Bài giảng Sinh lý thực vật - Chương V: Hô hấp của thực vật - Trần Thị Hoài Thu

CHƯƠNG V: HÔ HẤP CỦA THỰC VẬT BÀI 1: CƠ QUAN HÔ HẤP CỦA THỰC VẬT I. Khái niệm chung về hô hấp của thực vật và vai trò hô hấp của thực vật: 1. Khái niệm hô hấp của thực vật: - Là quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của enzim giải phóng ra năng lượng và các sản phẩm sơ cấp tiếp tục đồng hoá cho ra các sản phẩm thứ cấp. - Hô hấp là một hệ thống oxi hoá khử phức tạp, trong đó có sự tách H2 và điện tử để vận chuyển tới O2 liên kết để tạo thành H2O đồng thời năng lượng được giải phóng ra sẽ tích luỹ trong các hợp chất cao năng. PTPƯ: C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Năng lượng 2. Vai trò của hô hấp đối với cơ thể thực vật: - Hô hấp giải phóng năng lượng, từ các nguyên liệu hô hấp cung cấp cho các hoạt động sinh lý và biến đổi sinh hoá của cơ thể. - Hô hấp tạo ra nhiều sản phẩm trung gian quan trọng, các sản phẩm trung gian này đi vào quá trình trao đổi chất khác nhau tạo ra nhiều chất hữu cơ trong cơ thể. - Có vai trò tăng cường khả năng chống nấm bệnh của thực vật. - Hô hấp trong một số trường hợp lại có vai trò tiêu cực. Ví dụ: khi gặp hạn hán, gió, nóng khô, dinh dưỡng thiếu, cường độ hô hấp tăng nhưng lại ít hiệu quả năng lượng, sự tiêu phí các chất có khi lại lớn hơn quá trình tổng hợp. II. Bộ máy hô hấp: 1. Cấu tạo ti thể: Ty thể là bào quan được gọi là hô hấp tế bào. Là những thể hình túi như quả bí đao nhỏ, có nhiều và rãi rác khắp bào tương, đặc biệt tập trung nhiều ở cơ quan hoạt động mạnh trong tế bào. ¯ Cấu tạo và thành phần hoá học: - Túi ti thể được chia thành 2 màng chia ti thể ra thành 2 phần tách biệt. Khoảng gian màng và lòng ti thể. - Màng ti thể ngoài: cũng là màng sinh chất: tỉ lệ P/L bằng hay hơn 1. Tuy tỉ lệ này gần giống như tỉ lệ của màng nhưng thành phần bên trong có khác, Clesterol thấp. - Khoảng gian màng: xen kẻ giữa hai màng, môi trường gian màng tương tự và cân bằng với bào tương. - Màng ti thể trong: trừ một số trường hợp nhỏ thành hình ống xòe kín lòng ti thể, còn thì gấp thành nếp xen vào lòng ti thể, các nếp gấp nhỏ gọi là mào. Sự tăng số lượng mào nhằm tạo thêm diện tích làm việc của màng trong. - Lòng ti thể: chứa nhiều loại khác nhau, phần lớn là enzim - protein do ti thể tự tổng hợp lấy nhờ ADN của mình và protein từ bào tương vào. Lòng ti thể có chứa ADN riêng của ti thể. - Thành phần hoá học: + Protein chiếm khoảng 65 % + Lipit chiếm khoảng 35 % + Một ít ARN, ADN dạng vòng ¯ Chức năng: - Phân giải các chất hữu cơ lấy năng lượng. Tức là chúng tham gia vào quá trình hô hấp của tế bào, vì trong cơ thể chứa nhiều loại enzim oxy hoá. Đầu tiên thức ăn được phân huỷ trong bào tương tạo thành axit pyruvic và một ít ATP.Axit pyruvic chuyển hoá tiếp trong ty thể qua nhiều bước để tạo thành sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP cho tế bào sử dụng. - Ngoài ra ty thể còn được gọi là bào quan chỉ định, vì chúng rất nhạy cảm với các tác động có hại cho tế bào. 2. Cơ chế hô hấp: 2.1 Hô hấp yếm khí: - Yếm khí là quá trình hô hấp không có mặt của oxi không khí tham gia và nó thường xảy ra ở cơ quan bị vùi hay nén chặt trong đất hay bịt kín, không khí gọi là lên men không cần O2 tạo ra một ít năng lượng dạng ATP và sản phẩm khác. - Nhược điểm của hô hấp yếm khí là tiêu tốn nhiều chất dinh dưỡng, năng lượng tạo ra ít cho nên hiệu quả năn lượng thấp tạo ra một số chất độc. - Nó thường xảy ra ở bộ phận nằm trong đất, đất chặt bị đóng ván, ngập úng, thiếu oxi trong đất. 2.2 Hô hấp hiếu khí: - Quá trình hô hấp cần oxi và không khí nhờ đó các sản phẩm hữu cơ được oxi hoá đến tận cùng tạo ra CO2 và H2O. - Ưu điểm: cùng một lượng chất dự trữ tạo ra năng lượng nhiều hơn, tạo ra nhiều sản phẩm trung gian đi vào các quá trình tổng hợp khác. BÀI 2: MỐI QUAN HỆ GIỮA HÔ HẤP VÀ HOẠT ĐỘNG SỐNG CỦA THỰC VẬT I. Hô hấp và sự hút nước và chất dinh dưỡng của cây: 1. Hô hấp và hút nước: - Sự hấp thu nước và vận chuyển nước đi lên các bộ phận trên mặt đất rất cần năng lượng được cung cấp từ quá trình hô hấp của cây đặc biệt là của hệ thống rễ. - Nếu hô hấp của rễ bị ức chế thì sự xâm nhập nước vào rễ bị chậm và có thể bị ngưng. - Ta có thể quan sát hiện tượng đó khi cây bị ngập úng, do thiếu oxi mà rễ cây hô hấp yếm khí, không đủ năng lượng cho hút nước, cây bị héo. - Hạn sinh lý có thể xảy ra khi thiếu oxi trong đất, cây không hút nước đủ bù đắp cho lượng thoát đi và chúng cân bằng nước. Để khắc phục hạn sinh lý thì ta tìm cách đưa oxi vào đất cho rễ hô hấp như chống úng, sục bùn, phá váng, làm đất tơi xốp trước khi gieo trồng 2. Hô hấp và hút khoáng: - Trong trường hợp sự xâm nhập chất khoáng vào rễ ngược với Građien nồng độ thì nhất thiết phải cung cấp năng lượng. Vì vậy, hô hấp của hệ rễ là rất cần thiết để cho quá trình xâm nhập chất khoáng chủ động. Nếu hô hấp của rễ bị giảm và ngừng thì hút khoáng cũng ngừng. Do vậy, việc bón phân kết hợp với cung cấp oxi cho đất như làm cỏ, xới xáo, vun luốngthì sẽ tăng hiệu quả của việc sử dụng phân bón - Hô hấp tạo ra nguyên liệu cho sự trao đổi ion khoáng trong dung dịch đất. - Hô hấp tạo ra các chất nhận để kết hợp với ion khoáng rồi đưa vào trong cây. II. Hô hấp và tính chống chịu của cây đối với điều kiện bất thuận: 1. Hô hấp và tính chịu nóng và chịu phân đạm: - Nhiệt độ cao và thừa đạm có thể làm cho cây trồng chết. Trong điều kiện nhiệt độ cao, prôtein bị phân huỷ và giải phóng NH3 tích luỹ gây độc cho cây. Như vậy, nguyên nhân chủ yếu cây chết nóng cũng tương tự như sự dư thừa NH3 khi thừa đạm trong cây gây độc amôn cho cây trồng. - Vai trò của hô hấp là tạo ra sản phẩm để đồng hoá NH3 làm giảm nồng độ của nó trong cây và cây chịu được nóng cũng như thừa phân đạm. Vì vậy, sự tăng hô hấp khi gặp nóng cũng như bón nhiều phân đạm ở những thực vật chịu nóng và chịu phân đạm có ý nghĩa quan trọng giúp cây chống chịu được điều kiện bất thuận lợi đó. 2. Hô hấp và tính chống chịu sâu bệnh – tính miễn dịch thực vật: - Tăng cường độ hô hấp khi bị bệnh là một phản ứng thích nghi của cây chống lại bệnh: sự tăng hô hấp là kết quả của tăng hô hấp của cây chủ và vi sinh vật. - Hô hấp của cây chủ có tác dụng làm yếu độc tố do vi sinh vật tiết ra bằng cách oxi hoá chúng và làm giảm hoạt tính của các enzim thuỷ phân của các vi sinh vật. - Hô hấp cung cấp năng lượng để cây có thể chống chịu với sự xâm nhập và hoạt động của các vi sinh vật trong cơ thể III. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản phẩm: 1. Quan hệ giữa hô hấp và bảo quản nông sản phẩm: - Mục tiêu: bảo tồn được nông phẩm về cả lượng và chất trong quá trình bảo quản. Bất cứ nguyên nhân nào dẫn đến làm giảm về mặt khối lượng và chất lượng nông phẩm thì đều là kẻ thù của bảo quản. - Có hai nguyên nhân xuất hiện: trong quá trình bảo quản làm ảnh hưởng đến nông phẩm là các sinh vật tấn công nông phẩm và một nguyên nhân về sinh lý quan trọng nữa là hoạt động hô hấp của nông phẩm. - Nguyên nhân chung của bảo quản nông sản phẩm: dựa trên hô hấp là giảm hô hấp đặc biệt là hô hấp vô hiệu đến mức độ tối thiểu. Vì nông sản là các cơ quan, bộ phận còn sống nên rất cần hô hấp. Nhưng hô hấp lại tiêu hao chất hữu cơ, giảm khối lượng và chất lượng nông sản. 2. Hậu quả của hô hấp đối với bảo quản nông sản: 2.1 Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của nông sản: Trong thời kỳ dinh dưỡng thì tiêu hao chất hữu cơ trong hô hấp đựoc bù đắp bằng hoạt động quang hợp. Còn trong bảo quản thì hô hấp chỉ làm giảm khối lượng và chất lượng nông phẩm. Do vậy, cường độ hô hấp mà mạnh thì nống phẩm phân huỷ nhanh. 2.2 Hô hấp làm tăng độ ẩm của nông sản: Hô hấp sản sinh ra nước. Nước được tích tụ lại làm tăng độ ẩm của nông sản. Khi độ ẩm tăng thì hô hấp lại tăng và vi sinh vật hoạt động mạnh hơn. 2.3 Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong nông sản: Hô hấp sản sinh ra nhiệt tự do làm tăng nhiệt độ trong khối nông sản, gọi là hiện tượng tự nhiệt. Nhiệt độ tăng kích thích hô hấp và hoạt động phân huỷ của vi sinh vật và là nguyên nhân tự thiêu của nông sản. 2.4 Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản: Hàm lượng O2 thì giảm đi còn CO2 thì được tích tụ lại trong quá trình hô hấp. Nếu hàm lượng O2 giảm quá mức và CO2 tăng lên nhiều trong môi trường bảo quản thì hô hấp chuyển sang yếm khí. Hô hấp yếm khí sẽ phân huỷ nhanh chóng các chất hữu cơ trong nông sản Do vậy, để tăng hiệu quả của công tác bảo quản nông sản thì phải có các biện pháp khống chế hô hấp của nông sản ngay sau khi thu hoạch. 3. Các biện pháp khống chế hô hấp trong bảo quản nông sản: 3.1 Khống chế độ ẩm của nông sản: - Với các loại hạt thì ta phơi khô đạt độ ẩm của hạt nhỏ hơn độ ẩm tới hạn, khoảng 10 -13%. Với độ ẩm này thì cường độ hô hấp là không đáng kể và có thể bảo quản khá an toàn trong kho nông sản. - Vì hô hấp sản sinh nước làm độ ẩm của hạt tăng lên, nên thỉnh thoảng phải phơi lại hạt để đưa độ ẩm về độ ẩm an toàn. - Với các rau, hoa quả thì ta luôn giữ chúng trong điều kiện độ ẩm gần bão hoà bằng tưới và phun nước. Nếu độ ẩm giảm thì hô hấp vô hiệu của chúng lại tăng lên. Đối với rau, hoa quả hạn chế héo. 3.2 Khống chế nhiệt độ: - Khi giảm nhiệt độ thì hô hấp giảm nên người ta sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản nông sản. - Hiện nay, bảo quản trong kho lạnh (tử lạnh) là biện pháp bảo quản tiên tiến và ngày càng được ứng dụng nhiều hơn. Ở trong kho lạnh, nông sản có thể bảo quản thời gian dài vì hô hấp giảm và hoạt động của vi sinh vật cũng giảm. - Tuy nhiên tuỳ từng loại nông sản mà ta bảo quản ở nhiệt độ thấp khác nhau. - Với các loại hạt, củ để giống thì việc bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp còn có hiệu ứng thứ hai rất quan trọng là chúng đuợc xuân hoá. Khi gieo trồng vụ sau thì chúng rút ngắn thời gian sinh trưởng, ra hoá sớm, sinh trưởng tốt 3.3 Khống chế thành phần khí trong môi trường bảo quản: - Trong quá trình bảo quản nông sản thì hô hấp sé sản sinh CO2 và hấp thu O2. Khi tăng nồng độ CO2 và giảm nồng độ O2 trong môi trường bảo quản thì ức chế hô hấp. Với các hạt khô thì việc ức chế hô hấp không gây hại vì cường độ hô hấp rất thấp. Nhưng thiếu O2 trong điều kiện độ ẩm của hạt tăng thì hô hấp yếm khí sẽ giảm nhanh chóng sức sống và khả năng nảy mầm của hạt. - Với các nông sản tươi sống, rau, hoa, quả thì tăng nồng độ CO2 và giảm hàm lượng O2 thì giảm hô hấp, ngăn ngừa vi sinh vật xâm nhập và phát triển nên thuận lợi cho quá trình bảo quản. - Giới hạn ảnh hưởng của nồng độ CO2 và O2 thay đổi theo đối tượng bảo quản. - Biện pháp: + Bảo quản kín trong túi polyetylen hay chum, vại sánh, sứ có hiệu quả rất tốt vì sự tăng CO2 và giảm O2 được khống chế trong thể tích bảo quản nên làm giảm hô hấp và tiêu hao chất hữu cơ. + Bảo quản mở trong kho nông sản IV. Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến hô hấp của thực vật: 1. Nhiệt độ: - Nhiệt độ thích hợp cho quá trình hô hấp của thực vật từ: 20- 300C. - Nếu nhiệt độ thấp thì nó kìm hãm hô hấp, ở 0-50C thì cường độ hô hấp thấp. - Nếu nhiệt độ cao lớn hơn 400C thì cường độ hô hấp quá mạnh, tiêu tốn nhiều chất hữu cơ, hiệu quả tạo ra thấp. 2. Nước: - Nước cần cho hô hấp, mất nước làm giảm cường độ hô hấp. Đối với các cơ quan đang ở trạng thái ngủ, tăng lượng nước thì hô hấp tăng. - Muốn hạt nảy mầm cần đảm bảo đủ nước. 3. Hàm lượng O2 và CO2 trong không khí: Hô hấp được kích thích khi hàm lượng O2 cao và kém đi khi CO2 cao. 4. Ánh sáng: Ánh sáng không những ảnh hưởng gián tiếp đến hô hấp thông qua ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, mà ánh sáng còn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp. Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng đến cơ chế phân giải các chất hữu cơ. 5. Các chất khoáng: Một số tham gia vào hình thành nên bộ máy hô hấp như:N, S, tham gia tổng hợp prôtein