Giải Sinh học 11 Bài 4 (Kết nối tri thức): Quang hợp ở thực vật

Giải Sinh học 11 Bài 4: Quang hợp ở thực vật

Mở đầu trang 26 Sinh học 11: Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn từ đâu?

Lời giải:

Nguồn thức ăn và nguồn oxygen góp phần duy trì sự sống trên Trái Đất bắt nguồn chủ yếu từ quá trình quang hợp của các sinh vật quang tự dưỡng:

- Quang hợp cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất.

- Khí oxygen được tạo ra trong quang hợp có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O₂/CO₂ trong khí quyển.

Giải Sinh học 11 trang 27

Dừng lại và suy ngẫm (trang 27)

Câu hỏi 1 trang 27 Sinh học 11: Nguyên liệu, năng lượng được sử dụng trong quang hợp có nguồn gốc từ đâu? Sản phẩm của quang hợp là gì và chúng có vai trò như thế nào đối với sinh giới?

Lời giải:

- Nguồn gốc của nguyên liệu trong quang hợp: CO₂ có nguồn gốc từ khí quyển, H₂O được hấp thụ từ môi trường.

- Nguồn gốc của năng lượng trong quang hợp: năng lượng ánh sáng thường có nguồn gốc từ Mặt Trời.

- Sản phẩm của quang hợp là chất hữu cơ và khí O₂:

+ Vai trò của chất hữu cơ tạo ra từ quang hợp: cung cấp dinh dưỡng và năng lượng cho hầu hết các sinh vật trên Trái Đất; là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, y dược,...

+ Vai trò của khí O₂ tạo ra từ quang hợp: khí O₂ được tạo ra có ý nghĩa quan trọng đối với sự cân bằng O₂/CO₂ trong khí quyển, giúp đảm bảo nguồn dưỡng khí cho các sinh vật.

Câu hỏi 2 trang 27 Sinh học 11: Hệ sắc tố ở cây xanh được chia làm mấy nhóm? Cho biết vai trò của các nhóm sắc tố này trong quang hợp.

Lời giải:

- Hệ sắc tố quang hợp ở cây xanh gồm hai nhóm chính là diệp lục (chlorophyll) và carotenoid.

- Vai trò của các nhóm sắc tố trong quang hợp: Hệ sắc tố quang hợp trên màng thylakoid có vai trò quan trọng trong việc hấp thụ và biến đổi năng lượng ánh sáng thành dạng hóa năng. Trong đó, diệp lục a ở trung tâm trực tiếp đảm nhận nhiệm vụ biến đổi quang năng thành hóa năng chứa trong ATP và NADPH, còn các sắc tố khác có vai trò hấp thụ và truyền năng lượng ánh sáng cho diệp lục a ở trung tâm.

Câu hỏi 3 trang 27 Sinh học 11: Một số loài thực vật có lá màu đỏ thực hiện quang hợp được không? Vì sao?

Lời giải:

- Một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có khả năng quang hợp bình thường.

- Giải thích: Trong lá có nhiều loại sắc tố khác nhau, tỉ lệ các loại sắc tố này sẽ quyết định màu sắc của lá cây. Ở những loài thực vật có lá màu đỏ, hàm lượng nhóm sắc tố carotenoid sẽ cao hơn hàm lượng nhóm sắc tố diệp lục chứ không phải là không có chứa diệp lục. Do vẫn có chứa diệp lục nên một số loài thực vật có lá màu đỏ vẫn có khả năng quang hợp bình thường.

Giải Sinh học 11 trang 30

Dừng lại và suy ngẫm (trang 30)

Câu hỏi 1 trang 30 Sinh học 11: Quá trình quang hợp gồm những pha nào? Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha là gì?

Lời giải:

- Quá trình quang hợp gồm hai pha là: pha sáng và pha tối.

- Nguyên liệu và sản phẩm của mỗi pha:

Câu hỏi 2 trang 30 Sinh học 11: Tại sao lại gọi là thực vật C₃, thực vật C₄ và thực vật CAM? Ba nhóm thực vật này có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống như thế nào?

Lời giải:

- Giải thích tên gọi của các nhóm thực vật:

+ Gọi là thực vật C₃ vì sản phẩm đầu tiên khi cố định CO₂ là hợp chất có 3 carbon (3 – PGA).

+ Gọi là thực vật C₄ vì sản phẩm đầu tiên khi cố định CO₂ là hợp chất có 4 carbon (oxaloacetic acid – OAA).

+ Gọi là thực vật CAM (Crassulacean Acid Metabolism) vì chúng cố định CO₂ bằng con đường CAM (diễn ra gồm 2 giai đoạn tương tự thực vật C₄ nhưng diễn ra trên cùng một tế bào ở hai thời điểm khác nhau) và được đặt tên theo họ thực vật mà cơ chế này lần đầu tiên được phát hiện ra - họ Crassulacean.

- Sự thích nghi với điều kiện sống trong quá trình quang hợp ở 3 nhóm thực vật:

+ Nhóm thực vật C₃ thích nghi với điều kiện khí hậu vùng ôn đới và cận nhiệt đới (điều kiện nhiệt độ, ánh sáng, nước,… thường ổn định không quá cao cũng không quá thấp). Do đó, thực vật C₃ chỉ cần tiến hành cố định CO₂ theo chu trình C₃ (Calvin) khi có ánh sáng.

+ Hai nhóm thực vật C₄ và CAM có quá trình quang hợp thích nghi với điều kiện sống không thuận lợi: nhóm thực vật C₄ thích nghi với điều kiện khí hậu vùng nhiệt đới và cận nhiệt (cường độ ánh sáng cao); nhóm thực vật CAM thích nghi với khí hậu sa mạc hoặc các điều kiện hạn chế về nước (cường độ ánh sáng cao, thiếu nước). Do đó, pha tối ở cây C₄ và CAM có thêm chu trình sơ bộ cố định CO₂ (dưới tác dụng của enzyme PEP – carboxylase có ái lực cao với CO₂, cây C₄ và CAM có thể cố định nhanh CO₂ ở nồng độ rất thấp) đảm bảo nguồn cung cấp CO₂ cho quang hợp trong điều kiện khí khổng chủ động đóng một phần để tránh mất nước khi trời nắng, hạn.

Giải Sinh học 11 trang 32

Dừng lại và suy ngẫm (trang 32)

Câu hỏi 1 trang 32 Sinh học 11: Những yếu tố ngoại cảnh nào ảnh hưởng đến cường độ quang hợp? Giải thích cơ sở khoa học.

Lời giải:

Những yếu tố ngoại cảnh chủ yếu ảnh hưởng đến cường độ quang hợp là: ánh sáng, khí CO₂, nhiệt độ, nước, chất khoáng.

Câu hỏi 2 trang 32 Sinh học 11: Tại sao trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày?

Lời giải:

Trong sản xuất nông nghiệp, muốn cây sinh trưởng, phát triển tốt và cho năng suất cao thì không nên trồng với mật độ quá dày vì: Khi trồng ở mật độ quá dày cây sẽ thu nhận được ít ánh sáng, hạn chế về nguồn nước và chất dinh dưỡng,… dẫn đến hoạt động quang hợp của cây trồng kém hiệu quả khiến sự tổng hợp và tích lũy chất hữu cơ của cây sụt giảm. Hậu quả là cây sẽ sinh trưởng, phát triển kém và cho năng suất thấp.

Giải Sinh học 11 trang 33

Dừng lại và suy ngẫm (trang 33)

Câu hỏi 1 trang 33 Sinh học 11: Tại sao quang hợp quyết định năng suất cây trồng?

Lời giải:

Quang hợp quyết định năng suất cây trồng vì khoảng 90 – 95% tổng khối lượng chất khô của tế bào và cơ thể thực vật chính là các hợp chất hữu cơ do quang hợp tạo ra.

Chính vì vậy, quang hợp là nhân tố quyết định năng suất cây trồng, hiệu quả của quá trình quang hợp sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất cây trồng.

Câu hỏi 2 trang 33 Sinh học 11: Các biện pháp kĩ thuật nào có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng? Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp.

Lời giải:

- Một số biện pháp kĩ thuật có thể tác động tới quang hợp nhằm nâng cao năng suất cây trồng: bón phân hợp lí, cung cấp đủ nước, gieo trồng đúng thời vụ, chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao, phòng trừ sâu bệnh hại,…

- Phân tích tác dụng của mỗi biện pháp trên:

+ Bón phân hợp lí: giúp thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa về cơ quan dự trữ, làm tăng năng suất. Phân bón cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển đến bộ lá của cây, diện tích lá lớn sẽ nâng cao hiệu quả quang hợp.

+ Cung cấp nước đầy đủ cho cây trồng: Nước quyết định sự vận chuyển vật chất trong cây về cơ quan dự trữ, đặc biệt là khi cây bắt đầu chuyển sang giai đoạn sinh sản. Đồng thời, nước là nguyên liệu của quang hợp. Do đó, cung cấp nước đầy đủ làm tăng hiệu quả quang hợp, từ đó, làm tăng năng suất cây trồng.

+ Gieo trồng đúng thời vụ: giúp tạo điều kiện thuận lợi về các yếu tố thời tiết (nhiệt độ, cường độ ánh sáng,…) làm tăng cường độ và hiệu suất quang hợp, từ đó, cho năng suất cao.

+ Chọn tạo giống có khả năng quang hợp cao: Những giống cây trồng có diện tích lá lớn, cường độ quang hợp cao sẽ giúp cây trồng có tiềm năng đạt năng suất cao.

+ Phòng trừ sâu bệnh hại, tiêu diệt cỏ dại: giúp cây trồng sinh trưởng và phát triển tốt, loại bỏ sự cạnh tranh dinh dưỡng, từ đó, cho năng suất cao.

Câu hỏi 3 trang 33 Sinh học 11: Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là gì? Hãy kể tên một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ này.

Lời giải:

- Công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời là công nghệ sử dụng đèn LED thay thế ánh sáng mặt trời, giúp con người có thể chủ động tạo được nguồn ánh sáng có cường độ và thành phần quang phổ phù hợp với quá trình quang hợp ở từng loại cây trồng.

- Một số loại cây trồng được áp dụng công nghệ trồng cây không cần ánh sáng mặt trời: các loại rau xanh như xà lách, rau diếp, rau cải, rau muống, củ cải đỏ, cần tây,… các loại cây cảnh như hoa hồng, hoa lan, kiềng lá, sen đá,…

Giải Sinh học 11 trang 34

Luyện tập và vận dụng (trang 34)

Câu hỏi 1 trang 34 Sinh học 11: Tại sao các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C₃, C₄?

Lời giải:

Các cây xương rồng, thuốc bỏng,… thường sinh trưởng và phát triển chậm hơn so với các cây thuộc nhóm thực vật C₃, C₄ vì: Để thích nghi với điều kiện môi trường sống nắng nóng, nhiệt độ cao, khô hạn, khí khổng ở các loài cây này không mở ra vào ban ngày mà chỉ mở vào ban đêm khi nhiệt độ giảm xuống. Điều này dẫn đến CO₂ – nguyên liệu cho quá trình quang hợp chỉ xâm nhập vào lá vào ban đêm để dự trữ, sau đó, vào ban ngày, CO₂ này mới được sử dụng để tạo ra chất hữu cơ. Bởi vậy, ở những loài cây này, cường độ quang hợp thấp kéo theo lượng chất hữu cơ được tổng hợp và tích lũy ít dẫn đến sinh trưởng và phát triển của cây chậm hơn các loài thực vật khác.

Câu hỏi 2 trang 34 Sinh học 11: Tại sao trong trồng trọt người ta thường trồng xen cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao? Lấy ví dụ.

Lời giải:

- Cây có điểm bù ánh sáng thấp có khả năng quang hợp ở cường độ ánh sáng thấp, còn cây có điểm bù ánh sáng cao có khả năng quang hợp ở cường độ ánh sáng cao → Trong trồng trọt, người ta thường trồng xen canh các cây có điểm bù ánh sáng thấp với cây có điểm bù ánh sáng cao để tận dụng tối đa nguồn ánh sáng, chất dinh dưỡng trên một diện tích trồng trọt mà vẫn đảm bảo năng suất do cây có điểm bù ánh sáng cao sẽ ở phía tầng trên còn cây có điểm bù ánh sáng thấp sẽ ở tầng dưới.

- Ví dụ: Trồng xen giữa ngô có điểm bù ánh sáng cao với đậu đỗ có điểm bù ánh sáng thấp.

Câu hỏi 3 trang 34 Sinh học 11: Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn dây, mía, củ cải đường,… thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật nào?

Lời giải:

Trong trồng trọt, muốn tăng năng suất và chất lượng cây trồng như khoai tây, khoai lang, sắn dây, mía, củ cải đường,… thông qua quang hợp, cần áp dụng các biện pháp kĩ thuật như: chọn giống thích hợp, bón phân hợp lí, cung cấp đầy đủ nước cho cây trồng, gieo trồng đúng thời vụ, phòng trừ sâu bệnh hại,…

Lý thuyết Sinh học 11 Bài 4: Quang hợp ở thực vật

1. Quang hợp là gì?

Quang hợp ở thực vật là quá trình lục lạo hấp thụ và sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển hóa CO₂ và nước thành các hợp chất hữu cơ C₆H₁₂O₆ đồng thời giải phóng O₂.

2. Vai trò của quang hợp là gì?

• Cung cấp nguồn chất hữu cơ vô cùng đa dạng và phong phú, đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của hầu hết các sinh vật trên Trái Đất
• Cung cấp nguồn chất hữu cơ là nguyên liệu, nhiên liệu cho các ngành công nghiệp, xây dựng, ý dược.
• Cung cấp năng lượng lớn duy trì hoạt động của sinh giới

• Cân bằng O₂/CO₂ trong khí quyển

3. Có mấy nhóm sắc tố quang hợp?

• Diệp lục: tạo màu xanh, là nhóm sắc tố có vai trò quan trọng nhất trong quang hợp.

• Carotenoid: tạo màu vàng, cam, đỏ, gồm 2 loại là xanthophyll và carotene

4. Hệ sắc tố có vai trò gì?

Phân tử sắc tố hấp thụ photon ánh sáng và chuyển thành trạng thái có electron bị kích động. Năng lượng đã bị hấp thụ được truyền cộng hưởng đến phân tử sắc tố khác rồi đến phân tử diệp lục a → biến đổi quang năng thành hóa năng trong ATP và NADPH.

5. Quá trình quang hợp ở thực vật diễn ra như thế nào?

Quang hợp diễn ra tại lục lạp theo hai pha: pha sáng (màng thylakoid) và pha tối (chất nên lục lạp).

Pha sáng:

• Diệp lục hấp thụ ánh sáng và chuyển thành trạng thái kích động electron làm cho 1 số e của diệp lục bật ra khỏi quỹ đạo.
• Dưới tác dụng của ánh sáng nước phân li, giải phóng O₂, e và H+ theo sơ đồ:

2H₂O → 4H+ + 4e + O₂

• Electron sinh ra bù với e của diệp lục a đã bị mất. H+ tham gia tổng hợp ATP, khử NADP+ thành NADPH

• Như vậy sản phẩm gồm: O2, ATP, NADPH

Pha tối: sử dụng ATP và NADPH do pha sáng cung cấp

• Con đường cố định CO₂ ở thực vật C₃:

• Con đường cố định CO₂ ở thực vật C₄:

• Con đường cố định CO₂ ở thực vật CAM

Thực vật C4 và CAM thích nghi trong điều kiện bất lợi như thế nào?

C4 và CAM có thêm chu trình sơ bộ cố định CO₂, đảm bảo nguồn cung cấp CO₂ cho quang hợp.

6. Các sản phẩm quang hợp có vai trò gì?

7. Các yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến quang hợp là gì?

• Ánh sáng
• Khí CO₂

• Nhiệt độ

8. Mối quan hệ giữa quang hợp và năng suất cây trồng là gì?

Quang hợp là nhân tố chủ yếu quyết định năng suất cây trồng; 5-10% còn lại là do dinh dưỡng khoáng quyết định.

9. Một số biện pháp kĩ thuật và công nghệ nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp là gì?

• Biện pháp kĩ thuật nông học: cung cấp đủ nước, gieo trồng đúng thời vụ,
• Công nghệ nâng cao năng suất cây trồng: sử dụng đèn LED

Sơ đồ tư duy Bài 4: Quang hợp ở thực vật

Xem thêm các bài giải SGK Sinh học 11 Kết nối tri thức hay, chi tiết khác:

Bài 5: Thực hành: quang hợp ở thực vật

Bài 6: Hô hấp ở thực vật

Bài 7: Thực hành: hô hấp ở thực vật

Bài 8: Dinh dưỡng và tiêu hóa ở động vật

Bài 9: Hô hấp ở động vật