Cây trồng, cũng như mọi sinh vật sống khác, cần hô hấp để duy trì sự sống. Quá trình hô hấp ở cây trồng là một quá trình sinh hóa phức tạp, trong đó các chất hữu cơ được phân giải thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng. Năng lượng này được sử dụng cho các hoạt động sống của cây như sinh trưởng, phát triển, ra hoa, kết trái.
Hô hấp ở cây trồng là gì?
Hô hấp ở cây trồng là quá trình chuyển đổi năng lượng xảy ra ở tế bào sống, trong đó các phân tử cacbohiđrat (như glucose) bị phân giải thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng. Năng lượng này được tích lũy dưới dạng ATP, cung cấp cho mọi hoạt động sống của cây như sinh trưởng, phát triển, vận chuyển chất dinh dưỡng, tổng hợp chất hữu cơ,…
Quá trình hô hấp diễn ra ở tất cả các bộ phận của cây, nhưng mạnh nhất ở các cơ quan có nhiều hoạt động trao đổi chất như lá, rễ, hạt đang nảy mầm và hoa.
Quá trình hô hấp ở cây trồng diễn ra qua những giai đoạn nào?
Quá trình hô hấp ở cây trồng diễn ra qua 3 giai đoạn chính:
Giai đoạn chuẩn bị:
- Chất hữu cơ: Glucose được vận chuyển từ các cơ quan dự trữ (như thân, rễ) đến tế bào nơi diễn ra hô hấp.
- Enzim: Các enzim hô hấp được kích hoạt để phân giải glucose.
Giai đoạn phân giải:
- Phân giải kỵ khí (đường phân): Glucose được phân giải thành 2 axit piruvic, đồng thời giải phóng 2 ATP và 2 NADH diễn ra trong tế bào chất.
- Phân giải hiếu khí: Axit piruvic được chuyển hóa thành CO2, NADH và FADH2 diễn ra trong ti thể.
Giai đoạn chuỗi truyền electron:
- NADH và FADH2 được chuyển hóa thành năng lượng dưới dạng ATP.
- Chuỗi truyền electron diễn ra trên màng ti thể.
- ATP được sử dụng cho các hoạt động sống của cây.
Sơ đồ tóm tắt: C6H12O6 (glucose) + 6O2 (oxi) -> 6CO2 (cacbonic) + 6H2O (nước) + năng lượng (ATP)
Nêu vai trò của hô hấp đối với cây trồng.
- Cung cấp năng lượng: Hô hấp là quá trình giải phóng năng lượng từ các chất hữu cơ, cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống của cây như sinh trưởng, phát triển, vận chuyển chất dinh dưỡng, tổng hợp chất hữu cơ,… Năng lượng được tích lũy dưới dạng ATP, là “đồng tiền năng lượng” của tế bào.
- Giúp cây tổng hợp chất hữu cơ: Một số sản phẩm trung gian của quá trình hô hấp là nguyên liệu cho quá trình tổng hợp các chất hữu cơ khác như axit amin, protein, vitamin,…
- Góp phần điều hòa nhiệt độ cơ thể cây: Quá trình hô hấp tỏa nhiệt, giúp cây điều hòa thân nhiệt, thích nghi với môi trường sống.
- Tạo ra CO2 để quang hợp: CO2 là nguyên liệu cho quá trình quang hợp, giúp cây tổng hợp chất hữu cơ từ năng lượng ánh sáng.
Một số vai trò khác:
- Hô hấp giúp điều chỉnh độ pH trong tế bào.
- Hô hấp góp phần vào quá trình nảy mầm của hạt, chín của quả.
- Hô hấp giúp cây chống chịu với một số điều kiện bất lợi như thiếu nước, thiếu oxy,…
So sánh sự khác nhau giữa hô hấp sáng và hô hấp tối ở cây trồng.
Điều kiện xảy ra:
- Hô hấp sáng: Xảy ra chỉ khi có ánh sáng.
- Hô hấp tối: Xảy ra cả ngày lẫn đêm, không phụ thuộc vào ánh sáng.
Vị trí xảy ra:
- Hô hấp sáng: Xảy ra trong lục lạp của tế bào lá.
- Hô hấp tối: Xảy ra trong ti thể của tế bào tất cả các cơ quan của cây.
Chất nền tham gia:
- Hô hấp sáng: Chất nền tham gia là axit glyoxylic.
- Hô hấp tối: Chất nền tham gia là glucose.
Sản phẩm tạo thành:
- Hô hấp sáng: Sản phẩm tạo thành là CO2 và NADPH.
- Hô hấp tối: Sản phẩm tạo thành là CO2, H2O và ATP.
Vai trò:
Hô hấp sáng:
- Cung cấp NADPH cho pha sáng của quang hợp.
- Giúp giảm bớt lượng CO2 trong tế bào lá, tăng hiệu quả quang hợp.
Hô hấp tối:
- Cung cấp ATP cho mọi hoạt động sống của cây.
- Giúp giải phóng năng lượng từ các chất hữu cơ.
Mối quan hệ:
- Hô hấp sáng và hô hấp tối liên quan mật thiết với nhau, bổ sung cho nhau để cung cấp năng lượng cho cây.
- Hô hấp sáng chỉ xảy ra khi có ánh sáng và cung cấp NADPH cho quang hợp.
- Hô hấp tối xảy ra cả ngày lẫn đêm và cung cấp ATP cho mọi hoạt động sống của cây.
Nêu các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp ở cây trồng.
Yếu tố nội sinh:
- Giống cây: Cây có tỷ lệ trao đổi chất cao có cường độ hô hấp cao hơn.
- Giai đoạn sinh trưởng: Cây non có cường độ hô hấp cao hơn cây trưởng thành.
- Cơ quan: Lá có cường độ hô hấp cao hơn thân và rễ.
- Hoạt động sinh lý: Cây ra hoa, kết trái có cường độ hô hấp cao hơn.
Yếu tố ngoại sinh:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng, cường độ hô hấp tăng.
- Nồng độ O2: Nồng độ O2 tăng, cường độ hô hấp tăng.
- Nồng độ CO2: Nồng độ CO2 tăng, cường độ hô hấp giảm.
- Ánh sáng: Ánh sáng kích thích hô hấp sáng, nhưng không ảnh hưởng trực tiếp đến hô hấp tối.
- Nước: Thiếu nước, cường độ hô hấp giảm.
- Độ pH: pH thích hợp, cường độ hô hấp cao.
- Chất dinh dưỡng: Bón phân hợp lý, cường độ hô hấp tăng.
Ngoài ra:
- Cường độ hô hấp biến động theo thời gian trong ngày và mùa.
- Cường độ hô hấp tăng khi cây bị bệnh.
- Hiểu rõ về các yếu tố ảnh hưởng đến cường độ hô hấp giúp chúng ta áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác nhằm nâng cao năng suất cây trồng.
Trình bày cơ chế điều chỉnh hô hấp ở cây trồng.
Cơ chế điều chỉnh hô hấp ở cây trồng là một quá trình phức tạp, liên quan đến nhiều yếu tố và cơ chế khác nhau. Dưới đây là một số cơ chế chính:
Điều chỉnh qua các enzim: Enzim là các protein xúc tác các phản ứng hóa học trong quá trình hô hấp. Hoạt động của enzim được điều chỉnh bởi nhiều yếu tố, bao gồm:
- Nồng độ cơ chất: Nồng độ cơ chất tăng, hoạt động enzim tăng.
- Nồng độ sản phẩm: Nồng độ sản phẩm tăng, hoạt động enzim giảm.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ tăng, hoạt động enzim tăng đến một giới hạn nhất định, sau đó giảm.
- pH: pH thích hợp, hoạt động enzim cao.
- Chất điều hòa enzim: Một số chất có thể kích thích hoặc ức chế hoạt động enzim.
Điều chỉnh qua màng sinh học:
- Màng sinh học là rào cản ngăn cách các bào quan trong tế bào.
- Màng sinh học có tính chọn lọc, chỉ cho phép một số chất nhất định đi qua.
- Tính chọn lọc của màng sinh học được điều chỉnh bởi các protein màng.
- Các protein màng có thể thay đổi cấu hình để cho phép hoặc ngăn chặn sự vận chuyển của các chất tham gia vào quá trình hô hấp.
Điều chỉnh qua tín hiệu nội bào: Cây có thể sử dụng các tín hiệu nội bào để điều chỉnh hô hấp. Các tín hiệu nội bào bao gồm:
- Ca2+: Ca2+ là một chất điều hòa thứ hai quan trọng tham gia vào nhiều quá trình sinh lý, bao gồm cả hô hấp.
- Hormon: Các hormone thực vật như auxin, cytokinin, gibberellin và ABA có thể ảnh hưởng đến cường độ hô hấp.
- Acid nitric: Acid nitric là một phân tử tín hiệu quan trọng tham gia vào điều chỉnh hô hấp trong điều kiện thiếu oxy.
Điều chỉnh qua các yếu tố môi trường:
Cây có thể điều chỉnh hô hấp để thích nghi với các yếu tố môi trường như:
- Nhiệt độ: Cây có thể tăng cường hô hấp để giải phóng nhiệt khi trời lạnh và giảm cường độ hô hấp để tiết kiệm năng lượng khi trời nóng.
- Ánh sáng: Ánh sáng kích thích hô hấp sáng, giúp cây tổng hợp năng lượng.
- Nồng độ CO2: Nồng độ CO2 tăng, cây sẽ giảm cường độ hô hấp.
- Hiểu rõ cơ chế điều chỉnh hô hấp giúp chúng ta áp dụng các biện pháp kỹ thuật canh tác nhằm nâng cao năng suất cây trồng.
Nêu một số biện pháp để tăng hiệu quả hô hấp ở cây trồng.
Biện pháp kỹ thuật:
- Trồng cây đúng mùa vụ: Chọn thời điểm trồng cây phù hợp với điều kiện khí hậu, giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt nhất.
- Cung cấp đủ nước và các chất dinh dưỡng: Tưới nước đầy đủ và bón phân hợp lý giúp cây có đủ năng lượng cho quá trình hô hấp.
- Cày, xới, vun gốc: Giúp đất tơi xốp, thoáng khí, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hô hấp của rễ.
- Tỉa cành, tạo tán: Giúp cây nhận được nhiều ánh sáng hơn, tăng cường quang hợp, cung cấp năng lượng cho hô hấp.
- Làm cỏ, dọn dẹp vườn cây: Giảm bớt sự cạnh tranh dinh dưỡng và ánh sáng, giúp cây sinh trưởng tốt hơn.
Biện pháp sinh học:
- Sử dụng các chế phẩm sinh học: Một số chế phẩm sinh học có thể kích thích hoạt động của enzim hô hấp, giúp tăng cường hiệu quả hô hấp.
- Ứng dụng nấm đối kháng: Giúp hạn chế sự phát triển của nấm bệnh, bảo vệ cây trồng, giúp cây sinh trưởng tốt hơn.
Biện pháp chọn giống:
- Chọn giống cây có năng suất cao: Giống cây có năng suất cao thường có cường độ hô hấp cao, giúp cây tổng hợp được nhiều chất hữu cơ.
- Chọn giống cây có khả năng chống chịu với các điều kiện bất lợi: Giống cây có khả năng chống chịu tốt sẽ có khả năng thích nghi với các điều kiện môi trường, giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn.
Lưu ý: Cần áp dụng các biện pháp một cách khoa học, phù hợp với từng loại cây trồng và điều kiện cụ thể. Tránh lạm dụng các biện pháp kỹ thuật và sinh học, có thể gây hại cho cây trồng và môi trường.
Hiểu rõ về quá trình hô hấp ở cây trồng có ý nghĩa quan trọng trong việc chăm sóc và bảo vệ cây. Chúng ta có thể áp dụng các biện pháp kỹ thuật như: điều chỉnh nhiệt độ, độ ẩm, bón phân hợp lý,… để thúc đẩy quá trình hô hấp, giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt hơn.
⏩⏩ Mời quý vị và các bạn quan tâm theo dõi các nền tảng truyền thông để tìm hiểu, trao đổi và chia sẻ thêm về các kinh nghiệm trong đầu tư và sản xuất nông nghiệp cùng cộng đồng và chuyên gia tại:
- Youtube: Youtube.com/@Kythuattrongcayvn
- Facebook Page: Facebook.com/kythuattrongcay.vn/
- Facebook Group: Facebook.com/6441565519262518
- Tiktok: Tiktok.com/@kythuattrongcay.vn
- Shopee: https://shopee.vn/shop/87096923
