Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải PHẦN: IV SINH HỌC CƠ THỂ - oOo - Chương: I CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG A - CHUYỂN HOÁ VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG Ở THỰC VẬT TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT Quá trình trao đổi nước ở thực vật (trạng thái cân bằng nước ở thực vật) bao gồm ba quá trình: quá trình hấp thụ nước ở rễ, quá trình vận chuyển nước ở thân và quá trình thoát hơi nước từ lá. Trong điều kiện bình thường, ba quá trình này hoạt động nhòp nhàn, liên tục, liên hệ khắng khít với nhau, tạo nên trạng thái cân bằng nước cần thiết cho sự sống của thực vật. Sự phối hợp hoạt động của ba quá trình này đã đưa các phân tử nước từ đất vào rễ sau đó đưa đến tận ngọn cây (có cây cao hàng trăm mét). Ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm của đất và không khí, dinh dưỡng khoáng là các nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nước ở thực vật. I. Vai trò của nước và nhu cầu nước đối với thực vật Nước là yếu tố quan trọng bậc nhất đối với tất cả các cơ thể sống. Nước quyết đònh sự phân bố thực vật trên trái đất, thực vật không thể sống khi thiếu nước. 1. Các dạng nước trong cây và vai trò của nó a. Nước tự do i. Đặc điểm - Là dạng nước chứa trong các thành phần của tế bào, trong các khoảng gian bào, trong các mạch dẫn,. . - Chiếm khoảng 70% lượng nước trong cây. - Không bò hút bởi các phần tử tích điện hay dạng liên kết hóa học. - Dạng này vẫn giữ được các đặc tính lý, hóa, sinh học bình thường của nước. ii. Vai trò - Đảm bảo độ bền vững của các cấu trúc trong cơ thể, đảm bảo mơi trường thuận lợi cho các phản ứng trao đổi chất, nước tham gia vào các phản ứng hóa học trong cơ thể. - Làm dung môi hòa tan các chất trong cơ thể. - Làm giảm nhiệt độ của cơ thể khi thoát hơi nước, đồng thời vừa giúp cho khí CO 2 từ khơng khí vào lá cung cấp cho q trình quang hợp. Bên cạnh tham gia một số quá trình TĐC, đảm bảo độ nhớt của CNS. - Giúp quá trình TĐC diễn ra bình thường. b. Nước liên kết i. Đặc điểm - Là dạng nước bò các phần tử tích điện hút bởi một lực hút nhất đònh hoặc trong các liên kết hóa học ở các thành phần của tế bào… - Chiếm khoảng 30% lượng nước trong cây 1 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải - Dạng này không giữ được các đặc tính vật lý, hóa học, sinh học của nước. ii. Vai trò Đảm bảo độ bền vững của hệ thống keo trong chất nguyên sinh của tế bào, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của tế bào, mơ, cơ quan, cơ thể. Vì thế hàm lượng nước liên kết trong cây là một chỉ tiêu đánh giá tính chịu nóng và chòu hạn của cây. 2. Nhu cầu nước đối với thực vật Thực vật khơng thể sống thiếu nước, chỉ cần giảm khoảng 30% hàm lượng nước trong tế bào là đã gây ra sự kìm hãm đáng kể những chức năng sinh lý quan trọng của cơ thể và ảnh hưởng đến q trình sinh trưởng, phát triển của tồn cây Nhu cầu nước của cây là rất lớn. Nhu cầu nước phụ thuộc vào các đặc điểm sinh thái của thực vật. Nhu cầu nước còn phụ thuộc vào các loại cây khác nhau, nhóm cây khác nhau Tóm lại: Cây cần một lượng nước rất lớn trong suốt đời sống của nó. Ví dụ: Một cây ngô đã tiêu thụ 200kg nước và một hecta ngô trong suốt thời kỳ sinh trưởng đã cần đến 8.000 tấn nước. Để tổng hợp 1 gam chất khô, các cây khác nhau cần từ 200 gam đến 600 gam nước. II. Quá trình hấp thụ nước ở rễ 1. Các dạng nước trong đất Có hai dạng nước trong đất: - Nước tự do: nước mao dẫn, nước ngầm. - Nước liên kết: nước ngậm trên bề mặt keo đất và nước tẩm trong keo đất. Nước tồn tại ở thể rắn, thể khí, thể lỏng Rễ cây hấp thụ nước dạng tự do và một phần dạng nước liên kết (nước liên kết khơng chặt) ở thể lỏng. Dạng nước tự do đóng vai trò cung cấp nước cho cây; dạng liên kết đóng vai trò cấu trúc đất. 2. Đặc điểm của bộ rễ liên quan đến quá trình hấp thụ nước - Thực vật thủy sinh hấp thụ nước từ mơi trường xung quanh qua bề mặt các tế bào biểu bì của toàn cây. - Thực vật trên cạn hấp thụ nước dạng lỏng từ đất qua bề mặt tế bào biểu bì của rễ, trong đó chủ yếu qua các tế bào biểu bì đã phát triển thành lông hút. - Chức năng của rễ: + Hấp thụ nước và các chát khoáng là hai loại chất dinh dưỡng thiết yếu cho cây + Dẫn truyền chất dinh dưỡng từ bệ mặt hấp thụ + Néo chặt hay cố đònh để nâng đỡ cây ở thế đứng vững chắc trong không gian. + Có vai trò quan trọng trong việc giữ hạt đất tại chỗ, chống hiện tượng rửa trôi, xói mòn đất, bảo vệ trạng thái cân bằng của hệ sinh thái tự nhiên đất – nước – thực vật. - Rễ cây có cấu tạo thích nghi với chức năng hấp thụ nước và muối khoáng: Rễ cây sinh trưởng nhanh về chiều sâu, phân nhánh chiếm chiều rộng và đặc biệt tăng nhanh số lượng lơng hút. Ví dụ, ở lúa sau khi cấy 4 tuần có hệ rễ với tổng chiều dài khoảng 625 km, có tổng diện tích khoảng 285 m 2 trong khi đó tổng chiều dài lông hút (khoảng 14 tỷ lông hút) khoảng 10.500 km và tổng diện tích khoảng 480m 2 ; ở lúa mỳ đen có thể lên đến 14 tỷ lơng hút. - Các đặc điểm của lông hút liên quan đến quá trình hấp thu nước của rễ: 2 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải + Số lượng lông hút của rễ rất lớn làm tăng rất nhiều bề mặt trao đổi nước giữa rễ và môi trường. + Thành tế bào mỏng, không thấm cutin. + Chỉ có một không bào trung tâm lớn tạo điều kiện thuận lợi cho sự thẩm thấu nước từ đất vào rễ. + Áp suất thẩm thấu rất cao do hoạt động hô hấp của rễ mạnh. + Các lông hút của rễ thường xuyên được thay thế và đổi mới. Điều nàygiúp cho hiệu quả hoạt động của lông hút luôn luôn duy trì tốt. Tóm lại: Vì vậy các đạng nước tự do và dạng nước liên kết khơng chặt từ đất (đạng nước mao dẫn, nước ngầm, và một phần nước ngậm trên bề mặt của các keo đất) được lơng hút hấp thụ một cách dễ dàng nhờ sự chênh lệch về áp suất thẩm thấu (từ nơi áp suất thẩm thấu thấp đến nơi có áp suất thẩm thấu cao), hay nói cách khác là nhồ sự chênh lệch về thế nước (từ thế nước cao đến thế nước thấp). * Ở một số TV trên cạn, hệ rễ không có lông hút (thông, sồi,. . . ) thì rễ có nấm rễ bao bọc giúp cho cây hấp thụ nước và ion khoáng một cách dễ dàng, đây là phương thức chủ yếu. Ngoài ra ở những tế bào rễ còn non, vách tế bào chưa tẩm suberin cũng tham gia hấp thụ nước và ion khoáng. Nấm rễ là dạng thích nghi tự nhiên. 3. Con đường hấp thụ nước ở rễ Cơ chế hấp thụ nước theo grien nồng độ chất tan giữa bề mặt tế bào lông hút (hay toàn bõ bề mặt hấp thụ của hệ rễ) với dung dòch đất hay nói cách khác hấp thụ theo grien thế nước: từ thế nước cao đến thế nước thấp. - Con đường qua gian bào - thành tế bào: Nước từ đất  màng tế bào lông hút  gian bào, thành tế bào nhu mô vỏ, gặp vòng đai Caspari  tế bào nội bì  mạch gỗ. Do đó nhận được nhiều nước (có lợi), nhưng lượng nước và các chất khoáng hòa tan không được điều chỉnh và kiểm tra (bất lợi). - Con đường qua các tế bào (qua chất nguyên sinh - không bào): Nước từ đất  màng tế bào lông hút  tế bào nhu mô vỏ  tế bào nội bì  mạch gỗ. Do đó cây nhận ít và chậm nước (bất lợi), nhưng lượng nước và các chất khoáng hòa tan được điều chỉnh và kiểm tra bởi tính thấm chọn lọc của tế bào sống (có lợi). * Vai trò của vòng đai Caspari là bao quanh tế bào nội bì: Vòng đai Caspari đđược cấu tạo bằng chất khơng thấm nước và khơng cho các chất khống hòa tan trong nước đi qua, nên có vai trò điều chỉnh lượng nước và và kiểm tra các chất khoáng hòa tan. Chính vai trò này đã khắc phục được nhược điểm của con đường thành tế bào – gian bào. 4. Cơ chế để dòng nước một chiều từ đất vào rễ lên thân - Nước từ đất vào lông hút rồi vào mạch gỗ của rễ theo cơ chế thẩm thấu (từ P tt thấp đến nơi có P tt cao). * Vai trò của áp suất rễ: áp suất rễ tạo ra lự đẩy dòng nước trong mạch gỗ di chuyển lên thân, áp suất này được hỗ trợ bởi lực hút của lá tạo ra (do quá trình thoát hơi nước ở lá) cùng với cột nước trong thân liên tục không có bọt khí (do lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và lực bám của các phần tử nước lên thành mạch gỗ) đã tạo ra dòng nước liên tục di chuyển từ rễ, qua thân, đến lá. Áp suất rễ thường có giới 3 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải hạn, phụ thuộc vào loại cây và thường đẩy được cột nước cao vài ba mét. Áp suất rễ thể hiện rõ ở cây bụi thấp, cây hoa. - Nước bò đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ, thể hiện bởi 2 hiện tượng: rỉ nhựa và ứ giọt. * Hiện tượng rỉ nhựa: Cắt ngang một cây thân thảo, chỗ gần gốc; sau vài phút sẽ thấy những giọt nhựa rỉ ra từ phần thân cây bò cắt. Đó chính là những giọt nhựa do rễ cây đẩy từ mạch gỗ ở rễ lên mạch gỗ của thân. * Hiện tượng ứ giọt: Úp một chuông thủy tinh lên một cây sẽ xuất hiện các giọt nước ứa từ trong lá ra và đọng lại ở mép lá. Hiện tượng xảy ra do không khí trong chuông thủy tinh đã bảo hòa hơi nước. Nước bò đẩy từ mạch gỗ của rễ cây lên lá không thoát được thành hơi qua khí khổng đã ứ thành giọt ở mép lá. III. Quá trình vận chuyển nước ở thân 1. Đặc điểm của con đường vận chuyển nước ở thân Nước và các chất khoáng hoà tan trong nước được vận chuyển trong thân theo mạch gỗ một chiều từ rễ lên lá. Chiều dài của cột nước phụ thuộc vào chiều dài của thân cây. Quá trình vận chuyển này được thực hiện nhờ lực hút của lá (do thoát hơi nước của lá gây ra hay còn gọi là động lực trên), lực đẩy của rễ (do áp suất rễ hay động lực dưới) và lực liên kết giữa các phân tử nước với thành mạch gỗ (hai lực này thắng được trọng lực của cột nước và đảm bảo cho cột nước liên tục gọi là động lực trung gian) 2. Con đường vận chuyển nước ở thân - Nước, muối khoáng từ rễ lên lá (nhựa ngun) theo mạch gỗ (xilem). - Các chất hữu cơ từ lá vào thân, xuống rễ, củ, vào quả (nhựa luyện) theo mạch rây (phlôem) chủ yếu dựa vào cơ chế khuếch tán và vận chuyển chủ động * Tuy nhiên nước cũng có thể vận chuyển ngược từ trên xuống ở mạch rây hay vận chuyển ngang từ mạch gỗ sang mạch rây hoặc ngược lại tùy theo thế nước trong mạch rây. a. Dòng mạch gỗ i. Cấu tạo của mạch gỗ Trong thân của thực vật có mạch gỗ (xilem) gồm các tế bào chết. Tế bào mạch gỗ gồm hai loại là quản mạch và mạch ống. Các tế bào cùng loại nối với nhau theo cách: đầu của tế bào này nối với đầu tế bào kia thành những ống dài từ rễ đến lá để cho dòng mạch gỗ di chuyển bên trong Quản bào cũng như mạch ống xếp sát vào nhau theo cách lỗ bên của tế bào này sít khớp với lỗ bên của tế bào khác tạo ra lối đi cho dòng vận chuyển ngang. Thành của mạch gỗ được linhin hóa tạo cho mạch gỗ có độ bền chắc và chịu nước. ii. Thành phần của dịch mạch gỗ: Dịch mạch gỗ chủ yếu là nước, các ion khống, ngồi ra còn có các hợp chất hữu cơ: axit amin, vitamin, hoocmơn thực vật (xitơkinin, ancalơtit, . . .) được tổng hợp ở rễ. iii. Động lực đẩy dòng mạch gỗ (Cơ chế đảm bảo sự vận chuyển nước ở thân- phần 3) b. Dòng mạch rây i. Cấu tạo của mạch rây Mạch rây gồm các tế bào sống là ống rây (tế bào hình rây) và tế bào kèm. ii. Thành phần của dịch mạch rây 4 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải Dịch mạch rây chủ yếu là các saccarơzơ, axit amin, các vitamin, hoocmơn thực vật, một số chất hữu cơ khác (ATP), mộ số ion khống được sử dụng lại, đặc biệt có rất nhiều ion kali làm cho dung dịch rây có độ pH từ 8.0 – 8,5. iii. Động lực của dòng mạch rây Dịch mạch rây di chuyển vào tế bào quang hợp trong lá vào ống rây, từ ống rây này vào ống rây khác qua các lỗ trong bản rây. Động lực của dòng mạch rây là sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan nguồn (nơi saccarơzơ được tạo ra thường là lá) có áp suất thẩm thấu cao vá các cơ quan chứa có áp suất thẩm thấu thấp (nơi saccarơzơ đươc sử dụng hay dự trữ thường là rễ). Mạch rây nối với các tế bào của các cơ quan nguồn của các tế bào của cơ quan chưa giúp cho dòng mạch rây chảy từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp. 3. Cơ chế đảm bảo sự vận chuyển nước ở thân Quá trình vận chuyển nước ở thân thực hiện được do sự phối hợp nhờ ba động lực: - Động lực trên: Lực hút của lá (do quá trình thoát hơi nước) là động lực đóng vai trò chủ yếu: Do hơi nước thốt vào khơng khí, tế bào khí khổng mất nước và hút nước từ các tế bào nhu mơ bên cạnh. Đến lược mình, các tế bào nhu mơ lá lại hút nước từ mạch gỗ ở lá. Cứ như vậy, xuất hiện một lực hút từ lá đến tận rễ. Theo tính toán của các nhà khoa học thì lực hút do thoát hơi nước ở lá đạt đến 100atm - Động lực dưới: Lực đẩy của rễ (do quá trình hấp thụ nước). Theo tính toán của các nhà khoa học thì lực đẩy của rễ đạt 3atm - Động lực trung gian: Lực trung gian do lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và lực bám của các phần tử nước lên thành mạch gỗ, hai lực này thắng được trọng lực của cột nước tạo thành dòng nước liên tục và không bò tụt xuống. Trong ba động lực thì động lực trên là chính vì nó có thể hút cột nước từ rễ lên lá, kể cả những cây cao hàng trăm mét. IV. Thoát hơi nước ở lá 1. Lá là cơ quan thốt hơi nước - Cấu tạo của lá thích nghi với chức năng thốt hơi nước, các tế bào biểu bì của lá tiết ra chất cutin bao phủ lồn bộ bề mặt của lá trừ khí khổng. Một số cây sống vùng sa mạc, biểu bì trên khơng có khí khổng nhưng có lớp cutin dày và khơng thốt hơi nước qua bề mặt trên của lá. - Số lượng khí khổng trên bề mặt lá là rất lớn. Mỗi mm 2 lá có đến hàng trăm khí khổng, mặt dù diện tích của tồn bộ khí khổng chỉ chiếm gần 1% diện tích của lá. Lượng nước thốt qua khí khổng lớn hơn gấp nhiều lần lượng nước thốt qua bề mặt lá (qua cutin). - Người ta chứng minh rằng các phân tử nước bốc hơi và thốt vào khơng khí ở mép chậu nước dễ dàng hơn nhiều so với các phân tử nước bốc hơi và thốt khỏi vùng đậm đặc hơi nước ở giữa chậu (gọi là hiệu quả mép). Như vậy vận tốc thốt hơi nước khơng chỉ phụ thuộc chủ yếu vào vào chu vi của diện tích đó. Rõ ràng là số lượng khí khổng rất lớn trên bề mặt lá sẽ có tổng chu vi lớn hơn rất nhiều so với chu vi của lá và lượng nước thốt qua khí khổng lớn hơn nhiều lần so với lượng nước thốt qua bề mặt lá là điều có thể hiểu được. Sơ đồ hiệu quả mép như sau: V = A . ( F – f )/l 5 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải V: lượng nước bốc hơi. A: hằng số thực nghiệm F: độ bão hòa nước ở bề mặt bốc hơi f: độ bảo hòa nước ở xung quanh bề mặt bốc hơi l: khoảng cách giữa F và f. ( F – f ) / l: Građien độ thiếu bão hòa nước (sự chênh lệch nồng độ các phân tử nước ở bề mặt và mơi trường xung quanh) Từ đó ta có: V 1 = A . ( F – f )/l 1 và V 2 = A . ( F – f )/l 2 Mà l 1 > l 2 nên V 2 > V 1 2. Ý nghóa của sự thoát hơi nước Cứ 1.000g nước cây hấp thụ qua rễ thì khoảng 990g nước thoát ra ngoài không khí qua lá dưới dạng hơi, có 10g nước được giữ lại. Trong 10 g nước giữ lại đó có từ 8- 9g nước không tham gia tạo chất khô; chỉ có 1-2g nước tham gia tạo chất khô; Ở ngơ, là cây sử dụng nước tương đối tiết kiệm cũng phải thốt 250kg nước để tổng hợp 1kg chất khơ; Lúa mỳ hay khoai tây thốt 600kg nước mới tổng hợp được 1kg chất khơ. Để tổng hợp 1g chất khơ các cây khác nhau cần tử 200 đến 600 g nước. Do đó nhà sinh lý học người Nga Macximơp đã viết “Thốt hơi nước là tai họa tất yếu của cây” Vậy: - Sự thoát nước ở lá đã tạo ra một lực hút, một sự chênh lệch về thế nước theo chiều hướng giảm dần từ rễ đến lá và nước có thể di chuyển từ rễ đến lá một cách dễ dàng. Đó là động lực trên của con đường vận chuyển nước, các ion khống và các chất hòa tan khác từ rễ đến mọi cơ quan của cây trên mặt đất, bện cạnh còn tạo ra mơi trường liên kết các bộ phận của cây, tạo độ cứng cho thực vật thân thảo. - Khi thoát một lượng nước lớn sẽ làm cho nhiệt độ của bề mặt lá giảm xuống (chỉ cao hơn nhiệt độ trong bóng râm một chút). Lá cây hấp thụ 75% ánh sáng mặt trời, chỉ có 3% dùng cho quang hợp, còn lại biến thành nhiệt năng làm cho lá nóng lên nhanh. 1gam nước thoát ra làm mất một nhiệt lương là 2,3kJ - Khi thoát hơi nước thoát ra thì khí khổng mở, đồng thời hơi nước thoát ra. Tạo điều kiện cho CO 2 từ không khí vào lá để thực hiện chức năng quang hợp. - Nước thoát qua lá giúp cho các dung dòch loãng từ rễ đưa lên đậm đặc hơn và chất hữu cơ dễ được tổng hợp hơn, cũng như làm cho các dung dòch chất hữu cơ do lá quang hợp cô đặc hơn. - Một số cây vùng khơ hạn, do khó lấy được nước từ đất. Để tiết kiệm lượng nước tối đa, nhóm cây này phải đóng khí khổng vào ban ngày và q trình nhận CO 2 diễn ra vào ban đêm. 3. Các con đường thoát hơi nước ở lá - Con đường qua khí khổng (con đường chủ yếu) + Vận tốc lớn, lượng nước thoát nhiều. + Được điều chỉnh bằng việc đóng, mở khí khổng. Độ mở khí khổng càng rộng thì thốt hơi nước càng mạnh. - Con đường qua bề mặt lá – qua cutin + Vận tốc nhỏ, lượng nước thoát ít. + Không được điều chỉnh. Lớp cutin càng dày thì thốt hơi nước càng giảm và ngược lại. Thốt hơi nước qua cutin chỉ chiếm ¼ ở cây chịu bóng, giảm xuống cón 1/10 ở cây ngồi sáng hay thậm chí thấp hơn nhiều ở các cây thích nghi sống vùng khơ hạn. 6 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải * Để có một chế độ nước thích hợp tạo điều kiện tốt cho sinh trưởng và đạt năng suất cao của cây trồng cần phải thực hiện tưới nước một cách hợp lý cho chúng. * Nước có thể có thể thoát một phần nhỏ ở thân và cành nhờ các vết sần (bì khổng) * Hai con đường thoát hơi nước trên còn phụ thuộc vào loài cây, tuổi cây, đặc điểm giải phẩu,… * Cây còn non lớp cutin mỏng nên cường độ thoát hơi nước ở hai con đường là như nhau Khi cây trưởng thành thì con đường thoát hơi nước qua khí khổng là chủ yếu. 4. Cơ chế điều chỉnh thoát hơi nước a. Cấu tạo khí khổng Khí khổng gồm: - Hai tế bào đóng (hình hạt đậu) nằm kề nhau tạo thành lỗ khí. - Trong tế bào đóng có hạt lục lạp, nhân ty thể. - Mép trong của tế bào đóng sát lỗ khí dày hơn mép ngoài (mép ngoài mỏng thì sức căng sẽ lớn hơn mép trong) b. Các phản ứng đóng, mở khí khổng - Phản ứng mở quang chủ động: là phản ứng mở khí khổng, chủ động lúc sáng sớm khi mặt trời mọc hay khi chuyển cây từ trong tối ra ngồi sáng. - Phản ứng đóng thuỷ chủ động: là hiện tượng đóng khí khổng chủ động vào giờ trưa khi cường độ thoát hơi nước cao (cây mất một lượng nước q lớn – 15%) hoặc khi cây gặp hạn không lấy được nước. - Phản ứng đóng và mở thủy bò động: là khi tế bào bảo hòa nước (sau khi mưa) các tế bào biểu bì xung quanh khí khổng tăng thể tích ép lên các tế bào làm cho các tế khe khí khổng khép lại một cách bị động. Đó là phản ứng đóng thủy bị động. Sau đó khi tế bào lân cận bị mất nước, thể tích các tế bào này giảm, khơng ép lên làm cho tế bào khí khổng mở ra. Đó là phản ứng mở thủy bị động. Tuy nhiên, khi chịu ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh như khơ hạn hay cây bị héo kéo dài thì cơ chế đóng mở khí khổng khơng theo một quy luật nào. * Cấu trúc của tế bào khí khổng trong mối liên quan đến phản ứng đóng mở khí khổng: Khí khổng được hình thành từ hai tế bào hình hạt đậu với mép trong của tế bào quay vào nhau. Mép trong rất dày, mép ngoài mỏng. Do đó khi tế bào khí khổng trương nước thì mép ngoài dãn nhanh hơn làm tế bào uống cong và khí khổng mở ra. Ngược lại khi mất nước, tế bào xẹp rất nhanh, mép ngoài co lại nhanh hơn làm khí khổng đóng lại ngăn sự thoát hơi nước. Trong tế bào khí khổng có chứa chất lục lạp, do đó khi ở ngoài sáng, chúng tiến hành quang hợp tạo ra tinh bột và chất hữu cơ làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào, tăng cường khả năng hút nước vao cây tạo ra sự trương nước để mở khí khổng và thoát hơi nước. c. Nguyên nhân dẫn đến việc đóng mở khí khổng - Khi cây được chiếu sáng, lục lạp trong tế bào khí khổng tiến hành quang hợp làm thay đổi nồng độ CO 2 và tiếp theo là pH. Sự thay đổi này đã làm tăng hàm lượng đường, tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào. Hai tế bào khí khổng hút nước  trương nước và khí khổng mở. 7 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải - Hoạt động của các bơm ion ở tế bào khí khổng dẫn đến việc tăng hoặc giảm các hàm lượng các ion, làm thay đổi áp suất thẩm thấu và sức trương nước của tế bào này. - Khi bò hạn, hàm lượng AAB (axit abxixic) trong tế bào khí khổng tăng đã kích thích các bơm ion hoạt động, đồng thời các kênh ion mở dẫn đến các ion rút ra khỏi tế bào khí khổng làm cho các tế bào này giảm áp suất thẩm thấu  giảm sức trương nước và khí khổng đóng. Một số cây sống trong điều kiện thiếu nước (cây xương rồng, các cây mọng nước ở sa mạc,…) để tiết kiệm lượng nước đến mức tối đa, khí khổng đóng hoàn toàn vào ban ngày, chỉ khi mặt trời lặn khí khổng mới mở. Tóm lại: - Ánh sáng là nguyên nhân gây ra sự đóng, mở khí khổng. - Khí khổng mở chủ động ngoài ánh sáng. d. Cơ chế đóng, mở khí khổng - Cơ chế ánh sáng: Khi đưa cây ra ngoài ánh sáng, lục lạp trong tế bào khí khổng tiến hành quang hợp, làm thay đổi nồng độ CO 2 và pH. Kết quả làm hàm lượng đường tăng  tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào  hai tế bào khí khổng hút nước trương nước  khí khổng mở. - Cơ chế axit abxixic ( AAB ) và bơm ion: Khi cây bò hạn, hàm lượng AAB trong tế bào tăng  kích thích các bơm ion hoạt động  các kênk ion mở  các ion bò hút ra khỏi tế bào khí khổng  áp suất thẩm thấu giảm  sức trương nước giảm  khí khổng đóng. V. Ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến quá trình trao đổi nước: 1. Ánh sáng: Ánh sáng ảnh hưởng đến qúa trình thoát hơi nước ở lá, là nguyên nhân gây ra việc đóng, mở khí khổng: - nh sáng làm tăng nhiệt độ của lá nên làm tăng tố độ thoát hơi nước. - nh sáng là tác nhân gây mở quang chủ động. - nh sáng tán xạ làm cho cường độ thoát hơi nước tăng 30%. - Độ mở của khí khổng tăng từ sáng đến trưa và nhỏ nhất lúc chiều tối; ban đêm khí khổng vẫn hé mở. 2. Nhiệt độ Nhiệt độ là nhân tố mơi trường quan trọng nhất ảnh hưởng đến hai quá trình hấp thụ nước ở rễ và thoát hơi nước ở lá: - Nhiệt độ đất ảnh hưởng đến hoạt động hô hấp của rễ, rễ hút nhiều nước. - Nhiệt độ không khí ảnh hưởng đến độ ẩm không khí làm ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước ở lá. 3. Độ ẩm đất và không khí Độ ẩm đất càng cao  sự hấp thụ nước càng tốt. Độ ẩm không khí càng thấp  sự thoát nước càng mạnh. 4. Dinh dưỡng khoáng 8 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất ảnh hưởng đến: - Sự sinh trưởng và hoạt động sống của hệ rễ. - Áp suất thẩm thấu của dinh dưỡng đất. Ví dụ: ion kali làm tăng sự thốt hơi nước thơng qua ảnh hưởng đến hàm lượng nước trong tế bào khí khổng, do đó nó điều tiết độ mở của khí khổng. * Sau khi bón phân cây khó hấp thụ nước. Sau khi các chất khoáng đi vào rễ thì cây hút nước một cách dễ dàng. 5. Nồng độ CO 2 Nồng độ CO 2 giảm trong lá làm cho khí khổng mở, dù cho cây ở ngồi sáng hay trong tối. VI. Cơ sở khoa học cho việc tưới nước hợp lý cho cây trồng 1. Cân bằng nước cho cây Khái niệm: Là sự tương quan giữa quá trình hấp thụ nước và quá trình thoát hơi nước. - Trạng thái cân bằng nước: Cân bằng nước dương: là sự mất nước được bù lại bằng sự nhận nước đến mức cây bão hòa nước. Cân bằng nước âm: là sự thiếu hụt nước trong cây, làm cho cây thiếu nước và bò hạn. - Cân bằng nước được tính bằng sự so sánh lượng nước do rễ hút vào (A) và lượng nước thốt ra (B) Khi A = B: mơ của cây đủ nước, cây phát triển bình thường Khi A < B: mất cân bằng nước, lá héo. Nếu lá héo lâu ngày, cây sẽ bị hư hại nên sinh trưởng của cây giảm, cây có thể chết. Do đó năng suất cây giảm. Khi A > B: mơ của cây dư thừa nước, cây phát triển bình thường. * Một số khái niệm trong cân bằng nước: a. Hệ số héo là tỷ lệ % nước còn lại trong đất khi cây trồng trên đết đó bắt đầu bị héo. Hệ số này được tính theo ẩm dung tồn phần của đất và đó chính là hệ số chỉ giới hạn dưới của nước dung được trong một loại đất. Hệ số héo của các loại đất khác nhau rất lớn. Ví dụ, đất cát là 2,2%, đất thịt là 12,6%, đất sét là 26,2%,… b. Hạn sinh lý là hiện tượng lá bị héo tuy trong đất vẫn còn nước do cây khơng sử dụng được dạng nước lien kết chặt với các keo đất c. Hệ số thốt hơi nước là tỷ số giữa số lượng nước thốt ra để hình thành một đơn vị chất khơ. Hệ số này khác nhau ở các cây khác nhau nhất là cây C 3 và cây C 4 . Ví dụ, cây lúa cần 682gam nước thốt ra để hình thành 1gam chất khơ, trong khi đó cây ngơ chỉ cần 349gam. d. Cường độ thốt hơi nước: là đại lượng đo khả năng thốt hơi nước của thực vật, thường được tính bằng hệ số mg H 2 O thốt ra trong một đơn vị thời gian và trên một đơn vị diện tích thốt hơi nước T = mg H 2 O/dm 2 /giờ. 2. Tưới nước hợp lý cho cây trồng Tưới nước hợp lý cho cây trồng là một biện pháp khoa học đựa trên các chỉ tiêu sinh lý về trao đổi nước của cây trồng để trả lời các câu hỏi: khi nào tưới, tưới bao nhiêu và tưới bằng cách nào? Hiện nay có mộ số cách xác định thời gian tưới và lượng nước tưới như sau: 9 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải - Thời gian tưới: Căn cứ vào các chỉ tiêu sinh lý về chế độ nước của cây trồng như: sự hút nước của lá,các trạng thái sinh lý của cây, nồng độ hay áp suất thẩm thấu của dòch tế bào, theo độ ẩm của đất, đặc điểm bên ngồi của cây, trạng thái của khí khổng, cường độ hô hấp của lá,… để xác đònh thời điểm cần tưới nước.Trong đó, phương pháp tốt nhất là dựa vào các chị tiêu sinh lý của cây, vì chỉ có các chỉ tiêu sinh lý của cây mới phản ánh chính xác nhu cầu nước của cây. Các thí nghiệm đã chứng minh rằng tưới nước theo các chị tiêu sinh lý đã làm tăng năng suất từ 10% đến 50% so với các phương pháp khác. - Lượng nước cần tưới: Phải căn cứ vào nhu cầu nước của từng loại cây, tính chất vật lý, hóa học của từng loại đất và các điều kiện môi trường cụ thể. Từ đó người ta có thể dự tính được tổng lượng nước cần thiết cho một diện tích gieo trồng của một loại cây trồng nào đó. - Cách tưới (phương pháp tưới): Phụ thuộc vào các nhóm cây trồng khác nhau. + Đối với cây trồng trên cạn, các phương pháp tưới chính là: Tưới trực tiếp vào gốc cây; tưới theo rãnh; tưới bằng ống dẫn nước ngầm; tưới nhỏ giọt bằng hệ thống ống dẫn; tưới phun. Trong các phương pháp này, phương pháp tưới phun và tưới nhỏ giọt là tốt nhất vì vừa tiết kiệm nước vừa làm ẩm khơng khí vừa đảm bảo độ thống khí cho bộ rễ. + Đối với cây chịu nước phải tưới ngập rễ. Cụ thể: lúa nước có thể tưới ngập, cây trên cạn chỉ tưới nước đạt 80% độ bảo hòa nước của đất (ẩm dung toàn phần của đất). - Cách tưới nước còn phụ thuộc vào các loại đất. Cụ thể, đất cát cần tưới nhiều lần, đất mặn phải tưới nhiều nước hơn nhu cầu nước của cây. * Một số khái niệm trong cân bằng nước: - Hệ số héo: là tỷ lệ % nước còn lại trong đất khi cây trồng trên lớp đất đó bắt đầu bị héo. Hệ số này được tính theo tỷ lệ % ẩm dung tồn phần của đất và đó chính là hệ số chỉ giới hạn dưới của nước dùng trong một loại đất. Hệ số héo của các loại đất khác nhau: đất cát là 2,2%; đất thịt là 12,6%; đất sét là 26,2% -Hạn sinh lý: là hiện tượng lá bị héo khi trong đất vẫn còn nước do cây khơng thể sử dụng được dạng nước liên kết chặt với các keo đất, khi đó nó bị hạn nhưng trong đất vẫn còn nước. - Hệ số thốt hơi nước: là tỷ số giữa số lượng nước bộc hơi để hình thành một đơn vị chất khơ. Hệ số này thường khác nhau ờ các cây khác nhau, nhất là các cây C 3 , và cây C 4 . Ví dụ như lúa cần 682 g nước thốt ra để hình thành 1 g chất khơ; trong khi ngơ chỉ cần 349 g. CÁC CÂU HỎI TỰ LUẬN CƠ BẢN 1. Hãy nêu đặc điểm của rễ lien quan đến q trình hấp thụ nước của cây. 2. Trình bày hai hiện tượng áp suất rễ và nêu vai trò của nó. 3. Trình bày con đường vận chuyển nước trong than 4. Hãy nêu vị trì và vai trò của vành đai caspari. 5. Nêu ý nghĩa của vai trò thốt hơi nước ở lá. 6. Trình bày các con đường thốt hơi nước và đặc điểm của chúng. 10 [...]... tế lớn nhất đối với con người trên một đơn vò diện tích đất trồng trong một thời gian nhất đònh 27 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c + Năng suất sinh học: là tổng lượng chất khơ tích lũy được mỗi ngày trên một ha gieo trồng trong suốt thời gian sinh trưởng.hay - Năng suất sinh học: là tổng lượng chất khô mà cây tích luỹ trên một đơn vò diện tích đất trồng trong một đơn vò thời... đối với sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng và do đó nó sẽ quyết đònh năng suất và chất lượng thu hoạch Nitơ tham gia vào thành phần của hầu hết các chất trong cây như: prôtêin, axit nuclêic, sắc tố quang hợp, cơenzim, các chất dự trữ năng lượng (ATP ADP), các chất điều hóa sinh trưởng Nếu thi u Nitơ sẽ làm giảm q trình tổng hợp prơtêin, từ đó sinh trưởng của 13 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i... tử) nhờ quang hợp: biến năng lượng vật lý thành năng lượng hoá học dự trữ trong các hợp chất hữu cơ dưới dạng ATP duy trì hoạt động sống của sinh giới 18 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c 3 Quang hợp giữ trong sạch bầu khí quyển Nhờ quang hợp mà tỷ lệ CO2 và O2 khí quyển được cân bằng (CO2 = 0.03% , O2 = 21%) Giải phóng O2 là dưỡng khí cho sinh vật hiếu khí, đồng thời hấp thụ... thấn chọn lọc của màng sinh chất và các chất khoáng cần thi t cho cây đều được vận chuyển trái với quy luật khuếch tán, nghóa là nó vận chuyển từ 11 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c Hả i nơi có nồng độ thấp sang nơi có nồng độ cao ở rễ, thậm chí rất cao.(hàng chục, hàng trăm lần) ở rễ Vì cách hấp thụ này mang tính chọn lọc và ngược với Gren nồng đo ä nên cần thi t phải có năng lượng... đối và hợp lý, đủ nước nhất là giai đoạn ra hoa kết quả và hình thành cơ quan dự trữ, phòng trừ sâu bệnh - Điều khiển sự sinh trưởng của thi t diện lá: + Chọn giống có hệ số lá tối ưu cao + Điều khiển sự sinh trưởng của diện tích lá bằng các biện pháp kỹ thuật như; bón phân, tưới nước, mật độ trồng hợp lý +Điều chỉnh mật độ cây trồng; phòng trừ sâu bệnh và kéo dài tuổi thọ của lá 28 Sinh học 11 THPT An... lớn? 29 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c HƠ HẤP Ở THỰC VẬT I.Khái niệm 1 Đònh nghóa: - Hô hấp là quá trình ôxi hoá các hợp chất hữu cơ thành CO 2 và H2O, đồng thời giải phóng năng lượng cần thi t cho các hoạt động sống của cơ thể - Phương trình tổng quát: C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O + Q (năng lượng: ATP và nhiệt) 2 Vai trò của q trình hô hấp Hô hấp là quá trình sinh lý trung... bình thường 30 – 60 mgCO2/dm2/giờ 0 – 10 ppm - Có một loại lục lạp ở tế bào mơ giậu 23 - Lá mọng nước 10 – 15 mgCO2/dm2/giờ Thấp như C4 Sinh học 11 Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c THPT An Lạc Thôn Hả i Điểm bù ánh sáng Nhiệt độ thích hợp Nhu cầu nước Hơ hấp sáng Năng suất sinh học Điều kiên khí hậu Lồi đặc trưng Chất nhận CO2 Sản phẩm đầu tiên Độ mở khí khổng Thấp: 1/3 ánh sáng mặt trời tồn phần 20 – 30oC Cao.. .Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c 7 Hãy nêu cấu trúc của tế bào khí khổng phù hợp với sự thốt hơi nước TRAO ĐỔI KHỐNG VÀ NITƠ Ở THỰC VẬT * Khái niệm về các ngun tố khống Ngun tố dinh dưỡng khống là những ngun tố được bổ sung từ mơi trường ngồi, cần thi t cho sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của cây Các ngun tố klhống... Ni,… - Là thành phần không thể thi u được ở hầu hết các Enzim - Hoạt hoá cho các enzim trong quá trình trao đổi chất - Liên kết với các chất hữu cơ tạo thành hợp chất hữu cơ – kim loại Hợp chất này có vai trò rất quan trọng trong quá trình trao đổi chất Cụ thể: Cu trong xitơcrom; Fe trong EDTA (êtylen đimetyl têtra axêtic) Co trong vitamin B12, 12 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i Giáo viên: Nguyễ... 15 tấn sinh khối trong năm 20 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Hả i Giáo viên: Nguyễ n Ngọ c QUANG HỢP Ở CÁC NHĨM THỰC VẬT I Khái niệm về hai pha của quang hợp - Pha sáng: + Quá trình ôxi hoá nước nhờ năng lượng ánh sáng + Các phản ứng cần ánh sáng, phụ thuộc vào cường độ ánh sáng  Hình thành ATP, NADPH, giải phóng ôxi - Pha tối: + Khử CO2 nhờ ATP và NADPH do pha sáng cung cấp + Các phản ứng không cần . hóa học ở các thành phần của tế bào… - Chiếm khoảng 30% lượng nước trong cây 1 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải - Dạng này không giữ được các đặc tính vật lý, hóa học, . rễ: 2 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải + Số lượng lông hút của rễ rất lớn làm tăng rất nhiều bề mặt trao đổi nước giữa rễ và môi trường. + Thành tế bào mỏng, không thấm. không khí càng thấp  sự thoát nước càng mạnh. 4. Dinh dưỡng khoáng 8 Sinh học 11 THPT An Lạc Thôn Giáo viên: Nguyễn Ngọc Hải Hàm lượng các chất dinh dưỡng trong đất ảnh hưởng đến: - Sự sinh trưởng