Hô hấp và bảo quản nông sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINHKHOA SINH HỌC – LỚP SINH 3B SINH LÝ THỰC VẬTNHÓM 8 ------------------------b&a----------------------- GVHD: Ts. Lê Thị Trung Th.s Lương Thị Lệ Thơ SVTH: Lê Hoàng Thái Vinh Nguyễn Thị Thắm Lữ Hồng Vân TPHCM, Ngày 28 tháng 10 năm 2010 MỤC LỤC  MỞ ĐẦU Quang hợp và hô hấp là hai quá trình trái ngược nhau nhưng ở thực vật muốn sinh trưởng và phát triển tốt thì không thể thiếu một trong hai quá trình này. Tuy nhiên đối với việc bảo quản nông sản thì sao? Hô hấp có làm khó khăn hay ảnh hưởng gì không? Nếu có thì có những phương pháp nào để hạn chế, giảm thiểu bớt ảnh hưởng của nó. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1779 – 1780: Ingenhousz chỉ ra rằng tùy vào điều kiện chiếu sáng cây xanh không chỉ hấp thụ khí cacbonic, thải oxi mà còn xảy ra quá trình ngược lại. 1842: Liebig đã phủ nhận sự tồn tại của quá trình hô hấp trong cây xanh. Cuối TK 19 – đầu TK 20: nghiên cứu thực nghiệm đã chứng minh sự tồn tại của quá trình hô hấp ở cây xanh. HÔ HẤP Ở THỰC VẬT Khái quát về hô hấp ở thực vật Khái niệm: Hô hấp ở thực vật là quá trình oxi hóa sinh học các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là Glucose) thành CO2 và H2O, đồng thời giải phóng một phần năng lượng cần thiết cho hoạt động sống của cơ thể được tích lũy trong ATP. Phương trình hô hấp tổng quát: C6H12O6 + 6O2 →6CO2 + 6H2O + Năng lượng (nhiệt + ATP) Cơ chế hô hấp ở thực vật 2 Axetyl – CoA (2 cacbon) CREP 4CO2 2FAD+ 6NAD+ 6NADH 2FADH2 2ATP 2ADP Sơ đồ tóm tắt chu trình Krebs Chu trình Krebs Chuỗi chuyển điện tử Đường phân Glucose (6 cacbon) ATP ADP ATP ADP NADH NAD+ NAD+ NADH 2ATP 2ATP Axit pyruvic (3 cacbon) Axit pyruvic (3 cacbon) Sơ đồ tóm tắt quá trình đường phân ĐƯỜNG PHÂN Gồm 10 phản ứng: bắt đầu là Glucose và kết thúc là tạo 2 phân tử Pyruvate Suốt cả quá trình tạo ra được 2 ATP và 2 NADH. Hô hấp hiếu khí và hô hấp kị khí Hô hấp kỵ khí Lên men: Axit pyruvic biến đổi theo con đường yếm khí theo các hình thức lên men tạo ra các hợp chất đơn giản hơn còn chứa nhiều năng lượng. Tùy thuộc vào sản phẩm hình thành trong quá trình lên men người ta phân biệt các dạng lên men: lên men rượu, lên men lactic, butyric… Lên men acid lactic Dehydrogenase Decacboxylgenase Lên men rượu Hô hấp hiếu khí Điều kiện: khi có oxi Chu trình Crep: diễn ra trong cơ chất của ti thể. A.pyruvic (khử CO2, tách H2) à Axetyl CoA + 2NADH à Krebs à 6 NADH + 2 FADH2 + 2 ATP 3. Chuỗi chuyển điện và phosphoryl hóa Hidro tách ra từ axit pyruvic trong chu trình Krebs được chuyển đến chuỗi chuyền điện tử và phosphoryl hóa. Chuỗi huyển điện tử ( xảy ra ở màng trong ti thể): điện tử được vận chuyển từ NADH đến O2 không khí nhờ chuỗi hô hấp để tạo nên O2- rồi kết hợp với 2H+ để tạo thành nước. Chú giải các phức hợp trên màng: Complex I (NADH-dehydrogenase). Complex II (Succinate dehydrogenase) Complex III (Q-cytochrome c oxidoreductase) Complex IV (Cytochrome c oxidase). ATP Synthase Phosphoryl hóa Điện tử được chuyển qua hô hấp thì tỏa ra năng lượng Năng lượng được liên kết vào liên kết cao năng phosphat của ATP nhờ phản ứng phosphoryl hóa: ADP + Pi à 32ATP Tổng kết năng lượng So sánh 2 cơ chế Điểm so sánh Hô hấp kị khí Hô hấp hiếu khí Oxi Không cần Cần Nơi xảy ra Tế bào chất Ty thể Sản phẩm CO2, rượu etilic hoặc axit lactic CO2, H2O Năng lượng tích lũy Không tích lũy năng lượng Tích tũy 32 ATP Hô hấp sáng Decker (1955), Zelittch (1969) đã phát hiện ra hiện tượng thải CO2 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 CO2  ngoài sáng. Sự hấp thụ O2  cùng với sự thải CO2  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. Hô hấp sáng có thể tiêu hao 20-50% sản phẩm của quang hợp. Chu trình hô hấp sáng Chu trình này xảy ra ở 3 bào quan: Lục lạp Peroxixom Ti thể Oxi được hấp thụ ở 2 giai đoạn trong 2 bào quan khác nhau Ở lục lạp: từ các sản phẩm của chu trình Calvin là ribulose - 1,5 bisphosphate tách ra các đoạn 2C để hình thành axit glycolic. Ở peroxyxom: axit glycolic bị oxi hoá với sự có mặt của enzym glycolatoxydaz. Quá trình này có sự hấp thụ oxi và giải phóng H2O2. Ở ty thể : Từ hai phân tử glyxin tạo ra một phân tử xerin và giải phóng CO2. Đây là phản ứng then chốt dẫn đến giải phóng CO2 trong hô hấp sáng : Sau đó serin biến đổi thành 3-photphoglyxerate và quay lại chu trình Calvin. Đặc điểm của 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%. Hiện  nay  chưa  có  chứng  minh  nào  về  mặt  có  lợi  của  hô  hấp  sáng. Hô hấp sáng khác hô hấp tối ở chỗ hô hấp sáng là quá trình phụ thuộc nhiều vào oxy và ánh sáng. Hô hấp sáng chủ yếu ở thực vật C3, không có hoặc rất yếu ở thực vật C4 do hoạt tính oxygenase ở loài này giảm nhờ tỉ số CO2/O2 trong tế bào bao bó mạch cao. Mặt khác bất kì sự thải CO2 nào từ tế bào bao bó mạch đều được đồng hóa lại bởi PEP-carboxylase của tế bào thịt lá, vì vậy làm giảm hô hấp sáng. Cây CAM có quang hô hấp yếu và thay đối nên khó xác định. Hô hấp sáng không tạo thêm năng lượng, có ý nghĩa nhất định khi giải phóng 1 số axit amin. * So sánh giữa quang hợp và hô hấp ở thực vật: Quang hợp Hô hấp Chức năng Năng lượng dự trữ Năng lượng giải phóng Bào quan Lục lạp Ti thể Chất tham gia phản ứng CO2 và H2O C6H12O6 và O2 Sản phẩm C6H12O6 và O2 CO2 và H2O Phương trình phản ứng 6CO2 + 6H2O light> C6H12O6 + 6O2 6O2 + C6H12O6 à 6CO2 +6H2O + energy Hô hấp và quang hợp là hai quá trình sinh lý trung tâm của thực vật. Mối quan hệ giữa hô hấp với quang hợp khá phức tạp. Đó là quan hệ vừa cạnh tranh vừa hỗ trợ lần nhau. Hô hấp vừa có lợi vừa có hại cho quang hợp. Hô hấp cung cấp bổ sung thêm nguồn năng lượng ATP, cung cấp các sản phẩm trung gian làm nguyên liệu cho quang hợp. Bên cạnh những tác dụng tích cực của hô hấp đến quang hợp, gây  cản  trở  đáng  kể  cho  quang  hợp. Hô hấp còn cạnh tranh nguồn năng lượng ánh sáng với quang hợp (hô hấp sáng) do đó làm giảm bớt nguồn năng lượng của quang hợp. Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản thực phẩm Ý nghĩa của hô hấp đối với bảo quản các đối tượng thực vật Hô hấp có  một ý nghĩa lớn đối với việc bảo quản các đối tượng thực vật. Hiểu được mối liên quan giữa hô hấp với các điều kiện ngoại cảnh, có thể điều khiển các đối tượng bảo quản giữ được chất lượng theo mục đích của mình. Theo quan điểm hiện nay, trong quá trình bảo quản các đối tượng thực vật, cần phải tạo ra những điều kiện đảm bảo cho hô hấp vẫn xảy ra bình thường với cường độ thấp (gần mức tối thiểu), nhưng vẫn đảm bảo cho các quá trình trao đổi chất diễn ra bình thường. Ảnh hưởng của hô hấp trong quá trình bảo quản: Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của đối tượng bảo quản, do đó làm giảm số lượng và chất lượng trong quá trình bảo quản. Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong môi trường bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. Hô hấp làm tăng độ ẩm của đối tượng bảo quản, do đó làm tăng cường độ hô hấp của đối tượng bảo quản. Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản Các biện pháp khống chế hô hấp trong bảo quản nông phẩm Khống chế độ ẩm của nông phẩm Với các loại hạt: phải phơi khô hạt đạt độ ẩm của nó Vì hô hấp sản sinh nước làm độ ẩm của hạt tăng lên, nên thỉnh thoảng phải phơi lại hạt để đưa độ ẩm về độ ẩm an toàn. Khống chế độ ẩm của nông phẩm Với các loại rau, hoa quả luôn giữ trong điều kiện độ ẩm gần bão hòa bằng tưới và phun nước. Khống chế nhiệt độ Khi giảm nhiệt độ thì hô hấp giảm, nên người ta sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản nông sản phẩm. Khống chế nhiệt độ Với các loại hạt, củ để giống thì việc bảo quản trong điều kiện nhiệt độ thấp còn có hiệu ứng thứ hai rất quan trọng là chúng được xuân hóa. Khi đem gieo trồng vụ sau, chúng rút ngắn thời gian sinh trưởng, ra hoa sớm, sinh trưởng tốt… Khống chế thành phần khí trong môi trường bảo quản Khi tăng nồng độ CO2 và giảm nồng độ O2 trong môi trường bảo quản thì ức chế hô hấp. Với các loại hạt khô, việc ức chế hô hấp không gây tác hại vì cường độ hô hấp của chúng rất thấp. Với các mô tươi sống như rau, hoa, quả, khi tăng nồng độ CO2 và giảm hàm lượng O2 thì làm giảm đáng kể hô hấp của chúng. Có 3 phương pháp có thể khống chế thành phần khí: Bảo quản kín Bảo quản mở Bảo quản trong khí biến. Bảo quản kín Ở trong túi polietilen hay trong chum, vại sành, sứ… có hiệu quả rất tốt. Vì sự tăng CO2 và giảm O2 được khống chế trong thể tích bảo quản nên làm giảm hô hấp và tiêu hao chất hữu cơ. Thường sử dụng nhiều trong bảo quản các loại nông phẩm giàu protein và chất béo. Cũng được sử dụng trong bảo quản và vận chuyển hoa quả xuất khẩu như chuối. Bảo quản mở Ở trong kho nông phẩm với sự xâm nhập tự do của không khí thường được áp dụng cho các loại hạt như các hạt ngũ cốc … mà không cần phải khống chế oxy Bảo quản trong khí biến Là phương pháp bảo quản tiên tiến trong đó sử dụng khí CO2, N2 và O2 với tỷ lệ nhất định tùy theo loại nông phẩm: phương pháp cho hiệu quả rất cao, giảm tối thiểu hao hụt khối lượng và bảo tồn chất lượng của nông phẩm… d, các biện pháp bảo quản Bảo quản khô Thường sử dụng để bảo quản các loại hạt trong các kho lớn. Trước khi đưa hạt vào kho, hạt được phơi khô với độ ẩm khoảng 13-16% tuỳ theo từng loại hạt Bảo quản lạnh Phần lớn các loại thực phẩm, rau quả được bảo quản bằng  phương pháp này. Chúng được giữ trong các kho lạnh, tủ lạnh ở các ngăn có nhiệt độ khác nhau. Bảo quản trong điều kiện nồng độ CO2 cao Đây là biện pháp bảo quản hiện đại và cho hiệu quả bảo quản cao. Biện pháp này thường sử dụng các kho kín có nồng độ CO2 cao hoặc đơn giản hơn là các túi polietilen. Tuy nhiên việc xác định nồng độ CO2 thích hợp là điều hết sức quan trọng đối với các đối  tượng bảo quản và mục đích bảo quản. E. Tài liệu tham khảo Bùi Trang Việt, 2002, Sinh lý thực vật đại cương - phần 1- Dinh dưỡng, NXB Đại học quốc gia TP.HCM. Vũ Văn Vụ, 2009, Sinh lý học thực vật, NXB Giáo dục Việt Nam Hình ảnh: trang web Google