BÀI 3 : QUANG HỢP CỦA THỰC VẬT
1. Cơ quan quang hợp của thực vật (2)
1.1. Một số khái niệm chung về quang hợp
1.1.1. Định nghĩa quang hợp của thực vật
Quang hợp là quá trình trong đó thực vật chứa diệp lục (chlorophyll) biến đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng quang hóa trong các hợp chất hữu cơ bền vững. Thực chất của quá trình là dùng nước dể khử CO2 nhờ năng lượng của ánh sáng: 6CO2 + 6H2O = C6H12O6 + 6O2
* Phương trình tổng quát của quang hợp
Cũng có những q trình quang hợp không thải O2; Chẳng hạn một số lồi sinh vật khơng dùng H2O làm chất cho electron mà dùng các hợp chất khác như ête, axit hữu cơ, vô cơ, ... (như có lồi vi khuẩn dùng H2S, hoặc dùng H2 làm chất cho electron) thì khơng thải O2. Do vậy ta có thể biểu diễn phương trình quang hợp dưới dạng tổng quát:
nCO2 + 2nH2X = (CH2O)n + nH2O + 2nX
(Nếu X là oxy và n = 6 thì ta có phương trình tạo glucoza ở trên, nhưng X có thể là sulfur và cũng có thể vắng mặt khi chỉ dùng H2).
1.2.2. Bản chất quang hợp ở thực vật
- Là quá trình khử CO2 để tạo thành các hợp chất hữu cơ. - Phân li nước giải phóng oxi cung cấp cho sự sống.
1.1.3. Ý nghĩa quang hợp của thực vật
- Quá trình quang hợp là quá trình quan trọng trong đời sống sự sống của toàn sinh vật trên trái đất vì quá trình tạo ra các hợp chất hữu cơ.
- Quang hợp cung cấp năng lượng cho sự sống.
- Thực vật là nhà máy khổng lồ để làm sạch mơi trường khơng khí, nó biến đổi các hợp chất khí CO2 thành O2 qua q trình quang hợp điều hồ nước của mơi trường.
1.2. Những cơ quan thực hiện chức năng quang hợp của thực vật
1.2.1. Lá cây
Lá hay lá cây là một bộ phận của thực vật bậc cao có chức năng quang hợp. Lá cây chứa nhiều tế bào mơ dậu và nhiều lục lạp. Lá cây có chức năng quang hợp, dự trữ chất dinh dưỡng, nước, thoát hơi nước, tham gia vào quá trình hút nước và khống của rễ cây
Lá cây
- Biểu bì
+ Lớp biểu bì trong suốt, xếp sát nhau, có vách phía ngồi dày. + Có lỗ khí, tập trung nhiều ở mặt dưới lá.
Chức năng: Bảo vệ phiến lá, để cho ánh sáng chiếu được vào phần thịt lá. Trao đổi khí và thoát hơi nước.
- Thịt lá
Gồm một vài lớp tế bào chứa lục lạp.
+ Phía trên gồm các tế bào hình dài, xếp sát nhau và có nhiều lục lạp hơn.
+ Phía dưới gồm các tế bào dạng gần trịn, ít lục lạp hơn, xếp khơng sát nhau xen giữa có nhiều khoảng trống chứa khí.
Chức năng: Chế tạo chất hữu cơ nuôi cây, thu nhận ánh sáng, dự trữ và trao đổi khí.
- Gân lá
Gồm các bó mạch gỗ và mạch rây liên hệ với các bó mạch của thân và cành. Chức năng: Dẫn nước và muối khoáng lên lá và dẫn các chất hữu cơ do lá chế tạo đi.
1.2.2. Lục lạp
Lục lạp là một trong ba dạng lạp thể (vô sắc lạp, sắc lạp, lục lạp) chỉ có
trong các tế bào có chức năng quang hợp ở thực vật. Lục lạp thường có hình bầu dục. Mỗi lục lạp được bao bọc bởi màng kép (hai màng), bên trong là khối cơ chất không màu - gọi là chất nền (stroma) chứa prôtein ưa nước và các hạt nhỏ (grana).
Lục lạp có hình thái rất đa dạng. Ở các loài thực vật thuỷ sinh như các loại rong, tảo…do khơng bị ánh sáng trực tiếp đốt nóng nên lục lạp có hình dạng rất khác nhau như hình cốc, hình vng, hình sao, hình bản…Cịn những thực vật bậc cao và sống trên cạn thì lục lạp thường có hình bầu dục. Với hình bầu dục, lục lạp có thể xoay bề mặt để có thể tiếp xúc với ánh sáng nhiều hay ít tuỳ theo cường độ ánh sáng chiếu tới lá
Lục lạp nhìn rõ trong tế bào thực vật - Số lượng
Số lượng lục lạp trong tế bào rất khác nhau ở các loài thực vật khác nhau. Đối với tảo, mỗi tế bào chỉ có một lục lạp. Đối với thực vật bậc cao, mỗi tế bào của mơ đồng hố có nhiều lục lạp, khoảng 20-100 lục lạp.
- Kích thước
Kích thước trung bình của một lục lạp có hình bầu dục dao động từ 4- 6µm bề dày. Những cây ưa bóng thường có số lượng, kích thước và hàm lượng sắc tố trong lục lạp lớn hơn những cây ưa sáng.
1.2.3. Các sắc tố quang hợp
1.2.3.1. Diệp lục (chlorophyll)
Có 5 loại diệp lục: a, b, c, d, e. Ở thực vật thượng đẳng chỉ có 2 loại diệp lục a và b; cịn diệp lục c, d, e có ở vi sinh vật, rong, tảo.
- Nhân diệp lục là phần quan trọng nhất trong phân tử diệp lục, gồm 1 nguyên tử Mg ở trung tâm liên kết với 4 nguyên tử N của 4 vòng pyrol tạo nên vòng Mg-pocphirin rất linh hoạt. Phần nhân diệp lục có một hệ thống nối đơi đơn cách đều tạo nên phân tử diệp lục có hoạt tính quang hố mạnh.
Khả năng hấp thu ánh sáng phụ thuộc số lượng liên kết đôi trong phân tử. Hệ thống liên kết có năng lượng liên kết rất nhỏ nên dễ dàng bị kích động khi tiếp nhận năng lượng ánh sáng để bật ra khỏi quỹ đạo cơ bản của nó. Đây là trạng thái kích thích của phân tử diệp lục khi nhận năng lượng ánh sáng.
Công thức cấu tạo diệp lục a
- Đuôi phân tử diệp lục rất dài gồm gốc rượu phitol có 20 nguyên tử cacbon. Đuôi diệp lục có tính ưa lipit nên có vai trị định vị phân tử diệp lục trên màng thilakoit vì màng quang hợp có tính lipit.
1.2.3.2. Carotenoit
Là nhóm sắc tố vàng, da cam. Là các sắc tố “vệ tinh” của diệp lục. Các carotenoit được chia thành 2 nhóm theo cấu tạo hố học: caroten và xanthophil. Có vai trị lọc ánh sáng và bảo vệ cho diệp lục khỏi bị phá huỷ khi cường độ ánh sáng cao. Vì vậy bao giờ cũng nằm cạnh diệp lục.
Nhưng quan trọng nhất là tham gia vào quá trình quang hợp. Carotenoit khơng có khả năng biến đổi năng lượng ánh sáng hấp thu mà chúng chỉ hấp thu năng lượng mặt trời rồi truyền năng lượng ánh sáng này cho diệp lục để phân tử diệp lục biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học.
Trong lục lạp, carotenoit nằm sát cạnh diệp lục nên hiệu suất truyền năng lượng rất cao.
1.2.3.3. Phycobilin
- Là sắc tố quan trọng đối với tảo và thực vật sống dưới nước.
- Nhóm sắc tố này thích nước, trong tế bào chúng liên kết với prơtein nên tên gọi là Biliprôtein hay Phycôbiliprôtein.
đun sôi với axit, phân ly bằng pepsin thì rất dễ rút ra.
- Hấp thụ ánh sáng lục và vàng. Nó là sắc tố phụ tiếp nhận ánh sáng chuyển cho diệp lục
Có thể xem sự có măt của các sắc tố phụ này như là đặc điểm thích nghi đã được hồn thiện trong q trình tiến hố lâu dài của các lồi thực vật sống dưới nước.
Công thức cấu tạo của phycoerythrobilin 1.2.3.4. Antoxyan
- Sự tăng hàm lượng Antoxyan sẽ giảm hàm lượng diệp lục trong lá. - Tăng khả năng giữ nước trong tế bào khi cây bị hạn và khô.
- Tăng khả năng đóng mở khí khổng.