Hô hấp ở thực vật là gì? Vai trò, các yếu tố ảnh hưởng

Định nghĩa hô hấp thực vật

Hô hấp ở thực vật là quá trình phân giải hoàn toàn nguyên liệu hữu cơ (trước hết là gluxit) vơi sự tham gia của oxi không khí tạo thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng là CO₂ và H₂O, đồng thời giải phóng 1 lượng lớn năng lượng cung cấp cho tất cả hoạt động sống của cơ thể và tạo ra những sản phẩm trung gian làm nguyên liệu cho các quá trình trao đổi chất khác nhau ở trong cây.

Phương trình tổng quát

C₆H₁₂O₆ + O₂ → CO₂ + H₂O – Q + 689 kcal/mol glucose

▲Q= – 689 kcal/mol glucose → 2880 kJ/mol glucose

Về thực chất, hô hấp là một hệ thống oxy hóa – khử phức tạp trong đó diễn ra các phản ứng oxy hóa – khử tách điện tử và hydro từ nguyên liệu hô hấp chuyển tới oxy không khí và tạo thành nước. Năng lượng giải phóng ra trong các phản ứng oxy hoá-khử đó được cố định lại trong các mối liên kết giàu năng lượng.

Con đường biến đổi cơ chất hô hấp: Quá trình hô hấp thực vật bao gồm 2 giai đoạn kế tiếp nhau: giai đoạn tách hydro (H₂) từ cơ chất và giai đoạn chuyển điện tử trên chuỗi chuyển vận điện tử.

Cơ quan hô hấp: Thực vật không có cơ quan chuyên trách về hô hấp như ở động vật. Hô hấp xảy ra ở tất cả các cơ quan của ty thể, đặc biệt xảy ra mạnh ở các cơ quan đang sinh trưởng, sinh sản và ở rễ.

Bào quan hô hấp: Ty thể là bào quan đóng vai trò chính trong quá trình hô hấp và được xem là “trạm biến thế năng lượng” của tế bào. Hình dạng, số lượng, kích thước của ty thể thay đổi rất nhiều phụ thuộc vào từng loài, từng cơ quan, loại tế bào khác nhau và mức độ trao đổi chất của chúng.

Vai trò của hô hấp đối với thực vật

Hô hấp được xem là quá trình sinh lý trung tâm của cây xanh, có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng:

• Hô hấp cung cấp năng lượng cho tất cả các hoạt động của cây. Nếu như trong quang hợp năng lượng ánh sáng mặt trời được tích lũy vào trong các hợp chất hữu cơ thì trong quá trình hô hấp, năng lượng đó lại được giải phóng ra dưới dạng ATP và năng lượng ATP này được sử dụng cho các hoạt động sống của cơ thể: quá trình trao đổi chất, quá trình hấp thu và vận chuyển chủ động các chất, quá trình phân chia, vận động và sinh trưởng của tế bào…
• Quá trình hô hấp tạo ra nhiều hợp chất trung gian, chúng là nguyên liệu khởi đầu cho việc tổng hợp nên các chất hữu cơ khác nhau trong cơ thể. Do đó không thể xem hô hấp như là quá trình phân giải đơn thuần mà nó còn mang ý nghĩa đối với quá trình tổng hợp nữa.
• Hô hấp tạo nên cơ sở năng lượng và nguyên liệu giúp cây chống chịu với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi như chịu bệnh, chịu nóng, chịu rét…

Trong sản xuất, việc hiểu biết về hô hấp giúp ta đề xuất các biện pháp điều chỉnh hô hấp theo hướng có lợi có lợi cho con người như giảm thiểu hô hấp vô hiệu, tránh hô hấp yếm khí và khống chế hô hấp trong quá trình bảo quản nông sản để giảm thiểu sự hao hụt chất hữu cơ do hô hấp.

Ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến hô hấp

Nhiệt độ: Hô hấp bao gồm các phản ứng hóa học với sự xúc tác của các enzyme, do đó hô hấp phụ thuộc chặt chẽ. Nhiệt độ tối thiểu cây bắt đầu hô hấp biến thiên trong khoảng 0-10ºC tùy theo loài cây ở các vùng sinh thái khác Nhiệt độ tối ưu cho hô hấp trong khoảng 30-35 ºC và nhiệt độ tối đa cho hô hấp trong khoảng 40-45 ºC.

Hàm lượng nước: Nước là dung môi cho các phản ứng hóa học xảy Nước còn tham gia trực tiếp vào quá trình oxi hóa nguyên liệu hô hấp vì thế, hàm lượng nước trong cơ quan, cơ thể liên quan trực tiếp đến cường độ hô hấp.

Nồng độ CO₂ và O₂ : O₂ tham gia vào oxi hóa các chất hữu cơ và là chất nhận điện tử cuối cùng trong chuỗi chuyển vận hô hấp để sau đó hình thành nước trong hô hấp hiếu khí. Vì vậy, nếu nồng độ O₂ trong không khí giảm xuống dưới 10% thì hô hấp sẽ bị ảnh hưởng và khi giảm xuống dưới 5% thì cây chuyển sang phân giải hiếm khí, gây bất lợi cho cây. CO₂ là sản phẩm của quá trình hô hấp. Các phản ứng đêcacboxi hóa để giải phóng CO₂ là các phản ứng thuận nghịch. Nếu hàm lượng CO₂ trong môi trường cao sẽ làm cho phản ứng chuyển dịch sang chiều nghich, gây ức chế hô hấp.

Hô hấp và các hoạt động sinh lý trong cây

Giữa hô hấp và các hoạt động sinh lý trong cây có mối liên hệ mật thiết với nhau. Trong đó, quang hợp và hô hấp là hai chức năng sinh lý quan trọng nhất quyết định năng suất cây trồng. Hai quá trình này vừa mâu thuẩn vừa thống nhất nhau. Có thể hình dung mối quan hệ giữa quang hợp và hô hấp theo sơ đồ:

Hô hấp còn có ý nghĩa quan trọng đối với hút nước, hút khoáng và tính miễn dịch của cây trồng.

(Tài liệu tham khảo: Sinh học Đại cương, Nguyễn Như Hiền)