Trả lời: - Tác dụng: + Cung cấp các nguyên tố khoáng thiếu hụt cho đất => Phục hồi độ phì nhiêu cho đất nếu bón phân kịp thời, đúng liều lượng, đúng loại + Cung cấp nguyên liệu cho cấu t[r]
(1)I ĐẶT VẤN ĐỀ Sinh học là môn khoa học thực nghiệm có tính lý luận và thực tiễn cao Muốn học tốt sinh học người học phải nắm vững chất môm Sinh học các chế, tượng, quá trình,….đồng thời vận dụng các kiến thức để giải các vấn đề đặt thực tiễn và lập luận trả lời các câu hỏi liên quan từ dễ đến khó Đối với Sinh học 11 là nghiên cứu sinh lí thể thực vật và động vật có nhiều kiến thức trìu tượng người học phải hiểu chất trả lời Với cứu đề tài: " Hệ thống hoá kiến thức - Xây dựng hệ thống câu hỏi ôn thi HSG phần chuyển hoá vật chất và lượng thực vật - Sinh học 11 "với mục dích: - Làm tài liệu ôn tập cho các em học sinh chuyên chọn và giáo viên sử dụng để ôn thi HSG đội tuyển Sinh học 11 - Bố cục đề tài là hệ thống hóa kiến thức và các phần trọng tâm Sinh lí học thực vật để người học có thể hiểu cách tổng quan phần này - Sau phần có các câu hỏi từ dễ và khó giúp người học có thể vận dụng kiến thức giải đáp và từ đó vận dụng để giải các vấn đề liên quan khác (2) PHẦN II- NỘI DUNG CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT I - TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT A HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM - Trao đổi nước thực vật bao gồm: + Quá trình hấp thụ nước rễ + Quá trình vận chuyển nước từ rễ lên lá + Quá trình thoát nước từ lá ngoài không khí Ba quá trình này, điều kiện bình thường, hoạt động nhịp nhàng, liên tục, liên hệ khăng khít với nhau, tạo nên trạng thái cân nước cần thiết cho sống thực vật Quá trình hấp thụ nước rễ - Thực vật thuỷ sinh hấp thụ nước từ môi trường xung quanh qua bề mặt các tế bào biểu bì toàn cây - Thực vật trên cạn hấp thụ nước từ đất qua bề mặt tế bào biểu bì rễ, đó chủ yếu qua các tế bào biểu bì đã phát triển thành lông hút Quá trình hấp thụ nước rễ xảy theo ba giai đoạn nhau: 1.1 Giai đoạn nước từ đất vào lông hút Để hấp thụ nước, tế bào lông hút có ba đặc điểm cấu tạo và sinh lí phù hợp với chức nhận nước từ đất: - Thành tế bào mỏng, không thấm cutin - Chỉ có không bào trung tâm lớn - Áp suất thẩm thấu cao hoạt động hô hấp rễ mạnh Vì các dạng nước tự và dạng nước liên kết không chặt từ đất lông hút hấp thụ cách dễ dàng nhờ chênh lệch áp suất thẩm thấu (từ áp suất thẩm thấu thấp đến áp suất thẩm thâu cao),hay nói cách khác,nhờ chênh lệch nước (từ nước cao đến nước thấp) 1.2 Giai đoạn nước từ lông hút vào mạch gỗ (mạch xilem) rễ Sau vào tế bào lông hút, nước vận chuyển chiều qua các tế bào vỏ, nội bì vào mạch gỗ rễ chênh lệch sức hút nước theo hướng tăng dần từ ngoài vào các tế bào Có hai đường vận chuyển nước từ lông hút vào mạch gỗ: - Qua thành tế bào và các gian bào đến dải Caspary ( Con đường vô bào - Apoplats ) - Qua phần nguyên sinh chất và không bào ( Con đường tế bào - Symplats ) 1.3 Giai đoạn nước bị đẩy từ mạch gỗ rễ lên mạch gỗ thân Nước bị đẩy từ rễ lên thân lực đẩy gọi là áp suất rễ Có hai tượng minh hoạ áp suất rễ: Hiện tượng rỉ nhựa và tượng ứ giọt Úp cây chuông thuỷ kín, sau đêm, ta thấy các giọt nước ứ mép lá qua thuỷ khổng Như mặc dù không khí chuông thuỷ tinh đã bão hoà nước, nước bị đẩy từ mạch gỗ rễ lên lá và không thoát thành nên ứ thành các giọt Quá trình vận chuyển nước thân - Đặc điểm đường vận chuyển nước từ rễ lên lá: Nước chuyển từ mạch gỗ rễ lên mạch gỗ lá Con đường này dài ( có thể tình mét ) và nước vận chuyển chủ yếu qua mạch dẫn lực đẩy rễ, lực hút lá và không bị cản trở, nên nước vận chuyển với vận tốc lớn - Điều kiện để nước có thể vận chuyển đường này: Đó là tính liên tục cột nước, nghĩa là không có bọt khí cột nước - Cơ chế đảm bảo vận chuyển cột nước: Lực cố kết các phân tử H 2O phải lớn cùng với (3) lực bám các phân tử H2O với thành mạch phải thắng lực trướng ( trọng lượng cột nước ) Quá trình thoát nước lá - Con đường thoát nước lá: Có hai đường: + Con đường qua khí khổng: - Vận tốc lớn - Được điều chỉnh việc đóng, mở khí khổng + Con đường qua bề mặt lá-qua cutin : - Vận tốc nhỏ - Không điều chỉnh Cơ sở khoa học việc tới nước hợp lý cho cây trồng - Cân nước và vấn đề hạn cây trồng - Tưới nước hợp lí cho cây trồng: - Khi nào cần tưới nước? - Lượng nước cần tới là bao nhiêu? - Cách tưới nào? B - HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 1: Trình bày đặc điểm rễ liên quan đến chức hút nước và hút khoáng? Trả ời: Đặc điểm rễ liên quan đến chức hút nước và hút khoáng: - Rễ có khả đâm sâu, lan rộng - Có khả hướng hoá và hướng nước - Sinh trưởng liên tục - Trên bề mặt rễ có nhiều tế bào biểu bì biến đổi thành các tế bào lông hút Câu ( Đề HSG 2009 – 2010): a Lông hút có đặc điểm cấu tạo nào phù hợp với chức hút nước? b Số lượng lông hút thay đổi điều kiện nào? Trả lời: * Cấu tạo lông hút phù hợp với chức hút nước: - Thành TB mỏng, không thấm cutin -> dễ thấm nước - Không bào trung tâm lớn -> tạo áp suất thẩm thấu cao - Có nhiều ti thể -> hoạt động hô hấp mạnh -> áp suất thẩm thấu lớn * Số lượng lông hút thay đổi khi: - Môi trường quá ưu trương, quá axit (chua), thiếu oxi Câu 3: Tại nước vận chuyển theo chiều từ đất lên cây? Trả lời: - Do các TB cạnh có ASTT khác - Do quá trình thoát nước lá liên tục diễn làm ASTT tăng dần từ ngoài vào trong, từ rễ lên lá => Nước vận chuyển theo chiều Câu 4: Trình bày các đường hấp thụ nước rễ? Đặc điểm chúng? Vai trò vòng đai Caspari? Trả lời: * đường: + Con đường thành TB - gian bào: Nước từ đất vào lông hút => gian bào các tế bào nhu mô vỏ => đai Caspari => trung trụ => mạch gỗ + Con đường tế bào chất (Qua CNS - không bào): Nước từ đất vào lông hút => CNS và không bào các tế bào nhu mô vỏ => trung trụ => mạch gỗ * Đặc điểm: Qua thành TB – gian bào Qua CNS - không bào + Ít qua phần sống TB + Đi qua phần sống tế bào + Không chịu cản trở CNS + Qua CNS => cản trở di chuyền nươc và chất (4) khoáng + Tốc độ nhanh + Tốc độ chậm + Khi đến thành TB nội bì bị vòng đai Caspari cản trở + Không bị cản trở đai => nước vào TB nội bì Caspari * Vai trò vòng đai Caspari: Đai này nằm phần nội bì rễ, kiểm soát và điều chỉnh lượng nước, kiểm tra các chất khoáng hoà tan Câu (đề HSG 2008 - 2009): Cho các thành phần sau đây: Lông hút, đai Caspari, tế bào nhu mô vỏ, tế bào trụ bì, tế bào nội bì, gian bào Hãy mô tả đường nước và các chất khoáng hoà tan nước từ đất tới mạch gỗ cây? Trả lời: - Con đường tế bào chất: Nước và các chất khoáng hoà tan nước từ đất => lông hút => tế bào nhu mô vỏ => tế bào nội bì => tế bào trụ bì => mạch gỗ - Con đường gian bào: Nước và các chất khoáng hoà tan nước từ đất => lông hút => gian bào => đai Caspari => tế bào nội bì => tế bào trụ bì => mạch gỗ Câu (đề HSG 2009 – 2010): Giải thích vì cây trên cạn ngập úng lâu chết? Trả lời: * Vì: Khi bị ngập úng -> rễ cây thiếu oxi-> ảnh hưởng đến hô hấp rễ -> tích luỹ các chất độc hại tế bào và làm cho lông hút chết, không hình thành lông hút mới-> cây không hút nước -> cây chết Câu Trình bày khái niệm áp suất rễ? Giải thích áp suất rễ thường quan sát cây bụi thấp? Trả lời: - Áp suất rễ: lực đẩy nước từ rễ lên thân - Áp suất rễ thường quan sát cây bụi thấp vì: + Áp suất rễ: không lớn + Cây bụi thấp: Do chiều cao thân ngắn, mọc thấp gần mặt đất, không khí dễ bão hòa (trong điều kiện ẩm ướt) nên áp suất rễ đủ mạnh để đẩy nước từ rễ lên lá => nên điều kiện môi trường bão hoà nước thì áp suất rễ đẩy nước lên thân gây tượng ứ giọt rỉ nhựa Cõu Các chứng khả hút và đẩy nớc cách chủ động hệ rễ nào? Trong canh tác để cây hút nớc dễ dàng cần chú ý biện pháp kỹ thuật nào? Trả lời: *Bằng chứng khả hút và đẩy nớc chủ động hệ rễ: + Hiện tợng rỉ nhựa: Cắt ngang thân cây gần mặt đất, thời gian sau mặt cắt rỉ các giọt nhựa; chứng tỏ rễ đã hút và đẩy nớc chủ động + Hiện tợng ứ giọt: úp chuông thuỷ tinh lên cây nguyên vẹn sau tới đủ nớc, thời gian sau, ë mÐp l¸ xuÊt hiÖn c¸c giät níc Sù tho¸t h¬i níc bÞ øc chÕ, níc tiÕt thµnh giät ë mÐp l¸ qua c¸c lç khí chứng tỏ cây hút và đẩy nớc chủ động * Biện pháp kỹ thuật để cây hút nớc dễ dàng: Làm cỏ, sục bùn, xới đất kĩ để cây hô hấp tốt tạo điều kiện cho quá trình hút nớc chủ động Câu Con đường vận chuyển nước, chất khoáng hoà tan và chất hữu cây? Động lực vận chuyển các đường đó? Trả lời: Nội dung Con đường vận chuyển: Động lực vận chuyển: Nước và chất khoáng hoà tan Chủ yếu đường qua mạch gỗ, nhiên nước có thể vận chuyển từ trên xuống theo mạch rây vận chuyển ngang từ mạch gỗ sang mạch rây ngược lại Lực đẩy rễ (áp suất rễ), lực hút lá (do thoát nước) và lực trung gian (lực liên kết các phân tử nước và lực bám các phân tử nước với thành mạch dẫn ) Chất hữu Theo dòng mạch rây Sự chênh lệch ASTT quan nguồn (nơi saccarozo tạo thành) có ASTT cao và quan chứa (nơi saccarozo sử dụng hay dự trữ) có ASTT thấp Câu 10 Trình bày cấu tạo lá phù hợp với chức thoát nước? (5) Trả lời: - Bề mặt ngoài lá bao phủ bới lớp TB biểu bì - Các TB biểu bì có thể biến đổi thành TB khí khổng - Các TB khí khổng có lục lạp => tiến hành quang hợp - Thành TB dày, thành ngoài ngoài mỏng - Phủ bề mặt ngoài lá có thể phủ lớp cutin để chống thoát nước Câu 11 Tại mùa lạnh cây thường bị rụng lá? Trả lời: Vì: Khi nhiệt độ thấp + CNS trở nên đặc -> nước khó vận chuyển -> cây khó hút nước + Hô hấp giảm -> ATP tổng hợp ít -> giảm quá trình hút nước + KHông khí ngoài môi trường trở nên khô hanh -> tăng quá trình THN => điều kiện quá trình hút nước ít và thoát hợ nước nhiều thì cây rụng lá để giảm bớt quá trình THN C©u 12 Tr×nh bµy cÊu t¹o tÕ bµo lç khÝ phù hîp víi chøc n¨ng cña nã? T¸c nh©n chñ yÕu ®iÒu tiÕt ®ộ më cña khÝ khæng? Trả lời: - Cấu tạo: + Tự vẽ hình + Mô tả: mép tế bào dày, mép ngoài mỏng => giúp thực chế đóng mở khí khổng có chứa lục lạp => tiến hành quang hợp để tạo chênh lệch ASTT - Tác nhân chủ yếu gây đóng mở khí khổng: ánh sáng Câu 13 ( Đề HSG 2009 – 2010): a Rễ cây hút khoáng theo các chế nào? Nêu khác các chế hút khoáng đó? b Tại nói quá trình hấp thụ nước và khoáng liên quan đến quá trình hô hấp rễ cây? Trả lời: a Cơ chế thụ động Cơ chế chủ động - Iôn khoáng từ đất vào rễ theo - Ngược građien nồng độ građien nồng độ - Không ít tiêu tốn ATP - Tiêu tốn ATP - Không cần chất mang - Cần chất mang b - Vì phần lớn các chất khoáng hấp thụ qua rễ vào cây theo cách chủ động cần tới ATP và các chất tải ion - Quá trình hô hấp tạo ATP và các chất tải ion cung cấp chủ yếu cho hấp thụ các chất khoáng qua các tế bào rễ II SỰ HẤP THỤ KHOÁNG VÀ TRAO ĐỔI NITƠ Ở THỰC VẬT A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Sự hấp thụ các nguyên tố khoáng Các nguyên tố khoáng thường hấp thụ vào cây dạng ion qua hệ thống rễ là chủ yếu Có hai cách hấp thụ các ion khoáng rễ: * Cách bị động: - Các ion khoáng khuyếch tán theo chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp - Các ion khoáng hoà tan nước và vào rễ theo dòng nước - Các ion khoáng hút bám trên bề mặt các keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với có tiếp xúc rễ và dung dịch đất Cách này gọi là hút bám trao đổi * Cách chủ động: - Mang tính chọn lọc và ngược với gradient nồng độ nên cần thiết phải có lượng, tức là tham gia ATP và chất trung gian ,thường gọi là chất mang - ATP và chất mang cung cấp từ quá trình trao đổi chất, mà chủ yếu là quá trình hô hấp Như (6) lại lần chúng ta thấy rằng: Quá trình hấp thụ nước và các chất khoáng liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp rễ Vai trò các nguyên tố khoáng 2.1 Vai trò các nguyên tố đa lượng: Các nguyên tố đa lượng thường đóng vai trò cấu trúc tế bào, là thành phần các đại phân tử tế bào (protein, lipit, axit nucleic, ) Các nguyên tố đa lượng còn ảnh hưởng đến tính chất hệ thống keo chất nguyên sinh như: Điện tích bề mặt, độ ngậm nước, độ nhớt và độ bền vững hệ thống keo 2.2 Vai trò các nguyên tố vi lượng: Các nguyên tố vi lượng thường là thành phần không thể thiếu hầu hết các enzym Chúng hoạt hoá cho các enzym này các quá trình trao đổi chất thể Vai trò các nguyên tố đa lượng, vi lượng minh hoạ bảng sau (Bảng2.1) B - HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 14 Vì mô thực vật xảy quá trình khử nitrat? Trả lời: - Nitơ dạng NO3- có nhiều đất và thực vật hấp thụ dễ dàng - Nitơ dạng NO3- là dạng ôxi hoá, còn cây cần nhiều Nitơ dạng khử NH 2, NH3, NH4+ để tạo các axit amin - Do đó, thực vật cần có quá trình khử NO3- để tạo NH4+ và tiếp tục đồng hoá tạo aa để dự trữ nitơ và prôtêin Câu 15 Tại đất chua thường nghèo các chất dinh dưỡng? Trả lời: - Đất chua có nhiều ion H+ Các ion H+ dịch đất thực phản ứng trao đổi ion, các ion H+ bám trên bề mặt hạt keo đẩy các ion khoáng dịch đất Các ion khoáng bị rửa trôi làm cho đất bị nghèo chất dinh dưỡng Câu 16 (Olympic 2009) a Cây xanh sử dụng nguồn N không khí và đất phương thức nào? b Nhóm VSV nào có khả cố định nitơ khí quyển? Cho biết điều kiện để nhóm thực quá trình cố đinh đạm? c Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H NH3 có nguồn gốc từ chất nào? Trả lời: a Cây xanh sử dụng nguồn N không khí và đất phương thức sau: - Nguồn N không khí: + Khi có sấm chớp: N2 + O2 -> HNO3 -> các hợp chất nitrat -> cây dễ hấp thụ + Hoạt động các VSV tự và cộng sinh có khả cố định nitơ cho đất, từ đó biến đổi thành các hợp chất chứa nitơ => cây dễ hấp thụ - Nguồn N đất: Do phân huỷ xác, bã động, thực vật + Sự hoá mùn: Xác động, thực vật nhờ vi khuẩn, nấm phân giải thành chất mùn -> các aa + Sự hoá amoniac: các aa tiếp tục nhờ vi khuẩn phân giải thành ure sau đó phân giải tiếp tục thành NH3 + Sự hoá nitrit: NH3 oxihoá thành HNO2 sau đó hình thành muối nitrit + Sự hoá nitrat: HNO2 oxihoá thành HNO3 sau đó hình thành muối nitrat b Nhóm VSV có khả cố định nitơ khí quyển: - Vi khuẩn sống tự đất và nước: Nostoc, Clostridium… - Vi khuẩn cộng sinh: Rhizobium, Anabaena azollae… * Điều kiện để nhóm thực quá trình cố đinh đạm: + Có các lực khử mạnh + Được cung cấp NL ATP + Có tham gia enzim nitrogenaza + Thực điều kiện kị khí c Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H NH3 có nguồn gốc từ glucozơ vì: (7) Quá trình khử N thành NH3 sử dụng lực khử NADH, chất này tạo từ quá trình hô hấp Mà hô hấp sử dụng nguyên liệu là glucozơ, nguyên tử H glucozơ gắn với NAD để tạo thành NADH Cõu 17 Vì thực vật xanh tắm mình biển đạm nhng thiếu đạm? Làm nào Nitơ không khí trở thành dạng mà cây có thể sử dụng được? Nêu chế và điều kiện đê thực quá trình này? Nªu mét sè c©y xanh cã kh¶ n¨ng sö dông nit¬? Trả lời: - Thực vật xanh nói chung “tắm mình biển đạm” nhng thiếu đạm V×: + Nit¬ tù do(N2) cã liªn kÕt rÊt bÒn(N N) + C©y xanh nãi chung kh«ng cã enzim xóc t¸c m¹nh, qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ nit¬(Nitrogennaza, hidrogenaza) ph¸ vì liªn kÕt bÒn cña nit¬ biÕn N2 NH3 +C¸c c©y sö dông Nit¬ tù do: + C©y hä §Ëu nhê céng sinh víi vi khuÈn Rhizobium + BÌo hoa d©u: nhê céng sinh víi vi khuÈn lam + Mét sè c©y hoµ th¶o(lóa) nhê céng sinh víi vi khuÈn Azospirillum Câu 18 Trình bày mối quan hệ chu trình Crep và qúa trình đồng hoá NH3? Trả lời: - Chu trình Crep tạo các axit hữu α – xêtôglutarat, fumarat, oxalôaxetat Các axit hữu kết hợp với NH3 để tạo các aa => dự trữ nito và protein Câu 19 Có người nói: Khi chu trình Crep ngừng hoạt động thì cây có thể bị ngộ độc NH3 Điều đó đúng hay sai? Giải thích? Trả lời: - Chu trình Krebs tạo ASTT để rễ dễ dàng nhận nitơ - Có mối quan hệ chặt chẽ các sản phẩm chu trình Krebs với hàm lượng NH3 cây Vì các sản phẩm này cùng với NH3 -> các axit amin -> protein Axit piruvic + NH3 -> Alanin Axit glutamic + NH3 ->Glutamic Axit fumaric + NH3 -> Aspactic Và các axit hữu kết hợp với NH3 tạo thành các amit làm cây không ngộ độc Câu 20 Tác dụng việc bón phân? Để xác định lượng phân bón cần bón cho thu hoạch định trước thì phải vào các yếu tố nào? Trả lời: - Tác dụng: + Cung cấp các nguyên tố khoáng thiếu hụt cho đất => Phục hồi độ phì nhiêu cho đất bón phân kịp thời, đúng liều lượng, đúng loại + Cung cấp nguyên liệu cho cấu tạo các thành phần cây Các nguyên tố khoáng cây hấp thụ, chuyển hoá và cung cấp cho quá trình TĐC cây => các nguyên tố khoáng bị thiếu thì sinh trưởng cây bị giới hạn ngừng sinh trưởng - Yếu tố xác định lượng phân bón: + Nhu cầu dinh dưỡng cây + Khả cung cấp chất dinh dưỡng đất + Hệ số sử dụng phân bón: lượng phân bón cây sử dụng so với tổng lượng phân bón Câu 21 Tại trồng lúa phải làm cỏ sục bùn? Trả lời: - Đất trồng lúa thường xuyên ngập nước => dễ bị thiếu Oxi + -> ảnh hưởng đến hô hấp rễ -> ảnh hưởng đến quá trình hút nước và hút khoáng -> ảnh hưởng đến sinh trưởng – phát triển + -> VSV hoạt động hô hấp kị khí -> Tạo các khí độc hại -> gây ngộ độc cho cây Khi làm cỏ sục bùn loại bỏ cỏ, tránh cạnh tranh chất dinh dưỡng, oxi với lúa, đồng thời làm tăng lượng oxi đất - rế hô hấp tốt hơn/ Câu 22 a Vì sau mưa có nhiều sấm sét thì cây xanh tươi tốt hơn, mọc lá non nhiều hơn? b Để cho cây lúa lốp không bị đổ lúc bông lúa chính, người ta bón phân gì? Vì phải sử dụng loại phân đó? Trả lời: (8) a Vì: - Trong các mưa có sấm sét, lượng nhỏ nitơ không khí đã bị oxi hóa điều kiện nhiệt độ và áp suất cao thành NO3- theo phản ứng: N2 + O2 -> 2NO + O2 ->2NO2+ H2O -> HNO3 -> H+ +NO3- Cây cung cấp nguồn N, mặc dù ít, cùng với nước nên thực quá trình quang hợp, trao đổi nước tốt nên cây xanh tốt b Người ta bón phân K vì K giúp tích luỹ xenlulozơ, hemixenlulozơ, pectin vách tế bào thực vạt, làm cho tế bào cứng cáp giúp tăng khả chống đổ lúa Câu 23 Cơ sở sinh học việc bón phân qua lá? Trong trường hợp nào bón phân qua lá có lợi ích bón phân vào đất (bón phân cho rễ) Trả lời: - Cơ sở sinh học việc bón phân qua lá: Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng qua khí khổng, có thể thấm qua lớp cutin theo građien nồng độ - Trong trường hợp bón phân qua lá có lợi ích bón phân vào đất (bón phân cho rễ): + Trong đất có Ca, hàm lượng Fe dễ tiêu thấp, cây bị thiếu Fe (bệnh lúa vàng vôi) => phân bón lá có hiệu so với bón phức chất chứa sắt cho đất, đồng thời là phương tiện giảm bớt độc tính Mn + Đất khô hạn, tầng đất mặt thiếu nước và giảm đáng kể các chất dễ tiêu mùa sinh trưởng => bón phân qua lá có hiệu Câu 24 ( Đề Thi HSG Hà Tĩnh - 2013) a Những nhóm sinh vật nào có khả cố định nitơ không khí? Vì chúng có khả đó? b Vai trò nitơ đời sống cây xanh? Hãy nêu nguồn nitơ chủ yếu cung cấp cho cây? c.Chứng minh mối liên quan chặt chẽ quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ Con người đã vận dụng hiểu biết mối quan hệ này vào thực tiễn trồng trọt nào? Trả lời: a + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống tự do: Cyanobacteria + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống cộng sinh: Rhizobium sống cộng sinh rễ cây họ đậu - Chúng có khả đó vì có các enzim nitrôgenaza nên có khả phá vỡ liên kết bền vững nitơ và chuyển thành dạng NH3 b - Vai trò nitơ: + Về cấu trúc: Tham gia cấu tạo prôtêin, axit nuclêic, ATP, + Về sinh lý: Điều hòa trao đổi chất, sinh trưởng, phát triển (TP cấu tạo enzim, vitamin nhóm B, số hooc môn sinh trưởng, ) - Nguồn Nitơ chủ yếu cung cấp cho cây là: + Nitơ vô cơ: nitrat (NO3-), amôn (NH4+ ) + Nitơ hữu cơ: axit amin, amit c - Mối liên quan chặt chẽ quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ: + Hô hấp giải phóng lượng dạng ATP, tạo các hợp chất trung gian các axit hữu + ATP và các hợp chất này liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ cây - Ứng dụng thực tiễn: + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí + Hiện người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí rễ (9) III - QUANG HỢP Ở THỰC VẬT A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Khái niệm quang hợp a Khái niệm - Khái niệm: Quang hợp là quá trình cây xanh hấp thụ lượng ánh sáng hệ sắc tố mình và sử dụng lượng này để tổng hợp chất hữu (đường glucôzơ) từ các chất vô (CO và H2O) b Vai trò quá trình quang hợp - Quang hợp tạo toàn các chất hữu trên trái đất - Hầu hết các dạng lượng sử dụng cho các quá trình sống các sinh vật trên trái đất ( lượng hoá học tự - ATP) biến đổi từ lượng ánh sáng mặt trời (năng lượng lượng tử) quá trình quang hợp - Quang hợp giữ bầu khí quyển: Hàng năm quá trình quang hợp các cây xanh trên trái đất đã hấp thụ 600 tỉ khí CO và giải phóng 400 tỉ khí O2 vào khí Nhờ đó tỉ lệ CO và O khí luôn giữ cân (CO2: 0,03%, O2: 21%), đảm bảo sống bình thường trên trái đất c Bản chất hoá học và khái niệm hai pha quang hợp: Quang hợp gồm: - Quá trình oxy hoá H2O nhờ lượng ánh sáng Đây là giai đoạn gồm các phản ứng cần ánh sáng, phụ thuộc vào ánh sáng, gọi là pha sáng quang hợp Pha sáng hình thành ATP, NADPH và giải phóng O2 - Quá trình khử CO2 nhờ ATP và NADPH pha sáng cung cấp Đây là giai đoạn gồm các phản ứng không cần ánh sáng, phụ thuộc vào nhiệt độ, gọi là pha tối quang hợp Pha tối hình thành các hợp chất hữu cơ, bắt đầu là đường glucôzơ Bộ máy quang hợp a Lá - quan quang hợp * Hình thái, cấu trúc lá liên quan đến chức quang hợp - Lá dạng và có đặc tính hướng quang ngang - Lá có hai lớp mô giậu mặt trên và mặt lá sát lớp biểu bì chứa lục lạp thực chức quang hợp - Lá có lớp mô khuyết với khoảng gian bào lớn,nơi chứa nguyên liệu quang hợp - Lá có hệ thống mạch dẫn dày đặc để dẫn sản phẩm quang hợp các quan khác - Lá có hệ thống khí khổng mặt trên và mặt dới để trao đổi khí quá trình quang hợp b Lục lạp - bào quan thực chức quang hợp Cấu trúc lục lạp thích ứng với việc thực hai pha quang hợp: pha sáng thực trên cấu trúc hạt, pha tối thực trên thể c Hệ sắc tố quang hợp - Nhóm sắc tố chính - clorophin - Clorophin a: C55 H72 O5 N4 Mg - Clorophin b: C55 H70 O6 N4 Mg - Nhóm sắc tố phụ - Carotenoid - Caroten: C40 H56 - Xanthophin: C40 H56O(1-6) - Nhóm sắc tố thực vật bậc thấp - phycobilin: (10) - Phycoerythrin: C34 H47 N4 O8 - Phycoxyanin: C34 H42 N4 O9 * Vai trò các nhóm sắc tố quang hợp: - Nhóm Clorophin hấp thụ ánh sáng chủ yếu vùng đỏ và vùng xanh tím chuyển lượng thu từ các phôton ánh sáng cho quá trình quang phân ly H 2O và cho các phản ứng quang hóa để hình thành ATP và NADPH - Nhóm Carotenoit sau hấp thụ ánh sáng, đã truyền lượng thu dạng huỳnh quang cho Clorophin - Nhóm Phycobilin hấp thụ ánh sáng vùng sóng ngắn, sóng có thể tới nơi sinh sống rong, rêu, tảo,…( tán rừng các lớp nước sâu ) Cơ chế quang hợp a Pha sáng - Trong pha này hệ sắc tố thực vật hấp thụ lượng các phôtôn ánh sáng và sử dụng lượng này cho các quá trình: quang hoá sơ cấp, quang phân li nước và photphorin hoá quang hoá - Có thể tóm tắt pha sáng các phản ứng sau: + Phản ứng kích thích chlorophin: chl + h√ = chl* = chl (chl-trạng thái bình thường, chl*-trạng thái kích thích, chl-trạng thái bền thứ cấp) + Phản ứng quang phân li nước: chl* + H2O 4chlH+ + 4e + O2 + Phản ứng quang hoá sơ cấp (được thực hai hệ quang hoá PSI và PSII) và photphorin hoá quang hoá: 12 H2O +18ADP + 18Pv + 12NADP 18ATP + 12NADPH2 +6O2 b Pha tối - Trong pha này ATP và NADPH hình thành từ pha sáng sử dụng để khử CO tạo chất hữu đầu tiên - đường glucôzơ Pha tối thực ba chu trình ba nhóm thực vật khác nhau: thực vật C3, thực vật C4 và thực vật CAM (viết tắt từ cụm từ Crassulacean Acid Metabolism - trao đổi acit họ Thuốc bỏng) - Quang hợp các nhóm thực vật C3., C4 và CAM có điểm chung là giống pha sáng, chúng khác pha tối - tức là pha cố định CO và tên gọi thực vật C3., C4 là gọi theo sản phẩm cố định CO2 đầu tiên, còn thực vật CAM là gọi theo đối tượng thực vật có đường cố định CO này Ảnh hưởng nhân tố môi trường đến quang hợp a Quang hợp và nồng độ CO2 - CO2 không khí là nguồn cung cấp cacbon cho quang hợp Nồng độ CO2 không khí định vận tốc quá trình quang hợp - Điểm bù CO2: Nồng độ CO2 tối thiểu để cường độ quang hợp và cường độ hô hấp - Điểm bão hoà CO2: Nồng độ CO2 tối đa để cường độ quang hợp đạt cao b Quang hợp và ánh sáng * Cường độ ánh sáng - Điểm bù ánh sáng: Cường độ ánh sáng tối thiểu để cường độ quang hợp và hô hấp - Điểm bão hoà ánh sáng: Cường độ ánh sáng cực cường độ quang hợp đạt cực đại * Về thành phần quang phổ ánh sáng: Nếu cùng cường độ chiếu sáng thì ánh sáng đơn sắc màu đỏ có hiệu quang hợp lớn ánh sáng đơn sắc màu xanh tím (11) c Quang hợp và nhiệt độ - Hệ số nhiệt Q10 pha sáng là: 1,1- 1,4,đối với pha tối là: 2-3 - Cường độ quang hợp phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ Sự phụ thuộc nhiệt độ và quang hợp theo chiều hướng sau: nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp tăng nhanh và thường đạt cực đại 25 - 350C sau đó giảm mạnh đến d Quang hợp và nước - Hàm lượng nước không khí, lá ảnh hưởng đến quá trình thoát nước,do đó ảnh hưởng đến độ mở khí khổng,tức là ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ CO2 vào lục lạp - Nước ảnh hởng đến tốc độ sinh trưởng và kích thước máy đồng hoá - Nước ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển các sản phẩm quang hợp - Hàm lượng nước tế bào ảnh hưởng đến độ hidat hoá chất nguyên sinh và đó đến điều kiện làm việc hệ thống enzim quang hợp - Quá trình thoát nước đã điều hoà nhiệt độ lá,do đó ảnh hưởng đến quang hợp - Sau cùng nước là nguyên liệu trực tiếp cho quang hợp với việc cung cấp H+ và e cho phản ứng sáng Quang hợp và suất cây trồng a Quang hợp định suất cây trồng Quang hợp là quá trình định suất cây trồng Phân tích thành phần hoá học sản phẩm thu hoạch cây trồng ta có các số liệu sau: C: 45%, O: 42-45%, H: 6,5% chất khô Tổng ba nguyên tố này chiếm 90-95% khối lượng chất khô Phần còn lại: 5-10% là các nguyên tố khoáng Rõ ràng là 90-95% sản phẩm thu hoạch cây lấy từ CO và H2O thông qua hoạt động quang hợp b Các biện pháp nâng cao suất cây trồng thông qua quang hợp Đã có nhiều nghiên cứu làm sáng tỏ mối quan hệ hoạt động máy quang hợp và suất cây trồng Nhitriporovich- nhà Sinh lí thực vật người Nga đã đưa biểu thức suất cho mối quan hệ này: Nkt = (FCO2.L.Kf Kkt)n Nkt : suất kinh tế-phần chất khô tích luỹ quan kinh tế FCO2: khả quang hợp gồm: cường độ quang hợp (mg CO2/dm2 lá.giờ) và hiệu suất quang hợp (gam chất khô/m2lá.ngày) L: diện tích quang hợp, gồm số diện tích lá (m2 lá/m2 đất) và quang hợp (m2 lá.ngày) Kf: hệ số hiệu quang hợp - tỷ số phần chất khô còn lại và tổng số chất khô quang hợp Kkt: hệ số kinh tế - tỷ số số chất khô tích luỹ quan kinh tế và tổng số chất khô quang hợp n: thời gian hoạt động máy quang hợp Từ biểu thức trên chúng ta thấy rằng: suất cây trồng phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Khả quang hợp giống cây trồng (FCO2) - Nhịp điệu sinh trưởng máy quang hợp (L) - Khả tích luỹ chất khô vào quan kinh tế (Kf, Kkt) - Thời gian hoạt động máy quang hợp (n) c Triển vọng suất cây trồng Trong tương lai với tiến các phương pháp chọn, lai tạo giống , với hoàn thiện các biện pháp kĩ thuật canh tác, chắn việc nâng cao suất cây trồng đất nước giầu ánh sáng nước ta có triển vọng to lớn (12) B - HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 25 Để phân biệt thực vật C3 và C4 người ta làm thí nghiệm sau: TN1: Đưa cây vào chuông thủy tinh kín và chiếu sáng liên tục TN2: Trồng cây nhà kín có thể điều chỉnh nồng độ O2 TN3: Đo cường độ quang hợp các điều kiện ánh sáng cao, nhiệt độ cao (mgCO2/dm2lá.giờ) Hãy phân tích nguyên tắc các thí nghiệm nói trên Trả lời: * Thí nghiệm 1: - Nguyên tắc: Dựa vào điểm bù CO2 khác TVC3 và TVC4 Cây C3 sẽ chế chết trước trước có điểm bù CO2 cao khoảng 30ppm còn TV C4 có điểm bù CO2 thấ (0-10ppm) thấp * Thí nghiệm 2: - Nguyên tắc: Dựa vào hô hấp sáng Hô hấp sáng phụ thuộc vào nồng độ O2; hô hấp sáng có thực vật C3 không có thực vật C4 nên điều chỉnh O2 cao thì suất quang hợp TV C3 giảm * Thí nghiệm 3: - Nguyên tắc: Dựa vào điểm bảo hòa ánh sáng Điểm bảo hòa ánh sáng thực vật C4 cao thực vật C3 nên điều kiện ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao cường độ quang hợp thực vật C4 cao (thường gấp đôi ) thực vật C3 Câu 26 ( Đề Thi HSG Hà Tĩnh - 2013) a Điểm bù ánh sáng là gì? Có thể sử dụng điểm bù ánh sáng để xác định cây ưa bóng và cây ưa sáng không? Giải thích a Mặc dù diện tích lỗ khí toàn khí khổng gần 1% diện tích lá, lượng nước thoát khỏi khí khổng lại lớn lượng nước thoát qua bề mặt lá nhiều lần Tại vậy? Trả lời: a - Điểm bù ánh sáng: Điểm bù ánh sáng là điểm cường độ ánh sáng mà đó cường độ quang hợp và cường độ hô hấp - Có thể sử dụng để phân biệt cây ưa bóng và cây ưa sáng: + Cây ưa sáng có điểm bù ánh sáng cao, cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp + Nếu cường độ ánh sáng nào đó: * cây thải CO2, có nghĩa là cây có điểm bù ánh sáng cao → cây ưa sáng * còn cây hấp thụ CO2, có nghĩa là cây có điểm bù ánh sáng thấp → cây ưa bóng b Cơ sở vật lý quá trình bốc nước đã chứng minh rằng: các phân tử nước bốc và thoát vào không khí mép chậu nước dễ dàng nhiều so với các phân tử nước bốc từ chậu nước Như vận tốc thoát nước không phụ thuộc vào diện tích thoát mà phụ thuộc chặt chẽ vào chu vi các diện tích đó Rõ ràng là hàng trăm khí khổng trên milimet vuông lá có tổng chu vi lớn nhiều so với chu vi lá và đó là lý lượng nước thoát qua khí khổng là chính và với vận tốc lớn Câu 27 (Đề HSG 2009 – 2010): a Điểm bù ánh sáng quang hợp là gì? Điểm bù ánh sáng cây ưa sáng và cây ưa bóng khác nào? Giải thích? b Điểm bão hoà CO2 là gì? Sự bão hoà CO2 xảy điều kiện tự nhiên không? Trả lời: * Điểm bù ánh sáng là: Cường độ ánh sáng giúp quang hợp và hô hấp * Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp cây ưa sáng, vì: Cây ưa bóng có lục lạp to, nhiều hạt diệp lục cây ưa sáng -> hấp thu ánh sáng tích cực, hiệu -> có điểm bù ánh sáng thấp, thích nghi với cường độ chiếu sáng tương đối yếu * Điểm bão hoà CO2: Nồng độ CO2 để quang hợp đạt mức cao * Trong tự nhiên không xảy tình trạng bão hoà CO 2, vì: hàm lượng CO2 tự nhiên vào khoảng 0,03% thấp so với độ bão hoà CO2( 0,06% - 0,4%) (13) Câu 28 Đặc điểm cấu trúc nào lục lạp thích ứng với việc thực hai pha quá trình quang hợp? Trả lời: - Ngoài là màng kép, là chất (chất nền) có nhiều hạt grana Hạt grana là nơi diễn pha sáng, chất là nơi diễn pha tối - Hạt grana chứa hệ sắc tố quang hợp (hấp thụ các tia sáng) chứa trung tâm pư và các chất truyền điện tử giúp pha sáng thực - Chất có cấu trúc dạng keo, suốt, chứa nhiều enzim cacboxil hóa phù hợp với việc thực các phản ứng khử CO2 pha tối Câu 29 Diệp lục và sắc tố phụ cây xanh có vai trò nào quang hợp? Trả lời: Diệp lục: clorophyl a: C55H72O5N4Mg, clorophyl b:C55H70O6N4Mg Caroten: C40H56, Xanthophyl: C40H56On (n:1-6) - Nhóm clorophyl: + Hấp thụ chủ yếu as vùng đỏ, xanh tím( mạnh tia đỏ) + Chuyển hóa lượng thu từ photon as->Quang phân li nước giải phóng oxy và các phản ứng quang hóa -> ATP, tạo lực khử NADPH cho pha tối - Nhóm carotenoit: + Sau hấp thụ ánh sáng thì chuyển lượng cho clorophyl (tia có bước sóng ngắn 440-480 nm) + Tham gia quang phân li nước giải phóng oxy + Bảo vệ diệp lục khỏi bị phân hủy lúc cường độ ánh sáng mạnh Câu 30 a Ánh sáng tán cây khác ánh sáng nơi quang đãng cường độ hay thành phần quang phổ? Hai loại as nói trên thích hợp với nhóm thực vật nào? Tại sao? b Hô hấp sáng có ảnh hưởng gì cây hay không? Tại sao? c Những cây lá màu đỏ có quang hợp không? Tại sao? Trả lời: a Cả cường độ lẫn thành phần quang phổ + Ánh sáng phía tán cây thích hợp cây ưa bóng + Ánh sáng phía trên tán cây thích hợp cây ưa sáng b.- Hô hấp sáng (quang hô hấp) diễn đồng thời với quang hợp nhóm C 3, gây lãng phí sản phẩm quang hợp - Xảy lục lạp, peroxixom và ti thể c Có.Vì cây có màu đỏ có nhóm săc tố màu lục, bị che khuất màu đỏ nhóm săc tố dịch bào là antôxianin và carotenoit Vì vậy, cây này tiến hành quang hợp bình thường, nhiên cường độ quang hợp thường không cao Câu 31 Tại các biện pháp bảo quản nông sản, thực phẩm, rau nhằm mục đích giảm thiểu cường đọ hô hấp Có nên giảm cường độ hô hấp đến không? Vì sao? Trả lời: * Vì: Hô hấp làm tiêu hao chất hữu - Hô hấp làm tăng nhiệt độ môi trường bảo quản -> tăng cường độ hô hấp đối tượng đựơc bảo quản - Làm tăng độ ẩm -> tăng cường độ hh, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hại phá hỏng sản phẩm - Làm thay đổi thành phần không khí môi trường bảo quản -> O2 giảm nhiều -> mt kị khí – sản phẩm bị phân hủy nhanh chóng * Không nên, vì đối tượng bảo quản chết, là hạt giống, củ giống Câu 32 RQ là gì và nó có ý nghĩa gì? RQ các nhóm chất hữu khác nào? Trả lời: - RQ là kí hiệu hệ số hô hấp: là tỉ lệ số phân tử CO2 thải và số phân tử O2 lấy vào hô hấp - RQ cho biết nguyên liệu hô hấp là nhóm chất gì và trên sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng cây - RQ nhóm cacbohidrat = 1, lipit, protein <1, các axit hữu > Câu 33 Nêu khác hô hấp hiếu khí và lên men thực vật? Trả lời: (14) Hô hấp hiếu khí Lên men - Cần oxy - Không cần - xảy tế bào chất và ti thể - xảy tế bào chất - Có chuổi truyền electron - Không có - Sản phẩm cuối: hợp chất vô CO2 và H2O - SP cuối cùng là hợp chất hữu cơ: axit lactic, rượu - Tạo nhiều lượng (36ATP) - Ít lượng hơn(2ATP) Câu 34 Hô hấp sáng là gì? Hô hấp sáng xảy nhóm thực vật nào, các quan nào? Nguồn gốc nguyên liệu và sản phẩm cuối cùng hô hấp sáng? Trả lời: - Hô hấp sáng: là quá trình hô hấp xảy ngoài ánh sáng - Hô hấp sáng xảy nhóm TV C3,, loại bào quan: lục lạp, peroxixom và ti thể - Nguồn gốc nguyên liệu: RiDP quang hợp, sản phẩm cuối cùng tạo thành là: CO và Serin Câu 35 Ở cây mía có loại lục lạp nào? Phân tích chức loại lục lạp đó quá trình cố định CO2? Trả lời: Mía thuộc nhóm TV C4 nên có loại lục lạp: + Lục lạp tế bào mô giậu: có enzim PEP – cacboxilaza cố định CO2 tạo AOA, dự trữ CO2 + Lục lạp tế bào bao bó mạch: có enzim RiDP cacboxilaza cố dịnh CO2 các hợp chát hữu Câu 36 - Tại nói quá trinh đồng hoá CO thực vật C3, C4, CAM phải trải qua chu trình Canvin? - Sự điều hoà chu trình Canvin có ý nghĩ nào? - Loại enzim nào quan trọng việc điều hoà chu trình Canvin? Trả lời: - Vì: Chu trình Canvin mang tính phổ biến: tất các loài thực vật đồng hoá CO phải trải qua chu trình Canvin để tổng hợp đường, từ đó tổng hợp các CHC khác - Ý nghĩa: Đảm bảo quá trình đồng hoá CO2 xảy thuận lợi, phù hợp với nhu cầu thể - Chu trình Canvin điều hoà enzim Ri1,5DP – cacboxilaza vì nó định phản ứng đầu tiên quan trọng chu trình => ảnh hưởng tới việc tổng hợp ít hay nhiều enzim ảnh hưởng tới tốc độ chu trình Canvin Câu 37 Tại trưa nắng, ánh sáng dồi dào cường độ quang hợp lại giảm? Trả lời: - Do vào trưa năng, cường độ THN mạnh nên tế bào lỗ khí nước => lỗ khí đóng làm quá trình trao đổi khí ngưng trệ - Vào buổi trưa, mặc dù AS dồi dào tỉ lệ các bước sóng ngắn tăng nên các sắc tố quang hợp ít hấp thu - Khi AS mạnh => Nhiệt độ cao làm ảnh hưởng đến hoạt động hệ enzim Câu 38 Vì phải bón CO2 cho cây nhà lưới phủ nilon trước mặt trời lặn và sau mặt trời mọc? Trả lời: - Trong khu vực có che phủ nilon mỏng, lưu thông khí bị cản trở, lượng CO bị hao hụt sau cây quang hợp Do đó nồng độ CO2 giảm xuống thấp - Ban đêm cây không quang hợp, tăng hô hấp cây lấy O2, thải CO2 => Phải bón CO2 cho cây sau mặt trời mọc khoảng 30 phút và ngừng bón mặt trời lặn khoảng 1-2h Ban đêm không bón CO2 vì nông độ CO2 quá cao làm ức chế hô hấp Câu 39 Trong mµng thylacoit cña lôc l¹p cã hÖ thèng quang ho¸: PS I vµ PS II a PS I hay PS II hoÆc c¶ hai chøa s¾c tè hÊp thô ¸nh s¸ng §ã lµ nh÷ng nhãm s¾c tè nµo ? b Quang phân ly H2O xảy đâu,sản phẩm chúng là gì ? Sản phẩm nào đợc sử dụng cho ph¶n øng s¸ng ? c Mét sè vi khuÈn quang hîp kh«ng cã qu¸ tr×nh quang ph©n ly H 2O mµ ph©n huû c¸c hîp chÊt khác Hãy chọn hợp chất đúng các hợp chất sau đây : H2S, CH4, Na2SO4, C2H4 Trả lời: a) Cả hai hệ thống quang hoá chứa sắc tố Đó là các nhóm sắc tố : clorophin và carotenoit b) Quang ph©n li H2O x¶y ë pha s¸ng ( PS II ) S¶n phÈm cña qu¸ tr×nh nµy lµ NADPH vµ O S¶n phẩm NADPH đợc sử dụng cho phản ứng tối c) Hợp chất đúng là H2S Cõu 40 Cây cối có thể điều chỉnh số lợng và chất lợng ánh sáng chiếu vào nó đợc không ? Bằng c¸ch nµo? (15) Trả lời: Cã B»ng c¸ch : - S¾p xÕp c¸c tÇng l¸ trªn c©y - Xoay bÒ mÆt l¸ vu«ng gãc hoÆc song song víi tia s¸ng - Thay đổi bề mặt chiếu sáng vị trí lục lạp - Thay đổi hàm lợng và tỉ lệ các nhóm sắc tố IV- HÔ HẤP THỰC VẬT A- HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM Khái niệm hô hấp a Định nghĩa và phương trình hô hấp - Hô hấp là quá trình oxi hoá các hợp chất hữu thành CO và H2O đồng thời giải phóng lượng cần thiết cho các hoạt động sống thể - Phương trình tổng quát quá trình hô hấp đợc viết sau: C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + Q (năng lượng : ATP + nhiệt) b Vai trò quá trình hô hấp - Trước hết thông qua quá trình hô hấp, lượng hoá học tự dạng ATP giải phóng từ các hợp chất hữu và lượng dạng ATP này sử dụng cho các quá trình sống thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất, quá trình vận động sinh trưởng, quá trình phát quang sinh học,… - Trong các giai đoạn quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã hình thành và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối (nguyên liệu) các quá trình tổng hợp nhiều chất khác thể Cơ chế hô hấp Cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp sau: - Con đường đường phân - Chu trình Crép - Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá a Giai đoạn phân giải đường (đường phân): xảy chất tế bào điều kiện yếm khí: Glucôzơ Axit pyruvic b Phân giải kị khí và hô hấp hiếu khí - Phân giải kị khí (lên men) xảy chất tế bào chưa có tham gia O2 Axit pyruvic Rượu Etilic Axit pyruvic Axit Lactic - Hô hấp hiếu khí xảy ty thể với có mặt O2: Chu trình Crép : Axit pyruvic CO2 + H2O c Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá tạo 30 ATP Hệ số hô hấp (RQ) - Hệ số hô hấp- kí hiệu là RQ - là tỉ số số phân tử CO2 thải và số phân tử O2 hút vào hô hấp RQ nhóm hydrat cacbon Ví dụ : C6H12O6 + O2 = 6CO2 + 6H2O RQ = 6/6 = RQ nhóm lipit,protein thường < RQ nhiều acit hữu thường > - Ý nghĩa hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) hô hấp là nhóm chất gì (16) và trên sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng cây Năng lương hô hấp - Hệ số sử dụng lượng hô hấp - Cơ chế hình thành ATP Hô hấp sáng - Hô hấp sáng là hô hấp xảy ngoài ánh sáng Nhóm thực vật C thường xảy quá trình hô hấp này Đó là thực vật C3 phải sống điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài với nồng độ O cao, cường độ ánh sáng cao, nồng độ CO lại thấp Khi đó pha cacboxi hoá chu trinh Canvin xảy quá trình oxi hoá RiDP thành Axit glycolic Axit glycolic chính là thể hô hấp sáng - Hô hấp sáng không có ý nghĩa mặt lượng (không giải phóng ATP), lại tiêu tốn 3050% sản phẩm quang hợp Hô hấp và các điều kiện môi trường a Hô hấp và nhiệt độ - Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với xúc tác các ezim đó phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ - Mối quan hệ cường độ hô hấp và nhiệt độ thường biểu diễn đồ thị có đường cong đỉnh + Nhiệt độ thấp mà cây bắt đầu hô hấp biến thiên khoảng -100C; 00C tuỳ theo loài cây các vùng sinh thái khác + Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp khoảng 35 - 400C + Nhiệt độ tối đa cho hô hấp khoảng 45 - 550C Trên nhiệt độ tối đa, máy hô hấp bị phá huỷ b Hô hấp và hàm lượng nước - Nước vừa là dung môi vừa là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hoá nguyên liệu hô hấp Vì hàm lượng nước quan, thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp - Các nghiên cứu cho thấy: + Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) thể, quan hô hấp + Hàm lượng nước quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại Hạt thóc, ngô phơi khô có độ ẩm khoảng 13 - 16% có cường độ hô hấp thấp (ở mức tối thiểu) c Hô hấp và nồng độ các khí O2, CO2 không khí - O2 tham gia trực tiếp vào việc oxi hoá các chất hữu và là chất nhận điện tử cuối cùng chuỗi truyền điện tử để sau đó hình thành nước hô hấp hiếu khí Vì nồng độ O không khí giảm xuống 10% thì hô hấp bị ảnh hưởng và giảm xuống 5% thì cây chuyển sang hô hấp kị khí-dạng hô hấp không có hiệu lượng bất lợi cho cây trồng - CO2 là sản phẩm quá trình hô hấp Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng CO là các phản ứng thuận nghịch Nếu hàm lượng CO cao môi trường làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản thực a Mục tiêu bảo quản: Giữ đến mức tối đa số lượng và chất lượng đối tượng bảo quản suốt quá trình bảo quản b Ảnh hưởng hô hấp quá trình bảo quản: - Hô hấp tiêu hao chất hữu đối tượng bảo quản, đó làm giảm số lượng và chất lượng quá trình bảo quản - Hô hấp làm tăng nhiệt độ môi trường bảo quản, đó làm tăng cường độ hô hấp đối tượng (17) bảo quản - Hô hấp làm tăng độ ẩm đối tượng bảo quản, đó làm tăng cường độ hô hấp đối tượng bảo quản - Hô hấp làm thay đổi thành phần khí môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng O2 giảm, CO2 tăng và O2 giảm quá mức, CO2 tăng quá mức thì hô hấp đối tượng bảo quản chuyển sang dạng hô hấp yếm khí và đối tượng bảo quản bị phân huỷ nhanh chóng c Các biện pháp bảo quản: - Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt các kho lớn Trước đa hạt vào kho, hạt phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo loại hạt - Bảo quản lạnh: Phần lớn các loại thực phẩm, rau bảo quản phương pháp này Chúng đợc giữ các kho lạnh, tủ lạnh các ngăn có nhiệt độ khác Ví dụ: khoai tây 4, cải bắp 1, cam, chanh 6oC - Bảo quản điều kiện nồng độ CO cao: Đây là biện pháp bảo quản đại và cho hiệu bảo quản cao Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO cao đơn giản là các túi polietilen Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO thích hợp là điều quan trọng các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản B HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 41 ( Đề thi HSG Chuyên Hà am- 2010) Cơ quan thực quá trình hô hấp thực vật là gì? Bản chất quá trình hô hấp? Trình bày chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp tế bào? Trả lời: Cơ quan thực quá trình hô hấp thực vật - Ti thể là bào quan làm nhiệm vụ hô hấp tế bào Nó xem là “trạm biến lượng” tế bào - Bản chất quá trình hô hấp Bản chất quá trình hô hấp: Khác với quá trình đốt cháy chất hữu ngoài thể, quá trình ôxi hoá thể phải trải qua nhiều chặng, bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh để cuối cùng giải phóng CO2, H2O và lượng dạng ATP - Các giai đoạn quá trình hô hấp thể thực vật gồm: - Giai đoạn đường phân xảy chất tế bào là pha phân giải kị khí chung cho hô hấp kị khí(lên men) và hô hấp hiếu khí Đó là quá trình phân giải phân tử glucôzơ đến axit piruvic( từ phân tử glucôzơ hình thành nên phân tử axit piruvic) - Nếu không có ôxi, axit piruvic chuyển hoá theo đường hô hấp kị khí ( lên men) tạo rượu êtilic kèm theo giải phóng CO 2, có thể lên men lactic, xuất sản phẩm lên men là axit lactic, không giải phóng ôxi Hô hấp kị khí không tích luỹ thên lượng ngoài phân tử ATP hình thành chặng đường phân - Khi có ôxi, sản phẩm đường phân là axit piruvic di chuyển vào chất ti thể, đó nó bị ôxi hoá và loại CO2 , hình thành nên axêtin côenzimA + Chất này di chuyển vào chu trình Crep chất ti thể Qua chu trình Crep thêm phân tử CO bị loại, phân tử axit piruvic( 1/2 phân tử glucôzơ) đã bị ôxi hoá hoàn toàn qua vòng chu trình Crep + Các H+ và e- tách khỏi chất hô hấp và truyền đến chuỗi truyền điện tử hô hấp( NAD, FAD, ) phân bố màng ti thể Như vậy, chu trình Crep khung các bon từ nguyên liệu hô hấp(axit piruvic) bị bẻ gãy hoàn toàn, giải phóng phân tử CO2; chuỗi truyền điện tử H+ tách khỏi axit piruvic chu trình Crep truyền đến chuỗi truyền điện tử màng ti thể đến ôxi để tạo phân tử H 2O và tích luỹ 36 ATP Câu 42 ( Đề thi HSG Hà Tĩnh-2013) (18) Chứng minh mối liên quan chặt chẽ quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ Con người đã vận dụng hiểu biết mối quan hệ này vào thực tiễn trồng trọt nào? Trả lời: - Mối liên quan chặt chẽ quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ: + Hô hấp giải phóng lượng dạng ATP, tạo các hợp chất trung gian các axit hữu + ATP và các hợp chất này liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ cây - Ứng dụng thực tiễn: + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí + Hiện người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí rễ Câu 43 Trình bày lượng hô hấp thực vật? Đáp án: - Khái niệm hô hấp thực vật - Ý nghĩa hô hấp: Năng lượng hô hấp tạo dạng ATP và nhiệt + Hô hấp hiếu khí: là đường chủ yếu cung cấp lượng cho thực vật Có quá trình tạo lượng ATP: photphorin hóa trực tiếp chất (đường phân và chu trình Crebs) và qua chuỗi vận chuyển electron hô hấp + Lên men: là phản ứng thích nghi TV điều kiện thiếu oxi, tạo ít lượng ATP - Năng lượng dạng nhiệt tạo để giữ nhiệt cho thể, tạo điều kiện cho các phản ứng Một phần thải môi trường Câu 44: a Hệ số hô hấp là gì? Có nhận xét gì hệ số hô hấp hạt cây họ lúa và hạt hướng dương quá trình nảy mầm? b Tính lượng thu các giai đoạn quá trình hô hấp oxi hóa hết 18g Glucozo? Trả lời: a.- Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số số phân tử CO2 thải và số phân tử oxi cây lấy vào hô hấp - Trong quá trình nảy mầm cây họ lúa, chất dự trữ chủ yếu là đường thì hệ số hô hấp gần + Ở hạt cây hướng dương giàu chất béo, biến đổi hệ số hô hấp phức tạp: giai đoạn đầu hệ số hô hấp xấp xỉ hạt sử dụng đường để hô hấp, sau đó hệ số hô hấp giảm xuống còn 0,3 – 0,4 hạt sử dung nguyên liệu là chất béo, đó hệ số hô hấp lại tăng lên gần đường bắt đầu tích lũy b Tính hệ số hô hấp 18g glucozo ứng với 0,1mol => có 0,1 * 6,02.1023 phân tử - Đường phân từ phân tử glucozo tạo ATP - Nếu không có oxi thì từ glucozo tạo 2ATP - Nếu có oxi thì chu trình Creps tạo ATP - Chuỗi chuyền electron tạo 34 ATP (HS nhân kết trên với số phân tử Glucozo là được) (19) III KẾT LUẬN Trong giới hạn phạm vi đề tài tôi thực phần Sinh lí học thực vật với các nội dung chính: I - TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT II - SỰ HẤP THỤ KHOÁNG VÀ TRAO ĐỔI NITƠ Ở THỰC VẬT III - QUANG HỢP Ở THỰC VẬT IV- HÔ HẤP THỰC VẬT Trong phần gồm hệ thống kiến thức trọng tâm và các câu hỏi khó, đơn dãn liên quan nhằm hỗ trợ cho người học ôn tập, ôn thi HSG sinh học sinh lí thực vật Vì giới hạn chuyên đề có thể có nhiều vấn đề liên quan hệ thống câu hỏi chưa đưa vào Nếu có điều kiện phát triên đề tài rộng và các đề tài Sinh lí học động vật (20)