Giáo án Bài 4. Quang hợp ở thực vật

Huy động kiến thức cũ về vai trò của ánh sáng và nước, đặt vấn đề về bản chất quang hợp và nguồn gốc O₂.

GV đưa hình ảnh cây xanh dưới nắng và câu hỏi: “Cây lấy gì từ không khí và đất để tạo chất hữu cơ? Năng lượng ánh sáng đi đâu? O₂ thải ra có từ đâu?”. HS suy nghĩ cá nhân 2 phút rồi trao đổi nhanh với bạn bên cạnh.

Các ý kiến dự đoán ban đầu được ghi vào vở: cây cần CO₂, H₂O, ánh sáng; quang hợp chuyển quang năng thành năng lượng hóa học, tạo chất hữu cơ và giải phóng O₂. Câu hỏi đặt ra cho bài học: O₂ có nguồn gốc từ đâu, và các yếu tố nào giới hạn quang hợp.

Nêu được vị trí, nguyên liệu, sản phẩm của pha sáng và chu trình Calvin; giải thích được nguồn gốc O₂ và vai trò của ATP, NADPH.

Nhóm 4 HS thực hiện Phiếu học tập số 1 gồm các nhiệm vụ: (1) Pha sáng diễn ra ở đâu, thu nhận năng lượng bằng sắc tố nào, phân li nguyên liệu nào để tạo O₂, ATP và NADPH? (2) Chu trình Calvin diễn ra ở đâu, dùng ATP và NADPH để làm gì, cố định carbon vào chất nào? (3) Vì sao nói pha tối không chỉ diễn ra ban đêm? Mỗi nhóm vẽ sơ đồ tóm tắt hai pha trên giấy A3. GV dùng học liệu NeoEdu (mô phỏng trang bài học) để HS quan sát đường đi của electron và sản phẩm.

Sơ đồ nhóm gồm: pha sáng ở thylakoid, diệp lục và sắc tố phụ hấp thu ánh sáng, phân li nước giải phóng O₂, tạo ATP và NADPH; chu trình Calvin ở chất nền lục lạp, dùng ATP và NADPH để cố định CO₂ vào chất hữu cơ. Kết luận: O₂ có nguồn gốc trực tiếp từ nước; pha tối (chu trình Calvin) không chỉ diễn ra ban đêm mà phụ thuộc vào sản phẩm pha sáng và ánh sáng gián tiếp.

Phân biệt được cơ chế cố định CO₂ ban đầu và cách phân tách ở thực vật C₃, C₄, CAM; giải thích được ý nghĩa thích nghi của C₄ và CAM.

Kĩ thuật mảnh ghép: Vòng 1, nhóm chuyên gia (mỗi nhóm nghiên cứu một nhóm thực vật) đọc tài liệu về C₃ (cố định ban đầu bằng Rubisco, Calvin ở tế bào mô giậu); C₄ (cố định ban đầu ở tế bào mô giậu, Calvin ở tế bào bao bó mạch, phân tách về không gian); CAM (cố định ban đầu ban đêm, mở khí khổng ban đêm, Calvin ban ngày, phân tách về thời gian). Vòng 2, HS đổi nhóm, trình bày cho bạn và điền Phiếu học tập số 2: nhóm thực vật, enzyme cố định ban đầu, vị trí/thời điểm cố định, ý nghĩa thích nghi.

Phiếu học tập số 2 hoàn chỉnh. Kết luận: C₃ cố định CO₂ ban đầu bằng Rubisco trong chu trình Calvin ngay trong tế bào mô giậu. C₄ cố định CO₂ ban đầu ở tế bào mô giậu, vận chuyển về tế bào bao bó mạch để Calvin diễn ra, phân tách về không gian, thích nghi nắng nóng. CAM cố định CO₂ ban đêm, mở khí khổng ban đêm để giảm mất nước; Calvin diễn ra ban ngày, phân tách về thời gian. Cả C₄ và CAM đều làm tăng nồng độ CO₂ quanh Rubisco.

Giải thích được tác động đồng thời của ánh sáng, CO₂, nhiệt độ, nước; nhận biết yếu tố giới hạn và đánh giá năng suất dựa trên quang hợp thuần.

GV đưa bảng số liệu giả định: cường độ quang hợp của một loài cây ở các mức ánh sáng (thấp, trung bình, cao), nồng độ CO₂ và độ ẩm đất khác nhau. Nhóm phân tích: (1) Khi tăng ánh sáng từ mức trung bình lên cao, cường độ quang hợp có tăng mãi không? (2) Khi tăng CO₂ mà độ ẩm đất thấp, quang hợp có tăng không? Vì sao? (3) Năng suất cây trồng phụ thuộc vào yếu tố nào ngoài tốc độ quang hợp tức thời?

Kết luận của nhóm: quang hợp có bão hòa theo ánh sáng; ánh sáng mạnh quá có thể gây tổn thương, nên tăng ánh sáng không làm quang hợp tăng không giới hạn. Tăng CO₂ chỉ hiệu quả khi nước và nhiệt độ không là yếu tố giới hạn. Ánh sáng, CO₂, nhiệt độ, nước ảnh hưởng đồng thời. Năng suất phụ thuộc phân bố sản phẩm quang hợp (vào hạt, củ, quả) và cường độ hô hấp, không chỉ tốc độ quang hợp tức thời.

Vận dụng kiến thức để trả lời câu hỏi trắc nghiệm, ghép thành phần, tính toán và nhận biết kết luận sai về quang hợp.

HS làm bài tập 1 đến 6 (cá nhân 5 phút, đổi vở kiểm tra cặp đôi 3 phút, tổng hợp đáp án trên học liệu NeoEdu – phần bài tập tương tác 4 phút). Đề bài: (1) O₂ trong quang hợp bắt nguồn trực tiếp từ đâu? A. Diệp lục bị phá hủy; B. Nước; C. CO₂. (2) Chu trình Calvin diễn ra ở đâu? A. Lòng mạch gỗ; B. Nhân con; C. Chất nền lục lạp. (3) Đặc trưng CAM điển hình? A. Cố định CO₂ ban đêm và dùng ban ngày; B. Không có Calvin; C. Chỉ hấp thu carbon từ đất. (4) “Tăng ánh sáng luôn làm quang hợp tăng không giới hạn.” Nhận định đúng hay sai? (5) Ghép: Diệp lục; ATP, NADPH; Rubisco với vai trò tương ứng. (6) Quang hợp tổng 12, hô hấp 4 µmol CO₂/m²/s. Quang hợp thuần là bao nhiêu?

Đáp án: (1) B – pha sáng phân li nước giải phóng O₂. (2) C – enzyme cố định carbon nằm ở chất nền lục lạp. (3) A – CAM phân tách thời gian, giảm mất nước. (4) Sai – quang hợp có bão hòa và bị giới hạn bởi yếu tố khác, ánh sáng mạnh quá có thể gây tổn thương. (5) Diệp lục – thu năng lượng ánh sáng; ATP, NADPH – cung cấp năng lượng và lực khử; Rubisco – enzyme cố định CO₂ trong Calvin. (6) 8 µmol CO₂/m²/s, vì 12 − 4 = 8. Ghi nhớ: không nhầm nguồn carbon với nguồn năng lượng.

Vận dụng kiến thức về con đường cố định CO₂ và yếu tố giới hạn để giải thích hiện tượng thực tế và đề xuất biện pháp canh tác phù hợp.

Tình huống: Ở một vùng đất khô hạn, một hộ nông dân trồng lúa bị giảm năng suất khi nắng gắt kéo dài và thiếu nước tưới. Nhóm thảo luận hai câu: (1) Vì sao cây thiếu nước có thể giảm quang hợp ngay cả khi nắng mạnh? (2) Nên trồng loài cây C₃, C₄ hay CAM ở vùng này? Vì sao? Mỗi nhóm đề xuất một biện pháp kĩ thuật cụ thể và giải thích dựa trên cơ chế quang hợp. Phần sản phẩm có thể hoàn thiện ở nhà.

Đáp án mẫu: (1) Khi thiếu nước, khí khổng đóng lại để giảm thoát hơi nước, làm lượng CO₂ đi vào lá giảm; đồng thời thiếu nước ảnh hưởng đến các phản ứng sinh hóa và nhiệt độ lá, làm giảm quang hợp. Ánh sáng mạnh không bù được các yếu tố giới hạn. (2) Vùng khô hạn nên ưu tiên cây CAM hoặc C₄ vì phân tách thời gian (CAM) hoặc không gian (C₄) giúp tiết kiệm nước; cây CAM mở khí khổng ban đêm nên mất ít nước hơn. Biện pháp đề xuất: tưới tiết kiệm, che phủ đất, chọn giống chịu hạn.