Thayhienedu.com chia sẽ đến các em Lý Thuyết Sinh Học 11 thống nhất 1 bộ sách trên cả nước là Kết nối tri thức với cuộc sống.
LÝ THUYẾT MÔN SINH HỌC LỚP 11
BÀI 6: HÔ HẤP Ở THỰC VẬT
I. KHÁI QUÁT VỀ HÔ HẤP Ở THỰC VẬT
1. Khái niệm
- Hô hấp ở thực vật là quá trình phân giải các hợp chất
hữu cơ phức tạp (chủ yếu là carbohydrate) thành các chất đơn giản, đồng
thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP và nhiệt năng.
- Hô hấp có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí (có O₂)
hoặc kị khí (thiếu hoặc không có O₂, tức là lên men). Ở thực vật, con đường hô
hấp hiếu khí là hình thức chủ yếu.
- Phương trình tổng quát của hô hấp hiếu khí:
C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Năng lượng
(nhiệt + ATP)
- Ví dụ thực tế: Khi chúng ta luồn tay vào giữa một
bao hạt lúa hay hạt ngô đang được ủ ẩm để chuẩn bị gieo, ta sẽ cảm nhận rõ rệt
hơi ấm nóng tỏa ra. Đó chính là minh chứng cho việc các hạt đang hô hấp tế bào
mạnh mẽ và giải phóng ra nhiệt năng.
2. Vai trò của hô hấp
- Cung cấp năng lượng ATP: Năng lượng sinh ra từ quá trình hô
hấp được sử dụng cho hầu hết các hoạt động sống của cây như tổng hợp chất hữu
cơ, vận chuyển chủ động các chất qua màng tế bào, sinh trưởng, phát triển, cảm ứng,...
- Duy trì nhiệt độ cơ thể: Nhiệt năng giải phóng trong quá
trình hô hấp giúp thực vật duy trì nhiệt độ cơ thể ổn định, bảo đảm cho các phản
ứng sinh lý và sinh hóa diễn ra bình thường trong thời tiết lạnh.
- Tạo các sản phẩm trung gian: Quá trình hô hấp tạo ra các chất
trung gian (như đường 3-carbon, pyruvate,...) làm nguyên liệu để tổng hợp các hợp
chất hữu cơ khác trong cơ thể như protein, lipid (acid béo), sắc tố,...
- Ví dụ thực tế: Các loài hoa nở vào cuối đông hoặc đầu
xuân (như hoa tulip, hoa hồng) thường có cường độ hô hấp rất mạnh ở cơ quan
sinh sản, giúp tỏa nhiệt sưởi ấm hoa, ngăn ngừa sương giá làm hỏng nhị nhụy và
giúp lan tỏa hương thơm để thu hút côn trùng thụ phấn.
II. CÁC CON ĐƯỜNG HÔ HẤP Ở THỰC VẬT
- Tùy thuộc vào điều kiện oxygen của môi trường, hô hấp ở
thực vật diễn ra theo 2 con đường: Hô hấp hiếu khí và Lên men.
- Điểm chung: Cả hai con đường đều có chung giai đoạn khởi
đầu là Đường phân xảy ra ở tế bào chất.
1. Hô hấp hiếu khí
- Điều kiện xảy ra: Khi môi trường có đầy đủ oxygen
(O₂).
- Nơi diễn ra: Diễn ra mạnh mẽ ở các tế bào, mô, cơ quan
đang có hoạt động sinh lý mạnh (như hạt đang nảy mầm, hoa đang nở, đầu rễ đang
sinh trưởng,...).
- Tiến trình gồm 3 giai đoạn liên tiếp:
a. Đường phân
- Vị trí: Diễn ra ở tế bào chất.
- Nguyên liệu: 1 phân tử Glucose (C₆H{12}O₆).
- Kết quả: Phân giải 1 glucose thành 2 phân tử Pyruvate,
thu được 2 ATP và 2 NADH.
b. Oxy hóa pyruvate và chu trình
Krebs
- Vị trí: Diễn ra ở chất nền của ti thể.
- Diễn biến:
+ 2 Pyruvate được chuyển vào chất nền ti thể, biến đổi
thành 2 phân tử Acetyl-CoA, giải phóng 2 NADH và 2 CO₂.
+ 2 Acetyl-CoA đi vào chu trình Krebs, bị oxy hóa hoàn
toàn giải phóng ra 4 CO₂, 6 NADH, 2 FADH₂ và 2 ATP.
c. Chuỗi truyền electron
- Vị trí: Diễn ra ở màng trong của ti thể.
- Diễn biến: Electron từ các phân tử NADH và FADH₂ (tạo
ra từ các giai đoạn trước) truyền đến O₂ thông qua chuỗi các phản ứng oxy hóa
khử, giải phóng năng lượng để tổng hợp ATP và nước (H₂O).
- Kết quả: Đây là giai đoạn giải phóng nhiều ATP nhất
trong quá trình hô hấp (khoảng 26 - 28 ATP).
- Tổng kết: Từ 1 phân tử glucose, qua hô hấp hiếu
khí giải phóng hoàn toàn tạo ra 6 CO₂, 6 H₂O và tích lũy được 30 - 32 ATP.
- Ví dụ thực tế: Khi gieo mầm cây non trên ruộng, việc
nông dân xới xáo đất cho tơi xốp chính là để cung cấp đủ lượng oxygen cho rễ
cây thực hiện hô hấp hiếu khí một cách tối đa, đảm bảo rễ khỏe, hút nhiều nước
và muối khoáng giúp cây lớn nhanh.
2. Lên men
- Điều kiện xảy ra: Khi môi trường thiếu hụt oxygen (điều
kiện kị khí, ví dụ rễ cây bị ngập úng dài ngày, hạt ngập sâu dưới nước).
- Tiến trình gồm 2 giai đoạn:
+ Đường phân: Phân giải glucose thành pyruvate,
thu được 2 ATP và 2 NADH.
+ Lên men: Pyruvate được chuyển hóa trong tế
bào chất thành Ethanol (rượu) hoặc Lactate (acid lactic) mà không
tạo thêm ATP.
- Tổng kết: 1 phân tử glucose qua con đường lên
men chỉ tích lũy được vỏn vẹn 2 ATP (hiệu suất năng lượng cực kỳ thấp).
- Ví dụ thực tế: Khi ruộng ngô hoặc ruộng đậu bị ngập nước
lâu ngày do mưa bão, đất bị thiếu khí hoàn toàn, rễ cây buộc phải chuyển sang
hô hấp kị khí (lên men). Quá trình này sinh ra ethanol tích tụ ở rễ, làm ngộ độc
tế bào rễ, gây thối rễ, làm cây bị héo và chết rũ nếu không tháo nước kịp thời.
III. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÔ HẤP Ở THỰC VẬT
1. Nước
- Vai trò: Là dung môi, môi trường cho các phản ứng hóa
học xảy ra và giúp hoạt hóa các enzyme hô hấp.
- Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước trong
mô và cơ quan của thực vật.
- Ví dụ thực tế: Hạt thóc hoặc hạt đỗ phơi khô trong kho
bảo quản có hàm lượng nước cực kỳ thấp (khoảng 11 - 12%) nên hô hấp diễn ra rất
yếu ớt (giúp hạt ngủ nghỉ lâu dài). Khi đem gieo, ta ngâm hạt vào nước, hạt hút
nước căng tròn, lượng nước tăng lên lập tức kích hoạt hô hấp tăng vọt hàng
nghìn lần để hạt nảy mầm.
2. Nhiệt độ
- Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của các
enzyme hô hấp.
- Trong giới hạn sinh lý, khi nhiệt độ tăng thì cường độ
hô hấp của thực vật cũng tăng theo.
- Tuy nhiên, mỗi loại hạt, loại cây có giới hạn nhiệt độ
tối thiểu, tối ưu và tối đa khác nhau
- Ví dụ thực tế: Ở các vùng núi cao có khí hậu lạnh giá,
hạt giống gieo xuống đất thường rất khó nảy mầm hoặc nảy mầm chậm do nhiệt độ
thấp ức chế enzyme hô hấp hoạt động. Nông dân thường phải phủ nilon giữ ấm cho
luống gieo để tăng nhiệt độ đất.
3. Hàm lượng O₂
- Oxygen là nguyên liệu trực tiếp để oxy hóa các chất hữu
cơ trong hô hấp hiếu khí.
- Khi hàm lượng O₂ ngoài không khí giảm xuống dưới 10%,
hô hấp hiếu khí bắt đầu bị ảnh hưởng; nếu giảm xuống dưới 5%, cây sẽ chuyển
sang con đường lên men có hại.
- Ví dụ thực tế: Cắm hoa trong lọ nước lâu ngày không
thay nước sẽ khiến vi khuẩn phát triển tiêu thụ hết oxygen hòa tan trong nước.
Khi đó, cuống hoa chuyển sang hô hấp kị khí tạo ra các chất độc, làm cuống
nhanh thối và hoa chóng héo.
4. Hàm lượng CO₂
- Carbon dioxide (CO₂) là sản phẩm của quá trình hô hấp.
Nồng độ CO₂ cao trong môi trường sẽ gây ức chế ngược, làm ngừng trệ quá trình
hô hấp hiếu khí của thực vật.
- Hàm lượng CO₂ đạt từ 35% trở lên sẽ khiến hầu hết các
hạt giống bị mất khả năng nảy mầm.
- Ví dụ thực tế: Trong các kho trữ kín bảo quản hạt giống
công nghiệp, người ta thường chủ động bơm khí CO₂ vào phòng để vừa ức chế sự hô
hấp tiêu tốn năng lượng của hạt, vừa tiêu diệt các loại côn trùng và nấm mốc
gây hại.
IV. ỨNG DỤNG CỦA HÔ HẤP Ở THỰC VẬT VÀO THỰC TIỄN
1. Hô hấp trong bảo quản nông sản
- Nguyên tắc cốt lõi: Giảm thiểu tối đa cường độ hô hấp
của nông sản xuống mức tối thiểu (nhưng không làm nông sản chết) nhằm hạn chế sự
hao hụt chất hữu cơ, giữ nguyên chất lượng và kéo dài thời gian bảo quản.
a. Điều chỉnh hàm lượng nước
- Áp dụng phơi khô, sấy khô hạt (lúa, ngô, đậu...) xuống
độ ẩm an toàn (10 - 13%) trước khi đưa vào kho bảo quản lâu dài.
- Đối với rau quả tươi chứa nhiều nước, cần bảo quản
trong môi trường có độ ẩm không khí cao (90 - 95%) để tránh mất nước làm héo úa
rau.
b. Điều chỉnh nhiệt độ
- Bảo quản nông sản ở nhiệt độ thấp bằng hệ thống kho lạnh
hoặc tủ lạnh để làm giảm hoạt tính enzyme hô hấp.
- Mỗi loại nông sản có nhiệt độ bảo quản tối ưu riêng
(ví dụ: khoai tây giữ ở 4°C, bắp cải giữ ở 1°C, cam chanh giữ ở 6°C).
c. Điều chỉnh thành phần không khí
trong môi trường bảo quản
- Giảm hàm lượng O₂ (xuống khoảng dưới 10%) và tăng hàm
lượng CO₂ (khoảng trên 5 - 10%) trong phòng bảo quản kín.
- Ví dụ thực tế: Các loại rau quả xuất khẩu ra nước
ngoài bằng container lạnh thường được bơm khí nito (N₂) để làm loãng nồng độ
oxygen, giữ nông sản luôn tươi ngon suốt hành trình dài ngày trên biển.
2. Hô hấp trong trồng trọt
- Phải đảm bảo đất trồng luôn tơi xốp, thoáng khí để tạo
điều kiện thuận lợi nhất cho rễ cây tiếp xúc oxygen thực hiện hô hấp hiếu khí.
- Các biện pháp kỹ thuật:
+ Cày sâu, bừa kỹ, xới đất định kỳ xung quanh gốc cây.
+ Lên luống cao đối với các cây trồng cạn (rau cải,
khoai tây, ngô,...).
+ Làm hệ thống kênh mương thoát nước tốt, nhanh chóng
bơm tiêu nước cứu cây sau các trận mưa lớn để tránh ngập úng gây thối rễ.
- Ví dụ thực tế: Sau mỗi trận mưa rào lớn, mặt đất thường
bị nén chặt và đóng một lớp váng đất mỏng cản trở khí trao đổi. Nông dân thường
tranh thủ đi "xới phá váng" đất xung quanh gốc cây ngay khi đất vừa
ráo để đưa khí O₂ luồn sâu xuống lòng đất cho rễ thở.
V. MỐI QUAN HỆ GIỮA QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP
- Quang hợp và hô hấp là hai quá trình sinh lý ngược chiều
nhau nhưng có mối liên hệ mật thiết, phụ thuộc lẫn nhau để duy trì sự sống cho
cây:
+ Quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng để tổng
hợp chất hữu cơ (C₆H{12}O₆) và giải phóng O₂. Chất hữu cơ và O₂ này chính là
nguồn nguyên liệu thiết yếu cho quá trình Hô hấp.
+ Hô hấp phân giải chất hữu cơ giải phóng
năng lượng ATP cung cấp cho mọi hoạt động sống của cây (bao gồm cả hoạt động
quang hợp), đồng thời thải ra CO₂ và H₂O - vốn là nguyên liệu đầu vào thiết yếu
của quá trình Quang hợp.
+ Hô hấp tạo ra các sản phẩm trung gian giúp tăng áp suất
thẩm thấu ở rễ, tạo lực hút nước và muối khoáng mạnh mẽ từ đất truyền lên lá,
cung cấp đủ nguyên liệu phục vụ quang hợp.
- Ví dụ thực tế: Ở vùng đất có biên độ nhiệt ngày - đêm
lớn (như Đà Lạt hoặc các vùng cao nguyên): Ban ngày nắng ấm giúp cây quang hợp
tối đa tạo ra nhiều chất hữu cơ, ban đêm nhiệt độ hạ thấp đột ngột giúp giảm
thiểu cường độ hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của cây. Nhờ vậy, rau củ quả trồng ở
đây luôn tích lũy lượng đường rất cao, ăn ngọt đậm đà và cho năng suất vượt trội.