Hô hấp ở thực vật SVIP

I. Khái quát về hô hấp ở thực vật

1. Khái niệm

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 + Năng lượng (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 con đường hô hấp ở thực vật

1. Hô hấp hiếu khí

Hô hấp hiếu khí diễn ra mạnh ở các tế bào, mô, cơ quan đang có các hoạt động sinh lí mạnh như hạt đang nảy mầm, cây đang ra hoa, tạo quả,... Hô hấp hiếu khí gồm đường phân, chu trình Krebs và chuỗi truyền electron.

a. Đường phân

Giai đoạn này xảy ra ở tế bào chất, trong điều kiện không có O₂, khi đó 1 phân tử glucose sẽ phân giải thành 2 phân tử pyruvate và thu được 2 ATP, 2 NADH.

b. Oxy hóa pyruvate và chu trình Krebs

2 phân tử pyruvate tạo ra được chuyển vào chất nền ti thể, tại đây chúng được biến đổi thành 2 phân tử acetyl - CoA, 2 NADH và 2 CO₂.

2 phân tử acetyl - CoA đi vào chu trình Krebs (diễn ra trong chất nền ti thể). Tại đây, mỗi phân tử acetyl - CoA bị chuyển hóa hoàn toàn giải phóng ra 2 CO₂, 3 NADH, 1 FADH₂ và 1 ATP.

c. Chuỗi truyền electron

Chuỗi truyền electron phân bố ở màng trong của ti thể. Tại đây, electron sẽ được truyền từ các phân tử NADH và FADH₂ tới O₂ qua một chuỗi các phản ứng oxy hóa khử, cuối cùng tạo ra ATP và H₂O. Giai đoạn này tạo ra nhiều ATP nhất trong quá trình hô hấp.

→ 1 phân tử glucose, qua hô hấp hiếu khí giải phóng 6 H₂O, 6 CO₂, 30 - 32 ATP.

2. Lên men

Con đường lên men gồm 2 giai đoạn: đường phân và lên men, trong đó giai đoạn đường phân diễn ra tương tự như ở hô hấp hiếu khí.

Ở giai đoạn lên men, pyruvate được tạo ra từ quá trình đường phân, trong điều kiện không có O₂ sẽ lên men tạo thành ethanol hoặc lactate.

→ 1 phân tử glucose phân giải theo con đường lên men chỉ thu được 2 phân tử ATP.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hô hấp ở thực vật

1. Nước

Nước là dung môi, là môi trường cho các phản ứng hóa học xảy ra, đồng thời hoạt hóa các enzyme hô hấp. Vì vậy, nước trong mô, cơ quan, cơ thể thực vật liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp.

Trong giới hạn nhất định, cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước. Các hạt khô đang ở trạng thái ngủ, nghỉ có hàm lượng nước rất thấp, khi hạt hút nước và nảy mầm thì cường độ hô hấp tăng nhanh.

Ví dụ: Hạt ngô, thóc phơi khô có hàm lượng nước khoảng 11 - 12%.

• Khi hàm lượng nước trong hạt tăng lên 14 - 15% thì cường độ hô hấp tăng 4 - 5 lần.
• Khi hàm lượng nước trong hạt tăng lên 30 - 35% thì cường độ hô hấp tăng lên nghìn lần.

2. Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme hô hấp, từ đó ảnh hưởng đến cường độ hô hấp.

Trong giới hạn nhất định, khi nhiệt độ tăng, cường độ hô hấp cũng tăng, thúc đẩy sự nảy mầm của hạt, tạo năng lượng cung cấp cho các giai đoạn tiếp theo của cây non.

Mỗi loại hạt khác nhau thường có giới hạn nhiệt độ cho sự nảy mầm khác nhau.

3. Hàm lượng O₂

Khí O₂ là nguyên liệu của hô hấp nên nồng độ O₂ ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ hô hấp.

Nếu hàm lượng O₂ trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp bị ảnh hưởng; dưới 5% thì cây chuyển sang con đường lên men. Khi đó, năng lượng tạo ra không đủ cung cấp cho các hoạt động của cây, cây có thể chết nếu tình trạng này kéo dài.

4. Hàm lượng CO₂

Hàm lượng CO₂ trong không khí cao sẽ ức chế hô hấp hiếu khí, cây chuyển sang con đường lên men, tạo nhiều sản phẩm độc, gây hại cho cây trồng hoặc làm giảm sức sống của hạt.

Khi hàm lượng CO₂ trong không khí tăng 35% so với nồng độ CO₂ ở điều kiện bình thường thì hầu hết các hạt giống đều mất khả năng nảy mầm.

IV. Ứng dụng của hô hấp ở thực vật vào thực tiễn

1. Hô hấp trong bảo quản nông sản

a. Điều chỉnh hàm lượng nước

Trong giới hạn nhất định, hàm lượng nước tỉ lệ thuận với cường độ hô hấp, vì vậy cần điều chỉnh hàm lượng nước trong nông sản phù hợp mục đích và đối tượng bảo quản nằm kéo dài thời gian bảo quản.

Ví dụ:

• Độ ẩm phù hợp để bảo quản hạt là 10 - 13% (phơi hoặc sấy khô sau thu hoạch, sau đó cất giữ trong các dụng cụ có nắp đậy hoặc trong kho).

• Độ ẩm phù hợp để bảo quản các loại rau có hàm lượng nước cao và thời gian bảo quản ngắn là 90 - 95%.
• Độ ẩm phù hợp để bảo quản các loại quả là 80 - 90%.

b. Điều chỉnh nhiệt độ

Nhiệt độ môi trường thấp làm giảm cường độ hô hấp ở thực vật, đồng thời ức chế sự sinh trưởng của các vi sinh vật gây hỏng nông sản.

c. Điều chỉnh thành phần không khí trong môi trường bảo quản

Thành phần không khí, đặc biệt là hàm lượng O₂ và CO₂ trong môi trường có ảnh hưởng rõ rệt tới cường độ hô hấp ở thực vật.

2. Hô hấp trong trồng trọt

Trong trồng trọt, cần áp dụng một số biện pháp canh tác:

• Làm đất trước khi gieo hạt, làm cỏ sục bùn, vun gốc,... nhằm tạo môi trường thoáng khí, cung cấp O₂ cho cây hô hấp hiếu khí.
• Trồng cây đúng thời vụ, đảm bảo hệ thống cấp và thoát nước trong canh tác để chủ động tưới tiêu hợp lí, tránh hiện tượng ngập úng cho cây, tạo điều kiện thuận lợi cho cây hô hấp hiếu khí cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống.

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.