Giáo trình Sinh lý thực vật (Tập 1 - Phần lý thuyết): Phần 2

Nối tiếp nội dung phần 1, phần 2 giáo trình "Sinh lý thực vật (Tập 1 - Phần lý thuyết)" tiếp tục cung cấp cho người đọc những kiến thức như: Hô hấp ở thực vật; Dinh dưỡng khoáng - nitơ ở thực vật; Sinh trưởng và phát triển ở thực vật; Tính chống chịu các nhân tố phi sinh học bất lợi ở thực vật;... Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình Sinh lý thực vật (Tập 1 - Phần lý thuyết): Phần 2 Chương 4 HÔ HẤP Ở THỰC VẬT 4.1. Khái quát chung 4.1.1. Định nghĩa Hô hấp là quá trình phân giải oxy hóa các chất hữu cơ với sự tham gia của oxy không khí cho đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng cung cấp cho tất cả các hoạt động sống của cây và tạo ra các sản phẩm trung gian cho các quá trình sinh tổng hợp các chất khác nhau trong cây. Như vậy, hô hấp không chỉ là quá trình phân giải thuần túy mà còn tham gia vào quá trình tổng hợp ở nghĩa là cung cấp một số nguyên liệu cho một số công đoạn của quá trình tổng hợp các chất khác. Ở đây muốn nói đến vai trò của các sản phẩm trung gian của quá trình hô hấp. Phương trình đơn giản của hô hấp được viết như sau: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O - Q (kcal + to) Tuy nhiên, hô hấp là một quá trình oxy hóa khử xảy ra rất phức tạp bao gồm hàng loạt các phản ứng hóa sinh liên tục dưới sự xúc tác của một hệ thống enzyme đặc hiệu. Quá trình này được chia thành hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Quá trình oxy hóa cơ chất hô hấp với sự tham gia của hệ thống enzyme oxy hóa khử và sự tách điện tử và H+ ra khỏi cơ chất hô hấp để hình thành nên các chất khử mạnh như NADH+H+, FADH2, NADPH+H+ và giải phóng CO2 vào không khí Giai đoạn 2: Quá trình oxy hóa liên tục NADH, FADH2, NADPH với sự tham gia của oxy không khí để giải phóng năng lượng tích lũy trong các liên kết cao năng của ATP và hình thành nên H2O. Theo đó phương trình tổng quát của hai giai đoạn được viết như sau: C6H12O6 + 6H2O → 6CO2 + 12H+ 12H+ + 6O2 → 12H2O – Q (kcal + to) C6H12O6 + 6 O2 → 6CO2 + 6H2O - Q (kcal + to) 4.1.2. Vai trò của hô hấp đối với thực vật Hô hấp cung cấp năng lượng cho hầu như tất cả các hoạt động của cây. Quang hợp là quá trình tích lũy năng lượng ánh sáng mặt trời vào trong các chất hữu cơ thì trong quá trình hô hấp năng lượng đó được giải phóng ra để cung cấp cho các hoạt 165 động sống của cây như các quá trình phân chia và sinh trưởng của tế bào, quá trình trao đổi chất như vận chuyển vật chất ngược chiều gradient nồng độ, và đặc biệt giúp cây chống chịu được với các điều kiện bất lợi của môi trường… Như vậy, năng lượng được sinh ra từ quá trình hô hấp có nguồn gốc sâu xa từ năng lượng ánh sáng mặt trời. Trong cây chỉ trừ phần năng lượng dùng trong các phản ứng đồng hóa carbon trong pha tối là lấy từ ánh sáng mặt trời thông qua các phản ứng sáng của quang hợp, còn lại năng lượng cho tất các cả hoạt động sống khác đều lấy từ quá trình hô hấp. Sản phẩm trung gian của hô hấp được dùng làm nguyên liệu tổng hợp các chất hữu cơ khác nhau. Một số sản phẩm trung gian của quá trình hô hấp, ví dụ như đường pentozo – P, fructose – P, acetyl coenzym – A, các acid amin, các ketoacid… được dùng làm nguyên liệu để tổng hợp các hợp chất hữu cơ khác nhau trong cơ thể như protein, lipid, acid nucleic, glucid. Điều đó có nghĩa hô hấp không chỉ là quá trình phân giải đơn thuần mà nó còn mang ý nghĩa tổng hợp vật chất hay nói cách khác hô hấp vừa là quá trình dị hóa vừa mang đặc tính của quá trình đồng hóa. Hô hấp có thể điểu chỉnh được để mang lại lợi ích cho con người Trong sản xuất, việc hiểu biết về hô hấp giúp ta điều chỉnh hô hấp theo hướng có lợi cho con người như tránh hô hấp yếm khí có hại cho cây, khống chế hô hấp trong việc bảo quản nông sản phẩm để giảm thiểu sự hao hụt chất hữu cơ do hô hấp của nông sản phẩm. 4.1.3. Nguyên liệu Điều kiện đầu tiên để cho hô hấp có thể xảy ra là trong mô thực vật phải có những hợp chất hữu cơ làm nguyên liệu cho các phản ứng oxy hóa. Glucose là nguyên liệu phổ biến nhất cho hô hấp, do vậy các mô tả về quá trình hô hấp điển hình thường diễn tả quá trình phân giải glucose. Có thể nói đó là kiến thức kinh điển qua các thời kỳ phát triển của khoa học sinh học. Tuy nhiên, những hợp chất carbon khử có nguồn gốc từ quá trình phân giải tinh bột, hay quang hợp như disaccharide sucrose, hexose phosphate và triose phosphates; các chất đồng phân có chứa fructose như fructan, và các đường khác; hay như lipids (triacylglycerols sơ cấp), các acid hữu cơ, và đôi khi cả protein cũng được tế bào sử dụng làm nguyên liệu hô hấp. Tóm lại, nguyên liệu hô hấp là các hợp chất hữu cơ khác nhau như glucose, các sản phẩm của quá trình chuyển hóa tinh bột, lipid, acid hữu cơ, protein, tuy nhiên phổ biến nhất là glucose. 166 4.2. Bộ máy hô hấp 4.2.1. Cấu tạo của ty thể Khác với quang hợp, trong cơ thể thực vật không có cơ quan hô hấp chuyên biệt. Quá trình hô hấp được thực hiện trong một bào quan nằm trong tế bào chất đó là ty thể. Vì thế, ty thể được coi như là trung tâm sản sinh ra năng lượng của tế bào hay còn gọi là nhà máy điện của tế bào (cell powerhouse). Trong cấu tạo ty thể có rất nhiều đặc điểm để phù hợp với chức năng hô hấp của tế bào. Trong tế bào thực vật ty thể có dạng hình cầu, dạng que hay dạng sợi dài: đường kính 0,5-1 μm, chiều dài 1-5 μm. Số lượng ty thể trong một tế bào phụ thuộc vào hoạt động trao đổi chất của mô bào đó. Cơ quan nào có hoạt động trao đổi chất mạnh thì số lượng ty thể nhiều và ngược lại. Thành phần chủ yếu của ty thể là protein chiếm 70% khối lượng khô, được chia làm hai loại là protein hòa tan như các protein enzyme và protein không hòa tan như các protein tham gia cấu tạo nên các phức hợp chức năng định vị trên màng trong của ty thế. Ngoài ra trong ty thể còn có lipid chiếm khoảng 27% chủ yếu là phospholipid, còn lại là ADN và ARN riêng của ty thể. Ty thể được cấu tạo bởi ba phần: màng ngoài bao bọc; màng trong ty thể và khoang ty thể (Hình 4.1). Hình 4.1. Cấu trúc ty thể, hình mô ...