TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT LUẬN VĂN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 1 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU 3 I - Lí do chọn đề tài: 3 II. Mục đích nghiên cứu 4 III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4 IV. Giả thuyết khoa học 4 V. Nhiệm vụ nghiên cứu 5 VI. Phương pháp nghiên cứu 5 VII. Dự kiến tính mới đề tài 5 VIII. Dàn ý nội dung được kết cấu: 5 B .NỘI DUNG 6 I . Khái quát chung về quang hợp 6 1.1. Định nghĩa quang hợp 6 1.2. Phương trình tổng quát của quang hợp 6 1.3. Vai trò của quang hợp 7 II. Cấu trúc và chức năng của bộ máy quang hợp. 9 2.1. Lá là cơ quan quang hợp 9 2.1.2. Giải phẫu của lá 11 2.2. Lục lạp 12 2.2.1.Cấu trúc lục lạp 12 2.2.2. Hình thái, số lượng, kích thước của lục lạp 13 2.2.3. Các loại lục lạp 14 2.2.4 thành phần hóa học của lục lạp: 15 2.2.5 chức năng của lạp lục 15 2.3. Cấu tạo và chức năng của các hệ sắc tố: 16 2.3.1. Cấu tạo và chức năng của nhóm sắc tố xanh- diệp lục 16 2.3.2. Nhóm sắc tố vàng - Carotenoit 21 2.3.3. Nhóm sắc tố xanh ở thực vật bậc thấp: phycobilin 24 2.3.4. Nhóm antoxyan – Các sắc tố dịch bào 25 III. Cơ chế quang hợp 25 3.1. Pha sáng 25 3.1.1. Giai đoạn quang vật lí 26 2.1.2.Giai đoạn quang hóa học 29 3.2.2. Con đường đồng hóa CO2 của thực vật C4 38 3.2.3. Con đường đồng hóa CO2 của thực vật CAM 43 Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 2 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT IV. Quang hợp và năng suất cây trồng 45 4.1. Ảnh hưởng quang hợp đến năng suất cây trồng 45 4.2.Biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua hoạt động quang hợp 48 C. KẾT LUẬN 55 D: Tài liệu tham khảo 56 A. MỞ ĐẦU I - Lí do chọn đề tài: Sự phát triển của khoa học-kĩ thuật là kết quả của quá trình nghiên cứu, tìm tòi sáng tạo của loài người trên nhiều lĩnh vực khác nhau như toán học, hóa học, lí học, sinh học… Sinh học là khoa học nghiên cứu về thế giới sinh vật trong tự nhiên. Có nhiều loại sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi khuẩn, nấm … Sinh học được chia làm nhiều phân môn như: động vật không xương sống, động vật có xương sống, phân loại thực vật, hình thái giải phẫu, sinh lí thực vật, hóa-sinh, giải phẫu sinh lí người … Sinh lí thực vật là một môn khoa học nghiên cứu về các hoạt động sinh lí xảy ra trong cơ thể thực vật, mỗi quan hệ giữa các điều kiện sinh thái với các hoạt động sinh lí của cây để cho ta khả năng điều chỉnh thực vật theo hướng có lợi cho con người. Các hoạt động sinh lí trong cây rất phức tạp, trong đó quá trình quang hợp là quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ cung cấp cho các hoạt động sống của cây và cung cấp một lượng lớn O 2 cho sự sống của các sinh vật trên trái đất, đảm bảo sự cân bằng tỉ lệ O 2 /CO 2 trong khí quyển thuận lợi cho các hoạt động sống của mọi sinh vật. Đối với con người quang hợp có vai trò vô cung to lớn cung cấp một nguồi năng lượng, nguyên liệu vô cùng phong phú và đa Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 3 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT dạng cho mọi nhu cầu của con người trên trái đất…Quang hợp là một quá trình độc nhất có khả năng biến những “chất không ăn được” thành “chất ăn được”, một quá trình mà tất cả hoạt động sống đều phụ thuộc vào nó. Cơ chế xảy ra của quá trình quang hợp như thế nào? Ảnh hưởng của quang hợp đến năng suất cây trồng như thế nào? Nhiều câu hỏi được đặt ra cho các nhà khoa học từ đó đề ra các biện pháp để nâng cao năng suất cây trồng thông qua điều chỉnh hoạt dộng quang hợp của cay trồng. Đặc biệt là nghiên cứu đề tài này không chỉ giúp em trả lời những thắc mắc, giải thích được một số hiện tượng thường gặp. Đây còn là cơ sở giúp em hiểu rõ nắm chắc kiến thức làm nền tảng cho việc giảng dạy sau này. Xuất phát từ những lí do trên nên tôi chọn đề tài “Tìm hiểu quang hợp của thực vật ” II. Mục đích nghiên cứu - Nắm vững cơ sở lí thuyết của quá trình quang hợp - Tìm hiểu các biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Quá trình quang hợp ở thực vật - Phạm vi nghiên cứu: Sự quang hợp ở thực vật IV. Giả thuyết khoa học Trên cơ sở lí thuyết quá trình quang hợp ở thực vật thì giúp ngườ đọc thấy rõ cơ chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật và biết cách điều chỉnh hoạt động quang hợp của cây trồng theo hướng có lợi cho con người. Từ đó làm tăng sự hứng thú và lòng say mê nghiên cứu khoa học, đặc biệt là môn sinh học. Đồng thời kích thích sự sáng tạo, tìm tòi kiến thức sinh lí học thực vật và kiến thức sinh học nói chung của sinh viên, đặc biệt là sinh viên chuyên ngành sinh-hóa. V. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 4 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT - Tìm hiểu việc điều chỉnh hoạt động quang hợp của cây trồng theo hướng có lợi cho con người. VI. Phương pháp nghiên cứu Tìm hiểu các kiến thức lí thuyết thông qua giáo trình sinh lý thực vật, các tài liệu sách báo, internet… kết hợp với bài giảng của giáo viên. VII. Dự kiến tính mới đề tài Đề tài đi sâu nghiên cứu quá trình quang hợp ở thực vật, từ đó làm rõ cơ chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật giúp người đọc dễ hiểu và từ đó giúp con người biết cách điều chỉnh quá trình quang hợp ở cây xanh để nâng cao năng suất cây trồng. VIII. Dàn ý nội dung được kết cấu: Gồm 4 mục: I. Khái quát chung về quang hợp ở thực vật II. Cấu trúc, chức năng của bộ máy quang hợp III. Cơ chế quá trình quang hợp IV. Quang hợp và năng suất cây trồng Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 5 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT B .NỘI DUNG I . Khái quát chung về quang hợp 1.1. Định nghĩa quang hợp - Định nghĩa quang hợp một cách đơn giản như sau: Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản là CO 2 và H 2 O dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng Mặt Trời và sự tham gia của sắc tố diệp lục . - Xét về bản chất của quá trình biến đổi năng lượng trong quang hợp có thể định nghĩa: Quang hợp là quá trình biến đổi quang năng thành hóa năng xảy ra ở thực vật. - Xét về bản chất hóa học thì quang hợp là quá trình oxi hóa khử, trong đó CO 2 được khử thành sản phẩm quang hợp. 1.2. Phương trình tổng quát của quang hợp + Phản ứng tổng quát chung của quang hợp được viết: CO 2 + H 2 O [CH 2 O] +O 2 Sản phẩm quan trọng nhất của quang hợp là đường glucozơ. Để tổng hợp 1 phân tử glucozơ phải cần 6 phân tử CO 2 và 6 phân tử H 2 O nên ta có phương trình tổng quát của quang hợp . 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + Quả trình quang hợp được chia làm 2 pha: pha sáng và pha tối Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 6 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT 12 H 2 O 12[H 2 ] + 6O 2 (pha sáng ) 6CO 2 + 12[H 2 ] C 6 H 12 O 6 + 6 H 2 O (pha tối ) 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 1.3. Vai trò của quang hợp Quang hợp của cây xanh có một vai trò vô cùng to lớn đối với hoạt động sống của mọi sinh vật trên trái đất , trong đó có con người. + Hoạt động quang hợp cung cấp một nguồn các chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú thỏa mãn mọi nhu cầu về dinh dưỡng của moi sinh vật trên trái đất. Thực vật quang hợp sản xuất ra các chất hữu cơ đáp ứng cho như cầu của chình mình và còn cung cấp cho các sinh vật khác không có khả năng quang hợp như động vật, con người… Năng lượng ánh sáng được tích lũy vào các chất hữu cơ lại được các sinh vật sử dụng cho các hoạt động sống của mình + Hoạt động quang hợp bảo đảm sự cân bằng tỉ lệ O 2 /CO 2 trong khí quyển thuận lợi cho các hoạt động sống của mọi sinh vật. Tất cả sinh vật đều hấp thụ O 2 để hô hấp và lại thải CO 2 vào khí quyển. Ngoài ra, hoạt động phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, sự đốt cháy nhiên liệu trong các nhà máy, các phương tiện giao thông cũng thải một lượng lớn CO 2 đáng kể vào môi trường. Ngược lại thế giới thực vật do hoạt động quang hợp hấp thụ CO 2 trong khí quyển và thải O 2 ra khí quyển, sự trao đổi khí O 2 và CO 2 ngược chiều nhau giữa hai quá trình đó đã bảo đảm một sự cân bằng khá ổn định về nồng độ Oxi và cacbonic trong khí quyển: nồng độ O 2 ổn định ở mức 21% và CO 2 là 0,03%. Nếu hoạt động quang hợp giảm sút thì nồng độ trong khí quyển CO 2 tăng lên rất nguy hiểm cho sự sống của các sinh vật. Chính vì vậy, cây xanh có vai trò quan trọng là làm trong sạch không khí. • Đối với con người quang hợp có vai trò vô cùng to lớn nữa là: Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 7 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT + Vai trò quang trọng bậc nhất của quang hợp là ở chỗ nhờ có quá trình này mà năng lượng Mặt Trời đã chuyển thành năng lượng hóa học dự trữ cần thiết cho tất cả các sinh vật trên Trái Đất. Người ta đã tính toán thấy rằng thực vật ở dưới nước và trên cạn của thực bì tự nhiên hằng năm tạo ra gần 110 tỉ tấn hữu cơ (trong đó con người khai thác sử dụng gần 80 triệu tấn ) và tổng sản lượng của thực vật trồng trọt hằng năm là 10 tỉ tấn. + Cung cấp một nguồn nguyên liệu rất phong phú cho mọi nhu cầu của con người trên trái đất. Hiện tại, nguồn năng lượng con người sử dụng chủ yếu lấy từ than đá, đầu mỏ, củi, than bùn… Hiện nay con người có sử dụng nguồn năng lượng nguyên tử hoặc ánh sáng, gió… nhưng chưa thể thay thế được than đá và dầu mỏ… Thực vật quang hợp (Năng lượng Mặt Trời) CO 2 + H 2 O [ CH 2 O] + O 2 Hô hấp thực vật, động vật, Vi sinh vật, quá trình phân giải, đốt cháy. Hình 1 – Chu trình CO 2 và O 2 trong tự nhiên. Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 8 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Hình 2: Chu trình CO 2 và O 2 trong thực vật + Hoạt động quang hợp của thực vật đã cung cấp cho con người một nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú và đa dạng cho công nghiệp như công nghiệp gỗ, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp thuốc lá, công nghiệp đường… Sự phát triển của các ngành công nghiệp này hoàn toàn phụ thuộc vào sản phẩm của thực vật, tức là sản phẩm quang hợp. + Với sản xuất nông nghiệp thì quang hợp quyết định 90 95% năng suất cây trồng. Do vậy, muốn cây trồng đạt năng suất cao thì phải điều chỉnh hoạt động quang của chúng bằng các biện pháp kĩ thuật canh tác hợp lí. Tóm lại, quang hợp là một quá trình độc nhất có khả năng biến những chất không ăn được thành những chất ăn được, một quá trình mà tất cả các hoạt động sống đều phụ thuộc vào nó. Hay nói cách khác, nguồn gốc của tất cả nền văn minh hiện nay của loài người đều sản sinh từ công thức đơn giản của quang hợp. II. Cấu trúc và chức năng của bộ máy quang hợp. 2.1. Lá là cơ quan quang hợp 2.1.1. Hình thái của lá - Lá thường có dạng bản và mang đặc tính hướng sáng rõ rệt nên luôn luôn vận động sao cho mặt phẳng của lá vuông góc với tia sáng Mặt Trời để nhận được nhiều nhất năng lượng ánh sáng. - Lá của đa số cây hạt kín gồm 3 bộ phận chính: phiến lá, cuống lá, bẹ lá. + Phiến lá: Là một bản mỏng, rộng, màu lục, gồm các tế bào thịt lá chứa nhiều lạp lục. Lá có 2 mặt: mặt trên và mặt dưới, trên phiến lá có các gân nổi lên làm chức năng vận chuyển nhựa, vận chuyển nước, khoáng,… Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 9 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Hình 9: Cấu tạo của lá + Gân song song hay gân hình cung: Đặc trưng cho các cây một lá mầm. + Gân hình mạng: Đặc trưng cho các cây hai lá mầm. + Gân hình mạng lông chim. + Gân hình mạng chân vịt: Các gân lá từ đầu ngọn cuống lá xòe ra như bàn tay. Hinhf gaan las + Cuống lá: Hình trụ, hơi lõm ở phía trên, là phần nối lá với thân hoặc cành. Ở một số cây, lá không có cuống nên gốc lá đính trực tiếp vào thân( như lá dứa ). + Bẹ lá: Một phần gốc cuống lá phình to thành bẹ lá ôm lấy thân (lá cau, lúa, mía…). Một số họ cây (như họ lúa, họ hoa tán…) có bẹ lá, nhưng nhiều cây lá không có bẹ lá. 2.1.2. Giải phẫu của lá - Mô đồng hóa, nơi xảy ra quá trình quang hợp là mô giậu và mô xốp Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 10 [...]... trình khử CO2 ở pha tối Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa 31 GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT 3.2 Pha tối – các con đường đồng hóa CO 2 trong hợp ở các nhóm thực vật 3.2.1 Con đường đồng hóa CO2 thực vật C3 Các thực vật C3 chỉ tiến hành một chu trình quang hợp là chu trình C 3 hay còn gọi là chu trình Calvin Chu trình cố định do nhà bác học Mĩ Calvin đưa ra từ 1951 Cơ sở của chu trình... tượng huỳnh quang và lân quang là hiên tượng truyền năng lượng giữa các sắc tố Quá trình biến đổi trang thái của sắc tố ở giai đoạn quang vật lí có thể tóm tắt như sau: Chl Clorophin ở trạng thái bình thường thứ cấp + hv Năng lượng ánh sáng Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa Chl* Chl trạng thái kích thích Clorophin ở Clorophin ở 27 trạng thái bền GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Sau... trình C4 (cố định CO2) của quang hợp Lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch chỉ ở trong các tế bào nằm cạnh bó mạch dẫn Chúng có cấu trúc thilacoit kém phát triển, nhưng lại chứa rất nhiều hạt tinh bột Lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch thực hiện chu trình C3 khử CO2 của quang hợp Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa 14 GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Thực vật C3 gồm đa số cây trồng... thành phần chính là protein, các ezim của quang hợp và các sản phẩm trung gian của quá trình quang hợp Tại đây, xảy ra các chu trình quang hợp tức là thực hiện pha tối của quang hợp Hình 12: Sơ đồ cấu trúc của lục lạp thực vật bậc cao 2.2.2 Hình thái, số lượng, kích thước của lục lạp - Hình thái của lục lạp: Lục lạp có hình thái rất đa dạng Ở các loài thực vật bậc thấp (các loại rong, tảo…) vì không... khi quang hợp Thể nền bao bọc quanh các hạt Mỗi lục lạp có từ 40-50 grana với đường kính 4-6 micromet Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa 12 GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Ngoài protein và lipit, các sắc tố quang hợp gồm diệp lục và carotenoit cũng được sắp xếp một cách có định hướng trên màng thilacoit Chức năng của thilacoit là thực hiện biến đổi quang năng thành hóa năng thực. .. thụ của antoxyan bổ sung cho quang phổ hấp thụ của clorophin Khi hấp thụ quang tử ánh sáng, nó biến thành năng lượng quang Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa 24 GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT tử thành dạng nhiệt năng, sưởi ấm cho cây Điều này giải thích tại sao những cây vùng lạnh lại có màu sắc sặc sỡ b, Vai trò của antoxyan - Antoxyan làm tăng quang hợp do tăng hàm lượng CO2 trong... 13 GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Ở các loài thực vật bậc cao, lục lạp thường có hình bầu dục để thuận tiện cho quá trình tiếp nhận ánh sáng mặt trời Khi ánh sáng Mặt Trời quá mạnh, lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình phía ánh sáng - Số lượng của lục lạp: Số lượng lục lạp trong tế bào rất khác nhau ở các loài thực vật khác nhau VD : + Đối với tảo... GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Như vậy, lạp lục là trung tâm hoạt động sinh học và hóa học mà quá trình quang hợp là một trong những quá trình trao đổi chất quang trọng nhất 2.3 Cấu tạo và chức năng của các hệ sắc tố: 2.3.1 Cấu tạo và chức năng của nhóm sắc tố xanh- diệp lục a, Cấu trúc của diệp lục - Có 5 loại diệp lục: a, b, c, d, e Ở thực vật thượng đẳng chỉ có hai loại... Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Hình 16: Cấu trúc của β – caroten Trong thực vật thường có 3 loại: α, β, γ caroten Nếu cắt đôi phân tử caroten ta có 2 phân tử vitamin A, nên caroten được xem là tiền đề vitamin A.Có rất nhiều cơ quan thực vật có hàm lượng caroten (vitamin A) rất cao như quả gấc, đu đủ chín,củ cà rốt… Đây là nguồn vitamin quan trọng cung cấp cho con người Bước sóng hấp thụ caroten ở. .. An,K31 Sinh - Hóa 30 GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT + Con đường đi điện tử ở chu trình này là e từ clorophinchuyeenr đến khử NADP và e trở về clorophin là e của nước + Về sản phẩm của chu trình photphorin hóa không vòng là ATP, NADPH2, O2 + Hệ sắc tố tham gia là PSII đây là hệ sắc tố sóng ngắn và cả sóng dài (λ < 680nm) Ở thực vật, trong hai chu trình photphorin hóa vòng và . TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT LUẬN VĂN ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 1 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT MỤC LỤC A. MỞ ĐẦU. tượng nghiên cứu: Quá trình quang hợp ở thực vật - Phạm vi nghiên cứu: Sự quang hợp ở thực vật IV. Giả thuyết khoa học Trên cơ sở lí thuyết quá trình quang hợp ở thực vật thì giúp ngườ đọc thấy. chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương 4 TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT - Tìm hiểu việc điều chỉnh hoạt động quang hợp của cây trồng