Bài 4. QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

Trong nông nghiệp, để tiết kiệm diện tích đất trồng, thời gian thu hoạch,
đồng thời tăng năng suất cây trồng và đem lại hiệu quả kinh tế cao, người
ta đã áp dụng mô hình trồng xen canh các loài cây khác nhau (ví dụ: xen
canh giữa ngô với các cây bí đỏ, rau dền). Mô hình trồng xen canh được
thực hiện dựa trên cơ sở nào?
Khi bạn trồng xen nhiều loại rau khác nhau, điều đầu tiên đó là bạn
sẽ có được đa dạng các loại rau xanh cho gia đình ăn hằng ngày. Ngoài ra,
khi trồng xen canh các loại rau sẽ giúp tận dụng diện tích đất trống, cũng
như tận dụng ánh sáng, có cây ưa sáng và có cây ưa bóng. Ngoài ra chiều
cao của các cây xen kẽ nhau cũng ảnh hưởng đến việc lấy ánh sáng khác
nhau.

I. KHÁI QUÁT VỀ QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
1. Khái niệm

- Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạp hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh
sáng để chuyển hoá CO2 và nước thành hợp chất hữu cơ C6H12O6 đồng thời giải
phóng O2.
- Phương trình tổng quát: 6CO2 + 12H2O → C6H12O6 + 6O2 + 6H2O
(Điều kiện: ánh sáng, lục lạp)

2. Vai trò của quang hợp ở thực vật
- 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 còn làm ra thuốc
chữa bệnh cho con người.
- 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.
- Cung cấp O2: Quá trình quang hợp của cây xanh khi
hấp thụ khí CO2 và giải phóng O2 giúp điều hoà không

II. HỆ SẮC TỐ QUANG HỢP

1. Hệ sắc tố ở thực vật gồm 2 nhóm:
a. Chlorophyll
- Chlorophyll gồm 2 loại chủ yếu là Chlorophyll a và Chlorophyll b.
- Chlorophyll a trực tiếp tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng ánh sáng
thành năng lượng hóa học tích trữ trong ATP và NADPH. Chlorophyll b hấp
thụ năng lượng ánh sáng.

b. Carotene và Xanthophyll
- Lọc ánh sáng và bảo vệ Chlorophyll.
- Tham gia vào quá trình quang phân li nước và thải O 2.
- Tham gia quá trình quang hợp bằng cách tiếp nhận năng lượng ánh
sáng mặt trời và truyền cho Chlorophyll và nó có mặt trong hệ thống
quang hóa.

2. Các sắc tố quang hợp hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng
theo sơ đồ:
Carotenoid → Chlorophyll b → Chlorophyll a → Chlorophyll
a ở trung tâm phản ứng.

Một số loài thực vật (tía tô, rau dền,..) lại có màu đỏ hoặc tím trong khi lá ở các
loài khác thì không vì ngoài Chlorophyll thì chúng còn có sắc tố Anthocyanin
tạo nên màu đỏ hoặc tím. Ở thực vật có các sắc tố thực vật như Chlorophyll,
Carotenoid, Anthocyanin,... có vai trò hấp thu năng lượng ánh sáng để thực vật
thực hiện quang hợp.

III. CÁC GIAI ĐOẠN CỦA QUÁ TRÌNH QUANG HỢP
Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra gồm 2 pha: pha sáng và pha tối
(pha đồng hoá CO2)
1. Pha sáng
- Diễn ra ở màng thylakoid (hạt Granum).
- Nguyên liệu: Năng lượng ánh sáng, H2O, NADP+, ADP, phospho vô cơ.
- Điều kiện: Cần ánh sáng.
- Sản phẩm: NADPH, ATP, O2
- Diễn biến:
+ Diệp lục hấp thụ ánh sáng và chuyển thành trạng thái kích động electron làm
cho một số electron (e) của diệp lục bật ra khỏi quỹ đạo. Dưới tác dụng của ánh
sáng, nước phân li, giải phóng O2, electron và H+ theo sơ đồ sau:
2H2O → 4H+ + 4e- + O2

+ Electron sinh ra từ quá trình phân li nước được dùng để bù lại cho phân tử diệp
lục a đã mất electron. H+ tham gia tổng hợp ATP và khử NADP+ thành NADPH.

2. Pha tối
- Diễn ra ở chất nền Stroma (lục lạp).
- Nguyên liệu: CO2, NADPH, ATP.
- Điều kiện: Cần nhiệt độ thích hợp.
- Sản phẩm: Các hợp chất hữu cơ.
- Sự cố định CO2 tạo thành các hợp chất hữu cơ (glucose,...) diễn ra ở pha tối nhờ
nguồn năng lượng ATP và NADPH do pha sáng cung cấp.
- Thực vật sống ở các điều kiện khí hậu khác nhau có con đường cố định CO2 khác
nhau (chu trình C3, chu trình C4, chu trình CAM).

Phân biệt pha tối quang hợp ở các nhóm thực vật
1. Nhóm thực vật C3
- Chất nhận CO2: RuBP.
- Sản phẩm đầu tiên: PGA (3C).
- Không gian thực hiện: Lục lạp tế bào mô giậu.
- Chu trình quang hợp: Chu trình Calvin (C3).
- Thời gian thực hiện: Ban ngày.
- Năng suất sinh học: Trung Bình.
- Đối tượng: Nhóm thực vật sống ở vùng ôn đới
và á nhiệt đới.

Phân biệt pha tối quang hợp ở các nhóm thực vật
2. Nhóm thực vật C4
- Chất nhận CO2: PEP.
- Sản phẩm đầu tiên: OAA (4C).
- Không gian thực hiện: Lục lạp tế bào mô giậu
và tế bào bao bó mạch.
- Chu trình quang hợp: Chu trình C4 và chu trình
Calvin (C3).
- Thời gian thực hiện: Ban ngày.
- Năng suất sinh học: Cao.
- Đối tượng: Thực vật sống ở khí hậu nhiệt đới
và cận nhiệt đới, khí hậu nóng ẩm kéo dài.

Phân biệt pha tối quang hợp ở các nhóm thực vật
3. Nhóm thực vật CAM
- Chất nhận CO2: PEP.
- Sản phẩm đầu tiên: OAA (4C).
- Không gian thực hiện: Lục lạp tế bào
mô giậu.
- Chu trình quang hợp: Chu trình C4 và
chu trình Calvin (C3).
- Thời gian thực hiện: Ban đêm và ban ngày.
- Năng suất sinh học: Thấp.
- Đối tượng: Thực vật sống ở vùng sa mạc,
điều kiện khô hạn kéo dài.

Phân chia TV thành các nhóm C3, C4 và CAM dựa trên cơ sở khoa học nào?
Phân chia thực vật thành các nhóm C3, C4 và CAM dựa trên cơ sở pha đồng
hóa CO2 diễn ra ở chất nền của lục lạp. 
- Thực vật C3: Nhóm thực vật này cố định CO2 theo chu trình Calvin, sản phẩm
ổn định đầu tiên của chu trình là hợp chất 3 carbon nên chúng được gọi là thực
vật C3.
- Thực vật C4: Ở tế bào thịt lá, CO2 được cố định bởi hợp chất
phosphoenolpyruvate và hình thành hợp chất oxaloacetate (4C) (hợp chất 4
carbon được hình thành đầu tiên nên gọi là thực vật C4). Oxaloacetate được
chuyển hóa thành malate và vận chuyển sang tế bào bao bó mạch. Tại đây, malate
chuyển hóa thành pyruvate đồng thời giải phóng CO2, CO2 được cố định và
chuyển hóa thành hợp chất hữu cơ theo chu trình Calvin.
- Thực vật CAM: Bản chất hóa học của quá trình cố định CO2 ở thực vật CAM
và thực vật C4 là giống nhau, tuy nhiên ở thực vật CAM cả 2 giai đoạn đều diễn

IV. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
1. Ánh sáng
- Cây ưa sáng: Cường độ quang hợp cao khi
ánh sáng mạnh.
- Cây ưa bóng: Cường độ quang hợp yếu
khi ánh sáng mạnh, cây có khả năng quang
hợp khi ánh sáng yếu.
- Khi nồng độ CO2 tăng, cường độ ánh sáng
tăng → thì cường độ quang hợp cũng tăng.
+ Điểm bù áng sáng: Cường độ ánh sáng
tối thiểu để cường độ quang hợp bằng với
cường độ hô hấp.
+ Điểm no ánh sáng: Cường độ ánh sáng
tối đa để cường độ quang hợp đạt cực đại.

Phân tích ảnh hưởng của ánh sáng tới hiệu quả quang hợp.
- Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình quang hợp. Ánh
sáng ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng phân li nước và mức độ kích thích
của các phân tử diệp lục, 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 quang phổ và thời gian chiếu sáng đều ảnh
hưởng đến quá trình quang hợp ở thực vật. Ở cường độ ánh sáng mà cường
độ quang hợp và hô hấp bằng nhau thì gọi là điểm bù ánh sáng. 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
của quang hợp. Thời gian chiếu sáng khoảng 10 - 12 giờ/ngày thường phù
hợp với đa số thực vật.

IV. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
2. Nồng độ CO2
- Thực vật C4 có điểm bão hòa CO2 thấp hơn
C3, điểm bù CO2 thấp hơn C3 dẫn đến cường
độ quang hợp cao hơn.
- Điểm bù CO2: Trị số nồng độ CO2 làm cho
cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp.
- Điểm bão hoà CO2: Điểm mà ở đó nếu nồng
độ CO2 tăng lên thì cường độ quang hợp cũng
không tăng (quang hợp đạt cực đại).
- Tăng nồng độ CO2, lúc đầu cường độ QH
tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng chậm cho tới khi
đạt trị số bão hoà CO2.Vượt qua trị số đó,

Phân tích mối quan hệ giữa nồng độ CO2 và cường độ quang hợp.
Điểm bù CO2 được xác định như thế nào?
- Mối quan hệ giữa nồng độ CO2 với cường độ quang hợp: Khi tăng
nồng độ CO2 thì cường độ quang hợp cũng tăng tỉ lệ thuận, sau đó tăng
chậm cho tới khi đến giá trị bão hòa (nồng độ CO 2 khoảng 0,06 0,1%).
- Điểm bù CO2 là nồng độ CO2 mà tại đó lượng CO2 sử dụng cho quá
trình quang hợp tương đương với lượng CO2 tạo ra trong quá trình hô
hấp.

IV. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUANG HỢP Ở THỰC VẬT
3. Nhiệt độ
- Nhiệt độ tối ưu cho quá trình quang hợp phụ
thuộc vào loài thực vật và môi trường sống
của chúng. Thông thường, khi các nhân tố
môi trường khác ở điều kiện thuận lợi, cường
độ quang hợp tăng khi tăng nhiệt độ. Khi vượt
qua ngưỡng nhiệt tối ưu, cường độ quang hợp
bắt đầu giảm.
- Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C3 dao
động trong khoảng 25 – 30oC.
- Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C4, thực
vật CAM cường độ quang hợp đạt cực đại ở
nhiệt độ cao hơn 40oC.

Phân tích ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình quang hợp.
- Nhiệt độ tối ưu cho quá trình quang hợp phụ thuộc vào loài thực vật
và môi trường sống của chúng.
- Thông thường, khi các nhân tố môi trường khác ở điều kiện thuận
lợi, cường độ quang hợp tăng khi tăng nhiệt độ.
- Khi vượt qua ngưỡng nhiệt tối ưu, cường độ quang hợp bắt đầu giảm.
- Ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C3 dao động trong khoảng 20 –
30oC, ngưỡng nhiệt tối ưu của thực vật C 4 dao động trong khoảng 25 –
35oC, còn ở thực vật CAM là 30 – 40oC.

LƯU Ý
Trồng cây mật độ quá dày làm cho cây không thể phát triển bộ
rễ, ánh sáng và không khí nhận được không phân bố đều, làm ảnh
hưởng đến quá trình quang hợp, khiến năng suất không được cao.

V. QUANG HỢP VÀ NĂNG SUẤT CÂY TRỒNG
1. Quang hợp quyết định năng suất cây trồng
Quang hợp quyết định năng suất của cây trồng vì: 90 - 95% tổng sản
lượng chất hữu cơ trong cây là sản phẩm của quá trình quang hợp.
2. Các biện pháp điều khiển quang hợp nhằm tăng năng suất cây
trồng
- Tăng diện tích lá (tăng diện tích tiếp nhận ánh sáng): Bón phân tưới
nước hợp lí, sử dụng kĩ thuật chăm sóc phù hợp cho từng loại cây
trồng.
- Tăng cường độ quang hợp: Cung cấp nước, bón phân, chăm sóc hợp
lí tạo điều kiện cho cây hấp thụ và chuyển hóa năng lượng mặt trời
một cách có hiệu quả.

Dựa vào hiểu biết về quang hợp, hãy đề xuất một số biện pháp kĩ thuật để
tăng năng suất cây trồng. Giải thích cơ sở khoa học của các biện pháp đó.
Một số biện pháp:
- Tăng diện tích lá (tăng diện tích tiếp
nhận ánh sáng): Bón phân tưới nước
hợp lí, sử dụng kĩ thuật chăm sóc phù
hợp cho từng loại cây trồng.
- Tăng cường độ quang hợp: Cung cấp
nước, bón phân, chăm sóc hợp lí tạo
điều kiện cho cây hấp thụ và chuyển
hóa năng lượng mặt trời một cách có
hiệu quả.

Dựa vào sự ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến quang hợp, hãy giải thích
tại sao "canh tác theo chiều thẳng đứng" (Hình 4.12) được xem là giải pháp tiềm
năng trong tương lai để giải quyết các vấn đề về lương thực.
- Canh tác theo chiều thẳng đứng tối đa hoá diện
tích tiếp xúc ánh nắng mặt trời. Năng suất của các
nông trại thẳng đứng có thể còn cao hơn nữa nếu
chúng ta cải thiện được nguồn sáng vì ánh sáng tự
nhiên tốt hơn ánh sáng từ đèn LED rất nhiều lần.
- Nhà máy trồng rau không bị ảnh hưởng bởi thay
đổi về mùa vụ, sâu bệnh hay khô hạn. Thực tế,
môi trường nhân tạo đã kích thích tiềm năng về
gene của mỗi hạt. Thêm nữa, nó chỉ đòi hỏi một
phần ba lượng nước và một phần tư lượng phân
bón. Các nhà máy trồng rau cũng không cần
thuốc trừ sâu.

Giải thích vì sao quang hợp có vai trò quyết định đến
năng suất cây trồng?
Quang hợp tạo ra các phân tử đường. Các phân tử đường được vận
chuyển đến tất cả các tế bào của cơ thể thực vật. Khoảng 50% hợp chất
carbon tạo ra từ quá trình quang hợp được sử dụng để cung cấp năng lượng
cho thực vật thông qua quá trình hô hấp tế bào, phần còn lại được sử dụng
để tổng hợp các hợp chất hữu cơ tham gia kiến tạo đồng thời dự trữ năng
lượng cho tế bào và cơ thể thực vật. Đặc biệt, tinh bột là nguồn dự trữ
carbon và năng lượng chính của tế bào và cơ thể thực vật.
Các hợp chất hữu cơ chiếm khoảng 90 - 95% tổng khối lượng vật chất khô
của tế bào và cơ thể thực vật, phần còn lại 5 - 10% là các nguyên tố
khoáng. Như vậy có thể thấy, quang hợp có vai trò quyết định đến năng
suất cây trồng, hiệu quả của quá trình quang hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến
năng suất cây trồng.

Nêu các biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao
năng suất cây trồng dựa trên cơ sở cải tạo điều kiện
trường sống.
- Cải tạo tiềm năng của môi
cây trồng: Tăng
hiệu suất quang hợp bằng cách
chọn tạo giống có cường độ quang hợp cao, chọn tạo giống cây kết hợp với
biện pháp canh tác để sản phẩm quang hợp phân bố chủ yếu vào các bộ phận
giá trị kinh tế (hạt, củ, hoặc thân, ...).
- Tăng diện tích lá: Thực hiện biện pháp như tưới nước và bón phân hợp lí
để lá sinh trưởng tốt, kết hợp với việc chăm sóc và loại bỏ sự cạnh tranh
dinh dưỡng của những loài cỏ dại, các loài sinh vật ăn lá hoặc gây bệnh cho
lá.
- Sử dụng hiệu quả nguồn sáng: Chọn giống cây có thời gian sinh trưởng
phù hợp với thời gian chiếu sáng và nhiệt độ ở các mùa khác nhau. Tăng
diện tích tiếp xúc của lá cây với ánh sáng bằng cách bố trí hàng, luống phù
hợp.