BÀI 4: QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

(19 câu)

1. NHẬN BIẾT (3 câu)

Câu 1. Quang hợp ở thực vật là gì? 

Trả lời:

Là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng tổng hợp chất hữu cơ (C6H12O6) từ CO2 và nước, đồng thời giải phóng O2.

Câu 2. Có những hệ sắc tố quang hợp nào?

Trả lời:

Hệ sắc tố quang hợp gồm:

- Chlorophyll (Diệp lục): Chlorophyll a và Chlorophyll b

- Carotenoid

Câu 3. Vai trò của quang hợp với sinh giới?

Trả lời:

- Cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của sinh vật.

- Cung cấp Oxy cho nhiều loài sinh vật khác để chúng hô hấp.

- Cân bằng lượng Oxy và Carbonic.

- Ngăn chặn hiệu ứng nhà kính, điều hòa khí hậu.

2. THÔNG HIỂU (6 câu)

Câu 1. Phân tích ngắn gọn về các hệ sắc tố quang hợp?

Trả lời:

* Các hệ sắc tố quang hợp là các phân tử có chức năng thu thập và chuyển hóa năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp. Các hệ sắc tố này bao gồm:

1. Chlorophyll a: Là sắc tố quang hợp chính và phổ biến nhất trong các loại cây. Nó hấp thụ ánh sáng màu đỏ và xanh lá cây và chuyển hóa năng lượng này thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp.
2. Chlorophyll b: Là sắc tố quang hợp phụ trợ và phổ biến nhất trong các loại cây. Nó hấp thụ ánh sáng màu xanh lá cây và chuyển hóa năng lượng này thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp.
3. Carotenoids: Là các sắc tố quang hợp phụ trợ khác, có màu sắc từ vàng đến đỏ tím. Chúng giúp bảo vệ chlorophyll khỏi sự suy giảm do tác động của ánh sáng mạnh và chuyển hóa năng lượng ánh sáng không được hấp thụ bởi chlorophyll.
4. Phycobilins: Là các sắc tố quang hợp được tìm thấy trong các loại tảo và các sinh vật thực vật khác. Chúng hấp thụ ánh sáng màu xanh, đỏ và cam và chuyển hóa năng lượng này thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp.

Câu 2. Trình bày ngắn gọn pha sáng của quang hợp?

Trả lời:

- Pha sáng của quang hợp là quá trình chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp. Quá trình này diễn ra trong các cấu trúc tế bào quang hợp như tế bào lá và các tế bào khác của cây.

- Trong quá trình pha sáng

+ Các phân tử sắc tố quang hợp như chlorophyll và carotenoids hấp thụ ánh sáng và chuyển đổi nó thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp. 

+ Ánh sáng được hấp thụ bởi các phân tử sắc tố quang hợp ở mức độ năng lượng khác nhau và được chuyển hóa thành năng lượng điện hóa học thông qua quá trình quang hợp.

+ Tổng hợp ATP thông qua chuyển proton H+ qua màng thylakoid tạo ra dòng ion động lực tạo ATP từ ADP và Pi bằng cách sử dụng ATP synthase.

+ Kết quả của pha sáng: sinh ra O2, ATP và NADPH chuẩn bị cho pha tối.

- Quá trình pha sáng được điều chỉnh bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ và độ ẩm. Nếu cây không được cung cấp đủ ánh sáng, quá trình pha sáng sẽ bị ảnh hưởng và gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và sự phát triển của cây.

Câu 3. Trình bày pha tối (đồng hóa CO2) ở quang hợp của thực vật?

Trả lời:

- Trong giai đoạn này, các phân tử CO2 được sử dụng để tổng hợp các chất hữu cơ, bao gồm đường và các axit amin. Pha tối diễn ra trong chất nền của lục lạp.

- Trong pha tối, CO2 được khử thành các đường phức tạp thông qua chuỗi phản ứng hóa học phức tạp. Các phản ứng này yêu cầu sự tham gia của một số enzyme quan trọng, bao gồm Rubisco (ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase) và các enzyme trong chuỗi Calvin-Benson.

- Quá trình pha tối bắt đầu bằng cách Rubisco đưa CO2 vào vòng Calvin-Benson. Sau đó, các enzyme trong chuỗi này sẽ phân hủy CO2 thành các phân tử đơn giản hơn, bao gồm các đường đơn giản và các axit amin.

- Quá trình pha tối không chỉ cung cấp năng lượng và nguyên liệu cho sự phát triển và sinh trưởng của thực vật, mà còn có vai trò quan trọng trong giảm thiểu lượng khí CO2 trong khí quyển, giúp cân bằng hệ sinh thái và giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu.

Câu 4. Trình bày, phân tích các nhân tố ảnh hưởng đến quang hợp?

Trả lời:

* Có nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp của cây, bao gồm:

1. Ánh sáng: Năng lượng ánh sáng được sử dụng để chuyển đổi năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp. 
2. Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho quang hợp của cây thường là trong khoảng 20-30 độ C. 
3. Khí CO2: Nồng độ CO2 trong không khí thường là khoảng 0,03%. 
4. Độ ẩm không khí: Khi độ ẩm không khí quá cao, lượng hơi nước được bốc hơi sẽ giảm, gây ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và sự phát triển của cây.
5. Phân bón: Việc cung cấp đủ dinh dưỡng và khoáng chất cho cây sẽ giúp tăng cường quá trình quang hợp và sự phát triển của cây.
6. Chất độc: Chúng có thể tạo ra các gốc tự do và gây tổn thương cho tế bào quang hợp, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và sự phát triển của cây.

Câu 5. Phân tích tính ứng dụng nghiên cứu khoa học của quang hợp ở thực vật?

Trả lời:

* Các nghiên cứu liên quan đến quang hợp ở thực vật đã có ứng dụng rất quan trọng và đa dạng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm:

- Nông nghiệp: Nghiên cứu về quang hợp có thể ứng dụng để nâng cao hiệu suất sản xuất cây trồng và giảm thiểu tác động của môi trường đến sản lượng cây trồng.

- Y học: Nghiên cứu liên quan đến quang hợp có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế sinh tồn và phát triển của thực vật, và từ đó áp dụng vào các lĩnh vực y học như tế bào mô học, sinh lý học và dược học.

- Môi trường: Nghiên cứu liên quan đến quang hợp có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế của quá trình này, từ đó ứng dụng để tìm kiếm các giải pháp về môi trường và biến đổi khí hậu.

- Công nghệ: Các nghiên cứu liên quan đến quang hợp có thể giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế tạo ra năng lượng từ ánh sáng, từ đó ứng dụng để phát triển các công nghệ mới về năng lượng tái tạo, bao gồm năng lượng mặt trời, năng lượng sinh học và năng lượng đều.

Câu 6. Phân tích sự giống nhau của con đường đồng hóa CO2 ở thực vật C3 và C4?

Trả lời:

- Cả quá trình đồng hóa CO2 ở cây thực vật C3 và C4 đều bắt đầu bằng sự hấp thụ CO2 thông qua lỗ thông khí trên lá của thực vật. Sau đó, các phân tử CO2 sẽ được đưa vào quá trình pha sáng để tạo ra các sản phẩm trung gian.

+ Cả hai quá trình đều tạo ra sản phẩm 3-phosphoglycerate (3-PGA) như là sản phẩm đầu ra của giai đoạn cơ bản đầu tiên của quang hợp, gọi là giai đoạn Calvin.

+ Các phân tử CO2 và RuBP (ribulose 1,5-bisphosphate) sẽ được sử dụng để tạo ra hai phân tử 3-PGA bởi sự trung hòa của enzyme Rubisco.

+ Các phân tử 3-PGA được chuyển đổi tiếp thành glyceraldehyde-3-phosphate (G3P)  được sử dụng để sản xuất các hợp chất hữu cơ như glucose và fructose.

3. VẬN DỤNG (7 câu)

Câu 1. Làm thế nào quá trình quang hợp được ứng dụng trong sản xuất thực phẩm?

Trả lời:

Quá trình quang hợp cho phép thực vật sản xuất năng lượng từ ánh sáng mặt trời để tổng hợp các chất hữu cơ, chẳng hạn như đường, protein và chất béo. Các thực phẩm có nguồn gốc thực vật như trái cây, rau củ, hạt và ngũ cốc đều chứa các chất này, cho thấy quá trình quang hợp đóng vai trò quan trọng trong sản xuất thực phẩm.

Câu 2. Làm thế nào quá trình quang hợp ảnh hưởng đến môi trường và sự phát triển của cây trồng?

Trả lời:

Quá trình quang hợp sản xuất oxy và làm giảm lượng CO2 trong khí quyển. Nó cũng làm giảm lượng nước được giải phóng trong quá trình hô hấp của thực vật. Sự thay đổi này có thể ảnh hưởng đến môi trường, đặc biệt là với các loại cây trồng được trồng trên diện tích rộng. 

Ngoài ra, sự ảnh hưởng của ánh sáng, nhiệt độ và môi trường khí quyển khác cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và sự phát triển của cây trồng.

Câu 3. Tại sao giữa trưa nắng, ánh sáng đồi dào nhưng cường độ quang hợp lại giảm? 

Trả lời:

- Do vào trưa nắng, cường độ thoát hơi nước mạnh nên tế bào lỗ khí mất nước bằng lỗ khí đóng làm quá trình trao đổi khí ngưng trệ.

- Vào buổi trưa, mặc dù ánh sáng dồi dào nhưng tỉ lệ các bước sóng ngắn tăng nên các sắc tố quang hợp ít hấp thu.

- Khi ánh sáng mạnh tương đương nhiệt độ cao làm ảnh hưởng đến hoạt động của hệ enzyme.

Câu 4. Quang hợp có ảnh hưởng như thế nào đến sản lượng nông sản, và hãy đưa ra một ví dụ về việc áp dụng kiến thức quang hợp trong cải thiện năng suất cây trồng? Cho ví dụ?

Trả lời:

Quang hợp ảnh hưởng trực tiếp đến sản lượng nông sản bởi quá trình này tạo ra chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của những cây trồng. 

Ví dụ: áp dụng kiến thức quang hợp, nông dân có thể chọn giống cây ưu việt có năng suất cao hơn, sử dụng biện pháp điều chỉnh ánh sáng, nhiệt độ và hàm lượng CO2 để tăng hiệu quả quang hợp, qua đó cải thiện năng suất cây trồng.

Câu 5. Làm thế nào biến đổi khí hậu, đặc biệt là tình trạng hạn hán, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và hậu quả của nó đối với nông nghiệp?

Trả lời:

Biến đổi khí hậu, như hạn hán, ảnh hưởng đến quang hợp bởi nó làm giảm khả năng tiếp nhận CO2 của cây trồng do khép lại lỗ khẩu. Điều này dẫn đến giảm quá trình quang hợp, tốc độ sinh trưởng chậm lại và giảm năng suất. Hậu quả đối với nông nghiệp là mất mùa, thiếu lương thực và ảnh hưởng tiêu cực đến sự phát triển kinh tế.

Câu 6. Hãy giải thích tầm quan trọng của quang hợp trong việc giảm bớt khí thải CO2 và ngăn chặn hiệu ứng nhà kính, đặc biệt trong thành phố lớn?

Trả lời:

- Quang hợp đóng vai trò quan trọng trong việc giảm bớt khí thải CO2 bởi cây trồng tiếp nhận CO2 để thực hiện quá trình này. 

- Giảm lượng CO2 trong không khí giúp ngăn chặn hiệu ứng nhà kính, ổn định hệ thống khí hậu của Trái Đất. 

- Trong thành phố lớn, việc xanh hóa môi trường bằng cách trồng cây xanh giúp tăng diện tích quang hợp, làm giảm ô nhiễm không khí và cải thiện chất lượng môi trường sống.

Câu 7. Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là gì? Hãy kể tên một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ này?

Trả lời:

- Hiện nay, sử dụng ánh sáng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời là công nghệ mới giúp con người có thể chủ động tạo được nguồn ánh sáng có cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với quá trình quang hợp ở từng loại cây trồng.

- Một số cây trồng áp dụng công nghệ này là

+ Rau: Xà lách, củ cải, ớt, cải xoăn, củ cải, cà rốt, hành tây, cà chua và đậu bụi.

+ Các loại thảo mộc : rau mùi, húng quế, rau mùi tây, oregano, hoa oải hương và hương thảo.

+ Hoa: Hoa phong lữ, cây dã yên thảo, hoa hồng, alyssum và hoa cúc, hoa lan.

+ Trái cây: Cam quýt, dâu tây, quả việt quất và táo.

+ Cây trồng trong nhà : cây nhôm, dương xỉ măng tây, hoa lan và cây nhện.

+ Các loài xương rồng: Ngọc bích, lô hội, cây gấu trúc, cây ngựa vằn…

4. VẬN DỤNG CAO (3 câu)

Câu 1. Làm thế nào các thực vật phản ứng với sự thay đổi ánh sáng để điều chỉnh việc hấp thụ và sử dụng năng lượng mặt trời hiệu quả trong quá trình quang hợp?

Trả lời:

Các thực vật có các protein cảm biến ánh sáng nhạy cảm, gọi là phytochrome, có khả năng phát hiện được sự thay đổi trong độ dài sóng ánh sáng và chuyển đổi sang một dạng khác để tương tác với các gen trong tế bào thực vật. Điều này cho phép thực vật điều chỉnh quang hợp và hoạt động của các quá trình sinh học khác để tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng mặt trời.

Câu 2. Tính toán lượng oxy mà một cây sồi lớn thải ra trong vòng một năm? Biết rằng cây sồi có diện tích lá là 2000m² và tỷ lệ khí CO2/O2 trong không khí là 0,5

Trả lời:

Để tính toán lượng oxy mà cây sồi thải ra trong vòng một năm, ta cần tính toán lượng CO2 mà cây hấp thụ trong vòng một năm, bằng cách sử dụng tỷ lệ khí CO2/O2 trong không khí. Với diện tích lá là 2000m², ta ước tính rằng cây sồi có khả năng hấp thụ khoảng 220 kg CO2 mỗi năm. Từ đó, ta có thể tính toán lượng O2 mà cây thải ra bằng cách áp dụng phương trình hóa học của quá trình quang hợp:

6 CO2 + 6 H2O + năng lượng ánh sáng => C6H12O6 + 6 O2

Theo phương trình trên, mỗi 6 phân tử CO2 được hấp thụ sẽ tạo ra một phân tử đường và sáu phân tử O2. 

Do đó, với 220 kg CO2 bị hấp thụ bởi cây sồi mỗi năm, ta có thể tính toán rằng cây sồi sẽ thải ra khoảng 132 kg O2 mỗi năm.

Câu 3. Làm thế nào các chất điều tiết như cytokinin, auxin và ethylene tác động lên quá trình quang hợp ở thực vật? Cho ví dụ?

Trả lời:

Các chất điều tiết này có khả năng ảnh hưởng đến việc sản xuất chlorophyll, phân bổ năng lượng và quản lý quá trình đóng mở lỗ thông khí trên lá, ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật. 

 Ví dụ, cytokinin có khả năng tăng tốc độ phân chia tế bào và kích thích quá trình phát triển lá, trong khi đó ethylene lại làm chậm tốc độ phát triển của lá.