Quang hợp là gì? Thực vật thực hiện quá trình quang hợp và hô hấp như thế nào? Nêu ý nghĩa và chức năng của quang hợp? Đây là một trong những vấn đề phổ biến nhất. Vì quá trình quang hợp sẽ giúp cung cấp oxy cho con người và động vật tồn tại trên Trái đất. Vì vậy muốn hiểu rõ hơn về các nguyên tố và đặc điểm của quá trình quang hợp, mời các bạn chú ý theo dõi phần giới thiệu chi tiết của bài viết này.
Nội dung bài viết
Định nghĩa của quang hợp là gì?
Quang hợp hay đơn giản là quang hợp là sự tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ đơn giản như carbon dioxide và nước dưới năng lượng ánh sáng mặt trời của thực vật, tảo và một số vi khuẩn, do đó tạo ra các hợp chất hữu cơ có thể được sử dụng làm nguồn thực phẩm và một quá trình nguồn thực phẩm. cho hầu hết các sinh vật trên trái đất.
Xem thêm: Quang hợp là gì
Trong quá trình quang hợp, năng lượng ánh sáng mặt trời được diệp lục hấp thụ để tổng hợp cacbohydrat và giải phóng ôxy từ khí cacbonic và nước.
Các phương trình tổng quát cho quá trình quang hợp
6 co2 + 12 h2o → c6h12o6 + 6 h2o + 6 o2
Năng lượng được sử dụng trong quang hợp là quang năng (năng lượng trong phạm vi 380-750 nm tính từ ánh sáng mặt trời nhìn thấy)
Thành phần hóa học của quang hợp là gì?
Quang hợp là một quá trình oxy hóa khử, và khi quá trình quang hợp xảy ra, quá trình khử CO2 và oxy hóa nước cũng xảy ra. Trong phản ứng oxy hóa khử của quá trình quang hợp, năng lượng của ánh sáng mặt trời chia tách các phân tử nước và khử khí cacbonic thành đường giàu năng lượng. Nói cách khác, các ion h + và các electron từ sự phân ly của các phân tử nước được trao cho CO2 để tạo thành các hợp chất khử với các đơn vị cơ bản (ch2o), và trong quá trình này chiếu năng lượng từ ánh sáng mặt trời. Trong quang hợp, cần chú ý đến cơ chế hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời, cũng như cơ chế chuyển hydro và electron từ nước thành khí cacbonic.
Vai trò của quang hợp có quan trọng không?
Quá trình quang hợp đóng một vai trò quan trọng đối với sự sống của sự sống trên Trái đất. Tất cả sự sống trên hành tinh của chúng ta đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp. Dưới đây là 3 vai trò quan trọng nhất của quang hợp trong hệ thực vật.
- Chất hữu cơ tổng hợp. Sản phẩm của quang hợp tạo ra nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, nguyên liệu cho công nghiệp, làm thuốc chữa bệnh cho con người.
- Sức mạnh. Năng lượng trong ánh sáng mặt trời được hấp thụ và chuyển hóa thành hóa năng trong các liên kết hóa học. Đây là nguồn cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của sinh vật.
- Cung cấp o2. Quá trình quang hợp của cây xanh hấp thụ khí cacbonic và thải ra khí oxi giúp điều hòa không khí, giảm hiệu ứng nhà kính, mang lại không khí trong lành cho trái đất và cung cấp oxi cho các sinh vật khác.
- Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú cho nhu cầu dinh dưỡng của mọi sinh vật trên Trái Đất.
- Quang hợp có vai trò quyết định trong việc đảm bảo cân bằng tỉ lệ o2 / co2 trong khí quyển và duy trì hoạt động sống của mọi sinh vật trên trái đất.
- Cung cấp lương thực và thực phẩm cho con người, khoảng 80% nhu cầu dinh dưỡng của con người là từ thực vật
- Cung cấp nguồn nhiên liệu rất phong phú cho mọi hoạt động sản xuất của con người trên Trái đất (than, dầu, củi, than bùn, khí tự nhiên).
- Cung cấp nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú và đa dạng cho các ngành công nghiệp gỗ, công nghiệp dệt may, công nghiệp giấy, công nghiệp thuốc lá, công nghiệp mía đường và các ngành công nghiệp khác …
- Quang hợp cung cấp một lượng lớn vật chất hữu cơ để xây dựng sinh vật.
- Diện tích bề mặt lớn giúp lá hấp thụ nhiều ánh sáng hơn
- Lưỡi dao mỏng để khí ra vào dễ dàng.
- Biểu bì của lá chứa các tế bào khí khổng cho phép khí cacbonic khuếch tán bên trong lá đến lục lạp.
- Tế bào dạng giậu giàu chất diệp lục nằm ngay dưới lớp biểu bì ở mặt trên của lá và hấp thụ trực tiếp ánh sáng chiếu vào mặt trên của lá.
- Trong lá có nhiều tế bào chứa diệp lục, là bào quan để quang hợp.
- Hấp thụ năng lượng ánh sáng thông qua chất diệp lục
- Tích trữ năng lượng trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới dạng các điện tử kích thích (e-)
- Cung cấp năng lượng cho trung tâm phản ứng
- Chuyển đổi năng lượng trung tâm thành năng lượng hóa học (tính bằng atp, nadph2).
- Chất diệp lục hấp thụ photon và chuyển electron sang trạng thái kích thích.
- Điện tử này sẽ được tập trung ở trung tâm phản ứng p700 và chuyển đến chất nhận điện tử sơ cấp.
- Các điện tử tiếp tục được chuyển qua plastocyanin thành ferredoxin (fd) đến phức hợp cytochrome và sau đó đến chất diệp lục. Quá trình này giải phóng 1 atp
- Quá trình này diễn ra theo chu kỳ khi các điện tử được trả lại cho chất diệp lục và một phần năng lượng được sử dụng để phosphoryl hóa gắn vào atp
- Chu trình C3 là chu trình cơ bản nhất trong giới thực vật và tồn tại ở tất cả các loài thực vật, không phân biệt cao hay thấp, dù là c3, c4 hay thực vật
- Tạo ra nhiều sản phẩm sơ cấp của quá trình quang hợp trong chu kỳ. Đó là các hợp chất c3, c4, c5, c6… Các chất này là nguyên liệu để tổng hợp các sản phẩm quang hợp thứ cấp là đường, tinh bột, axit amin, protein… tùy theo tính chất của sản phẩm. Mặc dù các sản phẩm phụ của quá trình thu hoạch và xuất khẩu là khác nhau, chúng đều có nguồn gốc từ các sản phẩm sơ cấp của quá trình quang hợp.
- Tăng diện tích lá hấp thụ ánh sáng là tăng diện tích quang hợp dẫn đến tăng tích lũy chất hữu cơ trong cây và tăng năng suất cây trồng.
- Biện pháp tăng diện tích lá: Áp dụng các biện pháp nông học như bón phân, tưới nước hợp lý và thực hiện các biện pháp chăm sóc phù hợp với giống cây trồng và loài cây.
- Cường độ quang hợp là chỉ tiêu đánh giá hiệu quả của bộ máy quang hợp (lá).
- Kiểm soát hoạt động quang hợp của lá thông qua các biện pháp nông học như cung cấp nước, bón phân và chăm sóc hợp lý. Có thể tăng khả năng quang hợp
- Chọn và lai tạo các giống cây trồng mới có cường độ quang hợp cao.
- Các loài thực vật có mức phân bố quang hợp cao được chọn làm bộ phận có giá trị kinh tế (hạt, củ, quả, lá, v.v.)
- Thực hành nông học (ví dụ: bón phân hợp lý).
Tầm quan trọng của quá trình quang hợp của thực vật
Các sinh vật sống nhờ năng lượng do quang hợp tạo ra thường là nhân tố chính trong chuỗi thức ăn tự nhiên. Các sinh vật còn lại sẽ sử dụng các sản phẩm của quá trình quang hợp để đáp ứng nhu cầu tồn tại của chúng.
Có thể nói, quang hợp là một chuỗi phản ứng hóa học quan trọng và không thể thiếu. Nó tạo ra năng lượng cho cuộc sống. Bồi thường cho các chất hữu cơ đã sử dụng trong suốt cuộc đời. Giúp cân bằng oxy và carbon dioxide trong không khí. Cụ thể, tầm quan trọng của quang hợp đối với sinh vật và con người như sau:
* Quá trình quang hợp ở cây xanh có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với hoạt động sống của mọi sinh vật trên trái đất, kể cả con người.
Quang hợp rất quan trọng đối với con người. Quang hợp:
Vì vậy, thực vật có sứ mệnh to lớn đối với sự sống trên trái đất do quá trình quang hợp của chúng. Nói cách khác, quang hợp là một quá trình duy nhất mà tất cả các hoạt động sống đều phụ thuộc vào đó.
Phân tích lá của các cơ quan thực hiện quang hợp
Mặc dù quang hợp có thể xảy ra ở tất cả các bộ phận xanh có chứa diệp lục của thực vật, nhưng cơ quan chính chứa một lượng lớn diệp lục là lá, vì vậy lá xanh là cơ quan chính để quang hợp. Lá còn có mạng lưới mạch máu dày đặc có chức năng dẫn nước và muối khoáng để quang hợp và vận chuyển các sản phẩm quang hợp đến các cơ quan khác.
Đặc điểm của lá thích nghi với quá trình quang hợp
Đặc điểm bên ngoài của lá
Đặc điểm bên trong của lá
Tế bào mô xốp chứa ít diệp lục hơn tế bào mô giậu nằm ở mặt dưới của lá. Trong mô xốp có nhiều khoảng trống để oxy dễ dàng khuếch tán vào tế bào chứa sắc tố quang hợp.
Gân lá có các mạch máu dẫn, gồm mạch gỗ và ống rây, từ bó mạch ở cuống lá đến mô lá và các tế bào khác, giúp nước và các ion khoáng đến từng tế bào và thực hiện chức năng của nó. quang hợp.
Chức năng và thành phần của hệ sắc tố quang hợp của lá
Làm thế nào để thực vật quang hợp? Đó là nhờ sự hiện diện của chất diệp lục cũng như carotenoit trong hệ thống sắc tố quang hợp của lá. Lá cây hấp thụ ánh sáng mặt trời và giúp sắc tố diệp lục hấp thụ năng lượng để quang hợp ở cây xanh. Hệ sắc tố quang hợp của lá gồm hai thành phần chính là diệp lục và carôtenôit.
Trong nhóm tảo và thực vật thủy sinh, có thêm sắc tố phycobilin. Phicobilins là một nhóm sắc tố quan trọng trong tảo và thực vật thủy sinh. Phicobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng xanh lục (550 nm) và vàng (612 nm).
Chất diệp lục
Chất diệp lục là một sắc tố hấp thụ ánh sáng xanh lam (430 nm) và đỏ (662 nm). Chất diệp lục rất quan trọng để hấp thụ ánh sáng xanh và đỏ trong quá trình quang hợp. Chất diệp lục bao gồm 2 nhóm:
Chất diệp lục a: Đây là các phân tử p700 và p680 trong chất diệp lục a. Các phân tử này sẽ tham gia trực tiếp vào quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã hấp thụ thành năng lượng ATP và nadph.
Chất diệp lục b: Chất diệp lục b liên kết với chất diệp lục a khác thông qua các phân tử p700 và p680 ở trung tâm truyền và hấp thụ năng lượng ánh sáng.
Carotenoid
Đang xem: Make up là gì và cấu trúc cụm từ Make up trong câu Tiếng Anh
Carotenoid được biết là truyền năng lượng cho diệp lục a và diệp lục b. Carotenoid bao gồm xanthine và carotenoids, là những sắc tố thứ cấp cho quá trình quang hợp. Caroten hấp thụ ánh sáng ở bước sóng từ 446 đến 476 nm, và lutein hấp thụ ánh sáng ở bước sóng từ 451 đến 481 nm. Carotenoid cũng bảo vệ hệ thống quang hợp khỏi bị cháy nắng khi có ánh sáng mặt trời cường độ cao.
Sơ đồ truyền năng lượng:
Carotenoids 🡪chlorophyll b chlorophyll a🡪 chlorophyll a nằm ở trung tâm phản ứng.
– Chất diệp lục b: c55h72o6n4mg
– Lutein c40h56on
– Hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời
– truyền năng lượng ánh sáng đến trung tâm phản ứng
-Tham gia chuyển đổi năng lượng ánh sáng hấp thụ thành năng lượng trong các liên kết hóa học atp, nadph
– chỉ hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển nó đến trung tâm phản ứng
– Tham gia vào quá trình lọc ánh sáng và bảo vệ chất diệp lục.
Các giai đoạn của quá trình quang hợp
Quang hợp diễn ra trong bào quan lục lạp và bao gồm hai giai đoạn: sáng và tối
Pha sáng: Là pha liên quan đến ánh sáng, bao gồm quá trình hấp thụ ánh sáng và kích thích sắc tố, kèm theo sự biến đổi năng lượng lượng tử thành dạng năng lượng hóa học ở dạng hạt. Các hợp chất dự trữ năng lượng ATP và các hợp chất khử nadph2.
Pha tối: là pha không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng, bao gồm quá trình tổng hợp chất hữu cơ sử dụng ATP và nadph2 trong chu trình Calvin.
6co2 + 12 [h2] → c6h12o6 + 6h2o
Photophase và chất diệp lục tham gia vào quá trình quang hợp
Photophase xảy ra trong hệ thống thylakoid chứa các sắc tố quang hợp và bao gồm hai giai đoạn liên tục, quang lý và quang hóa. Ở giai đoạn này, các quá trình sau sẽ diễn ra:
Giai đoạn siêu vật lý
Chất diệp lục có khả năng hấp thụ ánh sáng mạnh mẽ. Khi một lượng tử ánh sáng (photon) chạm vào chất diệp lục, nó sẽ bị hấp thụ và năng lượng được chuyển cho các electron của phân tử chất diệp lục, chuyển chúng sang trạng thái kích thích ở mức năng lượng cao hơn nhưng không ổn định. Các electron bị kích thích không ổn định và ngay lập tức trở lại trạng thái ban đầu đồng thời giải phóng năng lượng bị hấp thụ. Trong diệp lục phân lập từ tế bào, khi bị chiếu xạ, diệp lục hấp thụ năng lượng và giải phóng ngay dưới dạng huỳnh quang hoặc nhiệt, nhưng nếu chất diệp lục trong lục lạp còn nguyên trong tế bào thì năng lượng lấy từ năng lượng trong phân tử diệp lục. . Trạng thái kích thích được chuyển từ phân tử này sang phân tử khác, đến trung tâm phản ứng rồi chuyển đến chất nhận electron để tham gia chuỗi phản ứng, chuyển hóa thành năng lượng cho tế bào sử dụng
Giai đoạn quang hóa
Có hai quá trình thu năng lượng từ các electron bị kích thích: quá trình photophosphoryl hóa theo chu kỳ và quá trình photophosphoryl hóa mạch vòng.
Quang photphoryl hóa theo chu kỳ: trung tâm phản ứng là p700
Sự phosphoryl hóa theo chu kỳ là hình thức quang hợp đầu tiên, hình thức duy nhất ở hầu hết các vi khuẩn quang hợp, và quá trình này không hiệu quả về năng lượng (khoảng 25 kcal / m).
Quá trình photophosphoryl hóa mạch hở:
Tham khảo: Cung Kim Ngưu – Tính cách, Sự nghiệp & Tình yêu năm 2022
Gồm: quang hệ i, quang hệ ii và quang phân của nước. Đây là một cơ chế thu hoạch năng lượng hiệu quả hơn.
Tâm phản ứng của quang hệ i là p700 (phân tử diệp lục có cực đại hấp thụ ở 700 nm), còn tâm phản ứng của quang hệ ii là p680 (phân tử diệp lục có cực đại hấp thụ ở bước sóng 680 nm). Chúng hấp thụ hai photon để chuyển sang trạng thái kích thích. Năng lượng hấp thụ này sẽ được sử dụng cho quá trình phosphoryl hóa để tạo thành ATP và nadph2
Quá trình quang phân trong nước là quá trình bắt đầu quá trình phosphoryl hóa này. Quá trình quang phân của nước như sau:
Vào cuối photophase, 3 sản phẩm được hình thành: atp, nadph2 và oxy. Oxy sẽ được giải phóng vào không khí, đồng thời năng lượng atp và chất khử nadph2 sẽ được sử dụng để khử CO2 trong pha tối của quá trình quang hợp, tạo ra chất hữu cơ cho cây.
Pha tối và sự đồng hóa carbon dioxide trong quang hợp
Pha tối xảy ra ở phần chất nền (chất nền) của lục lạp. Quá trình đồng hóa CO2 xảy ra theo nhiều cách khác nhau tùy thuộc vào hệ thực vật c3, c4 và cam. Trong số đó, sự đồng hóa co2 ở cây c3 xảy ra thông qua chu trình đe (Hình 12), và ở cây c4, sự cố định co2 xảy ra thông qua chu trình giãn nở trong lục lạp của tế bào trung mô. Trong khi quá trình khử co2 xảy ra thông qua chu trình canvil trong lục lạp của tế bào mạch (Hình 13), ở cây cam, sự cố định co2 (chu trình nở-giãn) xảy ra vào ban đêm, trong khi deco2 (chu trình cantilever) xảy ra vào ban ngày (Hình 14 ).
Chu trình Calvin:
Chu trình này có 3 giai đoạn: cố định CO2, khử cacbon và tái tạo chất nhận CO2.
Giai đoạn cố định co2: Dưới tác dụng của ribitol 1,5 bisphosphat carboxylase, co2 kết hợp với phân tử ribitol 1,5 bisphosphat (rubisco) tạo thành hợp chất 6c. Chất này không bền và nhanh chóng bị phân hủy thành 2 hợp chất 3c, 3 photphoglycerat, sản phẩm ổn định đầu tiên của chu trình canxit.
Giai đoạn khử CO2: Sản phẩm đầu tiên là glycerol-3-phosphate, ngay lập tức bị khử thành glyceraldehyd-3p (g3p) với sự tham gia của nadph. Giai đoạn này cần ATP và Nadph2 từ giai đoạn sáng.
Giai đoạn tái sinh của thụ thể co2: g3p có thể được coi là sản phẩm cuối cùng của quá trình quang hợp, vì chất này là thức ăn mà tế bào có thể sử dụng, nhưng khó vận chuyển và dự trữ nên một phần của chất này bị tách ra khỏi quang hợp. Chu trình đi theo hướng tổng hợp glucôzơ, sau đó từ glucôzơ có thể tổng hợp các chất hữu cơ khác, như cacbohydrat, mạch hở, axit béo, axit amin … Phần lớn g3p trải qua một loạt phản ứng phức tạp mới kết thúc. Thụ thể, rubisco, đóng vòng lặp. Giai đoạn này cần 6 atps để tạo ra đủ lượng CO2 tiếp nhận để tạo thành 1 phân tử glucose. Vì vậy, để tổng hợp các phân tử hexose theo chu trình Calvin, pha sáng cần cung cấp 18 phân tử ATP và 12 nadph2 (tỉ lệ 3/2). Đây là giai đoạn ánh sáng phải đảm bảo đủ năng lượng. Nếu vì lý do nào đó mà thiếu năng lượng thì quá trình khử khí cacbonic bị kìm hãm.
Ý nghĩa của chu trình Calvin
Vòng lặp chùng chậm (vòng lặp c4):
Chất nhận co2 đầu tiên là phosphoenolpyruvate (pep), sản phẩm quang hợp sơ cấp là oxaloacetate (aoa), 4 nguyên tố tiếp theo, aoa có thể bị khử thành malate hoặc có thể được kết thúc thành axit amin aspartate. Malate được chuyển từ tế bào trung mô sang tế bào vỏ mạch.
Quang hợp rõ ràng bị ảnh hưởng bởi các điều kiện bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ, co2, nước, chất khoáng … Hoạt động quang hợp quyết định 90-95% năng suất cây trồng, vì vậy cần phải có các biện pháp. Điều chỉnh quang hợp thích nghi với điều kiện ngoại cảnh nâng cao năng suất cây trồng, phục vụ đời sống con người.
So sánh quang hợp và hô hấp
Quang hợp và hô hấp là hai khái niệm thường được kết hợp với nhau. Đôi khi có sự nhầm lẫn giữa hai khái niệm này, vì vậy hãy cùng làm rõ từng khái niệm qua bảng dưới đây.
– Hô hấp kỵ khí
– Vòng lặp Crepe
– Chuỗi vận chuyển điện tử
Quang hợp và năng suất cây trồng
Phân tích thành phần hóa học của sản phẩm thực vật: c chiếm 45%, o chiếm 42%, h chiếm 6,5%. Tổng 3 nguyên tố này chiếm 90-95% (được tách ra từ co2 và h2o nhờ quá trình quang hợp), còn lại 5-10% là nguyên tố khoáng. Quang hợp quyết định năng suất cây trồng.
Năng suất sinh học là tổng lượng chất khô tích lũy mỗi ngày trên 1 ha đất trồng trong mùa sinh trưởng.
Cách cải thiện năng suất cây trồng thông qua kiểm soát quang hợp:
Tăng diện tích lá
Tăng khả năng quang hợp
Tăng hệ số kinh tế
Đó là tất cả về quá trình quang hợp là gì, ý nghĩa, chức năng và cách thức hoạt động của nó. Hy vọng sau khi đọc xong bài viết này, các bạn sẽ hiểu được khí oxy được tạo ra từ đâu và cùng nhau thực hiện để góp phần bảo vệ môi trường và cây xanh, giúp sự sống tồn tại và phát triển.
Đang xem: Hướng dẫn, thủ thuật về Wiki – Thuật ngữ