Bồi dưỡng HSG chủ đề Hô Hấp ở thực vật Sinh học 11

CHỦ ĐỀ HÔ HẤP THỰC VẬT MÔN SINH HỌC 11

1. Khái niệm về hô hấp

a. Định nghĩa và phương trình hô hấp

- Hô hấp là quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ thành CO₂ và H₂O đồng thời giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của cơ thể.

- Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp đợc viết như sau:

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

b. Vai trò của quá trình hô hấp

- Trước hết thông qua quá trình hô hấp, năng lượng hoá học tự do dưới dạng ATP được giải phóng từ các hợp chất hữu cơ và năng lượng dưới dạng ATP này được sử dụng cho các quá trình sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất, quá trình vận động sinh trưởng, quá trình phát quang sinh học,…

- Trong các giai đoạn của quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã được hình thành và các sản phẩm trung gian này lại là đầu mối (nguyên liệu) của các quá trình tổng hợp

nhiều chất khác trong cơ thể.

2. Cơ chế hô hấp              

Cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp sau:

- Con đường đường phân

- Chu trình Crép

- Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá

a. Phân giải kị khí (đường phân và lên men)

* Điều kiện :  + Xảy ra trong rễ cây khi bị ngập úng hay hạt khi ngâm trong nước,+ Thiếu oxi.

* Phân giải kị khí gồm :     

- Đường phân: xảy ra trong tế bào chất, phân giải 1 glucôzơ thành 2 axit piruvic + 2ATP + 2 NADH

- Lên men:

   C₆H₁₂O₆  → 2 êtilic+2CO₂ + 2ATP +  nhiệt

   C₆H₁₂O₆  → 2 axit lactic +  2ATP +  nhiệt

b. Phân giải hiếu khí (đường phân và hô hấp hiếu khí)

- Phân giải hiếu khí gồm đường phân và hô hấp hiếu khí (gồm Chu trình Crep và chuỗi chuyền electron)

- Các giai đoạn của phân giải hiếu khí:

	Đường phân	Chu trình Crep	Chuỗi chuyền e
Nguyên liệu	1 C6H12O6	2 axit piruvic	10NADH 2 FADH2
Nơi xảy ra	tế bào chất	chất nền ti thể	màng trong ti thể
Sản phẩm	2ATP 2NADH 2 axit piruvic	6CO2 2ATP 8NADH 2 FADH2	10NADH = 10 x 3ATP= 30 ATP 2 FADH2 = 2 x 2ATP = 4 ATP 6H2O Nhiệt

- Hô hấp hiếu khí diễn ra mạnh như hạt đang nảy mầm, hoa đang nở.

c. Chuỗi truyền điện tử và quá trình photphorin hoá tạo ra 30 ATP

3. Hệ số hô hấp (RQ)

- Hệ số hô hấp- kí hiệu là RQ - là tỉ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử O2 hút vào khi hô hấp. RQ của nhóm hydrat cacbon bằng 1

Ví dụ : C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ = 6CO₂ + 6H₂O

RQ = 6/6 = 1

RQ của nhóm lipit,protein thường < 1

RQ của nhiều acit hữu cơ thường > 1

- Ý nghĩa của hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu (bản thể) đang hô hấp là nhóm chất gì và trên cơ sở đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp và tình trạng của cây.

4. Năng lương hô hấp

- Hệ số sử dụng năng lượng hô hấp

- Cơ chế hình thành ATP

5. Hô hấp sáng

-  Khái niệm: Là quá trình hấp thụ O₂ và giải phóng CO₂ ở ngoài sáng.

-  Điều kiện: cường độ ánh sáng cao (CO₂ cạn kiệt, O₂ tích luỹ nhiều), tại lục lạp của thực vật C₃

Khi thực vật C₃ phải sống trong điều kiện khí hậu nóng ẩm kéo dài với nồng độ O₂ cao, cường độ ánh sáng cao, trong khi nồng độ CO₂ lại thấp.

3. Các bào quan tham gia: lục lạp, perôxixôm, ti thể.

4. Đặc điểm:

-  xảy ra đồng thời với QH, không tạo ATP, tiêu hao rất nhiều sản phẩm của quang hợp (30 - 50%)

- trong pha cacboxi hoá của chu trinh Canvin xảy ra quá trình: oxi hoá RiDP thành Axit glycolic. Axit glycolic chính là bản thể của hô hấp sáng.

- Hô hấp sáng không có ý nghĩa về mặt năng lượng (không giải phóng ATP), nhưng lại tiêu tốn 30-50% sản phẩm quang hợp.

6. Hô hấp và các điều kiện môi trường

a. Hô hấp và nhiệt độ

- Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá học với sự xúc tác của các ezim do đó phụ thuộc chặt chẽ vào nhiệt độ.

- Mối quan hệ giữa cường độ hô hấp và nhiệt độ thường được biểu diễn bằng đồ thị có đường cong một đỉnh.

+ Nhiệt độ thấp nhất mà cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng -100C; 00C tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau.

+ Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 35 - 400C

+ Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 45 - 550C . Trên nhiệt độ tối đa, bộ máy hô hấp sẽ bị phá huỷ.

b. Hô hấp và hàm lượng nước

- Nước vừa là dung môi vừa là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hoá nguyên liệu hô hấp. Vì vậy hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể hô hấp liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp.

- Các nghiên cứu cho thấy:

+ Cường độ hô hấp tỉ lệ thuận với hàm lượng nước (độ ẩm tương đối) của cơ thể, cơ quan hô hấp.

+ Hàm lượng nước trong cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại. Hạt thóc, ngô phơi khô có độ ẩm khoảng 13 - 16% có cường độ hô hấp rất thấp (ở mức tối thiểu).

c. Hô hấp và nồng độ các khí O₂, CO₂ trong không khí

- O₂ tham gia trực tiếp vào việc oxi hoá các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi truyền điện tử để sau đó hình thành nước trong hô hấp hiếu khí. Vì vậy nếu nồng độ O₂ trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang hô hấp kị khí-dạng hô hấp không có hiệu quả năng lượng rất bất lợi cho cây trồng.

- CO₂ là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng CO₂ là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng CO₂ cao trong môi trường sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế.

6. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản thực

a. Mục tiêu của bảo quản:

Giữ được đến mức tối đa số lượng và chất lượng của đối tượng bảo quản trong suốt quá trình bảo quản.

b. Ảnh hưởng của hô hấp trong quá trình bảo quản:

- Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của đối tượng bảo quản, do đó làm giảm số lượng và chất lượng trong quá trình bảo quản.

- Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản.

- Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản.

- Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng O2 sẽ giảm, CO2 sẽ tăng và khi O2 giảm quá mức, CO2 tăng quá mức thì hô hấp ở đối tượng bảo quản sẽ chuyển sang dạng hô hấp yếm khí và đối tượng bảo quản sẽ bị phân huỷ nhanh chóng.

c. Các biện pháp bảo quản:

- Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo từng loại hạt.

- Bảo quản lạnh: Phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng phương pháp này. Chúng đợc giữ trong các kho lạnh, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: khoai tây ở 4, cải bắp ở 1, cam, chanh ở 6^oC.

- Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO₂ cao: Đây là biện pháp bảo quản hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao. Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO₂ cao hoặc đơn giản hơn là các túi polietilen. Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO₂ thích hợp là điều hết sức quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản.

Câu 1

1. Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật là gì?

2.  Bản chất của quá trình hô hấp?

3. Trình bày cơ chế hô hấp với các giai đoạn hô hấp ở tế bào?

 Trả lời:

1.  Cơ quan thực hiện quá trình hô hấp ở thực vật.

    - Ti thể là bào quan làm nhiệm vụ hô hấp ở tế bào. Nó được xem là “trạm biến thế năng lượng” của tế bào.

    -   Bản chất của quá trình hô hấp

Bản chất của quá trình hô hấp: Khác với quá trình đốt cháy chất hữu cơ ngoài cơ thể, quá trình ôxi hoá trong cơ thể phải trải qua nhiều chặng, bao gồm nhiều phản ứng hoá sinh để cuối cùng giải phóng CO₂, H₂O và năng lượng dưới dạng ATP.

     - Các giai đoạn của quá trình hô hấp trong cơ thể thực vật gồm:

     - Giai đoạn đường phân xảy ra ở chất tế bào là pha phân giải kị khí chung cho cả hô hấp kị khí(lên men) và hô hấp hiếu khí. Đó là quá trình phân giải phân tử glucôzơ đến axit piruvic( từ một phân tử glucôzơ hình thành nên 2 phân tử axit piruvic).

      - Nếu không có ôxi, axit piruvic chuyển hoá theo con đường hô hấp kị khí ( lên men) tạo rượu êtilic kèm theo sự giải phóng CO₂, cũng có thể lên men lactic, xuất hiện sản phẩm lên men là axit lactic, không giải phóng ôxi. Hô hấp kị khí không tích luỹ thên năng lượng ngoài 2 phân tử ATP được hình thành ở chặng đường phân.

       - Khi có ôxi, sản phẩm của đường phân là axit piruvic di chuyển vào cơ chất của ti thể, tại đó nó bị ôxi hoá và loại CO₂ , hình thành nên axêtin côenzimA.

 + Chất này di chuyển vào chu trình Crep trong cơ chất của ti thể.

Qua chu trình Crep thêm 2 phân tử CO₂ bị loại, như vậy phân tử axit piruvic( 1/2 phân tử glucôzơ) đã bị ôxi hoá hoàn toàn qua 1 vòng của chu trình Crep.

             + Các H⁺  và e^- được tách ra khỏi cơ chất hô hấp và truyền đến chuỗi truyền điện tử hô hấp( NAD, FAD,...) phân bố trong màng trong ti thể.

            Như vậy, chu trình Crep khung các bon từ nguyên liệu hô hấp(axit piruvic) bị bẻ gãy hoàn toàn, giải phóng 3 phân tử CO₂; chuỗi truyền điện tử H⁺  tách ra khỏi axit piruvic trong chu trình Crep  được truyền đến chuỗi truyền điện tử trong màng trong ti thể đến ôxi để tạo phân tử H₂O và tích luỹ được 36 ATP.

Câu 2

      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:

- 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.

Câu 3. Trình bày về năng lượng hô hấp ở thực vật?

Đáp án:

- Khái niệm hô hấp ở thực vật.

- Ý nghĩa của hô hấp: Năng lượng hô hấp được tạo ra dưới dạng ATP và nhiệt.

+ Hô hấp hiếu khí: là con đường chủ yếu cung cấp năng lượng cho thực vật

Có 2 quá trình tạo năng lượng ATP: photphorin hóa trực tiếp cơ chất (đường phân và chu trình Crebs) và qua chuỗi vận chuyển electron hô hấp.

+ Lên men: là phản ứng thích nghi của TV trong điều kiện thiếu oxi, tạo ra ít năng lượng ATP.

- Năng lượng dưới dạng nhiệt được tạo ra để giữ nhiệt cho cơ thể, tạo điều kiện cho các phản ứng. Một phần thải ra môi trường.

Câu 4: a. Hệ số hô hấp là gì? Có nhận xét gì về hệ số hô hấp của hạt cây họ lúa và hạt hướng dương trong quá trình nảy mầm?

              b. Tính năng lượng thu được trong các giai đoạn của quá trình hô hấp khi oxi hóa hết 18g Glucozo?

Trả lời:

a.- Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số giữa số phân tử CO₂ thải ra và số phân tử oxi cây lấy vào khi hô hấp.

- Trong quá trình nảy mầm của cây họ lúa, chất dự trữ chủ yếu là đường thì hệ số hô hấp gần bằng 1.

+ Ở hạt cây hướng dương giàu chất béo, sự biến đổi của hệ số hô hấp phức tạp: ở giai đoạn đầu hệ số hô hấp xấp xỉ bằng 1 do hạt sử dụng đường để hô hấp, sau đó hệ số hô hấp giảm xuống còn 0,3 – 0,4 do hạt sử dung nguyên liệu là chất béo, tiếp theo đó hệ số hô hấp lại tăng lên gần bằng 1 do đường bắt đầu được tích lũy.

b. Tính hệ số hô hấp

18g glucozo ứng với 0,1mol => có 0,1 * 6,02.10²³ phân tử

- Đường phân từ 1 phân tử glucozo tạo ra 2 ATP

- Nếu không có oxi thì từ 1 glucozo tạo 2ATP

      - Nếu có oxi thì ở chu trình Creps tạo ra 2 ATP

      - Chuỗi chuyền electron tạo ra 34 ATP

(HS nhân kết quả trên với số phân tử Glucozo là được)

Câu 5

Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số giữa các phân tử CO₂ thải ra và số phân tử O₂ hút vào khi cơ thể hô hấp. Hãy tính RQ khi nguyên liệu hô hấp là: C₆H₁₂O₆( glucozơ); C₄H₆O₆ (axit tactric); C₃H₈O₃( glixerin);

C₁₈H₃₆O₂ ( axit stearic).

C₆H₁₂O₆ =è RQ = 1

C₄H₆O₆   RQ = 1.6

C₃H₈O₃   RQ = 6/7

C₁₈H₃₆O₂   RQ = 18/26

----

 -(Để xem nội dung của tài liệu, các em vui lòng xem online hoặc đăng nhập HOC247.NET tải về máy)-

Trên đây là toàn bộ nội dung tài liệu Bồi dưỡng HSG chủ đề Hô Hấp ở thực vật Sinh học 11. Để xem thêm nhiều tài liệu tham khảo hữu ích khác các em chọn chức năng xem online hoặc đăng nhập vào trang hoc247.net để tải tài liệu về máy tính.

Hy vọng tài liệu này sẽ giúp các em học sinh ôn tập tốt và đạt thành tích cao trong học tập.