Hô hấp sáng 1. Đặc điểm Decker (1955), Zelittch (1969) đã phát hiện ra hiện tượng thải CO 2 sau một thời gian chiếu sáng ở một số cây. Như vậy ở những cây này các sản phẩm sơ cấp của quang hợp đã bị phân huỷ thành CO 2 ngoài sáng. Sự hấp thụ O 2 cùng với sự thảI CO 2 xảy ra phụ thuộc vào ánh sáng nên được gọi là hô hấp sáng (quang hô hấp). Những cây này hô hấp đồng hành với quang hợp. Có thể phân biệt hô hấp sáng với hô hấp tối nhờ tính nhạy cảm của quang hô hấp với các yếu tố môi trường. - Hô hấp luôn đồng biến với cường độ ánh sáng, còn hô hấp tối không chịu ảnh hưởng của ánh sáng. ánh sáng với λ = 590-700nm có hiệu quả cao với hô hấp sáng. - Hô hấp giảm khi tỷ lệ oxy thấp (< 2%) khi hàm lượng O 2 càng cao hô hấp sáng càng mạnh. Khi tăng hàm lượng O 2 từ 21% đến 100% hô hấp sáng tăng gấp 2-3 lần. - Tăng hàm lượng CO 2 sẽ hạn chế hô hấp sáng, khi hàm lượng CO 2 cao hơn 0,1% hô hấp sáng giảm mạnh và có thể ngừng khi hàm lượng CO 2 đạt 1-2%. Còn hàm lượng CO 2 cao ít ảnh hưởng đến hô hấp tối. - Hô hấp sáng nhạy với nhiệt độ hơn so với hô hấp tối. Các nhóm thực vật khác nhau có mức độ hô hấp sáng không giống nhau: - Cây C 3 có hô hấp sáng mạnh. Ví dụ ở lúa, đậu, cải đường, hướng dương, thuốc lá có hô hấp tối khoảng 1-3mg CO 2 /dm 2 /h. Còn hô hấp sáng mạnh gấp 2-3 lần hấp tối đó. - Cây C 4 như: ngô, mía, cao lương không có hô hấp sáng hoặc xảy ra yếu không thể xác định được. Do vậy nhóm cây này có năng suất cao hơn cây C 3 . - Cây CAM có quang hô hấp yếu và thay đối nên khó xác định. Người ta cho rằng nguyên nhân làm cho quá trình hô hấp sáng ở nhóm thực vật C 4 yếu hay không có là do hoạt tính của oxigenase ở nhóm cây này yếu do tỷ lệ CO 2 /O 2 trong tế bào bao bó mạch cao điều đó giúp cho hoạt tính cacboxyl hoá mạnh hơn hoạt tính oxy hoá. Mặt khác khi thải CO 2 từ tế bào bó mạch lập tức được ATP từ tế bào thịt lá tiếp nhận, do đó làm giảm hô hấp sáng. 2. Cơ chế Quang hô hấp xảy ra tại 3 bào quan khác nhau: lục lạp, peroxixom và ty thể. Tế bào chất là môi trường để các chất đi qua từ bào quan này sang bào quan khác. * Lục lạp: Tại lục lạp diễn ra quá trình oxy hoá Ribulozo 1,5 diP do Ribulozo 1,5 diP-oxydase xúc tác tạo nên axit glyceric và axit glycolic. Đồng thời axit glyoxilic từ ty thể đưa sang cũng được khử thành axit glycolic. A.glicolic chuyển sang peroxixom để tiếp tục biến đổi theo hô hấp sáng. * Peroxixom: đây là bào quan biến đổi H 2 O 2 nên được gọi là peroxixom. Tại đây A.glycolic bị oxi hoá thành A.glyoxilic nhờ glycolat- oxydaza. H 2 O 2 được tạo ra do oxi hoá axit glicolic sẽ bị phân huỷ bởi catalaza thành H 2 O và O 2 . Tiếp theo là các phản ứng chuyển amin để tạo glycin. Glycin quay vào ty thể để biến đổi tiếp. * Ty thể: Tại ty thể serin được tạo ra từ 2 glyxin nhờ hệ enzime kép. Glycin dicacboxylase và serin hydroxymethyltransgenase. Serin biến đổi trở lại thành A.glycolic. Cơ chế hô hấp sáng được trình bày theo sơ đồ sau: Hô hấp sáng 3. Vai trò hô hấp sáng Hô hấp sáng là một quá trình có hại cho quang hợp, nó làm giảm quang hợp 20-30%, trường hợp đặc biệt có thể giảm quang hợp đến 100%. Sở dĩ như vậy vì hô hấp sang phân huỷ nguyên liệu của quang hợp (Ri 1,5 diP), cạnh tranh ánh sáng với quang hợp, tạo chất độc với quang hợp (H 2 O 2 ). Hiện nay chưa có chứng minh nào về mặt có lợi của hô hấp sáng. Vậy tại sao một quá trình có hại mà được tồn tại trong suốt hàng triệu năm được sàng lọc bởi CLTN ? ĐIều đó chưa giải thích được một cách thoả đáng. Tuy nhiên có tác giả cho rằng có một số lý do mà hô hấp sáng vẫn tồn tại cho đến bây giờ. - Có lẽ Thời kỳ đầu của sự tiến hoá, tỷ lệ CO 2 /O 2 trong không khí cao hơn so với hiện nay nên quang hô hấp là quá trình cần để hạ thấp tỷ lệ này. - Quang hô hấp cũng có thể tham gia duy trì tỷ lệ O 2 nội sinh của lục lạp dưới ngưỡng tới hạn. - Cũng có thể quang hô hấp giúp cho cây tồn tại trong đIều kiện cường độ ánh sáng quá mạnh mà nồng độ CO 2 lại thấp để tiêu thụ bớt ATP và NADPH 2 tạo ra dư thừa trong phản ứng sáng qua đó tránh được ảnh hưởng có hại đến bộ máy quang hợp. Những lý do trên chủ yếu mới là những giả thiết cần được khoa học làm sáng tỏ thêm. Do hô hấp sáng có hại nên trong thực tiễn trồng trọt cần hạn chế [...]...hay triệt tiêu hô hấp sáng nhằm tăng khả năng quang hợp qua đó tăng NS cây trồng Có nhiều biện pháp để ngăn ngừa tác động xấu của hô hấp sáng như làm giảm lượng O2 xuống 5%, chọn giống thực vật không có hô hấp sáng hay hô hấp sáng yếu, lai tạo cây có hô hấp sáng mạnh với cây không có hô hấp sáng tạo cây có hô hấp sáng yếu hơn, xử lý các chất gây ức chế hô hấp sáng Na2S2O3, NaF . của hô hấp sáng như làm giảm lượng O 2 xuống 5%, chọn giống thực vật không có hô hấp sáng hay hô hấp sáng yếu, lai tạo cây có hô hấp sáng mạnh với cây không có hô hấp sáng tạo cây có hô hấp. ảnh hưởng đến hô hấp tối. - Hô hấp sáng nhạy với nhiệt độ hơn so với hô hấp tối. Các nhóm thực vật khác nhau có mức độ hô hấp sáng không giống nhau: - Cây C 3 có hô hấp sáng mạnh. Ví. hô hấp sáng với hô hấp tối nhờ tính nhạy cảm của quang hô hấp với các yếu tố môi trường. - Hô hấp luôn đồng biến với cường độ ánh sáng, còn hô hấp tối không chịu ảnh hưởng của ánh sáng.