1. Ánh sáng

Ánh sáng tác động đến quang hợp thông qua hai tiêu chí là “ cường độ ánh sáng “ và “ quang phổ ánh sáng”.

1.1. Cường độ ánh sáng

Xét hình ảnh minh họa phía trên, ta có A: Điểm bù ánh sáng và B: Điểm bão hòa ánh sáng.

Cường độ quang hợp gắn liền với hai khái niệm là “điểm bù ánh sáng” và “điểm bão hòa ánh sáng”.

Cường độ ánh sáng tối thiểu mà khi đó cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp của cây được gọi là điểm bù ánh sáng. Cây ưa sáng có điểm bù ánh sáng cao hơn so với cây ưa bóng (cây ưu tối).

Điểm bão hòa ánh sáng được định nghĩa là cường độ ánh sáng tối đa mà khi đó cường độ quang hợp đạt cực đại. Chúng ta còn có thể hiểu rằng điểm bão hòa ánh sáng là trị số ánh sáng mà từ giá trị đó, cường độ quang hợp không thể tăng lên dù cho cường độ ánh sáng tiếp tục tăng.

Như vậy, với phân tích ở trên, chúng ta thấy rằng khi cường độ quang hợp tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng trong khoảng giá trị từ điểm bù ánh sáng cho tới điểm bão hòa ánh sáng.

1.2. Quang phổ ánh sáng

Ánh sáng trắng bao gồm các tia sáng có độ dài bước sóng khác nhau. Và sẽ có sự ảnh hưởng không giống đến cường độ quang hợp giữa các bước sóng khác nhau.

Sự tổng hợp các acid amin – nguyên liệu để tổng hợp protein được kích thích dưới tia sáng xanh tím. Tia sáng đỏ sẽ thúc đẩy quá trình hình thành carbohydrat. Do đó, quá trình quang hợp diễn ra mạnh mẽ ở vùng tia đỏ và tia xanh tím.

Trong thời gian một ngày, thành phần ánh sáng cũng biến động. Các tia sáng đỏ xuất hiện nhiều vào buổi sáng sớm và buổi chiều. Buổi trưa là khoảng thời gian mà các tia sáng có bước sóng ngắn hơn như tia xanh, tia tím xuất hiện nhiều.

Ngoài ra, thành phần ánh sáng phụ thuộc vào môi trường được chiếu sáng. Trong rừng rậm, ánh sáng sẽ thay đổi theo từng tán rừng. Dưới các tán lá cây chủ yếu là ánh sáng khuếch tán nên các tia sáng đỏ giảm đi rõ rệt. Vậy nên các cây mọc dưới tán rừng thường chứa rất nhiều diệp lục b nhằm giúp hấp thụ được các tia sáng ngắn. Còn trong môi trường nước, các tia sáng sẽ thay đổi dựa vào chiều sâu. Nước hấp thụ mạnh các tia sáng có bước sóng ngắn hơn.

Tham khảo ngay bộ tài liệu sổ tay tổng hợp kiến thức và kỹ năng làm bài thi tốt nghiệp THPT và đánh giá năng lực

2. Nồng độ CO2

Trị số bão hòa CO2 hay nồng độ bão hòa CO2 được định nghĩa là nồng độ CO2 tối đa mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị cao nhất. Giá trị này thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố: cường độ chiếu sáng, nhiệt độ và các điều kiện khác. Ở điều kiện ánh sáng cao, nồng độ CO2 thường tăng để thuận lợi cho quá trình quang hợp

Khi nồng độ CO2 tăng, cường độ quang hợp cũng tăng theo trong khoảng thời gian đầu. Sau đó, cường độ quang hợp sẽ tăng chậm dần cho tới khi chạm tới trị số bão hòa CO2. Vượt qua giá trị này, cường độ quang hợp sẽ giảm dần.

Nồng độ CO2 trong tự nhiên là khoảng 0.03%. Nguồn cung cấp CO2 cho cây chính từ sự hô hấp của các sinh vật. Nồng độ CO2 tối thiểu mà cây có thể quang hợp được là khoảng 0.008% – 0.01%. Dưới ngưỡng nồng độ CO2 này, quang hợp thường sẽ rất yếu hoặc không thể xảy ra.

Như vậy, nồng độ CO2 và cường độ quang hợp sẽ tỷ lệ thuận với nhau từ khoảng nồng độ CO2 tối thiểu mà cây có thể quang hợp bình thường ( 0.008-0.01%) cho tới điểm nồng độ bão hòa CO2.

Lưu ý, khoảng giá trị này ở cây ưa bóng sẽ cao hơn so với cây ưa sáng. Xét trong ảnh, cây bí đỏ là cây ưa sáng còn cây đậu là cây ưa bóng.

3. Nước

Nước là một thành phần quan trọng của quang hợp, là môi trường cho các phản ứng quang hợp xảy ra và đồng thời có vai trò trong quá trình điều tiết sự đóng mở của khí khổng. Khi có mặt của nước, khí khổng nằm trên lá cây sẽ mở để thoát hơi nước, đồng thời hấp thụ CO2. Do đó, ảnh hưởng của nước lên khả năng quang hợp của cây là rất lớn.

Khi cây thiếu khoảng 40% – 60% nước, quang hợp đã bị giảm mạnh và có nguy cơ bị ngưng trệ.

Khi cây thiếu một lượng lớn nước, cây chịu hạn sẽ có khả năng duy trì quá trình quang hợp ổn định hơn cây trung sinh và cây ưa ẩm.

4. Nhiệt độ

Các phản ứng hóa sinh trong pha sáng và pha tối của quang hợp đều chịu ảnh hưởng lớn của nhiệt độ.

Sự ảnh hưởng này tác động không giống nhau trên mỗi loại thực vật. Đối với đa số các loài cây, quang hợp và nhiệt độ sẽ tỷ lệ thuận với nhau đến giá trị tối ưu của từng loài. Vượt trên ngưỡng đó, quá trình quang hợp của cây sẽ bị giảm.

Nhiệt độ cực tiểu sẽ làm ngưng quá trình quang hợp. Đối với các loài thực vậy khác nhau, giá trị này cũng khác nhau. Các loài thực vật ở vùng cực, vùng cao và ôn đới có nhiệt độ cực tiểu là khoảng 15 độ C. Ở vùng á nhiệt đới, giá trị này là khoảng 0-2 độ C và ở cùng nhiệt đới là 4-8 độ C.

Quá trình quang hợp cũng bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cực đại và giá trị này khác nhau tùy thuộc vào từng loại thực vật. Các loài cây ở cùng nhiệt đới, giá trị này khoảng 50 độ C. Thực vật ở sa mạc có thể quang hợp trong điều khiển nhiệt độ khoảng 58 độ C.

5. Nguyên tố khoáng

Các thành phần nguyên tố khoáng có vai trò trong quá trình tạo thành enzyme quang hợp, diệp lục. Ngoài ra, chúng còn tham gia vào quá trình điều tiết độ đóng – mở của khí khổng và quá trình quang phân ly nước. Sự ảnh hưởng của các nguyên tố khoáng tác động đến nhiều mặt của quá trình quang hợp.

Các nguyên tố khoáng phổ biến, có ảnh hưởng nhiều đến quá trình quang hợp đó là:

• Nguyên tố N, P, S tham gia vào quá trình hình thành nên enzyme quang hợp.

• Nguyên tố N, Mg tham gia vào quá trình hình thành diệp lục.

• Nguyên tố K có vai trò trong quá trình đóng- mở khí khổng hỗ trợ CO2 khuếch tán vào lá.

• Nguyên tố Mn, Cl đều liên quan đến quá trình quang phân ly nước.

6. Ứng dụng trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo

Các nhân tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến quang hợp bao gồm các yếu tố được phân tích phía trên là ánh sáng, CO2, nước, nhiệt độ và các nguyên tố khoáng. Sự ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến thực vật là rất lớn. Do đó, nếu muốn cây trồng đạt giá trị cực đạt, chúng ta cần đảm bao dung hòa được tất cả các giá trị cực thuận của những nhân tố được phân tích ở trên.

Từ đó, chúng ta đã ứng dụng để trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo. Ánh sáng được sử dụng thường là ánh sáng của các loại đèn như đèn neon hay đèn sợi đốt để thay thế cho ánh sáng mặt trời tự nhiên.

Ứng dụng này hỗ trợ con người khác phục các điều kiện khắc nghiệt của môi trường như giá rét, sâu bệnh. Đảm bảo cung cấp rau củ tươi xanh ngay cả trong điều kiện màu đông. Từ đó, đóng góp một phần vào quá trình đảm bảo an ninh lương thực.

Ngoài ra, ở Việt Nam, phương pháp này còn được áp dụng để sản xuất rau sạch, nhân giống cây trồng, trồng cây trái vụ và đặc biệt hơn cả là kết hợp với các phương pháp nuôi cấy mô, giâm, chiết cành.

7. Một số câu hỏi trắc nghiệm về ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp

Câu 1: Cường độ quang hợp tỷ lệ thuận với cường độ ánh sáng trong khoảng giá trị nào?

1. Từ điểm bù ánh sáng đến điểm bão hòa ánh sáng.

2. Từ dưới điểm bù ánh sáng đến điểm bão hòa ánh sáng.

3. Từ điểm bù ánh sáng đến vượt quá điểm bão hòa ánh sáng.

4. Từ dưới điểm bù ánh sáng đến vượt quá điểm bão hòa ánh sáng.

→ Đáp án A.

Giải thích: Vì điểm bão hòa ánh sáng là trị số ánh sáng mà từ giá trị đó, cường độ quang hợp không thể tăng lên dù cho cường độ ánh sáng tiếp tục tăng.

Câu 2: Các hợp chất hữu cơ trong các loài thực vật được hình thành từ:

1. Nước

2. CO2

3. Các nguyên tố khoáng

4. Nito

→ Đáp án C.

Giải thích: Các nguyên tố khoáng là thành phần tạo nên các hợp chất hữu cơ như protein, enzyme,..

Câu 3: Nồng độ CO2 tối thiểu để quá trình quang hợp có thể diễn ra bình thường là:

1. Khoảng 0.01%

2. Khoảng 0.0008%

3. Khoảng 0.0001%

4. Khoảng 0.08%

→ Đáp án: A.

Giải thích: Nồng độ CO2 tối thiểu mà cây có thể quang hợp được là khoảng 0.008% – 0.01%. Dưới ngưỡng nồng độ CO2 này, quang hợp thường sẽ rất yếu hoặc không thể xảy ra.

Câu 4: Hãy chọn mệnh đề đúng. Điểm bão hòa CO2 được phát biểu:

Nồng độ CO2 tối thiểu để cường độ quang hợp đạt giá trị nhỏ nhất.

Nồng độ CO2 tối đa mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị cao nhất.

Nồng độ CO2 tối đa mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị nhỏ nhất.

Nồng độ CO2 tối thiểu mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị nhỏ nhất.

→ Đáp án B.

Giải thích: Trị số bão hòa CO2 hay nồng độ bão hòa CO2 được định nghĩa là nồng độ CO2 tối đa mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị cao nhất.

Câu 5: Hãy chọn mệnh đề đúng. Điểm bù CO2 được phát biểu:

1. Tối thiểu để cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau.

2. Tối thiểu để cường độ quang hợp và cường độ hô hấp không bằng nhau.

3. Nồng độ CO2 tối đa mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị nhỏ nhất.

4. Nồng độ CO2 tối thiểu mà tại đó cường độ quang hợp đạt giá trị nhỏ nhất.

→ Đáp án A.

Giải thích: Điểm bù CO2 là giá trị nồng độ CO2 tối thiểu để cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau.

Câu 6: Nước ảnh hưởng đến quá trình quang hợp thông qua:

1. Nguyên liệu quan trọng của quá trình quang hợp

2. Khả năng điều tiết khí khổng

3. Môi trường xảy ra của các phản ứng hóa sinh

4. Tất cả các ý trên.

→ Đáp án D.

Giải thích: Nước là một thành phần nguyên liệu quan trọng của quang hợp, là môi trường cho các phản ứng quang hợp xảy ra và đồng thời có vai trò trong quá trình điều tiết sự đóng mở của khí khổng.

Câu 7: Đối với quá trình quang hợp, bước sóng ánh sáng có hiệu quả cao nhất:

1. Xanh lục

2. Lam

3. Đỏ

4. Chàm

→ Đáp án C.

Giải thích: Quá trình quang hợp xảy ra tốt nhất trong dải ánh sáng xanh tím và đỏ.

Câu 8: Ví dụ về vai trò của nguyên tố khoáng trong hệ sắc tố quang hợp nào sau đây là đúng?

1. Fe là nguyên liệu hình thành cấu trúc của phân tử diệp dục.

2. Fe tham gia vào quá trình tổng hợp pocfirin nhân diệp lục.

3. Mg, N tham gia vào cấu trúc của phân tử diệp lục.

4. B và C

5. Tất cả các đáp án.

→ Đáp án D.

Giải thích: Các nguyên tố khoáng tham gia vào quá trình hình thành diệp lục bao gồm Fe, Mg, N, … Trong đó, Fe tham gia vào quá trình tổng hợp pocfirin nhân diệp lục và Mg, N tham gia vào cấu trúc của phân tử diệp lục.

Câu 9: Ở điều kiện cường ánh nào thì tăng nồng độ CO2 sẽ có lợi cho quá trình quang hợp?

1. Cao

2. Thấp

3. Cả hai

→ Đáp án A.

Giải thích: Khi nồng độ CO2 thấp mà tăng cường ánh sáng thấp thì cường độ quang hợp tăng không đáng kể. Còn ở điều kiện cường độ ánh sáng cao, khi nồng độ CO2 tăng lên thì cường độ quang hợp cũng tăng mạnh.

Câu 10: Những phát biểu nào sau đây là đúng?

1. Cường độ ánh sáng và cường độ quang hợp tỉ lệ thuận cho đến khi cường độ ánh sáng chạm đến điểm bão hòa. Sau giá trị này, cường độ quang hợp sẽ giảm dần dù cho cường độ ánh sáng có tăng.

2. Cây có khả năng quang hợp mạnh ở miền ánh sáng đỏ, sau đó là ở miền ánh sáng xanh- tím.

3. Nồng độ CO2 và cường độ quang hợp luôn luôn tỷ lệ thuận với nhau

4. Khi nhiệt độ tăng dần đến nhiệt độ tối ưu thì cường độ quang hợp tỷ lệ thuận theo rồi sau đó giảm mạnh.

Số mệnh đề đúng là:

1. 1

2. 2

3. 3

4. 4

→ Đáp án D.

Giải thích: Các mệnh đề đúng bao gồm mệnh đề số 1, 2 và 4.

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến ảnh hưởng của các nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình học lớp 11 và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc. Chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho năm học nhé!