Bài 5: Hô hấp ở thực vật

I. KHÁI QUÁT VỀ HÔ HẤP Ở THỰC VẬT

1. Khái niệm hô hấp ở thực vật

- Hô hấp ở thực vật là quá trình oxi hoá hợp chất hữu cơ thành CO₂ và H₂O đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể.

- Các hợp chất hữu cơ như carbohydrate, protein, lipid,... đều có thể được thực vật sử dụng làm nguồn cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, thực vật thường sử dụng tinh bột làm nguồn cung cấp năng lượng.

- Do vậy, phương trình tổng quát của quá trình hô hấp được viết như sau:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + Q (ATP + nhiệt)

2. Quá trình hô hấp ở thực vật

- Thực vật không có cơ quan làm nhiệm vụ trao đổi khí (cơ quan hô hấp) như ở động vật, O₂ khuếch tán vào trong tế bào và quá trình hô hấp ở thực vật diễn ra trong từng tế bào.

- Quá trình hô hấp ở thực vật được chia thành ba giai đoạn: đường phân; phản ứng oxi hoá pyruvic acid thành acetyl-CoA và chu trình Krebs; chuỗi truyền electron hô hấp.

- Trong quá trình hô hấp ở thực vật, nếu phân giải hoàn toàn (oxi hoá hoàn toàn) một phân tử glucose thì tổng hợp được khoảng 30 - 32 ATP.

3. Vai trò của hô hấp

- Vai trò chuyển hoá năng lượng: Hô hấp giải phóng và chuyển hoá năng lượng tích luỹ trong các hợp chất hữu cơ thành năng lượng tích luỹ trong các phân tử ATP sử dụng cho nhiều hoạt động sống. Bên cạnh đó, một lượng lớn năng lượng được chuyển hoá thành năng lượng nhiệt giúp thực vật chống chịu điều kiện lạnh. Nhiệt độ cơ thể thực vật tăng cũng giúp bay hơi một số hợp chất dẫn dụ côn trùng tham gia quá trình thụ phấn.

- Vai trò 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. 

II. MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÔ HẤP Ở THỰC VẬT

1. Nước

- Nước là dung môi trong tế bào sinh vật.

- Hàm lượng nước ảnh hưởng đến áp suất thẩm thấu của tế bào và hoạt động của các enzyme trong quá trình hô hấp.

- Thực vật thường sử dụng nguồn carbon dự trữ là tỉnh bột làm nguyên liệu của quá trình hô hấp, nước cần thiết cho quá trình thuỷ phân biến đổi tinh bột thành glucose - nguyên liệu trực tiếp của quá trình hô hấp. Vì vậy, muốn tăng cường độ hô hấp thì cần phải tăng hàm lượng nước trong tế bào và cơ thể thực vật.

2. Nồng độ O₂

- O₂ là nguyên liệu của quá trình hô hấp, do đó thực vật phát triển tốt khi được cung cấp đủ O₂. Nếu nồng độ O₂ giảm xuống dưới 10% thì quá trình hô hấp sẽ bị ảnh hưởng.

- Ở thực vật, khi môi trường thiếu O₂, các tế bào thực vật sẽ chuyển hoá glucose theo con đường lên men. Glucose chuyển hoá thành pyruvicacid → chuyển thành lactic acid hoặc ethanol. Tuy nhiên, lactic acid và ethanol khi tích luỹ ở nồng độ cao thì sẽ gây chết tế bào và cơ thể.

3. Nhiệt độ

- Nhiệt độ tối ưu cho quá trình hô hấp của thực vật trong khoảng 30 - 40°C. Trên 40°C, tốc độ hô hấp giảm vì nhiệt độ cao làm biến tính và giảm hoạt tính của enzyme hô hấp.

- Ở khoảng nhiệt độ khoảng 0 - 10°C, cường độ hô hấp của thực vật khá thấp.

- Trong khoảng nhiệt độ từ 0 - 35°C, cường độ hô hấp tăng khoảng 2 - 2,5 lần khi nhiệt độ tăng 10°C.

4. Nồng độ CO₂

- Khí CO₂ là sản phẩm của quá trình hô hấp.

- Tăng nồng độ CO₂ trong khí quyển sẽ gây ức chế và làm giảm cường độ hô hấp, ức chế các quá trình sinh lí của thực vật, đặc biệt là sự nảy mầm của hạt.

- Ở môi trường đất nghèo O₂, hàm lượng CO₂ tích tụ nhiều do quá trình hô hấp của vi sinh vật sẽ ảnh hưởng không tốt tới tốc độ sinh trưởng của thực vật.

III. MỐI QUAN HỆ GIỮA QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP

- Quang hợp và hô hấp là hai mặt của một quá trình thống nhất - quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng.

- Sản phẩm của quang hợp là nguyên liệu cho hô hấp. Ngược lại, sản phẩm của hô hấp lại là nguyên liệu cho quang hợp.

- Thông qua quang hợp và hô hấp, năng lượng ánh sáng được chuyển hoá thành năng lượng hoá học tích luỹ trong ATP.

IV. THỰC HÀNH

Thí nghiệm hô hấp ở thực vật

Cơ sở lí thuyết

Trong quá trình hô hấp, thực vật hấp thụ O₂ và thải CO₂. Do vậy, có thể đánh giá quá trình hô hấp của thực vật thông qua sự hình thành CO₂

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ và thiết bị: bình tam giác có dung tích 250 mL, nút cao su có khoan lỗ hoặc màng bọc thực phẩm, que tăm và bật lửa.

- Mẫu vật: hạt (lúa, ngô, đậu) mới nảy mầm.

Tiến hành

- Cân 200 g hạt nảy mầm và chia thành hai phần bằng nhau.

- Ngâm 100 g hạt nảy mầm trong nước sôi (khoảng 95 – 100°C), 100 g hạt còn lại ngâm  trong nước ấm (30 – 35°C) khoảng 5 phút.

- Vớt hạt và cho vào hai bình tam giác. Nút chặt bình tam giác bằng nút cao su hoặc sử dụng màng bọc thực phẩm bao kín miệng bình (hình 5.4).

- Để khoảng 15 - 20 phút. Mở nút cao su (hoặc màng bọc thực phẩm), đồng thời cho que tăm đang cháy vào miệng bình. Quan sát hiện tượng xảy ra đối với que tăm đang cháy ở hai miệng bình.

Báo cáo

Học sinh trình bày và giải thích kết quả thu được. Tham khảo cách trình bày báo cáo theo mẫu bài 3.