[TÌM HIỂU] Phương Trình Quang Hợp Ở Thực Vật

Quang hợp là quá trình chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học, giúp thực vật tổng hợp các chất hữu cơ từ khí carbon dioxide và nước. Quang hợp là quá trình quan trọng nhất trong sinh quyển, vì nó cung cấp nguồn thức ăn cho hầu hết các sinh vật sống, duy trì nồng độ oxy trong không khí và giảm lượng khí nhà kính gây hiệu ứng nóng lên toàn cầu.

Trong bài viết này, hãy cùng Huấn luyện an toàn lao động tìm hiểu về phương trình quang hợp ở thực vật, các yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp và vai trò của quang hợp trong năng suất cây trồng.

Phương trình quang hợp ở thực vật

Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp ở thực vật có thể viết như sau:

6CO₂  + 12 H₂O –> C₆H₁₂O₆  + 6O₂  + 6 H₂O

Trong phương trình này, khí carbon dioxide và nước là các nguyên liệu cần thiết cho quang hợp, được cung cấp bởi không khí và đất. Diệp lục là chất tố có màu xanh lá cây, có vai trò như một chất xúc tác, giúp hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời và chuyển nó thành năng lượng hóa học.

Cacbohidrat là sản phẩm chính của quang hợp, được dùng để lưu trữ hoặc sử dụng cho các hoạt động sinh lý của thực vật. Oxy là sản phẩm phụ của quang hợp, được giải phóng ra không khí.

Tuy nhiên, phương trình tổng quát này chỉ là một biểu hiện đơn giản của quá trình phức tạp và phân biệt của quang hợp. Thực tế, quang hợp gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn phụ thuộc vào ánh sáng và giai đoạn không phụ thuộc vào ánh sáng.

Giai đoạn phụ thuộc vào ánh sáng

Giai đoạn này xảy ra trong các bào quan lục lạp của tế bào lá, nơi có chứa các protein gọi là trung tâm phản ứng quang hợp. Trong giai đoạn này, diệp lục và các chất tố khác như carotenoid và phycocyanin có vai trò như các tế bào sắc tố, giúp thu nhận và chuyển giao năng lượng ánh sáng cho các electron.

Các electron này được tách ra từ nước, tạo ra oxy và proton. Các electron sau đó được chuyển qua một chuỗi các protein gọi là chuỗi vận chuyển electron, trong đó có sự tham gia của hai loại protein gọi là photosystem I (PSI) và photosystem II (PSII).

Qua chuỗi này, các electron được tái nạp lại cho diệp lục và giúp sản xuất hai loại năng lượng: ATP (adenosine triphosphate) và NADPH (nicotinamide adenine dinucleotide phosphate). ATP và NADPH là các “đơn vị tiền tệ năng lượng” của các tế bào, được dùng để thực hiện các phản ứng hóa học khác.

Giai đoạn không phụ thuộc vào ánh sáng

Giai đoạn này xảy ra trong chất nền stroma của lục lạp, nơi có chứa các enzyme cần thiết cho các phản ứng hóa học. Trong giai đoạn này, khí carbon dioxide được tích hợp vào các hợp chất carbon hữu cơ đã có sẵn, chẳng hạn như ribulose bisphosphate (RuBP).

Sử dụng ATP và NADPH được giai đoạn phụ thuộc vào ánh sáng tạo ra, kết quả là các hợp chất này sau đó được giảm và loại bỏ để hình thành cacbohidrat cao hơn như glucose. Quá trình này được gọi là chu trình Calvin, được đặt theo tên của nhà khoa học đã khám phá ra nó.

Vai trò của quang hợp

Quá trình quang hợp đóng vai trò quan trọng đối với sự sống của các sinh vật trên trái đất. Toàn bộ sự sống trên hành tinh đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp. Quang hợp bao gồm các vai trò sau:

Thứ nhất, Tổng hợp chất hữu cơ: Sản phẩm của quang hợp là tạo ra nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, là nguyên liệu cho công nghiệp, ngoài ra làm ra thuộc chữa bệnh cho con người.

Thứ hai, Cung cấp năng lượng: Năng lượng trong ánh sáng mặt trời khi được hấp thụ và chuyển hóa thành hóa năng trong các liên kết hóa học. Đây là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu cho mọi hoạt động sống của các sinh vật.

Thứ ba, Cung cấp O2: Quá trình quang hợp của cây xanh khi hấp thụ khí CO2 và giải phóng O2 giúp điều hoà không khí, giảm hiệu ứng nhà kính, ngoài ra đem lại không khí trong lành cho Trái Đất và cung cấp dưỡng khí cho các sinh vật khác.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp

Quang hợp là quá trình phụ thuộc vào nhiều yếu tố ngoại cảnh, bao gồm:

• Nguồn sáng:

Ánh sáng là yếu tố quan trọng nhất cho quang hợp, vì nó cung cấp năng lượng cho quá trình này. Tốc độ quang hợp thường tăng theo cường độ ánh sáng, cho đến khi đạt đến một mức giới hạn, khi mà các yếu tố khác trở thành bất lợi. Bên cạnh đó, bước sóng của ánh sáng cũng ảnh hưởng đến quang hợp, vì diệp lục chỉ có thể hấp thụ được một số bước sóng nhất định. Thông thường, ánh sáng xanh và đỏ có hiệu quả cao nhất cho quang hợp, trong khi ánh sáng xanh lá cây có hiệu quả thấp nhất.

• Nhiệt độ:

Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng đến hoạt độ của các enzyme tham gia vào quang hợp. Tốc độ quang hợp thường tăng theo nhiệt độ, cho đến khi vượt qua một ngưỡng nhiệt độ tối ưu, khi mà các enzyme bị phá vỡ và quang hợp bị ngừng lại.

Ngưỡng nhiệt độ tối ưu khác nhau tùy thuộc vào loài thực vật và điều kiện môi trường. Thông thường, các loài thực vật ôn đới có ngưỡng nhiệt độ tối ưu từ 15°C đến 25°C, trong khi các loài thực vật nhiệt đới có ngưỡng nhiệt độ tối ưu từ 25°C đến 35°C.

• Nồng độ carbon dioxide:

Carbon dioxide là nguyên liệu cần thiết cho quang hợp, vì nó cung cấp nguồn carbon cho tổng hợp cacbohidrat. Tốc độ quang hợp thường tăng theo nồng độ carbon dioxide, cho đến khi đạt đến một mức giới hạn, khi mà các yếu tố khác trở thành bất lợi. Nồng độ carbon dioxide trong không khí hiện nay là khoảng 0,04%, nhưng có thể dao động tùy thuộc vào thời gian trong ngày, mùa trong năm và hoạt động của con người.

• Nước:

Nước là nguyên liệu cần thiết cho quang hợp, vì nó cung cấp nguồn hydrogen cho tổng hợp cacbohidrat và giúp duy trì sự căng phồng của lá. Thiếu nước sẽ làm giảm tốc độ quang hợp, vì nó gây ra sự khép kín của lỗ khí để tránh mất nước, nhưng cũng làm giảm sự trao đổi khí giữa lá và không khí. Ngoài ra, thiếu nước cũng làm giảm hoạt độ của các enzyme và làm biến dạng cấu trúc của diệp lục.

So sánh giữa quang hợp và hô hấp

Giống nhau:

Đều là các chuỗi phản ứng oxy hoá – khử phức tạp.

Đều là các quá trình chuyển hoá vật chất và năng lượng trong tế bào.

Đều có sự tham gia của chất vận chuyển electron tạo ra ATP.

Khác nhau:

Huấn luyện an toàn lao động hy vọng bài viết của tôi đã giúp bạn hiểu rõ hơn về phương trình quang hợp ở thực vật.