Câu hỏi và bài tập về Quang hợp

Câu 1: 
a. Cho sơ đồ về chu trình cố định CO2 trong pha tối của cây ngô:
A. malic --> CO2 
Chu trình
Canvin - Benson
CO2 -> A. ôxalô axetic -> A. malic
Photpho enol piruvat <- A. piruvic
 (1) (2) (3)
Cho biết tên chu trình trên? Các giai đoạn (1), (2), (3) diễn ra ở vị trí nào? ATP được sử dụng ở giai đoạn nào trong chu trình trên?
b. Cho một túi hạt lúa đang nảy mầm và các dụng cụ, hóa chất đầy đủ trong phòng thí nghiệm.
- Thiết kế một thí nghiệm để chứng minh hô hấp sinh ra CO2 và tỏa nhiệt.
- Vì sao lại sử dụng hạt lúa đang nảy mầm để tiến hành thí nghiệm?
Trả lời:
a. - Chu trình cố định CO2 ở thực vật C4 (chu trình Hatch – Slack)
- Vị trí:
+ Giai đoạn (1) xảy ra trong lục lạp của tế bào mô dậu
+ Giai đoạn (2), (3) xảy ra trong lục lạp của tế bào bó mạch
- ATP tham gia vào làm biến đổi hợp chất A. piruvic thành photpho enol piruvic và tham gia vào chu trình Calvin.
b. 
* Thiết kế thí nghiệm:
+ Chuẩn bị một bình thủy tinh có thể tích 2-3 lít, có nút, một nhiệt kế, một hộp xốp to cách nhiệt, cốc nước vôi trong.
+ Tiến hành:
-> Cho hạt vào bình thủy tinh
-> Đặt cốc nước vôi trong, nhiệt kế vào bình thủy tinh và ghi nhiệt độ của nhiệt kế.
-> Đậy nút cao su thật chặt, kín
-> Đặt bình vào hộp xốp cách nhiệt
+ Kết quả: Sau 90-120 phút (1,5-2h) nhiệt độ của nhiệt kế tăng so với ban đầu. Cốc nước vôi trong -> đục.
+ Kết luận: Hô hấp sinh ra CO2 và tỏa nhiệt
* Hạt đang nảy mầm quá trình hô hấp diễn ra rất mạnh nhằm cung cấp năng lượng và các chất trung gian cho quá trình hình thành thân, rễ mầm. Năng lượng tạo ra tích lũy ở dạng ATP và phần còn lại thải ra dưới dạng nhiệt năng thì sẽ cho kết quả chính xác.
Câu 2: 
a. Ở cây dứa có những loại lục lạp nào? Phân tích sự phù hợp về cấu trúc và chức năng giữa các loại lục lạp đó để thấy rõ những điểm vượt trội trong quang hợp của thực vật C4?
b. Hô hấp sáng có ảnh hưởng gì đối với cây hay không? Tại sao?
Trả lời:
a. - Dứa là thực vật C4. Thực vật C4 có 2 loại lục lạp ở tế bào mô dậu và tế bào bao bó mạch (tế bào quanh mạch dẫn của lá).
- Sự phù hợp về vị trí, cấu trúc và chức năng giữa hai loại lục lạp đó như sau:
Đặc điểm
Lục lạp của tế bào mô giậu
Lục lạp của tế bào bao bó mạch
Vị trí phù hợp chức năng
- Lớp tế bào mô giậu nằm phía dưới biểu bì lá, gần khí khổng, thuận lợi cho việc cố định CO2 sơ cấp và thải O2.
- Lục lạp mô giậu thực hiện pha sáng để tổng hợp NADPH và ATP nên nằm ở phía dưới lớp biểu bì sẽ nhận được nhiều ánh sáng cho pha sáng hoạt động
- Nằm bao quanh bao bó mạch thuận lợi cho việc vận chuyển sản phẩm quang hợp.
- Lục lạp của tế bào bao bó mạch là nơi diễn ra chu trình Calvin với hệ enzim của pha tối nên nằm sâu phía dưới thịt lá sẽ giảm tác động bất lợi của nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh (vì thực vật C4 có điểm bão hòa nhiệt độ và ánh sáng rất cao)
Cấu trúc phù hợp chức năng
- Hạt grana rất phát triển, có cả hệ quang hóa PSI và PSII, thực hiện chuỗi phản ứng sáng tạo nhiều nguyên liệu cho pha tối cung cấp cho lục lạp của TB bao bó mạch
- Có hệ enzim cố định CO2 sơ cấp (chu trình C4). Không diễn ra chu trình Calvin, không có enzim Rubisco
- Hạt grana kém phát triển, chỉ có PSI, thực hiện chuỗi phản ứng sáng tạo nhiều nguyên liệu ATP bù lại lượng ATP hao hụt do quá trình cố định CO2 sơ cấp. Không có PSII nên nồng độ O2 ở lục lạp bao bó mạch thấp nên không xảy ra hô hấp sáng
- Không có hệ enzim chu trình C4, có hệ enzim thực hiện chu trình Calvin tổng hợp chất hữu cơ.
b. - Hô hấp sáng xảy ra ở thực vật C3 khi nồng độ O2 cao, CO2 thấp. Quá trình hô hấp sáng làm giảm hiệu quả quang hợp là do làm giảm 50% lượng APG
- Khi nồng độ CO2 thấp, nồng độ O2 cao thì enzim Rubisco sẽ có hoạt tính oxi hóa, biến đổi 1 Ri-1,5DP thành 1APG và axit glicolic.
- Sau đó O2 kết hợp với axit glicolic và diễn ra hô hấp sáng. Trong điều kiện quang hợp bình thường thì 1 phân tử Ri-1,5DP kết hợp với 1 phân tử CO2 sẽ tạo ra 2APG, sau đó APG được biến thành AlPG và từ ALPG sẽ hình thành nên glucozơ và các sản phẩm khác. Khi có hô hấp sáng thì từ 1 Ri-1,5DP chỉ hình thành được 1APG cho nên làm giảm 50% sản phẩm quang hợp.
- Tuy nhiên, quá trình hô hấp sáng không tạo ATP nhưng lại tạo ra 2 loại axit amin là glixin và sêrin cung cấp cho quá trình tổng hợp protein của tế bào.
Câu 3: 
a. Trong tế bào bao bó mạch của thực vật C4 chỉ có PSI (không có PSII) có tác động lên nồng độ O2. Điều đó có ý nghĩa gì đối với cây?
b. Vì sao nói: Hô hấp sáng gắn liền với nhóm thực vật C3.
c. Người ta ngâm lục lạp vào dung dịch axit có pH = 4. Sau khi xoang tilacoit đạt pHh = 4 thì chuyển lục lạp vào dung dịch kiềm có pH = 8. Sau đó thấy lục lạp tổng hợp được ATP trong tối. Em hãy giải thích hiện tượng này.
Trả lời:
a. Không có PSII, không có O2 phát sinh trong tế bào bao bó mạch. Điều này giúp cây C4 tránh được vấn đề O2 cạnh tranh với CO2 để liên kết với Rubisco. Do đó, cây C4 tránh được hô hấp sáng, bản toàn được năng suất quang hợp nên năng suất cao.
b. Hô hấp sáng gắn liền với nhóm thực vật C3 vì nhóm thực vật này khi sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trong điều kiện ánh sáng cao phải tiết kiện nước bằng cách giảm độ mở khí khổng làm cho sự trao đổi khí qua khí khổng gặp khó khăn: Giảm hàm lượng CO2 từ ngoài không khí vào trong gian bào và O2 từ gian bào ra ngoài không khí. Kết quả tỉ lệ CO2/O2 giảm mạnh và khi hàm lượng O2 cao đã kích thích enzim Rubisco hoạt động theo hướng oxi hóa (oxidaza), phân giải RiDP (C5) thành APG (C3) và AG (axit glicolic) (C2). APG đi vào quang hợp, còn AG chính là nguyên liệu cho hô hấp sáng. Quá trình này chỉ xảy ra ở nhóm thực vật C3.
c. ATP được lục lạp sinh ra trong tối vì ở đây có sự chênh lệch nồng độ H+ giữa hai bên màng tilacoit: trong xoang tilacoit có nồng độ H+ lớn hơn ngoài dung dịch môi trường kiềm, do đó H+ đi từ xoang tilacoit ra ngoài qua ATP-synthaza và tổng hợp ATP.
Câu 4: 
a. Tại sao đều không có hô hấp sáng, nhưng thực vật C4 có năng suất cao còn thực vật CAM có năng suất thấp hơn?
b. Người ta nói: các cây rong màu đỏ là các cây có thể sống ở mức nước sâu nhất. Nhận định đó có đúng không? Vì sao?
c. Với cùng một cường độ ánh sáng, nhận thấy: Ánh sáng đỏ có hiệu quả quang hợp lớn hơn ánh sáng xanh tím. Giải thích vấn đề này như thế nào?
Trả lời:
a. Thực vật CAM sử dụng sản phẩm cuối cùng của quá trình quang hợp tích lũy dưới dạng tinh bột làm nguyên liệu tái tạo chất nhận CO2 của chu trình CAM, do vậy làm giảm chất hữu cơ tích lũy trong cây nên năng suất thấp.
b. Đúng. Màu của tảo chính là màu của ánh sáng phản xạ hoặc xuyên qua. Như vậy tảo đỏ không hấp thụ ánh sáng đỏ và để quang hợp được, tảo này phải hấp thụ ánh sáng xanh tím. Ánh sáng xanh tím có bước sóng ngắn nhất trong ánh sáng mặt trời nên xuyên được đến mực nước sâu nhất.
c. - Hiệu quả quang hợp chỉ phụ thuộc vào số lượng photon (cần 8 photon để cố định một phân tử CO2 hay 48 photon để hình thành 1 phân tử glucozơ), không phụ thuộc vào năng lượng photon.
- Trên cùng một cường độ ánh sáng, số lượng photon của ánh sáng đỏ lớn gần gấp đôi số lượng photon của ánh sáng xanh tím. Vì năng lượng một photon của ánh sáng xanh tím lớn gần gấp đôi năng lượng của một photon của ánh sáng đỏ.
Câu 5: 
Sơ đồ sau chỉ các bước chính trong pha tối của quang hợp ở một số loài thực vật:
 CO2
Ribulôzơ-1-5 điphôtphat Chất Y ALPG Chất Z
Bước X
Ribulôzơ phôtphat
a. Nêu tên nhóm thực vật có kiểu quang hợp này.
b. Chất Y, chất Z là gì?
c. ATP được sử dụng trong bước X để làm gì ?
Trả lời:
a. Kiểu quang hợp này là ở thực vật C3.
b. Tên chất Y là APG, tên chất Z là Glucozơ.
c. ATP được sử dụng trong bước X là để cung cấp thêm một nhóm photphat vào ribulozơ photphat tạo thành ribulôzơ-1-5 điphôtphat. Chất nhận CO2 đầu tiên của chu trình Calvin.
Câu 6: 
a. Trong các chất hữu cơ do quá trình quang hợp tạo ra, chất nào có vai trò chủ yếu và được xem là chất có hoạt tính thẩm thấu làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào hình hạt đậu? Nêu những biến đổi của tế bào hình hạt đậu khi ở ngoài sáng và khi lá thiếu nước?
b. Hô hấp sáng diễn ra ở những loại bào quan nào? Tại sao hô hấp sáng chỉ diễn ra khi có ánh sáng?
c. Từ thí nghiệm sau đây :
- Chiết rút sắc tố: Lấy khoảng 2-3g lá tươi, cắt nhỏ, cho vào cối sứ nghiền với một ít axeton 80% cho thật nhuyễn, thêm axeton, khuấy đều, lọc qua phễu lọc vào bình chiết ta thu được hỗn hợp sắc tố màu xanh lục.
- Tách các sắc tố thành phần: Lấy một lượng benzen gấp đôi lượng dung dịch vừa chiết, đổ vào bình chiết lắc đều rồi để yên vài phút.
+ Hiện tượng gì xảy ra?
+ Vì sao phải tách chiết sắc tố bằng dung môi hữu cơ?
+ Dựa vào nguyên tắc nào để tách được các nhóm sắc tố ra khỏi hỗn hợp sắc tố?
Trả lời:
a. - Đường là hợp chất có tính thẩm thấu. Đường làm tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào khí khổng.
- Ở ngoài sáng. CO2 được sử dụng cho quá trình quang hợp do đó CO2 giảm, độ pH tăng và gần như trung tính -> xúc tác hoạt tính enzim photphorinaza trong phản ứng phân giải tinh bột thành đường giúp tế bào hút nước -> khí khổng mở
- Khi lá thiếu nước, AAB được tích lũy trong tế bào khí khổng. AAB ức chế sự tổng hợp enzim amilaza do đó ngừng sự thủy phân tinh bột thành đường nên giảm chất có hoạt tính thẩm thấu -> khí khổng đóng.
b. Hô hấp sáng xảy ra ở 3 loại bào quan: lục lạp, peroxixom và ti thể.
- Hô hấp sáng xảy ra khi có ánh sáng vì:
+ RiDP được thành lập ở ngoài sáng do chu trình calvin đòi hỏi phải có ATP và NADPH (taooj ra từ pha sáng khi có ánh sáng)
+ Ánh sáng trực tiếp phóng thích oxi từ nước trong lục lạp nên oxi ở ngoài sáng phong phú hơn
+ Rubisco bị hoạt hóa bởi ánh sáng và bất hoạt trong tối.
c. Hiện tượng xảy ra: Dung dịch màu phân thành 2 lớp
- Lớp dưới màu vàng là màu của carotenoit tan trong benzen, lớp trên là màu xanh màu của diệp lục tan trong axeton
- Vì sắc tố chỉ hòa tan trong dung môi hữu cơ, không tan trong nước
- Mỗi loại sắc tố chỉ có khả năng tan trong dung môi hữu cơ khác nhau: Diệp lục tan trong axeton, carotenoit tan trong benzen.
Câu 7: 
a. Sự khác nhau về hình thái giải phẫu giữa ba nhóm thực vật C3, C4 và CAM?
b. Sự khác nhau về cấu giữa hai loại lục lạp của thực vật C4?
c. Mg có vai trò gì trong quang hợp ở thực vật? Nếu đất thiếu Mg cây có thể lấy Mg từ đâu cho các lá non? Tại sao khi trồng các cây họ đậu thường phải bổ sung thêm nguyên tố vi lượng Mo?
d. Ở thực vật, lục lạp thích nghi với điều kiện chiếu sáng mạnh và yếu như thế nào ?
Trả lời: 
a. 
Thực vật C3
Thực vật C4
Thực vật CAM
- Có 1 loại lục lạp ở tế bào mô giậu
- Lá bình thường
- Có 2 loại lục lạp ở tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch
- Lá bình thường
- Có 1 loại lục lạp ở tế bào mô giậu
- Lá mọng nước
b.
Lục lạp mô giậu
Lục lạp bao bó mạch
- Kích thước nhỏ
- Hạt (grana) rất phát triển vì chủ yếu thực hiện pha sáng
- Kích thước lớn
- Hạt (grana) kém phát triển (hoặc tiêu biến) vì chỉ thực hiện pha tối
c. Mg là thành phần cấu tạo nên clorophyl và tham gia hoạt hóa một số enzim trong quang hợp. Đất thiếu Mg thì cây có thể lấy Mg từ cac lá già trước khi rụng
- Vì Mo là thành phần của phức hệ enzim nitrogenaza và Mo còn có vai trò hoạt hóa cho enzim này
- Quá trình cố định nitơ khí quyển của họ đậu là nhờ enzim nitrogenaza xúc tác
d. Lục lạp có khả năng tự di chuyển vị trí, chiều quay trong tế bào để có thể bảo vệ lục lạp khi gặp ánh sáng quá mạnh, đồng thời có thể tăng khả năng hấp thụ ánh sáng khi ánh sáng yếu.
- Khi ánh sáng mạnh, lục lạp quay hướng song song với chiều các tia sáng làm giảm tiết diện tiếp xúc với ánh sáng nên lục lạp được bảo vệ.
- Ngược lại, khi ánh sáng có cường độ thấp, lục lạp quay vuông góc với chiều các tia sáng làm tăng diện tích tiếp xúc với ánh sáng, tận dụng được nhiều ánh sáng cho quang hợp.
Câu 8: 
Dưới đây là sơ đồ tổng hợp chất hữu cơ trong pha tối ở một loài thực vật:
CO2 + ATP 1 2
 4 3
I
Chu trình Calvin 5
 CO2
II
Hãy cho biết:
a. Tên sơ đồ trên?
b. Các chất tương ứng với các số 1, 2, 3, 4, 5 là gì? Và chứa bao nhiêu nguyên tử cacbon?
c. Vị trí xảy ra quá trình I và II?
d. Nếu đưa chúng về nơi khí hậu ôn hòa, nhiệt độ ánh sáng vừa phải thì chúng có tổng hợp chất hữu cơ theo con đường như trên hay không? Tại sao?
Trả lời:
a. Chu trình cố định CO2 ở thực vật C4 (chu trình Hatch – Slack)
b. Các chất tương ứng:
1. Photpho enol pyruvic (PEP) chứa 3C.
2. Axit oxalo axetic (AOA) chứa 4C.
3. Axit malic (AM) chứa 4C.
4. Axit pyruvic chứa 3C.
5. Glucozơ chứa 6C.
c. - Quá trình I xảy ra trong lục lạp của tế bào mô giậu.
- Quá trình II xảy ra trong lục lạp của tế bào bao quanh bó mạch.
d. Trồng cây trong điều kiện khí hậu ôn hòa:
- Vẫn tiến hành cố định CO2 theo con đường C4.
- Vì đây là đặc điểm thích nghi sinh lí đặc trưng cho loài.
Câu 9: 
Các nhận định sau đúng hay sai? Giải thích?
a. Hiệu quả quang hợp của thực vật C4 lớn gấp 2 lần thực vật C3 nhưng hiệu quả năng lượng để tổng hợp 1 phân tử glucozơ ở thực vật C3 lại lớn hơn thực vật C4.
b.Trong các tế bào bao bó mạch, dòng electron không vòng là phương thức quang hợp duy nhất để phát sinh ATP cung cấp cho quá trình biến đổi pyruvat thành PEP
c. Chiếu bổ sung ánh sáng đơn sắc xanh tím sẽ làm tăng hàm lượng protein và axit amin ở cây trồng.
Trả lời:
a. Đúng, vì:
- Hiệu quả quang hợp của TVC4 > TVC3 do TVC3 có hô hấp sáng còn TVC4 không có hô hấp sáng
- Hiệu quả năng lượng TVC3 > TVC4 vì:
+ TVC3 để hình thành 1 glucozơ cần 18 ATP
+ TVC4 để hình thành 1 glucozơ cần 24 ATP
b. Sai, vì:
Trong tế bào bao bó mạch, để enzim rubisco chỉ có hoạt tính cacboxilaza, thực vật C4 chỉ dùng dòng electron vòng không tạo oxi là phương thức quang hợp duy nhất để phát sinh ATP cung cấp cho quá trình biến đổi pyruvat thành PEP
c. Đúng, vì: ánh sáng xanh tím sẽ thúc đẩy quá trình hình thành protein và axit amin ở cây trồng.
Câu 10: 
Các loài tảo biển có nhiều màu sắc khác nhau: tảo lục, tảo lam, tảo nâu, tảo đỏ, tảo vàng ánh,  Hãy cho biết:
a. Loài nào có chứa diệp lục, loài nào không?
b. Sự khác nhau về màu sắc này có ý nghĩa gì?
c. Hãy sắp xếp thứ tự có thể gặp các loài tảo từ trên mặt biển xuống đáy biển sâu.
Trả lời:
a. Tất cả các loài tảo đều có chứa chất diệp lục vì diệp lục là sắc tố quang hợp thực hiện quá trình tổng hợp chất hữu cơ. Các sắc tố phụ lấn át màu của diệp lục làm cho tảo có nhiều màu sắc khác nhau.
b. Sự khác nhau về màu sắc có ý nghĩa thích nghi với điều kiện chiếu sáng khác nhau. Thực vật sống gần mặt nước biển có hàm lượng diệp lục cao, càng xuống sâu hàm lượng diệp lục càng thấp.
- Thành phần quang phổ của ánh sáng mặt trời trong vùng nhìn thấy được có độ dài sóng khác nhau nên khả năng xuyên sâu cũng khác nhau. Ánh sáng đỏ chỉ chiếu đến lớp nước biển trên mặt, ánh sáng cam xuống sâu hơn một chút, ánh sáng vàng và lục xuyên sâu hơn, ánh sáng lam và tím xuống được các lớp nước sâu hơn cả.
c. Tảo lục -> Tảo lam -> Tảo nâu -> tảo vàng ánh -> Tảo đỏ
Câu 11: Quá trình trao đổi nước ở thực vật CAM có đặc điểm gì độc đáo? Đặc điểm này dẫn tới sự khác nhau về nhu cầu nước ở thực vật CAM và các nhóm thực vật khác như thế nào?
Trả lời:
- Điểm độc đáo: Thực vật CAM thường sống ở vùng sa mạc hoặc bán sa mạc trong điều kiện thiếu nguồn nước. Ở nhóm thực vật này, hiện tượng đóng khí khổng vào ban ngày có tác dụng tiết kiệm nước dẫn tới quá trình cố định CO2 chuyển vào ban đêm.
- Sự khác nhau về nhu cầu nước ở các nhóm thực vật: C3 là cao, C4 = 1/2C3, CAM thấp hơn C4.