Câu 12: Các quá trình tổng hợp vật chất và phân hủy vật chất của HST. Ý nghĩa của các quá trình này.

1.      Quá trình tổng hợp và phân hủy vật chất.

a)     Quá trình tổng hợp vật chất:

v     Quang hợp:

-   Cây xanh:

Trong quang hợp, diệp lục (chlorophyl) đóng vai trò rất quan trọng, như một chất xúc tác, giúp cho cây sử dụng được năng lượng mặt trời để biến đổi CO2 và nước thành cacbon hydrat, đồng thời thải oxy phân tử theo công thức:

NLMT

       CO2 + 2H2O                    (CH2O­) ­+ H2O + O2  

Các quá trình tiếp theo tổng hợp các axit amin tự do, protein, các axit béo và chất béo. Lá già chỉ sản xuất các đưởng đơn giản. Chồi và lá non sản xuất chất béo, đạm và các thành phần khác.

Như vậy, ở bất kì nơi nào có mặt cây xanh, có ánh sáng mặt trời, nước, khí cacbonic và muối khoáng thì nơi đó có sự xuất hiện quá trình quang hợp, nơi đó có nguồn thức ăn sơ cấp được tạo thành. Ở nơi nào thành phần cây xanh đa dạng, ánh sáng càng nhiều, muối khoáng giàu có, nơi đó sức sản xuất sơ cấp càng lớn. Rừng ẩm nhiệt đới, các rạn san hô, cá cửa sông… là những bằng chứng hùng hồn cho những nhận định nêu trên.

-   Vi khuẩn:

NLMT

Những vi khuẩn có màu đều có khả năng tiếp nhận năng lượng từ ánh sáng mặt trời để thực hiện quá trình quang hợp. Trong quang hợp, vi khuẩn lưu huỳnh xanh và đỏ lấy chất cho điện tử là các chất vô cơ chứa lưu huỳnh như H2S chứ không phải là nước:

 CO2 + 2H2S                    (CH2O)­­+ H2O + 2S 

NLMT

     Nhóm vi khuẩn không chứa lưu huỳnh sử dụng những hợp chất vô cơ khác là chất cho điện tử:

         CO2 + 2H2A                    (CH2O)­­+ H2O + 2A

v     Quá trình hóa tổng hợp:

Quá trình này không cần ánh sáng mặt trời song lại cần oxy để oxy hóa các chất. Những hợp chất vô cơ đơn giản được biến đổi như phương trình sau:

4NH3à NO2-à NO3-

Nhờ hoạt động trong bóng tối ở các lớp trầm tích, trong đất hay trên đáy các thủy vực, vi khuẩn hóa tổng hợp không chỉ lôi cuốn các chất dinh dưỡng vào sản xuất chất hữu cơ mà còn sử dụng cả nguồn năng lượng “rơi vãi” mà các sinh vật tiêu thụ không tiết kiệm được.

b)     Quá trình phân hủy vật chất:

Trong quá trình này chất hữu cơ giàu năng lượng đước cá vi khuẩn và nấm phân hủy thành các chất vô cơ đơn giản như CO­2, H2O, Nitrat, sunfat, photpho.

Các bước của quá trình phân hủy:

-   Mất nước: nước, đường và các chất hòa tan làm giảm trọng lượng và đổi thành phần hóa học.

-   Gãy nhỏ: do mất nước, chất hữu cơ trở nên giòn và chuyển động do đó làm gãy thành các đoạn nhỏ.

-   Dị hóa: từ phức tạp đến đơn giản, sinh vật ăn mùn làm thành các mảnh vụn nhỏ hơn và đơn giản hơn.

-   Khoáng hóa: chuyển các chất hữu cơ đơn giản thành vô cơ.

Phân loại:

v     Hô hấp hiếu khí: chất nhận điện tử là O2 và chất hữu cơ bị oxy hóa để tạo thành CO­2 và nước.

v     Hô hấp kỵ khí: chất nhận điện tử là không phải là O2 mà là chất vô cơ hay chất hữu cơ khác. Nhiều vi sinh vật hoại sinh tiến hành phân hủy các chất trong điều kiện không có oxy. Ví dụ, vi khuẩn metan phân giải các hợp chất hữu cơ để tạo thành CH4 bằng cách khử cacbon hữu cơ hoặc vô cơ trong các đáy ao hồ. Vi khuẩn Desulfovibrio khử sulfat trong các trầm tích biển sâu để tạo thành H2S.

v     Sự lên men: là quá trình kỵ khí, nhưng các chất hữu cơ bị oxy hóa (chất khử) cũng là chất nhận điện tử (chất oxy hóa). Trong cá quá trình này xảy ra sự khử hydro, kéo theo là sự bẻ gãy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản hơn. Tham gia quá trình lên men có vsv kỵ khí nghiêm ngặt hoặc kỵ khí tùy ý. Trong trường hợp lên men bởi vsv kỵ khí tùy ý, ở điều kiện có oxy, vsv chuyển sang hô hấp hiếu khí.

Những sinh vật phân hủy (bao gồm cả những loài động vật) tham gia vào việc phân giải các chất ở nhiều công đoạn khác nhau, từ thô đến tinh, và bằng nhiều cách khác với sự có mặt của hàng loạt các loại enzym đặc trưng mà không có có một sinh vật nào có đủ. Nhờ vậy, ngay cả các chất khó phân hủy như xenluloz, lignin hay các hợp chất humic… cũng không thể tồn tại mà được phân hủy tới cùng.

2. Ý nghĩa

Tổng hợp các chất rồi lại phân hủy chúng, nói chung là chức năng hoạt động của các quần xã sinh vật. Nhờ vậy, vật chất được quay vòng còn năng lượng được biến đổi. Trên phạm vi toàn cầu, trừ nguồn năng lượng được tiếp nhận từ bên ngoài, sinh quyển về phương diện vật chất mà nói, làm một đơn vị tự cung tự cấp hoàn toàn.

Hai quá trình này giúp cho hệ tồn tại và phát triển để đạt đến trạng thái trưởng thành, cân bằng và ổn định trong môi trường.