QUANG HỢP CỦA THỰC VẬT

Chia sẻ: Nguyễn Tài Năng | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

400
lượt xem 146
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tài liệu tham khảo về quá trình quang hợp của thực vật

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: QUANG HỢP CỦA THỰC VẬT

Chương 3 QUANG HỢP CỦA THỰC VẬT 3.1 Khái niệm chung về quang hợp 3.1.1 Khái niệm a’s’ 6CO2 + 6H2O  C6H12O6 + 6O2 + 674Kcal/mol dl 3.1.2 Ý nghĩa của quá trình quang hợp - Quá trình chuyển hoá (A’S’) và tích luỹ năng lượng (674Kcal/mol) (hóa năng) 90% năng lượng sử dụng của con người (thức ăn và nhiên liệu) từ QH, 10% từ hạt nhân, gío… - Là nguồn cung cấp chủ yếu các chất hữu cơ trên trái đất + Thức ăn + Nguyên liệu: bông vải, dược liệu, củi , than… - Vai trò trao đổi khí Mỗi năm QH đã đồng hoá khoảng 170 tỷtấn CO2, phân ly 130 tỷ tấn nước, giải phóng 115tỷ tấn O2 tự do 3.2 Cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp 3.2.1 Lá –cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp 3. 2.2 Hệ sắc tố quang hợp Gồm 3 nhóm chính : Diệp lục (chlorophyll); carotenoit; phycobilin + Diệp lục: có 10 loại khác nhau, trong đó dl, b là phổ biến Cấu tạo Tính chất hóa học của diệp lục Tính chất lý học của diệp lục • Quang phổ hấp thụ Diệp lục hấp thụ các tia đơn sắc, mạnh nhất các tia có bước sóng ng (tia xanh tím) và dài (tia đỏ). Diệp lục a hấp thu tia đỏ mạnh hơn tia lục 80 lần, còn diệp lục b là 20 lần. • Quang phổ huỳnh quang có ý nghĩa trong việc di chuyển năng lượng có bước sóng khác nhau của diệp lục. Ở đậy là sự dịch chuyển điện tử từ trạng thái kích thích (bước sóng ngắn hơn) về trạng thái cơ sở (bước sóng daì hơn). (Qphổ) + Carotinoit Gồm caroten và dẫn xuất là xanthophin. - Caroten: C40H56 là carbuhydro chưa bão hoà, không tan trong nước, chỉ tan trong dung môi hữu cơ. Có 4 loại caroten: α, β vàβ đối xứng , γ - Xanthophin: C40H56On (Qphổ) + Phycobilin: gặp ở tảo lam, tảo đỏ và khuê tảo. Có quang phổ hấp ở ánh áng lục và vàng: hai loại phicobilin thường gặp là - Phycoxianin có cực đại hấp thụ là 615nm và 620nm 29
- Phycoeritrin: 560nm và 565nm. Các năng lượng này được phicobilin hấp thu rồi chuyển tới diệp lục thực hiện qúa trình quang hợp cho các loại tảo sống ở các vùng nước sâu. Hiện nay người ta chia ra hệ sắc tố I và II Hệ sắc tố I (HST – I) gồm a695 và a700 (hay P700) giữ vai trò trung tâm của phản ứng sáng I giữ vai trò trung tâm của phản ứng sáng II Tĩm lại: Cc sắc tố hấp thụ năng lượng ánh sáng cần thiết cho quang hợp có trong các lục lạp của thực vật hoặc phân tán trong chất tế bào của sinh vật nhân sơ. Tất cả các sinh vật quang hợp đều có chứa: sắc tố lục (clorophin), sắc tố vàng (carotenoit), sắc tố của thực vật bậc thấp (phicobilin), sắc tố dịch tế bo (antoxian). Sắc tố lục l nhĩm sắc tố chiếm vai trị quan trọng nhất đối với quang hợp vì nĩ cĩ khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng Mặt Trời và biến thành năng lượng hoá học. Sắc tố lục không tan trong nước, chỉ tan trong dung môi hữu cơ. Clorophin ở trong tế bào không bị mất màu vì nằm trong phức hệ protein v lipoit, nhưng dung dịch clorophin ngoài ánh sáng và trong môi trường có oxi phân tử (O2) thì bị mất mu do bị oxi hố dưới tác dụng của ánh sáng. Quang phổ hấp thụ của clorophin là 400 - 700 nm (có 2 vùng hấp thụ 430 nm cho màu xanh lam, 662 nm cho màu đỏ). Màu xanh đặc trưng của clorophin do kết quả sự hấp thụ ở vùng quang phổ xanh và đỏ. Năng lượng của lượng tử ánh sáng được clorophin hấp thụ đ kích thích phn tử clorophin v cc dạng của phn tử sắc tố đ truyền năng lượng cho nhau, tạo nên hiện tượng huỳnh quang và lân quang. Nhĩm sắc tố vng (carotenoit), gồm 2 nhĩm nhỏ l caroten v xantophin. Caroten (C 40H56), không tan trong nước, chỉ tan trong dung môi hữu cơ. Trong thực vật thường có 3 loại: , v . Cắt đôi - caroten sẽ được 2 phân tử vitamin A. Xantophin C 40H56On (n = 1 - 6) l dẫn xuất của caroten. Cĩ nhiều loại xantophin, vd. kriptoxantin (C40H56O4). Quang phổ hấp thụ 451 - 481 nm. Phân ra 2 nhóm xantophin: nhóm carotenoit sơ cấp làm nhiệm vụ hoạt động quang hợp hoặc bảo vệ; nhóm carotenoit thứ cấp có trong các cơ quan như hoa, quả, các cơ quan hoá già hoặc bị bệnh thiếu dinh dưỡng khoáng. Vai trị của carotenoit l lọc nh sng, bảo vệ clorophin. Xantophin tham gia vo qu trình phn li nước (H2O) v thải oxi (O2) thông qua sự biến đổi từ violaxantophin thành lutein. Nhóm carotenoit tham gia vào quang hợp bằng cách tiếp nhận năng lượng ánh sáng Mặt Trời và truyền năng lượng ny cho clorophin v nĩ cĩ mặt trong hệ thống quang hố II. Nhóm sắc tố thực vật bậc thấp có ở tảo và thực vật bậc thấp sống ở nước. Là nhóm sắc tố thích nước, trong tế bào chúng liên kết với protein nên cịn gọi l biliprotein hay phicobiliprotein, gồm phicoeritrin (C34H47O4O8) v phicoxianin (C34H42N4O9). Quang phổ hấp thụ l vng nh sng lục v vng. Nhóm antoxian (sắc tố dịch bào) là loại glucozit. Khi hấp thụ quang tử ánh sáng, nó biến năng lượng quang tử thành dạng nhiệt năng, sưởi ấm cho cây (điều ny thấy r ở cy vng lạnh cĩ mu sắc sặc sỡ). Antoxian cịn lm tăng khả năng giữ nước của tế bào khi bị hạn và gió khô. Trên cơ sở các số liệu về hàm lượng các dạng sắc tố trong lá, người ta có thể đánh giá khả năng quang hợp của thực vật và xếp loại các thực vật thuộc nhóm ưa sáng, ưa bóng, thực vật C3, C4. Cc STQH cĩ vai trị lớn trong dinh dưỡng và y học như caroten, phicoxianin. 3.3 Cơ chế quá trình quang hợp 3.3.1 Hai pha của quang hợp 30
Sử dụng các chế độ chiếu sáng, ánh sáng nháp nháy, tăng nhiệt độ (ức chế hoạt động của các men) các nhà khoa học đã xác nhận được hai pha trong quang hợp là - Pha sáng: gồm quá trình hấp thu ánh sáng và kích hoạt các phân tử sắc tố (giai đoạn quang lý) và sự biến đổi năng lượng photon thành năng lượng hoá học (dạng ATP và NADPH2). - Pha tối: Không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng nhưng sử dụng sản phẩm trên là ATP và NADPH2 để khử CO2 tạo ra các sản phẩm đầu tiên của quang hợp, tổng hợp chất hữu cơ thứ cấp và đưa vào qúa trình trao đổi chất. 3.3.2 Bản chất pha sáng của quang hợp 3.3.2.1 Giai đoạn quang lý Hấp thu năng luợng Là giai đoạn đầu tiên gồm Kích động điện tử của phân tử sắc tố (copy t 76) Ở giai đoạn quang lý, các phân tử diệp lục và các sắc tố hấp thu năng lượng ánh sáng trở thành các tạng thái kích thích có mức năng lượng và thời gia tồn tại khác nhau. Có sự vận chuyển năng lượng từ sắc tố hấp thụ ánh sáng ngắn đến sắc tố hấp thụ ánh sáng daì hơn. Ở lục lạp dòng năng lượng di chuyển từ carotinoit dlb  dla670 dla 685  P700 Như vậy √ DL + h√ DL* DL Dl ở trạng thái photon Dl dl ở trạng thái bình thường kích động bền triplet Sau khi hoàn thành giai đoạn quang lý, diệp lục chuyển sang giai đoạn quang hoá. 3.3. 2.2 Giai đoạn quang hoá - Phản ứng ánh sáng I và con đường vận chuyển điện tử vòng: bao gồm chuỗi các phản ứng oxihoá khử. Dl P700 giữ vai trò trung tâm (hình vẽ) 31
- X Fd ADP ATP Xit b6 ADP ATP Xit f PC -2e Dl P700 Quá h√ photphorin hóa vòng trình - Phản ứng ánh sáng II và con đường vận chuyển điện tử không vòng: Vai trò trung tâm là P680 (hình vẽ) - Quang phân ly nước Cơ chế: 4dl +h√  4dl* 4dl* 4 H2O  4H+ + 4OH 4OH  4 OH = 4e 4OH  2H2O + O2 Tổng quát 2H2O  4H+ + 4e + O2+ Sản phẩm là H dùng để khử NADP tạo chất khử NADPH2, điện tử bù lại cho P680 và oxy + được giải phóng. Vòng - Photphorin hoá quang hợp Không vòng 32
- Là qúa trình tạo thành ATP trong quang hợp. So sánh hai qúa trình photphorinhoá vòng và không vòng Hình thức photphorin hoá Vòng Không vòng Sự tham gia cuả phản ứng sáng Phản ứng sáng I Phảng ứng sáng I và II Chất tham gia ADP, H3PO4 ADP, H3PO4, H2O, NADP Sản phẩm ATP ATP, NADPH2, O2 Hiệu qủa năng lượng 11 – 22% 36% 3.3.3 Chu trình đồng hoá CO2 trong quang hợp Xảy ra ở phần cơ chất của lục lạp Kết qủa tạo ra các sản phẩm sơ cấp của quang hợp. Có hai con đường chính và con đường CAM - Chu trình calvin (C3)thực vật C3: phổ biến Chất nhận CO2 là ribulozo 1 – 5diphotphat Sản phẩm đầu tiên là 3C = axit photphoglyxeric - Chu trình Hatck - Slack (C4): thực vật C4: luá, bắp, miá, cỏ gấu… Chất nhận CO2 là axit photphoenonpyruvic Sản phẩm là axit oxaloaxetic - Đồng hoá CO2 ở thực vật mọng nước hay con đường CAM (Crassulaceae axit meta bolism) phổ biến ở thực vật mọng nước thuộc họ Liliaceae, Bromeliaceae, cactacae. Đặc điểm các thực vật này là có khí khổng mở ban đêm thu nhận CO2 và sẽ được dùng cho ngày hôm sau. Các thực vật này thường phân bố ở các vùng khô hạn, ban ngày khí khổng có thể đóng. 3.4 Anh hưởng của điều kiện bên ngoài đến quang hợp 3.4.1 Cường độ ánh sáng Điểm bù tại đó cường độ quang hợp (CĐQH) bằng cường độ hô hấp (CĐHH)  cây ưs có điểm bù cao hơn cây cb Tăng cường độ a’s’ trên điểm bù, CĐQH tăng cho tới điẻm no a’s’  từ đó cường độ không tăng nưã, nếu tiếp tục tăng cường độa’s’, CĐQH sẽ giảm. Thực vật thường hấp thụ nhiều a’s’ khuyếch tán hơn a’s’ trực xạ. Trong a’s’ khuyêch tán, bức xạ sinh lý chiếm 50 – 90%, trong khi đó a’s’ trực xạ là 35%. Cường độ a’s’ qua tầng lá (trong rừng) giảm đi 4 – 10 lần. 3.4.2 Anh hưởng thành phần quang phổ của ánh sáng - Do các hệ sắc tố khác nhau thực hiện - Anh hưởng tới cường độ và chất lượng sản phẩm quang hợp, a’s’ xanh tím kích thích sự hình thành axit amin và protein, a’s’ đỏ kích thích sự hình thành gluxit. 3.4.3 Anh hưởng của nồng độ CO2 - Nồng độ thấp nhất cho quang hợp là 0.008 – 0.01% - Thấp hơn quang hợp yếu và khi tăng nồng độ CO2, cường độ quang hợp tăng tới điểm bão hoà CO2, sau đó lại giảm dần - Sự ảnh hưởng này còn tuỳ thuộc điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, loài cây, đất 3.4.4 Anh hưởng của nước 33
- Cường độ quang hợp giảm khi thiếu nước, thiếu 40 – 60% CĐQH giảm mạnh và có thể ngừng quang hợp. 3.4.5 Anh hưởng của nhiệt độ - Nhiệt độ ảnh hưởng lên hoạt động của enzym, phản ứng quang hoá, nhiệt độ tăng  CĐQH tăng theo, nhiệt độ tối thích 25 –30oC. - Giới hạn nhiệt độ thấp, cao duy trì được quang hợp tùy thuộc loài cây, thực vật nhiệt đới có thể ngừng quang hợp ở 4 – 8 0C và bị haị trên 50oC , thực vật ôn đới hay núi cao ngừng ở –50C và bị hại có thể ở 12 – 150C 3.4.6 Dinh dưỡng khoáng - Anh hưởng gián tiếp thông qua tác động tới cấu trúc chất nguyên sinh, ví dụ vai trò nitơ trong cấu trúc của lục lạp, nhiều nguyên tố tham gia trong thành phần các sắc tố và enzym - Anh hưởng trực tiếp tới các giai đoạn trong qúa trình quang hợp. 3.5 Quang hợp và năng suất cây trồng - Năng suất sinh vật NSsv = C1 + C2 + C3 +…. Cn C là năng suất chất khô hàng ngày 1, 2, 3 …n số ngày sinh trưởng - Năng suất kinh tế NSkt = NSsv x Kkt Kkt hệ số kinh tế phụ thuộc loài (hạt, củ, lá…) - Công thức của Nhitriporovich (FCO2 x Kf x L)1, 2,…n NS = -------------------------------- tạ/ha 100.000 FCO2: CĐQH tính bằng gCO2/dm2/giờ Kf: hệ số hiệu qủa quang hợp n: thời gian hoạt động của diện tích lá 100.000 đổi từ g ra tạ Từ công thức tính cho thấy để tăng năng suất cây trồng có các biện pháp - Tăng diện tích lá (m2lá/m2đất): cây lấy hạt tỷ lệ 3:4; cây cho củ và rễ tỷ lễ – 5.5 - Tăng thế năng quang hợp là tổng diện tích lá quang hợp trong suốt thời gian sinh trưởng trên đơn vị gieo trồng (ha) SO snh chu trình QH của TV C3, C4, CAM Giống nhau: -Cả 3 con đường đều có chu trình Canvin tạo ra AlPG rồi từ đó hình thnh một hợp chất cacbohidrat, axit amin , protein, lipit... - Đều có 3 giai đoạn là giai đoạn cố định CO2 , giai đoạn tái cố định CO2 và giai đoạn tái sinh chất nhận CO2. * Khác nhau : +)Mỗi con đường thì cĩ cc tầng lớp thực vật đại diện khác nhau như : ở con đường C3 đại diện là hầu hết các loài thực vật ; ở con đường C4 đại diện là nhóm các thực vật ưa sáng sống ở các miền nhiệt đới , cận nhiệt đới ( ngô , cao lương, mía...); ở con đường CAM thì đại diện là các cây sống ở khu vực khô hạn , 34
hoang mạc với đặc điểm là thân cây mọng nước ( xương rồng, thanh long..). +) Chất nhận CO2 đầu tiên : = ở con đường C3 chất nhận CO2 đầu tiên là 1 hợp chất đường 5 cacbon ( RiDP_ribulozo- 1,5 - điphotphat) = ở con đường C4 và CAM chất nhận CO2 đầu tiên là 1 hợp chất 3 cacbon PEP ( axit photphoenolpiruvic). +) Sản phẩm ổn định đầu tiên : = ở con đường C3 sản phẩm ổn định đầu tiên là 1 hợp chất 3 cacbon APG . = ở con đường C4 và CAM sản phẩm ổn định đầu tiên là các hợp chất 4 cacbon ( AOA và axit malic/ aspatic). +) Tiến trình :- Về mặt không gian: = ở con đường C3 chỉ có một giai đoạn là chu trình Canvin xảy ra ở tế bo mơ giậu. = ở con đường C4 , giai đoạn cố định CO2 lần đầu diễn ra trong các tế bào mô giậu, giai đoạn tái cố định CO2 theo chu trình Canvin xảy ra trong cc tế bào bao bó mạch = ở con đường CAM cả 2 giai đoạn cố định CO2 đều xảy ra ở tế bào mô giậu - Về mặt thời gian: = ở con đường C3 chu trình Canvin xảy ra vo ban ngy . = ở con đường C4 thì 2 giai đoạn cũng đều xảy ra ban ngày . = ở con đường CAM thì giai đoạn cố định CO2 lần đầu diễn ra vào ban đêm khi khí khổng mở, cịn giai đoạn tái cố định CO2 theo chu trình Canvin diễn ra vo ban ngy lc khí khổng đóng. So snh So sánh * giống nhau - Đều gồm các giai đoạn cố định cacbonđioxit, khử cacbonđioxit và tái sinh chất nhận cacbondioxit. - Giai đoạn khử CO2 đều được tiến hành giống nhau và đều có tiến hành theo chu trình cavin tạo chất hữu cơ cho quang hợp. - Có sự tham gia xúc tác của hệ enzim và chất chuyển điện tử. * Khác nhau _C3 -----quá trình cố định CO2 xảy ra vào ban ngày với chất nhận đầu tiên là RiDP(hợp chất 5 cacbon). ----sản phẩm đầu tiên là hợp chất 3 cacbon. ----enzim xúc tác cố định là RDP-cacboxilaza. ----có 1 loại lục lạp ----xảy ra ở tế bào thịt lá. ----lượng chất hữu cơ tủ thấp đến cao. C4 ----c.định CO2 xảy ra vào ban ngày chất nhận đầu tiên là PEP. ----sản phẩm đầu tiên là hợp chất 4 cacbon ---- enzim xúc tác cố định PEP-cacboxilaza, RDP-cacboxilaza. 35
---- có hai loại lục lạp ---- xảy ra ở tbm thịt lá và tb bao bó mạch ---- lượng chất hữu cơ tạo ra cao. CAM ---- c.định CO2 xảy ra vào ban đêm, chất nhận CO2 đầu tiên là PEP. ---- sản phẩm cố định đầu tiên là hợp chất 4 cacbon (AOA) ---- enzim xúc tác PEP-cacboxilaza, RDP-cacboxilaza ----có một loại lúc lạp ----xảy ra ở tb thịt lá ---- lượng chất hữu cơ tạo ra thấp.. ứng dụng Thực vật tiết lộ một bí mật về năng lượng mặt trời Dạng ti liệu : Bi trích bản tin Ngơn ngữ ti liệu : vie Tn nguồn trích : Khoa học Công nghệ Môi trường Dữ liệu nguồn trích : 2006/Số 1/Thnh tựu mới-cơng nghệ mới-sản phẩm mới Đề mục : 44. Trung tm Thơng tin Khoa học Cơng nghệ Quốc gia 36