LÝ THUYẾT / SINH HỌC / PHẦN IV: TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG / Chương 1: TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở ĐỘNG VẬT VÀ THỰC VẬT / A. TRAO ĐỔI VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT

BÀI 9: QUANG HỢP Ở CÁC NHÓM THỰC VẬT C3,C4 VÀ CAM

- Quá trình quang hợp được chia làm hai pha: pha sáng và pha tối.

- Quá trình quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4, CAM CHỈ KHÁC NHAU chủ yếu trong pha tối

I. PHA SÁNG

- Là pha chuyển hóa năng lượng ánh sáng được diệp lục hấp thụ thành năng lượng của các liên kết hóa học như ATP, NADPH.

- Diễn ra ở tilacôit.

- Sản phẩm pha sáng: ATP, NADPH và O2.

- Pha sáng diễn ra quá trình quang phân li nước.

* Quang phân li nước: Phân tử nước bị phân li dưới tác động của năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ theo sơ đồ sau:

O₂ được giải phóng từ H₂O.

e^- đến bù lại các e^- của diệp lục a đã bị mất khi diệp lục này tham gia chuyền e^- cho các chất khác.

H⁺ đến khử NADP⁺ thành dạng khử NADPH.

* Kích thích diệp lục (Nâng cao)

Hệ sắc tố thực vật hấp thụ năng lượng của các photon theo phản ứng kích thích chất diệp lục (chdl):

chdl + h√ D chdl* D chdl**

(chdl: trạng thái bình thường; chdl*: trạng thái kích thích; chdl**: trạng thái bền thứ cấp)

Năng lượng kích thích chất diệp lục ở 2 trạng thái chdl* và chdl** được sử dụng cho các quá trình: quang phân li nước và phôtphorin hóa quang hóa để hình thành ATP và NADPH thông qua hai hệ quang hóa: hệ quang hóa I và hệ quang hóa II (PSI và PSII) theo phản ứng:

12H₂O + 18ADP + 18P_{vô cơ} + 12NADP⁺ → 18ATP + 12NADPH + 6O₂

II. PHA TỐI

- Là pha khử CO₂ nhờ ATP và NADPH được hình thành trong pha sáng để tạo các hợp chất hữu cơ (C₆H₁₂O₆).

- Diễn ra trong chất nền (strôma) của lục lạp.

1. THỰC VẬT C3 – CHU TRÌNH Canvin - Benson

- Thực vật C3 gồm phần lớn TV phân bố rộng rãi trên thế giới, chủ yếu ở vùng ôn đới và cận nhiệt đới

VD. lúa, khoai, sắn, các loại rau, đậu,…

- Điều kiện sống: khí hậu ôn hòa, cường độ ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ CO₂, O₂ bình thường.

- Cố định CO₂ theo con đường C3 (chu trình Canvin)

(gọi là TV C3 vì sản phẩm quang hợp đầu tiên là 1 chất hữu cơ có 3C – axit phôtpho glixêric (APG)).

- Chu trình Canvin chia thành 3 giai đoạn:

+ Giai đoạn cố định CO2: 6RiDP (C₅) + 6CO₂ → 12 APG (C₃)

+ Giai đoạn khử APG thành AlPG: 12APG (C₃) + ATP, NADPH → 12AlPG (C₃)

+ Giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu: 12AlPG tách thành 2AlPG tạo 1 glucôzơ (C₆H₁₂O₆) và 10AlPG tái sinh lại 6RiDP (C₅) ban đầu.

2. THỰC VẬT C4 – CHU TRÌNH Hatch - Slack

- Thực vật C4 gồm một số loài sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới như: mía, rau dền, ngô, cao lương, kê, cỏ lồng vực, cỏ gấu,…

- Điều kiện sống: nóng ẩm kéo dài, ánh sáng cao, nhiệt độ cao, nồng độ CO₂ giảm, nồng độ O₂ tăng.

- Gọi là Thực vật C4 vì sản phẩm quang hợp đầu tiên là 1 chất hữu cơ có 4C (axit ôxalô axêtic - AOA).

- Quá trình cố định CO2 diễn ra theo 2 chu trình:

+ Giai đoạn cố định CO₂ tạm thời theo chu trình C4, diễn ra ở tế bào mô giậu, chất nhận CO₂ ban đầu là PEP.

+ Giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình C3, diễn ra ở tế bào bao bó mạch.

- Thực vật C4 có các ưu việt hơn TV C3:

+ Cường độ quang hợp cao hơn.

+ Điểm bù CO₂ thấp hơn.

+ Điểm bão hòa ánh sáng cao hơn.

+ Nhu cầu nước thấp hơn.

+ Thoát hơi nước thấp hơn.

=> Thực vật C4 có năng suất cao hơn TV C3.

3. THỰC VẬT CAM

Thực vật CAM là những loài thân mọng nước: xương rồng, dứa, thanh long, thuốc bỏng, các loài cây mọng nước ở sa mạc.

Điều kiện sống: khô hạn kéo dài như hoang mạc, sa mạc.

Tên gọi TV CAM dựa vào tên đối tượng thực hiện con đường cố định CO₂

(Crassulaceaen Acid Metabolism – trao đổi axit ở học Thuốc bỏng)

Quá trình cố định CO₂ diễn ra theo 2 chu trình:

+ Giai đoạn cố định CO₂ tạm thời diễn ra vào ban đêm khi khí khổng mở

+ Giai đoạn tái cố định CO₂ theo chu trình C3, diễn ra vào ban ngày khi khí khổng đóng.

Việc đóng khí khổng vào ban ngày

=> Tránh mất nước do thoát hơi nước giúp tiết kiệm nước đến mức tối đa.

Mở khí khổng vào ban đêm

=> Giúp nhóm TV này nhận CO₂ tích lũy cung cấp cho quá trình quang hợp diễn ra vào ban ngày.

Lý thuyết Sinh 11: Bài 9. Quang hợp ở các nhóm thực vật C3, C4 và CAM (ngắn nhất)

Một số đặc điểm phân biệt thực vật C3, C4, CAM

ĐIỂM SO SÁNH	C3	C4	CAM
1. Điều kiện sống	Sống chủ yếu ở vùng ôn đới, cận nhiệt đới.	Sống ở vùng khí hậu nhiệt đới, cận nhiệt đới.	Sống ở vùng sa mạc, điều kiện khô hạn kéo dài.
2. Hình thái giải phẫu lá	Lá bình thường. Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu.	Lá bình thường. Có 2 loại lục lạp ở tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch.	Lá mọng nước. Có một loại lục lạp ở tế bào mô giậu.
3. Cường độ quang hợp	Trung bình	Cao	Thấp
4. Nhu cầu nước	Cao	Thấp, bằng 1/2 thực vật C3	Thấp
Hô hấp sáng	Có	Không	Không
Năng suất sinh học	Trung bình	Cao (gấp đôi TV C3)	Thấp

Bảng so sánh quá trình quang hợp ở các nhóm thực vật C3 , C4 , CAM

ĐIỂM SO SÁNH	C3	C4	CAM
Chất nhận CO2 đầu tiên	RiDP (Ribulôzơ 1,5 diphôtphat)	PEP (phôtpho enol pyruvat)	PEP
Enzim cố định CO2	Rubisco	PEP-cacboxilaza và Rubisco	PEP-cacboxilaza và Rubisco
Sản phẩm cố định CO2 đầu tiên	APG (axit phôtpho glixeric)	AOA (axit oxalo axetic)	AOA
Chu trình Canvin	Có	Có	Có
Không gian thực hiện	Lục lạp tế bào mô giậu	Lục lạp tế bào mô giậu và lục lạp tế bào bao bó mạch	Lục lạp tế bào mô giậu
Thời gian	Ban ngày	Ban ngày	Cả ngày và đêm
Năng suất sinh học	Trung bình	Cao	Thấp