Sinh li thực vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP ĐÔNG ĐÔ


SINH LÝ HỌC
THỰC VẬT

Nội dung : Trình bày những hiểu biết về quang hợp và hô hấp ở
thực vật. Từ đó chỉ ra mối tương quan giữa hô hấp
và quang hợp.

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : NGUYỄN THỊ THU YẾN

SINH VIÊN THỰC HIỆN : - NGUYỄN THỊ THỦY
- ĐỖ THỊ HẰNG
- MẪN THỊ LAN
- HOÀNG THỊ NHẬT LỆ
- NGUYỄN THỊ QUỲNH TRANG

KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM
Hà Nội , Ngày 26 Tháng 11 Năm 2010.
1
Mục lục
Trang
PHẦN I . QUANG HỢP 4
I. Khái niệm chung 4
1 ) Định nghĩa 4
2 ) Phương trình tổng quát 4
3 ) Ý nghĩa 5
II. Cơ quan quang hợp : 6
1. Lá - cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp 6

1.1 Hình thái của lá 7
1.2 Cấu tạo của lá 7
2. Lục lạp 8
2.1 ) Hình thái 8
2.2 ) Số lượng và kích thước 9
2.3) Cấu trúc 9
2.4) Các loại lục lạp 10
2.5 ) Thành phần hóa học 11
2.6 ) Chức năng 11
3. Nhóm sắc tố diệp lục 12
3.1 Bản chất hóa học của diệp lục 12
3.2 Đặc tính quang hóa 12
3.3 Quang phổ hấp thụ 13
3.4 Vai trò của diệp lục 13
III. Bản chất của quang hợp 14
1. Pha sáng 14
1.1 Giai đoạn quang vật lí 15
1.2 Giai đoạn quang hóa 16
• Photpho hóa quang hóa 17
• Photpho hóa vòng 17
• Photpho không hóa vòng 18
2. Pha tối 19
• Thực vật C3 19
• Thực vật C4 20
• Thực vật CAM 20
2.1 Chu trình Calvil ( C3 ) 21
• Ý nhĩa của thực vật ở chu trinh C3 22
2.2 Chu trình HATCH – SLACK ( C4 ) 22
• Sự khác nhau về cấu trúc lá của C3 và C4 23
• Mối quan hệ giữa quang hợp và 24

các nhân tố môi trường
a. Nồng độ CO
2
24

b.Cường độ, thành phần quang phổ ánh sáng 25
c. Nhiệt độ 25
d. Nước 25
2
e. Dinh dưỡng khoáng 25
PHẦN II . HÔ HẤP 26
I. Khái niệm chung về hô hấp 26
1. Định Nghĩa 26
2. Thành phần hóa học 26
3. Ý nghĩa 27
II. Bào quan ( ti thể ) 27
1. Hình thái - số lượng - kích thước 27
2. Thành phần hóa học 28
3. Cấu trúc 28
4. Chức năng 28
III. Bản chất của hô hấp 29
1. Đường phân và lên men ( Yếm khí ) 30
• Quá trình lên men 31
• Ý nghĩa 31
2. Đường phân và chu trình Krebs ( Hiếu khí ) 32
• Ý nghĩa của chu trình Krebs. 33
• Chu trình Axit Glioxit 33
• Ý nghĩa của chu trình Axit Glioxit 34
3.Con đường Pentozophotphat 34
• Ý nghĩa của con đường Pentozophotphat 35

4. Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến 35
quá trình hô hấp.
a. Nhiệt độ 35
b. Hàm lượng nước trong mô 36
c. Thành phần không khí O
2
, CO
2
36
d. Ảnh hưởng của dinh dưỡng khoáng 37
PHẦN III. MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA HÔ HẤP
VÀ QUANG HỢP 37
1. Giống nhau 37
2. Khác nhau 38
a.Vai trò 38
b. Nguyên liệu 38
c. Cơ quan 39
Kết Luận 39
3
PHẦN I . QUANG HỢP
I. Khái niệm chung về quang hợp :
1) Định nghĩa về quang hợp :
Quang hợp là quá trình tổng hợp các chất hữu cơ có từ các chất vô cơ
đơn giản: CO2 và H20 dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời và sự tham gia
của sắc tố diệp lục. Sản phẩm quan trọng nhất của quang hợp là đường. Xét
về bản chất 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 tế bào
thực vật. Xét về bản chất hóa học thì quang hợp là quá trình ôxi hóa khử,
trong đó CO2 được khử thành sản phẩm quang hợp.
2) Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp :

Ánh Sáng
6CO2 + 2H2O C6H1206 + 602 + 6H20
Diệp Lục
4
3) Ý nghĩa quang hợp :
Quang hợp cây xanh có một vai trò vô cùng to lớn đối với mọi hoạt động
sống của tất cả sinh vật trên Trái Đất. Hoạt động quang hợp đảm bảo sự cân
bằng tỷ lệ O2 /CO2 trong khí quyển thuận lợi trong các hoạt động sống của
mọi sinh vật. Tất cả sinh vật đều hấp thụ O2 để hô hấp và thải CO2 vào khí
quyển. Ngoài ra đốt nhiên liệu và phương tiện giao thông cũng thải CO2 vào
môi trường. Ngược lại thực vật quang hợp hấp thụ CO2 vào khí quyển và nhả
O2 ra khí quyển. Sự trao đổi 02 và CO2 ngược chiều nhau, giữa hai quá trình
đó đảm bảo sự cân bằng về CO2 và O2 , ổn định ở mức 21% O2 và 0,03%
CO2. Vì vậy cây xanh có vai trò quan trọng là làm sạch không khí. Hoạt động
quang hợp cung cấp chất hữu cơ vô cùng quan trọng, phong phú, thỏa mãn tất
cả nhu cầu về dinh dưỡng của sinh vật trên Trái Đất. Thực vật quang hợp sử
dụng CO2 và H2O để tạo ra chất hữu cơ. Đối với con người quang hợp có vai
trò vô cùng to lớn là: Cung cấp nguồn năng lượng phong phú cho tất cả nhu
cầu sống của con người như cung cấp năng lượng như: than, củi, dầu mỏ...
- Hoạt động quang hợp của thực vật cung cấp nguyên liệu phong phú trong
công nghiệp như: Công nghiệp giấy, Gỗ , Dệt, Thuốc lá, Đường....
- Với sản xuất nông nghiệp thì quang hợp quyết định từ 90 - 95% năng suất
cây trồng.
5
 Thực vật có sứ mạng vô cùng to lớn đối với sự sống của sinh vật trên Trái
Đất. Nhờ vào hoạt động quang hợp của mình các nhà khoa học đang nghiên
cứu để thực hiện quang hợp nhân tạo ngoài cây xanh nhưng cây xanh vẫn mãi
mãi quan trọng trên hành tinh của chúng ta.

II. Cơ quan quang hợp :

1. Lá - cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp :
6
Cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp ở thực vật chủ yếu là lá, sau đó đến các
phần xanh khác như : bông lúc còn xanh , bẹ lá ...Chính vì vậy lá có những
đặc điểm về hình thái , cũng như cấu tạo về hình phẫu thích hợp với chức
năng quang hợp.
1.1. Hình thái lá :
Lá thường dạng bản và mang đặc tính hướng quang ngang , 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. Ngoài ra một số thực vật chịu nhiệt khi gặp
ánh sáng mạnh, khi vận động bản lá theo hướng song song
với tia sáng để giảm bớt sự đốt nóng .
1.2. Cấu tạo : Nơi xảy ra quang hợp là ở mô giậu và mô khuyết .
Giải phẫu lá gồm :
- Biểu bì trên
- Mô giậu
- Mô khuyết
- Biểu bì dưới


Bó mạch

7
- Mô giậu gồm một số lớp tế bào xếp xít nhau theo từng lớp song song nhằm
hấp thụ được nhiều năng lượng ánh sáng. Các tế bào mô giậu chứa nhiều hạt
lục lạp là cơ quan , bào quan thực hiện quang hợp. Nằm ngay dưới lớp mô
giậu là các tế bào mô khuyết. Đặc trưng của mô khuyết là giữa các tế bào có
nhiều khoảng trống gọi là gian bào các khoảng gian bào chứa CO
2
và H

2
O
cung cấp cho quang hợp mô khuyết cũng chứa lục lạp nhưng ít hơn mô giậu
và cũng có chức năng quang hợp giống mô giậu.
- Trong lá có mạng lưới mạch dẫn dày đặc làm nhiệm vụ dẫn nước và khoáng
cung cấp và dẫn các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá tới các cơ quan .
- Biểu bì trên và dưới là một tế bào được phủ một lớp butin và sáp có nhiệm
vụ bảo vệ lá, giảm sự thoát hơi nước. Biểu bì dưới và trên có nhiều khí khổng
thông giữa các gian bào, thịt lá và khí khổng xung quanh.
2. Lục lạp (chloroplast).
Là bào quan thực hiện chức năng quang hợp .

2.1. Hình thái lục lạp : lục lạp có hình rất đa dạng. Ở động vật thủy sinh như
song tảo thì lục lạp có hình võng, hình cốc, hình sao, hình bản…do không bị
ánh sáng đốt nóng. Ở thực vật bậc cao, lục lạp có hình bầu dục nên có thể
xoay bề mặt để tiếp xúc với ánh sáng nhiều hoặc ít tùy theo cường độ chiếu
sáng. Sự lựa chọn hình dạng bầu dục với sự vận động linh hoạt đó gọi là lục
lạp nhằm mục đích sử dụng ánh sáng hiệu quả cao nhất. Đó là 1 sự tiến hóa
của thế giới thực vật .
8
2.2. Số lượng và kích thước :
- Về số lượng : lục lạp trong tế bào rất khác nhau ở các loài thực vật khác
nhau. Ví dụ:ở tảo mỗi tế bào chỉ có một lục lạp .Ở thực vật bậc cao mỗi tế
bào của mô đồng hóa có thể có từ 20 - 100 lục lạp ...
- Về kích thước : đường kính trung bình từ 4 – 6 µm, dày từ 2 - 3µm .
• 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 .
• Quá trình hình thành lục lạp có 3 giai đoạn :
- Giai đoạn tiền lục lạp
- Giai đoạn phân hóa

- Giai đoạn hình thành các tilacoit ( bản mỏng ) thực sự
2.3. Cấu trúc của lục lạp :
9
Màng: bao quanh lục lạp, đây là một màng kép gồm 2 màng cơ sở tạo
thành. Màng ngoài có nhiệm vụ bao bọc và bảo vệ phần cấu trúc bên trong,
kiểm tra tính thẩm thấu của các chất đi vào hoặc đi ra khỏi lục lạp. Hệ thống
màng quang hợp gọi là Tilacoit, chúng bao gồm tập hợp màng có chứa sắc tố
quang hợp nên có màu xanh. Màng Tilacoit có cấu trúc như các màng khác.
Các tilacoit xếp chồng lên nhau thành các cột Grana .Ngoài Protein ,Lipit sắc
tố quang hợp còn gồm diệp lục và carotenoit cũng được sắp xếp một cách có
định hướng trên màng tilacoit .Chức năng của màng tilacoit là thực hiện biến
đổi quang năng thành hóa năng ( Pha sáng của quang hợp ).
Cơ Chất(stroma): là không gian còn lại trong lục lạp. Nó không có chứa
sắc tố nên không mang màu. Đây là chất nền nửa lỏng mà thành phần chính là
protein, các enzyme của quang hợp và các sản phẩm trung gian của quá trình
quang hợp. Tại đây xảy ra các chu trình quang hợp, tức thực hiện pha tối của
quang hợp.
2.4. Các loại lục lạp:
10
- Ở thực vật C
4
( ngô, mía…) tồn tại 2 loại lục lạp: Lục lạp của tế bào thịt
lá(mesophyl) nằm trong các tế bào mô giậu và mô khuyết, lục lạp của tế bào
bao quanh bó mạch chỉ có trong tế bào nằm cạnh bó mạch dẫn:
+ Lục lạp của tế bào thịt lá thực hiện chu trình C
4
(cố định CO
2
).
+ Lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch thực hiện chu trình C

3
(khử CO
2
).
- Ở thực vật C
3
( khoai tây, cam, chanh…) chỉ có 1 loại lục lạp chứa trong mô
giậu và mô khuyết tương tự như lục lạp của tế bào ở thịt lá của thực vật C
4
.
Lục lạp này thực hiện chu trình C
3
ở quang hợp.
2.5. Thành phần hóa học của lục lạp:
- Thành phần rất phức tạp, nước chiếm 75%, còn lại là chất khô mà chủ yếu là
chất hữu cơ (70 -72% ). Thành phần quan trọng nhất là protein (30 - 45%
khối lượng chất hữu cơ), rồi đến lipit (20 - 40%). Trong lục lạp có rất nhiều
nguyên tố khoáng, thường gặp là Fe (có đến 80% trong mô lá nằm trong lục
lạp), ngoài ra còn có Zn, Cu, K, Mg, Mn...Lục lạp còn chứa nhiều loại
vitamin như: A, D, K, E và có trên 30 loại enzim khác nhau tham gia phản
ứng của quang hợp.
- Thành phần chức năng quan trọng nhất là các sắc tố quang hợp gồm nhóm
sắc tố xanh (diệp lục) và nhóm sắc tố vàng, da cam (carotenoit).
- Lục lạp là bào quan chứa Axit Nucleic (AND,ARN). Cùng với các Riboxom
chứa trong lục lạp, AND và ARN tạo nên tổ hợp có khả năng tổng hợp
protein riêng.
2.6. Chức năng của lục lạp:
- Thực hiện quá trình quang hợp
- Thực hiện quá trình trao đổi chất, di truyền một số tính trạng ngoài nhân .
11

3) Nhóm sắc tố xanh diệp lục :
3.1. Bản chất hóa học 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 làm 2 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 vòng Mg - pocphirin rất linh hoạt.
3.2. Đặc tính quang học của diệp lục:
- Tính huỳnh quang của diệp lục: Khi quan sát ánh sáng phản xạ từ dung dịch
diệp lục thấy có màu huyết dụ ( đỏ thẫm ) nếu cắt nguồn sáng thì thấy dung

dịch có màu xanh như cũ . Huỳnh quang là biểu hiện bước hấp thụ ánh sáng
đầu tiên của phân tử diệp lục là trạng thái kích thích sơ cấp.
- Tính lân quang của diệp lục lân quang gần giống như huỳnh quang nhưng
khác là khi tắt nguồn sáng thì ánh sáng màu huyết dụ vẫn lưu lại một thời
gian ngắn nữa. Đây là trạng thái kích thích thứ cấp của diệp lục. Cả hai hiện
tượng lân quang và huỳnh quang là biểu hiện tính quang hóa của diệp lục là
giai đoạn đầu tiên của quá trình hấp thụ năng lượng ánh sáng của quang hợp.
12
3.3. Quang phổ hấp thụ diệp lục :
Nếu quan sát khái niệm hấp thụ ánh sáng của dung dịch diệp lục bằng
quang phổ kế thì ta thấy có vùng ánh sáng đơn sắc được quang phổ hấp thụ
mạnh nhất, còn một số vùng không được hấp thụ hoặc hấp thụ ít hơn. Sự hấp
thụ ánh sáng có tính chọn lọc tạo nên quang phổ hấp thụ của diệp lục. Diệp
lục thường hấp thụ gồm ánh sáng xanh tím và đỏ tía.
3.4. 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 mà trở thành dạng kích
thích của diệp lục.
- Di trú năng lượng vào trung tâm phản ứng từng phần tử diệp lục hấp thụ ánh
sáng đầu tiên cho đến trung tâm phản ứng quang hợp phải qua một hệ thống
cấu trúc qua màng Tilacoit gồm rất nhiều phân tử diệp lục khác nhau. Năng
lượng ánh sáng phải truyền qua các phân tử diệp lục để đến trung tâm phản
ứng. Tham gia biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học tại
trung tâm phản ứng.
13
III ) Bản chất của quang hợp.
Quang hợp là quá trình diễn ra vô cùng phức tạp, người ta chia quá trình
quang hợp thành 2 giai đoạn. Giai đoạn cần ánh sáng trực tiếp bao gồm các
phản ứng quang hóa gọi là pha sáng. Giai đoạn tiếp theo không cần ánh sáng
trực tiếp mà gồm các phản ứng hóa sinh có sự tham gia của hệ thống Enzym

gọi là pha tối.
1. Pha sáng và sự tham gia của diệp lục trong quang hợp :
Pha sáng 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 quang hợp gồm 2 giai đoạn:
- Quang vật lí
- Quang hóa học
14
1.1 Giai đoạn quang Vật lí:
Giai đoạn quang 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 chlorophyl. Để hiểu
được giai đoạn này, ta cần hiểu sơ lược về cơ chế hấp thụ năng lượng ánh
sáng của vật thể. Ta biết rằng ánh sáng là một dạng vật chất vừa có tính chất
hạt, lại vừa có tính chất sóng. Khi ánh sáng chiếu vào vật thể, tức là các
Photon đập vào vật thể thì các Photon phải được vật thể hấp thụ và vật thể trở
thành dạng kích động, lúc đó ánh sáng chiếu xuống mới có hiệu suất quang
tử. Theo lí thuyết thì tỉ lệ giữa số Photon chiếu xuống vật thể và số phân tử
vật thể bị kích động bằng một nhưng trên thực tế tỉ lệ này lớn hơn rất nhiều.
Khi năng lượng ánh sáng (Photon) đập vào phân tử diệp lục, các điện tử
của phân tử diệp lục sẽ hấp thụ năng lượng photon, nhảy ra các mức năng
lượng cao hơn (càng xa hạt nhân năng lượng của Electron càng cao trong Hóa
học 10). Thời gian tồn tại của Electron ở mức năng lượng cao phụ thuộc vào
năng lượng photon mà Electron nhận được, khi năng lượng photon Electron
nhận được đủ lớn để kích thích Electron nhảy ra bậc năng lượng cao, tồn tại
khá lâu (ở trạng thái bền thứ cấp) thì phân tử diệp lục lúc này ở trạng thái kích
thích và có thể tham gia vào quá trình vận chuyển Hidro và điện tử (Electron)
của hệ thống trung gian tới CO
2

. Quá trình biến đổi trạng thái của sắc tố ở giai
đoạn quang vật lí có thể tóm tắt như sau:
Ngoài phân tử Chlorophyll, trung tâm phản ứng sáng PSI và PSII còn chứa
Chl +
hν
Chl *
Chl
Clorophin ở
Trạng thái
bình thường

Năng lượng
ánh sáng
Clorophin ở

Trạng thái
kích thích
Clorophin ở

Trạng thái
bền thứ cấp
15
các sắc tố phụ Carotenoit .v.v. Các sắc tố khác nhau sẽ hấp thụ tốt các bước
sóng khác nhau của quang phổ, truyền điện tử và hidro bị kích thích cho diệp
lục a trực tiếp tham gia các phản ứng sáng.
1.2. Giai đoạn quang hóa học :
Đây là giai đoạn Chlorophyl sử dụng năng lượng Photon hấp thụ được
vào các phản ứng quang hóa để hình thành nên các hợp chất dự trữ năng
lượng và các hợp chất khử. Giai đoạn này gồm quá trình quang hóa khởi
nguyên, quang phân li nước và Phosphorin hóa.

Sự truyền Electron và Hidro được tiến hành cùng với sự tham gia của một
hệ thống các chất truyền Electron phức tạp (chuỗi truyền Electron). Đó là
những chất chứa Fe ở dạng hem như xitocrom f, xitocrom b6 - b3…Và dạng
không hem như Ferredoxin, plastoxianin, plastoquinon…Chuỗi truyền
Electron này nằm trong 2 hệ thống quang hóa: hệ thống quang hóa I và quang
hóa II và quá trình truyền Electron được thực hiện bởi 2 phản ứng sáng : phản
ứng sáng I và phản ứng sáng II. Khi quang tử đập vào các phân tử diệp lục ở
trung tâm phản ứng sáng I (P
700
), điện tử ( Electron ) bị kích động sẽ được dẫn
truyền theo con đường sau:
P
700
→[X] (hợp chất chưa xác định) → Fd Xit b6 →Xit 7 → Pc →P
700
.
Điện tử sẽ lần lượt được truyền theo con đường như trên và tạo được từ 2
đến 3 ATP (tuy nhiên trên lí thuyết, người ta thường tính 3 ATP) và không
tạo ra sản phẩm khác. Còn dư khi quang tử đập vào các phân tử diệp lục ở
16