Hô hấp ở thực vật SVIP

I. Khái quát về hô hấp ở thực vật

1. Khái niệm hô hấp ở thực vật

Hô hấp là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp, phổ biến là carbohydrate thành các chất đơn giản, đồng thời tạo ra ATP và nhiệt năng.

Hô hấp có thể diễn ra trong điều kiện có oxygen (hô hấp hiếu khí) hoặc không có oxygen (lên men). Ở thực vật, hô hấp hiếu khí là hình thức hô hấp chủ yếu.

Phương trình tổng quát của hô hấp hiếu khí:

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

2. Vai trò của hô hấp

• Năng lượng (dưới dạng ATP) sinh ra từ hô hấp được sử dụng cho hầu hết các hoạt động sống của cây.
• Nhiệt năng được giải phóng ra trong hô hấp giúp duy trì nhiệt độ cơ thể, đảm bảo cho các hoạt động sống trong cơ thể thực vật diễn ra một cách bình thường.
• Hô hấp tạo ra các sản phẩm trung gian là nguyên liệu để tổng hợp nên các hợp chất hữu cơ trong cơ thể.

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. Sau đó, acetyl - CoA sẽ bị oxi hoá hoàn toàn thành CO₂ trong chu trình Krebs. Sản phẩm 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 chuyền 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. Hàm lượng 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 chuyền 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 một số 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 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 sinh lí quan trọng, liên quan đến trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng diễn ra trong cây.

• Quang hợp tạo ra chất hữu cơ và O₂ cung cấp nguyên liệu cho quá trình hô hấp.
• CO₂ là sản phẩm của hô hấp được sử dụng làm nguyên liệu cho quang hợp. Hô hấp còn tạo ra các sản phẩm trung gian làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào rễ, tạo điều kiện cho rễ hút nước, cung cấp nguyên liệu cho quang hợp.

1. Hô hấp là quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ phức tạp, phổ biến là carbohydrate tạo thành các chất đơn giản, đồng thời tạo ra ATP và nhiệt năng.

2. Hô hấp tạo ra năng lượng để duy trì nhiệt độ cho cơ thể và sử dụng cho các hoạt động sống của cây, đồng thời tạo ra các sản phẩm trung gian cung cấp nguyên liệu cho quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác trong cơ thể.

3. Hô hấp hiếu khí là con đường phổ biến ở thực vật, xảy ra trong điều kiện có O₂, gồm 3 giai đoạn là đường phân, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron. Năng lượng thu được khi phân giải hiếu khí 1 phân tử glucose là 30 - 32 ATP.

4. Lên men diễn ra trong điều kiện môi trường thiếu O₂, gồm 2 giai đoạn là đường phân và lên men; 1 phân tử glucose qua lên men chỉ thu được 2 ATP.

5. Hô hấp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường như nhiệt độ, nước, hàm lượng CO₂,... Con người có thể dựa vào hiểu biết về các yếu tố đó để điều khiển quá trình hô hấp ở thực vật theo hướng có lợi trong trồng trọt và bảo quản nông sản.

6. Hô hấp và quang hợp có mối quan hệ mật thiết, phụ thuộc lẫn nhau. Quang hợp cung cấp nguyên liệu cho hô hấp và ngược lại.