động quang hợp ở thực vật.

* Cấu tạo giải phẫu bên trong :

- Trong lá, các tế bào mô giậu (chứa nhiều diệp lục – bào quan quang hợp) nằm liền dưới lớp biểu bì trên, có hình chữ nhật và xếp rất sít nhau, tạo điều kiện cho việc hấp thụ và tận dụng tối đa nguồn sáng.

- Các tế bào mô xốp (chứa ít diệp lục) nằm ngay phía trên lớp biểu bì dưới của lá, xếp dãn cách nhau, tạo ra khoang chứa CO2 - nguyên liệu của quang hợp.

- Hệ gân lá có mạch dẫn gồm mạch gỗ và mạch rây, xuất phát từ bó mạch ở cuống lá đi đến tận từng tế bào nhu mô của lá. Nhờ vậy mà nước và muối khoáng mới đến được từng tế bào để thực hiện quá trình quang hợp và vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá tới các cơ quan khác trong cây.

Câu 2. Phân tích các hệ sắc tố quang hợp ở thực vật?

Trả lời:

* Các hệ sắc tố quang hợp ở thực vật là các hệ thống sắc tố có chức năng tham gia vào quá trình quang hợp của cây. Có ba hệ sắc tố chính trong quang hợp là chlorophyll, carotenoid và phycobilin.

- Chlorophyll:Chlorophyll được chia thành hai loại chính là chlorophyll a và chlorophyll b. Chlorophyll a hấp thụ ánh sáng mạnh hơn chlorophyll b và có thể hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài hơn.

- Carotenoid: Carotenoid là một hệ sắc tố phụ trong quang hợp, chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng xanh lam và xanh dương, cũng như bảo vệ các tế bào thực vật khỏi tác hại của ánh sáng mặt trời và các gốc tự do. 

- Phycobilin: Chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài hơn chlorophyll và carotenoid.

Câu 3. Trình bày về pha sáng của quang hợp?

Trả lời:

Pha sáng được chia thành hai giai đoạn chính:

- Giai đoạn phân tách nước (Light-dependent reactions): 

+ Anh sáng được hấp thụ bởi các phức hợp pigment trong phức hợp chịu ánh sáng (PS) I và II. 

+ Các electron được tách ra từ các phức hợp này và di chuyển qua các chất thực hiện electron, tạo ra điện thế proton trên thế màng thylakoid. 

+ Quá trình này tạo ra ATP và NADPH, hai phân tử mang năng lượng cần thiết cho giai đoạn tiếp theo.

- Giai đoạn tổng hợp (Light-independent reactions): 

+ Giai đoạn này được gọi là pha pha sáng độc lập, và được biết đến với tên gọi khác là quá trình pha đồng hóa CO2 (Calvin cycle). 

+ Trong giai đoạn này, ATP và NADPH được sử dụng để tạo ra các hợp chất hữu cơ từ CO2, thông qua quá trình pha đồng hóa CO2. 

+ Quá trình này tạo ra các chất như glucose, fructose và cellulose, cung cấp năng lượng cho sự sống của thực vật.

Câu 4. Phân tích pha đồng hóa CO2 ở thực vật C3?

Trả lời:

* Sau đây là phân tích chi tiết về quá trình pha đồng hóa CO2 ở thực vật C3:

- Giai đoạn cố định: CO2 được cố định vào ribulose-1,5-bisphosphate (RuBP) bởi enzyme RuBisCO (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase). Kết quả của quá trình này là tạo ra 2 phân tử 3-phosphoglycerate (3-PGA).

- Giai đoạn khử: Trong giai đoạn này, ATP và NADPH được tạo ra từ quá trình ánh sáng phản ứng, sẽ được sử dụng để biến đổi các phân tử 3-PGA thành glyceraldehyde-3-phosphate (G3P). Trong quá trình này, 6 phân tử ATP và 6 phân tử NADPH được sử dụng để tạo ra 6 phân tử G3P. Tuy nhiên, chỉ một phần G3P được sản xuất để sản xuất glucose và fructose. Phần còn lại của G3P được sử dụng để tái tạo RuBP trong bước tiếp theo.

- Giai đoạn tái tạo: Các phân tử G3P được sử dụng để tái tạo RuBP. Quá trình này diễn ra thông qua nhiều bước, trong đó một phần G3P được sử dụng để tạo ra fructose và glucose.

Câu 5. Phân tích pha đồng hóa CO2 ở thực vật C4?

Trả lời:

- Quá trình pha đồng hóa CO2 ở thực vật C4 là một trong các cơ chế giúp thực vật tăng cường độ truyền năng lượng và giảm lượng nước bốc hơi trong điều kiện khô hạn.

- Trong quá trình quang hợp của thực vật C4, CO2 ban đầu được tập trung ở các tế bào diệp lục và sau đó được đưa vào các tế bào bundle-sheath (tế bào lưới) để phản ứng với rubisco (enzyme xúc tác quang hợp) trong quá trình quang hợp Calvin. 

- CO2 được pha đồng hóa với một phân tử carbohydrate khác (Pep - phosphoenolpyruvate) thành các sản phẩm của quá trình quang hợp, đồng thời CO2 được chuyển từ tế bào mesophyll sang các tế bào bundle-sheath qua tổ hợp enzyme và máng dẫn.

Câu 6. Phân tích pha đồng hóa CO2 ở thực vật CAM?

Trả lời:

- Tại các thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism), pha đồng hóa CO2 xảy ra theo các giai đoạn khác nhau trong một ngày, để giảm thiểu mất nước do hít thở và hấp thụ CO2.

- Giai đoạn đầu tiên của pha đồng hóa CO2 ở thực vật CAM là trước khi ánh sáng xuất hiện:

+ Khi CO2 được hấp thụ vào ban đêm thông qua lỗ khí của lá và được biến đổi thành axit malic hoặc aspartic. 

+ Trong giai đoạn này, các enzim quang hợp không hoạt động.

- Khi ánh sáng xuất hiện:

+ Thực vật CAM sử dụng CO2 đã biến đổi thành axit malic hoặc aspartic trong giai đoạn trước để thực hiện pha đồng hóa CO2 bổ sung. 

+ Trong giai đoạn này, các enzim quang hợp được kích hoạt và CO2 được khử phân thành các sản phẩm hữu cơ. 

+ Axit malic được chuyển về nơi tái chế CO2 ở phần chức năng trái võng của thực vật, sau đó được giải phóng để tham gia vào pha đồng hóa CO2 vào buổi tối.

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Làm thế nào quá trình quang hợp ảnh hưởng đến sản phẩm nông nghiệp?

Trả lời:

Quang hợp giúp thực vật sản sinh ra chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của chúng. Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng và số lượng sản phẩm nông nghiệp. Nếu quá trình quang hợp diễn ra tốt, sản phẩm nông nghiệp sẽ có chất lượng tốt và số lượng lớn.

Câu 2. Tại sao việc kiểm soát tia tử ngoại trong nhà kính là quan trọng đối với quá trình phát triển của thực vật?

Trả lời:

Tia tử ngoại có tác dụng gây hại đến thực vật khi vượt quá ngưỡng an toàn. Nó phá vỡ và oxy hoá các protein và DNA, làm giảm hiệu suất quang hợp và làm chậm quá trình làm việc của thực vật. Việc kiểm soát tia tử ngoại giúp bảo vệ thực vật, duy trì hiệu suất quang hợp, và ổn định sự phát triển của chúng.

Câu 3. Tại sao việc bổ sung CO2 trong nhà kính có thể giúp tăng năng suất của thực vật?

Trả lời:

CO2 là nguyên liệu cho quá trình quang hợp, nên việc tăng cường cung cấp CO2 sẽ giúp quá trình quang hợp diễn ra mạnh mẽ hơn, từ đó tăng năng suất của thực vật, giúp chúng phát triển và sinh trưởng tốt hơn.

Câu 4. Làm thế nào nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của thực vật?

Trả lời:

Nhiệt độ quá cao hoặc quá thấp có thể ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình quang hợp bởi chúng làm thay đổi cấu trúc enzyme liên quan đến quá trình quang hợp, dẫn đến giảm hiệu suất hoạt động của thực vật. Việc kiểm soát nhiệt độ phù hợp giúp thực vật quang hợp và phát triển ổn định hơn.

Câu 5. Hãy giải thích vai trò của màng xanh chlorophyll trong quang hợp ở thực vật?

Trả lời:

Chlorophyll có vai trò quan trọng trong quang hợp ở thực vật bởi vì chúng có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời và chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học. Quá trình này giúp cung cấp năng lượng cho việc sản xuất chất dinh dưỡng, từ đó hỗ trợ sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.

Câu 6. Trong điều kiện nhiệt độ cao, trong lục lạp lượng oxy hòa tan cao hơn lượng CO2, cây nào trong các cây “Dưa hấu, Ngô, Lúa nước, Rau cải, Bí ngô” quá trình quang hợp không giảm? Giải thích?

Trả lời:

- Cây ngô.

- Vì ngô là thực vật C4, thích hợp sống trong môi trường ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO2 giảm, nồng độ O2 tăng. Trong điều kiện đó, quang hợp xảy ra bình thường.

Câu 7. Hãy cho biết Cây cối có thể điều chỉnh số lượng và chất lượng ánh sáng chiếu vào nó được không ? Bằng cách nào?

Trả lời:

Có. Bằng cách

- Sắp xếp các tầng lá trên cây

- Xoay bề mặt lá vuông góc hoặc song song với tia sáng.

- Thay đổi bề mặt chiếu sáng hoặc vị trí của lục lạp.

- Thay đổi hàm lượng và tỉ lệ các nhóm sắc tố

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1. Tính hiệu suất quang hợp của cây? Nếu:

- Diện tích lá 2000m2

- Cường độ ánh sáng mặt trời vào-lá: 500 µmol(m2s)-1

- Tỉ lệ quang hợp ánh sáng hấp thu: 0,1 (10%)

Trả lời:

1. Tính lượng ánh sáng hấp thu: 500 x 0,1 = 50 µmol(m2s)-1
2. Tính hiệu suất quang hợp: 50 µmol(m2s)-1 × 2 000 m2 = 100 000 µmol/s

 Kết luận: Hiệu suất quang hợp của cây là 100 000 µmol/s.

Câu 2. Tính lượng Oxy thải ra của cây trong 1 năm?

Lấy hiệu suất quang hợp từ Câu 1: 100 000 µmol/s

Trả lời:

1. Chuyển đổi sang mol/s: 100 000 µmol/s ÷ 1 000 000 = 0,1 mol O2/s
2. Tính lượng Oxy sản sinh trong 1 ngày: 0,1 mol/s × 60s/min × 60min/h × 24h = 8640 mol O2/ngày
3. Tính lượng Oxy sản sinh trong 1 năm: 8640 mol/ngày × 365 ngày = 3 153 600 mol O2/năm

 Kết luận: Lượng Oxy thải ra của cây trong 1 năm là 3 153 600 mol.

Câu 3. Tính lượng Oxy và CO2 thải ra của cây trong 1 ngày?

Lấy lượng Oxy thải ra từ Câu 2: 8 640 mol O2/ngày

Giả sử tỉ lệ O2 và CO2 thải ra là 1:1 (Mỗi mol O2 sản phẩm, cây tiêu hao một mol CO2 trong quá trình quang hợp)

Trả lời:

Lượng CO2 thải ra trong 1 ngày: 8640 mol CO2/ngày (vì tỉ lệ O2 và CO2 là 1:1)

 Kết luận: Lượng Oxy và CO2 thải ra của cây trong một ngày là 8640 mol O2 và 8640 mol CO2.