Sinh 11: Quang Hợp Ở Thực Vật Là Gì? Vai Trò Và Ý Nghĩa Quá Trình Quang Hợp

1. Quang hợp là gì?

Quang hợp ở thực vật sinh 11 là một phần kiến thức trọng tâm. Vậy quang hợp ở thực vật là gì hay câu hỏi mang nghĩa rộng hơn đó là quang hợp là gì sẽ được giải thích ngay sau đây.

Quang hợp hay còn gọi là quang tổng hợp là quá trình tổng hợp nên chất hữu cơ từ các nguyên liệu vô cơ đơn giản là CO2 và H2O dưới điều kiện ánh sáng mặt trời để tạo ra những hợp chất hữu cơ phục vụ bản thân sinh vật cũng như làm nguồn thức ăn cho các sinh vật khác trên Trái Đất. Những sinh vật tham gia quang hợp bao gồm thực vật, tảo và một số vi khuẩn. 

Trong quá trình quang hợp, diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời để tổng hợp nên cacbohidrat và giải phóng ra oxy từ khí cacbonic và nước.

Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp:

6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2

Quang nănglà năng lượng sử dụng trong quá trình quang hợp. Quang năng là năng lượng từ bức xạ ánh sáng mặt trời được nhìn thấy trong khoảng 380 - 750 nm.

Về bản chất hóa học thì quang hợp là một quá trình OXH - khử, quang hợp diễn ra thì đồng thời cũng là lúc xảy ra quá trình khử cacbonic (CO2) và quá trình OXH nước (H2O). Trong các phản ứng OXH - khử của quang hợp, năng lượng từ ánh sáng mặt trời sẽ làm phân ly các phân tử H2O và khử CO2 thành đường mang nhiều năng lượng. Hay nói một cách khác, ion H+ và những điện tử do sự phân ly các phân tử H2O sẽ được cung cấp cho CO2 để tạo nên hợp chất khử với một đơn vị cơ bản là CH2O, và năng lượng lấy từ ánh sáng mặt trời sẽ được dự trữ khi quá trình này diễn ra. Trong quá trình quang hợp, cần lưu ý cơ chế hấp thu và sử dụng năng lượng từ ánh sáng mặt trời và cơ chế chuyển H+ và điện tử từ H2O đến CO2.

2. Quang hợp ở thực vật có vai trò gì?

Quá trình quang hợp đóng vai trò hết sức quan trọng và có ảnh hưởng đối với sự sống của tất cả các sinh vật trên Trái Đất, đặc biệt là thực vật. Dưới đây là 3 vai trò chính của quá trình quang hợp ở thực vật.

• Tổng hợp nên chất hữu cơ: Sản phẩm của quang hợp chính là nguồn chất hữu cơ có vai trò làm thức ăn cho mọi sinh vật, là nguồn nguyên liệu cho công nghiệp và thành phần của thuốc chữa bệnh cho con người.

• Cung cấp nguồn năng lượng: Năng lượng từ ánh nắng mặt trời được hấp thụ, sau đó năng lượng đó được chuyển thành hóa năng trong các liên kết hóa học. Đây chính là nguồn năng lượng cung cấp cho mọi hoạt động sống trong cơ thể của các sinh vật. 

• Cung cấp Oxy: Quá trình quang hợp ở cây xanh hấp thụ khí cacbonic và giải phóng ra khí oxy giúp cho quá trình điều hòa không khí, giảm tác hại của hiệu ứng nhà kính để đem lại bầu không khí trong lành cho Trái Đất và cung cấp các dưỡng khí cho nhiều sinh vật khác.

Tham khảo ngay bộ sổ tay tổng hợp kiến thức và các kỹ năng làm mọi dạng bài tập trong đề thi THPT Quốc gia ngay

3. Đặc điểm của lá cây thích nghi với chức năng quang hợp

3.1. Đặc điểm bên ngoài của lá cây 

- Diện tích bề mặt của lá lớn giúp hấp thụ được nhiều tia nắng.

- Phiến lá mỏng đáp ứng cho sự khuếch tán của khí vào và ra một cách dễ dàng.

- Tế bào khí khổng nằm trong lớp biểu bì của lá có chứa tế bào có chức năng khuếch tán khí CO2 vào bên trong lá đến lục lạp.

3.2. Đặc điểm bên trong của lá cây

- Chứa tế bào hình mô giậu có nhiều diệp lục phân bố ngay dưới lớp biểu bì của mặt trên của lá cây để hấp thụ trực tiếp ánh sáng chiếu vào mặt trên của lá.

- Chứa tế bào mô xốp có ít diệp lục hơn so với các tế bào mô giậu, chúng nằm ở mặt dưới của lá cây. Trong mô xốp chứa nhiều khoảng trống rỗng giúp khí oxy dễ dàng khuếch tán vào các tế bào có chứa sắc tố quang hợp.

- Hệ gân lá có hệ thống mạch dẫn bao gồm mạch gỗ và mạch rây, xuất phát từ bó mạch nằm ở cuống lá đi đến từng tế bào trong cây như mô của lá, giúp đưa nước và ion khoáng đến từng tế bào để thực hiện được chức năng quang hợp và từ đó vận chuyển sản phẩm của quang hợp. 

- Trong lá chứa nhiều tế bào có diệp lục chứa trong lục lạp - bào quan quang hợp.

Lục lạp - bào quan quang hợp

Lục lạp mang những đặc điểm tương ứng với chức năng quang hợp như sau:

- Lục lạp thường có hình dạng bầu dục thích hợp cho việc hấp thụ ánh sáng.

- Lục lạp có kích thước nhỏ thích hợp cho sự trao đổi chất.

- Mỗi lục lạp được bao quanh bởi lớp màng kép, bên trong chứa chất nền không màu và các hạt nhỏ gọi là grana.

- Mỗi grana mang hình dạng của một chồng tiền xu bao gồm các túi dẹt, các túi đó có tên là tilacôit :

+ Màng tilacôit là nơi phân bố của hệ sắc tố quang hợp, vị trí này sẽ xảy ra các phản ứng pha sáng.

+ Xoang tilacôit là nơi diễn ra phản ứng quang phân li nước và quá trình tổng hợp ATP của sự quang hợp.

+ Chất nền là vị trí xảy ra các phản ứng pha tối.

- Trong lục lạp có các ADN enzym và ribôxôm nên nó có khả năng tự tổng hợp được các protein cần thiết cho bản thân chúng.

- Số lượng lục lạp trong mỗi tế bào của sinh vật là khác nhau, số lượng đó phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng của môi trường sống cũng như đặc điểm của loài.

4. Chức năng và thành phần hệ sắc tố quang hợp của lá

Thực vật quang hợp được là nhờ vào chất diệp lục có trong hệ sắc tố quang hợp trong lá cây cùng với một chất nữa là Carotenoit. Bề mặt của lá cây hấp thụ được ánh sáng mặt trời giúp các sắc tố diệp lục hấp thụ được năng lượng từ ánh sáng ấy và xảy ra quá trình quang hợp ở cây xanh. Bởi vậy, hệ sắc tố quang hợp của lá cây bao gồm 2 thành phần chính là chất diệp lục và carotenoit.

Ở một số nhóm đặc biệt như tảo và thực vật thủy sinh thì có thêm sắc tố phụ là phycobilin. Phycobilin là nhóm sắc tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp của tảo và thực vật thủy sinh. Phycobilin hấp thụ được ánh sáng trong vùng lục là 550 nm và vùng vàng là 612 nm.

a) Chất diệp lục 

Chất diệp lục là sắc tố quang hợp hấp thụ được ánh sáng trong vùng xanh lam là 430 nm và vùng đỏ là 662 nm. Chất diệp lục bao gồm 2 nhóm chính:

Diệp lục a: Bản chất hóa học của diệp lục a là những phân tử P700 và P680. Những phân tử này đóng vai trò tham gia vào quá trình hấp thụ trực tiếp năng lượng ánh sáng, sau đó chuyển thành các dạng năng lượng có trong ATP và NADPH.  

Diệp lục b: Chất diệp lục b sẽ kết hợp với chất diệp lục a để thực hiện quá trình quang hợp, còn lại sẽ hỗ trợ các phân tử P700 và P680 tại trung tâm bằng cách truyền năng lượng của ánh sáng và hấp thụ lại cho chúng.

b) Carotenoit 

Carotenoit được hiểu là một chất có vai trò trong truyền các năng lượng đến cho chất diệp lục a và b. Carotenoit bao gồm 2 chất là xantophin và caroten, 2 chất này chính là các sắc tố phụ của quá trình quang hợp. Caroten hấp thụ ánh sáng với bước sóng dao động trong khoảng 446 – 476 nm, xantophin hấp thụ ánh sáng có bước sóng trong khoảng từ 451 đến 1481 nm. Trong trường hợp ánh nắng chiếu với cường độ cao thì chất carotenoid còn có tác dụng là bảo vệ các hệ thống quang hợp ở cây tránh bị cháy nắng.

Dưới đây là sơ đồ truyền năng lượng:

Carotenoit → Diệp lục b → diệp lục a → diệp lục a ở trung tâm phản ứng.

5. Ý nghĩa của sự quang hợp ở thực vật

Chuỗi thức ăn trong tự nhiên, các sinh vật sống và phát triển bằng nguồn năng lượng được cung cấp từ quá trình quang hợp thường là nhân tố đầu tiên. Các sinh vật còn lại sẽ sử dụng những sản phẩm tạo ra từ quá trình quang hợp để phục vụ cho sự sinh tồn của chúng.

Có thể hiểu, quá trình quang hợp là chuỗi phản ứng hóa học quan trọng không thể thiếu đối với sinh vật trên Trái đất. Nó sinh ra năng lượng cho mọi sự sống của sinh vật. Bù lại các chất hữu cơ đã qua sử dụng trong quá trình sinh sống và phát triển. Ngoài ra, quang hợp còn giúp cân bằng lượng khí O2 và CO2 trong không khí giúp chúng ta có bầu không khí trong sạch.

Quá trình quang hợp ở thực vật chủ yếu được tiến hành nhờ diệp lục. Sắc tố này thường chứa trong các hạt màu, bào quan đó gọi là lục lạp. Hầu như tất cả các bộ phận của nhiều loài thực vật đều có màu lục, năng lượng để thực hiện quá trình quang hợp chủ yếu được thu nhận từ lá cây. Tất cả các quá trình quang hợp ở các loài sinh vật như thực vật, tảo và vi khuẩn lam đều sử dụng chlorophyll và tạo ra oxy.

Quang hợp không chỉ là một quá trình không thiếu đối với sinh vật tự dưỡng mà nó còn đóng vai trò quan trọng đối với con người. Hoạt động quang hợp giúp ích cho con người như sau:

• Cung cấp cho con người một nguồn lương thực, thực phẩm dồi dào, >= 80% nhu cầu dinh dưỡng của con người bắt nguồn từ thực vật.

• Cung cấp nguồn nhiên liệu rất đa dạng cho mọi hoạt động sản xuất của con người (bao gồm các ngành như than đá, dầu mỏ, củi, than bùn, khí đốt).

• Cung cấp nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú cho ngành công nghiệp như CN gỗ, CN giấy, CN thuốc lá, CN đường,…

• Quang hợp còn tạo ra một lượng lớn chất hữu cơ tham gia vào cấu trúc của cơ thể sinh vật.

6. So sánh hô hấp và quang hợp ở thực vật

Quá trình quang hợp và hô hấp là 2 quá trình song song nhau, giúp duy trì sự sống cho cơ thể thực vật. Tuy nhiên, khi nhắc tới 2 quá trình này thì đôi khi vẫn có sự nhầm lẫn. Vậy thông qua bảng dưới đây, các em có thể so sánh hô hấp và quang hợp ở thực vật:

7. Các câu hỏi trắc nghiệm về quang hợp ở thực vật

Câu 1. Đặc điểm của lá giúp cây hấp thụ được nhiều tia sáng là

A. có nhiều khí khổng.                    B. có hệ thống gân lá.

C. có chứa nhiều lục lạp.               D. Diện tích bề mặt của lá lớn.

Đáp án đúng: D

Câu 2. Sắc tố nào dưới đây là sắc tố phụ?

A. Diệp lục a và b.                               B. Diệp lục a và chất caroten.

C. Chất Caroten và chất xanthophyll.    D. Diệp lục a, b và chất carotenoid.

Đáp án đúng: C

Câu 3. Sắc tố nào dưới đây là sắc tố chính?

A. Diệp lục a và b.               B. Diệp lục a và chất caroten.

C. Diệp lục a và chất xanthophyll. D. Diệp lục a, b và carôtenôit.

Đáp án đúng: A

Câu 4: Cấu tạo nào dưới đây của lục lạp phù hợp với chức năng quang hợp:

A. màng tilacôit là vị trí phân bố của hệ sắc tố quang hợp, nơi này xảy ra phản ứng pha sáng

B. Xoang tilacôit là vị trí diễn ra các phản ứng quang phân li nước và quá trình tổng hợp nên ATP

C. chất nền stroma là vị trí xảy ra phản ứng trong pha tối

D. Cả 3 phương án trên đều đúng

Đáp án đúng: D

Câu 5: Ý nào sau đây SAI với tính chất của diệp lục?

A. Hấp thụ được ánh sáng ở cả phần đầu và phần cuối của ánh sáng nhìn thấy

B. Có thể nhận năng lượng từ nhiều loại sắc tố khác nhau

C. Khi được chiếu sáng thì diệp lục có thể phát ra huỳnh quang

D. Màu lục của diệp lục liên quan trực tiếp đến quá trình quang hợp

Đáp án đúng: D

Câu 6: Các tilacôit không chứa thành phần nào dưới đây:

A. Hệ các sắc tố quang hợp.       B. Trung tâm phản ứng của sắc tố.

C. enzim cacboxi hóa.                 D. Chất chuyền điện tử.

Đáp án đúng: C

Câu 7: Sắc tố tham gia trực tiếp vào quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành ATP, NADPH trong quang hợp là:

A. Diệp lục a                  B. Diệp lục b

C. Cả diệp lục a và b     D. Cả diệp lục a, b và carôtenôit

Đáp án đúng: A

Câu 8: Diệp lục có màu lục là do:

A. sắc tố này hấp thụ được các chùm sáng màu lục

B. sắc tố này không hấp thụ được các chùm sáng màu lục

C. sắc tố này hấp thụ được các chùm sáng màu tím xanh

D. sắc tố này không hấp thụ được các tia sáng màu tím

Đáp án đúng: B

Câu 9: Tại sao lá cây thường có màu xanh lá cây?

A. Vì lá cây chứa nhiều diệp lục

B. Vì lá cây chứa sắc tố carotenoid

C. Vì lá cây chứa sắc tố màu tím xanh

D. Vì lá cây chứa sắc tố màu tím

Đáp án đúng: A

Câu 10: Quá trình quang hợp diễn ra ở các đối tượng:

A. Thực vật và một số các vi khuẩn đặc biệt.

B. Có ở cả thực vật, tảo và một số vi khuẩn.

C. Chỉ có ở một số loại tảo và vi khuẩn.

D. Chỉ có thực vật và tảo.

Đáp án đúng: B

Quang hợp là quá trình vô cùng quan trọng đối với sự sống và phát triển của tất cả các sinh vật trên Trái Đất. Bài viết này VUIHOC đã trình bày nội dung chi tiết về quang hợp ở thực vật và tầm quan trọng của nó. Để tìm hiểu về các bài viết hay khác, các em có thể truy cập vào Vuihoc.vn để đăng ký tài khoản hoặc liên hệ ngay trung tâm hỗ trợ ngay để ôn tập được thật nhiều kiến thức nhé!