🔙 Quay lại trang tải sách pdf ebook Bồi Dưỡng Học Sinh Giỏi Sinh Học 11 Ebooks Nhóm Zalo PHAN KHÁC NGHỆ - TRẦN MẠNH HÙNG (Giáo viên trường THPT chuyên Hà Tỉnh) BÔI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI SINH HỌC 11 (DÀNH CHO HỌC SINH CHUYÊN, HỌC SINH GIỎI CÁP TÌNH) NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI LỜI NÓI ĐẦU Cuốn sách “BỎI DƯỠNG HỌC SINH GIỎI SINH MỌC 11” được viết bám sát chương trình Sinh học lớp 11 phổ thông và chương trình Sinh học lớp 11 Chuyên. Cuốn sách dược trình bày thành 3 phần: Phần I: Sinh học cơ thể thực vật Phần II: Sinh học cơ thể động vật. Phần III: Giới thiệu 10 đề thi và đáp án chi tiết. Phần I và phần II là kiến thức về sinh học cơ thể thực vật và sinh học cơ thế động vật. Mỗi nội dung được trình bày theo 4 chương, ở mỗi chương có 2 phần là phần kiến thức trọng tâm chuyên sâu và phần các câịi hỏi, bài tập vận dụng. Kiến thức trọng tâm và chuyên sâu của mỗi phần được'viết dựa trên nguồn tư liệu sách Sinh học của tác giả Campbell - Reece. Phần câu hỏi vận dụng sẽ giúp các em học sinh và bạn đọc vận dụng linh hoạt những kiến thức đã được trình bày ở phần trên. Phần giới thiệu đề thi là hệ thống 10 đề thi thử do tác giả sưu tầm và biên soạn giúp học sinh ôn luyện để nâng cao kiến thức. Cuối cùng có đáp án chi tiết cho các đề thi để bạn đọc đối chiếu và tham khảo. Chúng tôi tin tưởng rằng, cuốn sách không chỉ là một tài liệu tham khảo hữu ích giúp học sinh tự học mà nó còn là một tư liệu quý để giáo viên tham khảo và sử dụng trong công tác bồi dưỡng học sinh giỏi cấp Quốc gia và học sinh giỏi cấp tỉnh. Dù rất tâm hưyết và dành nhiều thời gian để biên soạn, song cuốn sách không tránh khỏi còn có thiếu sót nhất định, tác giả rất mong nhận được các ý kiến góp ý để trong lần tái bản sau cuốn sách sẽ được hoàn thiện hơn. Mọi góp ý xin gửi về địa chỉ email: [email protected]. CÁC TÁC GIẢ 3 P h ầ n I. SINH HỌC c ơ THỂ THƯC VẬT • _________ • • CHƯƠNG 1.CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG ở THựC VẬT ■ ■ ■ ■ . KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYỀN SÂU Sự chuyển hóa vật chất và năng lượng ở cơ thể thực vật liên quan đến các quá trình hút và vận chuyển nước; hút khoáng và vận chuyển khoáng trong cây; quá trình quang hợp; quá trình hô hấp. I. S ự TRAO ĐỐI NƯỚC Ở THỤC VẬT Bao gồm quá trình hút nước của rễ, vận chuyển nước từ rễ lên lá và thoát hơi nước từ lá ra môi trường không khí. 1. Vai trò của nước đối vói cơ thế thực vật: - Nước là thành phần bắt buộc xây dựng nên cơ thể thực vật. Hàm lượng trong đa số các cơ thể thực vật chiếm từ 80-95% trọng lượng khô. - Nước có ảnh hưởng đến trạng thái hệ keo của nguyên sinh chất. Khi tế bào mất nước, keo nguyên sinh chất chuyển từ trạng thái sol (dung dịch tự do) sang trạng thái gel (liên kêt), khi đó cường độ trao đôi chât của tê bào giảm dân và ngừng hẳn khi keo nguyên sinh đặc quánh. Khi tế bào hút nước thì keo nguyên sinh chất chuyển từ trạng thái gel sang sol, Ịàm tăng cường độ trao đổi chất. - Nước tạo ra môi trường trong của cây, do đó bảo đảm cho sự thống nhất giữa các bộ phận trong cơ thể thực vật và giữa cơ thể với môi trường. Nước là dung môi hòa tan các chất trong tế bào, nước tham gia vào quá trình vận chuyển các chất trong cây. - Nước là nguyên liệu tham gịa vào các phản ứng sinh hóa trong tê bào như các phản ứng thủy phân, phản ứng sinh tổng hợp một số chất. Ví dụ từ axit fumaric - Nước tạo thành axit malic. Trong quang hợp, nước đóng vai trò là chất khử cung cấp hydro để tạo thành NADPH. Trong hô hấp, nước làm nhiệm vụ thủy phân các chất trong chu trình Krebs. - Nước làm nhiệm vụ điều hòa và ổn định nhiệt độ của cơ thể .thực vật. - Nước tham gia vào việc hydrat hóa các chất hữu cơ. Nước được hấp thụ trên các bề mặt keo (protein, axit hữu cơ và trên bề mặt các màng sinh chất) tạo thành một lớp nước màng làm nhiệm vụ bảo vệ các cấu trúc của tế bào. * Trong cây, nước tồn tại ở 2 dạng: nước tự do và nước liên kết. Nước tự do có ý nghĩa đôi với quá trình trao đởỉ‘.éỂât của cây, còn nước liên kêt bảo vệ cho keo nguyên sinh chất khỏi bị đông tụ và ngăn cản sự phá hủy cấu trúc của các bào quan. Thực vật có khả năng chống chịu với điều kiện bất lợi của môi trường tốt có hàm lượng nước liên kết cao hơn thực vật không chống chịu. 5 2. Sự hút nưóc của cơ thể thực vật - Thực vật thủy sinh hút nước qua toàn bộ bề mặt cơ thể, thực vật trên cạn chủ yếu hút nước thông qua hệ thống lông hút của bộ rễ. Nước di chuyển từ môi trường vào. trong cây do sự chênh ỉệch về thế nước (do chênh lệch về áp suất thấm thấu). Nước luôn có khuynh hưởng thẩm thấu từ nơi có thế nước cao (áp suất thẩm thấu thấp) đến nơi có thế nước thấp (áp suất thẩm thấu cao). Rễ cây chủ động hút nước bằng cách chủ động tạo ra một áp suất thẩm thấu lớn để nước thẩm thấu vào rễ. - Rễ cây chủ động tạo ra áp suất thẩm thấu bằng cách tăng cường hô hấp để tạo ra năng lượng ATP, sau đó sử dụng ATP để vận chuyển các chất tan vào không bào 'làm tăng nồng độ chất tan trong không bào dân tới tăng áp suât thâm thâu của tế bào lông hút. - Te bào lông hút có 3 đặc điểm thích nghi với chức năng hút nước là: Không bào lớn nằm ở trung tâm tế bào; Thành tế bào mỏng và không thẩm cutin để dễ dàng hút nước; Hoạt động hô hấp mạnh tạo ra áp suất thẩm thấu rất cao. 3. Sự vận chuyển nước từ rễ ĩên lá - Nước sau khi thẩm thấu từ môi trường đất vào tế bào lông hút thì được vận chuyển từ tế bào lông hút vào mạch dẫn của rễ (vận chuyển ở đoạn đường ngắn) thông qua 2 con đường: Theo vách tế bào (apoplast) và qua chất nguyên sinh của tế bào (symplast). Đến tế bào nội bì thì hai con đường này đều nhập về con đường tế bào chất và đi xuyên qua tế bào nội bì để vào mạch dẫn của rễ. Sự di chuyển của nước từ tế bào lông hút vào mạch dẫn của rễ là do chênh lệch thế nước (đi từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp). - Sau khi nước vào mạch dẫn của rễ thì nước di chuyển trong mạch gỗ từ rễ lên lá nhờ 3 lực là lực đẩy của áp suất rễ, lực trung gian (lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và giữa các phân tử nước với thành mạch dẫn) và lực kéo của lá do lực thoát hơi nước tạo ra. Từ hệ mạch dẫn của lá, nước vận chuyển vào trong các tế bào nhu mô lá theo con đường chất tế bào. 4. Quá trình thoát hoi nước của cây - Nước có thể thoát ra qua tất cả các bộ phận của cơ thể thực vật, nhưng chủ yếu là qua lá theo 2 con đường: qua lớp cuticun của tế bào biểu bì và qua khí khổng. Ở thực vật còn non hoặc ở những cây chịu hạn có lá tiêu biến thì nước chủ yếu thoát qua cuticun. Ở đa số các loại cây, mặc dầu tổng diện tích khí khổng chiếm 1% diện tích lá nhưng thoát hơi nước qua lá là chủ yếu vì sự thoát hơi nước chủ yếu diễn ra ở mép khí khổng, do đó mặc dù tổng diện tích khí khổng chỉ chiếm 1% nhưng tổng chu vi của khí khổng thì rất lớn. - Nước thoát qua khí khổng theo 3 giai đoạn: + Giai đoạn 1: từ tế bào nhu mô lá khuếch tầsii ra khoảng gian bào. + Giai đoạn 2: từ khoảng gian bào khuếch tán đến khí khổng. + Giai đoạn 3: từ khí khổng khuếch tán ra môi trường không khí. 6 - Cơ chế của sự đóng mỏ kh khống lá do sự thay đổi trạng thái 110 nưởc của tế bào hình hạt đậu (còn gọi là 1C hà J bảo vệ). Te bào hạt đậu có thành tế bào không đều nhau (phía thành tế bào ị- iar ' ới khí không có thành dày, phía đối điện có thành mỏng). Khi tế bào hạt đậu ỉ lú no nước và trương lên thì thành mỏng bị uốn cong dẫn đến làm cho tế bào hạt đậu oong lại ỉàm cho khí khổng mở. Khi tế bào hình hạt đậu mất nước ừù mảng mỏng hot cnng và màng dày duỗi ra, khí khổng đóng. Tế bào bảo vệ hút no nước là đo nền ổ đọ Ĩ0 I1 KT, c r hoặc do các chât có hoạt tính thâm thâu như đường saccarôzơ trong tè bao tang lên. - Sự điều tiết đóng mỏ K hi khổng: + Khi cây chuyển từ han.đêm sang ban ngày hoặc từ trong tối ra ngoài sáng, trong tế bào hình hạt đậu xảy ra quá trình phân giải tinh bột thành đường, làm tăng hoạt tính thẩm thấu, tàng sự hút nước. Còn khi cây chuyển từ ngoài sáng vào trong tối thì xảy ra quá trình ngược lại, làm giảm sự hút nước của tế bào hạt đậu. + Trong điều kiện khô hạn, hoặc đất bị nhiễm mặn thì tế bào bảo vệ tăng cường tích lũy axit abscisic (AAU), chất này ức chế enzym amylase làm ức chế quá trình phân giải tinh bột thành đường và giảm sự hút nước của tê bào. + T'rong điều kiện mưa kéo dài, tế bào biểu bì no nước ép vào tế bào bảo vệ làm cho khí khổng đỏng lại một cách bị động, khi tế bào biểu bì mất nước không còn ép vào tế bào bảo vệ nữa thì khí không mở ra. - Cơ sở vật lý của quá trình thoát hơi nước: Thoát hơi nước là quá trình sinh lý nhưng về mặt bản chất giống như sự thoát hơi nước đơn thuần xảy ra trên bề mặt của nước trong tự nhiên. Các phân tử nước cũng có động năng và luôn luôn ở trạng thái chuyển động. MỘI số phân tử nước ở bề mặt có năng lượng cao thắng được các liên kết nội tại giữa các phân tử nước với nhau (phá vỡ liên kết hydro) để bay vào không khí ở dạng hơi. 5. Sự cân bằng nước và cơ sở khoa học của việc tưói nước cho cây - Sự cân bằng nước của cây được biểu thị bằng lượng nước cây hút vào (A) và lượng nước cây thoát ra (T ). v + Neu A > T —» cây cân bằng nước. + Nếu À < T -> cây thiếu nước dẫn tới hiện tượng héo. - Hiện tượng héo của cây: Khi tế bào mất nước làm giảm sức căng bề mặt, kéo theo nguyên sinh chất và vách tế bào co lại làm lá rũ xuống gây ra hiện tượng héo. Có hai mức độ héo là héo tạm thời và héo lâu dài. + Héo tạm thời thường xảy ra trong những ngày nắng mạnh, vào buổi trưa khi cây hút nước không kịp so với thoát hơi nước làm cây bị héo, nhưng sau đó đến chiều mát và tối cây hút nước đủ no thì cây sẽ phục hồi lại. + Héo lâu dài xảy ra vào những ngày nấng hạn hoặc ngập úng hoặc đất bị nhiễm mặn, cây thiếu nước trầm trọng và dễ làm cho cây bị chết. Cây sống trong môi trường bị ngập úng, bị ngập mặn có thừa nước nhưng cây không hút được gọi là hạn sinh lý. + Hệ số héo của cây: Là % lượng nước còn lại trong đất/ lượng đất khô mà cây không hút được và bắt đầu có hiện tượng héo. Hệ số héo phụ thuộc vào từng loại cây và từng loại đất. Đất có thành phần cơ giới càng cao thì hệ số héo càng-lớn. Ví dụ nhữ đất sét, đất cát có hệ số héo nhỏ hơn các loại đât khác. Đất Cây cát thô cát mịn sét pha nhẹ sét pha nặng sét nặng Cây ngô 1,57 3,1 6,5 9,9 15,3 Cây đậu 1,52 3,3 6,3 12,4 16,6 Cây cà chua 1,16 3,3 6,9 11,3 15,3 Cây lúa 0,96 2,7 5,6 10,1 15,0 II. S ự TRAO ĐỔI KHOÁNG VÀ NITƠ 1. Hàm lượng của các nguyên tố dinh dưỡng khoáng - Nhóm nguyên tố đa lượng: chiếm khoảng 0,1% - 10% khối lượng chất khô của cơ thể. Chẳng hạn như các nguyên tố c, H, o , N, p, K, s, Mg, Ca... - Nhóm nguyên tố vi lượng: chiếm khoảng 0,01% - 0,00001%, như các nguyên tố Cu, Mn, Mo, Zn, Co... - Nhóm nguyên tố siêu vi lượng: chiếm nhỏ hơn 0,0000001%, như các nguyên tố Cd, Ag, Au, P t,... Sự phân chia này chỉ có tính tương đối bởi vì có thể nguyên tố nào đó đối với cơ thế này Ịà vi lượng, nhưng đối với cơ thể khác là đa lượng, chẳng hạn Fe đối với đa số cơ thể là đa lượng, ở một số cơ thể là vi lượng . 2. Vai trò của các nguyên tố dinh dưỡng khoáng đối vói cơ thể thực vật a. Vai trò cấu trúc: - Các nguyên tố thiết yếu là thành phần cấu tạo nên các hợp chất hữu cơ cấu trúc nên nguyên sinh chất của tế bào., Ví dụ như: N, c , H, o , p, s cấu tạo nên axit amin, protein, axit nucleic. Nguyên tố canxi (Ca) tham gia vào cấu tạo bản giữa của vách tế bào. Nguyên tố magie (Mg) tham gia vào cấu trúc của diệp lục. - Ngoài chức năng cấu trúc nên các đại phân tử thì các nguyên tố dinh dưỡng khoáng còn tham gia vào thành phần cấu tạo của các họp chất cao năng như ATP, GTP, XTP, UTP,... cấu tạo nên các enzym, coenzym (NADP, FADP, CO-ScoA...), cấu tạo nên các phytohocmon, vitamin,... b. Vai trò điều tiết: - Điều tiêt trạng thái hóa keo của tế bào (ion K, C a,...) - Điều tiết sự đóng mở khí khổng (nguyên tố K, Cl) - Điều tiết các phản ứng sinh hóa xảy ra trong cơ thể thực vật (thông qua các enzym và coenzym). - Điều tiết các quá trình sinh trưởng, phát triển của cơ thể thực vật (thông qua các phytohocmon). 8 3. Vai trò của một số nguyên tố thiết yếu đối vói thực vật a. Vai trò của photpho: Photpho là nguyên tố đóng vai trò quan trọng đối với tế bào và cơ thể thực vật, nó tham gia vào trong thành phần cấu tạo axit nucleic, các hợp chất cao năng, các coenzym, photpholipit... Cây hấp thụ p ở dạng HPO42' và H2PO4 '. Rễ của một số loại cây họ đậu tiết rạ các axit hữu cơ và axit cacbonic để biến dạng photphat khó tan thành dễ tan cho câỹ sử dụng: Ca3(PƠ4)2 + 2 H2O + 2 CO2 = 2 CaHPƠ4 + Ca(HCƠ3)2 . Photpho cần cho sự tổng hợp tinh bột, đường saccarôzơ, protein, axit nucleic. Vì vậy khì cây thiếu p, các quá trình quang hợp, hô hấp, sinh tổng hợp các chất bị kìm hãm, ảnh hưởng đến năng suất và phẩm chất của cây trồng. Khi cây thiếu p thì ỉá có triệu chứng bị biến đổi màu, từ màu xanh sang màu xanh thẫm -> tím đỏ. b. Vai trò của kali: Kali là nguyên tố tham gia hoạt hóa các enzym đóng vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất của tế bào. Kali được cây sử dụng dưới dạng ion K+. Ion K+ được tích lũy trong không bào, dịcỊi bào, trong một số bào quan ở dạng các muối vô cơ và hữu cơ hoặc hoạt hóa càc enzym như amylase, ínvectase, axetilcoenzymAsynthetase,.., Các enzym này tham gia vào trong các quá trình sinh tổng hợp tinh bột, đường, xenlulôzơ,... Kali có ảnh hưởng đến sự sinh tổng hợp diệp lục và cường độ quang hợp, ảnh hưởng đến trạng thái hóa keo của tế bào, làm giảm độ nhớt của keo nguyên sinh chất, làm tăng khả năng giữ nước của mô nguyên sinh. Kali điều tiết sự đóng mở của khí khổng. Kali còn là nguyên tố làm tăng khả năng chống chịu của cơ thể thực vật (tăng khả năng chịu rét, chịu hạn, chịu mặn, chịu sâu, bệnh,...). Nếu thiếu kali thì lá có màu vàng da cam và trên phiến lá xuất hiện các vết đốm màu nâu. c. Vai trò của canxi: Canxi là nguyên tố tham gia vào trong cấu tạo bản giừa của vách tế bào, làm cho vách tế bào vững chắc. Canxi hoạt hóa nhiều enzym như proteinkinase, photphodiesterasfc, amylase, protease, lipase, ATPase,... Canxi còn có ảnh hưởng đến hoạt động của auxin, xytokinin và gibberellin, có ảnh hưởng đến sự phận chia và kéo dài tế bào. Góp phần loại bỏ tính độc của các ion Al3+, Mn2+, Fe2+. Cây thiếu canxi thì đỉnh sinh trưởng và rễ bị hủy hoại. Triệu chứng thiếu canxi trước tiên là đầu lá và mép lá hóa trắng sau đó hóa đen, phiến lá bị uốn cong và xoăn lại. d. Vai trò của magiê: Magiê là nguyên tố tham gia vào trong thành phần cấu tạo của diệp lục. Magiê hoạt hóa nhiều phản ứng trong pha sáng của quang hợp. Mg cần cho sự hình thành riboxom, poliriboxom, hoạt hóa các enzym ADN và ARN polymerase. Mg có khả năng làm tăng sự tổng hợp vitamin A, c , làm tăng sự hình thành hoa, quả. Cây thiếu magiê thì phiến lá xuất hiện màu lục sáng về sau có màu vàng, vàng da cam hoặc đỏ sẫm. Thiếu magiê ức chế tổng hợp photpho hữu cơ, tổng hợp tinh bột và tổng hợp protein. 9 e. Vai trò của sắt: sắt tham gia vào sự hình thành các hợp chất khử nhxytocrom, catalase, peroxydase. Fe tham gia vào chuỗi vận chuyển điện tử trong hô hấp, trong quang hợp và quá trình chuyên hóa nitơ. Thiếu sắt íhì lá có những vệt màu vàng và dễ rụng, làm giảm sự tống hợp điệp lục, ức chế cường độ quang hợp và hô hấp của cây. g„ Vai trò của lưu huỳnh: Là nguyên tố tham gia vào trong thành phần cấu tạo nên nguyên sinh chât của tô bào. Lưu huỳnh (S) có trong thành phân của axit amin xistein, mêtionin, cấu tạo nên protein, trong hợp chất sulfolipit (cấu tạo nên màng ty thể và ỉạp thể), trong coenzym A, trong vitamin H và B . Vì vậy, lưu huỳnh đóng vai trò quan trọng trong quá trình tổng hợp axit amin, protein. Cây thiếu ỉưu huỳnh thì lá có màu lục nhạt, cây chặm sinh trưởng, làm giảm năng suất và phẩm chất của các sản phẩm thu hoạch. h. Vai trò của nitơ đối vói cơ the thực vật: Nitơ (N) là nguyên tố đóng vai trò quan trọng bậc nhất đối với cơ thể thực vật. Hầu hết các hợp chất cấu trúc nên tế bào đều có mặt của nitơ. N là thành phần cấu tạo nên a*it amin, protein, axỉt nucleic, các enzym, coenzym, các hợp chất cao năng (ATP, GTP, ƯTP, XTP...), diệp lục. một so vitamin nhóm B, hợp chất kích thích sinh trưởng như auxin, xytokinin. Vì vậy cây (hiếu nitơ hầu hết các quá trình trao đổi chất như quang hợp. hô hấp, hút nước, khoáng, sinh tổng hợp các chất đường, tinh bột, protein, chất béo... đều giảm xuống, làm cho cây sinh trưởng chậm, năng suất và phẩm chât giảm sút. 4. Sự chuyến hóa nito’ trong cây - Các dạng nitơ trong tự nhiên: 1 rong đất, nitơ tồn lại ở các dạng muối hòa tan như muối nitraí, muối nitrit, muối amôn. Trong không khí, nitơ tồn tại ở các dạng hợp chất khí như N2 , NH3 , NO2 ,... Hàm lượng nitơ trong không khí chiếm gần 80%, trong khí quyền nitơ có thể chiếm 4;1015 tấn, còn trong thạch quyển khoảng 18.1 o25 tấn nitơ. - Các con đường biến đồi nitơ trồng tự nhiên: + Quá trình amôn hóa: Các axit amin nằm trong các hợp chấl mùn, trong xác bã động vật, thực vật sẽ bị v s v phân giải tạo thành NH4OH -> N H / + OH" + Quá trình nitrat hóa (khử nitrat): Khí NH3 được tạo thành do v s v phân giải các hợp chất hữu cơ sẽ bị vi khuẩn hiếu khí nitrosomonas oxy hóa thành HNO2 và VI khuẩn nitrosobacteria oxy hóa HNO2 thành HNO3 . NH3 -» HNO2 -> HNO3 -» N 0 3' + Quá trình phản nitrat: do các loại v s v kị khí sẽ khử nitrat thành nitơ tự do: NO3 —> NO2 —> N2 - Các con đường tổng hợp nitơ trong tự nhiên: + Con đường vật lí, hóa học: n 2 + h 2 n h 3 N2 + 0 2 -> 2NO 10 2N 0 + 0 2 -> 2N 02 2N 02 + 2H20 + 3 0 2 -> 4HNƠ3 -» N 0 3' + H+ + Con đường sinh học: Do các vi khuẩn sống tự do kị khí như Clostridium pasterianum, vi khuẩn hiếu khí như Azotobacteria, Cyanobacteria (vi khuẩn lam), xạ khuẩn Actinomyces và vi khuẩn sông cộng sinh trong các loại cây họ đậu như Rhizobium. Hằng hăm các loại vi sinh vật cố định nitơ có khả năng tổng hợp khọảng 100 - 400 kg nitơ/ha. - Quá trình đồng hóa nitơ ở cơ thể thực vật: Thực vật hấp thụ nitơ ở dạng NHLf và NO3'. Ion NO3" phải được tế bào rễ khử thành NH4+ hoặc NH3 rồi sau đó NH3 mới được đồng hóa thành axit amin. Các giai đoạn của quá trình đồng hóa như sau: + Tông hợp axit amin: Các axit xêto + NH3 + NADH axit amin Ví dụ: axit pyruvic + NH3 + NADH —> axit amin alanin + I Ỉ2O + NAD+ + Chuyên vị axit amin: Axit xêto + axit amin -» axit amin mới + axit xêto mới + Hình thành amit: Khi trong tế bào dư NH3 thì các axit am in có 2 nhóm cacboxyỉ như aspartic, glutamic sẽ có một nhóm cacboxyl kết hợp với NH3 đổ tạo thành các amit asparagin và glutamin. 5. Cơ chế hấp thụ và vận chuyển nguyên tố khoáng trong cây - Cơ chế hấp thụ: theo 2 cơ chế: hấp thụ chủ động và hấp thụ thụ động + Sự hấp thụ thụ động do sự chênh lệch gradien nồng độ của chất tan theo cơ chế khuếch tán. Các nguyên tố khoáng và các chất hữu cơ hòa tan có trọng lượng phân tử thấp đi qua vách tế bào một cách thụ động, tiếp tục khuếch tán có chọn lọc qua màng sinh chất của các tế bào biểu bì của rễ đến tế bào lớp vỏ, tế bào nội bì và vào bên trong hệ mạch dẫn của rễ. Sự chênh lệch gradien nồng độ gây ra là do ở các tế bào lá diễn ra quá trình đông hóa mạnh, nông độ các ion khoáng và các chất hòa tan thấp hơn ở tế bào thân và rễ. Sự hấp thụ theo cơ chế khuếch tán không cần năng lượng và đi từ. nơỉ có nồng độ chất tan cao đến nơi có nồng độ chất tan thấp và xảy ra theo một hướng. + Sự hấp thụ chủ động: được thực hiện nhờ bơm năng lượng ATP-H+ định cư trên màng nguyên sinh và màng không bào. Phía bên trong màng nguyên sinh và màng không bào luôn luôn có pH ổn định và bằng 7 đến 7,5, còn phía ngoài màng sinh chất và trong không bào luôn có pH bàng = 5 đến 5,5. Khi thực vật cần hút ion dương hoặc ion âm thì bơm năng lượng (bơm điện hóa) sẽ hoạt động đẩy ion H+ từ tế bào chất ra ngoài màng sinh chất và từ tế bào chất vào trong không bào tạo ra sự chênh lệch về thế năng điện hóa giữa phía trong và ngoài màng, giữa tế bào chất và trong không bào. Để lập lại sự cân bằng về thế năng điện hóa, các ion dương hoặc âm sẽ được hấp thụ vào bên trong tế bào chất và trong không bào. 11 + Sự hấp thụ ion khoáng và các chất hữu cơ hòa tan có trọng lượng phân tử thấp theo cơ chế chủ động cần phải tiêu tốn năng lượng, vận chuyển ngược chiều gradien nồng độ và có thể xày ra theo các hướng khác nhau. - Sự vận chuyển các chất trong cây: Các ion khoáng và các chất hữu cơ hòa tan có trọng lượng phân tử thấp được vận chuyển qua 2 giai đoạn: + Từ ngoài môi trường đất vào bên trong hệ mạch dẫn của rễ (vận chuyển ở đoạn đường ngắn): Các ion khoáng từ môi trường đất qua các tế bào lông hút đến tế bào lớp vỏ, đến tế bào lóp nội bì vào hệ mạch dẫn của rễ. Sự vận chuyển này diễn ra theo 2 con đường, qua vách tế bào (apoplast) và qua chất nguyên sinh (symplast). Các ion khóang từ tế bào lông hút vào nội bì có thể đi theo 2 con đường này. Nhưng từ nội bì qua đai Caparin vào hệ mạch dẫn của rễ chỉ đi theo con đường symplast. + Từ hệ mạch dẫn của rễ đến hệ mạch dẫn của thân và đến lá (vận chuyển ở đoạn đường xa): do áp suất rễ và do sự thoát hơi nước ở đầu trên, do sức hút bám của các phân tử nước và ion với thành mạch dẫn và do SỊ^hút bám giữa chúng với nhau đã tạo ra dòng vận chuyển đi lên theo mạch gỗ. Sự vận chuyển này cũng theo 2 con đường apoplast và symplast, từ các tế bào mạch dẫn của lá vận chuyền vào tế bào nhu mô lá cũng chỉ theo con đường symplast. 6 . Sự sử dụng phân bón đối vói cây trồng - Các dạng phân bón cung cấp cho cây trồng: Nitơ ở các dạng phân NH4CI, NH4NO3, (NH4)2SƠ4, urê. phân hỗn hợp NPK. Liều lượng bón. khoảng 80-120Kg N/ha. Phân p cung cấp ở dạng apatit, supe lân, lân vi sinh, NPK. Liều lượng bón từ 5CM00Kg P2O5 /ha. Phân kali cung cấp ở dạng KNO3, KC1, K2SO4 , NPK. Liều lượng cung cấp từ 30-60Kg K2O/ ha. Các loại phân vi lượng có thể sử dụng ở dạng các muối sunphat đồng, sunphat kẽm, sunphat mangan..., molipđatamôn, boratnatri. - Các hình thức bón phân cho cây: phân lân chủ yếu là bón lót còn phân nitơ, kali chủ yếu bón thúc và cũng có thể bón lót một ít trước khi trồng. - Cơ sở khoa học của việc sử đụng phân bón đối với cây trồng: + Căn cứ vào nhu cầu sinh lý của từng loại cây trồng: Cây lấy lá cần nhiều nitơ hơn các loạỉ cây lấy củ, lấy hạt. Ngược lại các loại cây này cần nhiều nguyên tố photpho và kali hơn. Các loại cây lấy sợi như cây.gai, cây đay, bông, cối... thì cần phải cung cấp nhiều nguyên tố kali hơn các nguyên tố khác + Căn cứ vào từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây, tùy theo từng loại cây, tùy từng loại phân bón mà cỗ thể cung cấp nhiều vào giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng hay giai đoạn sinh trưởng sinh thực. Ví dụ cây lúa, ngô, mì, khoai lang... cần nhiều K vào giai đoạn cây sinh trưởng sinh thực (từ khi hình thành hoa đến khi hình thành hạt, củ). Đa số các loại cây trồng cần nhiều N vào giai đoạn trước khi hình thành hoa. + Căn cứ vào đặc điểm của đất: đất giàu dinh dưỡng thì bón ít phân, đất nghèo dinh dưỡng bón nhiều phân. Tùy theo hàm lượng dinh dưỡng của từng ngúyên tố mà cung cấp nguyên tố nào nhiều, nguyên tố nào ít. Ngoài ra còn phải căn cứ vào 12 thành phần cơ giới của đất, đất có thành phần cơ giới nhẹ, dễ bị rửa trôi nên bón ít phân và bón nhiều lần. Đất có thành phần cơ giới nặng nên bón ít phân. + Căn cứ vào điều kiện thời tiết: khi trời mưa to phân dễ bị rửa trôi không nên bón phân. Khi trời nắng nóng không nên bón các loại phân nitơ dễ bay hơi như urê, cacbonat amôn, clorua amôn III. QUANG HỢP Ở THỤC VẬT 1. Khái niệm về quang họp: - Quang hợp là quá trình tồng hợp các chất hữu cơ từ chất vô cơ, đồng thời chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ. - Phương trình quang hợp: 6 CO2 + 12H20 -* C6 IÌ 120 6 + 6 O2 + 6 H2O 2. Vai trò của quang hợp: - Quang hợp tổng hợp khoảng 90 đến 95% lượng chất hữu cơ có trong cơ thể thực vật (5 đến 10% số chất hữu cơ trong cây do sinh tổnỊ> hợp protein, tổng hợp lipit,... tạo nôn). Hàng năm thực vật đã đồng hóa khoảng 170 tỉ tấn CO2, quang phân li khoảng 130 tỉ tấn H2O, giải phóng khoảng 115 tỉ tan O2 và tổng hợp được khoảng 4,5.1011 tấn hợp chất hữu cơ. - Quang hợp chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành hóa năng (năng lượng liên kết hoá học trong các hợp chất hữu cơ) để cung cấp năng lượng cho sự sống trên trái đất (Tất cả cậc hoạt động sống của mọi sinh vật trên trái đất đều sử dụng năng lượng hóa năng do quang hợp chuyển hóa vào trong chất hữu cơ). - Quang hợp hấp thụ khí cacbonic, làm giảm sự ô nhiễm môi trường và giải phóng oxy cung cấp dưỡng khí cho cơ thế sống. Quang hợp hút khí CO2 vì vậy làm giảm hiệu ứng nhà kính, giảm nhiệt độ của môi trường. 3. Co’ quan quang hợp và bộ máy quang họp: --Cơ quan quang hợp: tất cả cảc bộ phận có chứa sắc tố lục ợ lá, thân, quả đều có khả năng quang hợp. Nhưng lá là cơ quan chủ yếu thực hiện chức năng quang hợp. Vì vậy, lá có cấu tạo thích nghi với chức năng quang hợp, thể hiện ở hình thái lá, cấu tạo giải phẫu lá. - Bộ máy quang hợp: Ờ vi khuẩn quang hợp, bộ máy quang hợp có cấu tạo đơn giản chỉ là các tấm màng tilacoit mà chưa có cấu trúc lục lạp; Còn ở đa số các loài tảo và thực vật bậc cao thì bộ máy quang hợp là lục lạp. + Hình dạng lục lạp: Ở thực vật bậc thấp, lục lạp có dạng hình sao, hình võng, hình cốc, còn ở thực vật bậc cao có dạng hình bầu dục. Kích thước của lục lạp (2 đến 3 |am) X (4 đến 6 |am). + Thành phần hóa học của lục lạp: Protein chiếm 40 - 55%, gluxit chiếm 6 - 10%, lipit chiếm 20 - 30%, axit nucleic chiếm 0,5 - 3%, và các vitamin A, D, E, K, c với hàm lượng cực thấp. Hàm lượng sắc tố chiếm khoảng 0,1% trọng lượng tươi. Ở thực vật bậc cao, lục lạp chủ yếu chứa 2 loại sắc tố là sẳc tố lục và carơtenoit. 13 Ở tảo có thêm sắc tố phycobilin. sắc tố diệp lục có 5 loại chủ yếu là diệp lục a, b, c, d, e. Cơ thể thực vật bậc cao chỉ có diệp lục a và b, còn ở các loại tảo có thể có diệp lục c, d, e. Ví dụ như ở tảo Diatom có diệp lục a, c mà không có b. Tảo đỏ và tảo lam chỉ có diệp lục a, d. + Diệp lục a (C«oĩl7205 N4Mg) và diệp lục b (CssHyoOô^Mg), là 2 loại diệp lục đóng vai trò quan trọng trong quang hợp. Diệp lục hấp thụ ánh sáng đỏ và xanh tím có bước sóng cực đại 644nm, 662nm, 430nm và 455nm. sắc tố carotenoit có 2 loại caroten và xantophyỉ. Quang phổ hấp thụ cực đại của caroten trong vùng ánh sáng tím lục, có bước sóng cực đại là 446nm và 476nm, còn xantophyl hấp thụ cực đại ở bước sóng 451 nm và 481 nm. Nhóm sắc tố phycobílin thường gặp ở các loại tảo lam, tảo đỏ và vi khuẩn lam, gồm phycoxyanin (màu lam) và phycoerytrin (màu dỏ). Phvcoxyanin có quang phổ lìấp thụ cực đại ở bước sóng 615nm và 620nm, còn phycocrytrin hấp thụ cực đại ở bước sóng 560nm và 565nm. Tất cả các sắc tố carotenoit hoặc phycobilin hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời sau đó chuyến cho diệp lục b và chuyển dần cho diệp lục a, cuối cùng chuyển cho trung tâm phản ứng là điệp lục a680 và a700- Chỉ có 2 trung tâm này mới có khả năng tham gia vào các phản ứng quang hóa. Nhóm sắc tố carotenoit ngoài vai trò hấp thụ năng lượng ánh sáng, còn có vai trò bảo vệ cho các phân tử diệp lục khỏi bị đốt nóng và tạo màu sác của quả, hoa, lá. - Cấu tạo của lục lạp: bên ngoài được bao bọc bởi lớp màng kép, bên trong ccác hạt grana, mỗi grana được cấu tạo gồm 4-5 đĩa tilacoit. Tilacoit có cấu tạo màng đơn, phía trong màng là xoang tilacoit. Trên màng tilacoit có chứa các sắc tố tham gia quang hợp, các chất vận chuyến điện tử và các enzym tham gia phản ứng sáng. Bên trong giữa các hạt grana là chất nền (stroma). Stroma có chứa các en/ym tham gia pha tối của quang hợp, ADN, ARN và riboxom. Pha sáng của quang hợp xảy ở màng tilacoit và pha tối xảy ra ở stroma (chất nền lục lạp). 4. Cơ chế của quá trình quang họp: Gồm 2 pha, pha sáng và pha tối. a. Pha sảng: Gôm 2 giai đoạn là giai đoạn quang lí và giai đoạn quang hóa. + Giai đoạn quang lí là giai đoạn các phâri tử diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và trở thành trạng thái kích động điện tử. Có hai trạng thái kích động là trạng thái singlet (thời gian tồn tại 10'9 - 10'8S, có mức năng lượng cao) và trạng thái triplet (10"3 - \0'2S; có mức năng lượng thấp hơn). Chỉ có ở trạng thái triplet thì các phân tử diệp lục mới đủ năng lượng và thời gian để tham gia vào các phản ứng quang hóa. Khi diệp lục bị mất điện tử (mất e) thì diệp lục trở thành dạng kích động và sẵn sàng “cướp” điện tử của các loại phân tử khác. + Giai đoạn quang hóa: bao gồm các quá trình quang hóa khởi nguyên, quang photphorin hóa và quang phân li nước. Quang hóa khởi nguyên là quá trình biến đổi thuận nghịch của phân tử diệp lục, trong đó xảy ra quang khử diệp lục vạ oxy hóa chất cho điện tử. Sự truyền điện tử và hydro được tiến hành cùng với sự tham gia của một hệ thống các chất 14 truyền điện tử phức tạp. Đó là những chất chứa Fe ở dạng hem như các xytocrom f, b và dạng không hem ferodoxyn, plastoxyanin, plastoquinon. Các chất này nằm trong 2 hệ thống ánh sáng 1 và 2 . Quang photphorin hóa là quá trình tạo ATP trong quang hợp. Photphorin hỏa quang hợp xảy ra đồng thời với quá trình vận chuyển điện tử trong quang hợp. Quá trình truyền điện tử xảy ra trên màng thilacoit. Khi điện tử được vận chuyển từ chất có thế năng oxy hóa khử thấp đến chất có thế năng oxy hóa khử cao, điện tử sẽ nhường bớt một phần năng lượng cho chất truyền e. Chất truyền điện tử đồng thời là các bơm proton (bơm I-f) nên nó đã sử dụng nặng lượng từ e để bơm H+ từ chất nền lục lạp vào xoang thilacoit tạo nên thế năng II+ cao. Các ion H+ sẽ khuếch tán từ trong xoang-thilacoit ra chất nền lục lạp (qua kênh ATPsynthetaza ở trên màng thilacoit) để tổng hợp ATP. Photphorin họa quang hợp gồm có photphorin hóa vòng và photphoryl hóa không vòng. Phôtphorin hóa vòng gán liền với hệ quang hóa I, chỉ tạo ATP. Photphorin hóa không vòng cần có cả hai hệ quang hóa I và II, tạo ra ATP, sản phẩm khử NADPI Ỉ2 và P 2 • Quang phân li nước ìà quá trình phân li của phân tử nước tặo ra O2 và e. Khi phân tử diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng và trở thành trạng thái kích động điện tử thì diệp lục SC “cướp” điện tử của các phân tử khác đổ trở về trạng thái trung hòa về điện. Trong tế bào, nước phân li thuận nghịch theo phương trình H2O <-> H+ + OH'. Khi bị mất e thỉ diệp lục sẽ lấy điện tử của OH' làm cho nước phân li một chiều I Ỉ2O —> Hr + OH + e. Phương trình quang phân li nước: 4 DL + Q (năng lượng) -> 4DL* + e 4 H20 4- 4DL* -> 4 I f + 40H + 4DL (diệp lục đã lấy e của OỈT) 4 OH —> 2 II20 + 0 2 Tổng quát: 2 H2O —» 4 H+ + 4e + O2 Ở photphoryl hóa vòng, điện lử tách r.a khỏi diệp lục sẽ được truyền cho các chất nhận điện tử và cuối cùng lại trở về diệp lục. Vì vậy quá trình photphoryl hóa vòng không dẫn tới quang phân li nước. Photphoryl hóa vòng chỉ sinh ra được ATP. Ở photphoryl hóa không vòng, điện tử tách ra khỏi diệp lục sẽ được truyền cho các chất nhận điện tử và cuối cùng đưa đến NADP+ để hình thành nên NADPII theo phương trình NADP' + íT + e . —> NADPH. Vì vậy quá trình photphoryl hóa không vòng sinh ra được ATP, NADPH và O2 . b. Pha toi của quang hợp: Là quá trình đồng hóa CO2 (khử cacbon) diễn ra ở trong chất nền của lục lạp. Cơ chế khử cacbon ở thực vật xảy ra theo 3 con đường: chu trình Canvin- Benson (chu trình C3), chu trình Hatch-Slack (chu trình C4 ), chu trình CAM (Crassulaceae Axií Metabolism). 15 + Chu trình Canvin - Benson xảy ra ở tất cả các loại thực vật, từ cây thân gỗ đến cây thân thảo. Cơ chế của quá trình cố định CƠ2 gồm 3 giai đoạn: * Giai đoạn cacboxyl hóa: (tiếp nhận CO2): Chất nhận đầu tiên ribulozo-l,5 đi photphat (Ril,5DP) kết hợp với CO2 tạo ra 2 phân tử axit photpho glyxerit (APG). Ril,5DP + CO2 —► 2APG. 6 Ị NADPH 6 NADP 3 H,0 ì 3 CO: \ Ể.H‘ H — Ọ— OH r ° H H - COO I - C — OH ICH-.OP 6ATP V } PhosphoỌỊlỵc*r A L P G + N A D P + p * GiaỊ đoạn tái tạo chất nhận: ALPG sẽ biến đổi đồng phân tạo thành DHAP (đi hydroxy axetonphotphat). Sau đó 2 phân tử đường 3 cacbon sẽ kết hợp tạo ra đường 6 cacbon là fructozo - 1,6 đi photphat (F -l, 6 DP) F-1,6DP —> F- 6 P. F-6 DP kết hợp với ALPG tạo ra xilulozo-5 photphat và erytrozo-4photphat (E-4P). Erytrozo-4 photphat kết họp với DHAP tạo ra phân tử đường sedoheptulozo-l,7 điphotphat (Sed- 1,7DP) và Sed-1,7 DP tách photphat tạo ra Se-7P. Sed-7DP + ALPG -> 2 phân tử đường c 5 là xilulozo-5P và ribozo-5P. Các phân tử đường này sẽ biến đổi đồng phân để tạo thànl* ribulozo-5P, sau đó kết hợp với ATP để tái tạo chất nhận ban đầu là ribulozo-l,5DP và quay lại chu trình. Đe tổng hợp 1 phân tử đường glucozơ phải có 6 phân tử CƠ2 bị khử và cần 12 NADPH2 , 18 ATP do pha sáng cung cấp. Sự tổng hợp tinh bột xảy ra ở trong lục lạp và tổng hợp đường saccarozơ xảy ra trong dịch bào. Quá trình tổng hợp tinh bột diễn ra như sau: fructozo~6 P —»• glucozơ~6 P —> glucozơ~lP Sau đó G~1P + ATP —» ADP~gluco —> tinh bột. Tinh bột sẽ được tích lũy lại trong lục lạp, sau đó bị phân giải để tạọ ra các phân tử đường đơn tham gia vào quá trình hô hấp của tế bào. Sự tổng hợp đường saccarôzơ cũng bắt đầu từ đường triôzơ tạo ra trong chu trình Canvin, đi ra ngoài tế bào chất ở phần dịch bào sẽ tổng hợp thành fructozơ~6 P và biến đổi thành glucozơ~6 P, rồi thành glucozơ~lP. G~1P + UTP -> ƯDP~glụczơ —> saccarôzơ~p —» saccarôzơ - Ghu trình C 4 : xảy ra ở 2 loạĩ tế bào, tế bào thịt lá (mesophyll cell) và tế bào bao quanh bó mạch (bundle sheat cell), gồm 2 giai đoạn: + Giai đoạn đồng hóa cacbon sơ cấp xảy ra ở tế bào thịt lá: đầu tiên axit photphoenolpiruvic (APEP) nhận CO2 và tạo ra axit oxaloaxetic (AOA), sản phẩm đầu tiên của chu trình C4 . Từ AOA có thể bị khử để tạo thành axit malic (MA) hoặc kết hợp với NH3 tạo axit aspartic. 17 H- Giai đoạn đồng hóa cacbon thứ cấp: axit oxaloaxetic từ tế bào thịt lá di chuyển sang tế bào bao quanh bó mạch tách CO2 tạo ra axit piruvic. CO2 sẽ tiếp tục đi vào chu trình Canvin để tổng hợp các chất đường và tổng hợp nên tinh bột, còn axit pyruvic sẽ kết hợp với ATP tái tạo chất nhận CO2 ban đầu (axitphotphoenoipiruvic). Chu trình C4 có hiệu .quả hơn chu trình c 3 là do thực vật quang họp theo chu trình C4 hầu như không có hô hấp sáng. Nhu cầu về nước, CO2 của thực vật quang hợp theo chu trình C4 thâp hơn C3 . Cường độ quang hợp C4 tăng theo cường độ ánh sáng và đạt giá trị cực đại ở cường độ ánh sáng toàn phần, còn cường độ quang hợp C3 tăng đến điểm no ánh sáng, sau đó giảm xuống. Nhiệt độ thích họp cho quang hợp của cây C3 là từ 20 - 25°C; Thích hợp cho cây C4 khoảng 30 - 40°c. Thực vật quang họp theo C4 có tế bào bao quanh bó mạch phát triển, lục lạp lớn và có chứa nhiều hạt tinh bột hơn thực vật theo C3 . Hiện nay có khoảng hơn 13 họ, 117 chi, 485 loài thực vật hạt kín (gồm cả thực vật 1 lá mầm và 2 lá mầm) quang họp theo chu trình C4 . Ví dụ như các loài ngô, mía, rau dền, rau sam, hoa mười giờ, cây dứa,... c. Cơ chế khử cacbon theo chu trình CAM: Sự đồng hóa CO2 ở thực vật thuộc họ cây mọng nước như họ cây xương rồng (cactaceae), cây lá bỏng (liỉiaceae), xương rắn (bromeliaceae),... Các loài cây thực vật CAM sống ở sa mạc nên khí khổng luôn đóng vào ban ngày để tiết kiệm nước và ban đêm mở khí khổng để lấy CO2 . Do vậy nó phải có một cơ chế dự trữ CO2 để cung cấp cho quang hợp. Cơ chế của quá trình khử cacbon theo chu trình CAM cũng giống với chu trình C4 nhưng khác với C4 về thời gian. - Giai đoạn đồng hóa CO2 sơ cấp xảy ra vào ban đêm: Chất nhận CO2 đầu tiên là axit photphoenol pyruvic (APEP), dưới tác dụng của enzym photphoenolpiruvatcacboxylase. CO2 + APEP -> axit oxaloaxetic (AOA). Axit oxaloaxetic sẽ bị khử bởi NADPH2 tạo ra axit malic, axit malic được tích lũy trong không bào (vacuole). - Giai đoạn đồng hóa CO2 thứ cấp xảy ra vào ban ngày: Ban ngày axit malic (MA) từ trong không bào đi ra tế bào chất, vào lục lạp và tách CO2 để cung cấp cho chu trình Canvin. Khác với chu trình C4 , APEP không tái tạo từ axit pyruvic mà từ tinh bột phân giải thành triozo-P và tông hợp thành APEP, xảy ra vào ban đêm. Như vậy, ở tất cả các loại thực vật đều có cơ chế quang hợp theo chu trình Canvin. Qua con đường đồng hóa cacbon theo C3, các họp chất đường saccarôzơ và tinh bột được hình thành. Từ các triozo-P hình thành trong C3 sẽ tổng họp các chat axit amin, protein, lipit. Từtriozo-P —> AxetilcoenzymA -> Chu trình Krebs —» axitxeto Axit xeto + NH3 —> Axit amin —»• Protein Axetilcoenzym A + MalonylcoenzymA —» Axit béo —» Lipit (CH3-C0 - SCoA + COOH-CH2CO-SC0 A -> Axit béo) 18 4. Các điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến quá trinh quang hợp. a. Ánh sáng: Ánh sáng là yếu tố tác động trực tiếp đến cường độ quang họp. Cường độ quang hợp phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và thành phần quang phổ của tia sáng. - Cường độ ánh sáng: Quang họp có thể thực hiện ở điều kiện ánh sáng đèn, nhưng cường độ quang hợp rất thấp. Liên quan đến cường độ ánh sáng có 2 khái niệm là điểm bù ánh sáng và điểm bão hòa ánh sáng. Điểm bù ánh sáng là điểm mà tại đó cường độ quang họp bằng cường độ hô hấp (cây không thải oxy, không thải CO2). Thực vật ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn thực vật ưa sáng. Điểm bão hòa ánh sáng là điểm mà tại đó cường độ quang hợp đạt cực đại. Thực vật C3 có điểm bù ánh sáng thấp hơn thực vật C4 . - Thành phần tia sáng: Trong thành phần tia sáng thì tia đỏ và tia xanh tím có hiệu quả quang hợp mạnh nhất. Mặt khác ánh sáng đỏ kích thích sự tổng hợp gluxit còn ánh sáng xanh tím kích thích sự hình thành axit amin, protein. Các loại thực vật sống ở môi trường ngập nước sâu (tảo) hay thựe vật sống ở nơi cỏ ánh sáng trực xạ chiếu mạnh, có nhiều tia sáng có bước sóng ngắn thì hàm lượng các sác tố phụ như caroten và phycobilin (tảo) chiếm tỉ lệ cao so với thực vật sống ở nơi có ánh sáng yếu. Ở trong các rừng sâu, các cây ở tầng dưới để sử dụng ánh sáng có hiệu quả, hàm lượng diệp lục b và các sắc tố phụ cũng chiếm ưu thế b. Nhiêt đo: • • Nhiệt độ tác động đến quang hợp thông qua hoạt động của hệ enzym. Vì vậy, nhiệt độ chủ yếu ảnh hưởng tới pha tối của quang hợp. Tùy theo loài thực vật mà nhiệt độ có ảnh hưởng khác nhau đến cường độ quang hợp. Nhiệt độ cao quá hoặc thấp quá đều ức chế quá trình quang họp. Đối với thực vật nhiệt đới, khi nhiệt độ trên 40°c hoặc dưới 20°c sẽ ức chế quang hợp. Tuy nhiên, một số thực vật sống ở suối nước nóng hoặc sa mậc có thể quang hợp ở nhiệt độ cao hơn 50°c. c. Nưóc: Nước là nguyên liệu tham gìa trực tiếp vào quá trình quang hợp, cung cấp proton H+ cho pha sáng để tạo NADPH và nước còn tham gia vào sự tổng họp các hợp chất hữu cơ trong pha tối. Vì vậy cây thiếu nước, ảnh hưởng đến cường độ thoát hơi nước, làm lá bị đốt nóng, khí CO2 xâm nhập vào chậm, làm thay đổi trạng thái của keo nguyên sinh, làm cho quang hợp bị ức chế. Nước còn ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng của cây, ảnh hưởng đến kích thước bộ máy quang hợp, ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển các hợp chất hyđrat. Cây thiếu nước khỏang 40-60% so với lượng nước tổng số.cường độ quang hợp có thể giảm mạnh sau đó ngừng lại. d. Ảnh hưởng của nồng độ khí cacbonic đến quang họp: Nồng độ CO2 thấp nhất cây có thể quang hợp được là từ 0,008 đến 0,01%. ở nồng độ thấp hơn quang hợp bị kìm hãm. Khi tăng nồng độ CO2 lên thì cường độ quang họp tăng theo, tuy nhiên cao quả 0,3% thì cường độ quang hợp giảm. Ổ điều kiện cường độ ánh sáng, nhiệt độ và CO2 thích họp, cường độ quang hợp có thể đạt 19 55mg CCVdm2 lá/g. Điểm bù CƠ2 là nồng độ CO2 mà tại đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp. Thực vật C4 có điểm bù CO2 rất thấp (từ 0 đến 30pg). e. Ảnh hưởng của nguyên tố khoáng đến quang hợp: Nguyên tố khoáng có ảnh hưởng trực tiếp đến bộ máy và cơ chế quang hợp, Chẳng hạn các nguyên tố N, p, s, Mg là những nguyên tố cần thiết đê xây dựng bộ máy quang hợp. Các nguyên tố Fe, C1 tham gia vào sự tổng hợp diệp lục; Mn, Fe tham gia vào quá trình quang phân li nước. Ngoài ra các nguyên tố khoáng còn là thành phần của các enzym xúc tác cho các phản ứng sinh hóa trong quang hợp. kali là nguyên tố tham gia vào sự điều tiết đóng mở khí khổng, làm tăng sự xâm nhập của CO2 vào tế bào nhu mô lá, điều tiết trạng thái hóa keo của tế bào. Các nguyên tố vi lượng Mn, Cu, Mo, B thúc đẩy sự sinh tổng hợp diệp lục, làm tăng cường mối liên kết giữa sắc tố với protein làm giảm sự phân hủy của diệp lục trong điều kiện bất lợi. Vì vậy cung cấp các nguyên tố khoáng đầy đủ và cân đối sẽ giúp cho quá trình quang họp đạt hiệu quả cao, làm cho cây sinh trưởng tốt, làm tăng năng suất thu hoạch. 5. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng Quang hợp quyết định đến năng suất cây trồng. Khoảng 90-95% các chất tích lũy trong các bộ phận cây trồng là do quang hợp quyết định. Năng suất gồm 2 loại: năng suất sinh học và năng suất kinh tế Năng suất sinh học là toàn bộ lượng chất khô tích lũy trong cơ thể thực vật (thân, rễ, lá, hoa, quả, củ, hạt) N SSH = £ c„ = (Fco X K f X L X n ) X Q-2 ha) Fcoỉ: năng lực đồng hóa CƠ2 (g CO2/ m lá / ngày) Kf: hệ số đồng hóa L: diện tích lá (m2) n: số ngày cây sinh trưởng r r -V r f Năng suât kinh tê là lượng chât tích lũy trong các bộ phận có giá trị kinh tê đôi với '$0 n người như: quả, củ, hạt, thân,... Năng suất kinh tế có thể tính theo khối lượn£ tươi hoặc khô. N S K T - N S S H X K |c t Năng suất sinh học được hình thành qua suốt thời gian sinh trưởng, phát triển của thực vật. Vì vậy để tăng năng suất cần phải tăng cường độ quang hợp và tăng sự chuyển hóa tích lũy các chất. Để tăng cường độ quang hợp một cách có hiệu quả cần phải điều khiển các yếu tố sau: - Tăng chỉ số diện tích lá: là số m2 lá/m đất, đa số các loại cây lấy hạt có chỉ số diện tích lá là 3-4 và cây lấy củ, rễ là từ 4-5,5. Sự tăng chỉ số diện tích lá phụ thuộc vào giống, mật độ gieo trồng và điều kiện dinh dưỡng khoáng, nước, các yếu tố thời tiết như nhiệt độ, ánh sáng... - Tăng cường độ quang hợp: cường độ quang họp phụ thuộc vào bộ máy quang hợp, nghĩa là phụ thuộc vào hàm lượng diệp lục / đơn vị diện tích lá, hiệu năng thu 20 ánh sáng, nhiệt độ, nước, CƠ2 . Để cho cây quang họp đạt hiệu quả cao cần phải gieo trồng đúng thời vụ (các yếu tố nhiệt độ, ánh sáng tác động thích họp). - Tăng hệ số kinh tế: đó là khả năng chuyển hóa các chất vào tích lũy trong các bộ phận thu hoạch như quả, củ, hạt. Hệ số kinh tế phụ thuộc vào giống, kỹ thuật chăm sóc. Các giống có hệ mạch dẫn phát triển, thân cây cứng thì sự chuyển hóa và tích lũy các chất đạt hiệu quả cao hơn. Đối với lúa trong thời gian chín nếu cây bị đổ ngã thì hệ số kinh tế rất thấp, ảnh hưởng rất lớn đến năng suất. Tóm lại để tăng năng suất và phẩm chất cây trồng cần phải gieo trồng đúng thời vụ và tiến hành tưới nước bón phân hợp lý. V. HÔ HẤP Ở THỤC VẬT 1. Khái nỉệm về hô hấp: - Hô hấp là quá trình phân giải các họp chất hữu cơ đến sản phạm cuối cùng là CO2 và nước, đồng thời chuyển hóa năng lượng có trong chất hữu cơ thành năng lượng ATP. - Phương trình tổng quát của hô hấp: C6ỈÌ 12O6 + 6 O2 + 6 H2O —> 6 CO2 + 12112O + năng ỉượng (ATP + nhiệt) Thực chất của hô hấp là một hệ thống các phản ứng oxy hóa khử phức tạp. 2. Vai trò của hô hấp: - Hô hấp tạo ra các sản phẩm trung gian cung cấp cho các quá trình đồng hóa (sinh tổng hợp protein, lipit, gluxit,...). Ví dụ hô hấp tạo ra sản phẩm trung gian là axit pyruvic, axit pyruvic được tế bào sử dụng làm nguyên liệu để tổng hợp axit amin alanin để tổng hợp protein. - Hô hấp cung cấp năng lượng cho các quá trình trao đổi chất của cơ thế (sinh trưởng, sinh sản, cảm ứng và vận động). Quá trình hô hấp chuyển hóa năng lượng có trong các liên kết hóa học của các họp chất hữu cơ thành năng lượng có trong liên kết cao năng của ATP.Tất cậ mọi hoạt động sống của tế bào đều sử dụng duy nhất một nguồn năng lượng là ATP. - Hô hấp tạo ra nhiệt để duy trì thân nhiệt của cơ thể. Ở các loài động vật hằng nhiệt, quá trình hô hấp tạo ra nhiệt để đảm bảo sự ổn định nhiệt của cơ thể. 3. Co' chế của quá trình hô hấp: Gồm 2 giai đoạn: Yếm khí và hiếu khí. Giai đoạn yếm khí là giai đoạn không cần đến O2 , đó là đường phân, xảy ra ở tế bào chất. Giai đoạn hiếu khí là giai đoạn cần có O2, bao gồm giai đoạn chu trình Krebs và chuỗi truyền điện tử. a. Giai đoạn đường phân: Xảy ra theo con đường EMP (Embđcn- Mayer hoff- Parnas). Tất cả mọi cơ thể sinh vật đều có quá trình này. Quá trình đường phân bao gồm 3 giai đoạn: hoạt hóa phân tử đường, phân cát phân tử đường và oxy hóa aldehytphotphoglyxerit (ALPG) thành axit pyruvic. Quá trình đường phân xảy ra như sau: - Hoạt hóa phân tử đường: Glucoza + 2ATP —> F-l,6 DiP - Phân cắt phân tử đường: F -l,6 DiP —► A L P G + DHAP (ALPG <=±DHAP) ■ Vì DHAP có thể chuyển hoá thành ALPG nên có thể xem 1 phân tử F-l,óDiP được chuyển hoá thành 1 phân tử ALPG. - Oxy hóa ALPG thành axit pyruvic: 2ALPG + 2NAD4 + 4ADP +4PÌ +2H20 —► 2 axit pyruvic + 2NADH + 4ATP. Như vậy, sơ đồ tổng quát về giai đoạn đường phân là: lglucoza + 2ATP + 2NAD+ + 4ADP +4PÌ + 2H?0 -> —► 2 axit pyruvic + 2NADFI + 4ATP + 2ADP +2PÌ. Phương trình tổng quát là: 1 glucozơ + 2N AD+ + 2ADP +2PÌ + 2H20 —> 2 axit pyruvic + 2NADH + 2ATP. Cơ chế của giai đoạn đường phân được thể hiện qua sơ đồ sau đây: In itial p h a s e o f g ly co ly sis S u b s tr a te s fro m d if f e r e n t s o u rc e s a re c h a n n e l » d in to trio s * p h o s p h a t* . F o r ATP .. K e x o k in a ss :'ADP •* -y PP. UTP U D P-G lucose p y ro p h o s p h o ry 1559 G lu co ie -1 -P ÍỊ G lu co se -1 -P GỈUCOS4 ■ PhosphoA X ATP x / g lu c o - V A n P ^ - ^ " 50 » inttw kina« I P h o s p h o g lu c o m u ta w H«x 05* G lucose.-6-P , Pnicto5i>-6-P G lu co se -* -? H *xos« H *xosẹ AMYLGPLASVSG luco»*-6-P p h c x p h a tf ti H w x o se p h o s p h a te j p h o s p h a te Isom * ra s e I Iiso rr.e rase K P ,-a * p « id iin t •- ’ -Nil IJhosphofru.nokinasi? )i V A.TP A T P -d e p en cte n t p h o s p h o fr u c to k in a s e F ru c to se - 1,6-bi s p h o s p h a te A lđ o lâ ỉ* CHLOROPLASTS ĩr lo s e T tio se G ly c * ta l(ta h y d e - "----------—----------; O lh y d r o x y ^ c « to n « 4 ---------------- - r p h o s p h a t e ỉ- p h o s p h â t é T rios* p h o s p h a te p h o s p h a te |1 isomeras* Giai đoạn đường phân p h o s p h a te s Như vậy, từ một phân tử glucozơ, qua giai đoạn đường phân tạo ra được 2ATP và 2NADH. b. Chu trình Krebs: Xảy ra trong chất nền ty thể. Axit pyruvic được tạo ra từ đường phân sẽ kết hợp với axetyl CoenzymA (HSCoA) để tạo ra CH.3COS~CoA đi vào ty thể. Ở chu trình Krebs, phân tử axetyl CoenzymA được các enzym thuỷ phân thành sản phâm cuôi cùng là CƠ2 . Quá trình này cân sử dụng 6 phân tử H2O đê thuỷ 22 phân hoàn toàn 2 phân tử axetyl CoenzymA. Trong quá trình xúc tác cho các phản ímg để phân cắt phân tử axety! CoenzymA thì các enzym sử dụng coenzym NAD+ và FAD+ nên sản phâm của quá trình đường phân là CƠ2, NADH, FADH2 , ẠTP. Phương trình tóm tắt giai đoạn chu trình Krebs là: 2CH3COS~CoA + 6 NAD+ + 2FAD+ + 2ADP +2PÌ + 6 H2O -> C 0 2 + 6 NADH + 2 FADH2 + 2ATP. Cơ chế của giai đoạn chu trình Krebs được thể hiện bằng hình sau đây. ỉ / CH,- c - c M alic enzym« C0 2 NADH Ac<Ịtyl-CoA NADH 0 . o CH3—C —CoA I Citraté '■ / / synthase ị °v °- V I ° M alic • *n z y rr* i Malati? dshydrogenai* \ ^ I, 0 _ c A » C 0 > . l H V / ■ --r llM U , NAD* V 0 / \ % H c—c 'Ó Io / / Oxalỡ^cetatè , 0 Cítr Aconitas« C - C - C H - C ( - 0 I c r UH Mala te Fufnaras* •(,1 \ o ( o % H H C — c = c — c FumataW _ / \ x> 4! Cr FADH-S r H U H ) A— 2 S u c c in c t* d ih y d r o g v r id W / FAD \\ ó ^ o H H •* Sucdnat« , c _ c / H H \ Citric .add cycle \\V. V, V / n C \ ị H s lio tltra te ^.c — CHj— c — C — -o i OM 1 ! /.... NAD* ,( lscxitr.atộ dehydrogenase ’ N A D H ; A 2-Oxoglutarate / CO 1 °v / % / "O * O" /-o C — CH,— CH,— C — c X / C0A^ ATP * ! - ( , SiKcinyl-CcA s y n th a s e ':Ậ J 2 Í'7 " OiN C M Succinyl-CoA / 2 Ỉ n \ - . NAD* HjO < One m o lííu l* o f ATP iỉ * - ỏ / synthesized by a substratè l*vel phosphorylation during ttìè reaction catalyzed by succinyl-CoA ■ CH,— CH,—c * r - T Co ACO; . 2-Oxoglutaratộ dẽhydrog^nssé NADH Diễn biến của chu trình Krebs Như vậy, trong giai đoạn chu trình Krebs đã tạo ra nhiều sản phẩm trung gian là các chất hữu cơ như axit fumaric, axit succinic, axit xitric,... Các sản phẩm trung gian này sẽ được chuyển hoá thành sản phẩm cuối cùng là CƠ2 hoặc được vận chuyển ra khỏi ty thế để làm nguyên liệu tổng hợp các chất cho tế bào. Như vậy, từ 2 phân tử axit pyruvic trải qua quá trình phân giải đến sản phẩm cuối cùng là CO2 thì đã tạo ra được 8 NADH, 2 FADH2 và 2ATP. 23 Nếu tính từ glucozơ thì khi trải qua 2 giai đoạn đường phân và chu trình Krebs, một phân tử glucozơ đã tạo ra được 10NADH, 2 FADH2 và 4ATP. Như vậy, hầu hết năng lượng vẫn đang được tích luỹ trong NADH và FADH2 . Vì vậy cần phải có một quá trình oxy hoá NADII, FADH2 để thu lấy năng lượng đang tích luỹ trong các chất này. Quá trình oxy hoá đó chính là chuỗi truyền e. c. Chuỗi vận chuyển điện tử trong hô hấp NADH và FADH2 được sinh ra từ giai đoạn đường phân và chu trinh Krebs sẽ được đưa đến màng trong ty thể để thực hiện việc truyền điện tử cho các chất nhận điện tử trên màng ty thể. Trong quá trình truyền điện tử từ chất có thế năng oxy hóa khử thấp đến chất có thế năng oxy hóa khử cao, năng lượng giải phóng ra sẽ được dùng để bơm 1 1+ vào xoang gian màng tạo ra thế năng H+. Sau đó H+ sẽ di chuyển qua kênh ATPaza để tổng hợp ATP. Trong chuỗi truyền điện tử ở trên màng ty thể, điện tử cuối cùng được đưa đến oxy để hình thành nên H2O thep phương trình: H+ + e + O2 H2O. Do vậy nếu không có ú c chế cả quá trình hô hấp. Quá trình tổng hợp ATP theo cơ chế hóa thẩm thấu. Chuỗi vận chuyển điện tử và cơ chế tổng hợp ATP được minh họa qua sơ đồ sau: tN T E R M E M B R A N Ẽ S P A C E E x t4 in .il»(ot« non& -ii*iỉânỉitiv*' NAD*. F*>H CAIÌ *v:cept Tì*!* u b iq u in o n e 'Ưũ< P'COI d iffu ses fi*iêiv‘ Vvithín thử iiìiì*w in iẻ m b iàn e JIK| S*IV*5 tC'tfdrttfei ộl**:trons fio m t h i C vto ch ro m w c h -1 p erip heral p io t« ln that tiiin sfw is * l« tr o n s In n e r m e irib r a ri* e le c tio n s rtiiê * :tlvíi» in N A W 'M p io d iK tfd in th-ô NAD* V . ! © } uo d *h yd i< xien à ỉê s to *ith« r co m p le x III •:-! til* oxktase. ± 4 I from c o m p le x III to co m p le x IV. 3 -H ; : Q.--- N AC’H ị V\ AS i ~ :fs .. Y \ Y...Í V i /Q> V _■' ’■ vyAOX > - c NADH ị WAD* n a d p h MAD* iccina t* 0 » C o m p le x II C o m p le x III C ytochroivse fc»c, C y to c h ro m e C o m p le x I N A D H Ffctt*i*ii>rw-irisi&nsitiv* NAD* f 'H ctehvxliog S u -x in at* ctehy*:irogenase c o m p le x o x id a s * A D P ; -*• Cft; dehydrogenase ứxlst o n the* m atrix siite o f I h i irb«fflbfan*. An altern ativ e axK la;* «AOXi acce pts dii isp h c » t.|.th o to 2 P'X N , — c o í' -p h o t- p tio i-jly c o la to C a tv ln c y c le I ...I I z P O C H : — C H O H — C O J- P O C H - — C H O M — C O ; 3 - p h o s p h o q ly » :o r o te 3 -p h o '> p lic * 9 ly c * ;rcito —- Ậộp> • H - O - 2 (2 2) HO ,c — (CHj, — — C 0 2 H O -jC —- , — i c o - o i . • 2 H O C H : — •:* I O ly c o lo to 0 2 Ị2 .4 ) Í2 .3 ) - 2 H-*C>2 2 H jO ; 2 O C H — c o : - G ly o x y to to * u . i iK H, — c o 2- t7,ty.;in.v 'iliitci m .n lo • * -k C 't* > 9 lu to ro to P E R O X IS O M E M < ;v - - C O - - C O , I '- k c t o g l u t a r o t c H O C H * — H O C H - Gl VC*VI OỈC G ly c o r a tc ' H O C H :— C O — C O y H y d r o x y p y ru v n t o H O C H . ... H — C O / Soriitc 2 'M y: in o Í2.C . 2 7 ) M IT O C H O N D R IO N N A D * N A D H V ~ TH O C O ? Cơ chế hô hấp sáng ở thực vật C3 . - Trong lục lạp: hợp chất đường 5C sẽ bị phân giải thành A-3PG và photphoglycolat và sau đó biến đổi thành glycolat. - Trong peroxysom: glycolat bị oxy hóa tạo thành glyoxylat, glyoxỵlat nhận nhóm NH3 do axit glutamic chuyển tạo ra glycin. 25 - Trong ty thể: 2 phân tử glycin tách CO2 tạo ra 1 phân tử sêrin và đi vàperoxysom. Ở peroxysom, sêrin sẽ bị biến đối tạo hydroxypiruvat và glyxêrat. Glyxêrat đi vào luc lạp kết hợp với ATP tạo thành axit-3photphoglyxêrit. Quá trinh hô hấp sáng không tạo ra năng lượng, nhưng tạo ra các sản phẩm trung gian có ý nghĩa trong quá trình sinh tổng hợp các chất như protein, gluxit. 5. Các điều kiện ảnh hưỏiíg đến qúá trình hô hấp: a. Nhiệt độ: tác động đến quá trình hô hấp thông qua hoạt tính enzym. Nhiệt độ thích hợp cho quá trình hô hấp đối với thực vật nhiệt đới là 25-35°C, nhiệt độ cao quá hoặc thấp quá đều làm cho quá trình hô hấp bị ức chế (< 15°c và > 35°C). Một số loại lảo sống ở suối nước nóng có thể hô hấp ở nhiệt độ 80°c. Các loại cây ôn đới, nhiệt độ tối thiểu đối với hô hấp là -25°c vào mùa đông và mùa hè là -5°c. b. Ánh sáng: Liên quan đến quá trình quang hợp. Cường độ ánh sáng mạnh tạo ra nhiều sản phẩm quang hợp cung cấp cho quá trình hô hấp. Ở ngoài ánh sáng sự hình thành axit glycolic được tăng cường, sự oxy hóa nhanh chóng của chất này sẽ tăng cường sự thải oxy và hấp thụ cacbonic. Ánh sáng còn làm tăng hệ số hô hấp (tỉ số giữa lượng CO2 cây thải ra và lượng o 2 cây hút vào). c. Hàm lượng nưóc: Nước là nhân tố quyết định đến hoạt động sống của cây, là môi trường đối với các phản ứng sinh hóa, là nguyên liệu trực tiếp đối với hô hấp. Tùy theo bộ phận và loại cây mà nước có ảnh hưởng đến cường độ hô hấp khác nhau, ơ các loại rau khi hàm lượng nước giảm thì cường độ hô hâp tăng, nhưng ở các loại hạt hàm lượng nước giảm làm giảm cường độ hô hâp. Ví dụ hàm lượng nước trong hạt 8-10%, cường độ hô hấp rất yếu (l,5mg CCVKg/h) nhưng lượng nước tăng 12-15% thì cường độ hô hấp tăng 4-5 lần. d. Hàm lưọiig oxy: Oxy là nguyên liệu cần cho hô hấp, hàm lượng oxy trong không khí giảm xuống còn 5% thì hô hấp giảm. Nồng độ oxy trong không khí khoảng 2 0 % thì thuận lợi cho hô hấp. Ở các lòai cây thủy sinh nồng độ oxy thích hợp l à i -1,5%. c. Các chất khoáng: Có ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hô hấp. Các nguyêtố khoáng N, p, s là thành phần các hợp chất tham gia vào bộ máy hô hấp, các nguyên tố kim loại như Fe, Cu, Mg ... là thành phần cấu trúc hoặc hoạt hóa nhiều en/ym như xytocrom, catalase, peroxvdase, fructokinase, photphatase, enolase... De kìm hãm cường độ hô hấp giúp cho quá trình bảo quản nông sản cần tác động các yếu tố làm ức chế hô hấp như: hạ thấp nhiệt độ bằng cách đặt ở phòng lạnh, phơi khô làm giảm lượng nước trong các bộ phận của hạt. Có thể cho các loại nông sản như rau, ớt, cà chua,... vào túi nilon và bơm khí CƠ2 làm ức chế hô hấp. SgEEES v E b ằ ỉt ậ p o n ùúyệh I. Các câu hỏi về trao đổi nước và cân bằng nước trong cây. Câu 1: Trong tế bào, nước tồn tại ở 2 dạng là nước tự do và nước liên kết. Nước tự do là những phân tử có đầy đủ các tính chất của phân tử nước; Nước liên kết là những phân tử liên kểt chặt với các phân tử hữu cơ trong tế bào. 26 a. Phân biệt nước tự do với nước liên kết về tính chất vật lí, tính chất hóa học của phân tử nước. b. Tại sao phân tử nước có thể dễ dàng liên kết với các phân tử hữu cơ trong tế bào? c. Trong những điều kiện nào, hàm lượng nước liên kết ở trong tế bào được tặng lên? d. Vì sao nước luôn có khuynh hướng thẩm thấu vào trong tế bào thực vật làm tế bào trương lên? Hưởng dẫn trả lời: a. Phân biệt nước tự do với nước liên kêt. - Nước tự do là những phân tử nước có khả năng chuyển động trong dung dịch mà chưa gắn kết với một phân tử nào khác. Nước tự do có đầy đủ các tính chất của nước như khả năng hoà tan các chất, khả năng dẫn nhiệt, là môi trường diễn ra các phản ứng, là nguyên liệu tham gia các phản ứng,... - Nước liên kết là những phân tử nước đã liên kết với cầc phân tử hữu cơ hoặc phân tử vô cơ khác. Ví dụ các phân tử nước bao quanh ion Na+ tạo nên một lớp vỏ (lớp áo) bao bọc lấy ion này. Nước liên kết không còn các đặc tính vật lí, hoá học của phân tử nước (không có khả năng dẫn nhiệt, không trở thành dung môi,...). Nước liên kết có vai trò đặc biệt trong việc bảo vệ eác chất hữu cơ, bảo vệ các cấu trúc của tế bào. b. Phân tử nước có thể dễ dàn<ị liên kết với các phân tử hữu cơ trong tế bào là vì: Các phân tử hữu cơ ỉuôn có các nhóm bên tích điện (ví dụ phân tử protein có nhóm bên NH2+ tích điện dương, nhóm bên COO' tích điện âm). Bản thân phân tử nước có tính phân cực nên từng phân tử nước sẽ liên kết với các nhóm bên tích điện này tạo nên một lớp áo bằng nước bao quanh phân tử hữu cơ. Trong tế bào, các phân tử hữu cơ (những phân tử không kị nước) luôn được bao quanh bởi một lóp vỏ ỉà các phân tử nước. c. Hàm lượng nước licn kết ở trong tế bào được tăng lên khi nhiệt độ môi trường hạ thấp (đóng băng), nồng độ chất tan trong môi trường tăng. d. Nước luôn có khuynh hướng thẩm thấu vào trong tế bào thực vật làm tế bào trương lên là vì: Các chất luôn có khuynh hướng chuyển động từ nơi có thế năng cao đến nơi có thế năng thấp. Ờ trong tế bào thực vật thường có nồng độ chất tan cao hơn ở môi trường nên có áp suất thấm thấu lớn. Do vậy các phân tử nước sỗ thẩm thấu từ môi trường vào tế bào thực vật làm cho tế bào trương phồng lên. Câu 2: Nêu vai trò của nước đối với các cấu trúc của tế bào thực vật a. Trong chất nguyên sinh. b. Trong không bào. c. Trong lục lạp. 27 Hưởng dẫn trả lời: Gợi ý hướng tư duy: Khi câu hỏi yêu cầu nêu vai trò của một chất nào đó đối với một cấu trúc của tế bào thì phải suy nghĩ theo hai hướng. - I-Iưởng thứ nhất: Chất đó có ảnh hưởng gì đến việc duy trì ổn định cấu tạo của cấu trúc đó. - Hưởng thử hai: Chất đỏ cỏ ảnh hưởng gì đến hoạt động của cấu trúc đỏ. a. Vai trò của nước đổi với chất nguyên sinh: - Nước là thành phần chủ yếu của chất nguyên sinh. Nước duy trì trạng thái keo của chất nguyên sinh. Nước duy trì sự hoạt động của chất nguyên sinh. Nước là nguycn liệu tham gia các phản ứng trong chất nguyên sinh. Neu mất nước, chất nguycn sinh sẽ bị cô đặc, các hoạt động trao đổi chất của chất nguyên sinh bị rối loạn và tế bào bị chết. - Trong tế bào, nước tồn tại ở 2 dạng là nước tự do và nước liên kết. Nước liên kết gắn chặt với các chất hữu cơ có trong chất nguyên sinh cho nên có vai trỏ bảo vệ các chất hữu cơ có trong chất nguyên sinh. b. Vai trò của nước đổi với không bào: - Ở tế bào thực vật, nước là thành phần chủ yếu của không bào. Nước có vai trò hòa tan các chất tan trong không bào. - Ở trong không bào của tế bào thực vật xảy ra các phản ứng thủy phân, nước là nguyên liệu tham gia các phản ứng thủy phân này. c. Vai trò của nước đối với lục lạp: - Nước là thành phần cấu trúc của lục lạp, duy trì ổn định cấu trúc của lục lạp. - Nước là nguyên liệu của các phản ứng trong quang hợp. Câu 3: Giải thích các hiện tượng sau: a. Khi bón nhiều phân hóa học thì cây bị héo. b. Khi đất bị ngập nước thì cây thường bị héo. Hưởng dẫn trả lời: Đây là dạng câu hỏi về nguyên nhân và kết quả. Đối với dạng câu hỏi này thì chúng ta phải làm rõ các vấn đề sau: - Héo là gì, nguyên nhân trực tiếp của hiện tượng héo. - Tìm mối liên hệ giữa vấn đề bón phân hoá học với sự mất nước của cây. Và tìm hiêu mối liên hệ giữa vấn đề đất bị ngập nước với sự héo của cây. Nguyên nhân của héo là do quá trình thoát nước mạnh hơn quá trình hút nước làm cho cây bị mất nước dẫn tới tế bào giảm thể tích -> Héo. a. Khi bón nhiều phân hóa học thì cây bị héo vì: - Bón nhiều phân hóa học làm tăng nồng độ chất tan trong đất dẫn tới làm giảm thế nước của đất. Khi thế nước của đất thấp hơn thế nước của tế bào rễ thì nước không thẩm thấu vảo rễ -> Rễ cây không hút được nước. 28 - Quá trình thoát hơi nước ở lá vẫn diễn ra trong khi quá trình hút nước ở rễ bị giảm hoặc rễ không hút nước. Điều này làm cho cây bị mất nước dẫn tới cây héo. b. Khi đất bị ngập nước thì cây thường bị hẻo vì: - Đất có các khe hở để cung cấp oxy cho rễ cây hô hấp. Quá trình hô hấp của rễ tạo ra năng lượng ATP để vận chuyển các chất tan vào trong không bào làm tăng nồng độ chất tan dẫn tới làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào. Khi tế bào lông hút có áp suất thẩm thấu lớn hơn áp suất thẩm thấu của môi trường đất thì nước sẽ thẩm thấu từ đất vào tế bào lông hút làm cho cây hút được nước. - Khi đất bị ngập nước thì các khe đất bị phủ kín bởi nước. Trong nước có hàm lượng oxy thấp nên không đủ cung cấp cho rễ cây hô hấp. Quá trình hô hấp ở rễ diễn ra yếu dẫn tới tế bào lông hút thiếu năng lượng ATP để vận chuyển chủ động các chất tan vào trong không bào. Khi trong không bào có nồng độ chất tan thấp thì áp suất thẩm thấu thấp -> Nước không thẩm thấu vào tế bào lông hút của rễ. -> Cây không hút được nước. - Cây không hút được nước trong khi quá trình thoát hơi nước vẫn diễn ra. Điều này làm cho cây bị mất nước -> Cây héo._______________________ _______ Khi câu hỏi yêu cầu giải thích vì sao cây héo thì phải chú ý đến quá trình hút nưóc và thoát nước của cây. Cây bị héo khi quá trình thoát nước diễn ra mạnh hơn quá trình hút nước.__________ _____ __________________________ Câu 4: Hình vẽ sau đây mô tả hai con đường hấp thụ nước từ đất vào mạch gỗ của rễ. Hãy chú thích vào các mũi tên trên hình vẽ để chỉ ra các con đường hấp thụ nước từ đất vào đến mạch gỗ. Phân tích 2 con đường vận chuyển đó? Hừớng dẫn trả ỉờỉ: Đây là loại câu hỏi để kiểm tra khả năng quan sát và phân tích của học sinh. Chúng ta phải quan sát kĩ để xác định. ________________________ - Nước được hấp thụ vào rễ theo 2 con đường: + Con đường sống: chất nguyên sinh - không bào. + Con đường không sống: thành tế bào - gian bào - Cơ chế: + Thẩm thấu: Nồng độ các chất của không bào trong tế bào cao hơn nồng độ các chất đó của dịch đất (nước di chuyển theo gradien thế nước). Dòng nước thẩm thấu từ tế bào này sang tế bào khác liên tục cho đến khi nước ngập đầy trong mạch gỗ. Các chất khoáng được vận chuyển tích cực vào bên trong tế bào cũng làm cho nồng độ các chất bên trong tế bào cao hơn bên ngoài. Nước được vận chuyển từ tế bào chất của tế bào này sang tế bào khác cạnh nhau qua cầu tế bào chất. 29 + Ngậm nước: Phân tử nước hút bám trên thành tế bào ngậm nước của tế bào rễ và chuyển động từ biểu bì đến vỏ, đến thành tế bào nội bì. Câu 5: 1. Động lực nào giúp dòng nước và các ion khoáng di chuyển được từ rễ lên lá ở những cây gỗ cao lớn hàng chục mét? 2. Giải thích vì sao cây trên cạn bị ngập úng lâu sẽ chết? 3. Hạn sinh lý là gì? Nguyên nhân dẫn đến hạn sinh lý? 4. Tại sao hiện tượng ứ giọt chỉ xảy ra ở những cây bụi thấp và ở những cây thân thảo? Hướng dẫn giải: 1. Động lực đỏ là: - Áp suất rễ - động lực đầu dưới - Lực hút do sự thoát hơi nước ở lá- động lire đầu trên - Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và giữa phân tử nước với vách mạch gỗ. 2. Cây cạn ngập úng lâu ngày chết... Đối với cây trên cạn, khi bị ngập úng rễ cây thiếu oxy nên phá hoại tiến trình hô hấp bình thường của rễ, tích luỹ các chất độc hại đối với tế bào làm cho lông hút chết và không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút cây không hấp thụ được nước, cân bàng nước trong cây bị phá vỡ và cây bị chết. 3. Hạn sinh lý.... - Là hiện tượng rễ cây được cung cấp đủ nước nhưng cây vẫn không hút được nước. - Nguyên nhân: + Nồng độ các chất tạo áp suất thẩm thấu ở môi trường đất quá cao so với áp suất thẩm thấu trong rễ (do bón phân,...) + Do cây ngập trong môi trường nước lâu ngày, thiếu oxy để hô hấp 4. Hiện tượng ứ g iọ t.... Hiện tượng ứ giọt chỉ xảy ra ở cây thân bụi thấp và ở những cây thân thảo vì những cây này thấp, dễ bị tình trạng bão hoà hơi nước và áp suất rễ đủ mạnh để đẩy nước từ rễ lên lá gây ra hiện tượng ứ giọt. Câu 6 : Sự hút nước và thoát nước của cây phụ thuộc vào điều kiện của môi trường như thế nào? Từ đó đưa ra cơ sở khoa học của việc tưới nước hợp lí. Hướng dẫn trả lời: a. Sự hút nước và thoái nước của cây phụ íhuộc vào: - Nhiệt độ: Cây hút nước ở nhiệt độ thuận lợi từ 25-30°C và thoát hơi nưởc thuận lợi từ 30-35°c. Ở nhiệt độ cao hơn hoặc thấp hơn đều làm ức chế quá trình hút và thoát hơi nước của cây. Nhiệt độ quá thấp làm tăng độ nhớt của chất nguyên sinh, làm giảm cường độ trao đổi chất của tế bào. Ở nhiệt độ cao làm biến tính protein, ức chế hoạt động của enzym, làm giảm cường độ hô hấp, do đó cây hút nước chậm. 30 - Ánh sáng: có ảnh hưởng đến quá trình quang hợp làm tăng sự tổng hợp các chất, làm giảm thế nước trong tế bào, làm tăng sự chênh lệch thê nước từ lá đến rễ, do đó làm tăng khả năng hút nước của rễ. Ngoài ra ánh sáng còn làm tăng nhiệt độ bề mặt lá cho nên làm tăng cường độ thoát hơi nước của cây. Ánh sáng .trực xạ làm tăng cường độ thoát hơi nước mạnh hơn ánh sáng tán xạ 3-4 lần. Ánh sáng có bước sóng càng ngắn (tia tử ngoại, tia sáng xanh tím) thì càng làm tăng sự thoát hơi nước của cây. - Độ ẩm không khí: Không khí có độ ẩm càng cao thì quá trình thoát hơi nước của cây càng giảm kéo theo sức hút nước càng chậm. Độ ẩm thích hợp cho quá trình hút và thoát hơi nước của cây là 75 - 80%. Độ ẩm không khí quá thấp (<70%) làm tăng cường độ thoát hơi nước Làm cây mất thăng bằng nước dẫn đến hiện tượng héo. - Sức gió: là yếu tố có ảnh hưởng rất ỉớn đến quá trình hút và thoát hơi nước của cây. Trong những ngày gió mạnh cường độ thoát hơi nước tăng lên rất nhanh làm cho cây mất quá nhiều nước cũng làm cho cây nhanh héo - Nồng độ các chất hòa tan trong đất: Đất có nhiều chất tan như đất nhiễm mặn, đất bón nhiều phân hóa học làm thế nước của đất giảm xuống dẫn đến cây- khó hút được nước, do đó quá trình thoát hơi hước cũng bị ức chế. Nếu thế nước trong đất tăng quá cao cũng dẫn đến hiện tượng héo của cây. - Phân bón: ảnh hưởng đến quá trình hút nước và thoát hơi nước của cây: bón các nguyên tố N, p, K cân đối, họp lý và bón bổ sung các nguyên tố vi lượng Mo, Cu, Mn, B, Zn... sẽ giúp cho cây hút nước và thoát hơi nước tốt hơn. b. Cơ sở khoa học của việc tưới nước hợp lí cho cây: Đe tưới nước hợp lý cho cây cần căn cứ vào các đặc diếm sau đây: - Căn cứ vào nhu cầu sinh lý của từng loại cây: Những loại cây cần nhiều nước như các loại rau, cây sống trong môi trường ngập nước phải cung cấp nhiều nước. Những loại cây sống môi trường khô hạn cần ít nước. - Căn cứ vào từng giai đoạrt sinh trưởng, phát triển của cây: Tùy theo từng loại cây mà nước cần nhiều vào giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng hay sinh trưởng sinh thực. Đối với các lọai cây rau, nước cần nhiều vào giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng, còn đối với các loại cây lấy hạt như lúa nước cần nhiều vào giai đoạn làm đòng và trổ bông, còn cây khoai lang, khoai mì nước cần nhiều vào giai đoạn khi hình thành củ. - Căn cứ vào từng loại đất: Đất cát ít có khả năng giữ nước thì cần phải tưới nước nhiều lần và mỗi lần tưới ít nước còn các loại đất có thành phần cơ giới nặng (đất sét) có khả năng giữ nước tốt chỉ cần tưới ít nước và số lần tưới ít. Đe tăng cường khả năng giữ nước của đất cần phải bón phân hữu cơ, đặc bỉệt đối với các loại đất cát. - Căn cứ vào điều kiện thời tiết: Vào những ngày nắng mạnh, gió lớn cây cần cung cấp nhiều nước phải tưới nhiều lần trong ngày, còn đất có độ ẩm bão hòa thì không cần cung cấp thêm nước nữa. 31 - Căn cứ vào sức căng bề mặt của lá và áp suất dịch bào: khi lá có hiện tượng mất nhẵn bóng hoặc áp suất dịch bào tăng lên thì chứng tỏ cây thiếu nước. Chẳng hạn đối với cây bông thì áp suất dịch bào là 10-14 at, còn đối với cà chua, lúa thì khoảng 8-9 at thì cây thiếu nước. Câu 7: a. Khi cây bị hạn, hàm ỉượng axit abxixic (AAB) trong lá tăng lên. Sự tăng hàm lượng AAB có ý nghĩa gì? b; Trong canh tác, để cây hút được nước dễ dàng cần chú ý những biện pháp kỹ thuật gì? c. Tại sao không nên tưới nước cho cây vào buổi trưa? Hướng dẫn trả lời: a. Hàm lượng AAB tăng lên có ỷ nghĩa: - Axit abxixic có tác dụng hoạt hóa bơm K+ từ tế bào khí khổng ra các tế bào lân cận —* tăng thế nước trong tế bào khí khổng —* nước di chuyển qua các tế bào lân cận —> lỗ khí đóng. Khi bị hạn cần hạn chế thoát hơi nước —» hàm lượng axit abxixic tăng lên —> lỗ khí đóng. - Ngoài ra, axit AAB còn làm giảm hoạt tính của enzym amilaza (biến đổi tinh bột thành đường) làm cho áp suất thẩm thấu của tế bào khí khổng giảm —» không hút được nước —> không trương lên được —> mất nước —> lỗ khí đóng. b. Trong canh tác, để cây hút được nước dễ đặng cần chủ ỷ những biện pháp kỹ thuật: Hút nước chủ động của rễ cần tiêu thụ ATP. Sự tổng hợp và tiêu thụ ATP liên quan đến các quá trình sinh lý, đặc biệt là quá trình hô hấp. Vì vậy, cần chú ý những biện pháp sau: - Xới đất: Tạo điều kiện cho đất thoáng khí —► rễ hô hấp tốt hơn —> phục vụ năng lượng cho hút khoáng, hút nước chủ động. - Làm cỏ: Giảm sự cạnh tranh của cỏ. - Sục bùn: Phá vỡ tầng oxy h ó à" khử của đấl —> hạn chế sự mất đạm của đất. c. Không nên tưới nước cho cây vào buoi trưa vì: - Buổi trưa: Nhiệt độ, ánh sáng cao, cây hô hấp mạnh, cần nhiều Ơ2 . Neu tưới nước, đất sẽ bị nén chặt --► cây không lấy được O2 —► hô hấp bị khí —> năng lượng giảm và không tạo được các họp chất trung gian (tiềm năng thẩm thấu) đồng thời sinh ra sản phẩm độc làm cây hút nước không được trong khi lá cây thoát nước mạnh. - Những giọt nước đọng lại trên lá như một thấu kính hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời —> đốt nóng cây. => cây héo. II. Các câu hỏi về quá trình trao đổi nitơ Câu 8 : Nitơ là một loại nguyên tố có vai trò đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật. Hãy cho biết: a. Cây hấp thụ nitơ dưới dạng những loại họp chất nào? ' b. Trình bày tóm tắt quá trình biến đổi nitơ trong cơ thể thực vật và ý nghĩa của các quá trình đó. 32 Hướng dẫn trả lời: a. Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau nhưng cây chỉ hấp thụ nitơ dưới 2 dạng là ion N H 4 và ion NO 3 . Hai loại ion này được hình thành dưới dạng các muối đạm amon, muối đạm nitrat, đạm ure, hoặc từ sự phân giải các chất hữu cơ của vi sinh vật đất. b. Quả trình biến đổi nỉtơ trong cơ thế thực vật: - Khửnitrat thành amôn (NO3 -+NO2 “►NHỊ). Giai đoạn khử NO 3 thành NO 2 nhờ enzym đặc hiệu và cần sử dụng NADH (hoặc NADPH) theo phương trình: N O; + NADH + H+ + 2e - NO ■ + NAD+ + H20. Giai đoạn khử NO 3 thành NH * nhờ enzym đặc hiệu và cần sử dụng NADH (hoặc NADPH) theo phương trình: NO 2 + 6 Feredoxyn khử + 8 H+ + 6 e -» NH 2 + 2 H2O. - Đồng hoá NH3. + Amin hoá trực tiếp: N H / + axit xeto + NADH -*• axit amin + NAD+ + H2O. Ví dụ: NH4 4 + axit pyruvic + NADH -> axit amin alanin + NAD+ + H2O. + Chuyển vị amin: axit amin + axit xeto -» axit amin mới + axit xetó. + Tạo amit: NH3 thừa + axit dicacboxylic -♦ amit. Có hai loại axit amin đicacboxylic là axit glutamic và axit aspatic. Khi tế bào dư thừa NH3 thì nhóm COOH ở gốc R của hai loại axit này sẽ hình thành liên kết este với NH3 để tạo amit làm giảm lượng NH3 trong tế bào. Sau đó liên kết este này có thể được thuỷ phân để giải phóng NH3 cung cấp cho quá trình đồng hoá axit amin. Sự tạo amit làm giảm lượng NII3 trong tế bào và đự trữ NH3 để sau đó cung cấp trở lại-cho quá trình tạo axit amin. Neu tế bào dư NH3 thì sẽ gây độc và làm chết tế bào. Câu 9: Quá trình chuyển hoá nitơ trong tự nhiên được mô tả theo sơ đồ sau: N O '--------► NO (3) N2 trong không khí (2 ) n h :(3) Rễ cây a. Hãy chú thích các số (1), (2), (3), (4) tương ứng với những quá trình nào? b. Trong các quá trình trên, những quá trình nào cần sự xúc tác của enzym? 33 Hưởng dẫn trả lờỉ: a. Chú thích các sổ từ (ỉ) đến (4) (1) Là quá trình hình thành NO 3 từ N2 bằng con đường .hóa học (nhờ hiện tượng phóng điện từ các tia chớp trong cơn giông). N2-i o 2 + h 2o - > n o 3. (2) Là quá trình cổ định N2 (Diễn ra ở các nhóm v s v cố định đạm) N2 + 3H2 (I I được lấy từ chất khử NADH) -> 2 NH3 . (3) Là quá trình hấp thụ nitơ của rễ cây. Rễ cây hấp thụ niíơ dưới 2 dạng là NH J và NO 3 . (4) Là quá trình khử nitrat (NO 3 ) trong cây. Cây chỉ sử dụng N H4 để hình thành nên các axit amin. Do vậy NO3' sau khi được hút vào thì ngay lập tức được rễ chuyển hoá thành NH4+ để cây sử dụng, b. Những quá trình cần sự xúc tác của enzym: - Quá trình (2) diễn ra trong tế bào của các vi khuẩn cố định đạm, cần sự xúc tảc của enzỹm nitrogenaza và một so enzym khác. - Quá trình (4) diễn ra trong tế bào rễ cây, cần sự xúc tác của các enzym đặc hiệu. - Hai quá trình (1) và (3) diễn ra ở môi trường, không cần sự xúc tác của enzym. Câu 10: Cho biết công thức hoá học của mộĩ sổ loại phân đạm tương ứng như sau: Phân Ưre: (N H ^C O ; Phân nitrat: KNO3 ; Phân đạm su-nphat: (NH^SOn; Phân đạm nitrat amôn: NH4NO3 . a. Hãy tính hàm lượng nitơ trong các loại phân đạm nói trên. b. l ính lượng phân đạm mỗi loại cần cho lúa để đạt năng suất trung bình 65 tạ/ha. Biệt rằng để thu 100kg thóc cần 1,2kg N. Hệ số sử dụng nitơ,ở cây lúa chỉ đạt 70%. Trong mỗi ha đất trồng lúa luôn có khoảng 15kg N do vi sinh vật cố định đạm tạo ra. ' Hướng dãn trả lời: a. Muốn tìm hàm lượng nitơ trong mối ì oại phân thì phải xác định khối lượng phân tử của mỗi loại phân đổ. - Phân Ure có khối lượng phân tử = 2 X (14+4) + 12 + 16 = 62. 14 2 28 Hàm lượng N trong phân ure là = — = — = 43,75%. 64 64 - Phân nitrat có khối lượng phân tử = 39 + 14 + 3 X 16 = 101. 14 28 Hàm lượng N trong phân nitrat là = —— = —- = 14%. 101 64 - Phân sunphat có khối lượng phân tử = 2 X (14+3) + 32 + 4 X 16 = 130. 14 2 28 Hàm lượng N trong phân sunphat là = —— = —— = 21%. ' 130 130 34 - Phân nitrat arnôn có khối lượng phân tử = 14 + 4 + 14 + 3 X 16 = 80. 14 2 28 Hàm lượng N trong phân nitrat amôn là = —— = — = 35%. & 80 80 b. Tính lượng phân mà cây cần bón - Lượng phân N cần bón để đạt năng suất 65 tạ/ha = - Ị 1 l,43kg N - Lượng phân N có sẵn trong đất .là 15kg, vậy chỉ cần cung cấp lượng phân N là: 1ỈM 3 - 15 = 96,4 3 k g N \ . 96 43 100 * Dùng phân urê chứa 43,75% N phải bón: — — = 220,41 (kg) 43,15 * Dùng phân nitrat (KNO3) chứa 14% N) phải bón: — - ^ - = 688,78 (kg) 14 * Dùng phân sunphat chứa 21% N thì phải bón = 96,43.100 _ 4 5 Ọ Ị * Dùng phân amôn nitrat: NH4NO3 chứa 35%N thì phải bón lượng phân là = 96,43.100 _ 2 7 5 ?5 (kg) lil Các câu hỏi về chức năng của các nguyên tố khoáng trong cây Câu 11: Giải thích các hiện tượng sau: a. Khi thiếu sắt thì lá cây bị vàng. b. Khi thiếu magie thì lậ cây bị vàng. c. Khi thiếu canxi thì rễ cây bị thối, đỉnh không sinh trưởng. Hưởng dẫn trả lời: Cách tư duy: Lá cây bị vàng là do hàm lượng diệp lục trong lá giảm, để lại màu vàng của sắc tố carotenoit. *Nhự vậy phải suy nghĩ xem vì sao khi thiếu sắt, magie thì hàm lượng diệp lục giảm? Chắc chắn sắt có liên quan đến quá trình tổng hợp diệp lục... _____________ a. sát ỉà thành phần hoạt hóa:enzym tổng hợp diệp lục, do vậy khi thiếu sắt thì enzym tổng hợp diệp lục không được hoạt hóa nên quá trình tổng hợp diệp lục bị ngưng trệ -> Hàm lượng diệp ỉục trong lá giảm mạnh .dẫn tới lá chuỳển từ màu xanh sang màu vàng. b. Magie là thành phần cấu trúc của.diệp ỉục (công thức của diệp lục a là C 5 5 Ỉ 7205 N4Mg). Vì vậy khi thiếu Mg thì không có nguyêtt liệu để tổng hợp diệp lục -> Hàm lượng diệp lục trong lá giảm -> lá bị vàng. c. Canxi là thành phần liên kết giữa các bản mỏng của các thành tế bào với nhau, tạo ra sự kết nối các tế bào thành một mô. Khi thiếu canxi thì sự kết nối giữa các tế bào lõngiẻo làm cho rễ bị thối, các tế bào ở đỉnh sinh trưởng không phân chia được. ' 35 Câu 12: Nêu cơ chế hấp thụ khoáng ở thực vật. Giải thích tại sao đất chua lại nghèo dinh dưỡng. Hướng dẫn trả ỉời: a. Cơ chế hấp thụ khoáng Có 2 cách hấp thụ ion khoáng ở rễ: • Hấp thu thu đông - Các ion khoáng khuyếch tán theo sự chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp. - Các ion khoáng hòa tan trong 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 nhau khi có sự tiếp xúc rễ và dung dịch đất. Cách này gọi là hút bám trao đổi. • Hấp thu chủ dông Phần lớn các chất khoáng được hấp thụ vào cây theo cách chủ động. Tính chủ động ở đây được thể hiện ở tính thấm chọn lọc của màng sinh chất và các chất khoáng cần thiết cho cây đều được vận chuyển trái với qui luật khuếch tán, nghĩa là nó vận chuyển từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao, thậm chí rất cao (hàng chục, hàng trăm lần) ở rễ. Vì cách hấp thụ khoáng này mang tính chọn lọc và ngược với gradien nồng độ nên cần thiết phải có năng lượng, tức là sự tham gia của ATP và của một chất trung gian, thường gọi là chất mang. ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình trao đổi chất, mà chủ yếu là quá trình hô hấp. Vậy quá trình hấp thụ nước và các chất khoáng đều liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp của rễ. b. Đất chua là đất có số lượng ion H+ cao, các ion này chiếm chỗ các nguyên tố khoáng trên bề mặt keo đất, đẩy các nguyên tố khoáng vào dung dịch đất và khi mưa các nguyên tố khoáng ở dạng tự do này bị rửa trôi theo dòng nước. IV. Các câu hỏi về cơ chế quang hợp Câu 13: Trong quá trình quang hợp, tại sao pha tối không sử dụng ánh sáng nhưng nếu không có ánh sáng thì pha tối không diễn ra? Hưởng dẫn trả lời: Khi hỏi vi sao một pha (một quá trình) nào đó không diễn ra thì chúng ta phải tìm hiếu về các nguyên liệu cung cấp cho pha đó. ________ ________ - Quang hợp diễn ra theo hai pha là pha sáng và pha tối, trong đó sản phẩm của pha sáng cung cấp nguyên liệu cho pha tối và sản phẩm của pha tối cung cấp nguyên liệu cho pha sáng. Do vậy nếu một pha nào đó bị ngưng trệ thì pha còn lại sẽ không diễn ra được. - Khi không có ánh sáng thì pha sáng không diễn ra cho nên pha sáng không hình thành được NADPH và ATP. Khi không có NADPH và ATP thì không có nguyên liệu cho pha tối. Ở pha tối, NADPH và ATP được sử dụng để khử APG thành ALPG và ATP được sử dụng để tái tạo chất nhận Ril,5diP. Do vậy, mặc dầu pha tối không sử dụng ánh sáng nhưng nếu không có ánh sáng thì pha tối không diễn ra. 38 Câu 14: a. Hãy viết phương trình của pha sáng, pha tối và phương trình chung của quang hợp? Tại sao lại viêt như vậy? b. Quang hợp có vai trò gì? Hướng dân trả lời: a. Phương trình: - Phương trình pha sáng: 12H20 + 12NADP + 18ADP +18PÌ 12NADPH + 18ATP + 6 O2 - Phương trình pha tối: 6 CO2 +12NADPH +18ATP -> C6Hl20 6 + 6H20 + 12NADP +18ADP +18PÌ - Phương trình chung của quang họp: 6 CO2 +12H20 C6Hi20 6 + 6H20 + 6 0 2 Viết như vậy thể hiện được bản chất của pha sáng là pha oxy hoá H2O để hình thành ATP và NADPH. Pha tối là pha khử C 0 2 bằng sản phẩm của pha sáng (ATP và NADPH) để hình thành CôHttOô. về số lượng: 12 NADPH và 18 ATP là xuất phát từ nhu cầu ATP và NADPH cho việc hình thành 1 phân tử glucozơ (tính từ chu trình Canviri). b. Vai trò của quang hợp: - Nhìn vào phương trình tổng quát của quang hợp sẽ suy ra được vai trò của quang hợp. Nguyên liệu của quang hợp là CO2 , H2O. Do vậy quang hợp sẽ làm giảm lượng CO2 trong khí quyển -> làm giảm hiệu ứng nhà kính. - Sản phẩm của quang hợp là chất hữu cơ, O2 . Chất hữu cơ mà quang hợp tạo ra là nguồn vật chất cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của tất cả các cơ thể sống. Vì vậy quang họp có vai trò chuyển hoá năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hoá học có trong các chất hữu cơ. - Quang hợp tạo ra khí oxy là loại khí duy nhất tham gia vào hô hấp hiếu khí ở các loài sinh vật. Câu 15: Viết phương trình của quang phân li nước. Vai trò của quang phân li nước. Hưởng dẫn trả lời: a. Phương trình của quang phân li nước: Trong điều kiện tự nhiên, nước phân li yếu theo phương trình H2O <— ■> H+ + OH' (hệ số phân li = 10'7). Khi photon ánh sáng chiếu xuống diệp lục làm cho điệp lục bị mất điện tử. Khi bị mất điện tử thì diệp lục trở thành dạng kích động (Dl*) và sẽ cướp điện tử của OH‘ làm cho nước phân li một chiều. H2O + Dl* —> H+ + OH + DI (e của OH' đã bị Dl* lấy đi và khi đó Dl* trở thàríửdạng bình thường là Dl). - Khi nước phân li một chiều theo phương trình 4H20 + 4D1* -* 4H+ + 40H + 4D1 37 thì quá trình diễn ra tiếp theo là: 40H —>• 2 H2O2 . 2 H2Q2 2H20 + 0 2. Phương trình tổng quát: 4H20 + 4D1* -f 40H + 2 H2O2 4H+ + 40H + 4D1 + 2 H2O2 + 2H20 + 0 2. - 4H20 +4D1* 4H+ + 4D1 + 2H20 + 0 2. = 2 H2O +4D1* -♦ 4H+ + 4D1 + 0 2. Nếu không tính đến diệp ỉục (Dl*) thì phương trình là = 2H20 -> 4H+ + 4e + 0 2. b. Vai trỏ của quang phân li nước: - Vai trò của quang phân li nước thể hiện ở vai trò của các sản phẩm mà quang phân li nước tạo ra: - Quang phân li nước tạo ra 3 sản phẩm là H4, O2 , e. + Quang phân li nước tạo ra các ion H+ làm tăng nồng độ H+ trong xoang thilacoit để tạo nên thế năng H+ để tổng hợp ATP. + Quang phân li nước tạo ra điện tử để cung cấp điện (e) cho diệp lục. + Quang phân li nước tạo ra O2 cung cấp cho quá trình hô hấp hiếu khí của sinh vật. Câu 16: a. Hãy cho biết điểm khác biệt giữa điểm bù ánh sáng với điểm bão hoà ánh sáng. Điểm bù ánh sáng ở cây ưa sáng và cây ưa bóng khác nhau như thế nào? b. Điểm bù CO2 khác điểm bão hòa CO2 ở điểm nào? Điểm bù CO2 ở cây C3 khác với điểm bù CO2 ở cây C4 như thế nào? Hướng dẫn trả lời: a. - Điểm bù ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại đó cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau. Ở điểm bù ánh sáng, cây không thải CO2 và cũng không hút CO2 . - Điểm bão ‘hoà ánh sáng là cường độ ánh sáng mà tại điểm đó cường độ quang họp đạt cực đại. Nếu vượt qua điểm bão hoà ánh sáng thì cường độ quang hợp giảm. - Cây ưa bóng có điểm bù ánh sáng thấp hơn cây ưa sáng. Nguyên nhân: Cây ưa bóng có lục lạp to, nhiều hạt diệp lục hơn cây ưa sáng nên hấp thu ánh sáng tích cực, hiệu quả -> Có điểm bù ánh sáng thấp, thích nghi với cường độ chiếu sáng tương đối yếu. b. - Điểm bù CO2 là nồng độ CO2 mà tại nồng độ đó cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau. (Ở điểm bù CO2 , cây không thải CO2 và cũiíg không hút CO2 ). 38 - Điểm bão hòa CO2 ỉà nồng độ CO2 mà tại nồng độ đó cường đô quang hop đạt cực đại. Nếu nồng độ CO2 lớn hơn điểm bão hoà CO2 thì cường độ quang hơp bị ức chế làm giảm quang hợp. - Cây C3 có điểm bù CO2 cao hơn cây C 4 . Điểm bù CO2 của cây C 3 là khoảng. 30 đến 70ppm; Của cây C 4 ỉà từ 0 đên ìoppm. Cây C 4 có điêm bù CO2 thấp là do thực vật C 4 có enzym photphoenolpyruvat carboxylaza có ái ỉực cao đối với CO2 nên sẽ có khả năng quang hợp trong điều kiện hàm lượng CO2 thấp. Câu 17: Phân biệt con đường photphorin hóa vòng và photphorin hóa không vòng trong quang hợp? Hirớng dẫn giải: Photphorin hóa không vòng Photphorin hóa vòng - Ý nghĩa: Là con đường chủ yếu mà cây thu được năng ỉượng ánh sáng cao nhất do dòng electron từ trung tâm phản ứng của hệ thống quang hóa I và lĩ. - Diễn biến: Cả 2 hệ thống quang hóa I và II tham gia. Hệ thống quang hóa I (có trung tâm phản ứng ỉà P700); Hệ thống quang hóa II (trung tâm phản ứng ỉà P68o) dẫn electron đến thay thế những electron bị mất đi ở P700, chúng nhận electron từ các phân tử sắc tố khác chuyển đến, trong quá trình này tổng hợp ATP, mặt khác electron bị mất được bù từ electron của nước. Là con đường sử dụng năng ỉượng ánh sáng để tạo ra ATP, không tạo NADPH. Chỉ có hệ thống quang hóa I tham gia. - Sản phẩm ATP, NADPH, 0 2! ATP - Vai trò: Thu nhận năng lượng để tạo thành ATP và NADPH; vận chuyển II (trong NADPH) cho phản ứng tối. Thu nhận năng ỉượng ánh sáng để tạo ATP. Đường đi của e Điện tử đi từ diệp lục đến NADP+ để hình thành NADPH mà không trở về diệp lục Điện tử đi từ diệp lục, sau đó trở về diệp lục (quay vòng) Hê sắc tố PSI có trung tâm là P700, PSII (P680) và PSĨ (P700) Hiệu quả chuyển hóa năng lượng 36% 1 1 đến 2 2 %. 39 Câu 18: Cho hình vẽ: a. Hình vẽ trên mô tả cấu trúc lá của nhóm thực vật nào? Giải thích? b. Ghi chú thích cho các chữ cái và chữ số ở hình vẽ trên. c. Phân biệt cấu trúc của lục lạp ở tế bào A và B. Hướng dẫn trả lời: a. Đây là cấu trúc ỉá của thực vật C 4 vì: - Có lớp tế bào bao bó mạch phát triển, các tế bào nhu mô bao quanh các tế bào bao bó mạch - Có quá trình cố định CO2 diễn ra theo 2 giai đoạn ở hai loại tế bào khác nhau. b. Ghi chú thích: A là tế bào nhu mô lá (mô dậu) B là tế bào bao bó mạch » (1) C 0 2; (2) OAA; (3) A.maỉic; (4) A.pyruvic; (5) PÉP (6 ) Glucozơ (chất hữu cơ); Enzyml là PEP cacboxylaza; Enzym2 là Rubisco (RiDP cacboxylaza) c. So sảnh cấu trúc 2 loại lục lạp Lục lạp tế bào mô dậu Lục lạp tế bào bao bó mạch - Có hạt Grana phát triển - Enzym cố đinh CO2 là PEP cacboxylaza. - Không chứa hạt tinh bột Câu 19: - Hạt Grana kém phát triển. - Enzym cố định CO2 là RiDP cacboxylaza - Chứa nhiều hạt tinh bột a. Tại sao để tổng hợp 1 phân tử glucozơ, thực vật C4 cần nhiều ATP hơn so với thực vật C3? b. Tại sao có thể nói quang hợp là quá trình oxy hóa - khử? 40 Hưởng dẫn trả lời: a. Theo chu trình Canvin, để hình thành 1 phân tử glucozơ cần 18 ẢTP. Ở thực vật C4 , ngoài 18 ATP này cần có thêm 6 ATP để hoạt hóa axit Pyruvic thành PEP. Vì vậy để tổng hợp 1 glucozơ thực vật C4 cần 24 ATP. b. Có í hể nói quang hợp là.quả trình oxy hóa - khử vì: - Phản ứng oxy hóa là phản ứng làm mất điện tử, loại H, giải phóng năng lượng. Diệp lục mất electron. Quá trình quang phân li nước đã loại H. Quá trình photphoryl hóa đã hình thành ATP (quá trình này giải phóng ATP). - Phản ứng khử là phản ứng nhận electron, nhận H, tích lũy năng lượng. . NADP+ nhận electron, nhận H để hình thành NADPII, khử CO2 thành glucozơ, tích lũy năng lượng. Câu 20: Cho ba bình thuỷ tinh có nút kín A, B, c. Mỗi bình B và c treo một cành cây diện tích lá như nhau. Bình B đem chiếu sáng, bình c che tối trong một giờ. Sau đó lấy cành lá ra và cho vào mỗi bình một lượng Ba(OH)2 như nhau, lắc đều sao cho CO2 trong bình được hấp thụ hết. Tiếp theo trung hoà Ba(OH)2 . dư bằng HC1. Các số liệu thu được là: 21; 18; 16 ml HC1 cho mỗi bình. a. Nêu nguyên tắc của phương pháp xác định hàm lượng CO2 trong mỗi bình? b. Sắp xếp các bình A, B, c tương ứng với số liệu thu được và giải thích vì sao cớ kêt quả như vậy? Hướng (lẫn trả lời: a. Nguyên tắc: - Khả năng hấp thụ CO2 của Ba(OH)2 '. C 0 2 + Ba(OH) 2 = B aC03ị + H20 - Chuẩn độ Ba(OH)2 dư bằng HC1: Ba(OH) 2 + 2HC1 = BaCl2 + 2 H2 0 (Màu hồng) (Mất màu hồnạ) - Đo lượng HCL còn dư. b. * Sắp xếp: B: 21ml; A: 18ml; C: 16ml * Giải thích: - Bình B: có quá trình quang hợp —> CO2 giảm —> Tiêu tốn nhiều HC1 nhất. - Bình C: có quá trình hô hấp thải CO2 —► CO2 tăng —> tiêu tốn ít HC1 nhất. - Bình A: không quang hợp, không hô hấp —> lượng HC1 không đổi. Câu 21: Khi đề cập đẹn quang họp: a. Việc sử dụng oxy - 18 ( 180), một đồng vị nặng làm chất đánh dấu để theo dõi đường đi của oxy trong quang hợp đã cho thấy điều gì? b. Trong tế bào bao bó mạch của thực vật C4 , chỉ có PSI có tác động lên nồng độ oxy. Tác động đó là gì và thực vật có thể có lợi như thế nào? c. Hãy so sánh ba quá trình cố định CO2 ở các nhóm thực vật C3 , C4 và GAM. 41 Hướng dẫn trả lời: a. Việc sử dụng oxy đồng vị 18 ( 180), một đồng vị nặng làm chất đánh dấu để theo dõi đường đi của oxy trong quang hợp sẽ cho thấy: - oxy có nguồn gốc từ nước: Khi đánh dấu 180 từ nước cung cấp cho cây thì thấy oxy thoát ra là l80 . - Nước được sinh ra từ pha tối của quang họp: Nếu 180 được dẫn nhập vào cây dưới dạng CƠ2 thì thấy 180 có trong nước thoát ra. b. Trong tế bào bao bó mạch của thực vật C4 , chỉ có PSI, không có PSII, không có oxy được phát sinh trong tế bào bao bó mạch. Điều này sẽ giúp cây tránh được sự cạnh tranh của oxy với CO2 để liên kết với Rubisco trong tế bào này. c. So sảnh ba quá trình cố định c o 2 ở các nhóm thực vậl Cj, C 4 và CAM: Thực vật C3 Thưc vât C4 Thưc vât CAM Chất nhận CO2 RiDP PEP PEP Sản phẩm cố định CƠ2 đầu tiên. F,nzym xúc tác cho quá trình cố định CO2 APG (C3) AOA (C4) AOA (C4) -> AM (C4) Rubisco FEPcacboxylaza PEPcacboxylaza Nơi xảy ra quá trình cố định CO2 Lục lạp của tế bào mô giậu Lục lạp của tế bào mô giậu và lục lạp của tế bào bao bó mạch Lục lạp của tế bào mô giậu Thời gian xảy ra quá trình cố định CO2 Ban ngày Ban ngày Ban đêm Câu 22: Trình bày phương pháp chiết rút sắc tố từ ỉá. Hưởng dẫn trả lời: - Chiết rút sác tố: * . + Lấy 2 - 3g ỉá tươi, cắl nhỏ, cho vào cối nghiền với axêton nồng độ 80%. + Thêm axêton, khuấy đều, lọc qua phễu lọc vào bình chiết ta được 1 hỗn hợp sac tố màu xanh lục. - T'ách các sác tố thành phần: + Lấy một lượng .benzen gấp đôi ỉượng địch vừa chiết, đổ vào hỗn hợp sắc tố, lắc đều rồi để yên. + Vài phút sau quan sát dung dịch phân thành hai ỉớp: - Lớp trên có màu xanh lục là do cỉorophyỉ tan trong axêton. Lớp dưới có màu vàng là do carotenoií tan trong benzen. - Lớp màu xanh lục nổi lên phía trên còn lớp màu vàng nằm phía dưới của ống nghiệm. Vì carotenoit tan trong benzen; benzen nặng hơn axêton nên benzen nằm phía dưới của ống nghiệm. 42 Câu 23: Trong quang hợp, quá trình truyền điện tử diễn ra ở cấu trúc nào? thực hiện theo những con đường nào? hiệu quả năng lượng ở những con đường đó? Chiều vận chuyển H+ để tạo ATP? Hướng dẫn trả lời: Trong quang hợp: *■ Quá trình truyền điện tử diễn ra trên màng tilacôit. * Quá trình truyền điện tử theo 2 con đường: - Vận chuyển điện tử vòng: Từ P700 đến P700. - Vận chuyển điện tử không vòng: Từ P700 đến NADPH và từ P630 đến P700. * Hiệu quả năng lượng: - Con đường vòng tạo 2ATP. - Con đường không vòng tạo ra 1ATP và 1NADPH. * Chiều vận chuyển H+: từ xoang tilacôit ra chất nền của lục lạp. Câu 24: a. Nêu sự khác nhau trong chuỗi truyền điện tử xảy ra trên màng tilacoit của lục lạp và trên màng ty thể. Năng ỉượng của dòng vận chuyển điện tử được sử dụng như thế nào? b. Phân biệt chiều khuếch tán của H+ ở ty thể và lục lạp qua ATPaza. c. Vì sao ở thực vật C4 và CAM không có hiện tượng hô hấp sáng Hưởng dần trả lời: a. Sự khác nhau trong chuỗi truyền điện tử xảy ra trên màng tilacoit của lục lạp và trẽn màng ty thể ________ _________________ ________ Trên màng tiỉacoit Trên màng ty thể - Các điện tử e đến từ diệp lục - Năng lượng có nguồn gốc từ ánh sáng. - Chất nhận điện tử cuối cùng là NADP* - Các điện tử sinh ra từ các quá trình dị hoá (quá trình phân huỷ chất hữu cơ) - Năng lượng được giải phóng từ việc đứt gẫy các liên kêt hoá học trong các phân tử hữu cơ. - Chất nhận điện tử cuối cùng là oxy - Năng lượng của dòng vậri chuyển điện tử được dùng để chuyển tải H+ quamàng, khi dòng H+ chuyển ngược lại ATP được hình thành. b. Chiều khuếch tản của H' ở ty thế và lục lạp qua A TPaza: + Ở ty thể: H+ khuếch tán qua ATPaza từ khoảng gian màng ra chất nền ty thể. + Ở lục lạp: H+ khuếch tán từ xoang tylacoit ra chất nền lục lạp. c. Ở thực vật C 4 và CAM không có hiện tượng hô hấp sáng vì: thực vật C 4 và thực vật CAM luôn có kho dự trữ CO2 là axit malic nên luôn đảm bảo nồng độ CO2 cao, do đó enzym Rubisco không có hoạt tính oxygenaza nên không có hô hấp sáng. 43 V. Các câu hỏi về mối quan hệ giữa các pha của hô hấp Câu 25: Hô hấp của thực vật diễn ra ở loại bào quan nào? Hãy trình bày tóm tắt các giai đoạn của quá trình hô hấp có tạo ra ATP? Hướng dẫn trá lời: - Hô hấp ở thực vật có hai loại là hô hấp tạo ATP diễn ra ở bào quan ty thể và hô hấp sáng (không tạo ATP) diễn ra ở lục lạp, peroxyxom và ty thể. - Hô hấp tạo ATP là quá trình hô hấp diễn ra thường xuyên trong tế bào thực vật, quá trình này có 3 giai đoạn chính: Giai đoan đường phân: Xảy ra ở tế bào chất lGlucoza + 2NAD+ + 2ADP + 2Pi -> 2axit piruvic + 2ATP + 2NADH. (C6Hi20 6 + 2NAD1 + 2ADP + 2Pi -ỳ 2 C3H4O3 + 2ATP + 2NADH). Giai đoan chu trình Krebs: (khi môi trường nội bào có oxy). Chu trình Krebs diễn ra ở chất nền ty thể. Bản chất của chu trình Krebs là một hệ thống các phản ứng thuỷ phân và oxy hoá nguyên liệu đầu tiên là axit pyruvic đổ hình thành nên sản phẩm cuối cùng là CO2 , ATP, NADH, FADH2 . Chu trình Krebs trải qua nhiều phản ứng nên tạo ra nhiều sản phẩm trung gian, mỗi sản phẩm trung gian là nguyên liộu đổ tế bào sử dụng tổng hợp các chất cho tế bào. Phương trình lổng quát của chu trình Krebs: 2axit Pyruvic + 8 NAD+ + 2FAD+ + 2ADP + 2Pi + 6H20 -» 6CO2 + 2ATP + 8NADH + 2FADH2. * Neu môi trường nội bào không có oxy thì chu trình Krebs không diễn ra màdiễn ra quá trình lên men tạo ra rượu etiỉic hoặc axit lactic. Giai đoan chuỗi truyền e: Chuỗi truyền electron và quá trình photphorin hóa oxy hóa tạo ra ATP và H2O. Chuỗi truyền e diễn ra trên màng trong cửa ty thể, cần có sự tham gia của oxy phân tử. - Trong chuỗi truyền e, NADH và F A D H 2 là những chất cho điện tử (cho e). NADH phân li thành NAD+, H+và e. Điện tử (e) được cung cấp cho các chất nhận điện tử trên màng trong của ty thể. Điện tử sau khi đi qua các chất nhận trung gian thì sẽ được kết hợp với oxy, H+ để tạo ra H2O theo phương trình: H+ + e + O2 —> H2O. Vì vậy nếu không có oxy thì không có chất nhận e nên chuỗi truyền e sẽ không diễn ra. - Các chất nhận điện tử ở trên màng trong của ty thể là những protein xuyên màng, đồng thời là các bơm proton. Khi các bơm proton này nhận được điện tử thì nó sẽ lấy năng lượng từ điện tử để bơm H+ từ trong chất nền ty thể ra xoang gian màng (xoang giữa 2 màng của ty thể) để tạo thế năng H+. Các ion H+ sẽ khuếch tán qua kênh ATPaza (Kênh ATPaza là một loại protein xuyên màng nằm trên màng trong của ty thể, kênh này là một loại enzym tổng hợp ATP) để tổng hợp ftỴP cho phương trình ADP + Pi —► ATP. 44 Câu 26: Quá trình hô hấp nội bào diễn ra theo 3 giai đoạn. Hãy cho biết: a. Nơi diễn ra, nguyên liệu đầu tiên, sản phẩm cuối cùng của mỗi giai đoạn. b. Mối quan hệ giữa giai đoạn chu trình Krebs với giai đoạn chuỗi truyền e. Hướng dẫn trả lời: a. Gỉaỉ đoạn Noi diễn ra Nguyên liệu Sản phẩm Đường phân Te bào chất glucozơ, NAD'\ ADP, Pi Chu trình Krebs Chất nền ty thể axetylCoenzymA, NAD4, FAD\ ADP, Pi, h 2o axit pyruvic, ATP, NADH. ATP, NADH, FADII2 , C 02. Chuỗi truyền c Trên màng trong của ty thể NADH, FADH2 , 0 2, ADP, Pi NAD , FAD\ ATP, h 2o. b. Môi quan hệ giữa giai đoạn chu trình Krebs với giai đoạn chuôi truyền e. Nhìn vào nguyên liệu và sản phẩm của mồi giai đoạn ta biết được ngay mối quan hộ giữa hai giai đoạn này. Giai đoạn chuỗi truyền e sử dụng NADH và FADII2 do chu trình Krebs tạo ra. Giai đoạn chu trình Krebs sử dụng NAD+ và FAD* do chuỗi truyền e tạo ra. Như vậy, hai giai đoạn này có quan hệ tương tự như mối quan hệ giữa hai pha của quang hợp. Điều này giải thích vì sao chu trình Krebs không sử dụng oxy nhưng nếu không có oxy thì không diễn ra chu trình Krebs. Câu 27: a. ỉ lãy viết phương trình tổng quát của quá trình hô hấp. Nêu vai trò của hô hấp đổi với tế bào. b. Vì sao nói nước vừa là nguyên liệu, vừa là sản phâm của quá trình hô hâp? Hwp'ng dẫn trả lời: a. Hô hấp - Phương trình tổng quát của hô hấp: C6H120 6 + 60 2 + 6 H2O -> 6 CO2 + I2 H2O + Q (38ATP và nhiệt) - Vai trò của hô bấp đối với tế bào: Nhìn vào phương trình có thể xác định được vai trò của hô hấp, đó là: + Hô hấp tạo ra năng lượng ATP để cung cấp cho các hoạt động sống của tế bào như hoạt động vận chuyển chủ -động các chất qua màng tế bào, hoạt động tổng hợp protein, + Mô hấp tạo ra nhiệt làm ấm cơ thể, giúp cơ thổ duy trì thân nhiệt. Ngoài ra, trong quá trình hô hấp ở giai đoạn đường phân và chu trình Krebs tạo ra nhiều sản phẩm trung gian. Các sản phẩm trung gian này được tế bào sử dụng làm nguyên liệu cho quá trình tổng họp các chất của tế bào. 45 b. Nước vừa là nguyên liệu, vừa lù sản phâm của quá trình hô hấp là vì: - Nước tham gia vào các phản ứng thuỷ phân và các phản ứng oxy hóa trong chu trình Krebs. Ở chu trình Krebs, nước là nguyên liệu tham gia vào quá trình phân giải axetylcoenzymA thành sản' phẩm cuối cùng là CƠ2 . - Trong chuỗi truyền điện tử, nước được tạo ra theo phương trình: i r + e » 0 2 -> ỉ ỉ 20 . Do vậy nước vừa là nguyên liệu, vừa là sản phẩm của quá trình hô hấp. Câu 28: a. Có ý kiến cho rằng: "Hô hấp sáng gắn liền với nhóm thực vật C3”. Điều này đúng hay sai? Giải thích. b. Biểu đồ dưới đây biểu diễn quá trình hô hấp của 1 cây trong điều kiện bình thường. Hãy chọn đường cong thích hợp biểu thị cho các giai đoạn hô hấp trong đời sống của cây. Giải thích tại sao? ứng dụng trong việc bảo quản các sản phẩm nông nghiệp như thế nào? aV Ị •C 0•D CT> c1o Cây tâng trưởng Chốt Hướng dẫn trả lời: a. Nói hô hấp sáng gắn liền với thực vạ í C3 là đúng. Bởi vì: - Chỉ có thực vật C3 mới có hô hấp sáng. Không phát hiện thấy hô hấp sáng ở thực vật C4 và thực vật CAM. - Khi sống trong điều kiện ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao thì tất cả các nhóm thực vật đều có khí khổng đóng. Khi đóng khí khổng thì CO2 không khuếch tán vào dịch bào của lá. Ở thực vật C4 và CAM do có cơ chế dự trữ CO3 theo chu trình C4 nên khi khí khổng đóng vẫn có CO2 cho quang hợp. Còn ở thực vật C3, khi khí khổng đóng làm cho CO2 không đi vào lá thì trong dịch bào của lá không có CO2 để cung cấp cho quang hợp. Khi đó sẽ xảy ra hô hấp sáng ỉàm tiêu tốn các sản phâm quang hợp mà không tạo được năng lượng ATP. - Cơ chế của hô hấp sáng là do: Khi ở trong gian bào có nồng độ O2 cao, CO2 thấp sẽ kích thích hoạt động của enzym RƯBĨSCO theo hướng oxy hóa (hoạt tính oxydaza), làm oxy hóa Ril,5DP (C5) thành APG (C3) và axit glycolic (C2). Axit glycolic chính là nguycn liệu của quá trình hô hấp sáng. b. Trong 3 đường cong ở đồ thị thì đường cong c là đường cong thích hợp để biểu thị cho các giai đoạn hô hấp trong, đời-sống của cây vì: Giai đoạn hạt đang nẩy mầm và giai đoạn cây ra hoa trái là giai đoạn hô hấp mạnh trong đời' sống của cây, do đó tại vị trí này đường cong biểu diễn tăng. 46 - ứng dụng trong bảo quản hạt giống, hoa quả: Quá trình hô hấp mạnh của các sản phẩm như hoa quả, củ hạt, lúc bảo quản lại gây tỏa nhiệt mạnh làm tiêu hao nhanh chất hữu cơ, nên làm giảm chất lượng sản phẩm. Do đó, cần làm hạn chế hô hấp bằng cách hạ nhiệt độ, tăng lượrig khí CO2, khí nitơ, làm giảm độ thông thoáng và độ ẩm... là điều kiện cần thiết. Câu 29: a. Trong hô hấp ở thực vật, ATP được tạo ra theo những con đường nào? ATP được sử dụng trong những quá trình sinh lí nào ở cây? b. Giải thích tại sao hô hấp sáng ở thực vật lại làm giảm hiệu quả quang hợp? Hướng dãn trả lời: a. A TP được tạo ra theo 2 con đường - ATP được hình thành do sự kết hợp ADP và gốc photphat (P vô cơ). Có 2 con đường tạo ATP trong hô hấp ở thực vật là con đường photphorin hóa ở mức cơ chất (ở mức nguyên liệu) và con đường photphorin hóa mức coenzym (NADH và FADH2 được photphoryl hoá thông qua chuỗi truyền c ở trcn màng ty thế). - Trong 38 ATP thu được trong hô hấp hiếu khí thì có 4 ATP được hình thành ở mức cơ chất và 34 ATP ở mức độ coenzym. + Photphoryl hoá ở mức cơ chất xảy ra ở giai đoạn đường phân và giai đoạn chu trình Krebs. Ở giai đoạn đường phân tạo ra 2 ATP, ở giai đoạn chu trình Krebs tạo ra 2 ATP. + Photphoryl hoá ở mức coenzym xảy ra ở giai đoạn chuỗi truyền điện tử. Ket quả của giai đoạn đường phân và chu trình Krebs tạo ra được 10NADH và 2 FADH2 . Qua chuỗi truyền c, mỗi phân tử coenzym NADH sẽ hình thành được 3ATP, mỗi phân tử cocnzym PADỈỈ2 sẽ hình thành được 2ATP. Như vậy tổng sổ ATP được hình thành ở giai đoạn chuỗi truyền e là 10x3 + 2x2 = 34ATP. - ATP là đồng tiền năng lượng của tế bào. Tất cả mọi hoạt động của tế bào và cơ thể đều dùng năng lượng ATP gồm các quá trình sinh lí ở cây như quá trình phân chia tê bào, hút nước, hút khoáng, sinh trưởng, phát triên, sinh sản,... b. Hô hấp sáng ở thực vật làm giàm hiệu qua quang hợp là do: - Hô hấp sáng xảy ra ở thực vật C3 khi nồng độ O2 cao, CO2 thấp. Quá trình hô hấp sáng làm giảm hiệu quả quang hợp là do làm giảm 50% lượng APG. - Khi nồng độ CO2 thấp và nồng độ O2 cao thì enzym RUBISCO sẽ có hoạt tính oxy hoá, biến đồi Ril,5DP (có 5 nguyên tử C) thành 1 APG và axit glicolic. Sau đó O2 kết hợp với axit glicolic và diễn ra hô hấp sáng. Trong điều kiện quang hợp bình thường thì 1 phân tử Ril,5DP kết hợp với 1 phân tử CO2 sẽ tạo ra 2 APG, sau đó APG được biến thành ALPG và từ ALPG sẽ hình thành nên glucozơ và các sản phẩm khác. Khi có hô hấp sáng thì từ 1 phân tử Ril,5DP chỉ hình thành được 1APG cho nên làm giảm 50% sản phẩm quang hợp. - Tuy nhiên, quá trình hô hấp sáng không tạo ra ATP nhưng lại tạo r-° 2 loại axit amin là glixin và sêrin cung cấp cho quá trình tổng hợp protein của tế bào. 47 VI. Các câu hỏi về mối quan hệ giữa các quá trình trao đổi chất Câu 30: Trong cơ thể thực vật, để có thể hình thành các hợp ehất chứa nitơ và các hợp chất thứ cấp khác cần có sự tham gia của các quá trình sinh lý nào? Hướng dẫn giải: Cơ thể thực vật không chỉ cần glucozơ mà cần rất nhiều các hợp chất khác như axit amin, nucleotit,... Vì vậy, để tổng hợp được các chất này cần có các quá trình sinh lí sau: - Quá trình quang họp: Quang hợp tạo ra glucozơ, glucozơ là nguyên liệu của hô hấp để cung cấp năng lượng cho các phản ứng đồng hóa các sản phẩm hữu cơ. Mặt khác trong pha tối của quang hợp tạo ra nhiều sản phẩm trung gian, các sản phẩm trung gian này là nguyên liệu để tế bào sử dụng tổng hợp các hợp chất cần thiết. Ví dụ APG là một sản phẩm trung gian được tạo ra trong chu trình Canvin. APG được sử dụng để tổng hợp axit amin alanin,.. - Quá trình hô hấp: IIÔ hấp chuyển hoá năng lượng có trong chất hữu cơ thành năng hrợng.ATP để cung cấp năng lượng cho quá trình tổng hợp các axit hữu cơ, các axit amin, các nucleotit. Mặt khác hô hấp tạo ra sản phẩm trung gian là nguyên liệu để tổng hợp chất hữu cơ. Người ta ví hô hấp là hoạt động sinh lí trung tâm của quá trình trao đổi chất trong tế bào vì hô hấp tạo ra các sản phấm trung gian để tế bào tổng hợp mới các chất. - Quá trình trao đổi khoáng, nưóc: Hấp thụ ion khoáng, NH4 4, NO3’,... là nguồn nguyên liệu đc tổng hợp protein và các sản phẩm thứ cấp khác. Câu 31: Vì sao người nông dân lại trồng lạc để cải tạo đất? Hường dẫn trả lời: Trồng lạc để cải íạo đất v ì:. - 1 'rong rễ lạc có vi khuẩn cố định đạm cộng sinh, vi khuẩn này có nitrozenaza phá vỡ được liên kết 3 bền vững của phân tử nitơ. - Phương trình đồng hoá N2 thành NI Ỉ3 : 2H 2H 2H N=N -^ -*-N H = N H — N H 2 -.NH2- ^ 2NH, - NH3 do vi khuẩn tổng hợp ra được vi khuẩn và cây lạc sử dụng. Đồng thời do vi khuẩn hoạt động lổng hợp dư NH3 nên một lượng đạm khá lớn được giải phóng vào đất làm tăng độ phì nhiêu của đất. - Thân, lá, rễ lạc sau khi thu hoạch, được dùng làm phân xanh để tăng mùn cho đất và làm cho đất tơi xốp. Câu 32: Giải thích các hiện.tượng sau: a. Khi chu trình Krebs ngừng hoạt động thì cây bị ngộ độc bởi NH3 . b. Sau một thời gian dài mưa nhiều người ta thấy các lá già ở câỷ lạc biến thành màu vàng. 48 Hưởng dần trả lời: ạ Khi chu trình Krebs ngừng hoạt động thì cây bị ngộ độc NH3 vì: Cây hút NH3 để tổng hợp axit amin theo phương trình: NH3 + axit xêto -> axit amin. Các axit xêto được tạo ra từ chu trình Krebs và giai đoạn đường phân của hô hấp tế bào. Vì vậy khi chu trình Krebs ngừng hoạt động sẽ không có axit hữu cơ để nhận NH3 thành các axit amin, do đó tế bào sẽ tích lũy quá nhiều NH3 , gây độc. b. Sau một thời gian dài mưa nhiều người ta thấy các lá già ở cây lạc biếnthành màu vàng, đây là triệu chứng thiếu nitrogen (sự hóa vàng của lá già) vì: + Cây lạc có khả năng cố định N khí quyển, trong rễ cây có nhiều vi khuẩn Rhizobium. Rhizobium là vi khuẩn sống hiếu khí vì vậy cần phải đất thoáng khí. Mặt khác khi đất thiếu khí thì rễ không phát triển được ncn không hình thành nốt sần cho vi khuẩn. + Lượng mưa bão hòa làm cạn kiệt oxy làm cho cây không tổng họp được nốt sần dẫn đến không chuyển được NO3" thành NH4+ nên cây thiếu N -> lá vàng + Mặt khác, trời mưa nhiều làm rửa trôi NO3' khỏi đất do keo đất tích điện âm, chúng kết hợp chặt với các ion dương. Câu 33: Vì sao nếu không được cung cấp đầy đủ các nguyên tố vi lượng thì sẽ làm giảm năng suất cây trồng? Hướng dẫn trả lời: Thiếu nguyên tố vi lượng làm cho năng suất cây trồng bị giảm vì: - Các nguyên tố vi lượng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc enzym và hoạt hoá các enzym. Các enzym làm nhiệm vụ xúc tác cho các phản ứng trong các quá trình trao đổi chất, vì vậy nếu thiếu nguyên tố vi lượng thì các phản ứng diễn ra yếu ỉàm giảm quá trình trao đổi chất của cây, cây sinh trưởng phát triển chậm nên năng suất giảm. - Mỗi loại nguyên tố vi lượng làm nhiệm vụ hoạt hoá cho một số loại enzym nhất định. Ví dụ nguyên tố Mn là thành phần của enzym xúc tác chuyển hoá nitơ, phân giải nguyên liệu trong hô hấp, tham gia phản ứng quang hợp. Nguyên tố Zn tham gia tảng hợp triptophan là tiền chất của IAA (IAA là một loại auxin). Nguyên tố Mo tham gia trong quá trình trao đổi nitơ. Câu 34: Dựa vào đặc điểm hô hấp ở thực vật, hãy nêu cơ sở khoa học của các phương pháp bảo quản nông sản: bảo quản lạnh, bảo quản khô và bảo quản ở nồng độ CO2 cao. Hướng dẫn trả lời: - Mục đích của bảo quản nông sản là giữ nông sản ít thay đổi về số lượng và chất lượng. Tuy nhiên quá trình hô hấp của tế bào sẽ làm tiêu hao các phân tử hữu cơ được tích luỹ trong nông sản nên sẽ làm giảm chất lượng và số lượng của nông sản. Vì vậy, để bảo quản nông sản thì phải khống chế hô hấp của nông sản ở mức tối thiểu. 49 - Cường độ hô hấp tăng hoặc giảm phụ thuộc vào nhiệt độ, độ ẩm và nồng độ CO2 có trong môi trường. - Trong điều kiện nhiệt độ thấp (bảo quản lạnh) thì cường độ hô hấp ở mức thấp. Nguyên nhân là vì khi nhiệt độ thấp thì độ nhớt của tế bào chất tăng lên, khi nhiệt độ thấp thì hoạt động của enzym giảm hoặc bị bất hoạt nên cường độ hô hấp giảm mạnh. - T'rong điều kiện nông sản khô (bảo quản khô) thì hàm lượng nứơc có trong tế bào ở mức thấp gây co nguyên sinh tế bào chất nên hoạt động trao đổi chất của tế bào giảm mạnh làm giảm cường độ hô hấp. - Trong điều kiện nồng độ CO2 cao thì sẽ ức chế hô hấp nên cường độ hô hấp thực vật sẽ hạn chế ở mức tối thiểu nên thời gian bảo quản được kéo dài. VỈL Các bài ỉập về sức hút nước của tế bào Bàẫ 1: Một dung dịch đường glucozơ có nồng độ 0,0 IM. Hãy xác định áp suất thẩm thấu của dung dịch biết nhiệt độ của dung dịch là 25°c. Hướng dần giải; -• Áp suất thẩm thấu của dung dịch được tính theo công thức Vanhôp Ptt = R.T.C.i Trong đỏ: R là hằng số khí = 0,082. T là nhiệt độ K = 273 + độ c. c là nồng độ chất tan tính theo mol/lít i = 1 + a(n-l). Trong đó a là hệ số phân li, n là số ion khi phân tử phân li. - Đối với các chất hữu cơ như các loại đường thì không phân li thành ion nên i luôn=l. Áp dụng công thức ta có Ptt = 0,082 X (273 + 25) X 0,01 X 1 = 0,082 X 297 X 0,01 = 0,24354 (atm). Bài 2: Một dung dịch chứa glucozơ và saccarozơ với nông độ lân lượt là 0,02M và 0,03M. Hãy xác định áp suất thẩm thấu của dung dịch biết nhiệt độ của dung dịch là 27°c. Hưởng dẫn giải: Dung dịch này có 2 loại chất tan là glucozơ v.à saccarozơ. Hai loại chất tan này không điện li nên ị = 1. —> pu = R.T.C Trong đỏ: R là hằng số khí = 0,082. T là nhiệt độ K = 273 + độ c . c là nồng độ chất tan tính theo mol/lít. - Áp suất thẩm thấu do glucozơ gây ra = 0,082 X (273 + 27) X 0,02 = 0,492 (atm) - Áp suất thẩm thấu do sacarozơ gây ra = 0 }082 X (273 +- 27) X 0,03 = 0,738 (aim) 50 - Áp suất thẩm thấu của dung dịch bằng tổng áp. suất thẩm thấu do các chất tan trong dung dịch gây ra - 0,492 + 0,738 = 1,23 (atm). Bàỉ 3: Một đung dịch chứa glucozơ và NaCl với nồng độ lần lượt là 0,02M và 0,0IM; Hãy xác định áp suất thẩm thấu của dung dịch biết nhiệt độ của dung dịch là 27°c. Hướng dẫn giảỉ: - Chất tan NaCl khi tan trong dung dịch thì điện li hoàn toàn thành Na+ và c r nên có hệ số i = 1 + 1 (2 - 1 ) = 2 . - Áp suất thẩm thấu do chất tan NaCl gây ra = 0,082 X (273 + 27) X 0,01 X 2 -0 ,4 9 2 (atm) - Áp suất thẩm thầu dọ glucozơ gây ra = 0,082 X (273 + 27) X 0,02 = 0,492 (atm) - Áp suất thẩm thấu của dung dịch = 0,492 + 0,492 = 0,984 (atm) Bài 4: Đưa mội mô thực vật vào trong dung dịch đường glucozơ nồng độ 0,05M ở nhiệt độ 25°c thì thắy rằng khối lượng và thê tích của mô thực vật này không thay đổỉ. Hãy xác định áp suất thẩm thấu của cảc tế bào trong mô thực vật này. Hirởng dẫn giải: - Áp suất thẩm thấu của dung dịch này = 0,082 X (273 + 25) X 0,05 = 1,2177 (atm) - Khi bỏ mô thực vật này vào dung dịch nói trên thì thấy rằng khối lượng và thể tích của mô thực vật này không thay đổi. Điều này ehứng tỏ dung dịch này là môi trường đẳng trương với mô thực vật -ỳ Áp suất thẩm thấu của dung dịch bằng áp suất thẩm thấu của tế bào. Vậy tế bào trong mô thực vật này có áp suất thâm thấu = 1,2177 aim. Bài 5: Kí hiệu: p là áp suất thẩm thấu của tế bào T là sức căng trương nước của tế bào s là sức hút nước của tế bào Tính sức hút nước của tế bào trong cảc trường hợp. sau: a. Te bào bão hòa nước. b. Te bào ở trạng thái thiếu nước. c. Khi xảy ra hiện tượng xitoriz. Từ đó rút ra ý nghĩa của sức hút nước s và sức trương nước T. Huớng dẫn giải: a. Khi tế bào bão hỏa nước thì p = T mà s = p - T '=> s = o b. Khi tế bào trạng thái thiếu nước thì p > T, s = p - T ta có: o < s < p c. Khi xảy ra hịện tượng xitoriz thì T mang giá trị âm. Khi tha)' vàọ công thức: s = p - T, ta có: s = p - (-T) = p + T có: s > p 51 * Ý nghĩa của S: s biểu thị tình trạng thiếu nước trong tế bào do đó có ý nghĩa lớn trong việc sử dụng chỉ tiêu này để xây dựng chế độ tưới nước cho cây. * Ý nghĩa của T : Sức trương nước T xuất hiện để chống lại sự trương lên của tế bào. Vì vậy khi tế bào hút nước thì T tăng dần và khi tế bào đạt no nước cực đại thì T = p. Khi đó mặc dù vẫn còn chênh lệch áp suất thẩm thấu của.tế bào vẫn đang lớn hơn áp suất thẩm thấu của dung dịch nhưng tế bào ngừng hút nước. Sự ngừng hút nước giúp bảo vệ tế bào không bị vỡ ra. Chú ý: Miện tượng xitoriz là hiện tượng xảy ra khi tế bào mất nước không phải do thẩm thấu mà do bay hơi trong môi trường không khí khô, lúc đó tế bào mất nước rất nhanh, thể tích của cả tế bào giảm đi do đó tế bào nhăn nheo lại. Chất nguyên sinh trong trường hợp này không tách khỏi thành tế bào. Bài 6 : Một mô thực vật gồm các tế bào giống nhau và có áp suất thẩm thầu (P) = 2,1 atm; sức trương nước (T) = 0,8atm. Người ta ngâm mô này trong dung dịch sacarozơ nồng độ 0,07M ở nhiệt độ 25°c trong thời gian 30 phút. Hãy dự đoán sự thay đổi về khối lượng của mô thực vật này. Giải thích vì sao lại thay đổi như vậy? Hưởng dẫn giải: - Áp suất thẩm thấu của dung dịch = 0,082 X (273 + 25) X 0,07 = 1,7 (atm). - Các tế bào trong mô thực vật này có sức hút nước là s = p - T = 2,1 - 0,8 = 1,3 (atm) - Như vậy, sức hút nước của tế bào bé hơn áp suất thẩm thấu của dung dịch -> Nước sẽ thẩm thấu từ tế bào ra dung dịch. Khi nước đi ra khỏi tế bào thì T giảm dần và cho đến khi T = 0,4 atm thì sức hút nước của tế bào s = 2,1 - 0,4 = l,7atm. Khi đó tế bào không hút nước và không mất nước. - Như vậy, ở mô thực vật nói trên, tế bào có mất một phần nước nên khối lượng của mô có giảm. Tuy nhiên sự mất nước này không đến mức để gây co nguyên sinh. Bài 7: Một tế bào thực vật có;Vập suất thẩm thấu là 4,0 atm. Thả tế bào này vào dung'dịch chứa NaCl 0,01 M; CaSƠ4 0,02M; CaCỈ2 0,03M. Sau 30 phút, hãy xác định sức trương nước T của tế bào. Biết nhiệt độ phỏng thí nghiệm là 25°c. Hướng dẫn giải: - Chất tan NaCl có hệ số i= 2; Chất tan CaSƠ4 có i= 2; Chất tan CaCỈ2 có i= 3. - Áp suất thẩm thấu do NaCl gây ra = 0,082 X (273 + 25) X 0,01 X 2 = 0,487. - Áp suất thẩm thấu do CaSƠ4 gây ra = 0,082 X (273 + 25) X 0,02 X 2 = 0,974. - Áp suất thẩm thấu do CaCh gây ra = 0,082 X (273 + 25) X 0,03 X 3 =2,191. - Áp suất thẩm thấu của dung dịch này = 0,487 + 0,974 + 2,191 = 3,652atm. - Sau 30 phút đặt tế bào thực vật vào dung dịch thì giữa tế bào và dung dịch thiết lập được trạng thái cân bằng nước. Khi đó sức hút nước của tế bào cân bằng với áp suất thẩm thấu của dung dịch Khi đó s = Ptb - Ttb = Pdd T = Pdd - Ptb = 4,0 - 3,652 = 0,348(atm) Vậy T = 0,348 atm. Bài 8 : Một cây sống bình thường ở ven biển có áp suất thẩm thấu của đất ngập mặn là 3atm. a. Cây này phải duy trì nồng độ dịch tế bào của lông hút tối thiểu là bao nhiêu để sống được trong mùa hè (nhiệt độ trung bình là 35°C), trong mùa đông (nhiệt độ trung bình là 17°C). b. Các cây sống ở vùng đất ngập mặn ven biển hấp thụ nước bằng cách nào? c. Cho 3 tế bào sống cùng loại vào: nước cất (A), dung dịch KOH nhược trương (B), dung dịch Ca(OH)2 nhược trương (C) cùng nồng độ với dung dịch KOH. Sau một thời gian cho cả 3 tế bào vào dung dịch saccarôzơ ưu trương. Hãy cho biết tế bào nào mất nước nhiều nhất, tế bào nào mất nước ít nhât sau khi cho vào dung dịch saccarozơ? Giải thích. Hưởng dẫn giải: a. Dựa vào công thức p= RTC, với p =3atm, thì cây phải duy trì p của tế bào lông hút > 3 atm. => RTC > 3 atm, và c > 3/RT. Thay R= 0,082, T= 273 + t°c. Nhiệt độ mùa hè = 35°c, mùa đông = 17°c, sẽ tính được nồng độ tế bào lông hút (C). Cụ thể: c mùa hè > 0,12, c mùa đông >0,13 b. Các cây ven biển hấp thụ nước bằng tập Irun&các ion khoáng và các chất tan khác tạo áp suất thẩm thấu caơ ở dịch tế bàó lông hút. Ngoài ra những cây này có thể hấp thụ thêm nước ngọt vào ban đêm qua hệ rễ khí sinh c. Trường hợp (A) mất nước nhiều nhất, trường hợp (C) mất nước ít nhất. Vĩ: (A) là nước cất nên cho tế bào vào sẽ hút nước nhiều nhất, khi cho vào dung dịch ưu trương sẽ mất nước nhiều nhất (B) và (C) cùng nồng độ nhưng Ca(OH)2 phân li thành nhiều ion hơn KOH vì vậy số phân tử nước tự do ở (B) ríhịều hơn (C) nên cho tế bào vào (B) thì tế bào sẽ hút nước nhiều hơn cho vào (C). Khi cho vào dung dịch ưu trương thì (C) mất nước ít nhất. Bài 9: Một cây sống ở vùng ven biển có áp suất thẩm thấu của đất mặn là 3atm. Đê sống được bình thường, cây này phải.duy trì nồng độ muối tối thiểu của dịch tế bào rễ bàng bao nhiêu trong điều kiện nhiệt độ mùa hè 35°c và múa đong 15°c? Hướng dẫn giải: Đê cây hút được nước thì áp suất thẩm thấu của cây phải lớn hơn áp suất thẩm thấu của đất. a. Vào mùa hè: Pi = R.T .C > 3atm => C] > —RTị 53 Thay R = 0,082 và T| = 273 + 35 = 308 Ta có Cl > = ------- 3 • — - — =0,118 mol/lit RT, 0,082.308 25,256 Vậy C| > 0,118M b. Vào mùa đông ? 2 = R.T2 .C2 > 3atm => C2 >RT. Thay R = 0,082 và T2 = 273 + 15 = 288 Ta có c 2 > —3— = ------------ = — — = 0,123 mol/lit RT2 0,082.298 24,436 Vậy C2>0,123M Bài 10. Theo dõi sự trao đổi khí của 2 thực vật A và B trong bình thủy tinh kín được cung cấp đủ các điều kiện sống, người ta g Dối tượng Lượng CO2 giảm khi được chiếu sáng li nhận được số liệu dưới đây: Lượng CO2 tăng khi không có ánh sáng Thưc vât A 13,85 mg/dm2/giờ 1,53 mg/dm2/giờ Thực vật B 18 mg/dm2/giờ 1,8 mg/dm2/giờ Tính số gam nước mà mỗi ửiực vật nói trên đã quang phân li trong suốt 6 giờ chiếu sáng. Hưởng dẫn giảỉ:■ a. Cường độ quang hợp thực của thực vật A: 13,85 + 1,53 = 15,38 mg/dm2/giờ. - Phương trình quang hợp: 6 CO2 + Ỉ 2 H2O —> C6ỈI 12O6 + 6 O2 + 6 H2O. 1c 38 - Trong 1 giờ, số mol CO2 được đồng hóa là: ——— — 5 5 1000.44 t 15 38 - Trong 1 giờ, số mol nước được quang phân li là - — — X 2 1000.44 - Số gam nước mà thực vật A đã quang phân li trong suốt 6 giờ chiếu sáng là 1 C *50 - - -- X 2 X 18 = 0,0126 1000.44 b. Cường độ quang hợp thực của thực vật B: 18 + 1,8 = 19,8 mg/dm2/giờ ' 19 8 - Trong 1 giờ, sô mol CO2 được đông hóa là: -- — • 1000.44 19 8 rrong 1 giờ, sô mol nước được quang phân li là - . 2 1000.44 Số gam nước mà thực vật A đã quang phân li trong suốt 6 giờ chiếu sáng là 19 8 - -- X 2 X 18 = 0,0162.. 1000.44 54 VIII. Các bài tập về quang hợp và hô hấp ở ỉhực vật Bài 11: Ở quang hợp của thực vật C3 , để tổng hợp được 1 mol glucozơ thì cần ít nhất bao nhiêu mol photon ánh sáng? Cho rằng một chu kì photphoryl hoá vòng tạo ra được 2ATP. Hướng dẫn giải: Ở quang hợp của thực vật C3 , để tổng hợp được 1 phân tử glucozơ thì cần 12 phân tử NADPH và 18 mol phân tử ATP. Vì: Phương trình pha tối (chu trình Canvin) có 3 giai đoạn là giai đoạn cacboxyỉ hoá (gắn CO2 với Ril,5diP để tạo APG); Giai đoạn khử (biến APG thành A1PG); Giai đoạn tái tạo chất nhận (biến A1PG thành R ilv5diP). Ở giai đoạn cacboxyl hoá không sử đụng năng lượng ATP và NADPH. Ở giai đoạn khử, sử dụng 12ATP và 12NADPHL Ở giai đoạn tái tạo chất nhận sử dụng 6 ATP. - Ở photphoril hoá không vòng, để tồng hợp 12NADPH và 12ATP thì cần ỉ 2 chu kì và mỗi chu kì cần 4 photon nên tổng số là 48 photon ánh sáng. Ở photphoril hoá vòng, mỗi chu kì cần 2 photon và tạo ra được 2ATP nên để tổng hợp 6 ATP thì cần 6 photon ánh sáng, l ong so photon ánh sáng cần dùng để tổng hợp 1 phân tử glucozơ là 6 + 48 = 54. Như vậy, ở thực vật C3 tổng số moỉ photon ánh sáng cần dùng để tổng hợp 1 mol gỉucozơ ỉà 54 moỉ. Bài 12: Ở quang họp của thực vật C4 , để tổng hợp được 720g glucozơ thì cần ít nhất bao nhiêu mol photon ánh sáng? .Cho rằng một chu kì photphoryl hoá vòng tạo ra được 2ATP. Hướng dân giải: Ở quang hợp của thực vật C4 , để tổng họp được 1 phân íử glucozơ thì cần 12 phân tử NADPH và 24 mol phân tư ATP. Vì: Phương trình pha tối (chu trình Canvin) có 3 giai đoạn là giai đoạn cacboxyl hoá (gắn CO2 với Ril,5diP để tạo APG); Giai đoạn khử (biến APG thành A.1PG); Giai đoạn tái tạo chất nhận (biến A1PG thành Ril,5diP). Ờ giai đoạn cacboxyl hoá không sử dụng năng lượng ATP và NADPH. Ở giai đoạn khử, sử dụng 12ATP và 12NADPH. Ở giai đoạn tái tạo chất nhận sử dụng 6 ATP. Ở thực vật C4 , còn có giai đoạn cố định CO2 tạm thời, giai đoạn này can 6 ATP Nên tổng số ATP để tạo ra 1 phân tử glucozơ là 24 phân tử. - Ở photphoril hoá không vòng, để tổng họp 12 NADPH và 12ATP thì cần 12 chu kì và mỗi chu kì cần 4 photon nên tổng số là 48 photon ánh sáng. Ở photphoril hoá vòng, mỗi chu kì cần 2 photon và tạo ra được 2ATP nên đê tổng 55 hợp 12ATP thì cần 12 photon ánh sáng. Tổng số photon ánh sáng cần dùng để tổng hợp 1 phân tử glucozơ là 12 + 48 = 60. 720g glucozơ tương ứng với 4 mol nên để tổng hợp được 720g glucozơ thì cần phải sử dụng số mol photon ánh sáng là 60 X 4 = 240 mol. Mỗi mol có số lượng phân tử là 6,023.1023 nên trong 240 mol có số phân tử photon ánh sáng là: 240 X 6,023.1023 = 1445,52.1023 (photon). Bài 13: Hãy tính hiệu suất tối đa của chuyển hoá năng lượng trong quang hợp. Biết lmol ánh sáng có năng lượng trung bình 45Kcal, lmol glưcozơ cỏ năng lượng 674Kcal và 1 chu kì photphoryl hóa vòng tạo ra được 2ATP. Hướng dẫn giải: - Dựa vào pha tối quang hợp ta có phương trình pha tối 12NADPH + 18ATP + 6C 02 -> C6H,206 + 12NADP* + 18ADP + 6H2 0. Như vậy để tổng hợp được lmol glucozơ cần 12mol NADPH và 18mol ATP. - Một chu kì photphoryl hoá không vòng tạo ra được 1NADPH và 1ATP; một chu kì photphoryl hoá vòng tạo ra được 2ATP. Như vậy để tạo ra được 12NADPH và 18ATP thì cần phải có 12 chu kì photphoryl hoá không vòng và 3 chu kì photphoryl hoá vòng. - Số photon ánh sáng đế thực hiện 12 chu kì không vòng = 12 X 4 = 48 photon. - So photon ánh sáng để thực hiện 3 chu kì không vòng = 3 x 2 = 6 photon. - Tổng số photon để tạo ra 12NADPH và 18ATP là 48 + 6 = 54. T T - _ á . ỉ 1 ' ~ 1 _ ______ _ _ 1___ _ 674 _ 674 _ ~ o n / - Hiệu suât chuyên hoa năng lượng trong quang hợp = — — = —— = 28%. Bài 14: Ở thực vật C3, để tổng hợp được 90g glucozơ thì cần phải quang phân li bao nhiêu gam nước. Biết rằng toàn bộ NADPH do pha sáng tạo ra chỉ được dùng cho pha tối để khử APG thành A1PG. Ịỉuởng dân giải: - Phương trình tông quát của quang hợp: 12H20 + 6 CO2 -> C6Hi20 6 + 6 O2 + 6 H2O. - Như vậy, để tổng họp được 1 mol glucozơ thì cần phải quang phân li 12 mol nước. 90 - 90g glucozơ có sô mọi là = —7^7 = 0,5 mol. 180 - Như vậy, để tổng hợp được 90g (0,5mol) glucozơ thì .cần phải quang phân li số gam nước là 0,5 X 12 X 18 = 108 (g) Bài 15: a. Hệ số hô hấp là gì? Có nhận xét gì về hệ số hô hấp của hạt cây họ lúa và hạt hướng dương trong quá trình nảy mầm? b. Tính năng lượng thu được trong các giai đoạn của quá trình hô hấp khi oxy hóa hết 18g glucozơ? 56 Huóng dẫn giải: a. - Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử oxy cây lấy vào khi hô hấp. - Trong quá trình nảy mầm của cây họ lúa, chất dự trữ chủ yếu là đường thì hệ số hô hấp gần bàng 1 . + Ở hạt cây hướng dương giàu chất béo, sự biến đổi của hệ số hô hấp phức tạp: ở giai đoạn đầu hộ số hồ hấp xấp xỉ bằng 1 do hạt sử dụng đưởng để hô hấp, sau đỏ hệ số hô hấp giảm xuống còn 0,3 - 0,4 do hạt sử dụng nguyên liệu là chất béo, tiếp theo đó hệ sổ hô hấp lại tăng lên gần bằng 1 do đường bát đầu dược tích lũy. b. Tính hệ số hô hấp 18g glucozơ ứng với 0,1 mol => có 0,1 X 6,023;1023 (phân tử) - Đường phân từ 1 phân tử glucozơ tạo ra 2 AT-P - Nếu không có oxy thì tư 1 glucozơ tạo 2ATP - Neu có oxy thì ở chu trình Krebs tạo ra 2 ATP - Chuỗi truyền electron tạo ra 34 ATP CHƯƠNG 2.CẢM ỨNG ở THỤC VẬT . KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU Cảm ứng nói chung là phản ứng của cơ thổ sinh vật đối với kích thích của môi trường. Cảm ứng ở thực vật có những điểm khác biệt nhất định so với cảm ứng ở động vật. Có thể chia cảm ứng ở thực vật thành hai kiểu khác nhau đó là: Hướng động và ứng động. 1. Hướng động Hướng động là hình thức phản ứng của một bộ phận của cây trước một tác nhân kích thích có tính định hướng. Khi cây vận động hướng về phía có tác nhân kích thích thì gọi là hướng dương, khi cây vận động tránh xa (quay ngược lại) phía có tác nhân kích thích thì gọi là hướng âm. về bản chất, sự uốn cong của các bộ phận của cây về phía có tác nhân (hay tránh xa phía có tác nhân) là do sự sinh trưởng không đều giữa hai phía của bộ phận. Sự sinh trưởng khôrig đều là do sự phân bổ không đều của auxin (hay hooc môn khác) ở hai phía gây ra bởi tác động của tác nhân kích thích. Dựa vào 'tác nhân gây ra hướng động, có the chia hướng động thành các kiêu: Hướng sáng, hướng trọng lire (hướng đất), hướng nước, hướng hóa, hướng tiếp xúc. 57 a. Hướng sảng Các bộ phận của cây như thân, lá có tính hướng sáng dương khi được chiêu sáng từ một phía. Thân và lá cây luôn uốn cong về phía có ánh sáng, một số thực vật có bề mặt lá luôn hướng vuông góc với ánh sáng mặt trời. Phản ứne uốn cong của cây do lác động của ánh sáng được điều tiết bởi một loại quang thụ thể là phototropin. Loại thụ thể này rất mẫn cảm với ánh sáng xanh lam và tím vì vậy, phản ứng hướng sáng của cây nhạy cảm với ánh sáng xanh lam và tím, đặc biệt là ánh sáng xanh ỉam (bước sóng 435nm). Ánh sáng Ánh sáng Ánh sáng Ánh sáng xanh tim xanh lục vàng, da cám đỏ Hình //. 1: Phản ứng uốn cong của các bao chồi mầm trước và sau khi được chiều sảng 90 phủi với các loại ảnh sáng khác nhau (Nguồn: Campbell, Reece) về cơ chế của tính hướng sảng, giả thuyết đang được công nhận nhiều nhất là giả thuyết về sự phân bố lại auxin do tác động của ánh sáng. Phía không được chiếu sáng (bị che tối) có hàm lượng auxin cao hơn phía được chiếu sáng, do đó phía bị che tối có tốc độ sinh tru;ởng nhanh hơn, gây ncn sự uốn cong thân cây. b' Hưởng trọng lục (hưởng đất) Rễ cây có tính hướng đất dương còn chồi ngọn có tính hướng đất âm. Nghĩa là rễ luôn sinh trưởng hướng về phía trung tâm trái đất còn chồi ngọn thì ngược lại. Các cây thân rễ (như cây gừng), cây thân bò (nlìir cây rau má) C.Ó thân ỉuôn tạo một góc vuôníĩ với hướrm của trọng lực gọi là hướng đất ngang. Các cành bên thường tạo một góc nhất định dối với thân, gọi là hướng đất nghiêng. v ề cơ chế gây ra tính hướng đất của cây, auxin được cho là đóng vai trò chủ yếu. Khi đặt rễ cây nằm ngang, rễ luôn được diều chỉnh để hướng xuống phía dưới. Nguyên nhân là do tác động của trọng lực dẫn đến sự phân bố không đều của auxin ở 2 phía của rễ, nồng độ auxin phía dưới cao hơn phía trên. Sự tăng nồng độ auxin ức. chế sự sinh trưởng của các tế bào phía dưới, gây ra sự sinh trưởng chậm hơn, dẫn đến rễ uốn cong xuống dưới. 58 (a) (b) Hình //. 2: Tỉnh hướng írọng lực của rễ: %ỉả thuyết về hạt thăng bằng (Nguồn: Campbell, Reece) (a) Trong vòng vài giờ, rễ nằm ngang uốn cong theo hướng trọng lực cho đến khi đinh sinh trưởng chúc xuống theo hướng thăng đứng. (b) Trong vòng vài phút sau khi rễ được đặt nằm ngang, các lạp thể được cho là hạt thăng bằng bắt đầu lẳng xuống phía thấp nhất của các tế bào chóp rễ. Điều đáng chú ý là auxin hòa tan trong nước do đó nó không chịu tác động của •trọng lực. Vậy, tác nhân nào làm cho nồng độ auxin ở phía dưới cao hơn ở phía trên? Thực ra, thực vật có thể cảm ứng được trọng lực là nhờ sự lắng xuống của các hạt thăng bằng trong các tế bào chuyên hóa gọi là tế bào thăng bằng. Hạt thăng bằng thực chất ỉà các lạp thể chứa nhiều hạt tinh bột bên trong. Dưới tác động của trọng lực, các hạt thăng bằng bị kẻo xuống mặt dưới của tế bào, gây ra sự vận chuyển chủ động ion canxi và auxin về phía dưới của rễ. Sự tích lũy của auxin ở phía dưới gây ra sự uốn cong của rễ như đã giải thích ở trên. Giả thuyết này được ủng hộ khi so sánh thời gian lắng xuống của các hạt thăng bằng với thời gian gây ra phản ứng hướng đất của cậy. Một số giả thuyết cho rằng cảm ứng với trọng lực của thực vật được thực hiện bởi toàn bộ tế bào. Rễ của thể đột biến của Arabidopsỉs không có hạt thăng bằng nhưng vẫn có tính hướng trọng lực mặc dù chậm hơn. Theo giả thuyết này, trọng lực đã tác động lực cơ học đối với các protein neo giữ chất nguyên sinh vào thành tế bào. Các protein phía trên bị kéo căng còn các protein phía dưới bị nén lại. Ngoài các hạt' thăng bằng, các bào quan khác cũng chịu tác động của trọng lực, thay đổi vị trí, gây biến dạng khung xương tế bào, gây nên phản ímg hướng đất. Sự có mặt của hạt thăng bằng làm tăng tính mẫn cảm với trọng lực hơn. Do đó, khi không có hạt thăng bằng thì phản ứng của rễ chậm hơn. c. Hướng nưởc và hướng hóa Rễ cây có tính hưởng nước dương. Điều này đã được chứng minh bởi. thực nghiệm. Trong đẩt, rễ len lỏi giữa các khe hở của đất, hướng đến nguồn nước, lấy 59 nước và cung cấp cho các hoạt động sống của cây. Có thể coi nước là một tác nhân kích thích của môi trường gây ra sinh trưởng của rễ. Nói chung, rễ cây sinh trưởng theo gradien nước. Tính hướng hóa của rễ thể hiện ở chỗ rễ luôn sinh trưởng hướng đến nguồn dinh dưỡng (hướng hóa dương) tránh xa nguồn hóa chất độc hại (hướng hóa âm). d. Hướng tiếp xúc Thực vật có tính nhạy cảm với các tác động cơ học. Khi tiếp xúc với vật thể rắn, các bộ phận của cây sinh trưởng uốn cong về phía được tiếp xúc (tua cuốn, thân cây leo...) hoặc tránh xa vị trí được tiếp xúc (thân cây non sinh trưởng gặp phải chướng ngại...), v ề cơ chế, hướng tiếp xúc cũng được gây ra do sự sinh trưởng không đều của các lớp tế bào ở hai phía của bộ phận. Tuy nhiên, cơ chế gây ra sự sinh trưởng không đều như thế nào thì còn chưa được sáng tỏ. Mặc dù có nhiều kiểu hướng động khác nhau, nhưng nhìn chung, hướng động ở thực vật đều có các đặc điểm chung nhất định: - Phản ứng với các tác nhân kích thích có tính định hướng. - về cơ chế là do sự sinh trưởng không đều ở hai phía của bộ phận đáp ứng dẫn đến sự vận động hướng đến tác nhân kích thích (hướng dương) hoặc tránh xa tác nhân kích thích (hướng âm). - Sự đáp ứng có được là do sự sinh trưởng của các bộ phận của cây nên tốc độ đáp ứng tương đôi chậm. 2. ứng động ủng động là hình thức phản ứng của cây trước một tác nhân kích thích không định hướng. ứng động bao gồm ứng động sinh trưởng và ứng động không sinh trưởng. a. ủng động sinh truởng Đây là kiểu ứng động mà sự vận động của cây có được nhờ sự sinh trưởng của tế bào. Điển hình cho kiểu ứn£> động này là vận động nở hoa ban ngày, ban đêm, theo giờ và vận động ngủ, thức của một sổ cây. Trong kiểu cảm ứng này, sự vận động của các cơ quan, bộ phận có được là do sự sinh trưởng không đều ở hai phía của bộ phận, cơ quan. Ví dụ trong vận động nở hoa, tác nhân kích thích nở hoa sẽ gây ra sự sinh trưởng không đều giữa các tế bào ở mặt trên và mặt dưới của cánh hoa, dẫn đến cánh hoa đang thẳng (búp) sẽ bị ũốn cong (hoa). b. ủng động không sinh trưởng Đây là kiểu vận động cảm ứng không có sự sinh trưởng của tế bào. Sự đáp ứng có được là do tế bào thay đổi sức trương nước. Các vận động điển hình như: sự cụp lá của cây trinh nữ khi bị tác động cơ học, hoạt động của cây nắp ấm, cây bat ruồi... Ờ lá cây trinh nữ, khi có tác động cơ học, các tế bào thể gối bị mat kali, giảm áp suất thẩm thấu và dẫn đến mất nước. Te bào nhanh chóng bị xẹp lại, gây nên hiện tượng cụp lá. 60 Đặc điểm khác biệt của ứng động không sinh trưởng chính là tốc độ phản ứng. Nhìn chung, tốc độ phản ứng trong ứng động không sinh trưởng nhanh hơn nhiều so với ứng động sinh trưởng. Trong ứng động không sinh trưởng, có sự lan truyền tác nhân kích thích trong cây. Nêu một lá chét ở cây trinh nữ bị va chạm thì lá đó đáp ứng và sau đó các lá tiếp theo đáp ứng. Tín hiệu lan truyền từ lá này sang lá khác chính là xung điện. Các xung đó gọi là điện thế hoạt động. Tốc độ truyền điện thế hoạt động ở thực vật thấp hơn nhiều so với ở động vật. Trong trường hợp kích thích lá bằng tác nhân kích thích m ạnh như kim nóng, tín hiệu kích thích sẽ được truyền đến tất cả các lá trên cây, làm cho tất cả lá chét trên cây đều cụp lại. Như vậy, so với vận động hướng động, vận động ứng động có những đặc điểm khác biệt cơ bản sau: - Vận động đáp ứng những tác nhân kích thích không định hướng (nhiệt độ, thời gian chiếu sáng...). - Đáp ứng nhanh vì vận động theo đồng hồ sinh học và do thay đổi sức trương nước của tế bào. - Có sự lan truyền kích thích từ vùng này sang vùng khác của cơ thể. 3. Cơ chế chống Ịại các stress của môi trường Sống trong môi trường, nhiều khi thực vật phải đối chọi với những biến đổi bất lợi của các tác nhân môi trường có thể ảnh hưởng đến sự tồn tại của chúng như sự khô hạn, đóng băng hay ngập úng. Trong điều kiện bị stress, tốc độ sinh trưởng của thực vật bị hạn chế, khả năng cạnh tranh bị giảm sút và cơ hội sống sót cũng giảm đi. Do vậy các stress của môi trường có vai trò giới hạn sự phân bố của thực vật. Một số loài thực vật có khả năng cảm ứng chống lại các stress của môi trường giúp chúng eó thể tồn tại tốt hơn trong môi trường bất lợi. a. Cơ chế chống lại sự khô hạn Trong điềũ kiện khí hậu khô íhạn, sự thiếu nước ở cây sẽ gây ra các đáp ứng chống lại sự mất nước và tăng cườiig tìm kiếm nguồn nước. Ở lá, sự khô hạn sẽ kích thích các phản ứng giảm sự thoát nước thông qua nhiều cơ chế khác nhau như: - Sự đóng khí khổng do tác động của hooc môn AAB (xem phần trao đổi nước ở thực vật). - Hạn chế sinh trưởng của các chồi non: Sự giãn nở của tế bào phụ thuộc vào sự trương nước. Khi thiếu nước, các tế bào không trương giãn được, sự sinh trưởng của các chồi non cũng kém đi. Điều này lám giảm diện tích bề mặt lá, giảm thoát nước. - Lá của một số cây thân thảo và cây khác khi bị héo sẽ cuộn lại, làm giảm diện tích tiếp xúc với không khí, giảm sự thoát hơi nước. Sự giảm thoát hơi nước của lá được điều chỉnh thông qua sự đóng khí khổng và giảm diện tích bề mặt lá, do đó làm giảm năng suất quang hợp. 61 Ở rễ, khi khí hậu khô hạn, lớp đất dưới bề mặt thường bị khô, dẫn đến làm giảm sự sinh trưởng của các rễ nông. Trong khi đó, các rễ sâu vẫn có đủ nước đế sinh trưởng. Kết quả là các rễ sâu sinh trưởng mạnh, các rễ nông sinh trưởng kém. Đáp ứng này giúp cây tăng cường khả năng tìm kiếm và hấp thu nước trong các tầng đất sâu. b. Cơ chế chống lại sự ngập úng Khi bị ngập úng, cây lâm vào tình trạng thiếu oxy do nước ngập kín các khoảng trống giữa các khe đất làm cho rễ thiếu oxy. Một số loài cây đã có cơ chế đối phó với tình trạng này. Khi thiếu oxy, rễ tạo ra etylen làm cho một số tế bào trong vỏ rễ khởi động sự chết theo chương trình. Sự chết của các tế bào đã tạo ra các khoảng trống trong rễ, các khoảng trống này là nguồn chứa oxy và cung cấp oxy cho hoạt động hô hấp của tế bào. I-------1 I— —H 100 |jm 100 pm (a) Rê được thông khí (b) Rê không được thông khí Hình II. 5: Đáp ứng của rễ rỊgô với sự ủng ngập và sự thiếu oxy (a) Tiêu bản cẳí ngang rễ được trồng trong môi trường thủy canh có thông khỉ. (b) Rễ được trồng trong môi trường thủy canh không được thông khỉ (Nguồn: Campbell Reece) c. Cơ chế chống nóng Sự thoát, hơi nước qua khí khổng giúp làm mát lá, giảm nhiệt độ của lá so với môi trường. Tuy nhiên, khi khí hậu khô và nóng, sự giảm thoát nước chống khô hạn sẽ hạn chế khả năng chống nóng của cây. Do đó, khí hậu khô, nóng gây nhiều bất lợi cho cây. Khi nhiệt độ môi trường quá cao (trên 40°C), các protein trong tế bào thực vật có nguy cơ bị biến tính. Do đó, tế bào tăng cường tổng hợp các protein sốc nhiệt, giúp bảo vệ các enzym trong tế bào không bị biến tính. Một so protein sốc nhiệt chính là các protein chaperonin, có vai trò giúp các protein khác gấp nếp thành dạng có chức năng trong điều kiện bình thường. 62 d. Cơ chế chống lạnh: ; Khi nhiệt độ. môi trường 'hạ thấp, màng tế bào giảm tính linh động, điều này sẽ hạn chế sự vận chuyển .các chất quạ màng cũng như các chức năng khác. Do vậy, thực vật đáp ứng bằng cách.thay đổi thành phần lipit màng, tăng tỷ lệ các axit béo khộng bão hòa. Quá. trình'nàỵ đỏi hỏi thời gian (vài giờ đến vài ngày), do vậy, sự lạnh đột ngột thường gâỹ. bất lợi chò cây hơn là sự lạnh theo mùa. Ở các vùng ôn đới và hàn đờị/.vàọ mùa đông, nước thường đóng băng, trong tế bào, nước ở gian bậỏ vấthàrih te bào. cũng bị đóng băng. Tuy nhiên, nước trong tế bào chất chưa bi đóng băng dọ nồng.độ chất tan cao. Sự đóng băng ở ngoài tế bào làm giảm thế nước, dẫri đến tế báo tiếp tục bị mất nước. Tế bào của nhiều loài cây đối phó lại tình trạng nấy.: Khi bừớc văo mùa đông, chúng tăng cường tổng hợp các chất tan đặc hiệu tễ.bảọ chặt như đựờng làm tăng khả năng chịu lạnh và chống sự mất nước. Dồng thời, tỷ lệ lipit không bão hòa trong màng cũng tăng lên. 4. Cơ chế đáp ứngvởỉ sự tấn cộng của động vậí và tốc nhân gây bệnh Ưng động và hựởtìg động đâm-bảo cho thực vật thích nghi tốt với sự thay đổi của các điều kiện ITỊỐÌ. trựộrng, ch.u yếu lá các yếu tố vô sinh. Ngoài hai hình thức cảm ứng trên, ở thực vặt .còn cọ cạ chê đáp ứng với sự tấn công của động vật và các tác nhân gây bệnh. Các’ c á chế' này giúp cây tự vệ tốt hơn trước sự tấn công của kẻ thù và tác nhâri gây bệnh. a. Cợ chế chống ỉạỉ sự tấn công của động vật Nhìn bề ngoài,, thực vật cồ vẻ. như không thể chống lại sự tấn công của động vật ăn thực vật. Tuy .nhiên; thực- vật có thể hạn chế sự tấn công này thông qua nhiều cơ chế khác rihau.. Một số loài tạo ra axit amin canavanin giống với argỉnin. Khi côn trùng ăn axit amin này, nó sẽ thay thế arginin. trong chuỗi poiipeptit, gây ra rối loạn chức năng protein, dẫn đến côn trùng bị chết. Một số khác có. cơ chế hấp dẫn các loài ăn íhịt để giúp cây chống lại các động vật ăn cỏ riêng biệt;Thu hút ong bắp cày, kí sinh không ^ h o à n toàn đẻ trứng A Hình ỈL3: Cơ chế hấp dẫn ong bắp cày để tiêu diệt sâu hại của cây ngô (Nguôn: Campbell, Reece) 63 Một số cây còn có khả năng báo hiệu sớm cho đồng loại để có “phương án” chống lại sự tấn công của động vật. Ví dụ: Cây đậu lima bị rệp cây lây nhiễm thì sẽ giải phóng một hỗn hợp chất gồm Gác sản phẩm dễ bay hơi như axit methyl jasmonic truyền tin tức về sự tấn công của rệp cây cho các cây lân cận. Khi các cây lân cận tiếp xúc với hóa chất này sẽ kích hoạt các gen phòng vộ hoạt động. Sự hoạt động của các gen này làm cho cây ít mẫn cảm hơn với rệp cây đồng thời lại hấp dẫn các loài ăn thịt rệp cây. Bằng phương pháp biến đổi gen có thể tạo ra giống cây có khả năng tiết các chất dễ bay hơi như trên để tạo nên tính kháng côn trùng cho cây. b. Các phương thức bảo vệ chống iại tác nhăn gây bệnh Ngoài sự phá hoại của các loài động vật ăn cỏ, thực vật còn phải đổi phó với các tác nhân gây bệnh khác như vi khuẩn, vi rút...Cơ chế này dựa trên sự nhận biết các phân tử đặc hiệu của mầm bệnh bởi các protein của gen kháng bệnh (protein R). Mỗi gcn kháng bệnh chỉ tổng họp một loại protein R và chỉ có khả năng nhận biết một loại mầm bệnh. Khi một protein R liên kết được với phân tử của mầm bệnh, nó sẽ kích hòạt các phản ứng chổng lại tác nhân gây bệnh. Các đáp úng này có thế chia thành 2 loại: Tniớc khi chct, c á c tc b à o b i lây o n h iễ m p h ó n ỉỉ th íc h c h ấ t tru y ề n tin h iệ ụ là a x il M c th y ls a lic y h c <#r.r í Ạ '••'-'I m e n <101 m a n n a x il K c t q u à c ủ a cu n tru y ề n tin h iệ u là cá c S ự obận b iế t m ầ m b ệ n h k h ả i đ ộ n g c o n © động d u ờ n g tru y ề n tin h iệ u C ác p h ân tử m ầm bệnh o liên két vói pro tein R 'Sư nhận biết tác nhãn gãy bệnh và đáp ứng quá mần Sự đề khảng tập nhiễm hệ thống ióản cơ thế Hình II. 4: Các đáp ứng bao vệ chống ỉại các tác nhân gây bệnh không độc (Nguồn: Campbell, Reece) - Đáp ứng quá mẫn - đáp ứng tại chỗ: Đây là kiểu đáp ứng bảo vệ gây ra schết theo chương trình của tế bào và mô gần vị trí lây nhiễm để ngăn chặn sự lây 64 lan của mầm bệnh. Các phân tử lạ từ mầm bệnh xuất hiện trong cơ thể liên kết được với các protein R, làm thay đối tính thấm chọn lọc của màng tế bào, kích thích sản xuất các chất diệt nấm và diệt khuẩn (phytoalexin). Đồng thời, các protein liên quan tới sự phát sinh bệnh (protein PR) cũng được tổng hợp, nhiều trong các protein này có chức năng phân giải các thành phần trong thành của tế bào mầm bệnh. Ngoài ra, các tế bào của mô bị lây nhiễm cũng tăng cường eác liên kết ngang trong thành, tăng thấm lignhin vào thành để ngăn chặn sự lây lan của mầm bệnh. Sau khi mầm bệnh được “khoanh vùng”, cách li, các tế bào của mô bị lây nhiễm sẽ tự tiêu hủy. - Đáp ứng hệ thống toàn cơ thể: Khi một vị trí của cây bị lây nhiễm, không chvị trí đó có phản ứng đề kháng mà thông tin về sự lây nhiễm còn được lan truyền khắp cơ thể và khởi động đáp ứng miễn dịch ở các tế bào khác trong toàn cơ thể. B. CÁC DẠNG CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1. Các câu hỏi về giải thích nguyên nhân của hiện tượng cảm ứng Câu 1: a. ứng độrig là gì? Trình bày các kiểu ứng động? b. Phân biệt vận động khép lá - xòe lá ở cây phượng và cây trinh nữ? Hướng dẫn trả lời: a. - ủng động là hình thức vận động của cây trước một tác nhân kích thích không định hướng. - Có 2 kiổu: + Úng động không sinh trưởng: Là các vận động không có sự phân chia và lớn lên của tế bào của cây, chỉ liên quan đến sức trương nước, xảy ra sự lan truyền kích thích, có phản ứng nhanh ở các miền chuyên hóa của cơ quan. + Úng động sinh trưởng: Là các .vận liên quan đến sự phân chia và lớn lên của các tế bào của cây. Thường là các vận động theo đồng hồ sinh học. Điểm phân biệt Vận động khẻp lá - xòe lá ở cây trinh nữ Vận động khép lá - xòe lá ở cây phượng Bản chất Vận động không sinh trưởng Vận động sinh trưởng Tác nhân kích thích Tính chất biểu hiện Do sự thay đổi sức trương nước của tế bào chuyên hóa nằm ở cuống lá, không liên quan đến sự sinh trưởng Nhanh hơn Không có tính chu kì Do tác động của auxin nên ảnh hưởng đến sự sinh trưởng không đều ở mặt trên và mặt dưới của lá Chậm hơn Có tính chu kì Ý nghĩa Giúp lá không bị tổn thương khi có tác động cơ học Giúp lá xòe ra khi có ánh sáng để quang họp và khép lại vào đêm để giảm thoát hơi nước. 65 Câu 2: Nguyên nhân gây ra hướng động và cơ chế chung của hướng động. Hướng dẫn trả lời: + Nguyên nhân gây ra hướng động là do hooc môn auxin di chuyển từ phía bị kích thích (phía sáng) đến phía không bị kích thích (phía tối) do đó phía nồng độ auxin cao hơn sẽ kích thích tế bào sinh trưởng mạnh hơn. + Cơ chế chung của hướng động ở mức tế bào là sự vận động định hướng do tốc độ sinh trưởng không đồng đều của các tế bào tại 2 phía của cơ quan (thân, rễ) do nồng độ khác nhau của auxin gây nên. 2. Các câu hỏi về xu hướng cảm ứng của thực vật Câu 3: a. Phân biệt hướng động và ứng động ở thực vật. b. Ánh sáng đơn sắc nào có hiệu quả nhất đối với vận động theo ánh sáng? Hưởng dẫn trả lời: a. Phản biệt hướng động với ứng động Hưóìig động ứ n g động - Định nghĩa: - Chiều hướng của kích thích: - Tốc độ cảm ứng: - Cơ chế: - Vai trò: - Hướng động là một hình thức phản ứng của một bộ phận của cây trước một tác nhân kích thích theo một hướng xác định. - Có hướng - Phản ứng chậm hơn vì liên quan tới hoocmôn và sự sinh trưởng của tế bào. - Do tốc độ sinh trưởng không đồng đều c.ủa các tế bào tại 2 phía đối điện nhau của cơ quan (thân, cành, rễ) - Giúp cây thích ứng với sự biến động có hướng của môi trường. - Là hình thức phản ứng của cây trước một tác nhân kích thích không định hướng. - Không có hướng - Phản ứng nhanh hơn chỉ liên quan tới sức căng trương nước và đồng hồ sinh học. - ứng động không sinh trưởng do biến đổi sức trương nước của các tế bào. - Là phản ứng thích nghi đa dạng của cơ thể thực vật đối với biến động vô hướng của môi trường. b. Khi tác động thì loại tia sáng nào có năng lượng lớn nhât thì sẽ có tác động kích thích mạnh nhất đối với tính cảm ứng của thực vật. - Trong 7 loại tia sáng thì ánh sáng xanh tím có năng lượng photon lớn nhnên đây là loại tia có hiệu quả nhất đối với vận động theo ánh sáng. Câu 4: 1 . Nguyên nhân gây ra hướng động và cơ chế chung của hướng động. 2. Phân biệt ứng động với hướng động. Vai trò của ứng động và hướng động đối với cơ'thể thực vật. 66 Hướng dẫn trả lời: ỉ. Nguyên nhân gây ra hưởng động và cơ chế chung của hướng động. + Nguyên nhân gây ra hướng động là do hooc môn áuxin di chuyển từ phía bị kích thích (phía sáng) đến phía không bị kích thích (phía tối) do đó phía nồng độ auxin cao hơn kích thích tế bào sinh trưởng mạnh hơn. + Cơ chế chung của hướng động ở mức tế bào là sự vận động định hướng do tốc độ sinh trưởng không đồng đều của các tế bào tại 2 phía của cơ quan (thận, rễ) do nồng độ khác nhau của auxin gây nên. 2. Phân biệt ứng động với hưởng động. Vai trò của ứng động và hướng động đợi với thực vật. Sự khác biệt thể hiện trong hai mặt: Đặc điểm Hướng động ứng động Hướng kích thích Từ một hướng Từ mọi hướng Thời gian Xảy ra chậm Xảy ra nhanh Vai trò của ứng động và hướng động đối với thực vật: + Tất cả các kiểu hướng động và ứng động đều có vai trò giúp cây thích nghi đối với sự biến dổi của môi trường để tồn tại và phát triển. Câu 5: a. Giải thích hiện tượng tự vệ ở cây trinh nữ? b. Mô tả thí nghiệm chứng minh tính hướng đất (hướng trọng lực) của cây? Giải thích kết quả qụan sát được. Hướng dẫn trả lời: a. Hiện tượng tự vệ ở cây trinh nữ: - Khi có kích thích chạm vào lá, các lá chét khép lại, cuống cụp xuống. - Lá khép cụp xuống do thể gối ở cuống lá và gốc lá chét mất nước làm giảm sức trương. Nguyên nhân là do K+. đi ra khỏi không bào làm giảm áp suất thẩm thấu gây mất nước (tương tự như cơ chế đóng mở khí khổng) b. - Thí nghiệm: Cho hạt đậu đã nảy mầm vào bên trong ống trụ bàng giấy dài 2 - 3cm nằm ngang. Sau một thời gian rễ và thân dài ra khỏi ống trụ. Quan sát hiện tượng. - Ket quả: Rễ quay hướng xuống dưới, thân hướng lên trên - Giải thích: Do sự phân bố,lượng auxin không đều ở hai phía + Ở thân, auxin phân bố nhiều ở mặt dưới, kích thích sinh trưởng dãn dài của tế bào mạnh hơn => cây cong lên trên + Ớ rễ, nhạy cảm hơn với auxin nên mặt dưới phân bố nhiều auxin làm ức chế sinh trưởng của rễ, mặt trên ít auxin nên sinh trưởng nhanh hơn => đẩy rễ cong xuống dưới. 67 CHƯƠNG SINH TRƯỞNỮ VÀ PHÁT TRIỂN ở THựC VẬT ■ • ■ KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU 1. Sinh trưởng ở thực vật Sinh trưởng là sự tăng kích thước, khối lượng của mô, cơ quan, cơ thể do tăng kích thước và số lượng tế bào. Sinh trưởng của cơ thể bắt nguồn từ sự phân bào và sinh trưởng của tế bào. a. Sính trưởng của tế bào thực vật Sự sinh trưởng của tế bào thực vật được chia làm 3 pha: Pha phân chia, pha giãn và pha phân hóa. - Pha phân chia: Sự phân chia của tế bào thực hiện theo cơ chế nguyên phânlàm tăng số lượng của các tế bào sinh dưỡng, dẫn đến tăng kích thước mô, cơ quan và cơ thổ. Cần chú ý rằng mặt cắt và tính đối xứng trong phân chia của tế bào đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc tạo nên hình dạng bình thường của các mô, cơ quan trong cơ thể thực vật. Mặt cất phân chia của tế bào quyết định hình dạng của khối tế bào tạo ra. Neu mặt cắt phân chia của các tế bào con song song với mặt cắt của tế bào mẹ thì sẽ tạo ra một chuỗi tế bào đơn độc. Neu mặt cát phân chia là ngẫu nhiên thì sẽ tạo ra một khối tế bào không có tổ chức. Mặt cắt phân chia của tế bào được'xác định ở cuối kì trung gian, khi đó, các vi ống tập trung lại thành một vòng đai. Sau đó, vòng đai biến mất, chỉ đế lại dấu hiệu là các sợi actin. Mặc dù đai vi ống bị mất đi nhưng nó báo hiệu mặt cắt mà tế bào sẽ phân chia vào kì cuối phân bào. ị N Ì Mặt cắt phân bào y11 Iĩình III. 1: Mặt cắt phân bào quyết định hình dạng khối íế bào tạo ra sau phân chia (Nguồn: Campbell, Reece) Trong quá trình phân chia tế bào, mặc dù các NST được phân chia đều về các tế bào con nhưng sự phân chia tế bào chất thì không hoàn toàn như vậy. Khi một tế bào xảy ra sự phân chia tế bào chất không đều, có nghĩa là báo hiệu một hiện tượng quan trọng trong phát triển. 68 f t -M. i / * $ z r / > M *.% r: /L /Tjk i> »^>.icr 'V....; X 'i ^ i tJ> I" J i M ^ V & S t e e l ị ^ - - v > ^ t a g £Hp*n > 3ip**iK 8 Tế bảo bỉểùbì - ?1 f r_, . ^ T ếb ậo Kyjjte S ’Xn $ , ^ / V > 4 w ^ # - •;!/': t 4 " > #&N> * » VlA’ /a ■» * 4 -3^_ f " Í < * - ^ %T / ^ * r ' * Hình III. 2: Sự phân chia tế bào chất không đểu xảy rạ trước sự phát triển của tế bào biếu bì bảo vệ. (Nguồn: Campbell, Reece) - Pha giãn: Ở tế bào động vật, sir tăng kích thước chủ yếu nhờ tăng số lượng, kích thước của các bào quan hoặc tổng họp thêm các chất trong tế bào. Sự tăng trưởng kiểu này đòi hỏi nhiều vật chất và năng lượng. Tuy nhiên, ở tế bào thực vật, sự tăng trưởng của tế bào chủ yếu dựa vào sự hấp thu nước vào trong không bào. Đây là cách ít tiêu tốn vật chất và năng lượng nhưng vẫn đảm bảo tế bào lớn nhanh. Sự lởn nhanh của tế bào tạo ra một không gian lớn là điều kiện để thúc đẩy sự tổng hợp các chất ở bên trong tế bào. Ở các tế bào đang tăng trưởng, các mối liên kết ngang giữa các sợi xenlulô trong thành' tế bào bị các enzym phân hủy, làm cho thành trở nên yếu hơn, khi nước đi vào trong tế bào thì tế bào sẽ trương phình ra. Các vi sợi xenlulô trong thành được sắp xếp theo trật tự nhất định để có thể định hướng sự trương phình của tế bào. Các enzym tham gia phân giải các liên kết ngang giữa các sợi xenlulôzơ chỉ hoạt động khi được hoạt hóa bởi các ion H+. Do đó, sự tăng trưởng của tế bào đòi hỏi môi trường axít bao quanh thành tế bào. Các tác nhân kích thích sự tăng trưởng củá tế bào bằng cách này hay cách khác đều làm tăng nồng độ ion H+ trong thành tế bào. (hooc môn auxin kích thích sự kéo dãn tế bào bằng cách hoạt hóa các bơm proton ở trên màng sinh chất làm tăng nồng độ H+ trong thành tế bào -> Sinh trưởng của tế bào). - Pha phân hóa: Ở pha này, các tế bào phân hóa thành các mô, cơ quan khác nhau, thực hiện các chức năng khầc nhau. Sự phân hóa của các tế bào phụ thuộc vào quá trình kiểm soát sự biểu hiện của các gen, điều chỉnh quá trình phiên mã và dịch mã để tạo nên các protein đặc biệt, tò đó hình thành các tế bào chuyên biệt. Sự biệt hóa các tế bào phụ thuộc rất lớn vào thông tin về vị trí của tế bào. Sự tương tác giữa tế bào với các tế bàò xung quanh nó khởi động cho quá trình điều hòa biểu hiện của các gen chuyên biệt. Thông tin vị trí tế bào —> kích hoạt các gen chuyên biệt —» tồng hợp cầc protein chuyên biệt —> biệt hóa tế bào. b. Mô phân sinh Trong cơ thể thực vật có một loại mô có khả năng phân chia liên tục và phân hóa thành các loại tế bào khác nhạu gọi là mô phân sinh. Tùy vào vị trí của mô này trong cây, có thể chia thành 6^6 loại là mô phân sinh đỉnh (ở đỉnh rễ và đỉnh chồi), mô phân sinh lóng (ở các lóng của cây 1 lá mầm), mô phân sinh bên (nằm giữa mạch gỗ và mạch rây). 69 Các tế bào của mô phân sinh liên tục phân chia tạo ra các tế bào mới. Phần lớn trong số các tế bào mới đó biệt hóa và sát nhập vào các mô và cơ quan của cây, số còn lại được giữ lại trong mô phân sinh để tiếp tục phân chia. Sự sinh trưởng của cơ thể thực vật phụ thuộc vào hoạt .động phân bào của các tế bào trong mô phân sinh. c. Sinh trưởng sơ cấp và sinh trưởng thứ cấp Khi mô phân sinh đỉnh phân chia và phân hóa, nó làm tăng chiều dài của rễ, chồi thân và chồi nách. Sự sinh trưởng này gọi là sinh trưởng sơ cấp. Sinh trưởng sơ cấp có ở cả cây một lá mầm và cây hai lá mầm. Ở cây hai lá mầm, hoạt động của mô phân sinh lóng cũng làm cho lóng dài ra, tuy nhiên, mô phân sinh lóng chỉ hoạt động trong một thời gian nhất định, do đó, chiều dài của lóng chỉ tăng đến một mức nhất định mà thôi. Khi mô phân sinh bên phân chia và biệt hóa, nó làm tăng đường kính của thân và rễ tại các vị trí không còn sinh trưởng về chiều dài nữa. Sự sinh trưởng làm tăng bề dày này gọi là sinh trưởng thứ cấp. Sinh trưởng thứ cấp rất phổ biến ở cây hai lá mầm. Trong quá trình phân chia của mô phân sinh bên, tầng sinh mạch hoạt động tạo ra phía trong là mạch gỗ, phía ngoài là mạch rây. Các mạch gỗ mới đẩy các mạch cũ vào trong trụ thân. Do đó, ở phần lõi của thân cây, các tế bào mạch gỗ tích lũy và nén chặt lại, thành tế bào thấm nhiều lignhin làm cho tế bào trở liên rắn chắc và không thấm các chất. Khi các tế bào hóa gỗ thì mất chức năng vận chuyển nước mà chỉ có chức năng chống đỡ cây (phần gỗ này gọi là gỗ lõi). Cây hai lá mầm sống ở vùng có khí hậu phân biệt hai mùa rõ rệt (mùa khô và mùa mưa) thì các tế bào gỗ được sinh ra vào mùa mưa có kích thước lớn, màu sáng còn các tế bào sinh ra vào mùa khô có kích thước nhỏ, màu tối. Như vậy, cứ sau một năm sẽ có 2 lớp tế bào gỗ có màu sáng tối xen kẽ nhau. Người ta gọi đây là vòng gỗ hàng năm. Dựa vào vòng gỗ hàng năm có thể xác định được tuổi của cây. Ở cây một lá mầm, do không có mô phân sinh bên nên không có sinh trưởng thứ cấp (cây không lớn bề ngang). Ở cây hai lá mầm do có hoạt động của mô phân sinh bên nên sinh trưởng liên tục (gọi ỉà sinh trưởng vô hạn). Đinh chổi (mô phân sinh { đinh vầ các lá non) ! M ô p h u n ...... II ft * ¥ I — M ạch rây s o cấp V ^ M ạ d i g à s ơ cáp Tũy S inh tĩirờ n g th ử c ấp .C h u bi tủy Mach xylẽn sơ cáp M O PỈImii .............. II . f đình rô * < ị Mạch xyli.. ,aw, thứ cáp . Tàng sin h m ạch Hình III. 3: Khái quát sinh trưởng sơ cấp và sinh trưởng thứ cấp (Nguồn: Campbell, Reece) 70 Sự khác biệt về sinh trưởng ở cây một lá mầm và cây hai lá mầm dẫn đến sự khác biệt về cấu tạo giải phẫu giữa hai nhóm thực vật này. Cơ quan Cây một lá mầm Cây hai ỉá mầm Hạt Thường có 1 lá mầm Thường có 2 lá mầm Lá Thân Gân lá xếp song song hoặc hình cung. Lá thường mọc thẳng đứng. - Thân nhỏ - Bó mạch xếp lộn xộn Gân lá phân nhánh. Lá thường mọc năm ngang. - Thân to (có sinh trưởng thứ cấp). - Bó mạch xếp bao quanh tầng sinh mach. Rễ Thường có rễ chùm Thường có rễ cọc 100 ian (díén hĩnli cây hai lá mảm)1##l« (a) RỉvóHinachgò vàmactụty ớtrungtãtn (b) Rê vói mõ mềm ã tning tâm (điền hình c cfty một It mầm) 501*11 Hình III. 4: Rễ cây một lả mầm và cây hai lá mầm (Nguồn: Campbell, Reece) 71 Mychrãy Modi gỗ Môcứngllôcvbân n&tũy vó võ Biểu bi Mô dẫnI-------- 1 1 m m (■) Bàn cát ngang thân với các bó mạch tạo tỉiành vòng (điển hình cùa cây hai lã mam) 1 m t n (b)Bõncit ngang ữũn vón các bó mạch xếp lộn xộn (diéfi hìnhcủă cây một lã mầm) Hình III 5: Thân cây một lả mầm và cây hai lả mầm (Nguồn: Campbell, Reece) d. Điều hòa sình trưởng ở thực vật Sự sinh trưởng của cơ thể thực vật được điều hòa thông qua các hooc môn sinh trưởng. Hooc môn sinh trưởng ở thực vật (Phitôhoocmôn) là các chất hữu cơ có bản chất hóa học khác nhau, được tổng hợp tại một cơ quan nhất định và được vận chuyển đến các cơ quan khác để điều tiết các quá trình sinh lí, sinh trưởng, phát triển của cây, đảm bảo mối quan hệ hài hòa giữa các cơ quan, bộ phận của cây. Có hai nhóm hooc môn sinh trưởng trcựig cơ thể thực vật đó là: - Hooc môn kích thích sinh trưởng: bao gồm có auxin, giberêlin (GA), xitôkinin. - Hooc môn ức chế sinh trưởng: bao gồm có axit abxixic (AAB), etylen, các hợp chất phenol, chất làm chậm sinh trưởng. Tổng quan về các hooc môiỊ sinh trưởng được mô tả theo bảng dưới đây: Hooc môn Nơi tổng hợp Hướng vận chuyển Chức năng chủ yếu Cơ chế tác động Auxin (AIA) 72 Tổng hợp ở đỉnh sinh trưởng Vận chuyển hướng gốc trong tế bào nhu mô theo trọng lực - Kích thích kéo dài thân. - Kích thích hình thành rễ bên và rễ phụ. - Điều chỉnh sự phát triển của quả - Tăng cường ưu thế ngọn. - Kích thích sự dãn tế bào bằng cách hoạt hóa các bơm H+ trên màng tế bào, làm cho H+ được bơm vào thành tế bào, hoạt hóa các enzym phân giải các liên kết ngang giữa các sợi xenlulô, làm cho thành tế bào bị mềm yếu, tế bào trương lên do sự thẩm thấu của nước vào trong không bào. Gibêrêlin Xitôkinin Tồng hợp ở lá non, đỉnh sinh trưởng rễ và thân, phôi hạt Tổng hợp ở A rê Vận chuyển không định hướng, có thể theo trên, dưới, phải trái Vận chuyển từ dưới lên theo mạch gỗ - Hoạt động trong hướng sáng và hướng trọng lực. - Kích thích phân hóa mô. - Làm chậm sự rụng lá. - Kích thích kéo dài thân. - Kích thích phát triển của hạt phấn, sự sinh trưởng của ống phấn, sinh trưởng của quả. - Kích thích sự nảy mầm của hạt, điều chỉnh sự xác định giới tính và sự chuyển tiếp từ pha non sang pha trưởng thành. - Điều chỉnh phân chia tế bào trong chồi và rễ. - Thay đổi ưu thế ngọn, kích thích phằt triển chồi bên. - Xúc tiến vận chuyển các chất vào mô dự trữ. - Kích thích sự nảy mầm của hạt, làm chậm sự hóa già của lá - Hoạt hóa các gen tổng hợp các enzym cần thiết cho sự tổng hợp các thành phần của chất nguyên sinh, làm tăng kích thước tế bào. . - Kích thích sự dãn của tế bào với cơ chế tương tự auxin - Kích thích sự nảy mầm của hạt thông qua việc kích hoạt các gen mã hóa cho các enzym thủy phân (a amilaza và các enzym khác) đồng thời kích thích giải phóng các enzym này và nội nhũ. Các enzym thủy phân hoạt động sẽ phân giải tinh bột, tạo nguyên liệu cho quá trình hô hấp, cung cấp vật liệu và năng lượng cho sự nảy mầm. - Kiểm tra sự tổng hợp protein bộ máy phân bào hoặc các enzym liên quan ở giai đoạn dịch mã, qua đó điều chỉnh sự phân bào. - Ngăn chặn sự hóa già bằng cách ngăn chặn sự phân hủy protein, axit nucleic và Chlorophyl thông qua ngăn chặn sự tông hợp mARN mã hóa cho các enzym thủy phân. 73 Etylen Axit Abxixic Tổng hợp ở đốt thân, quả chín, mô già Tổng hợp ở lá già, thân, mũ rễ Khuếch tán Theo mô mạch - Kích thích sự chín quả, sự rụng lá. - Tăng tốc độ hóa già, kích thích sự hình thành rễ và lông hút. - Kích thích ra hoa ở cây họ Dứa - ứ c chế sinh trưởng. - Kích thích đóng lỗ khí trong stress khô hạn. - Kích thích trạng thái ngủ nghỉ của hạt và ức chế sự nảy mầm sớm. - Kích thích lá hóa già. - Kích thích sự chịu hạn. - Làrrr tăng tính thấm của màng các tế bào thịt quả —> các enzym được giải phóng vào thành tế bào, gây ra các phản ứng liên quan đến sự chín của quả. Đổng thời kích thích tổng họp các enzym gây ra các biến đổi trong quá trình chín: Enzym hô hấp, gây mùi vị... - Kích thích sự tổng hợp xenlulaza phân hủy thành tế bào trong các tầng rời - Làm biến đổi điện hóa qua màng và từ đó điều tiết sự tiết K+ qua màng, liên quan đến sự đóng mở khí khổng. - ứ c chế quá trình phiên mã, một cơ chế ngược với sự kích hoạt gen của GA Các hooc môn trong cơ thể thực vật điều tiết sự sinh trưởng thông qua tương quan nồng độ giữa nhóm hooc ỉnôn kích thích và nhóm hooc môn ức chế. Sự cân bằng này được xác lập trong suốt quá trình sống của cây. Trong chu trình sống của cây ngắn ngày (cây ra hoa 1 lần), thông thường thì ở giai đoạn trước ra hoa, ưu thế thuộc về các hooc môn kích thích sinh trưởng, ở giai đoạn sau ra hoa ưu thế thường thuộc về các hooc môn ức chệ. Do đó, cây ngừng sinh trưởng, ra hoa, kết quả, hóa già và chết. Ngoài ra, nhiều quá trình sinh lí trong cây được điều chỉnh bởi một vài loại hooc môn đặc hiệu. - Tương quan giữa aU—ln— điều chỉnh sự tái sinh rễ trong mô. Nếu tỷ lệ xytôkinin nghiêng về auxin thì rễ được hình thành mạnh hơn, ngược lại thì chồi được hình thành mạnh hơn. Tỷ lệ này cũng liên quan đến un thế ngọn. Auxin làm tăng ưu thê ngọn còn xitôkihin làm giảm ưu thê ngọn, kích thích phát triên chôi bên. 74 - Tương quan giữa ------- điều chỉnh sự ngủ nghỉ và nảy mầm của hat. Nếu tỷ GA lệ nghiêng về AAB thì hạt, củ ở trạng thái ngủ, nghỉ; nếu tỷ lệ nghiêng về GA thì hạt, củ chuyển sang giai đoạn nảy mầm. _ Tỷ ]ệ auxin điều chỉnh sự chuyển trạng thái từ xanh sang chín của quả. Quả etylen xanh chứa nhiều auxin, quả chín chứa nhiều etylen. - Tương quan giữa ^ ltQ^in-- điều chỉnh sự trẻ hóa, già hóa của cây. Xitôkinin gây trẻ hóa còn AAB kích thích sự hóa già. 2. Phát triển ở thực vật Phát triển là sự biến đổi về hình thái và sinh lí diễn ra trong một chu kì sống của cá thể. Sự phát triển biểu hiện ở 3 quá trình liên quan: sinh trưởng, phân hóa tế bào và mô, sự phát sinh hình thái. Đối với thực vật có hoa, ra hoa là một dấu hiệu quan trọng, đánh dấu sự chuyển biến của cây từ giai đoạn sinh trưởng, phát triển sinh đưỡng sang giai đoạn sinh trưởng, phát triển sinh sản. Sự ra hoa ở thực vật có thể chia làm 3 giai đoạn: - Cảm ứng ra hoa: Các tác nhân của môi trường gây cảm ứng ra hoa ở cây. Trong đó có cảm ứng nhiệt độ và cảm ứng ánh sáng. - Hình thành mầm hoa. - Sinh trưởng của hoa, phân hóa hoa và phân hóa giới tính. a. Cảm ứng ra hoa Có hai nhân tố môi trường gây nên sự cảm ứng ra hoa ở thực vật đó là nhiệt độ và tương quan độ dài ngày đêm (quang chu kì). - Cảm ứng nhiệt độ, còn gọi là sự xuân hóa: Các loài cây hai năm chỉ ra hoa khi có một giai đoạn phát triển ở nhiệt độ thấp thích hợp (gọi là nhiệt độ xuân hóa). Nếu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xuân hóa thì cây chỉ sinh trưởng mà không ra hoa hoặc ra hoa nhưng muộn hơn. Ví dụ như củ cải đường, cần tây, su hào, cải bắp, đậu Hà Lan, xà lách,... Có thể hình dung cơ chế của sự xúân hóa như sau: Nhiệt độ lạnh gây cảm ứng tổng hợp một chất nào đó trong đỉnh sinh trưởng của cây. Chất đó sẽ được vận chuyển đến các nơi khác, kích hoạt các gen cần thiết cho sự phân hóa mầm hoa trong đỉnh sinh trưởng của thân. Hiểu biết về hiện tượng này, con người có thề ứng dụng để biến cây hai năm thành cây một năm bằng cách xử lí nhiệt độ thấp. - Cảm ứng ánh sảng (quang chu kì): Độ dài tương đối giữa ngày và đêm là một tín hiệu quan trọng cảm ứng sự ra hoa của cây. Đáp ứng sinh lí của cây đối với quang chu kì được gọi là hiện tượng quang chu kì. Dựa vào cảm ứng quang chu kì của cây, người ta chia thực vật thành 3 nhóm: 75 + Cây ngày dài (cây đêm ngắn): Là những cây chỉ ra hoa trong điều kiện thời gian đêm tối ngắn hơn một thời gian tới hạn nhất định (thời gian tới hạn có thể là 9 giờ, 10 giờ hoặc. 11 giờ,...)- + Cây ngày ngắn (cây đêm dài): Là những cây chỉ ra hoa trong điều kiện thời gian đêm tối ngấn hơn một độ dài tới hạn. + Cây trung tính: Là những cây ra hoa không phụ thuộc vào quang chu kì và chỉ ra hoa khi chúng đạt được một giai đoạn sinh trưởng nhât định. Độ dài đêm tới hạn là thời gian che tối tối đa (đối với cây ngày dài) hoặc tối thiểu (đối với cây ngày ngắn) cần để cây ra hoa. Nếu thời gian che tối vượt quá (đối với cây ngày dài) hoặc ngắn hơn (đối với cây ngày ngắn) so với thời gian tối tới hạn thì cây không ra hoa. Thời gian tối tới hạn là con số đặc trưng cho từng loài thực vật. Ví dụ, một cây ngày ngắn có độ dài đêm tới hạn là 9 giờ thì sẽ ra hoa nếu được che tối ít nhất 9 giờ và nếu thời gian tối ít hơn giá trị này thì cây không ra hoa. Các thí nghiệm cũng chỉ ra rằng, phytôcrôm là loại sac to enzym (vừa là sắc tố, vừa là enzym) liên quan đến quang chu kì của cây. Có hai loại phitôcrôm đó là P(,60 và P730. Hai dạng này có thể chuyển hóa lẫn nhau khi hấp thu ánh sáng. Pó60 hâp thu ánh sáng đỏ và chuyên hóa thành P 7 3 0 ; ngược lại, P730 hâp thu ánh sáng đỏ xa và chuyển hóa thành P660- Loại Pó60 kích thích sự ra hoa của cây ngày ngắn, ức chế sự ra hoa của cây ngày dài và ngược lại. Loại P 7 3 0 kích thích sự ra hoa của cây ngày dài, ức chế sự ra hoa của cây ngày ngắn. Tương quan hàm lượng hai loại phitôcrôm này quyết định sự ra hoa của cây. Ánh sáng đỏ làm tăng cường sự tích lũy P730, do đó có tác dụng kích thích cây ngày dài ra hoa, ức chế sự ra hoa của cây ngày ngán còn ánh sáng đỏ xa làm tăng hàm lượng P ó 6 0 , do đó kích thích sự ra hoa của cây ngày ngán, ức chế sự ra hoa của cây ngày dài. Sự hiểu biết về quang chu kì của thực vật giúp con người vận dụng vào trong sản xuất nông nghiệp để điều chỉnh sự ra hoa thông qua điều chỉnh thời gian chiếu sáng và che tối. Từ đó con nếựời có thể chủ động kích thích hoặc ức chế sự ra hoa của cây khi cần. b. Sụ sinh trưởng của hoa và sự phân hóa giới tính Sau giai đoạn cảm ứng ra hoa, mầm hoa bắt đầu hình thành, hoa bắt đầu sinh trưởng, phân hóa các bộ phận và phân hóa giới tính. Sự hình thành mầm hoa liên quạn đến hoạt động của mô phân sinh. Sự chuyển hoạt động cửa mô phân sinh từ sinh trưởng sinh dưỡng (vô hạn) sang sinh trưởng sinh sản (có giới-hạn) liên quan đến sự mở các gen .chuyên biệt. Các gen này điều khiển quá trình hình thành mầm hoa và các bộ phận của hoa. Sự sinh trưởng của hoa chủ yếu chịu ảnh hưởng của các hooc môn điều hòa sinh trưởng, điển hình là auxin được tổng hợp trong mầm hoa. Sự phân hóa giới tính của hoa là một quá trình phức tạp liên quan đến cả hàm lượng các loại hooc môn và các điêu kiện ngoại cảnh. Có thê khái quát quá trình này qua sơ đồ: 76 Nhân tố môi trường —► Phitôhoocmôn —> Bộ máy di truyền —> Biểu hiện giới tính. Sinh trưởng và phát triển ở thực vật là hai quá trình có mối quan hệ qua lại lẫn nhau và chịu sự tác động của các nhân tố bên trong và bên ngoài. Các nhân tố bên trong chính là các loại hooc môn điều hòa sinh trưởng, phát triển. Các nhân tố bên ngoài có ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của thực vật như: nước, nhiệt độ, ánh sãng, phân bón, ... B. CÁC DẠNG GÂU HỎI VÀ BÀI TẬP 1. Các câu hỏi về các kiểu sinh trưởng của cây Câu 1: Phân biệt sinh trưởng thứ cấp với sinh trưởng sơ cấp? Trình bày mối liên quan giữa sinh trưởng và phát triển ở thực vật. Hivởng dẫn trả lời: Phân bict: - Sinh trưởng thứ cấp là sự sinh trưởng làm tăng bề dày (đường kính) của thân cây. Cơ chế của sinh trưởng thứ cấp là do hoạt động của mô phân sinh bên (tầng phát sinh) gây nên. - Sinh trưởng sơ cấp là sự sinh trưởng làm tăng chiều dài của thân cây. Cơ chế của sinh trưởng sơ cấp là do mô phân sinh đỉnh thân, mô phân sinh đỉnh rễ và mô phân sinh lóng phân chia làm tăng số lượng tế bào dẫn tới kéo dài thân cây. Mối Hen quan giữa sinh trưởng và phát triển ỏ’ thưc vât - Sinh trưởng và phát triển là hai quá trình liên tiếp nhau của quá trình trao đổi chất. Sự biến đổi về số lượng ở rễ, thân, lá dẫn đến sự thay đối về chất ỉượng ở hoa, quả và hạt. - Hai quá trình này diễn ra đồng thời với nhau tạo thành pha. Người ta chia ra 2 pha là pha sinh trưởng phát triển sinh dưỡng và pha sinh trưởng phát triển sinh sản (mốC'là sự ra hoa). » - Một cơ quan hay bộ phận của cây có thế sinh trưởng nhanh nhưng phát triển chậm hay ngược lại, và có thể cả hai đều nhanh hay đều chậm. Gâu 2: Trên một cây bạch đàn non cao 5m, một người đóng hai đinh dài theo chiều nằm ngang và đối diện nhau vào thân cây, ở độ cao l,0m. Sau nhiêu năm cây đã cao tới 10m. Chiều cao nơi đóng đinh so với mặt đất và khoảng cách của hai đinh có thay đổi không? Giải thích. Hướng dẫn trả iời: - Chiều cao từ nơi đóng đinh đến mặt đất gần như không tăng lên. Khoảng cách giữa hai đinh thì tăng lên. Vì: Cây bạch đàn là thực vật 2 1 ấ mầm, có sinh trựởng thứ cấp. - Sinh trưởng thứ cấp làm tăng đường kính của thân cây nên làm tăng khoảng cách giữa 2 đinh. 77 - Cây có sinh trưởng sơ cấp nhưng sinh trưởng sơ cấp của cây chỉ có ở đỉnh thân và đỉnh rễ. Ở phần thân cây không có sinh trưởng sơ cấp nên khi đóng đinh ở thân cây thì khoảng cách từ vị trí đóng đinh xuông mặt đât không thay đôi. Câu 3: Làm thế nào để nhận biết được lát cắt của một hạt ngô không nảy mầm và một hạt ngô đang nảy mầm? Giải thích. Hướng dẫn trả lời: - Dùng thuốc thử tinh bột (vd dung dịch iot) nhỏ lên vết cắt: nếu thuốc thử không đổi màu chứng tỏ ở hạt không còn tinh bột đấy là lát cắt của hạt đang nảy mầm. Nếu thuốc thử đổi màu chứng tỏ ở hạt có tinh bột -> đấy là lát cắt của hạt không nảy mầm. - Giải thích: ở hạt nảy mầm, tinh bột được chuyển hóa thành đường để dùng cho hô hấp nên thuốc thử tinh bột sẽ không đổi màu. 2. Các câu hỏi về cân bằng hooc môn trong cây Câu 4: Tại sao có cây ra hoa vào mùa hè, có cây chỉ ra hoa vào mùa đông? Nêu ý nghĩa của phitôcrôm đối với quang chu kì? Huớng dẫn trả lời: - Cây ngày dài ra hoa vào mùa hè. - Cây ngày ngắn chỉ ra hoa vào mùa đông. - Ý nghĩa của phitôcrôm đối với quang chu kì: Sự ra hoa cùa các cây ngày ngắn (đậu tương) và cây ngày dài (lúa mì) đã chịu ảnh hưởng của ánh sáng mà phitôcrôm đã nhận được. + Ánh sáng đỏ (đ) có bước sóng 660nm, ức chế sự ra hoa của cây ngày ngắn, nhưng kích thích sự ra hoa của cây ngày dài. + Ánh sáng đỏ xa (đx) còn gọi là đỏ sẫm , có bước sóng 730nm ức chế sự ra hoa của cây ngày dài, nhưng kích thích sự ra hoa của cây ngày ngắn. Câu 5: Hãy trình bày tác động của ánh sáng đỏ và ánh sáng hồng ngoại chiếu bổ súng vào đêm dài tới sự ra hoa của cây ngày ngắn và cây ngày dài. Hường dẫn trả lòi: - Ánh sáng đỏ (R) và ánh sáng hồng ngoại (FR) chiếu bổ sung vào đêm dài có vai trò ảnh hưởng đến sự ra hoa của cây ngày ngắn và cây ngày dài. Trong đó, tỉa sáng đỏ (liên quan tới phitocrom đỏ xa) kích thích sự ra hoa của cây ngày dài. Tia sáng hồng ngoại (liên quan tới phitôcrôm đỏ) kích thích sự ra hoa của cây ngày ngắn. - Nếu chiếu xen kẽ cả 2 loại thì loại tia sáng ở lần chiếu cuối cùng có ý nghĩa và hiệu quả hơn cả. Ví dụ trong đêm dài, chiếu bổ sung: + Tia đỏ, hồng ngoại, tia đỏ thì cây ngày dài ra hoa, cây ngày ngắn không ra hoa. + Tia hồng ngoại, tia đỏ, tia hồng ngoại, tia đỏ thì cây ngày dài ra hoa, cây ngày ngắn không ra hoa. + Tia đỏ, hồng ngoại, tia đỏ, tia hồng ngoại thì cây ngày dài không ra hoa, cây ngày ngắn ra hoa. 78 + Tia hồng ngoại, tia đỏ, tia hồng ngoại, tia đỏ, tia hồng ngoại thì cây ngày dài không ra hoa, cây ngày ngăn ra hoa. - Trong đêm dài chiếu bổ sung ánh sáng đỏ làm cho cây ngày dài ra hoa, trái lại nếu chiếu bổ sung ánh sáng hồng ngoại làm cây ngày ngấn ra hoa. Câu 6 : Giải thích vai trò của các hiện tượng sau: a. Mùa thu: thắp đèn ở ruộng hoa cúc. b. Mùa đông: thắp đèn ở vườn thanh long. Hướng dẫn trả lời: a. Cúc ra hoa mùa thu vì mùa thu có thời gian đêm bắt đầu dài hơn, thích hợp cho cúc ra hoa. - Tháp đèn đêm ở vườn cúc mùa thu để rút ngắn thời gian ban đêm, làm: + Cúc ra hoa chậm hơn (vào mùa đông khi không thắp đèn nữa) + Hoa sẽ có cuống dài, đoá to, đẹp hơn + Mùa đông ít hoa, nhu cầu hoa lớn -> hiệu suất kinh tế cao htyn. b. Thanh long ra hoa mùa hè (mùa có thời gian đêm ngắn hơn ngày) - Mùa đông đêm dài hơn ngày, thanh long không ra hoa - Đe thanh long ra hoa trái vụ, phải thắp đèn đêm để cắt đêm dài thành 2 đêm ngan. Câu 7: Hãy cho biết tỉ lệ của các loại hooc môn sau đây có tác dụng sinh lí như thế nào? auxin u » AAB a. ỉ 1 le của —— - . . b. 11 lê của — —- . xitokinin * GA 1A , auxin . _ 1A , xitokinin c. 11 lê của — . d. 11 le c ủ a ------ :------ . etylcn ' AAB Hướng dẫn trả lờỉĩ a. Tỉ lệ của - auxin_ điêu chinh sự tái sinh rễ, chồi và ưu thế ngọn. Nếu tỉ lệ xitokinin nghiêng về auxin thì rễ hình thành mạnh hơn và tăng ưu thế ngọn. Còn ngược lại chồi bên hình thành mạnh, giảm ưu thế ngọn. b. Tỉ lệ của • điều chỉnh sự ngủ nghỉ và nây mầm của hạt. Nếu tỉ lệ V G A - . nghiêng về abxixic thì hạt ngủ, nghỉ. Ngược lại thì hạt nảy mầm. c. Tỉ lệ của aUXlĩl- điều chỉnh sự xanh, chín quả. Nếu nghiêng về auxin quả etylen xanh và ngược lại thúc đẩy quả chín. . _ 1A , xitokinii d. Tỉ lệ c ủ a ------ d. Tỉ lệ của —- °kinin- điều chỉnh sự trẻ hoá, già hoá. Nếu nghiêng vổ xitôkinin AAB thì trẻ hoá và ngược lại. 79 CHƯƠNG 7 A „ - SINH SẢN ở THƯC VÂT 4. . KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ CHUYÊN SÂU 1. Sinh sản vô tính Sinh sản vô tính là hình thức sinh sản không có sự kết hơp giữa tính đực (giao tử đực) và tính cái (giao tử cái). Ở thực vật, có hai hình thức sinh sản vô tính là sinh sản sinh dưỡng và sinh sản bằng bào tử. a. Sinh sản sinh dưỡng Sinh sản sinh dưỡng là kiểu sinh sản mà cơ thể con được hình thành từ một cơ quan sinh dưỡng của cơ thể mẹ. Sự hình thành cơ thể mới được thực hiện theo cơ chế nguyên phân. Kiểu sinh sản này có ở cả thực vật bậc thấp lẫn thực vật bậc cao. Các bộ phận sinh dưỡng có thể phát triển thành một cơ thể mới là nhờ tính toàn năng của tế bào thực vật. Mặc dù đã biệt hóa thành các bộ phận khác nhau nhưng hệ gen của tế bào vẫn chứa đầy đủ các gen quy định đầy đủ các tính trạng của một cơ thể, trong những điều kiện nhất định, tế bào có thể lập trình lại (tái lập trình), hoạt hóa các gen để trở về dạng tế bào gốc toàn năng, từ đó có thể biệt hóa thành các loại tế bàõ khác nhau của cơ thế. Sinh sản sinh dưỡng tạo ra các cá thể mới có tính đồng nhất về mặt di truyền, điều này có lợi cho sinh vật khi sống trong điều kiện môi trường ổn định (điều kiện sống của môi trường khồng thay đổi). Tuy nhiên, xét về mặt tiến hóa, kiểu sinh sản này không làm tăng tính đa dạng di truyền của loài, dẫn đến làm hạn chế nguồn nguyên liệu cho tiến hóa và chọn giống. b. Sinh sản bằng bào tủ' Sinh sản bằng bào tử có ở các loài thực vật bậc thấp như rêu, dương xỉ... Trong kiểu sinh sản này, cơ thể mẹ (2 n) giảm phân hình thành các bào tử đơn bội, các bào tử đơn bội được phát tán rồi nảy mầm phát triển thành thể giao tử (có bộ nhiễm sắc thể đơn bội). Như vậy, thể giao tử được hình thành từ bào tử, không . qua thụ tinh nên sự hình thành thể giao tử được coi là sinh sản vô tính. So với sinh sản sinh dưỡng, các thể giao tử sinh ra trong sinh sản bằng bào tử có vật chất di truyền không giống nhau và không giống với thể bào tử. Điều này có được là do các bào từ được hình thành qua cơ chế giảm phân. Kiêu sinh sản này có un thế là tạo nên tính đa dạng di truyền cho loài, bào tử cỏ khả năng phát 80 tán xa hơn so với sinh sản sinh dưỡng. Tuy nhiên, vì thể giao tử có bộ NST đơn bội nên sức sống lại thường yếu hơn các thế lưỡng bội. Do đó, ở các loài thực vật sinh sản bào tử, luôn có sự xen kẽ giữa giai đoạn thể giao tử và giại đoạn thể bào tử (hình thành theo cơ chế sinh sản hữu tính), đồng thời các loài có xu hướng tăng dần un thế của giai đoạn thể bào tử. Như vậy, ở sinh sản bằng bào tử, sinh sản vô tính không tách rời với sinh sản hữu tính. Trong thực tiễn, vận dụng các nguyên lí của sinh sản vô tính ở thực vật, cọn người đã tạo ra nhiều phương pháp nhân giống vô tính, ứng dụng trong trồng trọt như: Giâm cành, chiết cành, ghép cành, nuôi cấy mô tế bào. Ưu điểm và hạn chế của sinh sản vô tính: - Ưu điểm: + Đơn giản, tiết kiệm vật chất và năng lượng. + Chỉ cần một cá thể cũng có thể tạo ra nhiều cá thể mới nên có thể phục hồi nhanh số lượng cá thể của quần thể trong điều kiện mật độ thấp. + Bảo tồn các đặc điểm tốt của cơ thể mẹ, tạo ra các cá thể mới có tính thích nghi cao trong điều kiện môi trường không thay đồi. - Han chế: + Các cá thể con sinh ra từ một cơ thể mẹ sẽ đồng nhất về mặt di truyền nên không tạo được tính đa dạng di truyền của quần thể, hạn chế nguyên liệu cho tiến hóa. Điều này dẫn tới loài dễ bị diệt.vong khi môi trường sống thay đổi. 2. Sinh sản hữu tính Sinh sản hữụ tính là hình thức sinh sản có sự kết hợp giữa tính đực (giao tử đực) và tính cái (giao tử cái) tạo thành hợp tử, hợp tử phát triển thành phôi và phôi phát triển thành cơ thể mới. Trong sinh sản hữu tính, để tạo rạ được một cơ thể mới, cần trải qua ba giai đoạn: - Hình thành giao tử. - Thụ tinh hình thành họp tử. - Hợp tử phát triển thành phôi, phôi hình thành cơ thể mới. Cũng như sinh sản vô tính, sinh sản hữu tính cũng có ở hầu hết các nhóm thực vật từ bậc thấp đến bậc cao. Trong đó, điển hình là thực vật có hoa (thực vật hạt kín). Sau đây ta tìm hiểu chi tiết các giai đoạn của sinh sản hữu tính ở nhóm thực vật này. Chu trình sống của thực vật hạt kín có thể tóm tắt theo sơ đồ dưới đây: 81