Giải Sinh học 11 Bài 4: Quang hợp ở thực vật
Lời giải:
Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn chủ yếu từ quá trình quang hợp của các sinh vật quang tự dưỡng:
- Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.
- Khí oxygen được tạo ra trong quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O2/CO2 trong khí quyển.
Dừng lại và suy ngẫm (trang 27)
Lời giải:
- Nguồn gốc của nguyên liệu trong quang hợp: CO2 có nguồn gốc từ khí quyển, H2O được hấp thụ từ môi trường.
- Nguồn gốc của năng lượng trong quang hợp: năng lượng ánh sáng thường có nguồn gốc từ Mặt Trời.
- Sản phẩm của quang hợp là chất hữu cơ và khí O2:
+ Vai trò của chất hữu cơ tạo ra từ quang hợp: cung cấp dinh dưỡng và năng lượng cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất; là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, y dược,...
+ Vai trò của khí O2 tạo ra từ quang hợp: khí O2 được tạo ra có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O2/CO2 trong khí quyển, giúp đảm bảo nguồn dưỡng khí cho các sinh vật.
Lời giải:
- Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh gồm hai nhóm chính là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid.
- Vai trò của các nhóm sắc tố trong quang hợp: Hệ sắc tố quang hợp trên màng thylakoid có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng hóa năng. Trong đó, diệp lục a ở trung tâm trực tiếp đảm nhận nhiệm vụ biến đổi quang năng thành hóa năng chứa trong ATP và NADPH, còn các sắc tố khác có vai trò hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng cho diệp lục a ở trung tâm.
Lời giải:
- Một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có khả năng quang hợp bình thường.
- Giải thích: Trong lá có nhiều loại sắc tố khác nhau, tỉ lệ các loại sắc tố này sẽ quyết định màu sắc của lá cây. Ở những loài thực vật có lá màu đỏ, hàm lượng nhóm sắc tố carotenoid sẽ cao hơn hàm lượng nhóm sắc tố diệp lục chứ không phải là không có chứa diệp lục. Do vẫn có chứa diệp lục nên một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có khả năng quang hợp bình thường.
Dừng lại và suy ngẫm (trang 30)
Lời giải:
- Quá trình quang hợp gồm hai pha là: pha sáng và pha tối.
- Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha:
Lời giải:
- Giải thích tên gọi của các nhóm thực vật:
+ Gọi là thực vật C3 vì sản phẩm đầu tiên khi cố định CO2 là hợp chất có 3 carbon (3 – PGA).
+ Gọi là thực vật C4 vì sản phẩm đầu tiên khi cố định CO2 là hợp chất có 4 carbon (oxaloacetic acid – OAA).
+ Gọi là thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism) vì chúng cố định CO2 bằng con đường CAM (diễn ra gồm 2 giai đoạn tương tự thực vật C4 nhưng diễn ra trên cùng một tế bào ở hai thời điểm khác nhau) và được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra - họ Crassulacean.
- Sự thích nghi với điều kiện sống trong quá trình quang hợp ở 3 nhóm thực vật:
+ Nhóm thực vật C3 thích nghi với điều kiện khí hậu vùng ôn đới và cận nhiệt đới (điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, nước,… thường ổn định không quá cao cũng không quá thấp). Do đó, thực vật C3 chỉ cần tiến hành cố định CO2 theo chu trình C3 (Calvin) khi có ánh sáng.
+ Hai nhóm thực vật C4 và CAM có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống không thuận lợi: nhóm thực vật C4 thích nghi với điều kiện khí hậu vùng nhiệt đới và cận nhiệt (cường độ ánh sáng cao); nhóm thực vật CAM thích nghi với khí hậu sa mạc hoặc các điều kiện hạn chế về nước (cường độ ánh sáng cao, thiếu nước). Do đó, pha tối ở cây C4 và CAM có thêm chu trình sơ bộ cố định CO2 (dưới tác dụng của enzyme PEP – carboxylase có ái lực cao với CO2, cây C4 và CAM có thể cố định nhanh CO2 ở nồng độ rất thấp) đảm bảo nguồn cung cấp CO2 cho quang hợp trong điều kiện khí khổng chủ động đóng một phần để tránh mất nước khi trời nắng, hạn.
Dừng lại và suy ngẫm (trang 32)
Lời giải:
Những yếu tố ngoại cảnh chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ quang hợp là: ánh sáng, khí CO2, nhiệt độ, nước, chất khoáng.
|
Yếu tố ngoại cảnh |
Cơ sở khoa học |
|
Ánh sáng |
- Ánh sáng là điều kiện cơ bản để cây tiến hành quang hợp, do ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng phân li nước và mức độ kích thích của các phân tử diệp lục, đồng thời, ảnh hưởng đến sự đóng mở của khí khổng nên gián tiếp ảnh hưởng đến hàm lượng CO2 trong tế bào. - Cường độ ánh sáng, thành phần ánh sáng đều ảnh hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật: + Hiệu quả của quang hợp tăng khi tăng cường độ ánh sáng và đạt giá trị cực đại ở điểm bão hòa ánh sáng; vượt qua điểm bão hòa ánh sáng, cường độ quang hợp không tăng mà có thể bị giảm. + Ánh sáng đỏ và xanh tím giúp tăng hiệu quả quang hợp. Ngoài ra, thành phần ánh sáng cũng ảnh hưởng tới sự chuyển hóa sản phẩm quang hợp: ánh sáng xanh tím kích thích sự tổng hợp các amino acid, protein; trong khi ánh sáng đỏ lại thức đẩy sự hình thành carbohydrate. |
|
Khí CO2 |
- CO2 là nguyên liệu trong pha tối của quá trình quang hợp → Trong giới hạn nhất định, khi nồng độ CO2 tăng thì cường độ quang hợp cũng tăng. Tuy nhiên, nồng độ CO2 tăng quá cao (khoảng 0,2 %) có thể làm cây chết vì ngộ độc, còn nồng độ CO2 quá thấp, quang hợp sẽ không xảy ra. |
|
Nhiệt độ |
- Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme xúc tác phản ứng trong quang hợp của thực vật; ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và sự đóng mở khí khổng → Khi nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp tăng nhanh và thường đạt cực đại ở nhiệt độ tối ưu, sau đó giảm dần. |
|
Nước |
- Nước vừa là nguyên liệu cho quang hợp vừa ảnh hưởng đến sự đóng mở khí khổng → Khi cây hấp thụ đủ nước thì quang hợp mới diễn ra bình thường. |
|
Chất khoáng |
- Chất khoáng có ảnh hưởng trực tiếp đến bộ máy và cơ chế quang hợp: các nguyên tố N, P, S, Mg là những nguyên tố cần thiết để xây dựng bộ máy quang hợp; Fe, Cl tham gia vào sự tổng hợp diệp lục, K tham gia điều tiết sự đóng mở khí khổng;… → Cần cung cấp các nguyên tố khoáng đầy đủ và cân đối để quá trình quang hợp đạt hiệu quả cao. |
Lời giải:
Trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày vì: Khi trồng ở mật độ quá dày cây sẽ thu nhận được ít ánh sáng, hạn chế về nguồn nước và chất dinh dưỡng,… dẫn đến hoạt động quang hợp của cây trồng kém hiệu quả khiến sự tổng hợp và tích lũy chất hữu cơ của cây sụt giảm. Hậu quả là cây sẽ sinh trưởng, phát triển kém và cho năng suất thấp.
Dừng lại và suy ngẫm (trang 33)
Câu hỏi 1 trang 33 Sinh học 11: Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?
Lời giải:
Quang hợp quyết định năng suất cây trồng vì khoảng 90 – 95% tổng khối lượng chất khô của tế bào và cơ thể thực vật chính là các hợp chất hữu cơ do quang hợp tạo ra.
Chính vì vậy, quang hợp là nhân tố quyết định năng suất cây trồng, hiệu quả của quá trình quang hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng.
Lời giải:
- Một số biện pháp kĩ thuật có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng: bón phân hợp lí, cung cấp đủ nước, gieo trồng đúng thời vụ, chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao, phòng trừ sâu bệnh hại,…
- Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp trên:
+ Bón phân hợp lí: giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất. Phân bón cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển đến bộ lá của cây, diện tích lá lớn sẽ nâng cao hiệu quả quang hợp.
+ Cung cấp nước đầy đủ cho cây trồng: Nước quyết định sự vận chuyển vật chất trong cây về cơ quan dự trữ, đặc biệt là khi cây bắt đầu chuyển sang giai đoạn sinh sản. Đồng thời, nước là nguyên liệu của quang hợp. Do đó, cung cấp nước đầy đủ làm tăng hiệu quả quang hợp, từ đó, làm tăng năng suất cây trồng.
+ Gieo trồng đúng thời vụ: giúp tạo điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết (nhiệt độ, cường độ ánh sáng,…) làm tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, từ đó, cho năng suất cao.
+ Chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao: Những giống cây trồng có diện tích lá lớn, cường độ quang hợp cao sẽ giúp cây trồng có tiềm năng đạt năng suất cao.
+ Phòng trừ sâu bệnh hại, tiêu diệt cỏ dại: giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, loại bỏ sự cạnh tranh dinh dưỡng, từ đó, cho năng suất cao.
Lời giải:
- Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là công nghệ sử dụng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời, giúp con người có thể chủ động tạo được nguồn ánh sáng có cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với quá trình quang hợp ở từng loại cây trồng.
- Một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời: các loại rau xanh như xà lách, rau diếp, rau cải, rau muống, củ cải đỏ, cần tây,… các loại cây cảnh như hoa hồng, hoa lan, kiềng lá, sen đá,…
Luyện tập và vận dụng (trang 34)
Lời giải:
Các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C3, C4 vì: Để thích nghi với điều kiện môi trường sống nắng nóng, nhiệt độ cao, khô hạn, khí khổng ở các loài cây này không mở ra vào ban ngày mà chỉ mở vào ban đêm khi nhiệt độ giảm xuống. Điều này dẫn đến CO2 – nguyên liệu cho quá trình quang hợp chỉ xâm nhập vào lá vào ban đêm để dự trữ, sau đó, vào ban ngày, CO2 này mới được sử dụng để tạo ra chất hữu cơ. Bởi vậy, ở những loài cây này, cường độ quang hợp thấp kéo theo lượng chất hữu cơ được tổng hợp và tích lũy ít dẫn đến sinh trưởng và phát triển của cây chậm hơn các loài thực vật khác.
Lời giải:
- Cây có điểm bù ánh sáng thấp có khả năng quang hợp ở cường độ ánh sáng thấp, còn cây có điểm bù ánh sáng cao có khả năng quang hợp ở cường độ ánh sáng cao → Trong trồng trọt, người ta thường trồng xen canh các cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao để tận dụng tối đa nguồn ánh sáng, chất dinh dưỡng trên một diện tích trồng trọt mà vẫn đảm bảo năng suất do cây có điểm bù ánh sáng cao sẽ ở phía tầng trên còn cây có điểm bù ánh sáng thấp sẽ ở tầng dưới.
- Ví dụ: Trồng xen giữa ngô có điểm bù ánh sáng cao với đậu đỗ có điểm bù ánh sáng thấp.
Lời giải:
Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn dây, mía, củ cải đường,… thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật như: chọn giống thích hợp, bón phân hợp lí, cung cấp đầy đủ nước cho cây trồng, gieo trồng đúng thời vụ, phòng trừ sâu bệnh hại,…
Xem thêm lời giải bài tập SGK Sinh học lớp 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:
Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật
Bài 3: Thực hành: trao đổi nước và khoáng ở thực vật
