Bài 6. 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 phân giải các hợp chất hữu cơ thành các chất vô cơ đơn giản (CO₂ và H₂O), đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP và nhiệt.

- Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp hiếu khí:

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

- Hô hấp hiếu khí diễn ra trong mọi cơ quan của cơ thể thực vật, đặc biệt diễn ra mạnh ở các cơ quan có hoạt động sinh lí mạnh (rễ, hạt đang nảy mầm, hoa và quả,...).

2. Vai trò của hô hấp ở thực vật

Hô hấp có vai trò đặc biệt quan trọng đối với cơ thể thực vật:

- Cung cấp năng lượng cần thiết để duy trì các hoạt động sống của tế bào và cơ thể.

- Một phần năng lượng giải phóng dưới dạng nhiệt năng giúp thực vật có khả năng chịu lạnh, duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các hoạt động sống của cơ thể.

- Tạo ra các sản phẩm trung gian cung cấp nguyên liệu để tổng hợp các chất hữu cơ khác trong cơ thể.

- Tăng khả năng chống bệnh của thực vật. Khi tiếp xúc với tác nhân gây bệnh, thực vật tăng cường độ hô hấp, chuyển hoá năng lượng và tích luỹ các hợp chất có tính chống chịu.

II. CÁC GIAI ĐOẠN HÔ HẤP Ở THỰC VẬT

- Quá trình hô hấp ở thực vật có thể diễn ra theo hai con đường: phân giải hiếu khí (gồm đường phân và hô hấp hiếu khí) khi có O₂ hoặc phân giải kị khí (gồm đường phân và lên men) trong điều kiện thiếu O₂

- Con đường phân giải hiếu khí ở thực vật gồm ba giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: Đường phân diễn ra ở tế bào chất. Phân tử glucose bị oxi hoá thành 2 phân tử pyruvic acid, năng lượng giải phóng được tích luỹ trong 2 phân tử NADH và 2 phân tử ATP.

+ Giai đoạn 2: 2 phân tử pyruvic acid sẽ được vận chuyển vào chất nền ti thể và bị oxi hoá thành 2 phân tử acetyl - CoA → oxi hoá hoàn toàn thành CO₂ trong chu trình Krebs → thu được gồm 6 phân tử CO₂ 2 phân tử ATP, 8 phân tử NADH và 2 phân tử FADH₂.

+ Giai đoạn 3: Các phân tử NADH và FADH₂ được tạo ra ở các giai đoạn trước sẽ tham gia vào chuỗi truyền electron hô hấp và quá trình phosphoryl hoá oxi hoá diễn ra ở màng trong ti thể, tạo ra ATP và H₂O.

- Nếu không có O₂, 2 phân tử pyruvic acid được giữ lại trong tế bào chất và tham gia vào quá trình lên men tạo ra lactic acid hoặc rượu ethanol.

III. CÁC NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÔ HẤP Ở THỰC VẬT

1. Hàm lượng nước

- Hàm lượng nước trong mô, cơ quan, cơ thể thực vật ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hô hấp vì nước là nguyên liệu, dung môi và môi trường diễn ra các phản ứng hoá học trong quá trình hô hấp. Bên cạnh đó, nước còn ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme hô hấp.

- Ảnh hưởng của hàm lượng nước đến hô hấp thể hiện rõ nét ở hạt. Ví dụ: Ở độ ẩm 11 - 12 %, hạt lúa mì có cường độ hô hấp khoảng 1,5 mgCO₂/kg hạt/h; cường độ hô hấp tăng 4 - 5 lần khi độ ẩm hạt tăng thêm 14 - 15 % và cường độ hô hấp có thể tăng hàng nghìn lần khi độ ẩm hạt khoảng 30 - 35 %.

2. Nhiệt độ

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến hô hấp thông qua ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme tham gia xúc tác các phản ứng.

- Nhiệt độ tối ưu cho quá trình hô hấp trong khoảng 30 - 35°C, nhiệt độ cực đại mà hô hấp có thể diễn ra được khoảng 40 - 45°C, nếu nhiệt độ môi trường tăng cao (trên 55°C) thì hô hấp không diễn ra do nhiệt độ cao làm mất hoạt tính của enzyme hô hấp.

- Nhiệt độ ảnh hưởng đến cường độ hô hấp ở thực vật tuỳ thuộc từng loài, vùng sinh thái, thời kì sinh trưởng.

3. Nồng độ O₂ và CO₂

- O₂ là nguyên liệu của quá trình hô hấp, tham gia vào quá trình oxi hoá các chất hữu cơ và là chất nhận electron cuối cùng của chuỗi chuyển electron hô hấp trong hô hấp hiếu khí.

- Nồng độ O₂ trong không khí thuận lợi cho quá trình hô hấp khoảng 21%, nếu nồng độ O₂ giảm xuống dưới 5% thì cường độ hô hấp giảm và cây chuyển sang phân giải kị khí.

- Nồng độ CO₂ trong không khí thuận lợi cho quá trình hô hấp là 0,03%. Nếu nồng độ CO₂ trong không khí tăng cao sẽ gây ức chế quá trình hô hấp.

IV. ỨNG DỤNG CỦA HÔ HẤP Ở THỰC VẬT VÀO THỰC TIỄN

1. Trong trồng trọt

Trong sản xuất nông nghiệp, cần đảm bảo các điều kiện môi trường (ánh sáng, nhiệt độ, hàm lượng nước, thành phần không khí) thuận lợi cho quá trình hô hấp hiếu khí của các loại cây trồng, qua đó giúp cây sinh trưởng, phát triển tốt và đạt năng suất cao. Một số biện pháp nhằm tăng hiệu quả hô hấp ở cây trồng như: trồng cây đúng mùa vụ; cung cấp đầy đủ nước và các chất dinh dưỡng; cày, xới đảm bảo cho đất được tơi xốp và thoáng khí; xây dựng hệ thống cấp và thoát nước đảm bảo việc tưới tiêu hợp lí,...

2. Trong bảo quản hạt và nông sản

Hô hấp là quá trình phân giải chất hữu cơ nên làm giảm hàm lượng chất hữu cơ trong cơ thể thực vật, do đó, ảnh hưởng đến chất lượng của hạt và nông sản trong quá trình bảo quản. Để bảo quản hạt và nông sản trong thời gian dài mà vẫn giữ được tối đa về số lượng và chất lượng, người ta có thể chủ động sử dụng các biện pháp nhằm en phar giảm cường độ hô hấp đến mức tối thiểu.

Một số biện pháp được dùng để bảo quản hạt và nông sản chủ yếu dựa trên cơ sở điều khiển các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hô hấp ở thực vật:

- Bảo quản lạnh: bảo quản trong các kho lạnh, tủ đông, ngăn đá hoặc ngăn mát tủ lạnh,...

- Bảo quản khô: sấy khô hoặc phơi khô trước khi cho vào kho bảo quản.

- Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO₂ cao: bảo quản trong các kho kín có nồng độ CO₂ cao hoặc trong túi polyethylene.

- Bảo quản trong điều kiện nồng độ O₂ thấp: bảo quản trong các túi được hút chân không.

V. MỐI QUAN HỆ GIỮA QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP

Quang hợp và hô hấp là hai quá trình có mối liên hệ mật thiết và phụ thuộc lẫn nhau. Trong đó, sản phẩm của quang hợp (chất hữu cơ và O2) là nguyên liệu cho quá trình hô hấp; ngược lại, sản phẩm của hô hấp lại được sử dụng làm nguyên liệu cho quang hợp.