Hô hấp ở thực vật là gì? Con đường hô hấp ở thực vật?

1. Hô hấp ở thực vật là gì?

Hô hấp ở thực vật là quá trình oxy hóa sinh học của tế bào sống trong đó các phân tử hữu cơ bị oxy hóa thành CO2 và H2O, đồng thời giúp giải phóng năng lượng và một phần năng lượng đó có thể được tích lũy trong ATP.

– Thực vật không có cơ quan hô hấp chuyên biệt. Hô hấp xảy ra ở tất cả các bộ phận của cơ thể thực vật, đặc biệt là các cơ quan đang trải qua các hoạt động sinh lý như nảy mầm hạt, phát triển hoa và quả.

– Bào quan thực hiện chức năng hô hấp chính được gọi là ti thể.

Phương trình tổng quát: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + năng lượng (nhiệt + ATP)

* Vai trò của hô hấp đối với cơ thể thực vật

– Năng lượng nhiệt giải phóng ra cần thiết để duy trì nhiệt độ thuận lợi cho các phản ứng sinh hóa của cơ thể, giúp các hoạt động sống hoạt động bình thường.

– Năng lượng dự trữ trong ATP được sử dụng để: tham gia các phản ứng sinh hóa, vận chuyển vật chất trong cây, sinh trưởng, tổng hợp các chất hữu cơ, sửa chữa các tổn thương tế bào…

– Tạo ra nhiều sản phẩm trung gian là nguyên liệu để tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể.

2. Con đường hô hấp ở thực vật:

* Phân giải hiếu khí (đường phân và hô hấp hiếu khí)

– Xảy ra mạnh ở các mô và cơ quan đang hoạt động sinh lý như: hạt đang nẩy mầm, hoa đang nở… khi có đủ oxi.

Đường phân:

Diễn ra trong tế bào chất.

1 Glucozo → 2 Axit piruvic + 2ATP + 2NADH

Hô hấp hiếu khí diễn ra trong chất nền ty thể gồm 2 quá trình như sau:

2 Axit piruvic → 6CO2 + 2ATP + 8NADH + 2FADH2

Chu trình Crep: diễn ra trong chất nền ty thể, khi có oxy, axit pyruvic từ tế bào chất đi vào ty thể, chuyển hoá theo chu trình Crep và bị oxi hoá hoàn toàn.

Chuỗi truyền electron: diễn ra ở màng trong ti thể, hydro tách ra khỏi axit pyruvic trong chu trình Crep được chuyển vào chuỗi electron thành oxy để tạo thành nước.

– Kết quả: Từ 1 phân tử glucose qua quá trình phân giải hiếu khí, giải phóng 36 hoặc 38 ATP (tùy tài liệu) và nhiệt lượng.

* Phân giải kị khí (đường phân và lên men)

– Xảy ra khi rễ bị ngập nước, hạt bị ngâm trong nước, cây trong điều kiện thiếu oxy.

– Xảy ra trong tế bào chất, bao gồm 2 quá trình:

Đường phân: Là quá trình phân giải Glucose thành axit pyruvic.

Lên men: axit pyruvic lên men tạo thành rượu etylic và CO2 hoặc tạo thành axit lactic.

3. Mối quan hệ hô hấp – quang hợp và hô hấp – môi trường:

– Mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật: Quang hợp và hô hấp là hai mặt của quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng.

– Phân tích:

+ Hô hấp và quang hợp là hai mặt trái ngược nhau vì: Quang hợp là quá trình lá tổng hợp chất hữu cơ, tích lũy năng lượng từ cacbon dioxit và nước đồng thời nhờ có diệp lục và sử dụng ánh sáng, giải phóng oxy. Còn hô hấp là quá trình sử dụng oxy để nhằm mục đích phân giải chất hữu cơ, giải phóng năng lượng cung cấp cho các hoạt động sống của cơ thể, đồng thời giải phóng cacbon dioxit và nước.

– Hô hấp và quang hợp có mối quan hệ chặt chẽ và gắn bó với nhau vì: Sản phẩm của quang hợp (chất hữu cơ) là nguyên liệu chính cho quá trình hô hấp. Ngược lại, sản phẩm của hô hấp là nguyên liệu (CO2) cho quá trình quang hợp. Ngoài ra, hô hấp còn tạo ra các sản phẩm trung gian làm tăng cường áp suất thẩm thấu của tế bào chồi, tạo điều kiện cho rễ hấp thụ nước, cung cấp nguyên liệu cho quang hợp.

4. Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến hô hấp ở thực vật:

* Nhiệt độ:

– Hô hấp bao gồm các phản ứng hóa học cùng với sự xúc tác của các enzim. Mà các enzim hoạt động phụ thuộc vào nhiệt độ.

* Giới hạn nhiệt độ của hô hấp:

Nhiệt độ tối thiểu (0oC → 10oC): Là nhiệt độ mà cây bắt đầu biểu hiện hô hấp. Nhiệt độ tối thiểu cũng phụ thuộc vào các loại cây ở các vùng sinh thái khác nhau

Nhiệt độ tối ưu (30oC → 35oC): Là nhiệt độ mà cường độ hô hấp đạt giá trị cao nhất

Nhiệt độ tối đa (40oC → 45oC), ở nhiệt độ quá cao, protein bị biến tính, cấu trúc của nguyên sinh chất bị phá hủy dẫn đến tình trạng cây chết.

– Khi nhiệt độ tăng, cường độ hô hấp tăng đến giới hạn chịu đựng của cây.

– Sự phụ thuộc của hô hấp vào nhiệt độ được tuân theo định luật Van –Hop: Q10 = 2 _ 3 (khi tăng nhiệt độ lên 100C thì tốc độ phản ứng tăng lên 2 – 3 lần).

* Hàm lượng nước:

– Vai trò của nước trong hô hấp

Nước là dung môi, là môi trường để các phản ứng sinh hóa xảy ra trong hô hấp

Tham gia trực tiếp vào quá trình oxy hóa các chất của hô hấp

– Nồng độ nước và cường độ hô hấp:

Cường độ hô hấp thuận lợi với nồng độ nước trong cơ thể và các cơ quan hô hấp. Nồng độ nước trong các cơ quan hô hấp càng cao thì cường độ hô hấp càng cao và ngược lại

Đối với các cơ quan ở trạng thái ngủ đông (hạt), tăng lượng nước làm tăng cường độ hô hấp.

* Nồng độ O2 và CO2:

Cơ sở khoa hoc:

+ Oxy tham gia trực tiếp vào quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong hô hấp

+ Oxy là chất nhận electron cuối cùng trong chuỗi electron, sau đó tạo thành nước

+ CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp

+ Các phản ứng giải phóng CO2 vào không khí được gọi là các phản ứng thuận nghịch

+ Khi nồng độ CO2 trong môi trường tăng cao thì phản ứng chuyển dịch theo hướng ngược lại

Ảnh hưởng của nồng độ O2

Khi nồng độ O2 trong không khí giảm xuống dưới 10%, quá trình hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống 5%, cây sẽ chuyển sang quá trình phân giải kị khí → bất lợi cho cây trồng.

Ảnh hưởng của nồng độ CO2

Trong môi trường, nồng độ CO2 cao hơn 40% sẽ ức chế quá trình hô hấp.

* Hệ số hô hấp:

– Khái niệm: Hệ số hô hấp (RQ) là tỷ số giữa số phân tử CO2 thải ra và số phân tử O2 hấp thụ trong quá trình hô hấp → Dựa vào RQ, ta có thể xác định được nguyên liệu thô của quá trình hô hấp:

+ RQ =1 → nguyên liệu hô hấp là carbohydrate

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O  (RQ =1)

+ RQ < 1 thì nguyên liệu hô hấp là lipit, prôtêin

2C3H8O3 (glixerin) + 7O2 → 6CO2 + 8H2O     (RQ = 0,86

C18H36O6 (Axit stearic)+ 26O2 → 18CO2 + 18H2O   (RQ= 0,69)

+ RQ >1 → nguyên liệu hô hấp là các axit hữu cơ

2C2H2O4  (Axit oxalic)+ O2 → 4CO2 + 2H2O   (RQ = 4)

– Ý nghĩa: Ngoài việc biết nhóm chất nào là vật liệu hô hấp, hệ số hô hấp cũng có thể được sử dụng để đánh giá tình trạng hô hấp của cây. Giúp ra quyết định, biện pháp bảo quản nông sản và chăm sóc cây trồng

* Hô hấp và bảo quản nông sản:

– Mục tiêu của bảo quản

Duy trì số lượng và chất lượng tối đa của đối tượng được bảo quản trong quá trình quản lý

– Hậu quả của hô hấp đối với quá trình bảo quản nông sản

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

+ Hô hấp làm tăng nhiệt độ của môi trường bảo quản, dẫn đến tăng cường độ hô hấp của chất cần bảo quản

+ Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng cần bảo quản, do đó tăng cường độ hô hấp của chất cần bảo quản

+ Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Khi hô hấp tăng → O2 giảm, CO2 tăng và khi O2 giảm quá nhiều, CO2 tăng quá nhiều, hô hấp của đối tượng cần bảo quản chuyên sang phân giải kị khí

– Biện pháp bảo quản nông sản: Có 2 biện pháp chính là bảo quản khô (áp dụng cho các loại hạt trong kho lớn) và bảo quản lạnh