1. Định nghĩa
Hô hấp là quá trình ôxi hoá các hợp chất hữu cơ thành và , 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 được viêt như sau:
(năng lượng: ATP + nhiệt)
2. Vai trò của hô hấp
Hô hấp được xem là quá trình sinh lí trung tâm của cây xanh, có vai trò đặc biệt quan trọng trong các quá trình trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng:
- Thông qua quá trình hô hấp, năng lượng hoá học được giải phóng từ các hợp chất hữu cơ dưới dạng ATP và năng lượng 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… 1 phân tử glucôzơ khi hô hấp hiếu khí giải phóng 38 ATP. Như vậy hiệu suất sử dụng năng lượng trong thực vật có thể đạt 50% năng lượng có trong phân tử glucôzơ (674 kcal/M)
- Trong các quá trình hô hấp, nhiều sản phẩm trung gian đã được hình thành và các sản phẩm trung gian này lại là nguyên liệu của các quá trình tổng hợp nhiều chất khác trong cơ thể. Với vai trò này, hô hấp được xem như quá trình tổng hợp cả về năng lượng lẫn vật chất.
II. CƠ QUAN VÀ BÀO QUAN HÔ HẤP
1. 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 cơ thể, đặc biệt xảy ra mạnh ở các cơ quan đang sinh trưởng, đang sinh sản và ở rễ.
2. Bào quan hô hấp
Bào quan thực hiện chức năng hô hấp chính là ti thể (xem lại SGK Sinh học 10).
III. CƠ CHẾ HÔ HẤP
* Dựa vào kiến thức đã học ở lớp 10 (phần hô hấp tế bào), hãy trình bày các giai đoạn hô hấp.
Các giai đoạn của quá trình hô hấp trong cơ thể thực vật có thể tóm tắt như sau:
- Giai đoạn 1: Đường phân xảy ra ở tế bào chất:
Glucôzơ ------> Axit piruvic + ATP + NADH
- Giai đoạn 2: Hô hấp hiếu khí hoặc là phân giải kị khí (lên men) tuỳ theo sự có mặt của :
+ Nếu có : Hô hấp hiếu khí xảy ra ở ti thể theo chu trình Crep:
+ Nếu thiếu : Phân giải kị khí (lên men) tạo ra rượu êtilic hoặc axit lactic:
rượu êtilic năng lượng
Axit lactic + năng lượng
- Giai đoạn 3: Chuỗi chuyển êlectron và quá trình phôtphorin hoá ôxi hoá tạo ra ATP và có sự tham gia của .
IV. HỆ SỐ HÔ HẤP (RQ)
Hệ số hô hấp (kí hiệu là RQ): là tỉ số giữa số phân tử thải ra và số phân tử lấy vào khi hô hấp.
RQ của nhóm cacbohiđrat bằng 1: Ví dụ:
RQ = 6/6 = 1
RQ của nhóm lipit, prôtêin < 1 RQ của nhiều axit hữu cơ > 1
Một số ví dụ:
(Glixêrin) RQ = 0,86
(Axit stêaric) RQ = 0,69
(Axit ôxalic) RQ = 4,0
Ý nghĩa của hệ số hô hấp: Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu đang hô hấp là nhóm chất gì và qua đó có thể đánh giá tình trạng hô hấp của cây. Trên cơ sở hệ số hô hấp, có thể quyết định các biện pháp bảo quản nông sản và chăm sóc cây trồng.
V. HÔ HẤP SÁNG
Hô hấp sáng là quá trình hô hấp xảy ra ngoài ánh sáng. Hô hấp sáng không tạo ra năng lượng ATP, nhưng lại tiêu tốn 30 – 50% sản phẩm quang hợp.
VI. MỐI QUAN HỆ GIỮA QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP TRONG CÂY
Hô hấp là quá trình ôxi hoá các hợp chất hữu cơ để giải phóng năng lượng cho mọi quá trình sống của cây.
Hô hấp xảy ra ở tế bào chất và ở ti thể của tất cả các tế bào sống, theo các giai đoạn: quá trình đường phân, sau đó tuỳ theo điều kiện có hay không có mặt mà hô hấp theo hai hướng: kị khí (lên men) hoặc hiếu khí.
Hệ số hô hấp cho biết nguyên liệu đang hô hấp và tình trạng hô hấp của cây.
Hô hấp sáng xảy ra ở thực vật với sự tham gia của 3 bào quan: lục lạp, perôxixôm, ti thể.
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
1. Hô hấp là gì và vai trò của nó như thế nào?
2. Nêu các giai đoạn hô hấp xảy ra ở thực vật
3. RQ là gì và ý nghĩa của nó?
4*. Hãy nêu sự khác nhau giữa hô hấp hiếu khí và quá trình lên men ở thực vật
5*. Hãy chọn phương án trả lời đúng
Giai đoạn nào chung cho quá trình lên men và hô hấp hiếu khí?
A. Chu trình Crep
B. Chuỗi chuyền êlectron
C. Đường phân
D. Tổng hợp axêtyl – CoA
E. Khử axit piruvic thành axit lactic
VII. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ MÔI TRƯỜNG ĐẾN HÔ HẤP Ở THỰC VẬT
1. NHIỆT ĐỘ
Hô hấp bao gồm các phản ứng hoá 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 tối thiểu cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng tuỳ theo loài cây ở các vùng sinh thái khác nhau.
Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng
Nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng
2. HÀM LƯỢNG NƯỚC
Nước là dung môi và là môi trường cho các phản ứng hoá học xảy ra. Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình ôxi hoá nguyên liệu hô hấp. Vì vậy hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể 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, hạt ngô phơi khô có độ ẩm khoảng 13% có cường độ hô hấp rất thấp (ở mức tối thiểu).
3. NỒNG ĐỘ
a. Nồng độ
tham gia trực tiếp vào việc ôxi hoá các chất hữu cơ và là chất nhận êlectron cuối cùng trong chuỗi chuyển êlectron để sau đó hình thành nước trong hô hấp hiếu khí. Vì vậy, nếu nồng độ 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 quả năng lượng, rất bất lợi cho cây trồng.
b. Nồng độ
là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacbôxi hoá để giải phóng là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng trong môi trường cao sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch theo chiều nghịch và hô hấp bị ức chế.
4. HÔ HẤP VÀ VẤN ĐỀ BẢO QUẢN NÔNG SẢN
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. Hậu quả của hô hấp đối với 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.
c. Các biện pháp bảo quản
* Dựa vào kiến thức ở mục IV.1, 2, hãy cho biết tại sao các biện pháp bảo quản đều nhằm một mục đích giảm mức tối thiểu cường độ hô hấp?
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:
a) 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% tuỳ theo từng loại hạt.
b) 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, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Ví dụ: khoai tây ở , cải bắp ở , cam chanh ở , các loại rau khác là
c) Bảo quản trong điều kiện nồng độ 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 cao hoặc đơn giản hơn là các túi pôliêtilen. Tuy nhiên, việc xác định nồng độ 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.
Có mối liên quan thuận giữa hô hấp với nhiệt độ của môi trường trong khoảng từ nhiệt độ tối thiểu đến nhiệt độ tối ưu, sau đó hô hấp sẽ giảm mạnh khi nhiệt độ tăng lên.
Mối liên quan giữa độ ẩm của mô, cơ quan, cơ thể với hô hấp cũng là mối liên quan thuận.
Mối liên quan giữa nồng độ với hô hấp là mối liên quan nghịch.
Mục đích của bảo quản nông sản, thực phẩm, rau quả là bảo tổn số lượng và chất lượng trong quá trình bảo quản. Trong quá trình bảo quản phải giữ cho cường độ hô hấp giảm đến mức tối thiểu. Vì vậy, có thể áp dụng ba biện pháp bảo quản: bảo quản khô, bảo quản lạnh, bảo quản ở nồng độ cao.