Bài 9. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM

BÀI 9: QUANG HỢP Ở NHÓM THỰC VẬT C3, C4 VÀ CAM

PHẦN I. KIẾN THỨC

- Quá trình quang hợp được chia thành 2 pha: pha sáng và pha tối. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM chỉ khác nhau ở pha tối.

I. THỰC VẬT C3

1. Khái quát về quang họp ở thực vật C3

Đặc điểm so sánh	Pha sáng	Pha tối
Nơi thực hiện	- Trên màng tilacoit	- Chất nền Stroma
Nguyên liệu	- Nước, ADP, NADP+	- CO2, ATP, NADPH
Sản phẩm	- ATP, NADPH, O2	- ADP, NADP+, C6H12O6 và các chất hữu cơ trung gian khác

2. Các pha của quang hợp ở thực vật C3

a. Pha sáng

- Khái niệm: Pha sáng là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

- Pha sáng diễn ra ở tilacoit khi có chiếu sáng.

- Trong pha sáng, năng lượng ánh sáng được sử dụng để thực hiện quá trình quang phân li nước:

• PT: 
• Sản phẩm:
  • Oxi: O₂ được giải phóng là oxi của nước.
  • ATP: Năng lượng ATP được giải phóng đồng thời bù lại điện tử electron cho diệp lục a
  • NADPH: Các proton H+ đến khử NADP+ thành NADPH
• ATP và NADPH của pha sáng được sử dụng trong pha tối để tổng hợp các hợp chất hữu cơ.

b. Pha tối

- Diễn ra trong chất nền (stroma) của lục lạp.

- Cần CO₂ và sản phẩm của pha sáng là ATP và NADPH.

- Pha tối ở thực vật C3 chỉ có chu trình Canvin:

- Thực vật C3 phân bố mọi nơi trên trái đất (gồm các loài rêu đến cây gỗ trong rừng).

- Chu trình Canvin gồm 3 giai đoạn:

* Giai đoạn cố định CO₂:

• Chất nhận CO₂ đầu tiên và duy nhất là hợp chất 5C (Ribulozo- 1,5- điphotphat (RiDP)
• Sản phẩm đầu tiên ổn định của chu trình là hợp chất 3C (Axit photphoglyxeric APG)
• Enzim xúc tác cho phản ứng là RiDP- cacboxylaza

* Giai đoạn khử APG(axit phosphoglixeric) thành AlPG (aldehit phosphoglixeric):

• APG (axit phosphoglixeric) → AlPG (aldehit phosphoglixeric), ATP, NADPH
• Một phần AlPG tách ra khỏi chu trình và kết hợp với 1 phân tử triozo khác để hình thành C₆H₁₂O₆ từ đó hình thành tinh bột, axit amin…

* Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu là Rib – 1,5 diP (ribulozo- 1,5 diphosphat):

• Phần lớn AlPG qua nhiều phản ứng cần cung cấp ATP tái tạo nên RiDP để khép kín chu trình

- Sản phẩm: Cacbohidrat.

II. THỰC VẬT C4

1. Các đối tượng thực vật C4  

- Gồm 1 số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, ngô, cao lương …

- Thực vật C4 sống trong điều kiện nóng ẩm kéo dài, nhiệt độ, ánh sáng cao => tiến hành quang hợp theo chu trình C4.

2. Chu trình quang hợp ở thực vật C4

- Diễn ra tại 2 loại tế bào là tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch

- Tại tế bào mô giậu diễn ra giai đoạn cố dịnh CO₂ đầu tiên

• Chất nhận CO₂ đầu tiên là 1 hợp chất 3C (phosphoenl piruvic - PEP)
• Sản phẩm ổn định đầu tiên là hợp chất 4C (axit oxaloaxetic - AOA), sau đó AOA chuyển hóa thành 1 hợp chất 4C khác là axit malic (AM) trước khi chuyển vào tế bào bao bó mạch.

- Tại tế bào bao bó mạch diễn ra giai đoạn cố định CO₂ lần 2

• AM bị phân hủy để giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và hình thành nên hợp chất 3C là axit piruvic
• Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP
• Chu trình C3 diễn ra như ở thực vật C3

- Thực vật C4 ưu việt hơn thực vật C3:

• Cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO₂ thấp hơn, điểm bảo hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp → thực vật C4 có năng suất cao hơn thực vật C3
• Chu trình C4 gồm 2 giai đoạn: giai đoạn đầu theo chu trình C4 diễn ra ở lục lạp của tế bào nhu mô lá, giai đoạn 2 theo chu trình Canvin diễn ra trong lục lạp của tế bào bao bó mạch.

III. THỰC VẬT CAM

1. Các đối tượng thực vật CAM

- Gồm những loài mọng nước, sống ở vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, thanh long …

2. Chu trình quang hợp ở thực vật CAM

- Để tránh mất nước, khí khổng các loài này đóng vào ban ngày và mở vào ban đêm => cố định CO₂ theo con đường CAM.

- Vào ban đêm, nhiệt độ môi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO₂ khuếch tán qua lá vào

• Chất nhận CO₂ đầu tiên là PEP và sản phẩm ổn định đầu tiên là AOA.
• AOA chuyển hóa thành AM vận chuyển vào các tế bào dự trữ.

- Ban ngày, khi tế bào khí khổng đóng lại:

• AM bị phân hủy giải phóng CO₂ cung cấp cho chu trình Canvin và axit piruvic tái sinh chất nhận ban đầu PEP.

- Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt là về thời gian: cả 2 giai đoạn của chu trình C4 đều diễn ra ban ngày; còn chu trình CAM thì giai đoạn đầu cố định CO₂ được thực hiện vào ban đêm khi khí khổng mở và còn giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình Canvin thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng. 

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

Câu 1. Nêu khái niệm và điều kiện cần có của pha sáng trong quang hợp.

Hướng dẫn:

- Pha ánh sáng của quang hợp là pha chuyển hoá năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học trong ATP và NADPH.

- Pha sáng chỉ xảy ra ở tilacôit khi có ánh sáng chiếu vào diệp lục.

Câu 2. Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu?

Hướng dẫn:

- Ôxi trong quang hợp có nguồn gốc từ nước.

Câu 3. Nêu vai trò và sản phẩm của pha sáng trong quang hợp? Vì sao pha này xảy ra cần ánh sáng?

Hướng dẫn:

- Sản phẩm của pha sáng là: ATP, NADPH, O₂

Câu 4. Những hợp chất nào mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO₂ thành cacbohiđrat?

Hướng dẫn:

- Những hợp chất mang năng lượng ánh sáng vào pha tối để đồng hóa CO₂ thành cacbohiđrat là: ATP và NADPH.

Câu 5. Nêu sự giống và khác nhau giữa các con đường C3, C4 và CAM?

Hướng dẫn:

 

Câu 6. Pha sáng quang hợp cung cấp cho pha tối:

A. CO₂ và ATP

B. Năng lượng ánh sáng

C. Nước và CK

D. ATP và NADPH

Câu 7: Giai đoạn quang hợp thật sự tạo nên C₆H₁₂O₆ ở cây mía là:

A. Quang phân li nước

B. Chu trình Canvin

C. Pha sáng

D. Pha tối

PHẦN III - HỆ THỐNG CÂU HỎI MỞ RỘNG (TỰ GIẢI)

Câu 1. Cho biết sự khác nhau giữa hai pha của quá trình quang hợp.

Câu 2. Nêu những đặc điểm về cấu trúc của hạt lục lạp phù hợp với chức năng thực hiện pha sáng, pha tối quang hợp?

Câu 3. Giải thích sự xuất hiện các con đường cố định CO2 ở thực vật C4 và CAM.

Câu 4. So sánh 3 con đường C3, C4 và CAM trong quá trình quang hợp của các nhóm thực vật khác nhau

Câu 5. Trình bày mối liên hệ giữa pha sáng và pha tối trong quá trình quang hợp. Pha tối ở các nhóm thực vật khác nhau diễn ra vào thời điểm nào?

Câu 6. Vì sao nói quang hợp là quá trinh oxi hóa khử?

Câu 7. Oxi được sinh ra từ pha nào của quá trình quang hợp? Hãy biểu diễn đường đi của oxi qua các lớp màng để ra khỏi tế bào từ nơi được sinh ra.

Câu 8. So sánh đặc điểm quang hợp ở 3 nhóm thực vật?