Hô hấp ở thực vật

 

Là một trong 2 dạng cơ bản của quá trình oxi hóa (hô hấp và lên men). Hô hấp liên quan mật thiết với sự sống, nó đặc trưng cho bất kỳ một cơ quan, một mô , một tế bào sống nào. Hô hấp là quá trình phân giải hoàn toàn nguyên liệu hữu cơ thành các sản phẩm vô cơ cuối cùng nghèo năng lượng là CO₂ và nước đồng thời giải phóng ra một nguồn năng lượng lớn.

Phương trình tổng quá của quá trình hô hấp được biểu thị:

C₆H₁₂O₆ + 6CO₂ = 6CO₂ + 6H₂O+698 Kcal/mol glucozo

Ý nghĩa sinh học của hô hấp không chỉ tạo ra năng lượng cho các hoạt động sống của tế bào và cơ thể mà không kém phần quan trọng là tạo ra các sản phẩm trung gian là những tiền thân những chất trao đổi trong nhiều khâu quan trọng của quá trình trao đổi chất chung của tế bào.

1. Hô hấp yếm khí và hô hấp hiếu khí của cây xanh

Ở thực vật gluxit là chất cơ bản dễ phân giải oxi hoá. Trong gluxit thì đường hexozo như glucozơ, Frutozơ là những chất có khả năng phân giải tốt nhất. Vì thế trong quá trình hô hấp, glucozơ được xem là nguyên liệu cơ bản và chủ yếu nhất trong tế bào.

Trong tế bào phân tử đường có thể được oxi hoá bằng con đường hiếu khí và cũng có thể được oxi hoá bằng con đường yếm khí.

* Giai đoạn đường phân hay giai đoạn yếm khí là giai đoạn từ nguyên liệu hô hấp được phân giải tới sản phẩm đơn giản hơn chứa bao nguyên tử cacbon là ATP.

* Giai đoạn hiếu khí của hô hấp:

Sản phẩm cuối cùng của đường phân là ATP, trong điều kiện có oxi thì nó tiếp tục được phân giải hiếu khí hoàn toàn thành CO₂ và nước theo chu trình Crep. Chu trình Crep có ý nghĩa lớn đối với đời sống của thực vật ở chỗ nó chuẩn bị nguyên liệu cho các quá trình tổng hợp xảy ra trong giai đoạn sinh trưởng của các tế bào non, những hợp chất này có thể là những chất tiền thân cho rất nhiều các phản ứng tổng hợp và trao đổi chất của các Axitamin các phản ứng tổng hợp các nuclêolit, cho các phản ứng hình thành những hợp chất vòng khác nhau, các chất béo và nhiều hợp chất khác.

* Chu trình Axit glioxilic: Năm 1957 canbec và hep lại tìm ra thêm một chu trình hô hấp khác nữa gọi là chu trình Axit glioxlic. Chu trình này là một biến thể của chu trình Crep. Trong chu trình này có sự tham gia của Axit glioxilic và các hợp chất 2C, ví dụ như Axetat CH₃ COOH được sử dụng làm nguồn cacbon (hình 5).

2. Nguyên liệu hô hấp

Cacbonhidratlà nguyên liệu hô hấp cơ bản của mô cây xanh. Đó là những momsaucanit và các pilisaccrit bậc 1, một số polisaccanit bậc II (tinh bột, innulin, hemixenluloz). Tuy nhiên các polisaccarit chỉ được sử dụng làm nguyên liệu hô hấp sau khi đã được phân giải sơ bộ bằng con đường thuỷ phân hoặc photphorin hoá. Ngoài cacbonlhidrat thì những dẫn xuất của chúng như glucozit, các chất pectin cũng có thể làm nguyên liệu hô hấp của tế bào thực vật sau khi đã được thuỷ phân. Các chất béo cũng được cây xanh sử dụng là nguyên liệu hô hấp. Tuy nhiên chất béo phải được thuỷ phân thành Axit béo và glixeril, các cấu này sẽ được dùng làm nguyên liệu hô hấp, protein cũng có thể được dùng làm nguyên liệu cho hô hấp thông qua oxihoá các Axitamin.

Hệ số hô hấp (RQ) là tỉ số giữa lượng CO₂ thải ra và lượng O₂ hút vào trong hô hấp.

Ngoài cacbondrat thì liprit và protit đều có thể biến đổi oxi hoá không cần qua sự biến đổi trước thành cacbonhidrat. Việc sử dụng nguyên liệu hô hấp này hay nguyên liệu khác phụ thuộc vào loài, tuổi và những điều kiện sinh tồn. Tùy thuộc nguyên liệu riêng hô hấp mà hệ số hô hấp  sẽ khác nhau. Ví dụ: Nguyên liệu chủ yếu của hô hấp là saccaroz hoặc tinh bột thì hệ số hô hấp là 1 (CO₂/O₂ = 6/6=1). Còn nguyên liệu hô hấp là chất béo và protein thì hệ số hô hấp nhỏ hơn 1. Qua hệ số hô hấp người ta có thể đánh giá được bản chất của chất đã được oxi hoá.

3.  Sử dụng năng lượng của thực vật

Năng lượng hoá học chứa đựng trong các liên kết hoá học của các chất hữu cơ đặc biệt là xaccarit giải phóng ra trong quá trình hô hấp được tích luỹ dưới dạng ATP sẽ được cơ thể sử dụng theo nhiều hướng khác nhau.

- Sử dụng vào quá trình sinh tổng hợp các chất phức tạp từ những chất đơn giản.

- Sử dụng vào quá trình sinh tổng hợp protein thông qua sự hoạt hoá các Axit amin. Trong quá trình tổng hợp các chất béo, năng lượng của ATP được dùng để hình thành các liên kết cao năng giữa phân tử CoA và các nhóm acetyl tạo nên hợp chất Acetyl - CoA có khả năng phản ứng cao.

- Ngoài ATP các nuclêôtit khác như UTP, XPP, GTP, ITP cũng tham gia tích cực vào các quá trình chuyển hoá các nguyên liệu hữu cơ. Các hợp chất này được hình thành từ các dạng điphotphat tương ứng nhờ tác dụng chuyển năng lượng của ATP. Trong đó: UTP là nguồn năng lượng của các quá trình sinh tổng hợp các đixactarit, polixactarit; XTP có vai trò quan trọng trong trao đổi lipit.

- Sử dụng vào các quá trình sinh lý của cơ thể như khi xâm nhập, hấp thụ, tích luỹ và vận chuyển các chất vào tế bào.

- Sử dụng để thực hiện sự vận chuyển trong cây, sự cảm ứng, hiện tượng phát quang sinh hoạt trong quá trình phân bào trong sự hình thành và duy trì cấu trúc của chất nguyên sinh.

4. Hô hấp sáng ở thực vật

Sự hấp thụ oxi xảy ra cùng với sự thải CO₂ phụ thuộc vào ánh sáng được gọi là hô hấp sáng. Trong thực tế có nhiều loài cây có khả năng hô hấp ở ngòai ánh sáng gọi là hô hấp sáng và quá trình hô hấp sáng này diễn ra song song với quá trình quang hợp. Quá trình hô hấp sáng với điểm bù CO₂ cao được xác định ở nhiều loài cây C₃ như hướng dương, thuốc lá, lúa mì,các cây họ đậu… còn những cây có điểm bù CO­_{2 ­}thấp như cây C4 như củ cải đường, mía, ngô và một số loài có nguồn gốc nhiệt đới khác thì không phát hiện thấy có sự hô hấp sáng. Nguyên liệu của hô hấp sáng được xác định là Axit glioxilic được hình thành trong lục lạp và quá trình chuyển hoá Axitgicolic diễn ra trong 3 bào quan khác nhau (lục lạp, ti thể và peroxixom).

Hô hấp sáng khác hô hấp ở chỗ hô hấp sáng là một quá trình phụ thuộc nhiều vào oxi và ánh sáng, hô hấp sáng có cường độ lớn hơn hô hấp tối làm giảm sút cường độ quang hợp.

Quá trình hô hấp sáng đã sử dụng tới 20-50% sản phẩm của quang hợp, vì thế làm giảm sự tích luỹ chất khô, làm giảm năng lượng, làm giảm năng suất. Mặt khác trong quá trình hô hấp sáng không có sự tích luỹ năng lượng. Truy nhiên hô hấp sáng có y nghĩa hình thành một số Axitamin.

5. Vai trò hô hấp trong đời sống của cây và những ứng dụng thực tiễn

* Ở cây xanh: Cả hô hấp và quang hợp đều là nguồn cung cấp năng lượng cho tế bào, năng lượng được giải phóng ra trong các quá trình phốt pho rin hoá sẽ được cố định trong các liên kết cao năng trong phân tử ATP và được sử dụng vào các hoạt động sống của tế bào. Hô hấp cung cấp các sản phẩm trung gian cho các quá trình trao đổi chất. Hô hấp là trung tâm liên kết sự trao đổi gluxit, protein và chất béo.

Trong quá trình oxi hoá nguyên liệu của hô hấp sẽ tạo nên những sản phẩm trung gian mà chính những sản phẩm trung gian này là những sợi dây liên kết các mặt khác nhau của quá trình trao đổi chất thống nhất trong cơ thể.

 Hô hấp không thể xem đơn thuần là một quá trình dị hoá mà trong một mức độ nào đó hô hấp lại có một ý nghĩa là một quá trình đồng hoá tạo ra các sản phẩm khác nhau cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp những thành phần khác nhau của sinh chất.

* Ứng dụng của hô hấp thực vật và bảo quản các đối tượng thực vật.

Hiểu được mỗi liên quan hô hấp với các điều kiện ngoại cảnh ta có thể điều khiển các đối tượng bảo quản giữ được chất lượng theo mục đích của mình.

Ví dụ: bảo quản các loại rau quả củ thì nhân tố chủ yếu là nhiệt độ thường người ta bảo quản chúng trong nhà lạnh ở nhiệt độ không quá 3-7⁰C, trong môi trường giàu CO₂, hoặc bơm nitơ vào kho bảo quản nhằm làm giảm lượng oxi làm hạn chế hô hấp.  Hạt càng ẩm hô hấp càng mạnh, vì vậy trước khi cho hạt vào bảo quản người ta phải phơi khô hạt để đảm bảo dưới độ ẩm cho phép, độ ẩm cho phép hay còn gọi là độ ẩm tới hạt của hạt các loài họ lúa là 14-15%, các loài cây có dầu thấp hơn 8-9%...