17. Khi tăng nồng độ CO₂ trong thí nghiệm quang hợp, tại sao tốc độ quang hợp chỉ tăng đến một giới hạn nhất định rồi dừng lại?

Khi ta tăng nồng độ CO₂ trong thí nghiệm quang hợp, ban đầu CO₂ là yếu tố hạn chế nên tốc độ quang hợp tăng rõ rệt. Tuy nhiên khi nồng độ CO₂ đủ cao, người ta quan sát thấy tốc độ quang hợp chỉ tăng đến một điểm bão hòa rồi không tăng thêm nữa. Nguyên nhân chính như sau: 1. Bão hòa enzyme Rubisco – Rubisco là enzyme chủ chốt gắn CO₂ vào các phân tử chấp nhận (RuBP) trong pha cố định CO₂ (vòng Calvin). – Theo cơ chế Michaelis–Menten, khi nồng độ cơ chất (CO₂) tăng đến một mức nhất định, tất cả các vị trí hoạt động (active sites) của Rubisco đều đã “gắn chặt” CO₂, enzyme đạt Vmax và không thể tăng tốc độ thêm dù ta có cung cấp thêm CO₂. 2. Chuyển sang giới hạn bởi các yếu tố khác Khi CO₂ không còn là yếu tố giới hạn thì sẽ có một (hoặc nhiều) yếu tố khác “kìm chân” tốc độ quang hợp, chẳng hạn: – Cường độ ánh sáng không đủ để cung cấp ATP, NADPH cho pha khử CO₂. – Nhiệt độ không ở ngưỡng tối ưu cho hoạt động của Rubisco và các enzyme khác. – Số lượng RuBP (chất nhận CO₂) không kịp tái sinh. – Khả năng vận chuyển sản phẩm khử (trái cây 3C, đường…) ra khỏi lá, ngăn tích tụ làm ức chế quá trình. 3. Hạn chế về vận chuyển và trao đổi khí – Ở nồng độ CO₂ rất cao, khí khổng có thể điều chỉnh đóng bớt để tránh mất nước, dẫn đến giảm khả năng lấy CO₂ vào lá. Tóm lại, khi CO₂ không còn là yếu tố hạn chế thì quang hợp “chuyển sang” bị giới hạn bởi năng lực tối đa của hệ enzyme và các điều kiện môi trường khác, nên dù tăng thêm CO₂ nữa cũng không làm tốc độ quang hợp tăng lên.