Khái niệm, ý nghĩa và vai trò của quang hợp ở thực vật

Quang hợp ở thực vật là quá trình quan trọng trong đời sống của các sinh vật trên Trái Đất. Đây cũng là phần kiến thức quan trọng trong chương trình môn Sinh học. Vì thế hôm nay Marathon Education sẽ giúp bạn tổng hợp kiến thức về quá trình quang hợp qua bài viết dưới đây.

1. Khái niệm quang hợp

• Quang hợp (quang tổng hợp) là quá trình tạo ra các hợp chất hữu cơ từ CO2 và H2O dưới điều kiện của ánh sáng mặt trời. Đây là quá trình cần thiết để tạo ra chất hữu cơ phục vụ cho sinh vật và cung cấp thức ăn cho các sinh vật khác trên Trái Đất. Các loại thực vật, tảo và một số vi khuẩn là những sinh vật tham gia vào quá trình quang tổng hợp.
• Trong quá trình này, diệp lục hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời để tổng hợp cacbohidrat và giải phóng oxy từ khí cacbonic và nước.
• Phương trình tổng quát: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2
• Năng lượng ánh sáng mà thực vật sử dụng trong quá trình quang hợp được gọi là quang năng. Đây là năng lượng có thể nhìn thấy từ ánh sáng mặt trời trong khoảng 380 – 750 nm.

2. Vai trò và ý nghĩa của quá trình quang hợp

• Vai trò của quá trình quang hợp ở thực vật:

• Tổng hợp chất hữu cơ: Quang hợp tạo ra chất hữu cơ, đóng vai trò làm nguồn cung cấp thức ăn cho đa dạng sinh vật, nguyên liệu cho công nghiệp và thành phần của các loại thuốc chữa bệnh.
• Cung cấp nguồn năng lượng: Ánh sáng mặt trời được hấp thụ và chuyển đổi thành hóa năng trong các phản ứng hóa học, cung cấp năng lượng quan trọng cho mọi sinh vật trong quá trình sống.
• Cung cấp Oxy: Quá trình quang hợp của cây xanh không chỉ tiếp nhận khí cacbonic mà còn giải phóng khí oxy, giúp làm sạch không khí và cung cấp nguồn oxy cần thiết cho nhiều sinh vật khác.

>> Phiên mã và dịch mã – Lý thuyết môn Sinh học lớp 12

• Ý nghĩa sự quang hợp của cây xanh:

Trong chuỗi thức ăn tự nhiên, sinh vật sử dụng năng lượng từ quang hợp để phát triển là yếu tố quan trọng đầu tiên. Các sinh vật khác tiếp tục tận dụng sản phẩm tạo ra từ quang hợp để duy trì sự sống.

Quá trình quang hợp đóng vai trò quan trọng và không thể thiếu đối với sinh vật trên Trái Đất. Nó tạo ra năng lượng cho sự sống của mọi sinh vật, tái tạo các chất hữu cơ cần thiết sau khi đã được sử dụng trong quá trình sống và phát triển. Hơn nữa, quang hợp còn đóng vai trò trong việc duy trì cân bằng lượng khí O2 và CO2 trong không khí, mang lại không gian sống trong lành cho chúng ta.

Quá trình quang hợp của thực vật được tiến hành chủ yếu dựa vào diệp lục, một sắc tố thường chứa trong các hạt màu, được gọi là lục lạp. Hầu hết các phần của nhiều loại thực vật mang màu lục, lá cây là nguồn chính để hấp thụ năng lượng cho quá trình quang hợp. Chlorophyll là chất được sử dụng trong quá trình quang hợp của nhiều sinh vật như thực vật, tảo và vi khuẩn lam để tạo ra oxy.

Quang hợp không chỉ đóng vai trò quan trọng cho sinh vật tự dưỡng mà còn rất quan trọng đối với con người. Hoạt động quang hợp mang lại lợi ích cho con người như sau:

– Cung cấp một nguồn lượng thực phẩm phong phú, đáp ứng hơn 80% nhu cầu dinh dưỡng của con người từ thực vật.

– Cung cấp nguồn nhiên liệu đa dạng cho mọi hoạt động sản xuất của con người, trong các ngành công nghiệp như than đá, dầu mỏ, củi, than bùn, và khí đốt.

– Cung cấp nguồn nguyên liệu phong phú cho các ngành công nghiệp như công nghiệp gỗ, công nghiệp giấy, công nghiệp thuốc lá và công nghiệp đường.

– Quang hợp tạo ra một lượng lớn chất hữu cơ, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của cơ thể sinh vật.

 

 

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

3.1. Đặc điểm bên trong

• Có tế bào hình mô giậu với nhiều diệp lục nằm dưới lớp biểu bì mặt trên của lá cây, chuyên hấp thụ ánh sáng chiếu vào mặt trên của lá.
• Lá chứa tế bào mô xốp với ít diệp lục hơn so với tế bào mô giậu, thường ở mặt dưới của lá cây. Mô xốp có các khoảng trống rỗng giúp cho việc khí oxy dễ dàng khuếch tán vào các tế bào chứa sắc tố quang hợp.
• Hệ gân lá bao gồm mạch gỗ và mạch rây, phát triển từ bó mạch ở cuống lá và lan ra từng tế bào trong cây, bao gồm mô lá. Hệ gân lá đảm bảo nước và ion khoáng được vận chuyển đến mỗi tế bào để thực hiện chức năng quang hợp và mang sản phẩm của quang hợp.
• Trong lá, có nhiều tế bào chứa diệp lục nằm trong lục lạp, nơi bảo quản sắc tố quang hợp.
• Lục lạp chứa ADN enzim và ribôxôm, cho phép tổng hợp các protein quan trọng cho chúng.
• Số lượng lục lạp trong mỗi tế bào sinh vật không giống nhau, có thể thay đổi tùy theo mức ánh sáng môi trường và đặc tính của loài.

>> Khái niệm về gen, mã di truyền và quá trình nhân đôi ADN

3.2. Đặc điểm bên ngoài

• Bề mặt rộng của lá giúp hấp thụ nhiều ánh sáng mặt trời.
• Phiến lá mảnh mang lại khả năng khuếch tán khí vào và ra dễ dàng.
• Tế bào khí khổng ở lớp ngoài cùng (biểu bì) của lá chứa các tế bào tham gia vào quá trình khuếch tán khí CO2 vào lục lạp bên trong lá.

4. Thành phần và chức năng hệ sắc tố quang hợp của lá

Thực vật thực hiện quang hợp nhờ sự hiện diện của diệp lục, một chất có trong sắc tố quang hợp của lá cây, cùng với carotenoit. Bề mặt của lá cây tiếp xúc với ánh sáng mặt trời, giúp diệp lục hấp thụ năng lượng từ ánh sáng và khởi đầu quá trình quang hợp. Do đó, hệ sắc tố quang hợp của lá cây gồm hai thành phần chính: diệp lục và carotenoit.

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

• Chất diệp lục: Là sắc tố quang hợp hấp thụ ánh sáng ở vùng xanh lam (430 nm) và vùng đỏ (662 nm). Chất diệp lục bao gồm hai nhóm chính:

– Diệp lục a: Được cấu thành từ các phân tử P700 và P680, tham gia vào việc hấp thụ trực tiếp năng lượng từ ánh sáng. Năng lượng này sau đó được chuyển thành các dạng năng lượng có trong ATP và NADPH.

– Diệp lục b: Kết hợp với diệp lục a để tham gia vào quá trình quang hợp. Ngoài ra, nó hỗ trợ các phân tử P700 và P680 tại trung tâm bằng cách truyền năng lượng từ ánh sáng và tiếp tục hấp thụ năng lượng cho chúng.

• Carotenoit:

– Carotenoit chịu trách nhiệm truyền đạt năng lượng đến chất diệp lục a và b trong quá trình quang hợp. Nó bao gồm hai chất: xantophin và caroten, đều là sắc tố phụ trong quá trình này. Caroten hấp thụ ánh sáng ở khoảng bước sóng 446 – 476 nm, trong khi xantophin hấp thụ ánh sáng từ 451 đến 1481 nm. Nếu ánh sáng mạnh, các chất carotenoid còn giúp bảo vệ các hệ thống quang hợp của cây tránh bị cháy nắng.

– Sơ đồ truyền năng lượng: Carotenoit → Diệp lục b → Diệp lục a → Diệp lục a ở trung tâm phản ứng.

>> Khái niệm, nguyên nhân và các loại diễn thế sinh thái

5. Hô hấp và quang hợp ở thực vật khác nhau như thế nào?

Hô hấp và quang hợp ở thực vật đều là những quá trình giúp cơ thể thực vật duy trì sự sống. Tuy nhiên 2 quá trình này khác nhau và rất dễ nhầm lẫn. Bạn có thể phân biệt 2 quá trình này thông qua bảng dưới đây:

	Hô hấp	Quang hợp ở thực vật
Khái niệm	Là quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ thành chất vô cơ như CO2 và H2O, giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của sinh vật.	Đây là quá trình mà cây sử dụng chất diệp lục để hấp thụ ánh sáng mặt trời và tạo thành các chất hữu cơ bằng những năng lượng đó.
Phương trình	C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 6H2O + Năng lượng	6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6H2O + 6O2
Sản phẩm	Năng lượng và cacbonic	Oxy và đường
Bộ phận thực hiện	Một số tế bào của cây và ti thể của mọi tế bào sống	Lục lạp
Cơ chế	– Quá trình phân giải của đường – Hô hấp dạng yếm khí – Chu kỳ Krebs – Chuỗi truyền điện tử	Quá trình quang hợp diễn ra theo 2 pha: Pha sáng và pha tối

6. Các câu hỏi và bài tập thường gặp về quang hợp

Câu 1. Quang hợp là quá trình nào trong thực vật?

1. Quá trình tổng hợp glucose từ CO2 và H2O
2. Quá trình tiêu hóa thức ăn
3. Quá trình hô hấp
4. Quá trình tiêu hóa protein

⇒ Đáp án: a.

Câu 2. Chất nào đóng vai trò chính trong quang hợp ở thực vật?

1. Diệp lục
2. Caroten
3. Xantophin
4. Phycobilin

⇒ Đáp án: 1. 

Câu 3. Vùng màu nào trong quang phổ được diệp lục hấp thụ?

1. Xanh lam (430 nm)
2. Đỏ (662 nm)
3. Vàng (612 nm)
4. Cam (590 nm)

⇒ Đáp án: 1.

Câu 4. Nhóm sinh vật nào sử dụng phycobilin trong quá trình quang hợp?

1. Tảo và thực vật thủy sinh
2. Cây cỏ
3. Động vật
4. Nấm

⇒ Đáp án: 1.

Câu 5. Carotenoit đóng vai trò gì trong quang hợp?

1. Truyền năng lượng đến chất diệp lục
2. Hấp thụ ánh sáng mặt trời
3. Cân bằng CO2 và O2
4. Tạo nên glucose

⇒ Đáp án: 1.