Tại sao quang hợp lại có vai trò sống còn đối với sự sống trên Trái Đất?

1. Quá trình quang hợp được hiểu như thế nào?

Quá trình quang hợp là một phản ứng oxy hóa - khử. Nó diễn ra khi quá trình khử CO₂ và quá trình oxy hóa nước xảy ra đồng thời. Trong phản ứng quang hợp, năng lượng từ ánh sáng mặt trời làm phân ly phân tử nước và khử CO₂ thành đường giàu năng lượng.

Nói cách khác, ion H+ và electron được tạo ra từ sự phân ly của phân tử nước được sử dụng để khử CO₂ và tạo thành hợp chất khử có đơn vị cơ bản là (CH₂O). Năng lượng từ ánh sáng mặt trời cũng được lưu trữ trong quá trình này. Cần lưu ý cơ chế hấp thụ ánh sáng và chuyển điện tử từ nước đến CO₂ trong quang hợp.

Trong chuỗi thức ăn tự nhiên, các sinh vật tiêu thụ năng lượng từ quang hợp thường là những nhân tố đầu tiên. Các sinh vật khác sẽ sử dụng sản phẩm của quang hợp để duy trì sự sống của chúng. Quang hợp đóng vai trò quan trọng trong chuỗi phản ứng hóa học, cung cấp năng lượng cho sự sống, bù đắp các chất hữu cơ đã tiêu tán và điều chỉnh cân bằng khí O₂ và CO₂ trong không khí.

Quang hợp, còn gọi là quá trình quang tổng hợp, là quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ ở thực vật. Trong quá trình này, thực vật, tảo và một số vi khuẩn hấp thụ ánh sáng mặt trời để tạo ra các chất hữu cơ. Đối với thực vật, quang hợp diễn ra khi các sắc tố diệp lục trong lục lạp hấp thụ ánh sáng mặt trời, tạo ra cacbonhidrat và giải phóng oxy từ khí cacbonic và nước.

Dưới đây là một số đặc điểm của lục lạp:

- Lục lạp thường có hình bầu dục, giúp dễ dàng hấp thụ ánh sáng mặt trời.

- Kích thước của lục lạp nhỏ, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi chất.

- Mỗi lục lạp được bao quanh bởi một lớp màng kép, bên trong chứa một chất nền không màu cùng các hạt nhỏ gọi là grana. Các hạt grana có hình dạng như chồng tiền xu, bao gồm các túi dẹt gọi là tilacôit. Màng tilacôit là nơi phân bố hệ sắc tố quang hợp và nơi diễn ra các phản ứng sáng. Xoang tilacôit là nơi phản ứng quang phân ly nước và tổng hợp ATP trong quang hợp, còn chất nền là nơi các phản ứng tối xảy ra.

- Lục lạp chứa ADN, enzyme và ribôxôm, giúp chất diệp lục có khả năng tự tổng hợp các protein cần thiết.

- Số lượng lục lạp trong mỗi tế bào có thể khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện ánh sáng của môi trường và đặc điểm của từng loài.

Theo nghiên cứu, phương trình tổng quát của quang hợp được mô tả như sau:

6 CO₂ + 12 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ + 6 H₂O

2. Những yếu tố nào là cần thiết cho quá trình quang hợp ở thực vật?

Quá trình quang hợp ở thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cường độ ánh sáng, quang phổ ánh sáng, nồng độ CO₂, nước, nhiệt độ, và các nguyên tố khoáng. Những yếu tố này ảnh hưởng đến quá trình quang hợp và cách chúng hoạt động như sau:

Đầu tiên, yếu tố ánh sáng:

Ánh sáng đóng vai trò thiết yếu trong quang hợp, ảnh hưởng bởi cả cường độ và quang phổ của ánh sáng.

- Cường độ ánh sáng, tức mức độ sáng tối, chủ yếu phụ thuộc vào màu sắc của lá. Điểm bù ánh sáng là mức ánh sáng mà tại đó, cường độ quang hợp bằng cường độ hô hấp (HH). Ngược lại, điểm bão hòa ánh sáng là mức ánh sáng mà tại đó, cường độ quang hợp đạt cực đại.

Ví dụ, khi cường độ ánh sáng tăng, cường độ quang hợp cũng tăng cho đến khi đạt điểm bão hòa ánh sáng.

- Về quang phổ ánh sáng: Quang phổ ánh sáng tác động mạnh mẽ nhất ở vùng tia đỏ và tia xanh tím. Tia đỏ thúc đẩy quá trình hình thành cacbonhidrat, trong khi tia xanh tím kích thích tổng hợp amino acid và protein.

Thứ hai, về nồng độ CO2:

Khi nồng độ CO₂ tăng, cường độ quang hợp cũng sẽ tăng, sau đó tăng chậm cho đến khi đạt mức bão hòa CO₂. Mức bão hòa CO₂ là trị số mà tại đó quang hợp không còn thay đổi. Trị số này phụ thuộc vào cường độ ánh sáng, nhiệt độ và các điều kiện khác. Thực tế cho thấy, nồng độ CO₂ cao cần cường độ ánh sáng cao để quang hợp hiệu quả.

Thứ ba, về yếu tố nước:

Khi thực vật thiếu nước từ 40% đến 60%, khả năng quang hợp sẽ giảm mạnh và có thể ngừng hoàn toàn. Cây chịu hạn có thể duy trì quang hợp ổn định hơn so với các cây trung sinh và cây ưa ẩm. Do đó, việc cung cấp đủ nước cho cây trồng là cần thiết để đảm bảo quang hợp diễn ra suôn sẻ và cây phát triển bình thường.

Thứ tư, về dinh dưỡng cho cây:

Dinh dưỡng là yếu tố thiết yếu cho quá trình quang hợp, đặc biệt là các chất khoáng. Những chất khoáng quan trọng như N, P, S tham gia vào việc hình thành enzyme quang hợp, trong khi Mg và N là thành phần của chất diệp lục. Chất khoáng cũng điều chỉnh độ mở khí khổng để CO₂ khuếch tán vào lá (K), và ảnh hưởng đến quá trình quang phân ly nước (Mn, Cl).

3. Những lý do chứng minh quang hợp là yếu tố sống còn đối với sự sống trên Trái Đất?

Quang hợp đóng vai trò sống còn đối với sự sống trên Trái Đất vì những lý do sau:

- Quang hợp cung cấp nguồn năng lượng cần thiết cho sự sống và bù đắp các chất hữu cơ đã tiêu tán trong quá trình sống. Nó cũng giúp duy trì cân bằng khí CO₂ và O₂ trong khí quyển, đảm bảo điều kiện sống và phát triển trên Trái Đất.

- Quá trình quang hợp tạo ra các chất hữu cơ, là nguồn thức ăn thiết yếu cho tất cả sinh vật trên Trái Đất. Những chất hữu cơ này không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn được sử dụng trong công nghiệp và sản xuất thuốc chữa bệnh cho con người.

- Quá trình quang hợp tích lũy năng lượng bằng cách chuyển hóa năng lượng ánh sáng mặt trời thành liên kết hóa học. Điều này không chỉ cung cấp năng lượng cho các hoạt động sống của sinh vật trên Trái Đất mà còn lưu trữ năng lượng cho các quá trình sinh học.

- Thêm vào đó, quang hợp giúp điều hòa không khí. Cây xanh thực hiện quá trình này bằng cách hấp thụ CO₂ và giải phóng O₂ và nước. Oxy là yếu tố quan trọng giúp duy trì sự sống và giảm hiệu ứng nhà kính, mang lại không khí trong lành cho con người.

Ngoài ra, bạn có thể tham khảo thêm các bài viết từ Mytour về:

- Nguồn gốc của oxy trong quá trình quang hợp?

- Các sản phẩm của pha sáng là gì? Đâu là sản phẩm của pha sáng không tham gia vào pha tối?