Hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề và phân dạng bài tập phần quang hợp – hô hấp trong chương trình sinh học 10, sinh học 11

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA TRƯỜNG THPT TĨNH GIA -  SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM “HỆ THỐNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT THEO CHUYÊN ĐỀ VÀ PHÂN DẠNG BÀI TẬP PHẦN QUANG HỢP – HÔ HẤP TRONG CHƯƠNG TRÌNH SINH HỌC 10, SINH HỌC 11” Người thực hiện: Lê Thị Hà Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực mơn: Sinh học THANH HĨA NĂM 2018 MỤC LỤC Mở đầu 1.1 Lý chọn đề tài 1.2 Mục đích nghiên cứu 1.3 Đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp nghiên cứu Nội dung sáng kiến kinh nghiệm 2.1 Cơ sở lý luận 2.2 Thực trạng vấn đề trước áp dụng sáng kiến kinh nghiệm 2.3 Nội dung thực 2.3.1 Chuyên đề quang hợp 2.3.1.1: hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề 2.3.1.1.1 Khái niệm quang hợp 2.3.1.1.2 Cơ quan quang hợp 2.3.1.1.3 Hai pha trình quang hợp a Pha sáng b Pha tối b.1 Pha tối thực vật C3 b.2 Pha tối thực vật C4 b.3 Pha tối thực vật CAM 2.3.1.1.4 Hóa tổng hợp a Khái quát hóa tổng hợp b Các nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp 2.3.1.2: Câu hỏi tập Dạng 1: Khái niệm quang hợp Dạng 2: Cơ quan quang hợp Dạng 3: Cơ chế quang hợp 2.3.2 Chuyên đề hô hấp 2.3.2.1 Hệ thống lý thuyết theo chuyên đề 2.3.2.1.1 Khái niệm hô hấp 2.3.2.1.2.Ty thể - bào quan hô hấp 2.3.2.1.3 Cơ chế hơ hấp 2.3.2.1.3.1 Hơ hấp hiếu khí a Giai đoạn đường phân b Chu trình Krebs c.Chuỗi truyền electron hô hấp 2.3.2.1.3.2 Lên men 2.3.2.1.4 Hô hấp sáng thực vật a Khái niệm b Cơ chế hô hấp sáng 2.3.2.1.5 Hệ số hô hấp 2.3.2.2 Câu hỏi tập 2.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm Kết luận đề xuất 3.1 Kết luận 3.2 Kiến nghị Trang 1 1 3 3 3 3 5 5 7 8 10 14 14 14 14 14 14 15 15 15 15 16 16 16 16 16 18 19 19 19 MỞ ĐẦU 1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI: Sinh học môn khoa học quan trọng nhà trường phổ thông Môn sinh học cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức khoa học kiến thức thực tế vô phong phú, giáo viên mơn Sinh học cần hình thành em kỹ bản, phổ thơng thói quen học tập làm việc khoa học làm tảng cho việc giáo dục xã hội chủ nghĩa, phát triển lực nhận thức, lực hành động Có phẩm chất cần thiết cẩn thận, kiên trì, trung thực, tỉ mỉ, xác, yêu khoa học, yêu thiên nhiên bảo vệ mơi trường sống Trong q trình giảng dạy môn Sinh học 10, Sinh học 11 trường THPT qua việc bồi dưỡng học sinh giỏi lớp 11 kiến thức lý thuyêt tập phần Quang hợp Hơ hấp chương trình tương đối khó trừu tượng, đồng thời cịn có trùng lặp kiến thức lớp 10 lớp 11 Từ thực tế giảng dạy ôn thi học sinh giỏi, tiến hành dạy kiến thức lý thuyết theo chuyên đề Quang hợp, chun đề Hơ hấp, sau phân dạng tập giúp học sinh nắm vững kiến thức giải tập phần có hiệu nên viết sáng kiến kinh nghiệm với đề tài: “ Hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề phân dạng tập phần Quang hợp – Hơ hấp chương trình Sinh học 10, Sinh học 11” 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Với mong muốn học sinh tiếp cận kiến thức lý thuyết quang hợp, hô hấp không bị nhầm lẫn không lúng túng làm tập, đặc biệt khả nhận dạng nhanh đưa hướng giải câu hỏi tập đề thi phát huy tính tích cực tạo hứng thú cho học sinh Xây dựng hệ thống kiến thức lý thuyết tập phần quang hợp hô hấp nguồn tài liệu giúp cho việc ôn thi TPHT quốc gia, ôn thi học sinh giỏi trình giảng dạy Sinh học 1.3 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU: Học sinh lớp 11A1 11A4 Trường THPT Tĩnh Gia Năm học 2017 2018 1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU: Để tiến hành nghiên cứu đề tài sử dụng phương pháp: - Nghiên cứu lý thuyết - Thực nghiệm sư phạm - Đúc rút kinh nghiệm từ thân - Trao đổi chuyên môn để học hỏi đồng nghiệp - Sau tiến hành + Hệ thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề quang hợp, chuyên đề hô hấp + Phân dạng nêu phương pháp giải dạng tập quang hợp hô hấp áp dụng giảng dạy lớp: + Lớp 11A4 - Không sử dụng phương pháp (Lớp đối chứng) + Lớp 11A1 - Sử dụng phương pháp (Lớp thực nghiệm) Sau giảng dạy tiến hành cho học sinh lớp làm đề kiểm tra so sánh kết NỘI DUNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 2.1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Trong chương trình Sinh học 10 kiến thức quang hợp hô hấp đề cập 23, 24 – Hô hấp tế bào, 25, 26 – Hóa tổng hợp quang tổng hợp Trong chương trình Sinh học 11 kiến thức quang hợp thể thực vật hô hấp thể thực vật Về chất chế quang hợp hô hấp mức thể diễn chế tế bào Vì học phần lớp 10 học sinh nắm vững kiến thức về: Cơ chế hai pha quang hợp, giai đoạn hơ hấp tế bào, học quang hợp thực vật, hô hấp thực vật lớp 11 học sinh dễ dàng nắm vững kiến thức 2.2 THỰC TRẠNG VẤN ĐỀ TRƯỚC KHI ÁP DỤNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM: Qua thực tế giảng dạy trường nhận thấy kết hợp dạy theo chuyên đề học sinh hệ thống hóa kiến thức quang hợp hơ hấp lớp 10, lớp 11 dễ dàng, học lặp lại, từ có thời lượng để giáo viên giới thiệu câu hỏi, dạng tập, kiến thức thực tế phần quang hợp hô hấp 2.3 NỘI DUNG THỰC HIỆN 2.3.1 CHUYÊN ĐỀ QUANG HỢP: 2.3.1.1 Hệ thống lý thuyết theo chuyên đề 2.3.1.1.1 Khái niệm quang hợp Khái niệm: Phương trình tổng quát Vai trị q trình quang hợp 2.3.1.1.2 Cơ quan quang hợp Lá quan quang hợp (Hình thái, giải phẫu thích nghi với chức quang hợp) Lục lạp – Bào quan quang hợp (Hình dạng, thành phần hóa học, cấu tạo lục lạp) Hệ sắc tố quang hợp: - Sắc tố - diệp lục (Các loại diệp lục, cơng thức phân tử, vai trò) - Sắc tố phụ - carotennoit (Các loại sác tố phụ, công thức phân tử, vai trị) 2.3.1.1.3 Hai pha q trình quang hợp: a Pha sáng: - Là pha có nhiệm vụ hấp thụ lượng ánh sáng để chuyển hóa thành lượng ATP NADPH, đồng thời giải phóng O vào khí nhờ q trình quang phân li H2O - Nơi xảy ra: Trên màng Tilacoit lục lạp - Các giai đoạn: + Giai đoạn quang lý: trình diệp lục hấp thụ ánh sáng làm điện tử nên trở thành dạng kích động điện tử dl + hv dl* dl** dl: diệp lục trạng thái bình thường dl*: diệp lục trạng thái kích thích dl**: diệp lục trạng thái bền thứ cấp Để bù lại lượng điện tử mất, diệp lục lấy điện tử H 2O dẫn tới quang phân li H2O Điện tử sau bật khỏi diệp lục truyền cho chất nhận chuỗi truyền e dẫn tới hình thành chuỗi truyền e tổng hợp ATP + Giai đoạn quang hóa: Bao gồm quang hóa khởi nguyên, quang photphorin hóa quang phân li nước Quang hóa khởi ngun: q trình biến đổi thuận nghịch phân tử diệp lục, xảy quang khử diệp lục oxi hóa chất cho điện tử thông qua hệ thống truyền điện tử phức tạp Quang Photphorin hóa: q trình tạo ATP quang hợp, xảy đồng thời với trình vận chuyển điện tử quang hợp, xảy màng tilacoit Khi điện tử vận chuyển từ chất oxi hóa khử thấp đến chất oxi hóa khử cao, điện tử nhường bớt phần lượng cho chất truyền e Chất truyền điện tử đồng thời bơm proton (bơm H+) nên sử dụng lượng từ e để bơm H+ từ chất lục lạp vào xoang Tilacoit tạo H+ cao Các ion H+ khuếch tán từ xoang Tilacoit chất lục lạp (qua kênh ATP synthaza màng tilacoit) để tổng hợp ATP Photphorin hóa quang hợp bao gồm quang photphorin hóa vịng quang photphorin hóa khơng vịng: Quang photphorin hóa vịng: điện tử tách khỏi diệp lục truyền cho chất nhận điện tử cuối lại trở diệp lục, quang photphorin hóa vịng khơng dẫn tới quang phân ly H2O, sinh ATP gắn liền với hệ quang hóa PSI Quang photphorin hóa khơng vịng: điện tử tách khỏi diệp lục truyền cho chất nhận điện tử cuối đưa đến NADP+ để hình thành NADPH, quang photphorin hóa khơng vịng sinh ATP, NADPH, O2 gắn liền với hai hệ quang hóa PSI, PSII Quang phân ly nước: Là trình phân li H2O tạo H+, O2, e Diệp lục hấp thụ photon ánh sáng: 4dl + hv 4dl* + e (4dl* xúc tác cho trình phân ly H2O) H2O + 4dl* H+ + OH- + dl (diệp lục lấy e OH-) OH- H2O + O2 + 4e H2O H+ +4e + O2 Các sản phẩm: + O2 giải phóng + e bù lại điện tử electron cho diệp lục a + Các proton H+ đến khử NADP+ thành NADPH Tóm tắt pha sáng: 12H2O + 18ADP +18Pvô + 12NADP+ 6O2 + 18ATP +12 NADPH b Pha tối: - Là pha đồng hóa CO2 nhờ lượng từ pha sáng ATP NADPH để tổng hợp chất hữu - Nơi xảy ra: Chất lục lạp b.1 Pha tối thực vật C3 ( Chu trình Canvin – Benson) - Gồm giai đoạn: * Giai đoạn Cacboxyl hóa: Chất nhận CO2 hợp chất 5C ( Ribulozo- 1,5- điphotphat (Ri- 1,5DP) kết hợp với CO2 tạo phân tử Axit photphoglyxeric (APG) Ri- 1,5DP + CO2 APG * Giai đoạn khử: APG + ATP A- 1,3 DPG (axit 1,3điphotphoglixeric ) Sau A- 1,3 DPG NADPH khử thành ALPG A- 1,3 DPG + NADPH ALPG + NADP + P * Giai đoạn tái sinh chất nhận: ALPG biến đổi đồng phân DHAP (đihydroxiaxetonphotphat) Sau phgaan tử đường cacbon ALPG DHAPsẽ kết hợp lại tạo thành đường cacbon (fructozo 1,6 -diphotphat) từ hình thành glucơzơ ,tinh bột trải qua nhiều phản ứng trung gian sử dụng ATP để cuối hình thành Ribulozo- 1,5- điphotphat Để tổng hợp phân tử đường glucôzơ phải hấp thu phân tử CO2 cần 12 NADPH, 18 ATP pha sáng cung cấp b.2 Pha tối thực vật C4 (Chu trình Hatch – Slack) - Xảy lục lạp loại tế bào tế bào mô dậu tế bào bao bó mạch, * Tại tế bào mơ giậu diễn giai đoạn cố dịnh CO2 + Chất nhận CO2 hợp chất 3C (phosphoenol piruvic - PEP) CO2 + PEP Axit axit oxaloaxetic (AOA ) hợp chất cacbon + Sản phẩm ổn định hợp chất 4C ( axit oxaloaxetic -AOA), sau AOA bị khử hình thành axit malic (AM) trước chuyển vào tế bào bao bó mạch AOA AM * Tại tế bào bao bó mạch diến giai đoạn cố định CO2 lần + AM bị phân hủy để giải phóng CO2 cung cấp cho chu trình Canvin hình thành nên hợp chất 3C axit piruvic AM Axit Pyruvic + CO2 + Axit piruvic quay lại tế bào mô giậu để tái tạo lại chất nhận CO PEP Axit Pyruvic + ATP PEP + ADP + Chu trình C3 diễn thực vật C3 Như để tổng hợp phân tử đường glucôzơ phải hấp thu phân tử CO2 cần 12 NADPH, 24 ATP pha sáng cung cấp b.3 Pha tối thực vật CAM (Chu trình CAM) - Gồm loài mọng nước, sống vùng hoang mạc khô hạn như: xương rồng, dứa, long … - Để tránh nước, khí khổng lồi đóng vào ban ngày mở vào ban đêm cố định CO2 theo đường CAM - Ban đêm, nhiệt độ mơi trường xuống thấp, tế bào khí khổng mở ra, CO2 khuếch tán qua vào tế bào mô dậu CO2 + PEP Axit axit oxaloaxetic (AOA ) hợp chất cacbon AOA chuyển hóa thành AM tích lũy khơng bào AOA AM - Ban ngày, tế bào khí khổng đóng lại: + AM từ không bào tế bào chất vào lục lạp tách CO2 cung cấp cho o chu trình Canvin tạo thành tinh bột AM Axit Pyruvic + CO2 Để tái tạo PEP thực vật CAM khơng tái tạo từ Axit Pyruvic mà từ tinh \bột phân giải thành Tiozo – P PEP - Chu trình CAM gần giống với chu trình C4, điểm khác biệt thời gian: giai đoạn chu trình C4 diễn ban ngày ; cịn chu trình CAM giai đoạn đầu cố định CO2 thực vào ban đêm khí khổng mở cịn giai đoạn tái cố định CO2 theo chu trình Canvin thực vào ban ngày khí khổng đóng Tóm tắt pha tối: (thực vật C3) 6CO2 + 18ATP + 12NADPH C6H12O6 + 18ADP + 12NADP+ + 18P+ 6H2O 2.3.1.1.4 Hóa tổng hợp a Khái quát Hóa tổng hợp - Hóa tổng hợp phương thức dinh dưỡng nhóm vi sinh vật hóa tự dưỡng (đặc trưng cho vi khuẩn) - Hóa tổng hợp q trình tổng hợp chất hữu từ chất vô nhờ nguồn lượng từ phản ứng hóa học - Q trình hóa tổng hợp gồm khâu: + Thực oxi hóa chất vơ để thu lấy lượng A (chất vô cơ) + O2 AO2 + lượng (Q) Một phần lượng từ phản ứng tạo vi khuẩn chuyển hóa thành lượng có ATP, sau sử dụng ATP cung cấp cho hoạt động sống tế bào + Một phần lượng thu từ phản ứng để tổng hợp chất hữu từ chất vô CO2 + RH2 + Q Chất hữu Ở hóa tổng hợp, vi khuẩn sử dụng nguồn lượng từ phản ứng oxi hóa, nguồn cung cấp điện tử H2S axit hữu Ở quang hợp thực vật sử dụng nguồn lượng ánh sáng, nguồn cung cấp điện tử H2O b Các nhóm vi khuẩn hóa tổng hợp: * Vi khuẩn chuyển hóa hợp chất Nitơ - Các vi khuẩn Nitrat hóa(Nitrosomonas) NH3 + O2 HNO2 + H2O + 158kcal 6% lượng giải phóng vi khuẩn sử dụng để tổng hợp glucơzơ từu CO2 - Các vi khuẩn Nitrat hóa ( Nitrobacter) HNO2+ O2 HNO3 + 38kcal 7% lượng giải phóng vi khuẩn sử dụng để tổng hợp glucơzơ từu CO2 * Vi khuẩn chuyển hóa hợp chất chứa lưu huỳnh - Oxi hóa H2S thành H2SO4 tạo lượng H2S + O2 H2O + S + 115kcal 2S + H2O + 3O2 H2SO4 + 283,3kcal - Sử dụng phần lượng tổng hợp glucozo từ CO2 CO2+ H2S + Q 1/6 C6H12O6 + 2S + H2O * Vi khuẩn chuyển hóa hợp chất chứa sắt - Oxi hóa sắt thành sắt lấy lượng FeCO3 + O2 + H2O Fe(OH)3 + CO2 + 81kcal - Sử dụng phần lượng tổng hợp glucozo từ CO2 * Nhóm vi khuẩn lấy lượng từ hidro Các vi khuẩn oxi hóa phân tử H2 để lấy lượng sử dụng phần nguồn lượng để cố định CO2 thành chất hữu 2.3.1.2 Câu hỏi tập Dạng 1: Khái niệm quang hợp: a Xác định nguồn gốc Ôxi quang hợp, trình bày thí nghiệm chứng minh Câu 1: Ơxi quang hợp có nguồn gốc từ đâu? Trình bày thí nghiệm chứng minh Từ nơi sinh ra, ôxi phải qua lớp màng để Giải: - Oxi giải phóng quang hợp có nguồn gốc từ H 2O trình quang phân ly pha sáng - Thí nghiệm chứng minh: Sử dụng đồng vị phóng xạ Ơxi (18O) + Thí nghiệm 1: Sử dụng H2O có 18O Oxi thải 18O + Thí nghiệm 2: Sử dụng CO2 có 18O Oxi thải khơng phải 18O Kết luận: Oxi giải phóng quang hợp có nguồn gốc từ H2O - Từ nơi sinh xoang Tilacoit, oxi phải qua lớp màng: Màng Tilacoit màng lục lạp màng lục lạp màng sinh chất b Chứng minh H2O sinh quang hợp từ pha tối Câu 2: Trình bày thí nghiệm chứng minh H2O sinh quang hợp từ pha tối Giải: - Đánh dấu *O vào CO2, thấy *O có mặt C6H12O6 H2O Như H2O sinh từ H H 2O nguyên liệu O2 CO2, mà CO2 tham gia vào pha tối Vậy H2O tạo từ pha tối Dạng 2: Cơ quan quang hợp 10 Câu hỏi 1: Sự khác cấu tạo tế bào mô dậu tế bào bao bó mạch? Phân tích phù hợp cấu trúc chức loại tế bào Trả lời: Sự khác Lục lạp tế bào mơ dậu - Vị trí: Lớp tế bào mơ dậu nằm biểu bì lá, gần khí khổng - Hạt Grana phát triển mạnh, có hệ quang hóa PSI, PSII - Có hệ enzim cố định CO2tạm thời, khơng có enzim Rubisco Vị trí phù hợp chức Lục lạp tế bào mô dậu nằm biểu bì, gần khí khổng thuận lợi cho việc: + hấp thụ nhiều ánh sáng + cố định CO2 tạm thời thải O2 Cấu trúc phù hợp chức - Hạt grana phát triển mạnh, có PSI, PSII nơi diễn pha sáng tạo ATP NADPH cung cấp cho pha tối Lục lạp tế bào bao bó mạch - Vị trí:nằm bao quanh bó mạch - Hạt Grana phát triển, có PSI - Khơng có enzim cố định CO2 tạm thời Lục lạp tế bào bao bó mạch nằm bao quanh bó mạch thuận lợi cho việc: + vận chuyển sản phẩm quang hợp + có hệ enzim tham gia vào pha tối nên nằm sau phía lớp thịt giảm tác động nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh - Hạt grana phát triển, nơi chủ yếu diễn pha tối - Chỉ có PSI khơng xảy quang phân li H2O nên không tạo O2 không xảy hô hấp sáng Câu 2: Khi chiếu sáng qua lăng kính sợi tảo dài dung dịch có vi khuẩn hiếu khí, qua sát kính hiển vi nhận thấy vi khuẩn tập trung hai đầu sợi tảo, số lượng vi khuẩn tập trung hai đầu khác Hãy giải thích sao? Trả lời: Khi chiếu qua lăng kính, ánh sáng phân thành màu: đỏ, da cam, vàng, lục, lam, chàm, tím Các tia đơn sắc rơi sợi tảo hấp thụ ánh sáng đỏ đến tím từ đầu đến đầu Như đầu sợi tảo hấp thụ ánh sáng đỏ, đầu hấp thụ ánh sáng tím Đây vùng quang phổ mà thực vật xảy quang hợp mạnh nên thải nhiều oxi, nên vi khuẩn tập trung hai đầu sợi tảo Đầu sợi tảo hấp thụ ánh sáng đỏ tập trung nhiều vi khuẩn ánh sáng đỏ có hiệu quang hợp cao ánh sáng tím ( Vì cường độ quang hợp không phụ thuộc vào lượng photon mà phụ thuộc vào số lượng photon, với cường độ chiếu sáng số lượng photon ánh sáng đỏ nhiều gần gấp đơi ánh sáng tím ) Dạng 3: Cơ chế quang hợp a Cơ chế quang hợp, đặc điểm hình thái, sinh lý nhóm thực vật C3, C4, CAM Câu 1: So sánh chế quang hợp, đặc điểm hình thái, sinh lý nhóm thực vật C3,C4,CAM 11 Trả lời: - Sự giống khác chế quang hợp Giống nhau: Pha sáng: - Giữa nhóm thực vật diễn pha sáng giống nhau: hấp thụ lượng ánh sáng để chuyển hóa thành lượng ATP NADPH, đồng thời giải phóng oxi nhờ q trình quang phân li nước Pha tối: - Đều thực trình cố định CO2 theo chu trình Canvin để tổng hợp glucôzơ Khác nhau: - Sự khác chế quang hợp: Chất nhận CO2 Sản phẩm ổn định Nơi xảy trình cố định CO2 Thời gian xảy Chu trình Số lượng ATP, NADPH cần để tổng hợp glucôzơ Thực vật C3 Ribulozo- 1,5 diphotphat (RIDP) Axit photphoglixeric (APG – cacbon) Tê bào mơ dậu Ban ngày Diễn theo chu trình Canvin 18ATP, 12NADPH Thực vật C4 Axit photphoenolpiruvic (PEP) Axit oxaloaxetic (AOA – 4cacbon) Tế bào mô dậu tế bào bao bó mạch Ban ngày Diễn gồm giai đoạn: + Cố định CO2 tạm thời + Cố định CO2 theo chu trình Canvin - Tái tạo trả PEP từ axit piruvic 24ATP, 12NADPH Thực vật CAM Axit photphoenolpiruvic (PEP) Axit oxaloaxetic (AOA – 4cacbon) Tê bào mô dậu Ban ngày ban đêm Diễn gồm giai đoạn: + Cố định CO2 tạm thời – vào ban đêm + Cố định CO2 theo chu trình Canvin – vào ban ngày - Tái tạo trả PEP từ tinh bột 24ATP, 12NADPH - Sự khác đặc điểm hình thái, cấu tạo sinh lý: Bảng III: Một số đặc điểm hình thái, giải phẫu, sinh lý, hóa sinh nhóm thực vật C3, C4, CAM (sgk Sinh học 11 - nâng cao Trang 38) b Xác định số photon ánh sáng cần cho trình quang hợp nhóm thực vật Bài 1: Ở quang hợp thực vật C3, để tổng hợp mol glucơzơ cần mol photton ánh sáng? Cho chu kì photphoryl hóa vịng tạo ATP Giải: Tóm tắt pha tối: (thực vật C3) 6CO2 + 18ATP + 12NADPH C6H12O6 + 18ADP + 12NADP+ + 18P+ 6H2O - Quang hợp thực vật C3, để tổng hợp phân tử glucôzơ cần 18 phân tử ATP, 12 phân tử NADPH Trong + Giai đoạn cacboxyl hóa khơng sử dụng lượng ATP NADPH 12 + giai đoạn khử, sử dụng 12ATP 12NADPH + giai đoạn tái tạo chất nhận sử dụng ATP - Ở photphoril hóa khơng vịng, để tổng hợp 12NADPH 12 ATP cần 12 chu kì chu kì cần photon + Số photon ánh sáng để thực 12 chu kì khơng vịng = 12 x = 48 photon - Ở photphoril hóa vịng, chu kì cần photon tạo ATP nên để tổng hợp ATP cần chu kì vịng + Số photon ánh sáng để thực chu kì vịng = x =6 photon => Tổng số photon ánh sáng để tổng hợp phân tử glucôzơ = 48 + = 54 photon = 54 mol Bài 2: Ở quang hợp thực vật C4, để tổng hợp 720g glucơzơ cần phân tử photon ánh sáng? Cho chu kì photphoryl hoa vịng tạo ATP Giải: Ở quang hợp thực vật C4, để tổng hợp phân tử glucôzơ cần 24 phân tử ATP, 12 phân tử NADPH Trong + Giai đoạn cacboxyl hóa khơng sử dụng lượng ATP NADPH + giai đoạn khử, sử dụng 12ATP 12NADPH + giai đoạn tái tạo Ribulôzơ chu trinh Canvin cần ATP + thực vật C4 cịn có giai đoạn cố định CO2 tạm thời, cần ATP tái tạo PEP - Ở photphoril hóa khơng vịng, để tổng hợp 12NADPH 12 ATP cần 12 chu kì chu kì cần photon + Số photon ánh sáng để thực 12 chu kì khơng vịng = 12 x = 48 photon - Ở photphoril hóa vịng, chu kì cần photon tạo ATP nên để tổng hợp 12 ATP cần chu kì vịng + Số photon ánh sáng để thực chu kì vịng = x = 12 photon =>Tổng số photon ánh sáng để tổng hợp phân tử glucôzơ = 48 + 12 = 60 Số mol glucôzơ = = mol => Số photon ánh sáng cần để tổng hợp mol glucôzơ = 60 x = 240 mol Mỗi mol có số lượng phân tử 6,023.1023 nên Số phân tử photon ánh sáng là: 240 x 6,023.1023 = 1445,52.1023 (photon) Bài 3: Hãy tính hiệu suất tối đa chuyển hóa lượng quan hợp, biết mol ánh sáng có lượng trung bình 45kcal, mol glucozo có lượng 674kcal chu kì photphoryl hóa vịng tạo ATP Giải: Tóm tắt pha tối: (thực vật C3) 6CO2 + 18ATP + 12NADPH C6H12O6 + 18ADP + 12NADP+ + 18P+ 6H2O - Quang hợp thực vật C3, để tổng hợp phân tử glucôzơ cần 18 phân tử ATP, 12 phân tử NADPH Trong + Giai đoạn cacboxyl hóa khơng sử dụng lượng ATP NADPH + giai đoạn khử, sử dụng 12ATP 12NADPH + giai đoạn tái tạo chất nhận sử dụng ATP 13 - Ở photphoril hóa khơng vịng, để tổng hợp 12NADPH 12 ATP cần 12 chu kì chu kì cần photon + Số photon ánh sáng để thực 12 chu kì khơng vịng = 12 x = 48 photon - Ở photphoril hóa vịng, chu kì cần photon tạo ATP nên để tổng hợp ATP cần chu kì vòng + Số photon ánh sáng để thực chu kì vịng = x = photon => Tổng số photon ánh sáng để tổng hợp phân tử glucôzơ = 48 + = 54 photon Năng lượng tích lũy 54 mol photon = 45.54 = 2430 Hiệu suất chuyển hóa lượng quang hợp = c Dựa vào đặc điểm giải phẫu, sinh lý chế quang hợp xác định nhóm thực vật C3, C4 ,CAM Bài 1: a Để phân biệt thực vật C3, C4 người ta làm thí nghiệm sau: - Thí nghiệm1: Đưa vào chng thủy tinh kín chiếu sáng liên tục - Thí nghiệm 2: Trồng nhà kín điều chỉnh nồng độ CO2 - Thí nghiệm 3: Đo cường độ quang hợp điều kiện ánh sáng cao, nhiệt độ cao (mgCO2/dm2 lá/giờ) Hãy phân tích nguyên tắc thí nghiệm b (HSGQG 2012) Nếu khí hậu vùng địa lý tiếp tục trở nên nóng khơ thành phần loại thực vật C3 C4, CAM vùng thay đổi nào? Trả lời: - Thí nghiệm 1: Nguyên tắc: Dựa vào điểm bù CO2 khác thực vật C3 thực vật C4 Cây C3 chết trước có điểm bù CO2 cao (khoảng 30 - 70 ppm) cịn thực vật C4 có điểm bù CO2 thấp (0 - 10 ppm) - Thí nghiệm 2: Nguyên tắc: Dựa vào hô hấp Hô hấp sáng phụ thuộc vào nồng độ O2; hơ hấp sáng có thực vật C3 khơng có thực vật C4 nên điều chỉnh O2 cao suất quang hợp thực vật C3 giảm - Thí nghiệm 3: Nguyên tắc: Dựa vào điểm bão hòa ánh sáng Điểm bão hòa ánh sáng thực vật C3 thấp, thực vật C4 cao, cường độ quang hợp thực vật C4 cao thực vật C3, suất sinh học cao thực vật C4 cao C3 b Nếu khí hậu trở nên khơ nóng hơn, chọn lọc tự nhiên làm gia tăng dần số lượng lồi C4 Cam có chế quang hợp thích hợp với điều kiện khơ nóng Ngược lại số lượng lồi C3 bị giảm điều kiện khí hậu khơ nóng hiệu quang hợp chúng bị giảm (do thiếu nước xảy hô hấp sáng xảy mạnh) Bài 2: Người ta làm thí nghiệm sau: Đặt thực vật C3 thực vật C4 (kí hiệu A, B) vào nhà kính chiếu sáng với cường độ 14 thích hợp, cung cấp đầy đủ CO2 điều chỉnh nồng độ O2 từ đến 21% Tiến hành theo dõi cường độ quang hợp kết thí nghiệm ghi bảng sau: Hàm lượng O2 21% 0% Cường độ quang hợp (mg CO2/dm2/ giờ) Cây A Cây B 25 40 40 40 Em cho biết A, B thuộc thực vật C3 hay thực vật C4? Giải thích Trả lời: - Cây A thuộc thực vật C3, B thuộc thực vật C4 - Giải thích: + Thí nghiệm liên quan đến nồng độ O2 cường độ quang hợp nên có liên quan đến hơ hấp sáng + Cây C3 có hô hấp sáng nên nồng độ O2 tăng lên xảy hơ hấp sáng làm giảm cường độ quang hợp Cây C4 khơng có hơ hấp sáng nên thay đổi nồng độ O2 khơng ảnh hưởng đến quang hợp + Cây A lần thí nghiệm có cường độ quang hợp khác giảm nồng độ O2 xuống 0% làm giảm hơ hấp sáng xuống thấp cường độ quang hợp tăng lên (từ 25 lên đến 40mg CO2/dm2/giờ) Bài 3: Dung dịch phenol có màu vàng mơi trường có CO2, có màu đỏ mơi trường khơng có CO2 Cho dụng cụ hóa chất sau: cốc đựng Phenol miệng rộng, chậu nhỏ, chng thủy tinh kín a Hãy bố trí thí nghiệm để chứng minh CO2 nguyên liệu cho quang hợp b Để thí nghiệm cho kết tốt nên sử dụng nhóm thực vật sau: C3,C4, CAM? c Có nên sử dụng CAM để làm thí nghiệm khơng? Vì sao? Trả lời: a Úp chng kín lên chậu cốc chứa phenol miệng rộng Đem thí nghiệm để ngồi sáng quan sát Giải thích: Ban đầu dung dịch phenol có màu vàng cịn CO2 khơng khí chng Sau thời gian quang hợp sử dụng CO2 chng đến hết dung dịch phenol chuyển dần sang màu đỏ b Dùng C4 điểm bù CO2 C4 thấp (0 -10ppm) nên thí nghiệm cho kết rõ c Không nên dùng thực vật CAM dùng phải vào ban đêm che tối hồn tồn nên khó quan sát kết chuyển màu Phenol d Cơ chế hình thành ATP quang hợp Bài 1: Người ta ngâm lục lạp dung dịch có PH = Sau xoang tilacoit đạt PH = chuyển lục lạp vào dung dịch kiểm có PH = Sau thấy lục lạp tổng hợp ATP tối Hãy giải thích tượng Trả lời: 15 - Sự tổng hợp ATP diễn theo chế hóa thẩm Tức chênh lệch nồng độ ion H+ hai bên màng tilacoit Sự tổng hợp ATP gắn liền với thẩm thấu H+ - Khi ngâm lục lạp dung dịch axit có PH = 4, sau xoang tilacoit đạt PH = chuyển lục lạp vào dung dịch kiềm có PH = lục lạp tổng hợp ATP xoang tilacoit(PH = 4) có nồng độ H+ lớn ngồi dung dịch mơi trường kiềm (PH = 8), H+ từ xoang tilacoit ngồi qua ATP – synthaza tổng hợp ATP 2.3.2 CHUYÊN ĐỀ HÔ HẤP: 2.3.2.1 Hệ thống lý thuyết theo chuyên đề 2.3.2.1.1 Khái niệm hô hấp: Khái niệm: Phương trình tổng qt Vai trị q trình hơ hấp 2.3.2.1.2 Ty thể - Bào quan hơ hấp 2.3.2.1.3 Cơ chế q trình hơ hấp 2.3.2.1.3.1 Hơ hấp hiếu khí a Giai đoạn đường phân: - Xảy tế bào chất, gồm giai đoạn + Giai đoạn 1: Hoạt hóa đường Glucozo + 2ATP Fructozo 1,6 điphotphat + 2ADP + 2Pi + Giai đoạn 2: Phân cắt đường Fructozo 1,6 điphotphat AlPG + DHAP AlPG DHAP (3cacbon) + Giai đoạn 3: Oxi hóa AlPG thành Axit pyruvic 2AlPG + 2NAD+ + 4ADP + 4Pi + 2H2O 2axit pyruvic + 2NADH + 4ATP Như vậy, sơ đồ tổng quát giai đoạn đường phân là: glucôzơ + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP + 4Pi + 2H2O axit pyruvic + 2NADH + 4ATP + 2ADP + 2Pi Phương trình tổng qt là: 1glucơzơ + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi + 2H2O 2axit pyruvic + 2NADH +2ATP b Chu trình Krebs: - Xảy chất Ty thể - Trước vào chu trình Krebs + Axit pyruvic + HSCoA CH3COS + 2CO2+ NADH (Axetyl CoenzimA) - Ở chu trình Kresb, Axetyl CoenzimA enzim thủy phân thành CO2 + CH3COS+ H2O + NAD+ + 2FAD+ + 2ADP + 2Pi CO2 + 6NADH + FADH2+ 2ATP - Tổng mức lượng kết thúc đường phân chu trình Krebs là: 4ATP, 10NADH, 2FADH2 16 - Trong chu trình Krebs tạo nhiều sản phẩm trung gian chất hữu axit fumaric, axit succinic, axit xitric Các sản phẩm trung gia chuyển hóa thành sản phẩm cuối đưa khỏi ty thể để làm nguyên liệu tổng hợp chất cho tế bào c Chuỗi truyền electron hô hấp - NADH, FADH2 tạo đường phân chu trình Krebs vận chuyển đến màng ty thể thực việc truyền điện tử cho chất nhận điện tử màng ty thể Q trình truyền điện tử từ chất oxi hóa khử thấp đến chất oxi hóa khử cao, lượng giải phóng dùng để bơm H+ vào xoang gian màng tạo H+ Sau H+ di chuyển qua kênh ATP – synthaza để tổng hợp ATP ( chế hóa thẩm) + Để tổng hợp phân tử ATP theo chế hóa thẩm cần ion H+ khuếch tán qua kênh ATP – synthaza + Cứ phân tử NADH cung cấp cho chuỗi truyền e bơm 10 ion H+ qua xoang gian màng, FADH2 cung cấp cho chuỗi truyền e bơm ion H+ + Như vậy, phân tử NADH truyền e cho chuỗi truyền điện tử tổng hợp ATP, phân tử FADH2 truyền e cho chuỗi truyền điện tử tổng hợp ATP - Trong chuỗi truyền điện tử màng ty thể, điện tử cuối đưa đến oxi để hình thành nên H2O theo phương trình H+ + e + O2 H2O Vì khơng có O2 chuỗi truyền electron khơng diễn ức chế q trình hơ hấp Từ phân tử Glucơzơ qua hô hấp tế bào tạo tổng số lượng + 10 x + x = 38 ATP 2.3.2.1.3.2 Lên men - Khái niệm: Lên men trình phân giải Cacbohidrat điều kiện kị khí, chât nhận electron cuối chất hữu - Trong điều kiện thiếu oxi xảy trình lên men, gồm giai đoạn a Đường phân 1Glucôzơ + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi + 2H2O 2Axit pyruvic + 2NADH +2ATP b Lên men Axit pyruvic Rượu etylic + CO2 Axit pyruvic Axit lactic 2.3.2.1.4 Hô hấp sáng thực vật a Khái niệm - Là q trình hơ hấp xảy tế bào mô dậu thực vật C3 hấp thụ O2 giải phóng CO2 có ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao - Hơ hấp sáng có tham gia bào quan; Lục lạp, Ty thể, Peroxixom - Hô hấp sáng làm tiêu hao sản phẩm quang hợp, có thực vật C3 b Cơ chế hô hấp sáng Tại lục lạp: 17 Ribulozo 1,5diphotphat + O2 (nồng độ cao) APG + Axit Glicolic Tại Peroxixom: Axit Glicolic + O2 Glioxilic Glioxilic + Glutamic Glixin + Axit xeto glutaric Tại Ty thể Glixin Serin + CO2+ NH2 + H2 2.3.2.1.5 Hệ số hô hấp (RQ) - Là tỷ số phân tử CO2 thải số phân tử O2 lấy vào hô hấp - Ví dụ: + Hệ số hơ hấp Cacbohidrat C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O RQ = = + Hệ số hô hấp Axit lactic 2C3H6O3 + 7O2 6CO2 + 8H2O RQ = = 0,86 2.3.2.2 Câu hỏi tập Câu 1: Ở hơ hấp hiếu khí khơng có oxi phân tử chu trình Krebs khơng diễn ra? Vai trị chu trình Krebs q trình trao đổi khí tế bào Trả lời: - Chu trình Krebs sử dụng coenzim NAD+ FAD+ để khử nguyên tử H tạo nên chất khử NADH FADH2 Sau NADH FADH2 đưa đến chuỗi truyền điện tử màng ty thể để sinh ATP Nếu khơng có O2 chuỗi truyền điện tử không diễn nên NADH FADH2 không khử thành NAD+ FAD+ ngun liệu cho chu trình Krebs -> chu trình Krebs khơng diễn - Vai trị chu trình Krebs: Chu trình Krebs tạo sản phẩm trung gian, sản phẩm trung gian trở thành nguyên liệu để tổng hợp chất cho tế bào Vì chu trình Krebs chu trình trung tâm q trình trao đổi chất tế bào Ngồi chu trình Krebs cịn diễn photphoryl hóa chất nên tạo số ATP cung cấp cho tế bào Câu 2: So sánh chế hình thành ATP ty thể lục lạp Trả lời: Giống nhau: Chuỗi truyền electron bơm H+ qua màng từ vùng có nồng độ H+ thấp đến vùng có nồng độ H+ cao Sau H+ khuếch tán trở lại qua màng thông qua ATP synthaza, thúc đẩy tổng hơp ATP Khác nhau: Ty thể - H bơm từ xoang gian màng vào chất ty thể - Năng lượng để tổng hợp ATP từ liên kết hóa học chất hữu - ATP sử dụng cho hoạt động sống + Lục lạp - H bơm từ xoang Tilacoit vào chất lục lạp Năng lượng để tổng hợp ATP từ photton ánh sáng - ATP sử dụng cho pha tối quang + 18 tế bào hợp Câu 3: Cho biêt mức lượng của: ATP = 7,3kcal 1NADPH = 52,7kcal Glucozo = 674kcal Tính hiệu lượng q trình sau: a, Hơ hấp hiếu khí b, Chu trình Canvin c lên men rượu Trả lời: a Trong q trình hơ hấp hiếu khí: phân giải phân tử glucôzơ tạo 38ATP Năng lượng tạo = 38 x 7,3 = 277,4 kcal Hiệu lượng = x 100= 41,157% b Chu trình Canvin Để tổng hợp glucơzơ theo chu trình Canvin cần: 18ATP, 12NADPH Tổng lượng cần có = 18 x 7,3 + 12 x 52,7 = 763,4 kcal Hiệu lương = x 100 = 88,3% c Quá trình lên men rượu: Tạo ATP Năng lượng tạo = x 7,3 = 14,6 kcal Hiệu lượng = x 100= 2,2 % Câu 4: Cho công thức phân tử số axit sau: Axit Panmitic: C15H31COOH Axit Succinic: HOOC-CH2-CH2-COOH Axit Stearic: C17H35COOH Hãy xác định hệ số hô hấp nguyên liệu Trả lời: - C15H31COOH + 23O2 16CO2 + 16H2O RQ = = 0,696 - 2HOOC-CH2-CH2-COOH+ 7O2 8CO2 + 6H2O RQ = = 1,14 - C17H35COOH + 26O2 18CO2 + 18H2O RQ = = 0,692 2.4 HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Sau áp dụng đề tài nghiên cứu vào thực tế giảng dạy lớp 11A1 11A4 trường THPT Tĩnh Gia 3, tiến hành kiểm tra 15 phút với 10 câu hỏi dạng trắc nghiệm liên quan đến q trình qung hợp hơ hấp, kết thu sau: Dưới điểm Lớp Sĩ số Số lượng % Từ điểm – điểm Số % lượng Từ điểm đến 10điểm Số % lượng 19 11A4 (Đối chứng) 42 12 28,6% 30 71,4 % 0 11A1 (Thí nghiệm) 42 12% 25 59,5 % 12 28,5% Ở lớp 11A1 lớp học tự nhiên có lựa chọn thi học sinh giỏi thi đại học môn Sinh nên học theo chuyên đề giúp em định dạng định hướng câu trả lời cách nhanh chóng, từ có hứng thú làm ngày u thích mơn Sinh học 20 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 3.1 Kết luận: Qua thực tế áp dụng đề tài vào giảng dạy, nhận thấy khả tiếp thu vận dụng học sinh vào trả lời câu hỏi tập liên quan đến quang hợp – hô hấp ngày nhanh có hệ thống tốt Học sinh hiểu tự tin giải câu hỏi tập đề thi, kết đạt cao Đối với giáo viên phân dạng theo chuyên đề xây dựng phương pháp giải cho dạng thuận lợi dạy bồi dưỡng học sinh giỏi ôn thi trung học phổ thông quốc gia 3.2 Kiến nghị: 3.2.1 Đối với nhà trường Đây phần kiến thức tương đối khó phân phối chương trình Sinh học 10 Sinh học 11 cịn tiết lý thuyết, lại gặp nhiều đề thi học sinh giỏi Vì cần xây dựng kế hoạch dạy theo chuyên đề, xây dựng lại phân phối chương trình tăng thời lượng giảng dạy cho phần đảm bảo mục tiêu chung, nội dung chương trình Bộ quy định 3.2.2 Đối với giáo viên Đề tài hệ thống theo chuyên đề lý thuyết phân dạng thành dạng cụ thể chưa phải đầy đủ khơng thể tránh khỏi thiếu sót đồng thời cịn nhiều câu hỏi lý thuyết phức tạp Vì kính mong đóng góp bổ sung thầy cô giáo, đồng nghiệp để đề tài ngày hoàn thiện XÁC NHẬN CỦA THỦ TRƯỞNG ĐƠN VỊ Thanh Hóa, ngày 20 tháng năm 2018 Tơi xin cam đoan SKKN viết, không chép nội dung người khác Người viết Lê Thị Hà 21 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sách giáo khoa Sinh học 11 – nâng cao – Vũ Văn Vụ tác giả - NXB Giáo Dục Sách giáo khoa Sinh học 10 – nâng cao – Vũ Văn Vụ tác giả - NXB Giáo Dục Sinh học – CAMPBEEL - REECE Bồi dưỡng học sinh giỏi Sinh học 10 – Phan Khắc Nghệ - NXB Đại học quốc gia Hà nội Bồi dưỡng học sinh giỏi Sinh học 11 – Phan Khắc Nghệ - NXB Đại học quốc gia Hà nội Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi Sinh lý thực vật – Tác giả: Vũ Đức Lưu, Vũ Văn Vụ Đề thi học sinh giỏi tỉnh năm, đề thi học sinh giỏi quốc gia năm Tuyển tập đề thi olympic 30-4, lần thứ XXIII – 2017 – NXB Đại học quốc gia Hà Nội 22 ... thống kiến thức lý thuyết theo chuyên đề phân dạng tập phần Quang hợp – Hơ hấp chương trình Sinh học 10, Sinh học 11? ?? 1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Với mong muốn học sinh tiếp cận kiến thức lý thuyết quang. .. SỞ LÝ LUẬN CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM Trong chương trình Sinh học 10 kiến thức quang hợp hô hấp đề cập 23, 24 – Hô hấp tế bào, 25, 26 – Hóa tổng hợp quang tổng hợp Trong chương trình Sinh học 11. .. dạy kiến thức lý thuyết theo chuyên đề Quang hợp, chuyên đề Hô hấp, sau phân dạng tập giúp học sinh nắm vững kiến thức giải tập phần có hiệu nên tơi viết sáng kiến kinh nghiệm với đề tài: “ Hệ thống