Bạn đã bao giờ tự hỏi liệu thực vật có thở như chúng ta không? Chúng ta thường nghe nói về việc thực vật hấp thụ carbon dioxide và thải ra oxy, nhưng câu chuyện còn nhiều điều hơn thế.
Trong khi quang hợp được chú ý nhiều nhất thì hô hấp của thực vật mới là quá trình thiết yếu diễn ra đằng sau giúp thực vật sống 24/7.
Nếu không có nó, cây sẽ không thể sinh trưởng, tự phục hồi hoặc hoạt động. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu hô hấp ở thực vật là gì, nó khác với quang hợp như thế nào và tại sao nó lại quan trọng đối với toàn bộ hệ sinh thái - bao gồm cả bạn.
Hô hấp thực vật là gì?
Hô hấp thực vật là quá trình thực vật phân hủy đường (chủ yếu là glucose) để giải phóng năng lượng cho tế bào. Năng lượng này cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động của thực vật: phát triển rễ, ra hoa, và thậm chí là tự vệ khỏi sâu bệnh. Quá trình này tương tự như cách con người và động vật lấy năng lượng từ thức ăn.
Phương trình cơ bản của hô hấp tế bào ở thực vật là:
Glucose + Oxy → Cacbon dioxit + Nước + Năng lượng (ATP)
Điều này có vẻ quen thuộc—nó ngược lại với quang hợp! Trong khi quang hợp tạo ra glucose bằng ánh sáng mặt trời, hô hấp sử dụng glucose đó để giải phóng năng lượng dự trữ.
Hô hấp thực vật diễn ra ở đâu?
Quá trình hô hấp diễn ra trong mọi tế bào sống của thực vật, bao gồm cả rễ, thân và lá. Vị trí chính của quá trình hô hấp là một cấu trúc bên trong tế bào được gọi là ty thể—thường được gọi là "nhà máy điện" của tế bào. Các bào quan này chuyển đổi glucose thành ATP (adenosine triphosphate), phân tử mà thực vật sử dụng để hoạt động.
Không giống như quang hợp, chỉ giới hạn ở lục lạp và chỉ xảy ra khi có ánh sáng, hô hấp diễn ra mọi lúc, cả ngày lẫn đêm.
Tại sao thực vật cần hô hấp?
Quang hợp có thể tạo ra thức ăn, nhưng hô hấp là quá trình cho phép thực vật sử dụng thức ăn đó. Sau đây là lý do tại sao hô hấp rất quan trọng:
• Sinh trưởng: Tế bào phân chia và mở rộng bằng năng lượng từ hô hấp.
• Sửa chữa: Các mô bị tổn thương cần năng lượng để chữa lành.
• Vận chuyển: Việc vận chuyển nước, khoáng chất và chất dinh dưỡng qua cây cần năng lượng.
• Phòng vệ: Việc sản xuất các chất hóa học bảo vệ chống lại côn trùng và bệnh tật cũng phụ thuộc vào hô hấp.
Nếu không có nguồn cung cấp năng lượng liên tục này, ngay cả những cây xanh nhất cũng không thể tồn tại lâu.
Hô hấp khác với quang hợp như thế nào?
Rất dễ nhầm lẫn giữa quang hợp và hô hấp, nhưng thực ra chúng là những quá trình trái ngược nhau với mục đích rất khác nhau.
Quang hợp
Xảy ra trong lục lạp (chỉ có ở tế bào thực vật xanh)
Cần ánh sáng mặt trời, carbon dioxide và nước
Sản xuất oxy và glucose
Chỉ diễn ra vào ban ngày
Mục đích: tạo ra thức ăn cho cây
Hô hấp
Xảy ra trong ty thể (trong tất cả các tế bào thực vật sống)
Cần glucose và oxy
Sản xuất carbon dioxide, nước và năng lượng (ATP)
Xảy ra cả ngày lẫn đêm
Mục đích: giải phóng năng lượng từ thức ăn
Tóm lại: Quang hợp tạo ra các phân tử giàu năng lượng, và hô hấp phân hủy chúng để giải phóng năng lượng—cùng nhau duy trì sự cân bằng của cây.
Tất cả thực vật có hô hấp theo cùng một cách không?
Đúng vậy, hầu hết tất cả thực vật đều tuân theo quá trình hô hấp hiếu khí cơ bản, sử dụng oxy để phân hủy glucose. Tuy nhiên, trong một số điều kiện nhất định, chẳng hạn như nồng độ oxy thấp trong đất ngập nước, một số thực vật có thể chuyển sang hô hấp kỵ khí. Phương pháp thay thế này tạo ra ít năng lượng hơn và đôi khi tạo ra các sản phẩm phụ có hại như ethanol, nhưng vẫn cho phép cây tồn tại tạm thời cho đến khi điều kiện bình thường trở lại.
Điều gì xảy ra vào ban đêm?
Vào ban đêm, quá trình quang hợp dừng lại vì không có ánh sáng mặt trời, nhưng quá trình hô hấp vẫn tiếp diễn. Đây là lý do tại sao thực vật hấp thụ oxy và thải ra carbon dioxide vào ban đêm. Một số người lầm tưởng rằng thực vật không cần oxy—nhưng thực tế là chúng cần!
Trong nhà kính hoặc không gian kín có nhiều cây, nồng độ oxy có thể giảm nhẹ vào ban đêm do quá trình hô hấp diễn ra liên tục. Tuy nhiên, tác động này là nhỏ và không nguy hiểm trong hầu hết các trường hợp.
Quá trình hô hấp ảnh hưởng đến môi trường như thế nào?
Quá trình hô hấp của thực vật đóng một vai trò quan trọng trong chu trình carbon. Trong khi quang hợp loại bỏ carbon dioxide khỏi không khí, hô hấp trả lại một phần carbon dioxide, đảm bảo một hệ thống cân bằng. Cùng nhau, hai quá trình này giúp điều chỉnh nồng độ carbon toàn cầu và duy trì sức khỏe của các hệ sinh thái.
Ví dụ, trong rừng, sự cân bằng giữa quang hợp và hô hấp quyết định việc rừng hấp thụ carbon hay thải ra carbon—thông tin quan trọng cho các nhà khoa học khí hậu theo dõi lượng khí thải carbon.
Hô hấp có phải luôn ổn định không?
Tốc độ hô hấp có thể thay đổi tùy thuộc vào:
• Nhiệt độ: Nhiệt độ cao hơn làm tăng tốc độ phản ứng hóa học, tăng cường hô hấp.
• Nồng độ oxy: Nhiều oxy hơn cho phép hô hấp hiệu quả hơn.
• Lượng glucose khả dụng: Nếu cây tạo ra nhiều đường vào ban ngày, hô hấp có thể tăng vào ban đêm.
• Tuổi cây: Cây non, phát triển nhanh thường có tốc độ hô hấp cao hơn cây trưởng thành.
Nông dân và người làm vườn theo dõi những điều kiện này để giúp cây phát triển tốt hơn và nhanh hơn.
Hạt giống cũng hô hấp không?
Chắc chắn rồi! Mặc dù trông có vẻ bất động, nhưng hạt giống vẫn sống và đang hô hấp chậm. Ngay khi hạt giống bắt đầu nảy mầm, tốc độ hô hấp của nó tăng lên đáng kể. Nó bắt đầu sử dụng các chất dinh dưỡng dự trữ để phát triển rễ và chồi.
Đó là lý do tại sao việc ngâm hoặc làm ấm hạt giống có thể giúp "đánh thức chúng" - kích hoạt quá trình hô hấp nhanh hơn và đẩy nhanh quá trình nảy mầm.
Chúng ta có thể học được gì từ quá trình hô hấp của thực vật?
Hiểu được cách thực vật quản lý năng lượng không chỉ dạy chúng ta về sinh học mà còn về tính bền vững. Các nhà nghiên cứu đang sử dụng kiến thức từ quá trình hô hấp của thực vật để khám phá năng lượng sinh học, cải tiến cây trồng và thậm chí cả canh tác không gian, nơi quản lý năng lượng là rất quan trọng.
Theo một bài báo năm 2022 trên tạp chí Plant Physiology, các nhà khoa học đang nghiên cứu cách biến đổi gen hô hấp ở cây trồng có thể cải thiện sự tăng trưởng và khả năng chống chịu hạn - một điều thiết yếu trong bối cảnh biến đổi khí hậu.
Hãy hít thở thật sâu - vì cây cối!
Vì vậy, lần tới khi bạn chiêm ngưỡng một bông hoa nở rộ hay một cây cao lớn, hãy nhớ rằng không chỉ ánh sáng mặt trời mới giúp cây sống. Sâu thẳm bên trong mỗi tế bào, quá trình hô hấp đang âm thầm hoạt động, thúc đẩy sự tăng trưởng, sức mạnh và sự sống còn. Cũng giống như bạn hít thở để sống, thực vật cũng vậy - theo cách đặc biệt của riêng chúng.
Bạn có trồng cây cảnh trong nhà hay làm vườn ngoài trời không? Hãy thử quan sát cách cây cối của bạn hoạt động vào các thời điểm khác nhau trong ngày - bạn sẽ bắt đầu nhận thấy quá trình hô hấp và quang hợp hòa quyện một cách hoàn hảo. Cây cối có thể không thở dài hay ngáp dài, nhưng hơi thở của chúng giữ cho thế giới này luôn sống động.
