Thực vật dùng năng lượng mặt trời để làm gì

Cập nhật vào: Thứ hai - 16/03/2020 11:54 Cỡ chữ

Thực vật dùng năng lượng mặt trời để làm gì
 
Thực vật dùng năng lượng mặt trời để làm gì

Đối với thực vật, ánh nắng mặt trời là con dao hai lưỡi. Thực vật cần ánh nắng để thúc đẩy quá trình quang hợp, cho phép lưu trữ năng lượng mặt trời dưới dạng phân tử đường, nhưng quá nhiều ánh nắng mặt trời có thể làm mất nước và làm hỏng lá cây. Cách chủ yếu thực vật sử dụng để tự bảo vệ khỏi tổn hại do ánh nắng là tiêu tán ánh sáng dư thừa dưới dạng nhiệt. Tuy nhiên, vấn đề này vẫn gây tranh cái trong nhiều thập kỷ qua.

Thực vật dùng năng lượng mặt trời để làm gì

"Trong quá trình quang hợp, các phức hợp thu ánh nắng đóng hai vai trò dường như trái ngược nhau. Chúng hấp thụ năng lượng để thúc đẩy phân tách nước và quang hợp, nhưng đồng thời, khi có quá nhiều năng lượng, chúng cũng phải loại bỏ nó", PGS. Gabriela Schlau-Cohen tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT), đồng tác giả nghiên cứu nói.

Trong nghiên cứu mới, lần đầu tiên, Schlau-Cohen và các đồng nghiệp tại MIT, Đại học Pavia và Đại học Verona đã quan sát trực tiếp một trong những cơ chế có thể đã được đề xuất về cách thức thực vật tiêu tán năng lượng. Các nhà nghiên cứu đã sử dụng loại máy quang phổ có độ nhạy cao để xác định năng lượng dư thừa được truyền từ chất diệp lục, sắc tố tạo ra màu xanh đến các sắc tố khác gọi là caroten, sau đó, giải phóng năng lượng dưới dạng nhiệt.

"Đây là quan sát trực tiếp đầu tiên về việc truyền năng lượng từ diệp lục đến caroten trong chất phức hợp thu ánh nắng của cây xanh", ông Schlau-Cohen, tác giả chính của nghiên cứu cho biết. "Đó là đề xuất đơn giản nhất, nhưng đến nay chưa ai tìm thấy con đường quang học này".

Năng lượng dư thừa

Khi ánh nắng mặt trời chiếu vào cây, các protein chuyên biệt được gọi là phức hợp thu ánh sáng sẽ hấp thụ năng lượng ánh sáng dưới dạng photon với sự trợ giúp của các sắc tố như diệp lục. Các photon này thúc đẩy quá trình sản sinh phân tử đường, dự trữ năng lượng để sử dụng sau này.

Nhiều nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng thực vật có thể nhanh chóng thích nghi với những thay đổi về cường độ ánh nắng mặt trời. Trong điều kiện nắng to, thực vật chỉ chuyển đổi khoảng 30% ánh nắng mặt trời có sẵn thành đường, phần còn lại được giải phóng dưới dạng nhiệt. Nếu năng lượng dư thừa này được phép ở lại trong tế bào thực vật, nó sẽ tạo ra các phân tử có hại gọi là gốc tự do làm hỏng protein và các phân tử tế bào quan trọng khác.

"Thực vật có thể phản ứng với những thay đổi nhanh chóng về cường độ ánh nắng mặt trời bằng cách loại bỏ năng lượng dư thừa, nhưng con đường quang học đó đã gây tranh cãi trong nhiều thập kỷ qua", ông Schlau-Cohen nói.

Giả thuyết đơn giản nhất về cách thực vật loại bỏ các photon dưa thừa này là khi phức hợp thu ánh sáng hấp thụ chúng, diệp lục sẽ chuyển chúng đến các phân tử gần đó gọi là caroten. Caroten bao gồm lycopene và beta-caroten, rất tốt trong việc loại bỏ năng lượng dư thừa thông qua rung động nhanh. Chúng cũng khéo léo loại bỏ các gốc tự do, giúp ngăn ngừa gây thiệt hại cho các tế bào.

Phương thức truyền năng lượng tương tự đã được quan sát thấy trong các protein của vi khuẩn có liên quan đến chất diệp lục, nhưng cho đến nay, không được quan sát thấy trong thực vật. Lý do rất khó quan sát hiện tượng này là nó xảy ra trong khoảng thời gian cực nhanh cỡ fetô giây. Trở ngại nữa là việc truyền năng lượng kéo dài phạm vi mức năng lượng. Cho đến gần đây, các phương pháp hiện có để quan sát quá trình này chỉ có thể đo được một dải nhỏ của quang phổ ánh sáng khả kiến.

Vào năm 2017, phòng thí nghiệm của Schlau-Cohen đã thay đổi kỹ thuật quang phổ fetô giây cho phép quan sát phạm vi mức năng lượng rộng hơn từ ánh sáng đỏ đến xanh lam. Nghĩa là có thể theo dõi khả năng truyền năng lượng giữa các chất diệp lục, hấp thụ ánh sáng đỏ và caroten, hấp thụ ánh sáng xanh dương và xanh lục.

Trong nghiên cứu, các nhà khoa học đã sử dụng kỹ thuật này để chỉ ra rằng các photon chuyển từ trạng thái kích thích, được lan truyền trên nhiều phân tử diệp lục bên trong phức hợp thu ánh sáng đến các phân tử caroten gần đó trong phức hợp. Khi các caroten chấp nhận năng lượng dư thừa, chúng giải phóng phần lớn dưới dạng nhiệt, ngăn thiệt hại do ánh sáng gây ra cho các tế bào.

Tăng năng suất cây trồng

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện thí nghiệm trong hai môi trường khác nhau. Một môi trường trong đó protein trong dung dịch tẩy rửa và còn lại là các protein được nhúng vào một loại màng tự lắp ráp đặc biệt gọi là đĩa nano. Nhóm nghiên cứu đã phát hiện thấy việc truyền năng lượng diễn ra nhanh hơn trong đĩa nano, cho thấy các điều kiện môi trường ảnh hưởng đến tốc độ tiêu tán năng lượng.

Tuy nhiên, vẫn còn bí ẩn liên quan đến cách ánh nắng mặt trời dư thừa gây ra cơ chế này trong các tế bào thực vật. Nhóm tác giả hiện đang nghiên cứu xem liệu tổ chức diệp lục và caroten trong màng lục lạp có giữ vai trò kích hoạt hệ thống bảo vệ quang học hay không. Việc tìm hiểu hệ thống bảo vệ quang học tự nhiên của thực vật sẽ giúp các nhà khoa học đưa ra những phương thức mới tăng sản lượng cây trồng.

N.P.D (NASATI), theo https://phys.org/news/2020-03-reveals-mechanism-dissipate-excess-sunlight.html, 10/3/2020

Khách

Hãy nhập câu hỏi của bạn vào đây

Dưới đây là một vài câu hỏi có thể liên quan tới câu hỏi mà bạn gửi lên. Có thể trong đó có câu trả lời mà bạn cần!

Những câu hỏi liên quan

cho các từ sau và điền vào ô trống :ánh sáng , năng lượng , nhiệt , phát triển , sống

a) Năng lượng ____ (1) ____ của Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất được các loài thực vật hấp thụ để ____ (2) ____ và ____ (3) ____.

b) ____ (4) ____ dự trữ trong pin của điện thoại di động giúp điện thoại ghi và phát ra âm thanh, hình ảnh. ____ (5) ____ lưu trữ trong xăng, dầu cần cho hoạt động của xe máy, ô tô, máy bay, tàu thủy và các phương tiện giao thông khác.

c) Xăng, dầu và các chất đốt (than, gỗ, rác thải, …) được gọi là nhiên liệu. Chúng giải phóng ____ (6) ____, tạo ra nhiệt và ____ (7) ____ khi bị đốt cháy.

Để quang hợp, thực vật sử dụng khoảng 0,023 phần trăm năng lượng ánh sáng mặt trời. Đây là một tỷ lệ rất nhỏ mà thực vật cần để làm thức ăn khi so sánh với việc sử dụng năng lượng mặt trời của chu trình nước, là 23 phần trăm.

Thông qua quá trình quang hợp, ánh sáng mặt trời được sử dụng để chuyển carbon dioxide và nước thành carbohydrate (glucose) và oxy. Quá trình này liên quan đến việc chuyển đổi năng lượng mặt trời thành năng lượng hóa học. Sản xuất glucose hỗ trợ sự phát triển của tế bào thực vật.

Quang hợp xảy ra trong lục lạp của lá cây hấp thụ ánh sáng mặt trời. Tuy nhiên, có nhiều cấu trúc tế bào thực vật khác, chẳng hạn như tế bào chất và chất diệp lục, cũng cần thiết cho quá trình quang hợp.

Thực vật dùng năng lượng mặt trời để làm gì
y-nghia-quang-hop-cua-cay-xanh-680x680

[ 1phuttietkiemtrieuniemvui ] Ánh sáng ảnh hưởng đến tất cả chúng ta theo những cách khác nhau. Có một số người muốn giơ tay và chào những tia nắng ban mai với sự cui vẻ, có những người lại cực kì ghét chúng.

Con người chúng ta có những phản ứng khác nhau khi đối mặt với ánh nắng mặt trời thì cây trồng cũng thế. Vậy ánh sáng mặt trời ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng như thế nào?

Tại sao cây cần ánh sáng?

Bạn có thể nhớ lại các lớp học Hóa học hay sinh học cũ của mình khi thảo luận về vấn đề quang hợp, thì ánh sáng mặt trời ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật như thế nào? Có lẽ bạn sẽ nhớ lại công thức này: 6H2O + 6CO2 -> C6H12O6 + 6O2.

Thực vật dùng năng lượng mặt trời để làm gì

Quang phổ ánh sáng:

Hầu hết mọi người đã quen thuộc với sự phân hủy của ánh sáng thành các màu như hiển thị bởi một cầu vồng sau cơn bão. Quang Phổ bao gồm các màu sắc cũng như nhiều loại khác của các bước sóng, giống như tia vũ trụ và tia gamma.

Bức Xạ Quang Hợp:

Một câu hỏi đặt ra: màu sắc của ánh sáng có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây không?

Chúng tôi sử dụng nanomet để đo bước sóng. Thực vật sử dụng các phạm vi nanomet khác nhau cho các giai đoạn tăng trưởng khác nhau. Phạm vi hữu ích cho cây trồng gọi là Bức xạ quang hợp – chúng có bước sóng từ 400 nm đến 700 nm (bức xạ ánh sáng nhìn thấy) có hiệu quả đối với quang hợp.

Tuy nhiên, Các bước sóng ánh sáng màu tím và màu xanh lam, 400 đến 490 nanomet, kích thích giai đoạn sinh trưởng của thực vật, trong khi các bước sóng màu vàng-cam-đỏ được sử dụng để ra hoa và đậu quả. Vì vậy, khi chọn đèn để sử dụng cho cây của bạn, hãy bỏ qua đèn xanh lục và nhắm đến các bước sóng ngắn hơn của màu tím và xanh lam hoặc các bước sóng dài hơn của màu vàng, cam và đỏ.

Xem thêm: Báo Cáo Thực Hành Vật Lý 11 Bài 12 Trang 69, Bản Báo Cáo Thực Hành Lí 11 Bài 12

Các vấn đề liên quan đến ánh sáng của cây trồng:

Cây phát triển tốt như thế nào phụ thuộc vào ba yếu tố: bước sóng, thời gian và cường độ.

Bước sóng:

Chúng tôi đã đề cập đến các bước sóng mà thực vật thích. Bên cạnh đó sẽ có những bước sóng mà không thích hợp với cây trồng. Các nanomet tia cực tím khác nhau có thể không làm ảnh hưởng đến cây trồng của bạn nhưng một số phạm vi có thể cực kỳ bất lợi.

Thời lượng:

Thời gian bao lâu cây trồng ở dưới ánh mặt trời sẽ ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của nó. Tất nhiên tùy vào từng loại cây trồng cần thời lượng ánh sáng khác nhau

Cường độ

Cường độ đề cập đến mức độ mạnh của ánh sáng và đi đôi với thời gian. Nếu ánh sáng quá mạnh, cây trồng sẽ thiêu đốt, trở nên héo úa. Nếu nó không đủ mạnh, chúng cũng không đủ để phát triển mạnh.

Đèn trồng cây rong nhà so với ánh sáng mặt trời: nên chọn loại nào?

Ảnh hưởng của đèn trong nhà đến những cây trồng của bạn phụ thuộc vào loại bóng đèn bạn chọn. Mặc dù ánh sáng mặt trời sẽ luôn có lợi thế tự nhiên đối với chất lượng, cung cấp mọi thứ mà cây cần để phát triển, nhưng bóng đèn toàn phổ hiện nay gần như tương đương với nhiệm vụ mà ánh sáng mặt trời mang đến.

Cây trồng của bạn có nhu cầu ánh sáng riêng cần phải được đáp ứng. Dù trồng cây trong nhà hay ngoài trời thì cây trồng của bạn cũng cần đến ánh sáng. Nếu có điều kiện đất trồng tốt hay trồng ngoài trời, còn không có thể lựa chọn pháp trồng trông nhà với đèn trồng cây