chuyên đề ôn HSG Sinh 11

I. ĐẶT VẤN ĐỀ

Sinh học là môn khoa học thực nghiệm có tính lý luận và thực tiễn cao. Muốn học tốt sinh học người học phải nắm vững bản chất môm Sinh học về các cơ chế, hiện tượng, quá trình,….đồng thời vận dụng được các kiến thức ấy để giải quyết các vấn đề đặt ra trong thực tiễn và lập luận trả lời được các câu hỏi liên quan từ dễ đến khó. Đối với Sinh học 11 là nghiên cứu về sinh lí cơ thể thực vật và động vật có nhiều kiến thức trìu tượng người học phải hiểu được bản chất mới trả lời được.

        Với cứu đề tài: "Hệ thống hoá kiến thức - Xây dựng hệ thống câu hỏi ôn thi HSG về phần chuyển hoá vật chất và năng lượng ở thực vật -  Sinh học 11 " với mục dích:

- Làm tài liệu ôn tập cho các em học sinh chuyên chọn và giáo viên sử dụng để ôn thi HSG đội tuyển Sinh học 11.

- Bố cục đề tài là hệ thống hóa kiến thức và các phần trọng tâm của Sinh lí học thực vật để người học có thể hiểu một cách tổng quan về phần này.

- Sau mỗi phần có các câu hỏi từ dễ và khó giúp người học có thể vận dụng kiến thức giải đáp và từ đó vận dụng để giải quyết các vấn đề liên quan khác.

PHẦN II- NỘI DUNG

CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT

I - TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT

A. HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

- Trao đổi nước ở thực vật bao gồm:

+ Quá trình hấp thụ nước ở rễ.

+ Quá trình vận chuyển nước từ rễ lên lá.

+ Quá trình thoát hơi nước từ lá ra ngoài không khí.

Ba quá trình này, trong điều kiện bình thường, hoạt động nhịp nhàng, liên tục, liên hệ khăng khít với nhau, tạo nên trạng thái cân bằng nước cần thiết cho sự sống của thực vật.

1. Quá trình hấp thụ nước ở rễ

- Thực vật thuỷ sinh hấp thụ nước từ môi trường xung quanh qua bề mặt các tế bào biểu bì của toàn cây.

- Thực vật trên cạn hấp thụ nước từ đất qua bề mặt tế bào biểu bì của rễ, trong đó chủ yếu qua các tế bào biểu bì đã phát triển thành lông hút.

Quá trình hấp thụ nước ở rễ xảy ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau:

1.1. Giai đoạn nước từ đất vào lông hút

Để hấp thụ nước, tế bào lông hút có ba đặc điểm cấu tạo và sinh lí phù hợp với chức năng nhận nước từ đất:

- Thành tế bào mỏng, không thấm cutin

- Chỉ có một không bào trung tâm lớn

- Áp suất thẩm thấu rất cao do hoạt động hô hấp của rễ mạnh

Vì vậy các dạng nước tự do và dạng nước liên kết không chặt từ đất được lông hút hấp thụ một cách dễ dàng nhờ sự chênh lệch về áp suất thẩm thấu (từ áp suất thẩm thấu thấp đến áp suất thẩm thâu cao),hay nói một cách khác,nhờ sự chênh lệch về thế nước (từ thế nước cao đến thế nước thấp).

1.2. Giai đoạn nước từ lông hút vào mạch gỗ (mạch xilem) của rễ

Sau khi vào tế bào lông hút, nước vận chuyển một chiều qua các tế bào vỏ, nội bì vào mạch gỗ của rễ do sự chênh lệch sức hút nước theo hướng tăng dần từ ngoài vào trong giữa các tế bào.

Có hai con đường vận chuyển nước từ lông hút vào mạch gỗ:

- Qua thành tế bào và các gian bào đến dải Caspary ( Con đường vô bào - Apoplats )

- Qua phần nguyên sinh chất và không bào ( Con đường tế bào - Symplats )

1.3. Giai đoạn nước bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân

Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ. Có hai hiện tượng minh hoạ áp suất rễ: Hiện tượng rỉ nhựa và hiện tượng ứ giọt.

Úp cây trong chuông thuỷ kín, sau một đêm, ta sẽ thấy các giọt nước ứ ra ở mép lá qua thuỷ khổng. Như vậy mặc dù không khí trong chuông thuỷ tinh đã bão hoà hơi nước, nước vẫn bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên lá và không thoát được thành hơi nên ứ thành các giọt.

2. Quá trình vận chuyển nước ở thân

- Đặc điểm của con đường vận chuyển nước từ rễ lên lá: Nước được chuyển từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của lá. Con đường này dài ( có thể tình bằng mét ) và nước vận chuyển chủ yếu qua mạch dẫn do lực đẩy của rễ, lực hút của lá và không bị cản trở, nên nước được vận chuyển với vận tốc lớn.

- Điều kiện để nước có thể vận chuyển ở con đường này: Đó là tính liên tục của cột nước, nghĩa là không có bọt khí trong cột nước.

- Cơ chế đảm bảo sự vận chuyển của cột nước: Lực cố kết giữa các phân tử H2O phải lớn cùng với lực bám của các phân tử H2O với thành mạch phải thắng được lực trướng ( trọng lượng cột nước ).

3. Quá trình thoát hơi nước ở lá

- Con đường thoát hơi nước ở lá: Có hai con đường:

+ Con đường qua khí khổng:

- Vận tốc lớn .

- Được điều chỉnh bằng việc đóng, mở khí khổng.

+ Con đường qua bề mặt lá-qua cutin :

- Vận tốc nhỏ

- Không được điều chỉnh

 4. Cơ sở khoa học của việc tới nước hợp lý cho cây trồng

- Cân bằng nước và vấn đề hạn của cây trồng

- Tưới nước hợp lí cho cây trồng:

- Khi nào cần tưới nước?

- Lượng nước cần tới là bao nhiêu?

- Cách tưới như thế nào?

B - HỆ THỐNG CÂU HỎI

Câu 1: Trình bày đặc điểm của bộ rễ liên quan đến chức năng hút nước và hút khoáng?

Trả ời:

Đặc điểm bộ rễ liên quan đến chức năng hút nước và hút khoáng:

- Rễ có khả năng đâm sâu, lan rộng.

- Có khả năng hướng hoá và hướng nước.

- Sinh trưởng liên tục.

- Trên bề mặt rễ có rất nhiều tế bào biểu bì biến đổi thành các tế bào lông hút

Câu 2 ( Đề  HSG 2009 – 2010):

     a. Lông hút có đặc điểm cấu tạo như thế nào phù hợp với chức năng hút nước?

     b. Số lượng lông hút thay đổi trong điều kiện nào?

Trả lời:

* Cấu tạo lông hút phù hợp với chức năng hút nước:

- Thành TB mỏng, không thấm cutin -> dễ thấm nước

- Không bào trung tâm lớn -> tạo áp suất thẩm thấu cao

- Có nhiều ti thể -> hoạt động hô hấp mạnh -> áp suất thẩm thấu lớn

* Số lượng lông hút thay đổi khi:

- Môi trường quá ưu trương, quá axit (chua), thiếu oxi

Câu 3: Tại sao nước được vận chuyển theo một chiều từ đất lên cây?

Trả lời:

  - Do các TB ở cạnh nhau có ASTT khác nhau.

        - Do quá trình thoát hơi nước ở lá liên tục diễn ra làm ASTT tăng dần từ ngoài vào trong, từ rễ lên lá. => Nước được vận chuyển theo một chiều.

Câu 4: Trình bày các con đường hấp thụ nước ở rễ? Đặc điểm của chúng? Vai trò của vòng đai Caspari?

Trả lời:

* 2 con đường:

+ Con đường thành TB - gian bào: Nước từ đất vào lông hút => gian bào của các tế bào nhu mô vỏ => đai Caspari => trung trụ => mạch gỗ.

+ Con đường tế bào chất (Qua CNS - không bào): Nước từ đất vào lông hút => CNS và không bào của các tế bào nhu mô vỏ => trung trụ => mạch gỗ.

         * Đặc điểm:

* Vai trò vòng đai Caspari: Đai này nằm ở phần nội bì của rễ, kiểm soát và điều chỉnh lượng nước, kiểm tra các chất khoáng hoà tan.

Câu 5. (đề HSG 2008 - 2009): Cho các thành phần sau đây: Lông hút, đai Caspari, tế bào nhu mô vỏ, tế bào trụ bì, tế bào nội bì, gian bào. Hãy mô tả 2 con đường đi của nước và các chất khoáng hoà tan trong nước từ đất tới mạch gỗ của cây?

Trả lời:

   - Con đường tế bào chất: Nước và các chất khoáng hoà tan trong nước từ đất  => lông hút => tế bào nhu mô vỏ => tế bào nội bì => tế bào trụ bì => mạch gỗ

   - Con đường gian bào: Nước và các chất khoáng hoà tan trong nước từ đất  => lông hút => gian bào => đai Caspari => tế bào nội bì => tế bào trụ bì => mạch gỗ

Câu 6 (đề  HSG 2009 – 2010): Giải thích vì sao cây trên cạn ngập úng lâu sẽ chết?

Trả lời:

    * Vì: Khi bị ngập úng -> rễ cây thiếu oxi-> ảnh hưởng đến hô hấp của rễ -> tích luỹ các chất độc hại đối với tế bào và làm cho lông hút chết, không hình thành lông hút mới-> cây không hút nước -> cây chết.

Câu 7. Trình bày khái niệm áp suất rễ? Giải thích tại sao áp suất rễ thường được quan sát ở cây bụi thấp?

Trả lời:

- Áp suất rễ: lực đẩy nước từ rễ lên thân.

- Áp suất rễ thường quan sát ở cây bụi thấp vì:

+ Áp suất rễ: không lớn

+ Cây bụi thấp: Do chiều cao thân ngắn, mọc thấp gần mặt đất, không khí dễ bão hòa (trong điều kiện ẩm ướt) nên áp suất rễ đủ mạnh để đẩy nước từ rễ lên lá => nên trong điều kiện môi trường bão hoà hơi nước thì áp suất rễ đẩy nước lên thân gây hiện tượng ứ giọt hoặc rỉ nhựa.

Câu 8. C¸c b»ng chøng vÒ kh¶ n¨ng hót vµ ®Èy n­íc mét c¸ch chñ ®éng cña hÖ rễ như thế nào?

Trong canh t¸c ®Ó c©y hót n­íc dÔ dµng cÇn chó ý nh÷ng biÖn ph¸p kü thuËt nµo?

Trả lời:

*B»ng chøng vÒ kh¶ n¨ng hót vµ ®Èy n­íc chñ ®éng cña hÖ rÔ:

+ HiÖn t­îng rØ nhùa: C¾t ngang th©n c©y gÇn mÆt ®Êt, mét thêi gian sau ë mÆt c¾t rØ ra c¸c giät nhùa; chøng tá rÔ  ®· hót vµ ®Èy n­íc chñ ®éng.                                                              

+ HiÖn t­îng ø giät: óp chu«ng thuû tinh lªn c©y nguyªn vÑn sau khi t­íi ®ñ n­íc, mét thêi gian sau, ë mÐp l¸ xuÊt hiÖn c¸c giät n­íc. Sù tho¸t h¬i n­íc bÞ øc chÕ, n­íc tiÕt ra thµnh giät ë mÐp l¸ qua c¸c lç khÝ chøng tá c©y hót vµ ®Èy n­íc chñ ®éng.                                        

    * BiÖn ph¸p kü thuËt ®Ó c©y hót n­íc dÔ dµng:

Lµm cá, sôc bïn, xíi ®Êt kÜ ®Ó c©y h« hÊp tèt t¹o ®iÒu kiÖn cho qu¸ tr×nh hót n­íc chñ ®éng.  

Câu 9. Con đường vận chuyển nước, chất khoáng hoà tan và chất hữu cơ trong cây?. Động lực vận chuyển của các con đường đó?

Trả lời:

Câu 10. Trình bày cấu tạo lá phù hợp với chức năng thoát hơi nước?

Trả lời:

- Bề mặt ngoài lá bao phủ bới lớp TB biểu bì.

- Các TB biểu bì có thể biến đổi thành TB khí khổng.

- Các TB khí khổng có lục lạp => tiến hành quang hợp.

- Thành TB trong dày, thành ngoài ngoài mỏng.

- Phủ bề mặt ngoài lá có thể phủ lớp cutin để chống thoát hơi nước.

Câu 11. Tại sao về mùa lạnh cây thường bị rụng lá?

Trả lời:

Vì: Khi nhiệt độ thấp

+ CNS trở nên đặc -> nước khó vận chuyển -> cây khó hút nước

+ Hô hấp giảm -> ATP được tổng hợp ít -> giảm quá trình hút nước

+ KHông khí ngoài môi trường trở nên khô hanh -> tăng quá trình THN

=> trong điều kiện quá trình hút nước được ít và thoát hợ nước nhiều thì cây rụng lá để giảm bớt quá trình THN.

C©u 12. Tr×nh bµy cÊu t¹o tÕ bµo lç khÝ phù hîp víi chøc n¨ng cña nã? T¸c nh©n chñ yÕu ®iÒu tiÕt ®ộ më cña khÝ khæng?

Trả lời:

- Cấu tạo: + Tự vẽ hình

     + Mô tả: mép trong của tế bào rất dày, mép ngoài mỏng => giúp thực hiện cơ chế đóng mở khí khổng trong có chứa lục lạp => tiến hành quang hợp để tạo chênh lệch ASTT

- Tác nhân chủ yếu gây đóng mở khí khổng:  ánh sáng

Câu 13. ( Đề  HSG 2009 – 2010):

   a. Rễ cây hút khoáng theo các cơ chế nào? Nêu sự khác nhau giữa các cơ chế hút khoáng đó?

b. Tại sao nói quá trình hấp thụ nước và khoáng liên quan đến quá trình hô hấp của rễ cây?

Trả lời:

a.

b - Vì phần lớn các chất khoáng được hấp thụ qua rễ vào cây theo cách chủ động cần tới ATP và các chất  tải ion

- Quá trình hô hấp tạo ra ATP và các chất tải ion cung cấp chủ yếu cho sự hấp thụ các chất khoáng qua các tế bào của rễ.

II. SỰ HẤP THỤ KHOÁNG VÀ TRAO ĐỔI NITƠ Ở THỰC VẬT

A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

 1. Sự hấp thụ các nguyên tố khoáng

    Các nguyên tố khoáng thường được hấp thụ vào cây dưới dạng ion qua hệ thống rễ là chủ yếu. Có hai cách hấp thụ các ion khoáng ở rễ:

   * Cách bị động:

- Các ion khoáng khuyếch tán theo sự chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp.

- Các ion khoáng hoà tan trong nước và vào rễ theo dòng nước.

- Các ion khoáng hút bám trên bề mặt các keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với nhau khi có sự tiếp xúc giữa rễ và dung dịch đất. Cách này gọi là hút bám trao đổi.

    * Cách chủ động:

- Mang tính chọn lọc và ngược với gradient nồng độ nên cần thiết phải có năng lượng, tức là sự tham gia của ATP và của một chất trung gian ,thường gọi là chất mang.

- ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình trao đổi chất, mà chủ yếu là quá trình hô hấp. Như vậy lại một lần nữa chúng ta thấy rằng:

     Quá trình hấp thụ nước và các chất khoáng đều liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp của rễ.

  2. Vai trò của các nguyên tố khoáng

   2.1. Vai trò của các nguyên tố đa lượng:

      Các nguyên tố đa lượng thường đóng vai trò cấu trúc trong tế bào, là thành phần của các đại phân tử trong tế bào (protein, lipit, axit nucleic,...). Các nguyên tố đa lượng còn ảnh hưởng đến tính chất của hệ thống keo trong chất nguyên sinh như: Điện tích bề mặt, độ ngậm nước, độ nhớt và độ bền vững của hệ thống keo.

  2.2. Vai trò của các nguyên tố vi lượng:

      Các nguyên tố vi lượng thường là thành phần không thể thiếu được hầu hết các enzym. Chúng hoạt hoá cho các enzym này trong các quá trình trao đổi chất của cơ thể. Vai trò của các nguyên tố đa lượng, vi lượng được minh hoạ ở bảng sau (Bảng2.1).

B - HỆ THỐNG CÂU HỎI

Câu 14. Vì sao trong mô thực vật xảy ra quá trình khử nitrat?

Trả lời:

- Nitơ ở dạng NO3- có nhiều trong đất và được thực vật hấp thụ dễ dàng.

- Nitơ ở dạng NO3- là dạng ôxi hoá, còn trong cây cần nhiều Nitơ ở dạng khử NH2, NH3, NH4+ để tạo ra các axit amin.

- Do đó, ở thực vật cần có quá trình khử NO3- để tạo ra NH4+ và tiếp tục được đồng hoá tạo ra aa để dự trữ nitơ và prôtêin.

Câu 15. Tại sao đất chua thường nghèo các chất dinh dưỡng?

Trả lời:

       - Đất chua có nhiều ion H+ .Các ion H+ trong dịch đất sẽ thực hiện phản ứng trao đổi ion, các ion H+ bám trên bề mặt hạt keo đẩy các ion khoáng ra dịch đất. Các ion khoáng bị rửa trôi làm cho đất bị nghèo chất dinh dưỡng.

Câu 16. (Olympic 2009)

  a. Cây xanh sử dụng nguồn N không khí và trong đất bằng phương thức nào?

  b. Nhóm VSV nào có khả năng cố định nitơ khí quyển? Cho biết điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm?

  c. Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH3 có nguồn gốc từ chất nào?

Trả lời:

  a. Cây xanh sử dụng nguồn N trong không khí và trong đất bằng phương thức sau:

- Nguồn N trong không khí:

+ Khi có sấm chớp: N2 + O2 -> HNO3 -> các hợp chất nitrat -> cây dễ hấp thụ.

+ Hoạt động của các VSV tự do và cộng sinh có khả năng cố định nitơ cho đất, từ đó biến đổi thành các hợp chất chứa nitơ  => cây dễ hấp thụ

  - Nguồn N trong đất: Do sự phân huỷ xác, bã động, thực vật

+ Sự hoá mùn: Xác động, thực vật nhờ vi khuẩn, nấm phân giải thành chất mùn -> các aa

+ Sự hoá amoniac: các aa tiếp tục nhờ vi khuẩn phân giải thành ure sau đó được phân giải tiếp tục thành NH3

+ Sự hoá nitrit: NH3 oxihoá thành HNO2 sau đó hình thành muối nitrit

+ Sự hoá nitrat: HNO2 oxihoá thành HNO3 sau đó hình thành muối nitrat

  b. Nhóm VSV có khả năng cố định nitơ khí quyển:

    - Vi khuẩn sống tự do trong đất và trong nước: Nostoc, Clostridium…

    - Vi khuẩn cộng sinh: Rhizobium, Anabaena azollae…

* Điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm:

+ Có các lực khử mạnh

+ Được cung cấp NL ATP

+ Có sự tham gia của enzim nitrogenaza

+ Thực hiện trong điều kiện kị khí

  c. Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH3 có nguồn gốc từ glucozơ vì:

    Quá trình khử N2 thành NH3 sử dụng lực khử NADH, chất này được tạo ra từ quá trình hô hấp. Mà hô hấp sử dụng nguyên liệu là glucozơ, nguyên tử H trong glucozơ được gắn với NAD để tạo thành NADH.

Câu 17. V× sao thùc vËt xanh  t¾m m×nh trong biÓn ®¹m  nh­ng vẫn thiÕu ®¹m? Làm thế nào Nitơ trong không khí trở thành dạng mà cây có thể sử dụng được? Nêu cơ chế và điều kiện đê thực hiện quá trình này? Nªu mét sè c©y xanh cã kh¶ n¨ng sö dông nit¬?

Trả lời:

- Thùc vËt xanh nãi chung “t¾m m×nh trong biÓn ®¹m” nh­ng thiÕu ®¹m.

V×: + Nit¬ tù do(N2) cã liªn kÕt 3 rÊt bÒn(N N)

      + C©y xanh nãi chung kh«ng cã enzim xóc t¸c m¹nh, qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ nit¬(Nitrogennaza, hidrogenaza) ph¸ vì liªn kÕt bÒn cña nit¬ biÕn N2  NH3.

+C¸c c©y sö dông Nit¬ tù do:

+ C©y hä §Ëu nhê céng sinh víi vi khuÈn Rhizobium.

      + BÌo hoa d©u: nhê céng sinh víi vi khuÈn lam.

      + Mét sè c©y hoµ th¶o(lóa) nhê céng sinh víi vi khuÈn Azospirillum.                            

Câu 18. Trình bày mối quan hệ giữa chu trình Crep và qúa trình đồng hoá NH3?

Trả lời:

       - Chu trình Crep tạo ra các axit hữu cơ như α – xêtôglutarat, fumarat, oxalôaxetat. Các axit hữu cơ sẽ kết hợp với NH3­ để tạo ra các aa => dự trữ nito và protein.

Câu 19. Có người nói: Khi chu trình Crep ngừng hoạt động thì cây có thể bị ngộ độc bởi NH3. Điều đó đúng hay sai? Giải thích?

Trả lời:

- Chu trình Krebs tạo ASTT để rễ dễ dàng nhận nitơ.

- Có mối quan hệ chặt chẽ giữa các sản phẩm của chu trình Krebs với hàm lượng NH3 trong cây. Vì các sản phẩm này cùng với NH3 -> các axit amin -> protein.

Axit piruvic + NH3 -> Alanin

Axit glutamic + NH3 ->Glutamic

Axit fumaric + NH3 -> Aspactic

Và các axit hữu cơ kết hợp với NH3 tạo thành các amit làm cây không ngộ độc

Câu 20. Tác dụng của việc bón phân? Để xác định lượng phân bón cần bón cho một thu hoạch định trước thì phải căn cứ vào các yếu tố nào?

Trả lời:

- Tác dụng:

+ Cung cấp các nguyên tố khoáng thiếu hụt cho đất

=> Phục hồi độ phì nhiêu cho đất nếu bón phân kịp thời, đúng liều lượng, đúng loại

+ Cung cấp nguyên liệu cho cấu tạo các thành phần của cây

Các nguyên tố khoáng được cây hấp thụ, chuyển hoá và cung cấp cho quá trình TĐC ở cây => nếu 1 trong các nguyên tố khoáng bị thiếu thì sự sinh trưởng của cây bị giới hạn hoặc ngừng sinh trưởng

- Yếu tố xác định lượng phân bón:

+ Nhu cầu dinh dưỡng của cây

+ Khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của đất

+ Hệ số sử dụng phân bón: lượng phân bón cây sử dụng được so với tổng lượng phân bón

Câu 21. Tại sao khi trồng lúa phải làm cỏ sục bùn?

Trả lời:

    - Đất trồng lúa thường xuyên ngập nước => dễ bị thiếu Oxi

    + -> ảnh hưởng đến hô hấp ở rễ -> ảnh hưởng đến quá trình hút nước và hút khoáng -> ảnh hưởng đến sinh trưởng – phát triển

    + -> VSV hoạt động hô hấp kị khí -> Tạo các khí độc hại -> gây ngộ độc cho cây

     Khi làm cỏ sục bùn sẽ loại bỏ cỏ, tránh cạnh tranh chất dinh dưỡng, oxi với lúa, đồng thời làm tăng lượng oxi trong đất - rế hô hấp tốt hơn/

Câu 22. a. Vì sao sau cơn mưa có nhiều sấm sét thì cây xanh tươi tốt hơn, mọc lá non nhiều hơn?

              b. Để cho cây lúa lốp không bị đổ lúc bông lúa sắp chính, người ta bón phân gì? Vì sao phải sử dụng loại phân đó?

Trả lời:

a. Vì: - Trong các cơn mưa có sấm sét, một lượng nhỏ nitơ trong không khí đã bị oxi hóa dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao thành NO3- theo phản ứng:

N2 + O2 -> 2NO + O2 ->2NO2+ H2O -> HNO3 -> H+ +NO3-

         - Cây được cung cấp nguồn N, mặc dù ít, cùng với nước nên thực hiện quá trình quang hợp, trao đổi nước tốt hơn nên cây xanh tốt hơn

b. Người ta bón phân K vì K giúp tích luỹ xenlulozơ, hemixenlulozơ, pectin trong vách tế bào thực vạt, làm cho tế bào cứng cáp hơn giúp tăng khả năng chống đổ của lúa

Câu 23. Cơ sở sinh học của việc bón phân qua lá? Trong trường hợp nào bón phân qua lá sẽ có lợi ích hơn bón phân vào đất (bón phân cho rễ)

Trả lời:

   - Cơ sở sinh học của việc bón phân qua lá: Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng qua khí khổng, hoặc có thể thấm qua lớp cutin theo građien nồng độ.

   - Trong trường hợp bón phân qua lá sẽ có lợi ích hơn bón phân vào đất (bón phân cho rễ):

     + Trong đất có Ca, hàm lượng Fe dễ tiêu thấp, cây bị thiếu Fe (bệnh lúa vàng vôi) => phân bón lá có hiệu quả hơn so với bón phức chất chứa sắt cho đất, đồng thời cũng là phương tiện giảm bớt độc tính của Mn.

     + Đất khô hạn, tầng đất mặt thiếu nước và giảm đáng kể các chất dễ tiêu trong mùa sinh trưởng => bón phân qua lá sẽ có hiệu quả hơn

Câu 24.  ( Đề Thi HSG Hà Tĩnh - 2013)

   a. Những nhóm sinh vật nào có khả năng cố định nitơ không khí? Vì sao chúng có khả năng đó?

   b. Vai trò của nitơ đối với đời sống cây xanh? Hãy nêu những nguồn nitơ chủ yếu cung cấp cho cây?

  c.Chứng minh mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ. Con người đã vận dụng những hiểu biết về mối quan hệ này vào trong thực tiễn trồng trọt như thế nào?

   Trả lời:

   a. + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống tự do: Cyanobacteria.... 

      + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống cộng sinh: Rhizobium sống cộng sinh trong rễ cây họ đậu....  

       - Chúng có khả năng đó vì có các enzim nitrôgenaza nên có khả năng phá vỡ liên kết 3 bền vững của nitơ và chuyển thành dạng NH3

   b. - Vai trò nitơ:

      + Về cấu trúc: Tham gia cấu tạo prôtêin, axit nuclêic, ATP,...

      + Về sinh lý: Điều hòa trao đổi chất, sinh trưởng, phát triển (TP cấu tạo của enzim, vitamin nhóm B, một số hooc môn sinh trưởng,...)  

     - Nguồn Nitơ chủ yếu cung cấp cho cây là:

    + Nitơ vô cơ: như nitrat (NO3-), amôn (NH4+ )....

     + Nitơ hữu cơ: như axit amin, amit....

  c. - Mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ:

    + Hô hấp giải phóng năng lượng dưới dạng ATP, tạo ra các hợp chất trung gian như các axit hữu cơ.

    + ATP và các hợp chất này đều liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ trong cây.

   - Ứng dụng thực tiễn:

   + Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí.

   + Hiện nay người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây trong dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây trong không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí của bộ rễ.

III - QUANG HỢP Ở THỰC VẬT

A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM

1. Khái niệm về quang hợp

a. Khái niệm

    - Khái niệm: Quang hợp là quá trình cây xanh hấp thụ năng lượng ánh sáng bằng hệ sắc tố của mình và sử dụng năng lượng này để tổng hợp chất hữu cơ (đường glucôzơ) từ các chất vô cơ (CO2 và H2O).

b. Vai trò của quá trình quang hợp

    - Quang hợp tạo ra hầu như toàn bộ các chất hữu cơ trên trái đất.

    - Hầu hết các dạng năng lượng sử dụng cho các quá trình sống của các sinh vật trên trái đất ( năng lượng hoá học tự do - ATP) đều được biến đổi từ năng lượng ánh sáng mặt trời (năng lượng lượng tử) do quá trình quang hợp.

    - Quang hợp giữ trong sạch bầu khí quyển: Hàng năm quá trình quang hợp của các cây xanh trên trái đất đã hấp thụ 600 tỉ tấn khí CO2 và giải phóng 400 tỉ tấn khí O2 vào khí quyển. Nhờ đó tỉ lệ CO2 và O trong khí quyển luôn được giữ cân bằng (CO2: 0,03%, O2: 21%), đảm bảo cuộc sống bình thường trên trái đất.

c. Bản chất hoá học và khái niệm hai pha của quang hợp:

Quang hợp gồm:

  - Quá trình oxy hoá H2O nhờ năng lượng ánh sáng. Đây là giai đoạn gồm các phản ứng cần ánh sáng, phụ thuộc vào ánh sáng, gọi là pha sáng của quang hợp. Pha sáng hình thành ATP, NADPH và giải phóng O2.

   - Quá trình khử CO2 nhờ ATP và NADPH do pha sáng cung cấp. Đây là giai đoạn gồm các phản ứng không cần ánh sáng, nhưng phụ thuộc vào nhiệt độ, gọi là pha tối của quang hợp. Pha tối hình thành các hợp chất hữu cơ, bắt đầu là đường glucôzơ.

2. Bộ máy quang hợp

 a. Lá - cơ quan quang hợp

   * Hình thái, cấu trúc của lá liên quan đến chức năng quang hợp.

- Lá dạng bản và có đặc tính hướng quang ngang

- Lá có một hoặc hai lớp mô giậu ở mặt trên và mặt dưới lá ngay sát lớp biểu bì chứa lục lạp thực hiện chức năng quang hợp

- Lá có lớp mô khuyết với khoảng gian bào lớn,nơi chứa nguyên liệu quang hợp

- Lá có hệ thống mạch dẫn dày đặc để dẫn sản phẩm quang hợp đi các cơ quan khác

- Lá có hệ thống khí khổng ở cả mặt trên và mặt dới để trao đổi khí trong quá trình quang hợp.

b. Lục lạp - bào quan thực hiện chức năng quang hợp

   Cấu trúc của lục lạp thích ứng với việc thực hiện hai pha của quang hợp: pha sáng thực hiện trên cấu trúc hạt, pha tối thực hiện trên thể nền.

c. Hệ sắc tố quang hợp

- Nhóm sắc tố chính - clorophin.

- Clorophin a: C55 H72 O5 N4 Mg  

- Clorophin b: C55 H70 O6 N4 Mg

- Nhóm sắc tố phụ - Carotenoid

- Caroten: C40 H56            

- Xanthophin: C40 H56O(1-6)

- Nhóm sắc tố của thực vật bậc thấp - phycobilin:         

- Phycoerythrin:         C34 H47 N4 O8  

- Phycoxyanin:          C34 H42 N4 O9  

* Vai trò của các nhóm sắc tố trong quang hợp:

- Nhóm Clorophin hấp thụ ánh sáng chủ yếu ở vùng đỏ và vùng xanh tím chuyển năng lượng thu được từ các phôton ánh sáng cho quá trình quang phân ly H2O và cho các phản ứng quang hóa để hình thành ATP và NADPH.

- Nhóm Carotenoit sau khi hấp thụ ánh sáng, đã truyền năng lượng thu được dưới dạng huỳnh quang cho Clorophin.

- Nhóm Phycobilin hấp thụ ánh sáng ở vùng sóng ngắn, sóng có thể tới được nơi sinh sống của rong, rêu, tảo,…( dưới tán rừng hoặc dưới các lớp nước sâu )

3. Cơ chế quang hợp

a. Pha sáng

- Trong pha này hệ sắc tố thực vật hấp thụ năng lượng của các phôtôn ánh sáng và sử dụng năng lượng này cho các quá trình: quang hoá sơ cấp, quang phân li nước và photphorin hoá quang hoá.

- Có thể tóm tắt pha sáng bằng các phản ứng sau:

   + Phản ứng kích thích chlorophin: chl + h√ = chl* = chl

(chl-trạng thái bình thường, chl*-trạng thái kích thích, chl-trạng thái bền thứ cấp).

   + Phản ứng quang phân li nước:

4 chl* + 2 H2O 4chlH+ + 4e + O2

   + Phản ứng quang hoá sơ cấp (được thực hiện bằng hai hệ quang hoá PSI và PSII) và photphorin hoá quang hoá:

  12 H2O +18ADP + 18Pv + 12NADP 18ATP + 12NADPH2 +6O2

b. Pha tối

- Trong pha này ATP và NADPH hình thành từ pha sáng được sử dụng để khử CO2 tạo ra chất hữu cơ đầu tiên - đường glucôzơ. Pha tối được thực hiện bằng ba chu trình ở ba nhóm thực vật khác nhau: thực vật C3, thực vật C4 và thực vật CAM (viết tắt từ cụm từ Crassulacean Acid Metabolism - trao đổi acit ở họ Thuốc bỏng).

- Quang hợp ở các nhóm thực vật C3., C4 và CAM đều có một điểm chung là giống nhau ở pha sáng, chúng chỉ khác nhau ở pha tối - tức là pha cố định CO2 và tên gọi thực vật C3., C4 là gọi theo sản phẩm cố định CO2 đầu tiên, còn thực vật CAM là gọi theo đối tượng thực vật có con đường cố định CO2 này.

4. Ảnh hưởng của nhân tố môi trường đến quang hợp

a. Quang hợp và nồng độ CO2

- CO2 trong không khí là nguồn cung cấp cacbon cho quang hợp. Nồng độ CO2 trong không khí quyết định vận tốc của quá trình quang hợp.

- Điểm bù CO2: Nồng độ CO2 tối thiểu để cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau.

- Điểm bão hoà CO2: Nồng độ CO2 tối đa để cường độ quang hợp đạt cao nhất.

b. Quang hợp và ánh sáng

* Cường độ ánh sáng

- Điểm bù ánh sáng: Cường độ ánh sáng tối thiểu để cường độ quang hợp và hô hấp bằng nhau.

- Điểm bão hoà ánh sáng: Cường độ ánh sáng cực đại để cường độ quang hợp đạt cực đại.

* Về thành phần quang phổ ánh sáng:

Nếu cùng một cường độ chiếu sáng thì ánh sáng đơn sắc màu đỏ sẽ có hiệu quả quang hợp lớn hơn ánh sáng đơn sắc màu xanh tím.

c. Quang hợp và nhiệt độ

- Hệ số nhiệt Q10 đối với pha sáng là: 1,1- 1,4,đối với pha tối là: 2-3.

- Cường độ quang hợp phụ thuộc rất chặt chẽ vào nhiệt độ. Sự phụ thuộc giữa nhiệt độ và quang hợp theo chiều hướng như sau: khi nhiệt độ tăng thì cường độ quang hợp tăng rất nhanh và thường đạt cực đại ở 25 - 350C rồi sau đó giảm mạnh đến 0.

d. Quang hợp và nước

- Hàm lượng nước trong không khí, trong lá ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước,do đó ảnh hưởng đến độ mở khí khổng,tức là ảnh hưởng đến tốc độ hấp thụ CO2 vào lục lạp.

- Nước ảnh hởng đến tốc độ sinh trưởng và kích thước của bộ máy đồng hoá.

- Nước ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển các sản phẩm quang hợp

- Hàm lượng nước trong tế bào ảnh hưởng đến độ hidat hoá của chất nguyên sinh và do đó đến điều kiện làm việc của hệ thống enzim quang hợp

- Quá trình thoát hơi nước đã điều hoà nhiệt độ của lá,do đó ảnh hưởng đến quang hợp

- Sau cùng nước là nguyên liệu trực tiếp cho quang hợp với việc cung cấp H+ và e cho

phản ứng sáng.

5. Quang hợp và năng suất cây trồng

a. Quang hợp quyết định năng suất cây trồng

    Quang hợp là quá trình cơ bản quyết định năng suất cây trồng. Phân tích thành phần hoá học trong sản phẩm thu hoạch của cây trồng ta sẽ có các số liệu sau: C: 45%, O: 42-45%, H: 6,5% chất khô. Tổng ba nguyên tố này chiếm 90-95% khối lượng chất khô. Phần còn lại: 5-10% là các nguyên tố khoáng. Rõ ràng là 90-95% sản phẩm thu hoạch của cây lấy từ CO2 và H2O thông qua hoạt động quang hợp.

b. Các biện pháp nâng cao năng suất cây trồng thông qua quang hợp

    Đã có nhiều nghiên cứu làm sáng tỏ mối quan hệ giữa hoạt động của bộ máy quang hợp và năng suất cây trồng. Nhitriporovich- nhà Sinh lí thực vật người Nga đã đưa ra biểu thức năng suất cho mối quan hệ này:

Nkt = (FCO2.L.Kf .Kkt)n

Nkt : năng suất kinh tế-phần chất khô tích luỹ trong cơ quan kinh tế

FCO2: khả năng quang hợp gồm: cường độ quang hợp (mg CO2/dm2 lá.giờ) và hiệu suất quang hợp (gam chất khô/m2lá.ngày).

L: diện tích quang hợp, gồm chỉ số diện tích lá (m2 lá/m2 đất) và thế năng quang hợp (m2 lá.ngày).

Kf: hệ số hiệu quả quang hợp - tỷ số giữa phần chất khô còn lại và tổng số chất khô quang

hợp được.

Kkt: hệ số kinh tế - tỷ số giữa số chất khô tích luỹ trong cơ quan kinh tế và tổng số chất khô quang hợp được.

n: thời gian hoạt động của bộ máy quang hợp.

Từ biểu thức trên chúng ta thấy rằng: năng suất cây trồng phụ thuộc vào các yếu tố sau:

- Khả năng quang hợp của giống cây trồng (FCO2).

- Nhịp điệu sinh trưởng của bộ máy quang hợp (L).

- Khả năng tích luỹ chất khô vào cơ quan kinh tế (Kf, Kkt).

- Thời gian hoạt động của bộ máy quang hợp (n).

c. Triển vọng của năng suất cây trồng

    Trong tương lai với sự tiến bộ của các phương pháp chọn, lai tạo giống mới , với sự hoàn thiện các biện pháp kĩ thuật canh tác, chắc chắn việc nâng cao năng suất  cây trồng ở một đất nước giầu ánh sáng như nước ta sẽ có triển vọng rất to lớn