Cùng quang hợp, cây có thể lấy CO₂ theo cách khác nhau
C₃, C₄ và CAM đều sử dụng chu trình Calvin nhưng khác cách cung cấp CO₂ ban đầu. Sự khác nhau giúp cây thích nghi với những điều kiện môi trường khác nhau.
Quang hợp chuyển năng lượng ánh sáng thành hóa năng
Quang hợp chuyển quang năng thành hóa năng trong chất hữu cơ. Phương trình rút gọn:
$$6CO_2+6H_2O\rightarrow C_6H_{12}O_6+6O_2.$$
Đây là kết quả chung, không phải một phản ứng duy nhất tạo glucose ngay lập tức. Diệp lục và carotenoid hấp thụ ánh sáng; diệp lục a ở trung tâm phản ứng tham gia trực tiếp chuyển đổi năng lượng. Lá đỏ vẫn có thể quang hợp nếu còn diệp lục.
Hai pha liên hệ với nhau
| Pha | Vị trí | Chất vào và sản phẩm chính |
|---|---|---|
| Sáng | Màng thylakoid | Ánh sáng và nước; tạo ATP, NADPH, giải phóng O₂ từ nước |
| Đồng hóa CO₂ | Chất nền lục lạp | Dùng CO₂, ATP, NADPH trong chu trình Calvin; tạo G3P và tái tạo RuBP |
Tên “pha tối” không có nghĩa chỉ diễn ra ban đêm. Pha đồng hóa CO₂ không trực tiếp thu ánh sáng nhưng phụ thuộc ATP, NADPH và điều hòa gắn với pha sáng.
C₃ và C₄ khác nhau ở bước cố định ban đầu
| Nhóm | Cố định CO₂ ban đầu | Cách tổ chức |
|---|---|---|
| C₃ | CO₂ đi vào chu trình Calvin; sản phẩm bền đầu tiên có 3C | Calvin trong tế bào quang hợp thích hợp |
| C₄ điển hình | PEP carboxylase tạo hợp chất 4C ở tế bào thịt lá; hợp chất chuyển đến bao bó mạch và giải phóng CO₂ cho Calvin | Tách hai bước theo **không gian** |
C₄ vẫn dùng chu trình Calvin. Cơ chế tập trung CO₂ giúp hạn chế hô hấp sáng trong điều kiện phù hợp, nhưng không bảo đảm mọi cây C₄ luôn có năng suất cao hơn mọi cây C₃.
CAM tách hai bước theo ngày và đêm
CAM điển hình nhận CO₂ chủ yếu ban đêm, cố định ban đầu thành acid hữu cơ và dự trữ. Ban ngày, acid giải phóng CO₂ cho chu trình Calvin khi pha sáng cung cấp ATP, NADPH. Hai bước diễn ra trong cùng tế bào nhưng tách theo **thời gian**; pha sáng vẫn cần ánh sáng.
Nhận diện từ mô tả
Cây X cố định CO₂ ban đầu ở thịt lá rồi chuyển hợp chất 4 carbon đến bao bó mạch. Cây Y nhận CO₂ ban đêm, dự trữ dưới dạng acid hữu cơ rồi cung cấp CO₂ cho chu trình Calvin ban ngày.
X có đặc điểm con đường C₄ điển hình vì tách hai bước theo không gian. Y có đặc điểm CAM vì tách theo thời gian. Dữ kiện “có hợp chất 4 carbon” riêng lẻ chưa đủ để phân biệt hai nhóm.
Phân biệt thời điểm ở cây CAM
Nhận định nào đúng về quang hợp ở cây CAM điển hình?
Mở khí khổng ban đêm không làm pha sáng chuyển sang hoạt động trong tối.
Đúng. CAM tách bước nhận CO₂ ban đầu và sử dụng CO₂ chủ yếu theo thời gian.
Đặc điểm điển hình của CAM là nhận CO₂ ngoài không khí chủ yếu vào ban đêm.
Acid hữu cơ là dạng dự trữ CO₂ tạm thời, không phải sản phẩm cuối duy nhất.
Lời giải
Ở CAM điển hình, khí khổng mở và CO₂ được cố định ban đầu vào acid hữu cơ chủ yếu ban đêm. Ban ngày, acid giải phóng CO₂ cho chu trình Calvin; pha sáng hoạt động khi có ánh sáng để tạo ATP và NADPH. Chọn B.
Tăng ánh sáng có phải luôn tăng quang hợp?
Khi ánh sáng còn là yếu tố giới hạn, tăng cường độ sáng có thể làm quang hợp tăng. **Điểm bù ánh sáng** là mức ánh sáng tại đó lượng CO₂ quang hợp thu nhận cân bằng lượng CO₂ hô hấp thải ra trong điều kiện đo; trao đổi CO₂ ròng bằng 0 nhưng cả hai quá trình vẫn diễn ra.
Đến **điểm bão hòa ánh sáng**, tăng ánh sáng thêm không làm quang hợp tăng tương ứng trong điều kiện đang xét. Nồng độ CO₂ cũng có điểm bù và điểm bão hòa. Nhiệt độ ảnh hưởng hoạt động enzyme; nước và khoáng ảnh hưởng nhiều khâu, từ khí khổng đến bộ máy quang hợp. Không có một giá trị tối ưu duy nhất áp dụng cho mọi loài và mọi điều kiện.
Đọc số liệu trao đổi CO₂ ròng
| Mức sáng | Trao đổi CO₂ ròng (µmol CO₂/m²/s) |
|---|---:|
| I₁ | −2 |
| I₂ | 0 |
| I₃ | 7 |
| I₄ | 10 |
| I₅ | 10 |
I₂ là điểm bù trong phép đo; quang hợp và hô hấp vẫn có thể cùng diễn ra. I₄→I₅ cho thấy tăng sáng chưa làm trao đổi ròng tăng thêm. Nếu tại I₃ hô hấp thải 2 đơn vị và mô hình chỉ xét hai quá trình:
$$P_{\text{tổng}}=P_{\text{ròng}}+R=7+2=9.$$
Không lấy $7-2$, vì giá trị ròng đã là phần còn lại sau khi trừ hô hấp.
Đặt vệt mẫu khi sắc kí sắc tố
Khi sắc kí giấy các sắc tố quang hợp, vì sao vệt mẫu ban đầu phải nằm cao hơn mức dung môi trong bình?
Đúng. Dung môi cần đi lên qua vệt mẫu thay vì làm mẫu tan thẳng vào phần dung môi trong bình.
Các sắc tố có mức di chuyển khác nhau trong hệ dung môi phù hợp.
Báo cáo phải ghi đúng vệt quan sát được, không bổ sung kết quả dự kiến.
Màu và vị trí cần được đối chiếu theo điều kiện thí nghiệm và mẫu chuẩn phù hợp.
Lời giải
Vệt mẫu được đặt trên mức dung môi để dung môi di chuyển lên giấy rồi mang các thành phần của mẫu theo. Nếu vệt bị ngập, mẫu có thể hòa trực tiếp vào dung môi ở đáy. Màu và vị trí vệt phải đọc theo điều kiện thực tế, không tự điền những vệt chưa quan sát thấy. Chọn A.
Từ quang hợp đến năng suất
Năng suất phụ thuộc lượng chất hữu cơ tạo ra, phần tiêu hao và phần chuyển đến cơ quan thu hoạch. Mật độ, diện tích lá, nước, khoáng, ánh sáng và giống phải phối hợp; trồng quá dày gây che nhau và tăng cạnh tranh, còn chiếu sáng bổ sung không sửa được mọi yếu tố giới hạn.
Đọc các thí nghiệm quang hợp
- **Thử tinh bột:** để cây trong tối trước, che một phần lá rồi chiếu sáng; sau tẩy màu, iodine cho dấu hiệu tinh bột ở vùng thích hợp. Kết quả hỗ trợ vai trò ánh sáng trong điều kiện thí nghiệm.
- **Rong và bọt khí:** số bọt chỉ dùng so tương đối khi điều kiện khác tương đương; muốn khẳng định O₂ cần phép nhận biết, kích thước bọt khác nhau làm số bọt không thay trực tiếp cho thể tích.
- **Sắc kí sắc tố:** chấm mẫu **ở trên mức dung môi ban đầu** để mẫu không hòa tan trực tiếp vào bình. Màu và vị trí vệt phải đọc theo dung môi, mẫu chuẩn và kết quả thật; không tự điền đủ vệt hoặc cố định thứ tự cho mọi hệ dung môi.
Hóa chất và gia nhiệt được thực hiện theo hướng dẫn của giáo viên.
Kiến thức cần nhớ
C₄ tách bước cung cấp CO₂ cho Calvin theo không gian, CAM theo thời gian. Khi đọc số liệu, phân biệt quang hợp tổng với trao đổi ròng, điểm bù với điểm bão hòa; điều kiện tối ưu không giống nhau cho mọi loài.
Đang học