Ôn tập: từ ánh sáng tới hạt gạo trong kho
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em hệ thống hoá được toàn bộ chuỗi quang hợp — hô hấp đã học trong khoá, vận dụng phối hợp kiến thức từ nhiều bài để giải một tình huống tổng hợp, và tự đánh giá được mức độ nắm bài qua một đề kiểm tra tổng hợp cuối khoá.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài này không dạy nội dung mới — nó ghép lại và vận dụng phối hợp toàn bộ sáu bài trước: hệ sắc tố và pha sáng, chu trình Calvin, ba nhóm thực vật C3/C4/CAM, các yếu tố ảnh hưởng và năng suất, hô hấp và mối quan hệ với quang hợp, hô hấp và bảo quản nông sản (same-grade bridge, toàn bộ chương 1–6).
Một cây thanh long ở Bình Thuận vừa trải qua một mùa khô kéo dài, ban ngày khí khổng gần như đóng kín. Người nông dân vẫn thấy quả thanh long lớn dần đều đặn mỗi ngày. Kết hợp mọi điều em đã học trong khoá này, hãy giải thích vì sao.
Kiến thức trọng tâm
Toàn bộ khoá học là một chuỗi liên tục. Hệ sắc tố hấp thụ ánh sáng, mạnh nhất ở vùng xanh tím và đỏ; pha sáng chuyển năng lượng đó thành ATP và NADPH, đồng thời quang phân li nước thải ra O2. Pha tối — chu trình Calvin — dùng đúng ATP và NADPH đó, qua RuBisCO cố định CO2 vào RuBP, tạo APG rồi khử thành AlPG, phần lớn tái tạo RuBP, phần nhỏ thành glucose.
- 1
Một luống rau được bón đầy đủ phân và bổ sung CO2 nhưng trồng dưới bóng một cây lớn, thiếu ánh sáng. Sau một thời gian, năng suất vẫn thấp hơn hẳn kỳ vọng. Hãy giải thích, vận dụng kiến thức về yếu tố giới hạn.
- 2
Ta có ánh sáng đang ở mức thấp do bị che bóng, trong khi phân bón và CO2 đã đủ — theo nguyên lí yếu tố giới hạn đã học, tốc độ quang hợp bị khống chế bởi yếu tố đang thấp nhất so với nhu cầu, ở đây chính là ánh sáng. (1)
- 3
Vì ánh sáng mới là yếu tố giới hạn thực sự, bón thêm phân hay CO2 không giải quyết được sự thiếu hụt đó — cả hai gần như không làm tăng thêm tốc độ quang hợp trong tình huống này. (2)
- 4
Kết hợp (1) và (2), năng suất phụ thuộc tốc độ quang hợp nhân diện tích lá nhân thời gian lá hoạt động; tốc độ quang hợp thấp do thiếu ánh sáng kéo năng suất xuống thấp dù hai thành phần còn lại (phân bón hỗ trợ diện tích lá, thời gian lá) không có vấn đề.
- 5
Vậy năng suất luống rau vẫn thấp vì ánh sáng — không phải phân bón hay CO2 — đang là yếu tố giới hạn thực sự; muốn cải thiện, cần tăng ánh sáng tới cho luống rau, ví dụ tỉa bớt tán cây che bóng, chứ không phải bón thêm phân hay CO2.
- 1
Cả cây mía (C4) và cây thanh long (CAM) đều sống tốt ở vùng có mùa khô kéo dài, nhưng thanh long chịu hạn tốt hơn hẳn mía trong điều kiện khô hạn khắc nghiệt. Hãy giải thích sự khác biệt này bằng kiến thức đã học.
- 2
Ta có mía (C4) vẫn mở khí khổng ban ngày để lấy CO2 trực tiếp, chấp nhận mất nước qua thoát hơi nước ban ngày để đổi lấy tốc độ quang hợp cao; thanh long (CAM) chỉ mở khí khổng ban đêm mát ẩm hơn, gần như không mất nước ban ngày. (1)
- 3
Vì mở khí khổng ban đêm mất nước ít hơn hẳn mở ban ngày (do chênh lệch độ ẩm giữa lá và không khí nhỏ hơn), CAM tiết kiệm nước hiệu quả hơn nhiều so với C4 trong cùng điều kiện khô hạn. (2)
- 4
Mặt khác, CAM phải đợi CO2 dự trữ từ đêm hôm trước được giải phóng lại mới chạy chu trình Calvin, nên tốc độ quang hợp thường chậm hơn C4 — CAM đánh đổi tốc độ để lấy khả năng giữ nước tối đa.
- 5
Vậy kết hợp (1) và (2): thanh long (CAM) chịu hạn tốt hơn mía (C4) vì tách hoàn toàn việc lấy CO2 khỏi ban ngày nắng gắt, tiết kiệm nước tối đa, dù phải đánh đổi bằng tốc độ quang hợp chậm hơn — đúng chiến lược sinh tồn cho khí hậu khô hạn khắc nghiệt hơn.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ánh sáng → hệ sắc tố → pha sáng (ATP, NADPH, O2) → chu trình Calvin (RuBisCO, APG, AlPG, glucose) → C3/C4/CAM thích nghi khí hậu → ánh sáng/CO2/nhiệt độ giới hạn tốc độ và năng suất → hô hấp liên tục 24/24 song song với quang hợp → ba biện pháp làm chậm hô hấp bảo quản nông sản.