III. Sự quang hợp của cây thuốc lá: 1 Khái niệm cơ bản về quang hợp:
3. Các điều kiện ảnh hưởng đến quang hợp:
Ảnh hưởng đến qúa trình quang hợp cũng như tốc độ quang hợp có thể chia ra 2 loại điều kiện:
- Các điều kiện bên ngoài môi trường gồm CO2, bức xạ, nhiệt độ, độ ẩm của đất và không khí, các chất dinh dưỡng.
- Các điều kiện bên trong bao gồm cấu trúc của các cơ quan và lục lạp, sự vận chuyển nước, hệ thống sắc tố, hệ thống phân hóa tố, tuổi của cây và lá ….
Các điều kiện trên không những ảnh hưởng đến cường độ đồng hóa CO2 mà còn làm thay đổi cả bản chất của các sản phẩm đồng hóa, làm thay đổi chiều hướng của qúa trình quang hợp. Sự liên quan khắt khít đó có tác động trực tiếp hay gián tiếp đến qúa trình quang hợp hay nói một cách khác ảnh hưởng đến sản lượng của cây.
3.1. Ánh sáng:
Qúa trình quang hợp có thể tiến hành trong điều kiện ánh sáng có cường độ rất thấp. Tuy nhiên lúc này sự quang hợp của cây trồng diễn ra rất chậm chạp không thực hiện được sự bù đắp các vật chất hữu cơ bị mất đi do hô hấp. Ánh sáng mặt trời bao gồm khoảng 60% là ánh sáng bức xạ (trong đó cây trồng hấp thu được 30% đến 40% loại ánh sáng tia sinh lý này) và khoảng 40% ánh sáng khuyếch tán (trong đó cây trồng hấp thu được từ 50% đến 90%) (tài liệu sinh lý học thực vật-Phan Đình Thái+Nguyễn Duy Minh+Nguyễn Lương Hùng-NXBGD-1987). Như vậy, đối với cây trồng thì ánh sáng khuyếch tán được hấp thu mạnh mẽ hơn, cường độ ánh sáng là yếu tố cơ bản của quang hợp đã tạo ra năng suất cây trồng, vì vậy khi cường độ chiếu sáng giảm đó chính là nguyên nhân chính dẫn đến giảm năng suất.
Các loại cây trồng nói chung và cây thuốc lá ít khi được nhận ánh sáng với số lượng dư thừa hoặc no ánh sáng (no ánh sáng là ở thời điểm đó trị số cường độ ánh sáng hay cường độ quang hợp không tăng lên nữa vá nó thường bằng 1/3 cường độ ánh sáng đấy đủ của mặt trời. Thường cây trồng che bóng lẫn nhau nhất là ở những ruộng trồng qúa dầy vào các giờ trong buổi sáng hoặc buổi chiều. Cũng chính vì lý do này, các cán bộ nông học và các nhà trồng trọt cần phải quan tâm tới việc tạo điều kiện để cây trồng nói chung và cây thuốc lá nói riêng có đầy đủ ánh sáng để tiến hành quang hợp, làm tăng hệ số sử dụng năng lượng ánh sáng vào quá trình quang hợp thể hiện bằng việc chọn giống thuốc lá có góc đóng lá nhỏ, áp dụng mật độ trồng hợp lý, chọn địa điểm gieo trồng….
3.2. Hàm lượng CO2:
Trong không khí hàm lượng CO2 có khoảng 0,03% (trong 1 m3 không khí có 0,16 gr CO2), nhưng có vùng CO2 chỉ chứa 0,5 mg/1dm3 không khí. Nói một cách chung nhất trong không khí lượng CO2 khá nghèo và lượng này được duy trì trong không khí chủ yếu do từ núi lửa phun ra, ngoài ra lượng CO2 trong không khí còn có các phản ứng Oxy hóa đơn thuần (phản ứng Oxy hóa sinh ra từ vật chất bị đốt cháy), còn có các qúa trình phản ứng sinh hóa (qúa trình hô hấp của động-thực vật ) và do qúa trình lên men yếm khí. Hàm lượng CO2 trong không khí có tác dụng tới chế độ nhiệt đối với mặt đất, nhiều nhà khoa học đã tính toán rằng nếu lượng CO2 trong không khí tăng lên từ 2 đến 3 lần thì nhiệt độ của qủa đất sẽ tăng lên 8oC. Nhờ có CO2 và hơi nước, trong không khí ở mặt đất duy trì được nhiệt độ thích hợp.
3.3. Nhiệt độ:
Mỗi loại cây trồng, mỗi giống thực vật, mỗi giai đoạn hoặc thời kỳ tăng trưởng của thực vật nói chung đếu thích ứng với một nhiệt độ cực tiểu và cực đại, nếu dưới hoặc trên nhiệt độ cây cần thì ảnh huởng đến qúa trình sống của cây.
Nhiệt độ giới hạn cho cây thuốc lá từ 20oC đến 30oC; nếu vượt qúa 35oC và thấp hơn 15oC cây thuốc lá sinh trưởng-phát triển kém. Nhiệt độ tối hảo cho cây thuốc lá từ 25oC đến 28oC. (Hạt thuốc lá khi mới nảy mầm có thể chịu đuợc nhiệt độ -1oC đến -3oC), nhưng nếu nhiệt độ thấp hơn -3oC thì các mầm non sẽ chết. Khi nhiệt độ thấp làm giảm vận tốc các phản ứng và giảm thiểu lượng nước mang dưỡng chất từ rễ lên để nuôi cây, làm cho cây không được đấy đủ dinh dưỡng và chết dần, ngược lại, nếu nhiệt độ cực đại (trên 35oC với thuốc lá) thì cây cũng bị chết do quá trình quang hợp không thể thực hiện vì ngừng hô hấp hoặc bị khô héo do lượng bốc hơi qua bề mặt lá quá nhanh.
3.4. Nước:
Nước có vai trò quan trọng đặc biệt, thực hiện các chức năng quang hợp của cây. Nước tham gia vào các quá trình quang hóa và các phản ứng của phân hóa tố trong cây trồng. Nước là chất cung cấp điện tử cho các phản ứng ánh sáng cũng như giải phóng Oxy. Sự xâm nhập CO2 thông qua các khí khổng trên lá để dùng cho quá trình quang hợp phụ thuộc vào độ ngậm nước của tế bào lá. Về lý thuyết nếu lá no nước hoàn toàn hoặc thiếu một lượng nước rất ít (khoảng 5%) là thích hợp cho quá trình quang hợp. Nhiều thí nghiệm trên thế giới và trong nước cho thấy thiếu nước từ 10% đến 12% làm giảm cường độ quang hợp, nếu thiếu 20% sẽ gây nhiều khó khăn cho quang hợp, nhưng nếu tế bào mất nước từ 40% đến 60% sẽ dẫn tới sự phân hủy các hợp chất phức tạp trong đó đặc biệt là Protid.
Ngoài ra nước còn là nhân tố điều hòa nhiệt độ cho thân-lá cây trồng. Khi cường độ bức xạ mặt trời mạnh, năng lượng của cây thay vì sử dụng cho quang hợp thì phần lớn chuyển sang dạng bốc thoát hơi nước trên bề mặt lá, làm giảm nhiệt độ trong quần thể cây trồng.
Trong thực tiễn sản xuất, một vấn đề có ý nghĩa to lớn là sự thay đổi cường độ quang hợp khi bị hạn. Quang hợp tăng hay giảm khi thiếu nước không giống nhau ở thực vật cùng vùng sinh thái khác nhau và phụ thuộc vào giai đoạn sinh trưởng-phát triển của thực vật. Trong điều kiện khô hạn những sản phẩm quang hợp có hoạt tính thẩm thấu cao như đường và các acid amin tăng lên, còn các hợp chất cao phân tử như Protit bị giảm xuống.
3.5. Chế độ dinh dưỡng khoáng và đạm:
Dinh dưỡng khoáng và quang hợp là 2 mặt của quá trình dinh dưỡng ở thực vật. Các nguyên tố khoáng như Nitơ, Phospho, Lưu huỳnh, Magné là thành phần quan trọng xây dựng nên bộ máy quang hợp. Các nguyên tố Sắt, Kali, Chlor tuy không tham gia xây dựng bộ máy quang hợp nhưng có ảnh hưởng đến qúa trình tổng hợp diệp lục.
Nguyên tố khoáng làm thay đổi trạng thái keo, tính thấm của chất nguyên sinh tế bào và các hoạt động của phân hóa tố. Các nguyên tố N, P, K được sử dụng rộng rãi trong trồng trọt đều có ảnh hưởng mạnh mẽ đến số lượng và chất lượng của sản phẩm quang hợp, đến quá trình tích lũy-vận chuyển năng lượng, vận chuyển các sản phẩm hữu cơ.
Nitơ hay thường gọi là Đạm (Nitơ), là nguyên tố tham gia trực tiếp vào quá trình tổng hợp diệp lục, protit là thành phần của các phân hóa tố, kích thích quá trình tổng hợp sản phẩm quang hợp, bảo đảm cho sử dụng các chất đồng hóa.
Lân (Phospho) có trong các chất giàu năng lượng tham gia trực tiếp vào việc khử CO2 trong quang hợp, vào các sản phẩm trung gian. Kali ảnh hưởng đến trạng thái keo của chất nguyên sinh. Các nguyên tố vi lượng khác như Fe có trong thành phần của tế bào và cùng với Mn, Cu, B, Mo, Co có vai trò quan trọng trong tổng hợp diệp lục, tăng cường liên kết giữa các sắc tố và Protit giúp cho tế bào thực vật không bị phân giải trong môi trường bất lợi, Mn tham gia vào quá trình quang phân ly nước và khử CO2 .
Các nguyên tố vi lượng B, Mn, Cu, Co, Al,…thúc đẩy quá trình vận chuyển các sản phẩm đồng hóa từ lá xuống các cơ quan dự trữ thuận lợi cho quang hợp. Vào các thời điểm buổi trưa, bức xạ mặt trời đạt cực đại hay những thời điểm hạn hán, các nguyên tố vi lượng góp phần làm giảm bớt sự ức chế của quang hợp.