Bài 10. Ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp

BÀI 10: ẢNH HƯỞNG CỦA NHÂN TỐ NGOẠI CẢNH ĐẾN QUANG HỢP

PHẦN I. KIẾN THỨC

- Sự ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp tùy thuộc vào đặc điểm của giống và loài cây. Trong tự nhiên, các yếu tố môi trường không tác động riêng rẽ mà tác động một cách tổng hợp lên quang hợp. Có thể điều khiển quang hợp bằng cách thay đổi các điều kiện này để đạt hiệu quả và năng suất cao nhất.

I. ÁNH SÁNG

- Ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp về 2 mặt: cường độ ánh sáng và quang phổ ánh sáng.

1. Cường độ ánh sáng

- Điểm bù ánh sáng: là cường độ ánh sáng (tối thiểu) mà tại đó cường độ quang hợp = cường độ hô hấp. (Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng)

- Điểm bão hòa ánh sáng: là cường độ ánh sáng tối đa để cường độ quang hợp đạt cực đại. Tại điểm bão hòa ánh sáng, nếu cường độ ánh sáng có tăng hơn thì cường độ quang hợp cũng không tăng lên. Khi tăng cường độ ánh sáng trong khoảng từ Điểm bù ánh sáng đến Điểm bão hòa ánh sáng thì cường độ quang hợp cũng tăng theo tỉ lệ thuận.

- Sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đối với quang hợp phụ thuộc vào nồng độ CO₂:

• Khi nồng độ CO₂ thấp, tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp tăng không nhiều.
• Khi nồng độ CO₂ tăng lên thì tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp tăng lên rất mạnh
• Tại trị số nồng độ CO₂ thích hợp, Khi cường độ ánh sáng đã vượt qua điểm bù. Cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng cho đến điểm bão hòa ánh sáng.
• Tại điểm bão hòa ánh sáng, nếu tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp không tăng. Ngoài ra sự phụ thuộc cùa quang hợp vào cường độ ánh sáng còn phụ thuộc vào đặc trưng sinh thái của loài cây (cây ưa sáng, cây chịu bóng…)

2. Quang phổ ánh sáng

- Các tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau ảnh hưởng không giống nhau đến cường độ quang hợp.

- Quang hợp diễn ra mạnh ở vùng tia đỏ và tia xanh tím:

• Tia xanh tím kích thích sự tổng hợp các aa, prôtêin
• Tia đỏ xúc tiến quá trình hình thành cacbohidrat.

- Thành phần ánh sáng biến động theo thời gian trong ngày. Buổi sáng sớm và buổi chiều, ánh sáng chứa nhiều tia đỏ hơn. Buổi trưa, các tia sáng có bước sóng ngắn hơn (tia xanh, tia tím) tăng  lên.

- Trong rừng rậm, ánh sáng thay đổi theo tán rừng. Dưới tán rừng chủ yếu là ánh sáng khuếch tán, các tia đỏ giảm đi rõ rệt. Cây mọc dưới tán rừng thường chứa nhiều diệp lục b giúp hấp thụ được các tia sáng có bước sóng ngắn hơn.

- Trong môi trường nước, thành phần ánh sáng biến động theo chiều sâu.

II. NỒNG ĐỘ CO₂

- Trong tự nhiên, nồng độ CO2 trung bình là 0,03%.

- Nồng độ CO₂ thấp nhất mà cây quang hợp được: 0,008-0,01%. Dưới ngưỡng này, quang hợp rất yếu hoặc không xảy ra.

- Một nguồn cung cấp CO₂ quan trọng được tạo ra do sự hô hấp của các sinh vật.

- Khi tăng nồng độ CO₂, lúc đầu cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận sau đó tăng chậm cho tới khi đến trị số bão hòa CO2, vượt qua trị số đó cường độ quang hợp giảm.

- Trị số bão hòa CO₂ (nồng độ bão hòa CO₂): Là nồng độ CO₂ mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị lớn nhất. Trị số này biến đổi tùy thuộc vào cường độ chiếu sáng, nhiệt độ và các điều kiện khác.

III. NƯỚC

- Nước là nguồn nguyên liệu của quang hợp, khi đủ nước và dư nước, khí khổng của lá mới mở để thoát hơi nước đồng thời hấp thụ CO2 cung cấp cho quang hợp. Vì vậy, nước có ảnh hưởng lớn đến quang hợp của cây.

• Khi cây thiếu nước từ 40 => 60 % thì quang hợp bị giảm mạnh và có thể ngừng trệ.
• Khi bị thiếu nước, cây chịu hạn có thể duy trì quang hợp ổn định hơn cây trung sinh và cây ưa ẩm.

IV. NHIỆT ĐỘ

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong pha sáng và pha tối của quang hợp.

- Nhiệt độ cực tiểu làm ngừng quá trình quang hợp. Nhiệt độ này khác nhau ở những loài thực vật khác nhau:

• Nhiệt độ cực tiểu ở thực vật vùng cực, vùng núi cao và ôn đới là -15^oC;
• Ở thực vật vùng á nhiệt đới là 0 - 2^oC
• Và ở thực vật nhiệt đới là: 4 - 8^oC.

- Nhiệt độ cực đại cũng làm ngừng quá trình quang hợp và khác nhau tùy thuộc vào từng loại thực vật:

• Thực vật nhiệt đới có nhiệt độ cực đại là: 50^oC;
• Thực vật ở sa mạc có thể quang hợp ở 58^oC.

V. NGUYÊN TỐ KHOÁNG

- Các nguyên tố khoáng ảnh hưởng nhiều đến quang hợp:

• N, P, S: tham gia tạo thành enzim quang hợp.
• N, Mg: tham gia hình thành diệp lục.
• K: điều tiết độ đóng mở khí khổng giúp CO₂ khuếch tán vào lá.
• Mn, Cl: liên quan đến quang phân li nước.

VI. TRỒNG CÂY DƯỚI ÁNH SÁNG NHÂN TẠO

- Trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo là sử dụng ánh sáng của các loại đèn (đèn neon, đèn sợi đốt) thay cho ánh sáng mặt trời để trồng cây trong nhà hay trong phòng.

- Giúp con người khắc phục điều kiện bất lợi của môi trường như giá lạnh, sâu bệnh => đảm bảo cung cấp rau quả tươi ngay cả khi mùa đông. Ngoài ra phương pháp này còn có thể được áp dụng để sản xuất rau sạch, nhân giống cây trồng, trồng cây trái vụ, đặc biệt hiệu quả khi kết hợp với phương pháp nuôi cấy mô, giâm, chiết.

- Ở Việt Nam, áp dụng phương pháp này để trồng rau sạch, nhân giống cây trồng, nuôi cấy mô …

PHẦN II - HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. Cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến quang hợp như thế nào?

Hướng dẫn:

- Sự ảnh hưởng của cường độ ánh sáng đối với quang hợp phụ thuộc vào nồng độ CO₂:

• Khi nồng độ CO₂ thấp, tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp tăng không nhiều.
• Khi nồng độ CO₂ tăng lên thì tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp tăng lên rất mạnh
• Tại trị số nồng độ CO₂ thích hợp, Khi cường độ ánh sáng đã vượt qua điểm bù. Cường độ quang hợp tăng tỉ lệ thuận với cường độ ánh sáng cho đến điểm bão hòa ánh sáng.
• Tại điểm bão hòa ánh sáng, nếu tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp không tăng. Ngoài ra sự phụ thuộc cùa quang hợp vào cường độ ánh sáng còn phụ thuộc vào đặc trưng sinh thái của loài cây (cây ưa sáng, cây chịu bóng…)

Câu 2. Vai trò của nước trong pha sáng của quang hợp?

Hướng dẫn:

- Vai trò của nước trong pha sáng của quang hợp:

• Nước có vai trò rất quan trọng trong quang hợp. Không có nước, cây xanh không thể tiến hành quang hợp được.
• Nước là nguyên liệu cho quá trình phân li nước trong pha sáng của quang hợp. Có quang phân nước thì mới có H⁺ và e^- tham gia vào chuỗi chuyền điện tử trong màng tilacoit để hình thành nên chất khử NADPH và làm xuất hiện gradien nồng độ H⁺ quang màng tilacoit là cơ sở để tổng hợp ATP.
• Nước là môi trường duy trì điều kiện bình thường cho toàn bộ bộ máy quang hợp hoạt động.

Câu 3. Trình bày sự phụ thuộc của quang hợp vào nhiệt độ?

Hướng dẫn:

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong pha sáng và pha tối của quang hợp.

- Nhiệt độ cực đại hay cực tiểu đều làm ngừng quang hợp. Các nhiệt độ như cực tiểu và cực đại đối với quang hợp tùy thuộc vào đặc điểm sinh thái, xuất xứ, pha sinh trưởng, phát triển của loài cây.

- Trong giới hạn nhiệt độ sinh học đối với từng giống, loài cây pha sinh trưởng và phát triển, cứ tăng nhiệt độ thêm 10^o thì cường độ quang hợp tăng lên từ 2 - 2,5 lần.

Câu 4. Cho ví dụ về vai trò của các nguyên tố khoáng trong hệ sắc tố quang hợp

Hướng dẫn:

- Ion khoáng ảnh hưởng nhiều đến mặt quang hợp như:

• N, P, S tham gia cấu thành enzim quang hợp.
• Mg,N tham gia cấu thành phân tử diệp lục.
• Mn, Cl liên quan đến quang phân li nước.

PHẦN III - HỆ THỐNG CÂU HỎI MỞ RỘNG

Câu 1. Phân biệt điểm bù CO₂ và điểm bão hòa CO₂?

Câu 2. Phân tích mối liên hệ giữa cường độ quang hợp và nồng độ CO₂?

Câu 3. Phân biệt điểm bù ánh sáng và điểm bão hòa ánh sáng trong quá trình quang hợp?

Câu 4. Phân tích mối liên hệ giữa cường độ quang hợp với cường độ ánh sáng