Lý thuyết Sinh học lớp 11 Bài 10 dạy chúng ta về tầm quan trọng của việc hiểu và tối ưu hóa quang hợp trong cây trồng. Quang hợp là quá trình cây chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng, cung cấp nguồn dinh dưỡng và thức ăn cho các hệ sinh thái. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh đến quang hợp và cách tối ưu hóa năng suất cây trồng.
Ảnh hưởng của ánh sáng
1. Cường độ ánh sáng
Cường độ ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp. Cây có điểm bù ánh sáng, là mức cường độ ánh sáng mà cường độ quang hợp và cường độ hô hấp bằng nhau. Khi tăng cường độ ánh sáng, cường độ quang hợp cũng tăng lên cho đến khi đạt tới điểm bão hòa ánh sáng. Điểm bão hòa ánh sáng là mức ánh sáng mà cường độ quang hợp không tăng thêm dù cho ánh sáng tiếp tục tăng.
Hình ảnh minh họa cường độ ánh sáng và cường độ quang hợp
2. Quang phổ của ánh sáng
Ánh sáng được phân thành các bước sóng khác nhau và mỗi bước sóng có ảnh hưởng khác nhau đến quang hợp. Các bước sóng màu xanh tím kích thích quá trình tổng hợp axit amin và protein trong cây. Trong khi đó, các bước sóng màu đỏ thúc đẩy quá trình hình thành carbohydrate.
Ngoài ra, thành phần ánh sáng cũng thay đổi theo độ sâu trong nước và thời gian trong ngày. Vào buổi sáng sớm và buổi chiều, ánh sáng chứa nhiều tia đỏ hơn. Vào buổi trưa, các tia sáng có bước sóng ngắn (tia xanh, tia tím) tăng lên. Cây phát triển dưới tán rừng rậm thường chứa diệp lục cao để hấp thụ các tia sáng có bước sóng ngắn hơn.
Cường độ hấp thụ ánh sáng của các loại sắc tố quang hợp
Ảnh hưởng của CO2
Nồng độ CO2 trong môi trường cũng có ảnh hưởng đáng kể đến quang hợp của cây. Nồng độ CO2 thấp nhất mà cây có thể quang hợp là khoảng 0,008 - 0,01%. Dưới mức này, quang hợp trở nên yếu hoặc không xảy ra. Đất cũng là một nguồn cung cấp CO2 cho cây trồng. CO2 trong đất chủ yếu được tạo ra thông qua quá trình hô hấp của vi sinh vật và rễ cây.
Khi tăng nồng độ CO2, cường độ quang hợp cũng tăng lên cho đến khi đạt đến mức bão hòa. Vượt quá mức bão hòa, cường độ quang hợp sẽ giảm đi. Mức bão hòa CO2 phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ ánh sáng và nhiệt độ.
Hình ảnh minh họa tương quan giữa nồng độ CO2 và cường độ quang hợp
Ảnh hưởng của nước
Nước là một trong những yếu tố quan trọng trong quang hợp và diễn ra các phản ứng sinh học trong cây. Nước cũng đóng vai trò như một dung môi hòa tan các chất cần thiết cho quá trình quang hợp.
Nước giúp điều tiết việc mở và đóng khí khổng của cây, đồng thời kiểm soát nhiệt độ của lá. Khi cây bị thiếu nước, quang hợp sẽ giảm mạnh và có thể tạm ngừng. Cây chịu hạn có khả năng duy trì quang hợp ổn định hơn cây trung sinh và cây ưa ẩm.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ là một yếu tố quan trọng trong quang hợp và ảnh hưởng đến các phản ứng enzim trong quá trình quang hợp. Mỗi loại cây có nhiệt độ cực tiểu khác nhau khiến quang hợp ngừng lại.
Nhiệt độ cực tiểu khiến quang hợp ngừng lại ở các loài cây khác nhau cũng không giống nhau. Đối với cây ưa nhiệt, quang hợp sẽ bị tổn thương ở nhiệt độ 12°C. Cây ưa nhiệt ở vùng nhiệt đới vẫn quang hợp ở nhiệt độ tới 50°C. Thậm chí, cây ở sa mạc có thể quang hợp ở nhiệt độ lên tới 58°C.
Hình ảnh minh họa tương quan giữa nhiệt độ và quang hợp
Ảnh hưởng của nguyên tố khoáng
Nguyên tố khoáng cũng có ảnh hưởng lớn đến quang hợp. Chúng tham gia vào quá trình tổng hợp enzim quang hợp và diệp lục. Cũng như điều tiết mở khí khổng cho CO2 vào lá và liên quan đến quang phân li nước.
Sử dụng ánh sáng nhân tạo trong trồng cây
Sử dụng ánh sáng nhân tạo là một phương pháp hiệu quả để điều khiển cường độ quang hợp của cây trồng trong môi trường nhân tạo. Đây là phương pháp thay thế ánh sáng mặt trời bằng các loại đèn trong các nhà trồng hoặc phòng trồng. Việc trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo giúp con người khắc phục điều kiện bất lợi của môi trường như thời tiết lạnh, sâu bệnh và tạo ra nông sản trong các mùa đông giá rét. Ví dụ, ở các nước ôn đới, nhà trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo đảm bảo cung cấp rau quả tươi cả trong mùa đông băng giá.
Trên thực tế, Việt Nam cũng áp dụng phương pháp trồng cây dưới ánh sáng nhân tạo để sản xuất rau sạch và nhân giống cây trồng bằng phương pháp sinh dưỡng như nuôi cấy mô thực vật và tạo cành giâm trước khi trồng ra thực địa.
Hình ảnh minh họa trồng cây trong nhà kính
Trên đây là những điểm quan trọng trong Lý thuyết Sinh học lớp 11 Bài 10 về tối ưu hóa quang hợp trong cây trồng. Hiểu rõ về ảnh hưởng của các yếu tố ngoại cảnh này, chúng ta có thể áp dụng những kiến thức này để tăng năng suất cây trồng và đảm bảo sự phát triển bền vững của một hệ sinh thái.
