Hô hấp thực vật

Thứ ba - 08/12/2020 03:34

1. Khái niệm về hô hấp thực vật
1.1. Định nghĩa và phương trình hô hấp
Hô hấp là quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ thành CO2 và H2O đồng thời giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể.

Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp được viết như sau:
C₆H₁₂O₆ + O₂=> 6CO₂ + 6H₂O +Q (năng lượng: ATP + nhiệt)
1.2. Vai trò của quá trình hô hấp
Hô hấp được xem là quá trình sinh lí trung tâm của cây xanh, có vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng:
-    Trước hết thông qua quá trình hô hấp, năng lượng hoá học tự do dưới dạng ATP được giải phóng từ các hợp chất hữu cơ và năng lượng dưới dạng ATP này được sử dụng cho các quá trình sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất, quá trình vận động sinh trưởng, quá trình phát quang sinh học, …Cụ thể là 1 phân tử glucôzơ khi hô hấp hiếu khí giải phóng 36 ATP, tức là cơ thể thực vật đã thu được gần 50% năng lượng có trong 1 phân tử glucôzơ (674 kcal/M).
-    Trong các giai đoạn của quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã được hình thành và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối (nguyên liệu) của các quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể. Với vai trò này hô hấp được xem như quá trình tổng hợp cả về mặt năng lượng lẫn mặt vật chất.
2. Cơ chế hô hấp
Cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp sau:
-    Con đường đường phân
-    Chu trình Crép
-    Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá
Các giai đoạn của quá trình hô hấp trong cơ thể thực vật có thể tóm tắt như sau:
a) Giai đoạn phân giải đường (đường phân) xảy ra ở chất tế bào trong điều kiện yếm khí:
Glucôzơ       —->     2 Axit pyruvic
b) Phân giải kị khí và hô hấp hiếu khí
- Phân giải kị khí (lên men) xảy ra ở chất tế bào chưa có sự tham gia của O₂
Axit pyruvic    —>     Rượu Etilic
Axit pyruvic —->     Axit Lactic
- Hô hấp hiếu khí xảy ra ở ty thể với sự có mặt của O₂:
Chu trình Crép:
Axit pyruvic           CO2 + H2O
c) Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá tạo ra 30 ATP
3. Hệ số hô hấp (RQ)
Hệ số hô hấp -kí hiệu là RQ – là tỉ số giữa số phân tử CO₂ thải ra và số phân tử O₂ hút vào khi hô hấp.
RQ của nhóm hydrat cacbon bằng 1
Ví dụ V: C₆H₁₂O₆ + 6 O₂= 6CO₂ + 6H₂O
RQ = 6/6 = 1
RQ của nhóm lipit, protein th ường < 1
RQ của nhiều acit hữu cơ thường > 1
ý nghĩa của hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) đang hô hấp là nhóm chất gì và trên cơ sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng của cây.
4. Năng lương hô hấp
- Hệ số sử dụng năng lượng hô hấp
- Cơ chế hình thành ATP
5. Hô hấp sáng
Hô hấp sáng là hô hấp xảy ra ngoài ánh sáng. Nhóm thực vật C3 thường xảy ra quá trình hô hấp này. Đó là khi thực vật C3 phải sống trong điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài với nồng độ O₂ cao, cường độ ánh sáng cao, trong khi nồng độ CO2 lại thấp. Khi đó trong pha cacboxi hoá của chu trinh Canvin xảy ra quá trình oxi hoá RiDP thành Axit glycolic. Axit glycolic chính là bản thể của hô hấp sáng.
Hô hấp sáng không có ý nghĩa về mặt năng lượng (không giải phóng ATP), nhưng lại tiêu tốn 30-50% sản phẩm quang hợp.
6.   Hô hấp và các điều kiện môi trường
6.1.   Hô hấp và nhiệt độ
Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với sự xúc tác của các ezim do đó phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ.
Mối quan hệ giữa cường độ hô hấp và nhiệt độ thường được biểu diễn bằng đồ thị có đường cong một đỉnh
Nhiệt độ thấp nhất mà cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng -10⁰C; 0⁰C tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau.
Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 35 – 40⁰C
Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 45 – 55⁰C . Trên nhiệt độ tối đa, bộ máy hô hấp sẽ bị phá huỷ.
6.2. Hô hấp và hàm lượng nước trong cơ thể, cơ quan hô hấp
Nước vừa là dung môi vừa là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hoá nguyên liệu hô hấp. Vì vậy hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp.
Các nghiên cứu cho thấy: Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) của cơ thể, cơ quan hô hấp. Hàm lượng nước trong cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại. Hạt thóc, ngô phơi khô có độ ẩm khoảng 13 – 16% có cường độ hô hấp rất thấp (ở mức tối thiểu).
6.3. Hô hấp và nồng độ O₂, CO₂ trong không khí
a) O₂ tham gia trực tiếp vào việc oxi hoá các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi truyền điện tử để sau đó hình thành nước trong hô hấp hiếu khí. Vì vậy nếu nồng độ O₂ trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang hô hấp kị khí – dạng hô hấp không có hiệu quả năng lượng rất bất lợi cho cây trồng.
b) CO₂ là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng CO₂ là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng CO₂ cao trong môi trường sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế.
7. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản, thực phẩm, rau quả
1.    Mục tiêu của bảo quản:
Giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản.
2.    ảnh hưởng của hô hấp trong quá trình bảo quản:
a)    Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của đối tượng bảo quản, do đó làm giảm số    lượng và chất lượng trong quá trình bảo quản.
b)    Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản.
c)    Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản.
d)    Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng O₂ sẽ giảm, CO₂ sẽ tăng và khi O₂ giảm quá mức, CO₂ tăng quá mức thì hô hấp ở đối tượng bảo quản sẽ chuyển sang dạng hô hấp yếm khí và đối   tượng bảo quản sẽ bị phân huỷ nhanh chóng.
3.    Các biện pháp bảo quản:
Để giảm cường độ hô hấp đến mức tối thiểu (không giảm đến 0 vì đối tượng bảo quản sẽ chết) người ta thường sử dụng ba biện pháp bảo quản sau đây:
a)    Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đưa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo từng loại hạt.
b)    Bảo quản lạnh: Phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng phương pháp này. Chúng được giữ trong các kho lạnh, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: khoai tây ở 4, cải bắp ở 1, cam, chanh ở 6oC
c)    Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO2 cao: Đây là biện pháp bảo quản hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao. Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO2 cao hoặc đơn giản hơn là các túi polietilen. Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO2 thích hợp là điều hết sức quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản.

III. Câu hỏi và bài tập
III. 1. Câu hỏi ôn tập
Câu 1. Vai trò của hô hấp trong đời sống thực vật và con người?
Câu 2. Mối liên quan giữa phân giải kị khí (lên men l) và hô hấp hiếu khí?
Câu 3. Hệ số hô hấp là gì? Nêu ý nghĩa của của việc tính hệ số hô hấp?
Câu 4. Hệ số hiệu quả năng lượng hô hấp là gì? Cho một ví dụ về cách tính hệ số này?
Câu5. Hãy nêu cơ sở khoa học của các biện pháp bảo quản nông sản trên quan điểm hô hấp?
III. 2. Bài tập trắc nghiệm
1.    Pyruvat là sản phẩm cuối cùng của quá trình đường phân.
Điều khẳng định nào dới đây là đúng:
A. Có nhiều năng lượng trong 6 phân tử CO₂ hơn là trong 2 phân tử   pyruvat
B. Hai phân tử pyruvat chứa ít năng lượng hơn là một phân tử glucôzơ
C. Pyruvat dễ ở trạng thái oxyhoá hơn là CO₂
D. Năng lượng trong 6 phân tử CO₂ nhiều hơn trong 1 phân tử glucôzơ
2.    Trong hô hấp hiếu khí, điện tử di chuyển xuôi dòng từ:
A.   Bản thể -> chu trình Creps -> ATP à NAD+
B.   Bản thể -> NADH à chuỗi truyền điện tử à O₂
C.   Bản thể -> ATP à O2
D.   Bản thể -> đường phân à chu trình Creps -> NADH à ATP
3.    Phần lớn NADH giải phóng năng lượng cho chuỗi truyền điện tử là từ:
A. Hoá thẩm
B. Tế bào chất
C. Đường phân
D. Sinh tổng hợp
E. Chu trình Creps
4.    Khi các phân tử protein được sử dụng như một bản thể hô hấp tế bào thì nhóm chất nào sau đây là sản phẩm bị loại:
A. Nhóm amin
B.   Các axit béo
C. Các phân tử đường
D. Các phân tử axit lactic
E. Ethanol và CO₂
5.    Trong một thí nghiệm về hô hấp tế bào nếu bản thể hô hấp là đường có chứa O₂ phóng xạ thì sau một thời gian O₂ phóng xạ sẽ tìm thấy ở hợp chất nào:
A. CO2
B.   NADH
C.   H2O
D. ATP
E.   O2
6.    Hô hấp sáng:
A. Chỉ xảy ra ở thực vật C4
B.   Bao gồm các phản ứng xảy ra ở vi thể
C. Làm tăng sản phẩm quang hợp
D. Sử dụng enzym PEP – cacboxylaza
E.   Phụ thuộc vào cường độ ánh sáng và nồng độ CO₂
7.    Con đường trao đổi chất nào chung cho quá trình lên men và hô hấp hiếu khí:
A. Chu trình Creps
B.   Chuỗi truyền điện tử
C.   Đường phân
D. Tổng hợp Acetyl – CoA từ pyruvat
E.   Khử pyruvat thành lactat
8.    Chất nhận điện tử cuối cùng của chuỗi truyền điện tử trong quá trình photphorin hoá oxyhoá là:
A. O₂
B.   H₂O
C.   NAD⁺
D. Pyruvat
E.   ADP
9.    Trong cây xanh quá trình nào có thể tiếp tục trong cả 4 điều kiện sau:
nắng, rải rác có mây, đầy mây, mưa
A. Tăng khả năng quang hợp
B.   Hấp thụ nước
C.   Hô hấp
D.   Thoát hơi nước
E.   Rỉ nhựa và ứ giọt
10.    Các nguyên tử O₂ được sử dụng để tạo H₂O ở cuối chuỗi photphorin hoá được lấy từ:
A. CO₂
B. Glucôzơ
C. O₂ không khí
D. Pyruvat
11.    Minh hoạ nào sau đây là đúng với con đường đường phân:
A.   bắt đầu oxyhoá glucôzơ
B.   hình thành một ít ATP
C.   hình thành NADH
D.   phân chia glucôzơ thành 2 axit pyruvic
E.   tất cả những điều trên
12.    Phần lớn ATP hình thành trong hô hấp tế bào là từ:
A. đường phân
B. hoá thẩm
C. lên men
D. sinh tổng hợp
E . chu trình Creps
IV. Trả lời câu hỏi và bài tập
IV. 1. Câu hỏi ôn tập
Câu 1. Hô hấp là một quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ để giải phóng năng lượng dưới dạng ATP. Vì vậy khi nêu vai trò của hô hấp trước hết phải thấy là việc giải phóng năng lượng đang tích luỹ trong các chất hữu cơ (năng lượng hoá học n) thành dạng năng lượng ATP sử dụng cho các quá trình sống của cơ thể (năng lượng sinh học n) là vai trò lớn nhất của hô hấp. Sau nữa hô hấp đã tạo ra rất nhiều sản phẩm trung gian trong các giai đoạn hô hấp và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối của các quá trình tổng hợp. Đối với đời sống con người, hô hấp đã được vận dụng như một cơ sở khoa học cho các biện pháp bảo quản nông sản, rau quả, thực phẩm.
Câu 2. Phân giải kị khí (lên men l) và hô hấp hiếu khí có một giai đoạn chung là con đường đường phân. Tức là từ đường glucôzơ qua con đường đường phân thành axit pyruvic, sau đó nếu môi trường tiếp tục không có oxi thì axit pyruvic bị phân giải kị khí (lên men l) thành rượu etilic hoặc axit lactic, còn nếu trong môi trường có oxi thì axit pyruvic tiếp tục oxi hoá trong chu trình Crep ở ti thể đến sản phẩm cuối cùng là CO₂ và H₂O.
Câu 3. Hệ số hô hấp ( RQ ) là tỉ số giữa số phân tử CO₂ sinh ra và số phân tử O₂ hấp thụ khi hô hấp. Khi đo tỉ số này trong quá trình hô hấp, ta biết nguyên liệu đang hô hấp là thuộc nhóm chất gì và tình trạng hô hấp của cơ thể, cơ quan hô hấp.
Câu 4. Hệ số hiệu quả năng lượng hô hấp ( HSHQNLHH ) là tỉ số giữa số năng lượng tích luỹ trong ATP và tổng số năng lượng chứa trong nguyên liệu hô hấp. Cách tính (đã hướng dẫn trong SGK – Bài thực hành)
Câu 5. Dựa trên ảnh hưởng của các nhân tố môi trường (nhiệt độn, độ ẩm, nồng độ CO₂) đến cường độ hô hấp và ảnh hưởng không có lợi của cường độ hô hấp cao đến chất lượng và khối lượng sản phẩm bảo quản. Đó chính là cơ sở khoa học của các biện pháp bảo quản lạnh, bảo quản khô, bảo quản ở nồng độ CO₂ cao.
IV. 2. Bài tập trắc nghiệm
Câu 1. B        Câu 2. B       Câu 3. E     Câu 4. A
Câu 5. A        Câu 6. E          Câu 7. C       Câu 8. A
Câu 9. C        Câu 10. C       Câu 11. E      Câu 12. B