Kiến thức trọng tâm chủ đề chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật Sinh học 11

KIẾN THỨC TRỌNG TÂM CHỦ ĐỀ :

Chuyển hoá vật chất và năng lượng ở thực vật

a) Trao đổi nước ở thực vật

• Vai trò của nước: Làm dung môi, đảm bảo sự bền vững của hệ thống keo nguyên sinh, đảm bảo hình dạng của tế bào, tham gia vào các quá trình sinh lí của cây (thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ của cây, giúp quá trình trao đổi chất diễn ra bình thường…), ảnh hưởng đến sự phân bố của thực vật.
• Hấp thụ nước:
•  Có 2 con đường:
  • Con đường qua thành tế bào - gian bào: Nhanh, không được chọn lọc.
  • Con đường qua chất nguyên sinh - không bào: Chậm, được chọn lọc.
  • Cơ chế: Thẩm thấu, do sự chênh lệch áp suất thẩm thấu.
• Vận chuyển nước ở thân:
  • Nước được vận chuyển chủ yếu bằng con đường qua mạch gỗ từ rễ lên lá.
  • Ngoài ra còn con đường qua mạch rây, hoặc vận chuyển ngang từ mạch gỗ sang mạch rây và ngược lại.
  • Cơ chế: Khuếch tán do sự chênh lệch áp suất thẩm thấu.
  • Nước được vận chuyển từ rễ lên lá nhờ lực hút do thoát hơi nước của lá, lực đẩy của rễ, lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch.
• Thoát hơi nước:
  • Có 2 con đường:
  • Qua khí khổng: Vận tốc lớn, được điều chỉnh.
  • Qua tầng cutin: Vận tốc nhỏ, không được điều chỉnh.
  • Cơ chế: Khuếch tán, được điều chỉnh do cơ chế đóng mở khí khổng.
• Ý nghĩa của thoát hơi nước đối với đời sống thực vật:
  • Tạo ra sức hút nước ở rễ.
  • Giảm nhiệt độ bề mặt thoát hơi → tránh cho lá, cây không bị đốt náng khi nhiệt độ quá cao.
  • Tạo điều kiện để CO₂ đi vào thực hiện quá trình quang hợp, giải phóng O₂ điều hoà không khí....
  • Cân bằng nước: Tương quan giữa quá trình hấp thụ nước và thoát hơi nước, đảm bảo cho cây phát triển bình thường.
  • Cân bằng nước được duy trì bởi tưới tiêu hợp lí: Tưới đủ lượng, đúng lúc, đúng cách.
• Ảnh hưởng của điều kiện môi trường:
  • Ánh sáng: Tác nhân gây đóng mở khí khổng → ảnh hưởng đến thoát hơi nước.
  • Nhiệt độ: ảnh hưởng đến hấp thụ nước ở rễ (do ảnh hưởng đến sinh trưởng và hô hấp ở rễ) và thoát hơi nước ở lá (do ảnh hưởng đến độ ẩm không khí).
  • Độ ẩm: Độ ẩm đất càng tăng thì quá trình hấp thụ nước tăng, độ ẩm không khí càng tăng thì sự thoát hơi nước càng giảm.
  • Dinh dưỡng khoáng: Hàm lượng khoáng trong đất càng cao thì áp suất dung dịch đất càng cao → hấp thụ nước càng giảm.
• Đặc điểm của hệ rễ thích nghi với chức năng hút nước: Rễ có khả năng ăn sâu, lan rộng, có khả năng hướng nước, trên rễ có miền hút với rất nhiều tế bào lông hút.
• Đặc điểm của tế bào lông hút thích nghi với chức năng hấp thụ nước:
  • Thành tế bào mỏng, không thấm cutin.
  • Có một không bào trung tâm lớn.
  • Áp suất thẩm thấu rất cao do hoạt động hô hấp của rễ mạnh.
• Cơ chế đóng, mở khí khổng:
  • Khi lượng nước trong cây lớn, do sự thay đổi của nồng độ các ion, sự thay đổi của các chất thẩm thấu → áp suất thẩm thấu trong tế bào đóng tăng → nước thẩm thấu vào tế bào đóng → tế bào đóng no nước, mặt trong cong lại → khí khổng mở.
  • Khi thiếu nước, hàm lượng axit abxixic tăng → kích thích các bơm ion hoạt động → các ion trong tế bào đóng vận chuyển ra ngoài (K⁺) → nước thẩm thấu ra ngoài theo → tế bào đóng mất nước, duỗi thẳng → khí khổng đóng.

b. Trao đổi khoáng và nitơ ở thực vật

• Các nguyên tố khoáng được chia thành 2 nhóm:
  • Các nguyên tố khoáng đại lượng: Chủ yếu đóng vai trò cấu trúc của tế bào, cơ thể; điều tiết các quá trình sinh lí.
  • Các nguyên tố vi lượng: Chủ yếu đóng vai trò hoạt hóa các enzim.
• Quá trình hấp thụ muối khoáng theo 2 cơ chế:
  • Chủ động: Ngược chiều gradient nồng độ (từ nơi nồng độ thấp đến nơi nồng độ cao), cần năng lượng và chất mang.
  •  Thụ động: Cùng chiều gradient nồng độ, không cần năng lượng, có thể cần chất mang.
• Muối khoáng được hấp thụ vào rễ theo dòng nước bằng hai con đường:
  • Con đường qua thành tế bào - gian bào: Nhanh, không được chọn lọc.
  • Con đường qua chất nguyên sinh - không bào: Chậm, được chọn lọc.
• Muối khoáng được vận chuyển chủ yếu theo mạch gỗ từ dưới lên do sự chênh lệch nồng độ các chất và được vận chuyển thụ động theo dòng nước.
• Đặc điểm của hệ rễ thích nghi với chức năng hút khoáng: Rễ có khả năng ăn sâu, lan rộng, có khả năng hướng nước, trên rễ có miền hút với rất nhiều tế bào lông hút.
• Vai trò của nitơ:
  • Vai trò cấu trúc: Nitơ là thành phần của hầu hết các hợp chất trong cây (prôtêin, axit nuclêic…) cấu tạo nên tế bào, cơ thể.
  • Vai trò điều tiết: Tham gia thành phần của các enzim, hoocmôn…® điều tiết các quá trình sinh lí, hoá sinh trong tế bào, cơ thể.
• Quá trình chuyển hoá nitơ trong đất nhờ các vi khuẩn:

• Quá trình đồng hoá nitơ trong khí quyển:
  • Nhờ vi khuần: Vi khuẩn tự do (Azotobacter, Anabaena…) và vi khuẩn cộng sinh (Rhizobium, Anabaena azollae…).
  • Thực hiện trong điều kiện:
•      Có các lực khử mạnh, được cung cấp ATP, có sự tham gia của enzim nitrogenaza, thực hiện trong điều kiện kị khí.  

c. Qúa trình quang hợp ở thực vật

• Vai trò: Tạo chất hữu cơ cung cấp cho sự sống trên trái đất, biến đổi và tích luỹ năng lượng (năng lượng vật lí thành năng lượng hoá học), hấp thụ CO₂ và thải O₂ điều hòa không khí.
  • Lá thực vật C₃, thực vật CAM có các tế bào mô giậu chứa các lục lạp, lá thực vật C₄ có các tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch chứa các lục lạp.
  •     Lục lạp: Có các hạt Grana chứa hệ sắc tố quang hợp (hấp thu và chuyển hoá quang năng thành hoá năng) và chất nền (chứa enzim đồng hoá CO₂).
• Bộ máy quang hợp: Lá, lục lạp và hệ sắc tố.
  • Lá thường có dạng bản mỏng, luôn hướng về ánh sáng và có cấu trúc phù hợp với chức năng quang hợp (chứa các tế bào mô giậu có mang các lục lạp thực hiện quang hợp, có mạch dẫn nước và muối khoáng, có khí khổng để trao đổi khí....).
  • Lục lạp bao gồm các hạt grana chứa hệ sắc tố, chất vận chuyển điện tử...và chất nền chứa nhiều enzim cacbôxi hoá...
  • Hệ sắc tố: Có hai nhóm là sắc tố chính (diệp lục) và sắc tố phụ (carôtenôit). Hệ sắc tố có vai trò hấp thu và chuyển hoá quang năng thành hoá năng.
  • Diệp lục ánh sáng chủ yếu ở vùng đỏ và vùng xanh tím.
  • Hệ sắc tố: Có hai nhóm là sắc tố chính (diệp lục) và sắc tố phụ (carôtenôit). Hệ sắc tố có vai trò hấp thu và chuyển hoá quang năng thành hoá năng.
  • Các sắc tố quang hợp hấp thụ năng lượng ánh sáng và truyền cho diệp lục a ở trung tâm phản ứng quang hợp theo sơ đồ:
  • Carôtenôit → Diệp lục b → Diệp lục a → Diệp lục a trung tâm.
  • Sau đó quang năng được chuyển cho quá trình quang phân li nước và phản ứng quang hoá để hình thành ATP và NADPH.
• Cơ chế: Quang hợp diễn ra trong lục lạp, bao gồm 2 pha: Pha sáng và pha tối.
  • Pha sáng: Diễn ra trên màng tilacoit, giống nhau ở các thực vật.

Hấp thụ năng lượng ánh sáng:

Chl + hg → Chl*

Quang phân li nước:

           Chl*

2 H₂O  →  4 H⁺  + 4e^- + O₂

Phot phoril hoá tạo ATP

3 ADP + 3 Pi → 3 ATP

Tổng hợp NADPH

 2 NADP + 4 H⁺ → 2 NADPH

Phương trình tổng quát:

12H₂O + 18ADP + 18Pvô cơ + 12NADP⁺ → 18ATP + 12NADPH + 6O₂

• Pha tối: Diễn ra trong chất nền (stroma), khác nhau giữa các nhóm thực vật C₃, C₄, CAM.

Thực vật C₃ pha tối thực hiện bằng chu trình Canvin qua 3 giai đoạn chính:

Giai đoạn cacboxil hoá (cố định CO₂):

3 RiDP + 3 CO₂ → 6 APG

Giai đoạn khử với sự tham gia của 6ATP và 6NADPH:

6APG    →   6AlPG

Giai đoạn tái sinh chất nhận RiDP và tạo đường với sự tham gia của 3 ATP:       

5AlPG  → 3RiDP

         1AlPG →Tham gia tạo C₆H₁₂O₆

Phương trình tổng quát:

12 H₂O + 6 CO₂ + Q (năng lượng ánh sáng) → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

- Đặc điểm của thực vật C₄: sống ở khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm kéo dài, cấu trúc lá có tế bào bao bó mạch. Có cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO₂ thấp hơn, thoát hơi nước thấp hơn...nên có năng suất cao hơn.

{-- Xem đầy đủ nội dung tại Xem online hoặc Tải về--}

Trên đây là trích dẫn một phần Kiến thức trọng tâm chủ đề chuyển hóa vật chất và năng lượng ở thực vật để xem đầy đủ nội dung đề thi các em vui lòng đăng nhập website Chúng tôi chọn Xem online hoặc Tải về máy tính. Chúc các em học tốt và thực hành hiệu quả!