Bộ máy quang hợp

+ Trên biểu bì có lỗ khí, thường tập trung ở mặt dưới lá trên mặt hầu như không có hoặc rất ít, giúp lá trao đổi khí & thoát hơi nước.. Tầng cutin và khí khổng- Vai trò thoát hơi nước củ

Giảng viên hướng dẫn: TS Hoàng Thị Kim Hồng

Học viên thực hiện : Trần Thị Mỹ Hằng

Võ Thị Thanh Nhàn Đoàn Thị Tám

MỞ ĐẦU

NỘI DUNG

TỔNG QUAN VỀ QUANG HỢP

CƠ QUAN QUANG HỢP

BÀO QUAN QUANG HỢP

SẮC TỐ QUANG HỢP

CHUỖI VẬN CHUYỂN ĐIỆN TỬ

Quang hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ nhờ năng lượng ánh sáng do hệ sắc tố hấp thụ.

 Tuy nhiên, bằng phương pháp đồng vị phóng xạ O 18 người ta xác định Oxy là từ nước chứ không phải CO2 như trước đây quan niệm

hν

Thực vật bậc cao

Nhóm vk tía, lam, lục tảo,

Quang hợp

Quang khử

Hóa năng hợp

VK tía

Nitrosococcus Beggiatoa

Ý nghĩa của quang hợp

Hình 1.1 Chu trình carbon trong tự nhiên

Ý nghĩa của quang hợp

 Chuyển năng lượng ánh sáng thành dạng năng lượng hóa học.

 Tổng hợp các chất hữu cơ quan trọng: cấu trúc cơ thể, nguyên liệu cho tăng trưởng

tế bào, trao đổi chất, là chất nền cho hô hấp,

 Sản phẩm là nguồn thức ăn cho mọi sinh vật (110 tỉ tấn chất hữu cơ, tổng sản lượng Sản phẩm là nguồn thức ăn cho mọi sinh vật (110 tỉ tấn chất hữu cơ, tổng sản lượng

của thực vật 10 tỉ tấn/năm).

Ý nghĩa của quang hợp

 Tạo ra nguồn năng lượng phục vụ đời sống con người, Cung cấp nguyên liệu, nhiên liệu, lương thực, thực phẩm, dược phẩm, cho nhu cầu của con người

 Nhờ có quang hợp mà tỷ lệ CO2/O2 trong không khí ổn định, nhờ đó sự sống được duy trì Hàng năm thực vật đã cố định một lượng cacbon rất lớn: 2.10 12 tấn CO2 và hấu hết O2 (13.10 10 tấn) trong khí quyển là do cây xanh thải ra trong quá trình quang hợp.

II Cơ quan quang hợp

Tất cả các bộ phận có màu xanh của cây đều là cơ quan chức năng quang hợp Trong đó lá là cơ quan quang hợp chính.

2.1 Hình thái, sinh lý, giải phẫu của lá thích

nghi với chức năng quang hợp

Hình thái lá

- Diện tích bề mặt lớn, giúp hấp thu được nhiều tia sáng.

- Lá dạng bản và có đặc tính hướng quang ngang.

ngang.

- Phiến lá mỏng và có hệ khí khổng ở lớp biểu bì thuận lợi trao đổi khí

- Phiến lá nối với thân bởi cuống lá để vận chuyển nước và các chất dinh dưỡng.

• Lá cây tán dưới nằm ngang, có thể nhận nhiều ánh sáng tán xạ, lá cây ở tầng trên xếp nghiêng để tránh tia sáng trực xạ chiếu thẳng góc bề mặt lá

Cây trong rừng lá tập trung ở tầng cao để cạnh tranh ánh sáng với các cây khác, cây nơi trống trải thì tán rộng để tận dụng tối đa diện tích có thể thu nhận ánh sáng

2.2 Giải phẫu của lá

Cấu trúc lá C3 và C4

Cây ưa sáng và cây ưa bóng

Cơ quan quang hợp

Tất cả các bộ phận có màu xanh của cây đều là cơ quan chức năng quang hợp Trong đó lá là cơ quan quang hợp chính.

1 Hình thái, sinh lý, giải phẫu của lá thích

nghi với chức năng quang hợp

Hình thái lá

- Diện tích bề mặt lớn, giúp hấp thu được nhiều tia sáng.

- Lá dạng bản và có đặc tính hướng quang ngang.

ngang.

- Phiến lá mỏng và có hệ khí khổng ở lớp biểu bì thuận lợi trao đổi khí

- Phiến lá nối với thân bởi cuống lá để vận chuyển nước và các chất dinh dưỡng.

• Lá cây tán dưới nằm ngang, có thể nhận nhiều ánh sáng tán xạ, lá cây ở tầng trên xếp nghiêng để tránh tia sáng trực xạ chiếu thẳng góc bề mặt lá

Cây trong rừng lá tập trung ở tầng cao để cạnh tranh ánh sáng với các cây khác, cây nơi trống trải thì tán rộng để tận dụng tối đa diện tích có thể thu nhận ánh sáng

Giải phẫu của lá

Cấu tạo của lá thích nghi cao với chức

năng quang hợp Bao gồm:

- Lớp biểu bì và tầng cutin.

- Cấu tạo đặc biệt của khí khổng nắm giữ

vai trò thoát hơi nước và trao đổi khí.

- Các lớp tế bào chuyên hóa.

Có sự khác nhau giữa cấu tạo lá của cây

hai lá mầm và cây một lá mầm.

Cuống lá

Hai lá mầm

- Cấu tạo cuống lá: biểu bì, mô dày, mô mềm và các bó dẫn

+ Biểu bì: các tế bào hình chữ nhật xếp theo chiều dài của cuống lá, phía ngoài có tầng cuticun

và lỗ khí, đôi khi có lông che chở.

+ Mô dày: nằm sát dưới biểu bì, có chức năng nâng đỡ.

+ Mô mềm: các tế bào thường dài theo trục của cuống, chứa nhiều diệp lục Ở các cây thủy sinh, trong lớp mô mềm đồng hóa có nhiều khoang khuyết chứa khí (sen, súng), các cây khác thì có ống tiết (rau mùi, trầu không), hay tế bào đá (súng, ngọc lan, trang).

+ Các bó dẫn: nằm trong khối mô mềm, các bó dẫn xếp thành hình cung, mặt lõm quay về phía trên (lá mã đề), hoặc thành vòng tròn (cuống lá gạo)

Một lá mầm

Lá thường không có cuống, chỉ có bẹ và phiến lá Cấu tạo bẹ lá tương ứng với cấu tạo thân cây, nếu cây có cuống thì có cấu tạo giống cuống lá cây Hai lá mầm.

Cuống lá là bộ phận gắn lá cây vào thân cây, có các bó dẫn làm nhiệm vụ dẫn nước

từ thân lên lá và dẫn chất dinh dưỡng được tổng hợp từ lá đến các bộ phận còn lại của cây Ngoài ra, chúng còn đóng nhiệm vụ trong việc cử động thay đổi góc lá với tia sáng mặt trời nhằm tạo hiệu quả thu nhận ánh sáng cao nhất.

Cấu tạo giải phẫu cuống lá

Phiến lá

Biểu bì

+ Biểu bì của phiến lá được cấu tạo bởi một lớp TB không màu trong suốt, xếp rất sát nhau, vách ngoài dày, giúp định hình, bảo vệ phiến lá và cho ánh sáng chiếu vào những TB bên trong.

+ Trên biểu bì có lỗ khí, thường tập trung ở mặt dưới lá (trên mặt hầu như không có hoặc rất ít), giúp lá trao đổi khí & thoát hơi nước.

+ Tầng cuticun: Do tế bào biểu bì của lá tiết ra bao phủ bề mặt lá (trừ khí khổng).

Tầng cutin và các khí khổng có vai trò quan trọng trong việc thoát hơi nước của cây.

Biểu bì của phiến lá

Tầng cutin và khí khổng- Vai trò thoát hơi nước của lá

Sự thoát hơi nước

- Tất cả các bộ phận của cây đều có khả năng bay hơi nước vào khí quyển, nhưng quan trọng nhất và chủ yếu nhất là sự bay hơi nước qua bề mặt lá, đó là quá trình thoát hơi nước (THN).

- Sự thoát hơi nước của cây đã mất vào khí quyển một lượng nước khổng lồ, vượt xa rất nhiều lần so với lượng nước mà cây cần cho các hoạt động sống và sinh lý trong cơ thể

Ví dụ: trong suốt thời gian dinh dưỡng đã bay hơi mất 20-250kg/m 2 lá, trong những ngày nắng to cây gỗ mất 5-10g nước/m 2 lá/giờ Vì vậy, nếu hạn chế được sự thoát hơi nước của cây thì sẽ giảm lượng nước mà cây cần hút Nhưng không thể hạn chế thoát hơi nước tùy tiện, vì đây là một quá trình sinh lý có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của cây.

•

Ý nghĩa của sự thoát hơi nước

- Thoát hơi nước là động lực phía trên đảm bảo cho sự hút nước, vận chuyển nước từ rễ lên các bộ phận phía trên của cây

- Thoát hơi nước giúp khí khổng mở ra, qua đó CO2 xâm nhập vào lá để cung cấp cho quá trình quang hợp, tổng hợp nên chất hữu cơ cho cây Như vậy, thoát hơi nước và quang hợp có mối quan hệ mật thiết với nhau

Nhà sinh lý thực vật nổi tiếng người Nga Timiriadep đã nói: “Cây phải chịu thoát hơi nước một cách bất hạnh để mà dinh dưỡng tốt…” Stocker đã ví mối quan hệ giữa hai quá trình

đó là sự “đói” và “khát” Khí khổng của cây đóng lại thì cây sẽ tránh được “khát” nhưng tự đưa mình vào chỗ “đói” mà “khát” sẽ được cứu vãn bằng hoạt động hút nước, còn “đói” CO2 thì không có con đường nào cứu vãn.

- Sự thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ bề mặt lá Lá xanh hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời, một phần cung cấp cho quang hợp, một phần năng lượng ánh sáng biến thành nhiệt làm tăng nhiệt độ của lá, nhất là với những ngày nắng to, lá rất có nguy cơ bị chết thoát hơi nước làm cho nhiệt độ của lá giảm xuống, thuận lợi cho hoạt động quang hợp và các hoạt động sinh lý khác trong cây.

- Sự thoát hơi nước thúc đẩy hoạt động hút khoáng Các chất khoáng tan trong dung dịch đất được hút vào cây cùng dòng nước Nhờ sự thoát hơi nước mà nước được vận chuyển lên các cơ quan, các bộ phận trên mặt đất Nếu thoát hơi nước mạnh thì lượng chất khoáng đi vao cây và phân phối cho cây cũng nhiều hơn Như vậy, quá trình thoát hơi nước sẽ tạo điều kiện cho sự tuần hoàn, lưu thông và phân phối vật chất trong cây.

•

Hai con đường thoát hơi nước: qua khí khổng và qua cutin.

- Con đường qua khí khổng (chủ yếu):

+ Khi no nước, vách mỏng của tế bào khí khổng căng ra → vách dày cong theo → lỗ khí mở ra + Khi mất nước, vách mỏng hết căng → vách dày duỗi → lỗ khí đóng.

- Con đường qua cutin: Hơi nước từ các khoảng gian bào của thịt lá qua lớp cutin để ra ngoài

- Trên bề mặt của lá và các phần non của thân, quả cây…Tế bào biểu bì có phủ lớp cutin mỏng để hạn chế thoát hơi nước và bảo vệ cho lá Đây là một tổ hợp giữa cutin và sáp ngấm vào thành tế bào Hơi nước có thể khuếch tán từ các khoảng gian bào của lá, qua lớp cutin để ra ngoài không khí.

- Lớp cutin càng dày thì sự khuếch tán nước qua cutin càng nhỏ Độ dày của lớp cutin phụ thuộc vào giống loài và đặc biệt là vào tuổi của lá Lá càng già thì lớp cutin càng dày Sự thoát hơi nước qua cutin ở lá non là đáng kể vì lá non có lớp cutin mỏng, có thể đạt đến 10% tổng lượng nước thoát ra.

Các loài thực vật khác nhau có sự thoát

Các loài thực vật khác nhau có sự thoát

hơi nước qua cutin là khác nhau

- Thực vật ưa sáng thoát hơi nước qua

cutin đạt 10-20% lượng nước bay hơi

cực đại

- Các thực vật trong bóng râm, các thực

vật thủy sinh thoát hơi nước qua cutin

khoảng 10% lượng nước thoát đi

- Xương rồng thoát hơi nước qua cutin

chỉ còn 0,05%.

Tế bào biểu bì có phủ lớp cutin mỏng

Khí khổng

Thoát hơi nước qua khí khổng bao gồm 3 giai đoạn:

- Bốc hơi nươc từ bề mặt của tế bào nhu mô lá vào gian bào.

- Khuếch tán hơi nước qua khe khí khổng.

- Khuếch tán hơi nước qua khe khí khổng.

- Chuyển vận hơi nước từ bề mặt lá ra môi trường xung quanh.

Sự thoát hơi nước thực sự diễn ra ở gian bào vì diện tích của các khoảng gian bao lớn gấp nhiều lần so với diện tích lá Nhờ đó mà nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khá dễ dàng.

Cấu tạo và phân bố khí khổng

Khí khổng phân bố ở hai mặt lá và các phần non của thân, cành, quả…Thường khí khổng phân bố ở mặt dưới lá nhiều hơn mặt trên

Khí khổng phân bố nhiều ở mặt dưới của lá là đặc điểm tiến hóa thích nghi của nhiều loại thực vật (chủ yếu là cây hai lá mầm) Do hai yếu tố sau:

- Giảm mất nước : Nước từ bên trong lá thoát ra ngoài qua khí khổng Khí khổng ở mặt dưới

lá thì lượng ánh sáng mặt trời chiếu trực tiếp vào khí khổng sẽ giảm, lượng nước thoát ra ngoài ít hơn

- Tối ưu hóa sự quang hợp : Khí khổng không có chức năng quang hợp Vì vậy nếu khí khổng tập trung ở mặt dưới lá thì sẽ nhường diện tích mặt trên lá cho các tế bào có khả năng quang hợp phân bố, do đó làm tăng hoạt động quang hợp của cây.

Trên đây là những đặc điểm chủ yếu ở cây hai lá mầm (lá mọc ngang) Ở cây một lá mầm,

lá mọc xiên 45 độ nên bề mặt nào của lá cũng nhận lượng ánh sáng như nhau, do đó khí khổng phân bố đều ở cả hai bên mặt lá của cây một lá mầm.

Ở những cây có lá nổi trên mặt nước (như lá sen, lá súng) thì khí khổng lại tập trung ở mặt trên nhiều hơn mặt dưới Vì mặt dưới lá là nước, khí khổng sẽ không thực hiện chức năng trao đổi khí ở mặt dưới được.

Những cây thân bụi, thân thảo hay những cây sống trong điều kiện ẩm ướt, cây phải thoát hơi nước nhiều nên số lượng khí khổng cũng tăng lên Trong khi đó, các thực vật chịu hạn (thực vật CAM) thì cây phải hạn chế thoát nước tối đa nên lượng khí khổng hạn chế hơn nhiều.

• Khí khổng được cấu tạo từ hai tế bào bảo vệ có hình bầu dục như hạt đậu quay vào nhau,

để một khe hở nhỏ liên thông giữa khoảng gian bào lá với không khí gọi là vi khẩu.

1 Tế bào biểu bì; 2 Tế bào bảo vệ; 3

Lỗ khí.

Cấu tạo của khí khổng

Đặc điểm của tế bào hình hạt đậu

- Mép trong rất dày và mép ngoài rất mỏng, nên khi tế bào trương nước thì mép ngoài của

tế bào dãn nhanh hơn, làm cho tế bào bảo vệ uốn cong và khe vi khẩu mở ra để cho nước thoát ra ngoài Ngược lại khi mất nước thì tế bào xẹp nhanh hơn và vi khẩu khép lại hạn chế bay hơi nước.

- Tế bào bảo vệ chứa nhiều lục lạp và các hạt tinh bột, khác với các tế bào biểu bì khác Đặc điểm này giúp tế bào bảo vệ hoạt động quang hợp và làm tăng áp suất thẩm thấu của khí khổng Nhịp điệu đóng mở của khí khổng phụ thuộc vào hàm lượng nước của hai tế bào bảo vệ ở trạng thái trương nước thì khí khổng mở và trạng thái thiếu nước thì khí khổng đóng lại.

Sự đóng mở khí khổng

Việc đóng mở khí khổng chủ yếu là do áp suất thẩm thấu gây ra Sự biến đổi no nước của

tế bào bảo vệ và điều kiện chiếu sáng là hai nhân tố chủ yếu điều tiết kích thước vi khẩu.

Ánh sáng là tác nhân chủ yếu điều tiết quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường ở tế bào khí khổng CO2 của hô hấp thải ra được dùng cho quang hợp làm giảm H2CO3 nên pH của

tế bào tăng Khi pH tế bào tăng gần đến trung tính thì photphorilaza xúc tiến biến tinh bột thành đường glucoza-1-photphat làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào bảo vệ, tế bào sẽ hút nước và vi khẩu mở ra.

Trong tối do CO2 thải ra không được sử dụng nên H2CO3 tăng làm pH giảm Khi pH giảm đến 5 thì xúc tiến phản ứng ngược lại, biến đường thành tinh bột làm giảm áp suất thẩm thấu, tế bào mất nước làm cho vi khẩu đóng lại Đó là phản ứng mở quang chủ động.

•

Mô giậu, mô khuyết (Thịt lá)

Thịt lá gồm rất nhiều TB có vách mỏng, có chứa lục lạp bên trong

+ Các TB thịt lá chia thành hai lớp khác nhau về cấu tạo và chức năng, đó là lớp mô giậu và mô khuyết

+ Lớp TB mô giậu xếp dày đặc, sát nhau, giúp cho việc tiếp nhận ánh sáng tốt hợp (do chất diệp lục tập trung được nhiều ở mặt trên)

+ Lớp TB mô khuyết xếp thưa hơn, giữa các TB có khoang chứa không khí Lớp TB này cũng đảm nhận chức năng nhận ánh sáng (nhưng ít hơn so với mặt trên), chức năng chủ yếu là chứa & trao đổi khí

+ Các khoang khí thông với lỗ khí Lỗ khí có chức năng trao đổi không khí và thoát hơi nước ở

lá cây với môi trường với ngoài

Mô giậu, mô khuyết (Thịt lá)

Cây hai lá mầm

+ Mô giậu: nằm tiếp với biểu bì trên gồm 1 đến nhiều lớp tế bào hinh chữ nhật dài, xếp sát nhau chừa các khoảng gian bào rất nhỏ, các tế bào chứa nhiều lục lạp thích nghi với quá trình quang hợp

+ Mô xốp (mô khuyết): nằm dưới mô giậu và tiếp với biểu bì dưới, gồm các tế bào đa giác cạnh tròn, không đều, sắp xếp rời rạc tạo nên nhiều khoảng trống chứa khí, thực hiện chức năng trao đổi khí giữa cây với môi trường Ngoài ra trong phần thịt lá, giữa các tế bào mô giậu và mô xốp còn có các tế bào thực hiện chức năng thâu góp các sản phẩm quang hợp rồi chuyển vào libe của gân lá, đó là các tế bào thâu góp

Cây một lá mầm

Thịt lá có cấu tạo đồng nhất, không phân thành mô giậu hay mô xốp, gồm các tế bào mô mềm tròn cạnh hay có cạnh sắp xếp để hở các khoảng trống gian bào

Các bó dẫn

• Cây hai lá mầm : các bó dẫn của lá nằm trong khối mô đồng hóa, chỗ tiếp giáp giữa mô giậu

và mô xốp làm thành hệ gân lá Gân lá gồm có gân chính ở giữa và các gân con, thực hiện chức năng dẫn truyền Xung quanh các bó dẫn có các tế bào thâu góp, ngoài ra xung quanh bó dẫn còn có vòng mô cơ (mô dày hoặc mô cứng), do đó gân lá còn có chức năng nâng đỡ

• Cây một lá mầm : các bó dẫn nằm trong khối mô đồng hóa, số lượng thường nhiều Các bó chính xếp song song nhau, các bó nhỏ xếp thành mạng giữa các bó chính Ở đây mô cơ phát triển, xếp thành vòng bao quanh bó dẫn hoặc kéo dài đến hai lớp biểu bì ở mép lá, xung quanh bó dẫn có vòng tế bào thâu góp.