[Last Updated On: 21/08/2021]
Hô hấp ở thực vật là quá trình phân giải hoàn toàn nguyên liệu hữu cơ [trước hết là gluxit] vơi sự tham gia của oxi không khí tạo thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng là CO2 và H2O, đồng thời giải phóng 1 lượng lớn năng lượng cung cấp cho tất cả hoạt động sống của cơ thể và tạo ra những sản phẩm trung gian làm nguyên liệu cho các quá trình trao đổi chất khác nhau ở trong cây.
Phương trình tổng quát
C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O – Q + 689 kcal/mol glucose
▲Q= – 689 kcal/mol glucose → 2880 kJ/mol glucose
Về thực chất, hô hấp là một hệ thống oxy hóa – khử phức tạp trong đó diễn ra các phản ứng oxy hóa – khử tách điện tử và hydro từ nguyên liệu hô hấp chuyển tới oxy không khí và tạo thành nước. Năng lượng giải phóng ra trong các phản ứng oxy hoá-khử đó được cố định lại trong các mối liên kết giàu năng lượng.
Con đường biến đổi cơ chất hô hấp: Quá trình hô hấp thực vật bao gồm 2 giai đoạn kế tiếp nhau: giai đoạn tách hydro [H2] từ cơ chất và giai đoạn chuyển điện tử trên chuỗi chuyển vận điện tử.
Cơ quan hô hấp: Thực vật không có cơ quan chuyên trách về hô hấp như ở động vật. Hô hấp xảy ra ở tất cả các cơ quan của ty thể, đặc biệt xảy ra mạnh ở các cơ quan đang sinh trưởng, sinh sản và ở rễ.
Bào quan hô hấp: Ty thể là bào quan đóng vai trò chính trong quá trình hô hấp và được xem là “trạm biến thế năng lượng” của tế bào. Hình dạng, số lượng, kích thước của ty thể thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào từng loài, từng cơ quan, loại tế bào khác nhau và mức độ trao đổi chất của chúng.
Vai trò của hô hấp đối với thực vật
Hô hấp được xem là quá trình sinh lý trung tâm của cây xanh, có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng:
- Hô hấp cung cấp năng lượng cho tất cả các hoạt động của cây. Nếu như trong quang hợp năng lượng ánh sáng mặt trời được tích lũy vào trong các hợp chất hữu cơ thì trong quá trình hô hấp, năng lượng đó lại được giải phóng ra dưới dạng ATP và năng lượng ATP này được sử dụng cho các hoạt động sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thu và vận chuyển chủ động các chất, quá trình phân chia, vận động và sinh trưởng của tế bào…
- Quá trình hô hấp tạo ra nhiều hợp chất trung gian, chúng là nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp nên các chất hữu cơ khác nhau trong cơ thể. Do đó không thể xem hô hấp như là quá trình phân giải đơn thuần mà nó còn mang ý nghĩa đối với quá trình tổng hợp nữa.
- Hô hấp tạo nên cơ sở năng lượng và nguyên liệu giúp cây chống chịu với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi như chịu bệnh, chịu nóng, chịu rét…
Trong sản xuất, việc hiểu biết về hô hấp giúp ta đề xuất các biện pháp điều chỉnh hô hấp theo hướng có lợi có lợi cho con người như giảm thiểu hô hấp vô hiệu, tránh hô hấp yếm khí và khống chế hô hấp trong quá trình bảo quản nông sản để giảm thiểu sự hao hụt chất hữu cơ do hô hấp.
Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến hô hấp
Nhiệt độ: Hô hấp bao gồm các phản ứng hóa học với sự xúc tác của các enzyme, do đó hô hấp phụ thuộc chặt chẽ. Nhiệt độ tối thiểu cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng 0-10ºC tùy theo loài cây ở các vùng sinh thái khác Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 30-35 ºC và nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 40-45 ºC.
Hàm lượng nước: Nước là dung môi cho các phản ứng hóa học xảy Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hóa nguyên liệu hô hấp vì thế, hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp.
Nồng độ CO2 và O2 : O2 tham gia vào oxi hóa các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi chuyển vận hô hấp 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 phân giải hiếm khí, gây bất lợi cho cây. CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacboxi hóa để giải phóng CO2 là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng CO2 trong môi trường cao sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch sang chiều nghich, gây ức chế hô hấp.
Hô hấp và các hoạt động sinh lý trong cây
Giữa hô hấp và các hoạt động sinh lý trong cây có mối liên hệ mật thiết với nhau. Trong đó, quang hợp và hô hấp là hai chức năng sinh lý quan trọng nhất quyết định năng suất cây trồng. Hai quá trình này vừa mâu thuẩn vừa thống nhất nhau. Có thể hình dung mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp theo sơ đồ:
Hô hấp còn có ý nghĩa quan trọng đối với hút nước, hút khoáng và tính miễn dịch của cây trồng.
[Tài liệu tham khảo: Sinh học Đại cương, Nguyễn Như Hiền]
Hãy giải thích mối liên quan giữa hô hấp và nhiệt độ môi trường, giữa hô hấp và hàm lượng nước trong cây.
Giải
* Sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới hô hấp của cây: Hô hấp bao gồm các phản ứng hóa học với sự xúc tác của các enzim, 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 cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng 0°C – 10°C tùy theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau.
Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 30 – 35°C.
Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 40 – 45°C.
* Sự ảnh hưởng của hàm lượng nước đối với hô hấp của cây:
Nước là dung môi và là môi trường cho các phản ứng hóa học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình ôxi hóa 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% có cường độ hô hấp rất thấp [ở mức tối thiểu].
——————————————————-
Bài 2.
Sự thay đổi nồng độ O2 và CO2 trong môi trường sẽ ảnh hưởng đến hô hấp như thế nào?
Giải
Sự ảnh hưởng của nồng độ O2 và CO2 tới hô hấp của thực vật:
* Nồng độ O2 : O2 tham gia trực tiếp vào việc ôxi hóa các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi chuyền 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 phân giải kị khí là dạng hô hấp không có hiệu quá năng lượng, rất bất lợi cho cây trồng.
* Nồng độ CO2: CO2 là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hóa 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.
——————————————————-
Bài 3.
Tại sao trong quá trình bảo quản nông sản, thực phẩm, rau quả người ta phải khống chế sao cho cường độ hô hấp luôn ở mức tối thiểu?
Giải
Trong quá trình bảo quản nông sản, thực phẩm, rau quả người ta phải khống chế sao cho cường độ hô hấp luôn ở mức tối thiểu. Nếu không như vậy, các đối tượng bảo quản sẽ hô hấp mạnh hơn dẫn đến các hậu quả: giảm số lượng và chất lượng, làm giảm O2 và tăng CO2 môi trường, nếu quá mức đối tượng bảo quản có thể nhanh chóng bị phân hủy.
————————————————————–
Bài 4.
Hãy nêu các biện pháp bảo quản đang được sử dụng mà em biết.
Giải
Để giảm cường độ hô hấp đến mức tối thiểu [không giảm đến 0 vì đối tượng bảo quản sẽ chết] người ta thường sử dụng ba biện pháp bảo quản sau đây:
* Bảo quản khô: Biện pháp bảo quản này thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đưa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 13 – 16% tùy theo từng loại hạt.
* Bảo quản lạnh: phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng phương pháp này. Chúng được giữ trong các kho lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau [tùy loại]. Ví dụ, cam chanh ở 6°c, các loại rau 3 – 7°c.
* Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO2 cao gây ức chế hô hấp: 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 pôliêtilen. Tuy nhiên, việc xác định nồng độ CO2 thích hợp [không thấp quá vì không tác dụng, không quá cao vì ức chế hoàn toàn hô hấp] là điều hết sức quan trọng đối với các đối tượng bảo quản và mục đích bảo quản.
———————————————————————-
Bài 5.
Tại sao ta không để rau quả trên ngăn đá của tủ lạnh?
Giải
Không để rau quả trên ngăn đá của tủ lạnh là vì: Trong rau quả đều chứa một hàm lượng nước [khá nhiều] nhất định. Nếu để vào ngăn đá, nước sẽ đóng băng, khi nước đóng băng làm tế bào to ra sẽ phá vỡ các bào quan, làm hỏng tế bào và làm cho rau quả chóng bị hỏng.