Hướng dẫn Giải bài tập Sinh học 11 Cánh diều Chủ đề 1 Bài 5 Hô hấp ở thực vật môn Sinh học lớp 11
Hệ thống hô hấp ở thực vật đóng một vai trò rất quan trọng trong sự sống và sự phát triển của cây. Việc nắm vững kiến thức về hô hấp ở thực vật không chỉ giúp các em học sinh hiểu sâu về các quá trình sinh lý của cây mà còn giúp các em có thể vận dụng kiến thức vào thực tế đời sống và sản xuất nông nghiệp. Bài 5 trong sách giáo khoa Sinh học 11 Cánh diều sẽ giúp các em học sinh làm rõ những hiện tượng sinh lý thú vị của cây qua các câu hỏi giải thích và phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình hô hấp.
Mở đầu trang 36 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Khi bị ngập úng, mặc dù xung quanh gốc cây có rất nhiều nước nhưng cây vẫn bị chết héo. Giải thích hiện tượng này.
Ngập úng là hiện tượng khi cây bị bao vây bởi một lượng nước dư thừa, khiến cho hệ thống rễ cây không thể tiếp cận được với oxy trong đất. Tuy nước có thể bao quanh cây, nhưng nước ngập trong đất lại thiếu oxy, điều này gây ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hô hấp của cây. Quá trình hô hấp là quá trình mà cây sử dụng oxy để chuyển đổi các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là đường) thành năng lượng, đồng thời giải phóng khí carbon dioxide. Hô hấp là một quá trình sống còn, giúp cây duy trì các hoạt động sinh lý như phát triển và sinh trưởng.
Khi cây bị ngập úng, hệ thống rễ không thể thực hiện hô hấp hiệu quả vì thiếu oxy. Điều này làm cho cây không thể chuyển hóa năng lượng và các chất dinh dưỡng, dẫn đến việc cây không thể duy trì sự sống và cuối cùng dẫn đến việc cây bị chết héo. Cây cần oxy không chỉ để hô hấp mà còn để duy trì các chức năng khác như hút nước và khoáng chất từ đất, làm các phản ứng hóa học trong cây được diễn ra bình thường. Vì vậy, thiếu oxy do ngập úng là một trong những nguyên nhân chính khiến cây không thể sống sót.
Giải Câu hỏi 1 trang 36 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Dựa vào phương trình tổng quát, cho biết bản chất của quá trình hô hấp ở thực vật.
Quá trình hô hấp ở thực vật là quá trình oxy hóa các chất hữu cơ để giải phóng năng lượng cần thiết cho các hoạt động sống của cây. Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp ở thực vật có thể biểu diễn như sau:
\(C6H12O6+6O2→6CO2+6H2O+năng lượng(ATP)\)
Trong đó:
\(C_6H_{12}O_6\) là glucose (một loại đường), là chất cơ bản cung cấp năng lượng cho cây.
\(O_2\) là oxy, là khí cần thiết cho quá trình hô hấp.
\(CO_2\) là khí carbon dioxide, là sản phẩm thải của quá trình hô hấp.
\(H_2O\) là nước, cũng là một sản phẩm thải của quá trình hô hấp.
ATP (Adenosine Triphosphate) là năng lượng mà cây sử dụng cho các hoạt động sống như phát triển, sinh trưởng, hấp thụ dinh dưỡng, và tạo ra các hợp chất hữu cơ.
Bản chất của quá trình hô hấp là sự phân giải glucose (đường) thành năng lượng mà cây sử dụng trong suốt quá trình sống. Quá trình này xảy ra trong tế bào thực vật, chủ yếu là ở ti thể của tế bào. Hô hấp ở thực vật không chỉ diễn ra ban ngày mà còn ban đêm, vì cây luôn cần năng lượng để duy trì các hoạt động sống.
Giải Câu hỏi 2 trang 36 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Dựa vào hình 5.1, trình bày các giai đoạn của quá trình hô hấp của thực vật.
Quá trình hô hấp ở thực vật có thể được chia thành ba giai đoạn chính: đường phân, chu trình Crebs và chuỗi truyền electron. Dưới đây là mô tả chi tiết các giai đoạn này:
Đường phân (Glycolysis): Đây là giai đoạn đầu tiên của quá trình hô hấp, xảy ra trong tế bào chất của tế bào thực vật. Trong giai đoạn này, một phân tử glucose (C₆H₁₂O₆) được phân giải thành hai phân tử axit pyruvic (C₃H₄O₃). Đồng thời, một lượng nhỏ năng lượng (2 phân tử ATP) và các electron được giải phóng, giúp cây có năng lượng cần thiết cho các hoạt động khác.
Chu trình Crebs (chu trình axit citric): Sau khi tạo ra axit pyruvic từ đường phân, axit pyruvic sẽ được chuyển vào ti thể, nơi tiếp tục bị chuyển hóa trong chu trình Crebs. Trong chu trình này, axit pyruvic bị oxy hóa thành CO₂ và nước, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng electron và proton. Những electron này sẽ được chuyển đến chuỗi truyền electron trong giai đoạn tiếp theo.
Chuỗi truyền electron: Đây là giai đoạn cuối cùng của quá trình hô hấp, xảy ra trong màng trong của ti thể. Trong giai đoạn này, các electron được truyền qua một chuỗi các protein màng. Quá trình này tạo ra một gradient proton, giúp sản sinh ATP. Các sản phẩm cuối cùng của chuỗi truyền electron là nước (H₂O) và năng lượng (ATP).
Luyện tập trang 37 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD Hoàn thành bảng 5.1
Quá trình hô hấp:
Hô hấp hiếu khí
Hô hấp kị khí
Nơi xảy ra:
Trong tế bào (bao gồm các bộ phận như lá, thân, rễ)
Điều kiện cần thiết:
Hô hấp hiếu khí: cần oxy và glucose
Hô hấp kị khí: không cần oxy nhưng cần glucose
Sản phẩm của quá trình:
Hô hấp hiếu khí: sản phẩm chính là CO2, nước, và năng lượng dưới dạng ATP
Hô hấp kị khí: sản phẩm chính là rượu etylic (trong các tế bào thực vật không có oxy) hoặc axit lactic
Ví dụ:
Hô hấp hiếu khí: xảy ra trong các tế bào của thực vật khi có đủ oxy
Hô hấp kị khí: xảy ra trong điều kiện thiếu oxy, như trong môi trường nước tù hoặc trong các điều kiện thiếu oxy của đất
Giải Câu hỏi 3 trang 37 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Phân tích vai trò của quá trình hô hấp đối với thực vật.
Quá trình hô hấp có vai trò vô cùng quan trọng đối với sự sống và sự phát triển của thực vật. Một trong những chức năng chính của quá trình này là cung cấp năng lượng cho cây. Mỗi tế bào thực vật cần năng lượng để thực hiện các quá trình sinh lý như tổng hợp protein, phân chia tế bào, vận chuyển nước và dinh dưỡng, cũng như phát triển các bộ phận của cây như rễ, thân, lá và hoa. Năng lượng này được tạo ra từ quá trình hô hấp thông qua việc phân giải glucose thành năng lượng dạng ATP.
Bên cạnh đó, quá trình hô hấp còn giúp cây duy trì sự ổn định trong các hoạt động trao đổi chất, như chuyển hóa các chất hữu cơ thành các hợp chất cần thiết cho sự phát triển của cây. Đồng thời, quá trình hô hấp cũng giúp cây loại bỏ các sản phẩm thải, bao gồm khí carbon dioxide (CO₂) và nước. Việc loại bỏ CO₂ và các chất thải này giúp duy trì cân bằng sinh học trong cơ thể cây, đảm bảo cây có thể tiếp tục phát triển một cách khỏe mạnh.
Hơn nữa, hô hấp ở thực vật có mối liên hệ chặt chẽ với quá trình quang hợp. Mặc dù quang hợp sản sinh ra oxy, nhưng cây cũng sử dụng oxy trong quá trình hô hấp để tạo ra năng lượng cho các hoạt động sống. Vì vậy, quá trình hô hấp đóng vai trò quan trọng không chỉ trong việc cung cấp năng lượng mà còn trong việc duy trì sự sống lâu dài của cây.
Giải Câu hỏi 4 trang 37 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Quá trình hô hấp sẽ bị ảnh hưởng như thế nào nếu thiếu nước?
Nước là yếu tố quan trọng trong tất cả các quá trình sinh lý của thực vật, bao gồm cả quá trình hô hấp. Thiếu nước sẽ gây ảnh hưởng lớn đến các giai đoạn của quá trình hô hấp. Đầu tiên, nước là một thành phần thiết yếu trong việc duy trì các phản ứng sinh hóa học trong cơ thể cây, bao gồm các phản ứng liên quan đến chu trình Crebs và chuỗi truyền electron. Nếu thiếu nước, các phản ứng này sẽ bị gián đoạn, làm giảm hiệu quả của quá trình hô hấp.
Ngoài ra, nước cũng giúp vận chuyển các chất dinh dưỡng và khí trong cây. Nếu cây thiếu nước, các cơ chế vận chuyển này sẽ hoạt động kém hiệu quả, dẫn đến việc cây không thể cung cấp đủ oxy cho các tế bào, làm giảm khả năng thực hiện quá trình hô hấp. Vì vậy, thiếu nước sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng và phát triển của cây.
Giải Câu hỏi 5 trang 38 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Phân tích ảnh hưởng của nồng độ \({O_2}\) đến quá trình hô hấp.
Nồng độ oxy \({O_2}\) có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hô hấp của thực vật. Oxy là một yếu tố quan trọng trong quá trình hô hấp tế bào, đặc biệt là trong giai đoạn chuỗi truyền electron. Khi cây tiến hành hô hấp, oxy được sử dụng để oxy hóa các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là glucose) để giải phóng năng lượng. Quá trình này giúp cây tạo ra ATP - nguồn năng lượng cần thiết cho các hoạt động sinh lý khác của cây.
Khi nồng độ \({O_2}\) trong môi trường giảm thấp, tốc độ hô hấp của cây cũng sẽ bị giảm theo. Nếu nồng độ oxy không đủ, cây sẽ không thể duy trì các hoạt động sống bình thường, như phân chia tế bào, tổng hợp protein, và phát triển các bộ phận của cây. Điều này có thể dẫn đến sự giảm sút trong sự phát triển của cây, hoặc thậm chí là cây không thể sống sót nếu thiếu oxy quá lâu.
Ngược lại, nếu nồng độ oxy trong môi trường quá cao, quá trình hô hấp có thể bị kích thích quá mức, gây ra sự gia tăng quá trình trao đổi chất, dẫn đến việc tiêu thụ năng lượng nhanh chóng. Tuy nhiên, ở mức độ thông thường, cây không bị ảnh hưởng xấu bởi nồng độ oxy cao vì thực vật có khả năng điều chỉnh quá trình hô hấp để duy trì sự cân bằng.
Giải Câu hỏi 6 trang 38 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Nhiệt độ ảnh hưởng như thế nào đến quá trình hô hấp ở thực vật?
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hô hấp ở thực vật, vì nhiệt độ quyết định tốc độ của các phản ứng hóa học diễn ra trong tế bào thực vật. Quá trình hô hấp, giống như mọi phản ứng hóa học khác, sẽ diễn ra nhanh hơn khi nhiệt độ tăng lên. Khi nhiệt độ cao, các enzyme trong tế bào sẽ hoạt động mạnh mẽ hơn, giúp tăng tốc độ các phản ứng trong quá trình hô hấp, dẫn đến việc tạo ra nhiều năng lượng (ATP) hơn cho cây.
Tuy nhiên, nếu nhiệt độ quá cao (trên mức tối ưu của cây), các enzyme sẽ bị denaturation (biến tính), làm giảm hiệu quả của quá trình hô hấp. Khi đó, cây không thể thực hiện quá trình hô hấp một cách hiệu quả, và các phản ứng sinh hóa trong cây sẽ bị gián đoạn. Nhiệt độ quá thấp cũng có tác động tương tự: khi nhiệt độ giảm quá mức, tốc độ phản ứng trong quá trình hô hấp sẽ bị chậm lại, ảnh hưởng đến khả năng tạo ra năng lượng của cây.
Mỗi loài cây có một phạm vi nhiệt độ tối ưu riêng cho quá trình hô hấp. Đối với các cây chịu lạnh, quá trình hô hấp sẽ xảy ra hiệu quả ở nhiệt độ thấp, trong khi các loài cây nhiệt đới sẽ yêu cầu nhiệt độ cao hơn để quá trình hô hấp diễn ra tốt.
Giải Câu hỏi 7 trang 38 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Tại sao nồng độ \(C{O_2}\) cao ảnh hưởng không tốt đến hô hấp ở thực vật?
Khí CO₂ là sản phẩm phụ của quá trình hô hấp trong thực vật. Mặc dù cây cần CO₂ cho quá trình quang hợp, nhưng khi nồng độ CO₂ quá cao trong môi trường, nó có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình hô hấp. Lý do là vì khi CO₂ tích tụ quá nhiều trong cây, có thể tạo ra một sự mất cân bằng trong việc hấp thụ và sử dụng oxy, làm giảm hiệu quả của quá trình hô hấp. Điều này xảy ra bởi vì quá trình hô hấp yêu cầu oxy, và khi nồng độ CO₂ quá cao, cây sẽ phải "chiến đấu" để duy trì mức độ oxy cần thiết cho các phản ứng sinh hóa.
Ngoài ra, khi CO₂ cao, cây sẽ cần thêm năng lượng để loại bỏ khí này ra khỏi tế bào, điều này có thể làm giảm hiệu quả tổng thể của quá trình hô hấp. Sự tích tụ CO₂ còn có thể dẫn đến sự thay đổi pH của môi trường bên trong cây, làm ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme tham gia vào quá trình hô hấp. Do đó, nồng độ CO₂ quá cao sẽ làm giảm năng suất hô hấp của cây và có thể gây ra sự suy yếu hoặc chết cho cây.
Giải Câu hỏi 8 trang 38 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Phân tích mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật.
Quang hợp và hô hấp là hai quá trình sinh lý cơ bản trong thực vật, có mối quan hệ mật thiết với nhau, nhưng chúng có những mục tiêu và cơ chế khác nhau.
Quang hợp: Quá trình này xảy ra chủ yếu ở lá cây, nơi cây sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển đổi CO₂ và nước thành glucose (C₆H₁₂O₆) và oxy (O₂). Quang hợp chủ yếu diễn ra vào ban ngày khi có ánh sáng, và đây là quá trình chính giúp cây sản xuất các hợp chất hữu cơ, cung cấp năng lượng cho các hoạt động sinh lý của cây.
Hô hấp: Quá trình hô hấp ở thực vật xảy ra suốt cả ngày và đêm, trong đó cây sử dụng oxy (O₂) để phân giải các hợp chất hữu cơ như glucose thành năng lượng (ATP), đồng thời giải phóng CO₂ và nước. Hô hấp cung cấp năng lượng cho cây để thực hiện các hoạt động sống như phát triển, sinh trưởng, và duy trì các tế bào.
Mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp có thể được tóm gọn như sau: quang hợp tạo ra glucose và oxy, là nguồn năng lượng và khí cần thiết cho hô hấp. Trong khi đó, hô hấp sử dụng oxy để chuyển hóa glucose thành năng lượng và giải phóng CO₂. Mặc dù quang hợp sản sinh oxy và hô hấp tạo ra CO₂, nhưng hai quá trình này không xảy ra đồng thời hoàn toàn. Quang hợp diễn ra mạnh mẽ vào ban ngày, trong khi hô hấp diễn ra liên tục, kể cả ban đêm.
Điều quan trọng là mặc dù cả hai quá trình này đều sử dụng CO₂ và O₂, nhưng chúng có sự cân bằng trong cây để tối ưu hóa sự phát triển và duy trì sự sống. Quang hợp cung cấp năng lượng cho cây, trong khi hô hấp giúp cây sử dụng năng lượng này trong suốt các quá trình sinh lý.
Vận dụng 1 trang 39 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Nêu một số biện pháp bảo quản rau xanh và hoa quả dựa trên nguyên tắc ức chế quá trình hô hấp.
Một trong những nguyên tắc quan trọng trong việc bảo quản rau xanh và hoa quả là giảm tốc độ hô hấp, vì hô hấp là quá trình tiêu tốn năng lượng và sản sinh khí CO₂, làm thực phẩm nhanh chóng hư hỏng. Một số biện pháp giúp ức chế quá trình hô hấp ở rau và hoa quả bao gồm:
Giảm nhiệt độ: Nhiệt độ thấp sẽ làm giảm tốc độ hô hấp của thực phẩm, từ đó làm chậm quá trình lão hóa và hư hỏng. Vì vậy, bảo quản rau quả trong tủ lạnh hoặc nơi có nhiệt độ mát là một biện pháp hiệu quả.
Giảm độ ẩm: Độ ẩm quá cao có thể tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn và nấm mốc phát triển, làm tăng tốc độ phân hủy của rau quả. Hạn chế độ ẩm sẽ giúp rau quả giữ được độ tươi lâu hơn.
Sử dụng khí CO₂ hoặc O₂ giảm: Trong các hệ thống bảo quản rau quả, sử dụng các bao bì kín hoặc bao bì khí giúp giảm nồng độ oxy và tăng nồng độ CO₂ xung quanh rau quả có thể làm giảm quá trình hô hấp và kéo dài thời gian bảo quản.
Sử dụng các chất bảo quản: Các chất bảo quản như ethylene hoặc các hóa chất khác có thể giúp ức chế quá trình hô hấp và làm chậm quá trình chín của rau quả.
Vận dụng 2 trang 39 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Vì sao các hạt như lúa, ngô, đậu cần phải phơi khô trước khi bảo quản? Ngược lại, các hạt này cần phải ngâm vào trong nước trước khi gieo?
Khi hạt như lúa, ngô, đậu còn ướt, quá trình hô hấp trong hạt vẫn tiếp diễn. Hạt cần năng lượng để duy trì sự sống, và nếu độ ẩm quá cao, hạt sẽ tiếp tục tiêu thụ chất dinh dưỡng và năng lượng, dẫn đến việc giảm chất lượng hạt giống. Phơi khô giúp giảm độ ẩm trong hạt, từ đó ngừng hoặc làm chậm quá trình hô hấp và bảo vệ hạt khỏi sự phân hủy hoặc nảy mầm không kiểm soát.
Tuy nhiên, khi gieo hạt, cần phải ngâm chúng vào nước để kích hoạt quá trình nảy mầm. Nước cung cấp độ ẩm cần thiết cho hạt, giúp các enzym trong hạt hoạt động và kích thích quá trình nảy mầm, cho phép cây con bắt đầu quá trình sinh trưởng và phát triển.
Vận dụng 3 trang 39 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD
Năng suất cây trồng tăng khi quá trình quang hợp hay hô hấp chiếm ưu thế? Giải thích.
Năng suất cây trồng sẽ tăng khi quá trình quang hợp chiếm ưu thế hơn hô hấp. Quá trình quang hợp tạo ra glucose và oxy từ năng lượng ánh sáng, giúp cây tạo ra các chất hữu cơ và dự trữ năng lượng cho các hoạt động sinh lý. Trong khi đó, quá trình hô hấp chủ yếu sử dụng oxy để phân giải glucose thành năng lượng, giúp cây duy trì các hoạt động sống.
Nếu quá trình quang hợp tạo ra nhiều glucose hơn so với nhu cầu năng lượng của hô hấp, cây sẽ có dư thừa năng lượng để phát triển và tăng trưởng. Điều này sẽ dẫn đến năng suất cây trồng cao hơn. Tuy nhiên, nếu quá trình hô hấp chiếm ưu thế và tiêu thụ hết glucose mà không có đủ năng lượng dự trữ, cây sẽ không thể phát triển mạnh mẽ và năng suất sẽ giảm.
