Đặc điểm sinh lý của cây lúa – Phần 3

2. QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP  

2.2. Hô hấp 

Hô hấp là quá trình oxid hóa, phân giải các chất hữu cơ để cung cấp năng lượng cho hoạt động sống của cây trồng: duy trì và phát triển. Đây là quá trình sử dụng các chất hữu cơ tạo ra từ quang hợp để cung cấp năng lượng và các hợp chất hữu cơ cần thiết cho quá trình sinh tổng hợp các chất trong cây. Trong quá trình nầy, oxy được sử dụng và CO2 được thải ra. Sự sinh trưởng có liên quan chặt chẽ với hô hấp, không thể có sinh trưởng mà không có hô hấp. Sinh trưởng là quá trình sản sinh ra các chất hữu cơ mới hoặc tổng hợp ra các thành phần mới trong cây từ các hợp chất trung gian và năng lượng trong các hợp chất cao năng (ATP) sinh ra từ hô hấp. Thí dụ, những cấu tử chính của tế bào cây như protein, lipid và cellulose được tổng hợp nhờ có quá trình hô hấp. 

Nhiệt độ càng cao, quang hợp và hô hấp càng mạnh, vật chất sản sinh ra càng nhiều, cây sinh trưởng càng khỏe. Cho tới lúc sản phẩm sinh ra từ quang hợp không đủ bù đắp vật chất tiêu hao do hô hấp thì cây ngừng phát triển và xấu đi. Nhiệt độ ban ngày ấm, ban đêm lạnh hạn chế tiêu hao do hô hấp, cây lúa phát triển thuận lợi, tích lũy nhiều chất khô nuôi cây và tích lũy nhiều vật chất trong hạt, năng suất gia tăng. Gió nhẹ tạo điều kiện khuyếch tán các chất khí trong ruộng lúa, giúp quá trình quang hợp và hô hấp thuận lợi hơn. Ngược lại, nắng nhiều, nhiệt độ cao, ruộng thiếu nước, cây lúa hô hấp mạnh, thoát hơi nước nhiều làm cây bị héo, sinh trưởng đình trệ. 

Người ta còn phân biệt 2 loại hô hấp: hô hấp sinh trưởng và hô hấp duy trì. Mac Cri (1970) đề nghị công thức hô hấp sau:

Trong đó: 

R = Hô hấp tổng cộng của toàn cây trong 24 giờ. 

k = Hệ số hô hấp sinh trưởng (# 0,25). 

Pg = Quang hợp tổng số trong 12 giờ (ban ngày). 

c = Hệ số hô hấp duy trì (# 0,015). 

W = Trọng lượng khô toàn cây.

Khi cây lúa còn non, sinh trưởng mạnh thì hô hấp sinh trưởng là chủ yếu, trong khi cây lúa càng già thì hô hấp duy trì lại càng chiếm ưu thể. Theo Yoshida (1981), hô hấp sinh trưởng của các loài cây khác nhau không khác nhau nhiều và cũng không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Ngược lại, hô hấp duy trì thay đổi theo loài cây và là quá trình phụ thuộc nhiệt độ (Q10 khoảng 2,2). Để tổng hợp ra 1 g chất khô của lá cần có 1,36 g chất hữu cơ; để tạo được 1 g hạt lúa cần 1,20 g chất hữu cơ, trong khi phải tốn tới 2,16 g nguyên liệu để tạo ra 1 g hạt đậu phọng. Hiểu biết về hô hấp duy trì còn tương đối ít ỏi so với hô hấp sinh trưởng. Tuy nhiên, người ta biết rằng quá trình hô hấp duy trì diễn ra mạnh mẽ nhất trong cây là quá trình chuyển hóa protein và quá trình vận chuyển chất tan để duy trì nồng độ ion trong tế bào cây

Khoảng 10% protein trong lá được tái tổng hợp lại hằng ngày. Quá trình nầy tiêu thụ khoảng 28-53 mg glucose/g protein/ngày, tương ứng với 7-13 mg glucose/g chất khô của lá/ngày. Chi phí để duy trì nồng độ các ion trong lá tính ra khoảng 6-10 mg glucose/g chất khô/ngày và chi phí để duy trì màng tế bào cũng vào khoảng 1,7 mg glucose/g chất khô/ngày. Như vậy, tổng chi phí hô hấp duy trì ước tính khoảng 15-25 mg glucose/g chất khô/ngày đối với cây lúa. 

Ngoài hô hấp bóng tối tổng cộng như nói ở trên, ở cây lúa còn có thể xảy ra hiện tượng hô hấp ánh sáng khi cường độ ánh sáng và nhiệt độ môi trường quá cao. Như đã trình bày ở trên, hô hấp ánh sáng không sản sinh ra một phân tử ATP nào cả và cũng không cung cấp bất cứ một khung carbon nào cho việc sinh tổng hợp trong cây. Do đó, hô hấp ánh sáng là một điểm hạn chế và là quá trình có ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng của những cây quang hợp theo con đường C-3 như lúa.