Bài học

Quang hợp tích luỹ, hô hấp tế bào giải phóng năng lượng

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em gọi đúng tên hai quá trình đảm nhiệm hai chiều chuyển hoá năng lượng ở sinh vật — quang hợp và hô hấp tế bào — nêu được chiều chuyển hoá của mỗi quá trình, và mô tả được đường đi của năng lượng qua nhiều giai đoạn từ ánh sáng mặt trời tới một hoạt động sống cụ thể.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết năng lượng trong cơ thể sống chuyển hoá theo hai chiều: tích luỹ (quang năng → hoá năng) và giải phóng (hoá năng → động năng, nhiệt năng) (same-grade bridge). Bài này gọi tên hai quá trình sinh học cụ thể đảm nhiệm hai chiều đó.

Khởi động

Hạt gạo em ăn mỗi ngày từng là một phần của cây lúa ngoài đồng, hấp thụ ánh sáng mặt trời để lớn lên. Bằng cách nào năng lượng ánh sáng ấy — thứ em không thể ăn trực tiếp được — cuối cùng lại giúp em có sức đạp xe đến trường?

Kiến thức trọng tâm

Chiều tích luỹ năng lượng ở sinh vật do quang hợp đảm nhiệm. Quang hợp là quá trình diễn ra ở sinh vật có chất diệp lục — chủ yếu là thực vật, tảo và một số vi khuẩn — dùng năng lượng ánh sáng để biến nước và khí carbon dioxide thành chất hữu cơ, đồng thời thải khí oxygen ra ngoài. Qua quang hợp, quang năng từ Mặt Trời được tích luỹ lại dưới dạng hoá năng, giữ trong các liên kết hoá học của chất hữu cơ vừa tạo ra. Nội dung chi tiết về quang hợp — điều kiện, các yếu tố ảnh hưởng — em sẽ học kỹ ở khoá học tiếp theo; bài này chỉ cần nắm chắc chiều chuyển hoá năng lượng mà quang hợp đảm nhiệm.

Chiều giải phóng năng lượng do hô hấp tế bào đảm nhiệm — và hô hấp tế bào diễn ra ở mọi tế bào sống, không riêng gì động vật. Hô hấp tế bào dùng khí oxygen để biến đổi chất hữu cơ, giải phóng năng lượng dưới dạng cơ thể dùng được cho hoạt động sống, đồng thời thải ra khí carbon dioxide và nước. Ngay cả chính cây lúa vừa quang hợp tích luỹ hoá năng cũng dùng hô hấp tế bào để giải phóng một phần năng lượng đó cho hoạt động sống của bản thân nó — mọc rễ, ra hoa, kết hạt đều cần năng lượng lấy từ hô hấp tế bào, không phải chỉ có động vật mới giải phóng năng lượng theo cách này.

Xuyên suốt sáu giai đoạn, năng lượng chỉ đổi dạng — quang năng thành hoá năng rồi thành động năng và nhiệt năng — không hề mất đi ở bước nào.

Quang hợp và hô hấp tế bào không phải hai quá trình đối lập nhau, mà bổ sung cho nhau trong một vòng chuyển hoá năng lượng liên tục. Quang hợp tích luỹ năng lượng vào chất hữu cơ; hô hấp tế bào lấy năng lượng đó ra dùng. Không có quang hợp tích luỹ trước, hô hấp tế bào không có gì để giải phóng; không có hô hấp tế bào giải phóng, năng lượng tích luỹ trong chất hữu cơ mãi mãi nằm yên, không phục vụ được hoạt động sống nào. Cả hai quá trình cùng tồn tại thì dòng năng lượng trong sinh vật mới trọn vẹn.

Ví dụ

Xác định quá trình chuyển hoá năng lượng trong hai tình huống

1
Xét hai tình huống: (1) một chiếc lá xanh dưới ánh nắng tạo ra tinh bột; (2) hạt tinh bột đó, sau khi được ăn vào, giúp một con vật chạy nhảy. Mỗi tình huống ứng với quá trình nào, và năng lượng chuyển hoá theo chiều nào?
2
Chiếc lá dùng ánh sáng, nước và khí carbon dioxide để tạo tinh bột — đây là quang hợp, chiều tích luỹ năng lượng, quang năng chuyển thành hoá năng.
3
Con vật dùng oxygen để biến đổi tinh bột đã ăn, giải phóng năng lượng cho hoạt động chạy nhảy — đây là hô hấp tế bào, chiều giải phóng năng lượng, hoá năng chuyển thành động năng và nhiệt năng.
4
Hai quá trình nối tiếp nhau đúng trật tự: quang hợp tích luỹ năng lượng trước, hô hấp tế bào giải phóng năng lượng đó sau khi chất hữu cơ đã được ăn vào — khớp với nguyên tắc năng lượng chỉ đổi dạng chứ không tự sinh ra.
5
Vậy tình huống (1) là quang hợp; tình huống (2) là hô hấp tế bào.

Ví dụ

Theo dõi đường đi năng lượng qua một bữa ăn (dạng đề kiểm tra)

1
Một bạn học sinh ăn một quả chuối trước giờ thể dục, sau đó chạy 5 vòng sân trường mà không thấy mệt như mọi khi. Em hãy mô tả đầy đủ đường đi của năng lượng từ khi cây chuối còn trên cành tới khi bạn học sinh chạy xong, gọi tên đúng hai quá trình liên quan.
2
Khi còn trên cây, quả chuối tích luỹ năng lượng qua quang hợp của cây chuối — quang năng từ ánh sáng mặt trời chuyển thành hoá năng, giữ trong đường và tinh bột của quả chuối.
3
Khi bạn học sinh ăn quả chuối, hoá năng đó được đưa vào cơ thể bạn qua đường tiêu hoá, chưa hề bị mất đi hay giảm sút.
4
Khi chạy, tế bào cơ của bạn dùng hô hấp tế bào để giải phóng hoá năng từ đường trong chuối, chuyển phần lớn thành động năng giúp cơ chạy, một phần thành nhiệt năng.
5
Việc bạn 'không thấy mệt như mọi khi' phù hợp với việc vừa có thêm hoá năng dự trữ từ quả chuối — nhiều nguyên liệu hơn cho hô hấp tế bào giải phóng năng lượng, nên cơ vận động lâu hơn mà chưa cạn sức.
6
Vậy đường đi năng lượng là: quang hợp ở cây chuối tích luỹ quang năng thành hoá năng, rồi hô hấp tế bào trong cơ thể bạn học sinh giải phóng hoá năng đó thành động năng cho việc chạy.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ chỉ có động vật mới hô hấp tế bào, còn thực vật chỉ quang hợp. Thực ra thực vật vừa quang hợp (chỉ khi có ánh sáng) vừa hô hấp tế bào (liên tục, cả ngày lẫn đêm) — chính cây lúa cũng cần hô hấp tế bào để lấy năng lượng nuôi sự sống của bản thân nó, không phải chỉ tạo năng lượng cho sinh vật khác ăn.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Quang hợp tích luỹ năng lượng: quang năng thành hoá năng. Hô hấp tế bào giải phóng năng lượng: hoá năng thành năng lượng cơ thể dùng được, kèm nhiệt năng toả ra. Hai quá trình bổ sung cho nhau, cùng tạo nên dòng chuyển hoá năng lượng liên tục ở sinh vật — và hô hấp tế bào diễn ra ở mọi sinh vật, không riêng động vật.

Bài tiếp theo dùng chính hai quá trình vừa học để chia sinh vật thành hai nhóm lớn, dựa trên cách mỗi nhóm lấy được nguồn hoá năng ban đầu của mình.