Quang Hợp Là Gì? Vai Trò Của Quá Trình Quang Hợp Ở Thực Vật

Quang hợp cung cấp oxy cho con người và các sinh vật khác trên trái đất. Tất cả sự sống trên hành tinh đều phụ thuộc vào quá trình quang hợp. Vậy quang hợp là gì? Vai trò của quá trình quang hợp ở thực vật là gì?

Quang hợp là gì?

Quang hợp là quá trình thu giữ và chuyển đổi năng lượng mặt trời ở thực vật, tảo và một số vi khuẩn. Trong quá trình quang hợp, năng lượng mặt trời được hấp thụ vào bên trong tế bào thực vật để tham gia vào quá trình tổng hợp carbohydrate và giải phóng oxy từ nước và carbon dioxide.

Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp là:

6 CO2 + 12 H2O → C6H12O6 + 6 H2O + 6 O2

Hóa học quang hợp:

– Là quá trình oxi hóa khử. Khi quá trình quang hợp xảy ra, quá trình khử CO2 và quá trình oxy hóa nước cũng xảy ra.

Trong các phản ứng oxy hóa khử của quang hợp, năng lượng của ánh sáng mặt trời phá vỡ các phân tử nước và khử CO2 thành đường giàu năng lượng. Hay có thể hiểu là các ion H+ và electron từ quá trình phân ly của phân tử nước được cung cấp cho CO2 để tạo ra hợp chất khử CH2O và trong quá trình này năng lượng của ánh sáng mặt trời được dự trữ.

Trong quang hợp, cơ chế hấp thụ, sử dụng năng lượng mặt trời và chuyển hydro và electron từ nước sang CO2.

Vai trò của quang hợp

Quang hợp có vai trò quan trọng trong đời sống sinh vật trên trái đất. Tất cả 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 quá trình quang hợp là tạo ra nguồn chất hữu cơ làm thức ăn cho mọi sinh vật, làm nguyên liệu cho công nghiệp, ngoài ra còn làm thuốc chữa bệnh cho con người.

Thứ hai, cung cấp năng lượng: năng lượng của ánh sáng mặt trời khi được hấp thụ và chuyển hóa thành năng lượng hóa học ở các liên kết hóa học. Nó là nguồn năng lượng chính cho mọi hoạt động sống của sinh vật.

Thứ ba, cung cấp O2: quá trình quang hợp của cây xanh trong quá trình hấp thụ CO2 và giải phóng O2 giúp điều hòa không khí, giảm hiệu ứng nhà kính, ngoài ra còn mang lại không khí trong lành cho Trái đất và cung cấp chất dinh dưỡng, khí đốt cho các hoạt động khác. sinh vật.

Ý nghĩa của quá trình quang hợp đối với cây trồng

Quang hợp đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với sự sống và sự tồn tại của mọi sinh vật trên Trái đất, trong đó có con người.

• Quang hợp giúp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng cho mọi sinh vật trên Trái đất.
• Quang hợp đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo cân bằng O2 và CO2 trong không khí, nhằm duy trì các hoạt động sống còn của mọi sinh vật trên Trái đất.
• Cung cấp lương thực, nguồn thực phẩm cho con người, vì nhu cầu dinh dưỡng của con người đến từ thực vật mà hầu hết chúng ta đều sử dụng làm thực phẩm.
• Cung cấp nguồn nhiên liệu rất đa dạng cho mọi hoạt động sản xuất của con người trên Trái đất (như than, dầu, củi, than bùn, khí đốt, v.v.).
• Cung cấp nguồn nguyên liệu vô cùng phong phú và đa dạng cho phát triển các ngành công nghiệp như công nghiệp gỗ, công nghiệp dệt may, công nghiệp giấy, công nghiệp thuốc lá,….
• Quang hợp cung cấp một lượng lớn chất hữu cơ cho cấu trúc của sinh vật.

Bộ phận nào của cây thực hiện quá trình quang hợp

Quá trình quang hợp diễn ra chủ yếu ở lá cây. Lá là cơ quan chứa nhiều diệp lục, cấu tạo giải phẫu phù hợp với chức năng quang hợp nên lá xanh là cơ quan chính của quá trình quang hợp.

Đặc điểm bên ngoài của lá:

• Lá có diện tích bề mặt lớn giúp chúng hấp thụ nhiều ánh sáng hơn.
• Lớp biểu bì của lá mỏng và có nhiều lỗ thông hơi giúp carbon dioxide khuếch tán qua lá đến lục lạp và giải phóng oxy nhanh hơn.

Đặc điểm tấm bên trong:

• Tế bào hàng rào dày chứa nhiều diệp lục phân bố dày đặc ngay dưới lớp biểu bì ở mặt trên của lá giúp hấp thụ trực tiếp nguồn sáng chiếu vào mặt trên của lá.
• Mặt dưới lá có nhiều mô xốp, tạo ra nhiều khoảng gian bào rộng (nơi cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp) để oxy dễ dàng khuếch tán đến các tế bào chứa sắc tố quang hợp diệp lục.
• Hệ thống gân lá có mạng lưới mạch dày đặc chạy từ cuống lá đến từng tế bào quang hợp giúp dẫn nước và muối đi khắp tế bào để thực hiện quá trình quang hợp và vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá.
• Trong lá có nhiều tế bào chứa chất diệp lục, là cơ quan quang hợp. Nó là một hợp chất quan trọng trong quá trình quang hợp ở thực vật.

Chức năng và thành phần của hệ sắc tố quang hợp ở lá

Cây quang hợp được là nhờ chất diệp lục có trong hệ thống sắc tố quang hợp của lá cũng như các carotenoid. Bề mặt lá hấp thụ ánh sáng mặt trời giúp sắc tố diệp lục hấp thụ năng lượng và đạt được quá trình quang hợp của cây xanh. Hệ thống sắc tố quang hợp của lá gồm hai thành phần chính là diệp lục và carotenoid.

Chất diệp lục

Chất diệp lục là sắc tố hấp thụ ánh sáng từ màu xanh lam (430 nm) đến màu đỏ (662 nm). Ở lá, chất diệp lục được chia thành hai nhóm: nhóm diệp lục a và nhóm diệp lục b.

Nhóm diệp lục: Các phân tử P700 và P680 có trong diệp lục a. Các phân tử này sẽ tham gia trực tiếp vào quá trình hấp thụ ánh sáng và chuyển hóa thành năng lượng thành ATP và NADPH.

Diệp lục nhóm b: Diệp lục b sẽ kết hợp với diệp lục a còn lại, có thể kết hợp các phân tử P700 và P680 để truyền năng lượng ánh sáng và hấp thụ chúng.

Chất Carotenoid

Carotenoid bao gồm xantophine và carotene là các sắc tố phụ trong quá trình quang hợp. Các carotenoid có trong quá trình quang hợp có tác dụng truyền năng lượng cho hai nhóm diệp lục a và b. Trong đó, caroten hấp thụ ánh sáng ở bước sóng thấp từ 446 đến 476 nm, xatophin hấp thụ ánh sáng ở bước sóng cao từ 451 đến 481 nm. Trong điều kiện ánh nắng gay gắt, carotenoid còn có vai trò bảo vệ cơ quan quang hợp của lá.

Sơ đồ truyền năng lượng

Carotenoid -> Chất diệp lục b -> Chất diệp lục a -> Chất diệp lục a ở trung tâm phản ứng.

Diễn biến của quá trình quang hợp

Quang hợp là quá trình khử carbon dioxide và oxy hóa nước xảy ra đồng thời trong các tế bào quang hợp. Trong quá trình oxy hóa khử này, ánh sáng mặt trời oxy hóa và khử carbon dioxide thành oxy và đường hữu cơ. Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra ở các bào quan lục lạp gồm hai pha: sáng và tối.

Pha sáng

Pha phát sáng là pha trong đó ánh sáng tham gia vào quá trình biến đổi năng lượng. Trong giai đoạn này, ánh sáng được chuyển đổi thành năng lượng hóa học dưới dạng hợp chất lưu trữ năng lượng ATP và hợp chất khử NADPH. Sắc tố quang hợp – chất diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng và đưa nó vào chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp. Sau các phản ứng oxi hóa khử, ADP và NADP+ sẽ chuyển hóa thành hợp chất dự trữ năng lượng ATP và hợp chất khử NADPH.

Vị trí tác dụng là Tilacoid – màng tế bào lục lạp.

Vật liệu bao gồm ánh sáng, nước, ADP, NADP+.

Sản phẩm cuối cùng là: ATP, NADPH, oxy.

Pha tối:

Giai đoạn tối là nơi carbon dioxide hình thành carbohydrate. Pha tối không có sự tham gia trực tiếp của ánh sáng. Không giống như pha sáng, pha tối là phản ứng khử chuyển hóa carbon dioxide thành hợp chất 6C không ổn định → Hợp chất 3C ổn định → Carbohydrate.

Vị trí: trong chất nền của tế bào lục lạp.

Nguyên liệu bao gồm: ATP, NADPH, carbon dioxide.

Sản phẩm cuối cùng là: Sản phẩm carbohydrate hữu cơ.

So sánh giữa quang hợp và hô hấp

Giống nhau:

• Đây đều là những phản ứng dây chuyền oxi hóa khử phức tạp.
• Cả hai đều là quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào.
• Cả hai đều có sự tham gia của chất mang điện tử để tạo ATP.

Khác biệt: