TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT doc

TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
LUẬN VĂN
ĐỀ TÀI: TÌM HIỂU QUANG
HỢP Ở THỰC VẬT
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
1
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
MỤC LỤC
A. MỞ ĐẦU 3
I - Lí do chọn đề tài: 3
II. Mục đích nghiên cứu 4
III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 4
IV. Giả thuyết khoa học 4
V. Nhiệm vụ nghiên cứu 5
VI. Phương pháp nghiên cứu 5
VII. Dự kiến tính mới đề tài 5
VIII. Dàn ý nội dung được kết cấu: 5
B .NỘI DUNG 6
I . Khái quát chung về quang hợp 6
1.1. Định nghĩa quang hợp 6
1.2. Phương trình tổng quát của quang hợp 6
1.3. Vai trò của quang hợp 7
II. Cấu trúc và chức năng của bộ máy quang hợp. 9
2.1. Lá là cơ quan quang hợp 9
2.1.2. Giải phẫu của lá 11
2.2. Lục lạp 12
2.2.1.Cấu trúc lục lạp 12
2.2.2. Hình thái, số lượng, kích thước của lục lạp 13
2.2.3. Các loại lục lạp 14
2.2.4 thành phần hóa học của lục lạp: 15
2.2.5 chức năng của lạp lục 15

2.3. Cấu tạo và chức năng của các hệ sắc tố: 16
2.3.1. Cấu tạo và chức năng của nhóm sắc tố xanh- diệp lục 16
2.3.2. Nhóm sắc tố vàng - Carotenoit 21
2.3.3. Nhóm sắc tố xanh ở thực vật bậc thấp: phycobilin 24
2.3.4. Nhóm antoxyan – Các sắc tố dịch bào 25
III. Cơ chế quang hợp 25
3.1. Pha sáng 25
3.1.1. Giai đoạn quang vật lí 26
2.1.2.Giai đoạn quang hóa học 29
3.2.2. Con đường đồng hóa CO2 của thực vật C4 38
3.2.3. Con đường đồng hóa CO2 của thực vật CAM 43
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
2
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
IV. Quang hợp và năng suất cây trồng 45
4.1. Ảnh hưởng quang hợp đến năng suất cây trồng 45
4.2.Biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua hoạt động quang hợp 48
C. KẾT LUẬN 55
D: Tài liệu tham khảo 56
A. MỞ ĐẦU
I - Lí do chọn đề tài:
Sự phát triển của khoa học-kĩ thuật là kết quả của quá trình nghiên cứu,
tìm tòi sáng tạo của loài người trên nhiều lĩnh vực khác nhau như toán học,
hóa học, lí học, sinh học…
Sinh học là khoa học nghiên cứu về thế giới sinh vật trong tự nhiên. Có
nhiều loại sinh vật khác nhau: động vật, thực vật, vi khuẩn, nấm …
Sinh học được chia làm nhiều phân môn như: động vật không xương
sống, động vật có xương sống, phân loại thực vật, hình thái giải phẫu, sinh lí
thực vật, hóa-sinh, giải phẫu sinh lí người …
Sinh lí thực vật là một môn khoa học nghiên cứu về các hoạt động sinh

lí xảy ra trong cơ thể thực vật, mỗi quan hệ giữa các điều kiện sinh thái với
các hoạt động sinh lí của cây để cho ta khả năng điều chỉnh thực vật theo
hướng có lợi cho con người.
Các hoạt động sinh lí trong cây rất phức tạp, trong đó quá trình quang
hợp là quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng
hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ cung cấp cho các hoạt động sống
của cây và cung cấp một lượng lớn O
2
cho sự sống của các sinh vật trên trái
đất, đảm bảo sự cân bằng tỉ lệ O
2
/CO
2
trong khí quyển thuận lợi cho các hoạt
động sống của mọi sinh vật. Đối với con người quang hợp có vai trò vô cung
to lớn cung cấp một nguồi năng lượng, nguyên liệu vô cùng phong phú và đa
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
3
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
dạng cho mọi nhu cầu của con người trên trái đất…Quang hợp là một quá
trình độc nhất có khả năng biến những “chất không ăn được” thành “chất ăn
được”, một quá trình mà tất cả hoạt động sống đều phụ thuộc vào nó.
Cơ chế xảy ra của quá trình quang hợp như thế nào? Ảnh hưởng của
quang hợp đến năng suất cây trồng như thế nào? Nhiều câu hỏi được đặt ra
cho các nhà khoa học từ đó đề ra các biện pháp để nâng cao năng suất cây
trồng thông qua điều chỉnh hoạt dộng quang hợp của cay trồng.
Đặc biệt là nghiên cứu đề tài này không chỉ giúp em trả lời những thắc
mắc, giải thích được một số hiện tượng thường gặp. Đây còn là cơ sở giúp em
hiểu rõ nắm chắc kiến thức làm nền tảng cho việc giảng dạy sau này.
Xuất phát từ những lí do trên nên tôi chọn đề tài “Tìm hiểu quang hợp

của thực vật ”
II. Mục đích nghiên cứu
- Nắm vững cơ sở lí thuyết của quá trình quang hợp
- Tìm hiểu các biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang
hợp
III. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu
- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình quang hợp ở thực vật
- Phạm vi nghiên cứu: Sự quang hợp ở thực vật
IV. Giả thuyết khoa học
Trên cơ sở lí thuyết quá trình quang hợp ở thực vật thì giúp ngườ đọc
thấy rõ cơ chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật và biết cách điều chỉnh
hoạt động quang hợp của cây trồng theo hướng có lợi cho con người. Từ đó
làm tăng sự hứng thú và lòng say mê nghiên cứu khoa học, đặc biệt là môn
sinh học. Đồng thời kích thích sự sáng tạo, tìm tòi kiến thức sinh lí học thực
vật và kiến thức sinh học nói chung của sinh viên, đặc biệt là sinh viên
chuyên ngành sinh-hóa.
V. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
4
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
- Tìm hiểu việc điều chỉnh hoạt động quang hợp của cây trồng theo hướng có
lợi cho con người.
VI. Phương pháp nghiên cứu
Tìm hiểu các kiến thức lí thuyết thông qua giáo trình sinh lý thực vật,
các tài liệu sách báo, internet… kết hợp với bài giảng của giáo viên.
VII. Dự kiến tính mới đề tài
Đề tài đi sâu nghiên cứu quá trình quang hợp ở thực vật, từ đó làm rõ
cơ chế xảy ra quá trình quang hợp ở thực vật giúp người đọc dễ hiểu và từ đó
giúp con người biết cách điều chỉnh quá trình quang hợp ở cây xanh để nâng

cao năng suất cây trồng.
VIII. Dàn ý nội dung được kết cấu:
Gồm 4 mục:
I. Khái quát chung về quang hợp ở thực vật
II. Cấu trúc, chức năng của bộ máy quang hợp
III. Cơ chế quá trình quang hợp
IV. Quang hợp và năng suất cây trồng
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
5
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
B .NỘI DUNG
I . Khái quát chung về quang hợp
1.1. Định nghĩa quang hợp
- Định nghĩa quang hợp một cách đơn giản như sau:
Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ từ các chất vô cơ
đơn giản là CO
2
và H
2
O dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng Mặt Trời và
sự tham gia của sắc tố diệp lục .
- Xét về bản chất của quá trình biến đổi năng lượng trong quang hợp
có thể định nghĩa: Quang hợp là quá trình biến đổi quang năng thành hóa
năng xảy ra ở thực vật.
- Xét về bản chất hóa học thì quang hợp là quá trình oxi hóa khử, trong
đó CO
2
được khử thành sản phẩm quang hợp.
1.2. Phương trình tổng quát của quang hợp
+ Phản ứng tổng quát chung của quang hợp được viết:

CO
2
+ H
2
O [CH
2
O] +O
2
Sản phẩm quan trọng nhất của quang hợp là đường glucozơ. Để tổng
hợp 1 phân tử glucozơ phải cần 6 phân tử CO
2
và 6 phân tử H
2
O nên ta có
phương trình tổng quát của quang hợp .
6 CO
2
+ 6 H
2
O C
6
H
12
O
6
+ 6O
2

+ Quả trình quang hợp được chia làm 2 pha: pha sáng và pha tối
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương

6
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
12 H
2
O 12[H
2
] + 6O
2
(pha sáng )
6CO
2
+ 12[H
2
]

C
6
H
12
O
6
+ 6 H
2
O (pha tối )
6 CO
2
+ 6 H
2
O C
6

H
12
O
6
+ 6O
2

1.3. Vai trò của quang hợp
Quang hợp của cây xanh có một vai trò vô cùng to lớn đối với hoạt
động sống của mọi sinh vật trên trái đất , trong đó có con người.
+ Hoạt động quang hợp cung cấp một nguồn các chất hữu cơ vô cùng đa
dạng và phong phú thỏa mãn mọi nhu cầu về dinh dưỡng của moi sinh vật
trên trái đất. Thực vật quang hợp sản xuất ra các chất hữu cơ đáp ứng cho
như cầu của chình mình và còn cung cấp cho các sinh vật khác không có
khả năng quang hợp như động vật, con người… Năng lượng ánh sáng
được tích lũy vào các chất hữu cơ lại được các sinh vật sử dụng cho các
hoạt động sống của mình
+ Hoạt động quang hợp bảo đảm sự cân bằng tỉ lệ O
2
/CO
2
trong khí quyển
thuận lợi cho các hoạt động sống của mọi sinh vật. Tất cả sinh vật đều hấp
thụ O
2
để hô hấp và lại thải CO
2
vào khí quyển. Ngoài ra, hoạt động phân
hủy chất hữu cơ của vi sinh vật, sự đốt cháy nhiên liệu trong các nhà máy,
các phương tiện giao thông cũng thải một lượng lớn CO

2
đáng kể vào môi
trường. Ngược lại thế giới thực vật do hoạt động quang hợp hấp thụ CO
2
trong khí quyển và thải O
2
ra khí quyển, sự trao đổi khí O
2
và CO
2
ngược
chiều nhau giữa hai quá trình đó đã bảo đảm một sự cân bằng khá ổn định
về nồng độ Oxi và cacbonic trong khí quyển: nồng độ O
2
ổn định ở mức
21% và CO
2
là 0,03%. Nếu hoạt động quang hợp giảm sút thì nồng độ
trong khí quyển CO
2
tăng lên rất nguy hiểm cho sự sống của các sinh vật.
Chính vì vậy, cây xanh có vai trò quan trọng là làm trong sạch không
khí.
• Đối với con người quang hợp có vai trò vô cùng to lớn nữa là:
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
7
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
+ Vai trò quang trọng bậc nhất của quang hợp là ở chỗ nhờ có quá trình
này mà năng lượng Mặt Trời đã chuyển thành năng lượng hóa học dự trữ cần
thiết cho tất cả các sinh vật trên Trái Đất. Người ta đã tính toán thấy rằng thực

vật ở dưới nước và trên cạn của thực bì tự nhiên hằng năm tạo ra gần 110 tỉ
tấn hữu cơ (trong đó con người khai thác sử dụng gần 80 triệu tấn ) và tổng
sản lượng của thực vật trồng trọt hằng năm là 10 tỉ tấn.
+ Cung cấp một nguồn nguyên liệu rất phong phú cho mọi nhu cầu của con
người trên trái đất. Hiện tại, nguồn năng lượng con người sử dụng chủ yếu
lấy từ than đá, đầu mỏ, củi, than bùn… Hiện nay con người có sử dụng
nguồn năng lượng nguyên tử hoặc ánh sáng, gió… nhưng chưa thể thay thế
được than đá và dầu mỏ…

Thực vật quang hợp
(Năng lượng Mặt Trời)
CO
2
+ H
2
O [ CH
2
O] + O
2
Hô hấp thực vật, động vật,
Vi sinh vật, quá trình
phân giải, đốt cháy.
Hình 1 – Chu trình CO
2
và O
2
trong tự nhiên.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
8
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

Hình 2: Chu trình CO
2
và O
2
trong thực vật
+ Hoạt động quang hợp của thực vật đã cung cấp cho con người một
nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú và đa dạng cho công nghiệp như công
nghiệp gỗ, công nghiệp dệt, công nghiệp giấy, công nghiệp thuốc lá, công
nghiệp đường… Sự phát triển của các ngành công nghiệp này hoàn toàn phụ
thuộc vào sản phẩm của thực vật, tức là sản phẩm quang hợp.
+ Với sản xuất nông nghiệp thì quang hợp quyết định 90 95% năng
suất cây trồng. Do vậy, muốn cây trồng đạt năng suất cao thì phải điều chỉnh
hoạt động quang của chúng bằng các biện pháp kĩ thuật canh tác hợp lí.
Tóm lại, quang hợp là một quá trình độc nhất có khả năng biến những
chất không ăn được thành những chất ăn được, một quá trình mà tất cả các
hoạt động sống đều phụ thuộc vào nó. Hay nói cách khác, nguồn gốc của tất
cả nền văn minh hiện nay của loài người đều sản sinh từ công thức đơn giản
của quang hợp.
II. Cấu trúc và chức năng của bộ máy quang hợp.
2.1. Lá là cơ quan quang hợp
2.1.1. Hình thái của lá
- Lá thường có dạng bản và mang đặc tính hướng sáng rõ rệt nên luôn luôn
vận động sao cho mặt phẳng của lá vuông góc với tia sáng Mặt Trời để nhận
được nhiều nhất năng lượng ánh sáng.
- Lá của đa số cây hạt kín gồm 3 bộ phận chính: phiến lá, cuống lá, bẹ lá.
+ Phiến lá: Là một bản mỏng, rộng, màu lục, gồm các tế bào thịt lá chứa
nhiều lạp lục.
Lá có 2 mặt: mặt trên và mặt dưới, trên phiến lá có các gân nổi lên làm
chức năng vận chuyển nhựa, vận chuyển nước, khoáng,…
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương

9
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Hình 9: Cấu tạo của lá
+ Gân song song hay gân hình cung: Đặc trưng cho các cây một lá
mầm.
+ Gân hình mạng: Đặc trưng cho các cây hai lá mầm.
+ Gân hình mạng lông chim.
+ Gân hình mạng chân vịt: Các gân lá từ đầu ngọn cuống lá xòe ra như
bàn tay.
Hinhf gaan las
+ Cuống lá: Hình trụ, hơi lõm ở phía trên, là phần nối lá với thân hoặc
cành. Ở một số cây, lá không có cuống nên gốc lá đính trực tiếp vào thân( như
lá dứa ).
+ Bẹ lá: Một phần gốc cuống lá phình to thành bẹ lá ôm lấy thân (lá cau,
lúa, mía…). Một số họ cây (như họ lúa, họ hoa tán…) có bẹ lá, nhưng nhiều
cây lá không có bẹ lá.
2.1.2. Giải phẫu của lá
- Mô đồng hóa, nơi xảy ra quá trình quang hợp là mô giậu và mô xốp
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
10
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
( mô khuyết)
Hình 11: Sơ đồ giải phẫu của lá.
+ Mô giậu có từ 1 đến 2 lớp tế bào hình chữ nhật dài, trong chất tế bào
có rất nhiều lạp lục. Trong tế bào, các hạt diệp lục thường xếp theo chiều dọc
tế bào và ngay cả các tế bào mô giậu cũng được sắp xếp thành một hàng theo
trục dài thẳng đứng, nhờ đó chúng hấp thụ ánh sáng một cách có hiệu quả.
Giữa các tế bào mô giậu vẫn có những khoảng gian bào nhỏ, đó là nơi dự trữ
CO
2

cần thiết cho quang hợp. Đây gọi là lớp mô đồng hóa của lá.
+ Mô xốp (mô khuyết): Gồm những tế bào đa giác, cạnh tròn, không
đều, sắp xếp rời rạc, để hở ra nhiều khoảng trống chứa khí, các khoảng trống
đó thông với phòng chứa khí. Với lối cấu tạo này, mô xốp đã thực hiện chức
năng trao đổi khí giữa cây với môi trường.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
11
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Tế bào mô xốp có ít lục lạp hơn tế bào mô giậu nên quá trình quang
hợp ở mô xốp xảy ra yếu hơn mô giậu. Và cũng vì vậy mà mặt trên lá thường
có màu sẫm hơn mặt dưới lá.
Giữa mô giậu và mô xốp có những tế bào thâu góp, hình đa giác, chứa
ít lạp lục hơn các tế bào khác của mô xốp, thực hiện chức năng thâu góp các
sản phẩm của quang hợp, chuyển tới libe của gân lá.
Như vậy, mô giậu chủ yếu thực hiện chức năng đồng hóa, còn mô xốp
có thể coi là một mô vận chuyển: chuyển các sản phẩm tạo thành trong quang
hợp vào khí quyển.
Ngoài ra lá còn có các bó dẫn làm thành nên gân lá, gồm gân chính ở
giữa và các gân con thực hiện chức năng dẫn truyền nước và muối khoáng
cho quá trình quang hợp và dẫn các sản phẩm quang hợp đến các cơ quan
khác. Cuối cùng là hệ thống dày đặc các khí khổng ở mặt trên và mặt dưới lá
giúp cho CO
2
, O
2
, H
2
O đi vào và đi ra khỏi lá một cách dễ dàng.
2.2. Lục lạp
2.2.1.Cấu trúc lục lạp

Gồm 3 bộ phận:
+ Màng (mem bran) lục lạp bao bọc xung quanh lục lạp. Đây là 1 màng
kép gồm hai màng cơ sở tạo thành. Màng lục lạp ngoài nhiệm vụ bao bọc, bảo
vệ phần cấu trúc bên trong, còn có một chức năng rất quan trọng là kiểm tra
tính thấm của các chất đi vào hoặc đi ra khỏi lục lạp.
+ Hệ thống màng quang hợp hay gọi là thilacoit: bao gồm một tập hợp
màng có chứ sắc tố quang hợp nên có màu xanh. Được cấu tạo gồm 2 lớp
protein tách biệt nhau bằng một lớp lipit ở giữa. Các tập hợp màng như các
chồng đĩa chồng lên nhau tạo ra cấu trúc dạng hạt (grana) trong màng là thể
nền (stroma) lỏng nhầy, không màu. Đó là protein hòa tan có chứa nhiều loại
enzim tham gia vào quá trình khử CO
2
khi quang hợp. Thể nền bao bọc quanh
các hạt. Mỗi lục lạp có từ 40-50 grana với đường kính 4-6 micromet.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
12
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Ngoài protein và lipit, các sắc tố quang hợp gồm diệp lục và carotenoit
cũng được sắp xếp một cách có định hướng trên màng thilacoit.
Chức năng của thilacoit là thực hiện biến đổi quang năng thành hóa năng
thực hiện pha sáng của quang hợp.
Đối với một số thực vật nhiệt đới (thực vật thuộc ngóm C
4
), lục lạp có 2
loại lục lạp của tế bào mô giậu có grana phát triển đầy đủ và phần lớn ở dạng
bản mỏng (thilacoit). Trong hạt lục lạp này có chứa nhiều hạt tinh bột lớn.
+ Cơ chất (stroma) là không gian còn lại trong lục lạp. Nó không chứa
sắc tố nên không mang màu. Đây là chất nền nửa lỏng mà thành phần chính là
protein, các ezim của quang hợp và các sản phẩm trung gian của quá trình
quang hợp. Tại đây, xảy ra các chu trình quang hợp tức là thực hiện pha tối

của quang hợp.
Hình 12: Sơ đồ cấu trúc của lục lạp thực vật bậc cao.
2.2.2. Hình thái, số lượng, kích thước của lục lạp.
- Hình thái của lục lạp: Lục lạp có hình thái rất đa dạng.
Ở các loài thực vật bậc thấp (các loại rong, tảo…) vì không bị ánh sáng
Mặt Trời trực tiếp thiêu đốt quá nóng, nên lục lạp của chúng có nhiều hình
dạng khác nhau: hình võng, hình cốc, hình sao, hình bản…
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
13
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Ở các loài thực vật bậc cao, lục lạp thường có hình bầu dục để thuận tiện
cho quá trình tiếp nhận ánh sáng mặt trời. Khi ánh sáng Mặt Trời quá mạnh,
lục lạp có khả năng xoay bề mặt tiếp xúc nhỏ nhất của mình phía ánh sáng.
- Số lượng của lục lạp: Số lượng lục lạp trong tế bào rất khác nhau ở các
loài thực vật khác nhau.
VD : + Đối với tảo mỗi tế bào chỉ có 1 lục lạp.
+ Đối với thực vật bậc cao, mỗi tế bào của mô đồng hóa có thể có
từ 20 đến 100 lục lạp.
Ở lá thầu dầu, 1mm
2
có từ 3.10
7
-5.10
7
lục lạp với tổng diện tích bề mặt của
chúng lớn hơn diện tích lá. Do đó, diện tích tiếp nhận ánh sáng bên trong lá
rất lớn, tạo điều kiện cho hoạt động quang hợp xảy ra mạnh.
- Kích thước của lục lạp: Đường kính trung bình của lục lạp 4-6 micromet,
dày 2-3micromet. Những cây ưa bóng thường có số lượng, kích thước lục lạp
và hàm lượng sắc tố trong lục lạp lớn hơn những cây ưa sáng.

2.2.3. Các loại lục lạp
Ở thực vật bậc cao có 2 loại lục lạp có cấu trúc và chức năng khác
nhau.
- Trong các thực vật C
4
như ngô, mía, cao lương… Tồn tại hai loại lục
lạp là lục lạp của tế bào thịt lá và lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch. Lục
lạp của tế bào thịt lá chưa trong các tế bào mô giậu và mô khuyết của lá và có
cấu trúc grana (màng thilacoit) rất phát triển. Chúng có nhiệm vụ thực hiện
chu trình C
4
(cố định CO
2
) của quang hợp.
Lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch chỉ ở trong các tế bào nằm cạnh
bó mạch dẫn. Chúng có cấu trúc thilacoit kém phát triển, nhưng lại chứa rất
nhiều hạt tinh bột. Lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch thực hiện chu trình
C
3
khử CO
2
của quang hợp.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
14
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Thực vật C
3
gồm đa số cây trồng như lúa, đậu, cam, chanh, khoai tây…
chỉ có một loại lục lạp chứa trong mô giậu và mô khuyết tương tự như lục lạp
của tế bào thịt lá của tế bào thực vật C

4
lục lạp này thực hiện chu trình C
3
quang hợp.
2.2.4 thành phần hóa học của lục lạp:
Thành phần hóa học của lạp lục rất phức tạp. H
2
O chiếm 75%, còn lại là chất
khô (chủ yếu là chất hữu cơ 70-72% chất khô) và khoáng chất.
- Thành phần hóa học quang trọng nhất trong lạp lục là protein (chiếm 30-
45% khối lượng chất hữu cơ) rồi đến lipit (20-40%).
- Các nguyên tố khoáng thường gặp trong lạp lục là Fe (80% Fe trong mô
lá nằm ở lạp lục), Zn (65-75%), Cu (50%), K, Mg, Mn…
- Trong lạp lục có chứa nhiều loại vitamin như: A, D, K, E… lạp lục chứa
trên 30 loại enzim khác nhau. Nhưng enzim này thuộc các nhóm enzim thủy
phân, enzim của hệ thống oxi hóa khử.
- Thành phần có chức năng quang trọng nhất là các sắc tố quang hợp bao
gồm sắc tố xanh (diệp lục) và nhóm sắc tố vàng, da cam (caroteroit).
- Lạp lục là bào quan có chứa axit nudeic (AND và ARN) với riboxom
chứa trong lạp lục, AND và ARN tạo nên tổ hợp có khả năng tổng hợp
protein riêng nhiều đặc tính di truyền dược di truyền qua lạp lục gọi là di
truyền tế bào chất.
2.2.5 chức năng của lạp lục
- Lục lạp thực hiện quá trình quang hợp tức là biến đổi năng lượng ánh
sáng thành năng lượng hóa học tích lũy trong các chất hữu cơ. Pha ánh sáng
được thực hiện trong thilacoit. Còn pha tói được thực hiện trong cơ chất của
lạp lục.
- Thực hiện di truyền tế bào chất, di truyền một số tính trạng ngoài nhân
vì nó có AND và ARN riêng cho lạp lục.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương

15
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Như vậy, lạp lục là trung tâm hoạt động sinh học và hóa học mà quá
trình quang hợp là một trong những quá trình trao đổi chất quang trọng nhất.
2.3. Cấu tạo và chức năng của các hệ sắc tố:
2.3.1. Cấu tạo và chức năng của nhóm sắc tố xanh- diệp lục
a, Cấu trúc của diệp lục
- Có 5 loại diệp lục: a, b, c, d, e. Ở thực vật thượng đẳng chỉ có hai loại
diệp lục a và b; còn diệp lục c, d, e có trong vi sinh vật, rong, tảo.
- Công thức phân tử của diệp lục a và b:
Diệp lục a: C
55
H
72
O
5
N
4
Mg.
Diệp lục b: C
55
H
70
O
6
N
4
Mg.
- Về công thức cấu tạo, phân tử diệp lục chia ra hai phần: nhân diệp lục
(vòng Mg-pocphirin) và đuôi diệp lục.

+ Nhân diệp lục là phần quan trọng nhất trong phân tử diệp lục, gồm 1
nguyên tử Mg ở trung tâm liên kết với 4 nguyên tử N của 4 vòng pyrol tạo
nên một vòng Mg-pocphirin rất linh hoạt, 4 nhân pyron liên kết với nhau bằng
cầu nối metyl (-CH =) để tạo nên vòng porphyrin với nguyên tử Mg ở giữa,
Hình 13: Công thức cấu tạo của diệp lục a
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
16
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
có liên kết thật và giả với các nguyên tử N của các nhân pyron, hai nguyên tử
H ở nhân pyron thứ 4, vòng xiclopentan và gốc rượu phyton.
Điều quan trọng nhất của phần này là nó có hệ thống nối đôi đơn cách đều tạo
nên phân tử diệp lục có hoạt tính quang hóa mạnh. Khả năng hấp thụ ánh sáng
phụ thuộc số lượng liên kết đôi trong phân tử. Trong hệ thống liên kết đó tồn
tại một đám mây electron
π
rất linh động, có năng lượng liên kết rất nhỏ nên
dễ dàng bị kích động khi tiếp nhận năng lượng liên kết rất nhỏ nên dễ dàng bị
kích động khi tiếp nhận năng lượng ánh sáng để bật ra khỏi quý đạo cơ bản
của mình. Đây là trạng thái kích thích của phân tử diệp lục khi nhận năng
lượng ánh sáng.
+ Đuôi phân tử diệp lục: Diệp lục có đuôi rất dài gồm có gốc rượu
phitol có 20 nguyên tử cacbon. Đuôi diệp lục có tính ưa lipit nên có vai trò
định vị phân tử diệp lục tên màng thilacoit vì màng quang hợp có tính lipit.
- Quang phổ hấp thụ của clorophin: Trong bước sóng ánh sáng nhìn thấy
(400 – 700nm) có hai vùng hấp thụ của clorophin: xanh lam (430nm) và
đỏ (662nm). Màu lục đặc trưng của clorophin là do kết quả của sự hấp
thụ ở vùng quang phổ xanh lam và đỏ.
Năng lượng của lượng tử ánh sáng được clorophin hấp thụ dã kích thích
phân tử clorophin và các dạng của phân tử sắc tố dã truyền năng lượng cho
nhau, tạo nên các hiện tượng huỳnh quang và lân quang.

Cuối cùng các năng lượng tích lũy được bởi các phân tử clorophin đã được
chuyển cho các phản ứng quang hóa và được biến thành dạng năng lượng
hóa học.
b, Tính chất vật lí và tính chất hóa học của clorophin
- Clorophin không tan trong nước, chỉ tan trong các dung môi hữu cơ
(như ete, brom…) vì vậy khi muốn tách clorophin ra khỏi lá xanh, người ta
thường dùng ete, rượu hoặc axeton.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
17
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
- Clorophin là este của axit dicacboxilic C
32
H
30
ON
4
Mg(COOH)
2
với hai
loại rượu là phyton (C
20
H
39
OH) và metanol (CH
3
OH) nên công thức của
clorophin có thể viết như sau:
COOCH
3
C

32
H
30
ON
4
Mg
COOC
20
H
39

Clorophin khi tác dụng với bazơ xảy ra phản ứng xà phòng hóa, tạo thành
muối clophinat vẫn có màu xanh:
COOCH
3
COOK
C
32
H
30
ON
4
Mg + 2KOH C
32
H
30
ON
4
Mg +
COOC

20
H
39
COOK
+ C
20
H
39
OH + CH
3
OH
Ngược lại clorophin khi tác dụng với axit thì Mg bị thay thế và hình thành
nên phoophytin kết tủa, có màu:
COOCH
3
COOCH
3

C
32
H
30
ON
4
Mg + 2HCl C
32
H
32
ON
4

+ MgCl
2
COOC
20
H
39
COOC
20
H
39

Nếu cho pheophytin tiếp tục tác dụng với một kim loại khác thì kim loại này
lại thay thế vị trí Mg lúc đầu và tạo nên hợp chất có màu xanh rất bền:
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
18
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
COOCH
3
COOCH
3

C
32
H
32
ON
4
+ Cu(CH
3
COO)

2
C
32
H
32
ON
4
Cu
COOC
20
H
39
COOC
20
H
39
+ CH
3
COOH
- Sự mất màu của clorophin: clorophin ở trong tế bào không bị mất màu vì
nằm trong phức hệ với protein và lipoit. Nhưng dung dịch clorophin ngoài
ánh sáng và trong môi trường có O
2
thì sự mất màu xảy ra do nó bị oxi hóa
dưới tác dụng của ánh sáng:
Chl +hv Chl
*
(trạng thái kích thích)
Chl
*

+ O
2
ChlO
2
(trạng thái oxi hóa không mầu)
(Chl : clorophin)
Quang phổ hấp thụ của clorophin: Trong bước sóng ánh sáng nhìn thấy
(400-700nm) có hai vùng hấp thụ của clorophin: xanh lam (430) và đỏ
(662nm). Màu lục đặc trưng của clorophin là do kết quả của sự hấp thụ ở
vùng quang phổ xanh lam và đỏ.
Hình14: Quang phổ hấp thụ ánh sáng của clorophin a và b
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
19
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Năng lượng của lượng tử ánh sáng được clorophin hấp thụ đã kích thích
phân tử sắc tố đã truyền năng lượng cho nhau, tạo nên các hiện tượng huỳnh
quang và lân quang.
Cuối cùng các năng lượng tích lũy được bởi các phân tử clorophin đã
được chuyển cho các phản ứng quang hóa và được biến thành dạng năng
lượng hóa học và được biến thành dạng năng lượng hóa học.
c, Vai trò của diệp lục
- Hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời. Nhờ cấu trúc đặc trưng của phân tử
diệp lục mà nó có thể hấp thụ năng lượng ánh sáng và chuyển thành dạng
kích thích của diệp lục.
- Di trú năng lượng (vận chuyển năng lượng) vào trung tâm phản ứng. Từ
phân tử diệp lục hấp thụ ánh sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng của
quang hợp phải qua một hệ thống cấu trúc trong màng thilacoit gồm rất nhiều
phân tử diệp lục khác nhau. Năng lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử
diệp lục để đến được trung tâm phản ứng.
- Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại

trung tâm phản ứng.
2.3.2. Nhóm sắc tố vàng - Carotenoit
a, Cấu tạo Caroten
Đây là nhóm sắc tố vàng đến tím đỏ. Chúng được cấu tạo theo mạch
nối đôi thẳng gồm 40 nguyên tử cacbon và 56 nguyên tử hiđro. Là các sắc tố
luôn đi kèm với diệp lục nên gọi là sắc tố “vệ tinh” của diệp lục và tỉ lệ diệp
lục carotenoit thường bằng 3/1.
Nhóm carotenoit được chia thành 2 nhóm theo cấu tạo hóa học: caroten và
xantophil.
Caroten (C
40
H
56
) là một loại hiđro chưa bão hòa, chỉ tan trong dung môi
hữu cơ. Công thức cấu tạo gồm một mạch cacbon dài gồm 8 gốc izopren và
hai đầu là một hoặc hai vòng ionon.Trong thực vật thường có 3 loại: α, β, γ
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
20
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
caroten. Nếu cắt đôi phân tử caroten ta có 2 phân tử vitamin A, nên caroten
được xem là tiền đề vitamin A.Có rất nhiều cơ quan thực vật có hàm lượng
caroten (vitamin A) rất cao như quả gấc, đu đủ chín, củ cà rốt… Đây là nguồn
vitamin quan trọng cung cấp cho con người.
Bước sóng hấp thụ caroten ở 446 - 476 nm.
- Xantophin: C
40
H
56
O
n

(n = 1- 6) là dẫn xuất của caroten. Vì nguyên tử õi
có thể là 1 đến 6 nên có nhiều loại xantophin: kriptoxanthin (C
40
H
56
O), lutein
(C
40
H
56
O
2
), violaxanthin (C
40
H
56
O
4
),…Các nguyên tử oxi liên kết trong các
nhóm: hiđroxi, keto, epoxi, cacboxi, axetoxi hoặc metoxi,…
Quang phổ hấp thụ của xantophin ở bước sóng: 451- 481nm.
Hình 15: Phổ hấp thụ của α- caroten và xan tophin
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
21
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

Hình 16: Cấu trúc của β – caroten
Trong thực vật thường có 3 loại: α, β, γ caroten. Nếu cắt đôi phân tử
caroten ta có 2 phân tử vitamin A, nên caroten được xem là tiền đề vitamin
A.Có rất nhiều cơ quan thực vật có hàm lượng caroten (vitamin A) rất cao

như quả gấc, đu đủ chín,củ cà rốt… Đây là nguồn vitamin quan trọng cung
cấp cho con người.
Bước sóng hấp thụ caroten ở 446-476 nm.
- Xantophin: C
40
H
56
O
n
(n = 1- 6) là dẫn xuất của caroten. Vì nguyên tử
oxi có thể là 1 đến 6 nên có nhiều loại xantophin: kriptoxanthin (C
40
H
56
O),
lutein (C
40
H
56
O
2
), violaxanthin (C
40
H
56
O
4
),…Các nguyên tử oxi liên kết trong
các nhóm: hiđroxi, keto, epoxi, cacboxi, axetoxi hoặc metoxi,…
Quang phổ hấp thụ của xantophin ở bước sóng: 451- 481nm.

Khả năng hấp thụ ánh sáng của carotenoit là do hệ thống liên kết đôi, đơn
quyết định.
Nhóm carotenoit được chia thành hai nhóm nhỏ theo tính chất sinh lí của
chúng:
+ Carotenoit sơ cấp là các sắc tố có tham gia quang hợp và bảo vệ cho
diệp lục.
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
22
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
+ Carotenoit thứ cấp gồm các sắc tố có trong các cơ quan tạo màu sắc của
hoa, quả, cơ quan già, cơ quan khi bị bệnh hoặc thiếu dinh dưỡng. Chúng
không tham gia quang hợp.
b, Vai trò của carotenoit
- Carotenoit có vai trò là lọc ánh sáng và bảo vệ cho diệp lục khỏi bị phá
hủy khi cường độ ánh sáng cao. Vì vậy, chúng bao giờ cũng nằm cạnh diệp
lục.
- Vai trò quan trọng nhất của carotenoit là tham gia quá trình quang hợp.
Carotenoit không có khả năng biến đổi năng lượng ánh sáng hấp thu mà
chúng chỉ hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời rồi truyền năng lượng ánh
sáng này cho diệp lục để phân tử diệp lục biến đổi năng lượng ánh sáng thành
năng lượng hóa học. Trong lục lạp, carotenoit nằm sát cạnh diệp lục nên hiệu
suất truyền năng lượng là rất cao, có thể đạt gần 100%.
Caroten + hv Caroten
*

+ Diệp lục Diệp lục
*
+ caroten
Diệp lục ở trạng thái kích thích (*) sẽ tham gia vào quang hợp.
- Xantophin tham gia vào quá trình phân li H

2
O và thải O
2
thông qua sự
biến đổi từ violaxanthin (C
40
H
56
O
4
) thành lutein (C
40
H
56
O
2
).
Về sự hình thành nhóm carotenoit, có giả thuyết cho rằng: có sự hình thành
nhóm carotenoit từ các sản phẩm phân hủy của clorophin (ở những cơ quan
già hoặc thiếu dinh dưỡng khoáng).
2.3.3. Nhóm sắc tố xanh ở thực vật bậc thấp: phycobilin
a, Cấu tạo của phycobilin
- Nhóm sắc tố này rất quan trọng đối với tảo và các nhóm thực vật bậc thấp
sống ở nước. Nhóm sắc tố này thích nước, trong tế bào chúng liên kết với
protei, nên có tên gọi là biliprotein hay phycobiliprotein, gồm phycoerythrin
(C
34
H
47
N

4
O
8
) và phycoxyanin(C
34
H
42
N
4
O
9
).
- Công thức cấu tạo của nhóm sắc tố này gồm 4 vòng pyron xếp
thẳng(không khép kín), nối với nhau bằng cầu nối metyl (=CH-).
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
23
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
Hình 17: Cấu trúc của phycoerythrin
Quang phổ hấp thụ của nhóm sắc tố này ở vùng ánh sáng lục và vàng.
Quang phổ hấp thụ cực đại trong dung dịch clorofooc của phycoxyanin ở
612 nm.
b, Vai trò của phycobilin
Phycobilin có vai trò là có thể hấp thụ được những tia sáng vàng, lục mà
các thực vật sống trên mặt nước không hấp thụ hoặc hấp thụ được rất ít.
Lượng tử ánh sáng do phycobilin hấp thụ sẽ được chuyển đến clorophin
để sử dụng cho quá trình quang hợp với hiệu suất cao.
2.3.4. Nhóm antoxyan – Các sắc tố dịch bào
a, Cấu tạo của antoxyan
- Ngoài các sắc tố làm nhiệm vụ quang hợp, trong cây xanh còn có các sắc
tố trong dịch bào màu đỏ, xanh, tím… hợp thành nhóm sắc tố antoxyan.

- Antoxyan là loại glicozit trong đó gốc gluco hay gamno liên kết với
aglinco màu. Nó có cấu tạo giống với flavon và catexin.
- Quang phổ hấp thụ của antoxyan bổ sung cho quang phổ hấp thụ của
clorophin. Khi hấp thụ quang tử ánh sáng, nó biến thành năng lượng quang
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
24
TÌM HIỂU QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
tử thành dạng nhiệt năng, sưởi ấm cho cây. Điều này giải thích tại sao những
cây vùng lạnh lại có màu sắc sặc sỡ.
b, Vai trò của antoxyan
- Antoxyan làm tăng quang hợp do tăng hàm lượng CO
2
trong gian bào.
- Antoxyan làm tăng khả năng giữ nước của tế bào khi bị hạn và gió khô.
III. Cơ chế quang hợp
3.1. Pha sáng
Pha sáng của quang hợp xảy ra trong hệ thống thilacoit, nơi chứa các
sắc tố quang hợp. Bao gồm các phản ứng đầu tiên kể từ lúc sắc tố hấp thụ
năng lượng ánh sáng, sau đó dự trữ nó trong cấu trúc phân tử sắc tố dưới
dạng năng lượng điện tử kích thích, đến các quá trình di trú năng lượng vào
trung tâm phản ứng và cuối cùng từ đây năng lượng được biến đổi thành thế
năng hóa học .
Pha sáng có thể chia làm hai giai đoạn : Giai đoạn quang vật lí và
giai đoạn quang hóa học.
3.1.1. Giai đoạn quang vật lí
- Giai đoạn quang vật lí của quang hợp bao gồm quá trình hấp thụ năng
lượng và sự di trú tạm thời năng lượng trong cấu trúc của phân tử clorophin.
Theo lí thuyết thì: Tỉ lệ giữa số photon chiếu xuống vật thể và số phần tử
của vật thể bị kích động bằng 1, nhưng trong thực tế tỉ lệ này thường lớn hơn
nhiều.

Năng lượng của lượng tử ánh sáng phụ thuộc vào tần số dao động của bức
xạ và được tính theo công thức sau:
E= hv=hC/
λ
Trong đó E: Năng lượng photon ( tính bằng J)
h: Hằng số planck (6.625.10
-34
J.s)
v: Tần số bức xạ( 1/s)
C: Vận tốc ánh sáng (3.10
17
nm/s)
Nguyễn Thị An,K31 Sinh - Hóa GVHD: ThS.Đinh Thị Thu Phương
25