Bài 5: Hô hấp ở thực vật

- Khi bị ngập úng, các khe đất bị phủ kín nước mà nước có hàm lượng oxygen thấp nên không đủ cung cấp cho rễ cây thực hiện hô hấp tế bào. Quá trình hô hấp tế bào ở rễ diễn ra yếu dẫn tới tế bào lông hút bị thiếu năng lượng để vận chuyển chủ động các chất tan vào trong tế bào. Khi nồng độ chất tan trong tế bào thấp thì áp suất thẩm thấu của tế bào thấp khiến nước không thẩm thấu vào tế bào lông hút của rễ (cây không hút được nước).

- Đồng thời, khi đất thiếu oxygen, các tế bào rễ sẽ chuyển hóa glucose theo con đường lên men. Con đường này tạo ra 1 lượng nhỏ năng lượng cho tế bào thực vật sử dụng nhưng lại tạo ra lactic acid và ethanol, sự tích lũy lactic acid và ethanol ở nồng độ cao sẽ gây chết các tế bào lông hút – bộ phận chịu trách nhiệm chính trong việc hấp thụ nước và khoáng của cây.

Cây không hút được nước trong khi quá trình thoát hơi nước vẫn diễn ra dẫn đến cây bị héo.

Bản chất của quá trình hô hấp ở thực vật: Hô hấp ở thực vật là quá trình oxi hóa hợp chất hữu cơ thành \(CO_2\) và \(H_2O\), đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể.

Quá trình hô hấp ở thực vật được chia thành 3 giai đoạn:

- Đường phân.

- Phản ứng oxi hoá pyruvic acid thành acetyl-CoA và chu trình Krebs.

- Chuỗi truyền electron hô hấp.

Vai trò của quá trình hô hấp đối với thực vật:

- Giúp chuyển hóa năng lượng:

+ Quá trình hô hấp giải phóng và chuyển hóa năng lượng tích lũy trong các hợp chất hữu cơ thành năng lượng dễ sử dụng trong các phân tử ATP để sử dụng có nhiều hoạt động sống ở thực vật.

+ Ngoài ra, một lượng lớn năng lượng được chuyển hóa thành năng lượng nhiệt giúp thực vật chống chịu điều kiện lạnh và làm bay hơi một số hợp chất dẫn dụ côn trùng tham gia quá trình thụ phấn.

- Giúp trao đổi chất: Quá trình hô hấp tạo ra các chất trung gian, chúng là nguyên liệu của các quá trình tổng hợp nhiều chất hữu cơ khác nhau cho tế bào và cơ thể thực vật.

Nước là dung môi trong tế bào sinh vật, ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào và hoạt động của các enzyme trong quá trình hô hấp, đồng thời, nước cũng cần thiết có quá trình thủy phân tạo nguyên liệu trực tiếp cho quá trình hô hấp. Do đó, nếu thiếu nước, tốc độ của quá trình hô hấp sẽ bị giảm, thậm chí là bị ngưng trệ hoàn toàn.

Ảnh hưởng của nồng độ \(O_2\) đến quá trình hô hấp:

- Khi nồng độ \(O_2\) đủ, quá trình hô hấp diễn ra thuận lợi giúp thực vật phát triển tốt.

- Nếu nồng độ \(O_2\) thấp (dưới 10%), quá trình hô hấp sẽ bị ảnh hưởng (diễn ra chậm, thậm chí là ngưng trệ hoàn toàn): Khi thiếu \(O_2\), các tế bào thực vật sẽ chuyển hóa glucose theo con đường lên men. Đây là phương thức thích nghi của thực vật với môi trường sống thiếu \(O_2\) vì tạo ra 1 lượng nhỏ năng lượng cho tế bào thực vật sử dụng. Tuy nhiên, phương thức này lại tạo ra lactic acid và ethanol, sự tích lũy lactic acid và ethanol ở nồng độ cao sẽ gây chết các tế bào và cơ thể.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với quá trình hô hấp ở thực vật:
- Trong khoảng giới hạn nhiệt độ từ 0 - \(35^{\circ} \mathrm{C}\), cường độ hô hấp tăng khoảng \(2-2,5\) lần khi nhiệt độ tăng \(10^{\circ} \mathrm{C}\). Trong đó, nhiệt độ tối ưu cho quá trình hô hấp ở thực vật trong khoảng 30 - 40 \({ }^{\circ} \mathrm{C}\).
- Khi nhiệt độ quá cao (trên \(40^{\circ} \mathrm{C}\) ), tốc độ hô hấp giảm vì nhiệt độ cao làm biến tính và giảm hoạt tính của enzyme hô hấp.
- Khi nhiệt độ quá thấp \(\left(0-10^{\circ} \mathrm{C}\right)\), cường độ hô hấp của thực vật khá thấp.

Nồng độ \(CO_2\) cao ảnh hưởng không tốt đến hô hấp ở thực vật vì nồng độ \(CO_2\) cao sẽ ảnh hưởng đến sự trao đổi khí dẫn đến ức chế và làm giảm cường độ hô hấp.

- Mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật: Quá trình quang hợp và hô hấp là 2 mặt của quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng.

- Phân tích:

+ Hô hấp và quang hợp là 2 mặt trái ngược nhau vì: Quang hợp là quá trình lá cây tổng hợp chất hữu cơ, tích lũy năng lượng từ carbonic và nước nhờ có diệp lục và sử dụng ánh sáng, thải ra oxygen. Còn hô hấp là quá trình sử dụng oxygen phân giải chất hữu cơ, giải phóng năng lượng cung cấp cho hoạt động sống của cơ thể, đồng thời thải ra khí carbonic và nước.

- Hô hấp và quang hợp có quan hệ chặt chẽ với nhau vì: Sản phẩm của quang hợp (chất hữu cơ) là nguyên liệu cho hô hấp. Ngược lại, sản phẩm của hô hấp lại là nguyên liệu (\(CO_2\)) cho quang hợp. Ngoài ra, hô hấp còn tạo ra các sản phẩm trung gian làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào rễ, tạo điều kiện cho rễ hút nước, cung cấp nguyên liệu cho quang hợp.

Các giai đoạn của quá trình hô hấp ở thực vật:

BÁO CÁO KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM HÔ HẤP Ở THỰC VẬT

- Tên thí nghiệm: Thí nghiệm hô hấp ở thực vật.

- Nhóm thực hiện: …………..

- Kết quả và thảo luận:

+ Kết quả: Khi cho que tăm đang cháy vào miệng bình chứa hạt nảy mầm, que tăm bị tắt ngấm. Khi cho que tăm đang cháy vào miệng bình chứa hạt nảy mầm đã được luộc chín, que tăm vẫn tiếp tục cháy bình thường.

+ Giải thích:

          Hạt nảy mầm có quá trình hô hấp tế bào diễn ra mạnh, quá trình này cần \(O_2\) và thải ra khí \(CO_2\) → Nồng độ \(O_2\) trong bình giảm do bị hạt hấp thụ nhiều, nồng độ \(CO_2\) trong bình tăng do hạt thải ra → Hàm lượng \(O_2\) thấp và \(CO_2\) cao trong bình không đủ để duy trì sự cháy → Khi cho que tăm đang cháy vào miệng bình chứa hạt nảy mầm, que tăm bị tắt ngấm.

          Hạt đã được luộc chín (các tế bào đã chết) nên không diễn ra quá trình hô hấp tế bào → Nồng độ \(O_2\) và \(CO_2\) trong bình hầu như không có sự thay đổi, vẫn duy trì được sự cháy → Khi cho que tăm đang cháy vào miệng bình chứa hạt nảy mầm đã được luộc chín, que tăm vẫn tiếp tục cháy bình thường.

- Kết luận: Trong quá trình hô hấp, thực vật hấp thụ \(O_2\) và thải \(CO_2\).

1. Một số biện pháp bảo quản rau xanh và hoa quả phổ biến như:

• Làm giảm lượng nước: phơi khô, sấy khô.
• Làm giảm nhiệt độ: bảo quan trong tủ lạnh, kho lạnh.
• Tăng nồng độ CO2 trong kho lạnh.

2. Quá trình hô hấp tế bào xảy ra rất mạnh mẽ ở các loại hạt. Nước cần thiết cho quá trình hô hấp tế bào.

Trước khi bảo quản, cần phơi khô các loại hạt như lúa, ngô, đậu để làm giảm tối đa lượng nước trong tế bào, gây ức chế quá trình hô hấp. Vì vậy giữ nguyên được lượng chất hữu cơ trong hạt.

Để hạt nảy mầm cần rất nhiều năng lượng, năng lượng này được tạo ra từ quá trình hô hấp tế bào. Vì vậy trước khi gieo cần ngâm hạt và nước để tăng hàm lượng nước trong hạt, làm tăng cường độ hô hấp.

3. Các chất hữu cơ chiếm khoản 90 – 95% tổng khối lượng chất khô của tế bào. Quá trình quang hợp tạo ra chất hữu cơ từ các phân tử chất vô cơ, ngược lại, hô hấp tế bào phân giải chất hữu cơ để tạo ra năng lượng. Vì vậy năng suất cây trồng tăng khi quá trình quang hợp chiếm ưu thế.