Cây xanh tiêu điểm của sự sống

Hai ông chứng minh tất cả các mô của thực vật và động vật, tất cả mọi sinh vật trên hành tinh, không kể đó là một loại nấm xoàng xĩnh hay một cây chò sống hàng thế kỉ mà tán lá dày có th

Nguyễn Duy Minh - Nguyễn Văn Mã

CÂY XANH TIÊU ĐIỂM CỦA SỰ SỐNG (Sách tham khảo dùng cho sinh viên đại học, cao đẳng,

giáo viên và học sinh phổ thông)

Hà Nội 2014

Lời mở đầu

Cây xanh có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự sống của sinh vật Với khả năng quang hợp thu nhận các chất vô cơ, dưới tác động của sắc tố màu xanh và ánh sáng mặt trời,cây xanh tạo nên các chất hữu cơ nuôi sống mọi sinh vật Cây xanh là sinh vật sản xuất thức ăn đứng vị trí hàng đầu của hệ thống sinh giới

Tìm hiểu sự hoàn thiện về cấu trúc và chức năng những bí mật và sự kỳ diệu giúp thấy

rõ vai trò của cây xanh, sự liên quan của cây với môi trường sống, với động vật và con người

Các tư liệu trong cuốn sách “Cây xanh tiêu điểm của sự sống” bao gồm tế bào thực

vật, các quá trình sinh lý, sự sinh trưởng phát triển của cây xanh

Sách giới thiệu các hoạt động sống và các ứng dụng thực tế của cây xanh trong đời sống

và sản xuất nhằm giúp bạn đọc bổ sung, củng cố kiến thức có liên quan với cây xanh

Hy vọng cuốn sách góp phần vào kho kiến thức Sinh học Rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc để chúng tôi hoàn thiện hơn nữa nội dung của cuốn sách này

Tập thể tác giả

MỤC LỤC

Lời mở đầu

MỤC LỤC

Phần I

TẾ BÀO THỰC VẬT

1 Tế bào thực vật là cấu trúc cơ bản của cây xanh 9

2 Nhân tế bào - trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống trong tế bào 10

3 Diệp lục có thể là chất hữu cơ lý thú nhất trên trái đất 12

4 Lục lạp là nhà máy sản xuất thức ăn cho sinh giới 12

5 Ty thể - trạm năng lượng của sự sống 13

6 Riboxom - trung tâm cực nhỏ chuyên sản xuất protein 14

7 Không bào - cấu trúc đặc biệt tạo nên hệ thẩm thấu sinh học 14

8 Vách tế bào thực vật có kiến trúc bê tông cốt thép 15

9 Bằng cách nào làm cho tế bào phân chia nhanh hay chậm 16

10 Một cây mới sinh ra từ tế bào 17

11 Từ kỹ thuật truyền thống đến vi nhân giống tế bào thực vật 18

12 Chế phẩm sinh học quí từ tế bào thực vật 19

13 Thực vật truyền thông tin như thế nào 19

14 Dòng điện ở cây được sinh ra như thế nào 20

Phần II TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ DINH DƯỠNG KHOÁNG 1 Những hiểu biết về nước 21

2 Nước có tính chất dị thường 21

3 Thoát hơi nước là một “tai họa cần thiết” 23

4 Lá có cấu tạo phù hợp với chức năng thoát hơi nước 24

5 Khí khổng điều tiết sự thoát hơi nước của lá 24

6 Vì sao nước từ lá ứ đọng thành giọt 24

7 Tiết kiệm nước cho cây trồng 25

8 Tại sao hái quả để cả lá thì lá lâu héo 27

9 Tưới cây bằng nước ấm 27

10 Làm giảm sự mất nước trong cây và trong đất 27

11 Làm cho nước ngầm mặn thành ngọt cần cho cây 28

12 Bơm mặt trời tưới nước cho cây 29

13 Việc tưới nước và năng suất ngô 29

14 Rễ cây-phần dưới mặt đất của cây 30

15 Tác dụng lâu dài của phân chuồng 32

16 Bón phân cung cấp thức ăn cho rễ chừng nào là đủ 32

17 Phân bón tác dụng chậm 33

18 Tro, bồ hóng và cây trồng 34

19 Phân hỗn hợp lỏng và việc trồng cây không cần đất 34

20 Dẫn nước thải và phân chuồng lỏng ra ruộng 36

21 Chất dẻo cũng làm cho đất tơi xốp 36

22 Lá cây lấy phân bón dùng ngay cho hoạt động sống 36

23 Dinh dưỡng nitơ ở cây xanh - sự thích nghi đặc biệt 37

24 Triển vọng sử dụng ni tơ khí quyển ở thực vật 38

25 Tín hiệu cộng sinh ở thực vật và vi khuẩn nốt sần 39

26 Cuộc sống của cây xanh không thể thiếu nguyên tố vi lượng 39

27 Đặc điểm trao đổi chất ở rễ cây 39

28 Trồng cây không cần đất 40

29 Sản phẩm cuối cùng của cây - đất mầu mỡ 41

30 Tại sao đất mặn sợ mưa phùn 43

31 Rễ cây gặm được đá 44

32 Trời hạn người ta cuốc xới đất mà trời mưa cũng cuốc xới 44

33 Người ta thường bón vôi xuống ruộng 45

34 Làm tơi xốp đất trồng bằng “cày hóa học” 46

Phần III QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP Ở THỰC VẬT 1 Lá cây vừa tiến hành quang hợp, vừa tiến hành hô hấp 48

2 Từ lá nhọn đến lá phẳng 49

3 Cây xếp lá trên thân cũng theo công thức toán học 50

4 Ánh sáng xuất hiện - các tế bào ra đời có màu xanh 50

5 Diệp lục cổ nhất có tự bao giờ nay đang hoạt động 51

6 Lá cây nhiều màu và màu sắc của cây 52

7 Lá cây xanh có cấu trúc phù hợp với chức năng quang hợp 53

8 Carotenoit bảo vệ diệp lục 53

9 Cây xanh - một nhà máy sống 53

10 Mặt trời trong các nhà kính nhân tạo 54

11 Đèn huỳnh quang dùng ở vườn cây 55

12 Bí mật của những tia không nhìn thấy 56

13 Tia laze 58

14 Thích nghi của quang hợp cây C4 và CAM 58

15 Photphorin hóa quang hợp không vòng 59

16 Đi tìm mẫu cây lý tưởng có năng suất cao 59

17 Lúa mì – cây lương thực quan trọng 60

18 Cây ngô – cây lương thực phụ số một 61

19 Khoai tây vừa là cây lương thực - cây rau - cây công nghiệp 63

20 Năng lượng ATP tạo ra như thế nào 64

21 Tại sao quả bị sâu lại chóng chín 65

22 Ôxy ở rừng mưa nhiệt đới 66

Phần IV SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN Ở THỰC VẬT 1 Một thế giới khổng lồ 67

2 Thế giới thực vật là một sự sáng tạo mới mẻ, hiện đại 68

3 Cây xấu hổ 70

4 Tuổi thọ của hạt được bao nhiêu Khi nào thì hạt thức dậy 71

5 Quả rơi rắc hạt ra ngoài 73

6 Âm thanh và hạt giống 76

7 Các trận mưa hạt phấn - nhiều tỷ tấn hàng năm 76

8 Đồng hồ sinh học 77

9 Làm cho cây cao lên hay thấp đi theo ý muốn 79

10 Quả không hạt 79

11 Chất ức chế sinh trưởng 80

12 Tạo cây cảnh theo ý muốn 81

13 Các hóa chất dùng để bảo quản quả, rau, hạt 83

14 Cafein là một vị thuốc quý - cafein trong nước chè 84

15 Tỏi càng tươi càng tốt 85

16 Solanin trong củ khoai tây 86

17 Hoa hồng vừa đẹp vừa chữa được nhiều bệnh 86

18 Thuốc lá không có nicotin 87

19 Cây ngọt - cây béo 88

20 Cây cối giúp các nhà địa chất 89

21 Phương hướng của việc săn lùng nguồn protein hiện nay 89

22 Cây xanh che bóng và chống ô nhiễm 90

23 Thực vật bị tổn thương do ô nhiễm không khí 92

24 Phép nhiệm màu của các nguyên tử đánh dấu 92

25 Nhà nông học điện tử 94

26 Hệ thống tên lửa chống mưa đá bảo vệ cây trồng 94

27 Sóng vô tuyến diệt được cỏ dại và sâu bọ 95

28 Các chất trùng hợp dùng trong nông nghiệp 95

29 Làm thế nào để quả chín cuống không rụng 96

30 Cuộc sống ở phòng thí nghiệm sinh học vũ trụ 96

31 Trồng mãi một loại cây trên cùng một miếng đất thì thu hoạch thường kém 97

TÀI LIỆU THAM KHẢO 99

Phần I

TẾ BÀO THỰC VẬT

1 Tế bào thực vật là cấu trúc cơ bản của cây xanh

Một trong những người đầu tiên tìm thấy tế bào là Robe Húc Ông là trợ lý của nhà vật lý nổi tiếng Bôi-lơ Chuyện xảy ra ở nước Anh vào khoảng năm 1665 Hồi bấy giờ người ta rất thích quan sát mọi vật trong tự nhiên bằng kính lúp và kính hiển vi, họ tự làm hay tự mua những dụng cụ có độ khuếch đại lớn

để giải trí

Robe Húc tự làm lấy kính hiển

vi Ông đã xem xét và phát hiện

được đặc tính của một thế giới mới

mà mắt thường không nhìn thấy

được Ông là người đầu tiên nhìn

thấy cấu tạo của một cơ thể phức tạp

so với hình ảnh mà mắt thường nhìn

thấy Về sau ông kể lại những điều

đó trong quyển “Vi đồ họa” Có lần

nhặt được một cái nút chai, ông đem

cắt vật đó thành những lát mỏng và

đặt vào ống kính quan sát, thấy

những hàng ô rất đều, ông gọi là tế

bào Những phát minh của Robe

Húc cũng như các hình vẽ của ông

không gây một ấn tượng gì lớn lao

cho người đương thời

Thời gian qua đi, mãi 200 năm

sau, tới năm 1839 người ta mới có

được một học thuyết về cấu tạo tế bào Học thuyết do Matial Slâyđen và Têôđô Soan lập nên Hai ông chứng minh tất cả các mô của thực vật và động vật, tất cả mọi sinh vật trên hành tinh, không kể đó là một loại nấm xoàng xĩnh hay một cây chò sống hàng thế kỉ mà tán lá dày có thể che đỡ gió mưa cho hàng trăm người, một con sâu có kích thước nhỏ bé hay cả một con cá voi dài vài chục mét… đến cấu tạo tinh tế của con người, cũng đều bắt đầu cuộc sống của mình từ một tế bào nhỏ bé

Nói chung kích thước tế bào rất bé, chỉ vài micromet Quan sát tế bào, người ta thường dùng kính hiển vi, những kính hiển vi quang học loại tốt nhất cũng chỉ cho ta độ phóng đại tới

2000 lần Không thể đòi hỏi hơn được nữa Các nhà vật lý đã chứng minh rằng dù với bất cứ máy phóng đại nào trong ánh sáng nhìn thấy cũng chỉ nhìn thấy rõ các vật hay các chi tiết lớn hơn 3/4 chiều dài của sóng ánh sáng, tức gần 2/10 micromet

Hình 1 Tế bào thực vật

Tế bào thực vật là yếu tố sống thu nạp năng lượng Mặt Trời Lục lạp chứa chất diệp lục nhờ tiếp nhận ánh sáng Mặt Trời đã tạo nên tinh bột và hợp chất protit, xuất phát

từ các chất vô cơ đơn giản (quang hợp)[21]

Năm 1932 hai nhà khoa học Đức tên là Quynlơ và Ruxki đã phát minh ra kính hiển vi điện tử Trong các kính này thấu kính hiển vi đã được thay thế bằng các thấukính điện tử Các luồng điện tử đã thay thế ánh sánh bình thường, các vật mà người ta định xét nghiệm sẽ hiện lên màn ảnh giống

như màn ảnh nhỏ

của vô tuyến truyền

hình Chiều dài của

2 Nhân tế bào - trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống trong tế bào

Nhân là một trong những bào quan được phát hiện sớm nhất và đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học Dưới kính hiển vi ta quan sát được trong khối chất của nhân (còn gọi là dịch nhân, có một số cấu trúc như nhân con, sợi và hạt nhiễm sắc)

Nhân con chứa ARN và photpholipit Theo một số tác giả thì vai trò của nhân con là một trung tâm tổng hợp protein trong tế bào, ngoài ra nó còn là nơi tạo thành các riboxom của tế bào chất Nhân con cũng có vai trò quan trọng trong quá trình phân bào

Nhà tế bào học Đức Flemminh lần đầu tiên phát hiện được trong nhân tế bào có những hạt nhỏphân tán và dễ nhuộm màu

Hình 2 Sơ đồ tế bào thực vật [31]

Dùng các thuốc nhuộm như nhau để nhuộm tế bào, các phần tử dễ bắt màu hiện lên rõ ràng trên kính hiển vi

Năm 1890 nhà bác học Vanđâye đã gọi tên các phần tử bắt màu đỏ là các nhiễm sắc thể Khi tế bào chưa phân chia thì không nhìn rõ các nhiễm sắc thể này, nó hình như tản mạn và trốn đi đâu mất Trái lại lúc tế bào đã trưởng thành , chuẩn bị phân chia thì rất dễ phát hiện nó bằng thuốc nhuộm màu Mỗi loài động vật hay thực vật đều có một số lượng nhiễm sắc thể nhất định, do đó khi biết được số lượng NST cũng giúp ta xác định được loài sinh vật Ví dụ số nhiễm sắc thể ở vi khuẩn là 1, ở đậu vườn là 11, ở bắp cải là 18, ở ngô là 20, lúa là 21, ở bông

là từ 26 đến 52, ở khoai tây là 24 đến 72 Còn ở động vật thì ong là 16 nhiễm sắc thể, ếch có

26, mèo có 38, bò có 60, gà mái có 78 Người có 46 nhiễm sắc thể Trong các tế bào của cơ thể thì các nhiễm sắc thể xếp thành từng cặp một, cặp này khác cặp kia Trong mỗi cặp thì các nhiễm sắc thể hoàn toàn giống nhau về kích thước và hình dạng Các nhà khoa học căn cứ vào tính ổn định về hình dạng cũng như kích thước đó mà đánh số cho các nhiễm sắc thể

Mỗi nhiễm sắc thể gồm hai sợi dài giống nhau, xoắn lại trên mỗi chiều dài của nó mang các hạt nhỏ như những chuỗi hạt

Trong quá trình

phân chia tế bào, mỗi

nhiễm sắc thể phân đôi để

thành hai nhiễm sắc thể

độc lập Sau đó các

nhiễm sắc thể được phân

đôi đó chuyển dần về hai

nửa tế bào để chuẩn bị

cho sự tạo thành hai tế

bào mới từ một tế bào

Nhân tế bào có vai trò to lớn trong mọi hoạt động sống chủ yếu của tế bào, đặc biệt là các quá trình tổng hợp Ngày nay người ta biết rằng nhân không những quy định bản chất đặc thù của mọi phân tử prôtit mà còn hình thành các dạng ARN, có vai trò tích cực trong quá trình tổng hợp prôtit Nhân còn điều tiết nhịp điệu sản xuất protit tiến hành ở các ribôxôm

Hình 3 Vai trò của nhân quy định hình thái cơ quan thực vật [21]

Ngoài quá trình tổng hợp protit, nhân còn có vai trò lớn lao trong quá trình trao đổi axit nuclêic, trong việc hình thành các loại enzim phức tạp, cần thiết cho quá trình sinh lý quan trọng diễn ra thường xuyên trong tế bào

Ta có thể xem nhân tế bào là trung tâm điều khiển và điều hòa các hoạt động trao đổi chất (đặc biệt là quá trình sinh tổng hợp) và cũng là trung tâm trao đổi năng lượng của tế bào sống

3 Diệp lục trong lục lạp có thể là chất hữu cơ lý thú nhất trên trái đất

Đó là câu nói đầy ý nghĩa của Đacuyn khi nói về vai trò của lục lạp trong quá trình quang hợp của cây xanh Chính phần mang màu xanh này ở thực vật đã chứa các chất màu kì diệu trong từng tế bào của chúng

Ở các loài tảo phần mang màu này được gọi là sắc thể với những màu sắc khác nhau Tảo

đỏ sắc thể có dạng hình dải, ở tảo xanh thì đặc biệt hơn, tảo xoắn Spirogyra, sắc thể là một băng màu xanh xoắn lại như một lò so; ở tảo cành tre Draparnaldia sắc thể có dạng một vòng

ở giữa tế bào: lạp thể ở Zygnema có dạng hình sao, còn ở Oedogonium thì lạp thể có dạng một

mạng lưới phủ đầy tế bào

Ở thực vật bậc cao lục lạp có cấu tạo đa dạng và phong phú Số lượng hạt lục lạp thay đổi từ vài chục đến vài trăm (trong khi đó nhân thường chỉ có một, ti thể thì có từ vài trăm đến vài nghìn, còn riboxom thì có từ vài vạn đến vài triệu)

Mỗi một hạt lục lạp chứa chủ yếu là các sắc tố màu xanh Trong số 10 sắc tố có trong lục lạp thì diệp lục a và diệp lục b là quan trọng nhất, các loại tiền vitamin A và D, các vitamin C,E,K chiếm vai trò quan trọng thứ hai Ngoài ra trong lục lạp còn có nhiều loại chất khoáng khác và một lượng lớn ADN và ARN

Lục lạp có dạng bầu dục, bên ngoài là một màng kép như ti thể, bên trong là khối cơ chất bằng prôtit, trong đó có các hạt bé

Chính các hạt bé này là trung tâm thu nhận năng lượng ánh sáng mặt trời, rồi cũng chính hạt lục lạp biến chúng thành năng lượng hóa học bền vững dạng ATP và NADPH, từ đó tiến hành các quá trình sinh tổng hợp ở ngoài cơ chất và thực hiện quá trình quang hợp

Ngoài khả năng tổng hợp gluxit và liptit, lục lạp còn là một cơ quan tổng hợp protit lý tưởng Vì ở đây có đầy đủ năng lượng được hình thành trực tiếp từ ánh sáng mặt trời không phải mượn năng lượng của ti thể Các enzim, ADN, ARN… Hơn 50% lượng protit trong tế bào thành tạo tại cơ quan bé nhỏ này

Timiriadep, nhà sinh lý học thực vật Nga đã viết cách đây hàng thế kỉ: “Lá xanh hay đúng hơn các hạt lục lạp là tiêu điểm của không gian vũ trụ, mà một đầu là năng lượng của mặt trời dồn tới còn đầu kia xuất hiện mọi biểu hiện của sự sống trên trái đất Ở đây các tia sáng mặt trời đã chuyển thành hóa năng và được tích lũy lại Cây xanh là môi giới giữa trời

và đất”

4 Lục lạp là nhà máy sản xuất thức ăn cho sinh giới

Lục lạp là bào quan hết sức đặc biệt trong sinh vật tự dưỡng và được tiến hoá dần trong quá trình chủng loại phát sinh Ở vi khuẩn màng sinh chất có sắc tố làm nhiệm vụ hấp thụ và chuyển hoá năng lượng ánh sáng Ở vi khuẩn lam, màng tylacoit đã tách riêng biệt Ở tảo lục

đã có lục lạp phân hoá đơn giản Ở rêu, dương xỉ đã có lục lạp giống như thực vật có hoa ngày nay

Lục lạp có khả năng thu nhận năng lượng ánh sáng nhờ các phân tử sắc tố có trong cấu trúc màng tylacoit vô cùng tinh tế được sắp xếp theo một thứ tự nhất định Các phân tử diệp lục đóng vai trò quan trọng nhất trong việc hấp thụ và chuyển hoá năng lượng ánh sáng Trên màng tylacoit còn có hệ thống vận chuyển điện tử giàu năng lượng để tạo ra các sản phẩm ATP, NADPH là các chất dự trữ năng lượng cho quá trình tổng hợp chất hữu cơ trong quang hợp Trong chất nền chứa nhiều enzym tổng hợp tinh bột, đường, có các ribosom, kích thước

15 - 20 nm và các hạt tinh bột Lục lạp có thể tự tổng hợp protein nhờ có ADN, ARN và ribosom riêng

Lục lạp là nhà máy sản xuất đến 95% thức ăn cho sinh giới

5 Ty thể - trạm năng lượng của sự sống

Nhìn khối chất sống của tế bào dưới kính hiển vi ta thấy những cơ quan rất nhỏ, có kích thước từ 1 đến 5 micromet, những cơ quan này có vai trò rất quan trọng, làm nơi cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động sống, đó là các ti thể Màng trong của ti thể gấp khúc uốn lượn, lúc như các tấm răng lược lúc nằm đồng tâm hay thành hình gãy khúc bên trong các lớp màng, nơi

đó hoạt động của các enzim tham gia vào quá trình hình thành năng lượng

Thiếu các ti thể tế bào sẽ tê liệt và chết không khác gì chiếc máy không có nguyên liệu chính Trong các ti thể này đã diễn ra một quá trình chuyển hóa năng lượng của các hợp chất hóa học thành năng lượng của sự sống Các ti thể làm việc không gây ra tiếng động, không đốt nóng và không có áp suất, nó cung cấp cho các cơ quan trong tế bào những gói năng lượng dễ tiêu dùng nhất cho chúng hoạt động Trong khi đó, các máy năng lượng do con người chế tạo thì sự việc lại diễn ra

hoàn toàn khác, các máy

hiệu quả rất cao: hơn

50% năng lượng của quá

trình oxi hóa được cung

cấp cho các phản ứng khi

gặp các máy móc lí

tưởng làm việc với một

Hình 4 Cấu trúc ti thể,vị trí ti thể trong tế bào [21],[31]

hiệu suất lớn như vậy Thường thì các máy móc dùng trong kĩ thuật chỉ chuyển hóa được khoảng 1/3 số năng lượng cho các công việc có ích

Năm 1901 Mevexơ đã tìm thấy ti thể ở thực vật và năm 1966 Ghenken lại tìm thấy ti thể

ở các vi sinh vật Đặc biệt là các ti thể tập trung ở các miền hoạt động sinh lý mạnh mẽ nhất, ví

dụ như mỗi tế bào ở chóp rễ có chừng 860 ti thể trong khi mỗi tế bào ở mô phân sinh cách chóp rễ 3cm chỉ có 150 ti thể Trong mỗi miền của rễ thì mỗi tế bào vỏ rễ có 1200 ti thể, miền trung trụ có 1700 ti thể trong khi đó mỗi tế bào nội bìchỉ có 800 ti thể mà thôi Dù nhiều ít khác nhau mỗi ti thể đều đóng vai trò một trạm năng lượng trong tế bào sống

6 Riboxom - trung tâm cực nhỏ chuyên sản xuất protein

Riboxom là các hạt có kích thức rất bé độ 15 nanomet (1 nm = 10-9

m) Chính vì vậy còn được gọi là vi thể, ở trung tâm này protit đã được tổng hợp từ các axit amin Các axit amin ở tế bào thực vật có thể tự tạo ra ti thể, còn ở tế bào động vật thì nhiều loại axit amin phải lấy từ thức ăn tiêu hóa

Cần phải có “công nhân” hoạt động trong nhà máy sản xuất protein, đó là các enzim Mặt trời và năng lượng ATP trong các ti thể cung cấp cho enzim, do đó giúp cho các axit amin thu nhận năng lượng một cách dễ dàng: phân tử ATP chia làm hai phần, mỗi phần kết hợp với axit amin và enzim tạo nên một khối thống nhất Axit amin được bổ sung năng lượng nên đã tích cực tham gia vào các thành phần phản ứng hóa học, còn ARN (axit ribonucleic) thì tham gia vào việc tổng hợp nên protit trong tế bào

ARN đóng hai vai trò: ARN vận chuyển có nhiệm vụ dẫn các axit amin hoạt hóa đến với các ARN khác và ARN thông tin chỉ huy trật tự sắp xếp chế biến các axit amin thành các chuỗi polypeptit rồi thành protit Người ta đã xem vai trò của ARN giống như dây điện thoại truyền lệnh từ nhân đến ribôxôm

Tất cả protit của cây trồng và các loài sinh vật khác đều được hình thành từ 20 axit amin thường gặp

Trong tế bào các hạt riboxom thường bám trên mạng lưới nội chất, trên màng nhân, trên các màng nhân con, ti thể, lục lạp hoặc nằm rải rác trong khối tế bào chất Trong nhiều tế bào, một số riboxom tập hợp lại thành nhóm từ 5 đến 70 cách nhau từ 0,5 nm đến 1,5 nm hoặc nối với nhau thành sợi mảnh làm thành các trạm sản xuất chất sống quan trọng trong tế bào

7 Không bào - cấu trúc đặc biệt tạo hệ thẩm thấu sinh học

Không bào là bộ phận dạng xoang, trong đó chứa dịch bào và được bao bọc bởi màng nội chất Ở thực vật, không bào xuất hiện ở các tế bào trưởng thành, còn ở tế bào non không có hoặc chỉ ở dạng các túi rất nhỏ, sau này các túi này hợp nhất lại thành không bào Ở tế bào thực vật trưởng thành, không bào chiếm phần không gian rất lớn của tế bào và tạo một lực ép tế bào chất vào màng sinh chất Tham gia vào hình thành không bào là mạng lưới nội chất

Trong không bào chứa phần lớn là nước, bên cạnh đó là: các ion khoáng, các axit hữu cơ, đường, alcaloit, axit amin, protit, hợp chất tanic, các chất có hoạt tính sinh học, sắc tố antoxian, một số enzym

Không bào có vai trò đặc biệt và đa năng: điều khiển sự hút nước của tế bào và áp suất trương của tế bào, dự trữ nước và các chất dinh dưỡng trong lúc chưa cần dùng tới, lưu giữ và sẵn sàng tiết ra các sản phẩm thứ cấp; chất tiết của tế bào làm nhiệm vụ bảo vệ khỏi bị động vật

ăn, sau đó những chất này có thể được biến đổi và làm vô hại nhờ các enzym

Tế bào thực vật có cấu trúc đặc biệt Thành tế bào thường cho nước và các chất tan đi qua dễ dàng, nhưng màng sinh chất và màng nội chất lại có tính bán thấm: chỉ cho nước đi qua còn các chất tan thì ít cho qua hoặc hoàn toàn không cho qua Khi đưa tế bào thực vật vào môi trường ưu trương, xảy ra hiện tượng co nguyên sinh do nước bị rút ra khỏi màng nguyên sinh còn các chất tan vẫn được giữ lại Nếu chuyển tế bào này vào môi trường nhược trương thì nước đi vào tế bào làm không bào trương lên, chất nguyên sinh lớn lên gây phản co nguyên sinh, và tế bào còn có thể lớn lên nữa khi nước tiếp tục vào trong tế bào

Không bào có chứa dịch bào tạo lực thẩm thấu để hút nước từ môi trường vào tế bào

Do sự biến động của môi trường sống, quá trình trao đổi chất trong chất nguyên sinh cũng

có thay đổi và đến lượt các chất chứa trong không bào cũng biến đổi để tạo điều kiện cho tế bào có thể điều chỉnh khả năng hút nước từ môi trường bằng con đường thẩm thấu Như vậy tế bào đóng vai trò là một hệ thẩm thấu kín và tự điều khiển hoạt động của mình một cách tinh tế

8 Vách tế bào thực vật có kiến trúc bê tông cốt thép

Gió mạnh làm cây nằm rạp xuống, cong phía

này, cong phía kia nhưng không gãy Đó chính là

do vách tế bào có độ cứng rắn để cây đứng thẳng

nhưng lại mềm dẻo, uốn éo theo chiều gió Một

loại “cốt thép bê tông mềm” thật là “cây có cứng

thì mới đứng được trước gió”

Vách tế bào là phần bảo vệ ngoài cùng cứng

rắn bằng chất xenlulozơ, nó chiếm 30% trọng

lượng khô hay 12% khối lượng tươi, còn nước

chiếm 60% khối lượng tươi

Các sợi xenlulozơ đan chéo nhau như là các

khung sắt của tấm bê tông Tế bào càng già sợi

xenlulozơ càng lớn, bện xoắn với nhau Độ cứng

của cây được đảm bảo là nhờ các bó xenlulozơ

này nhưng lại mềm dẻo vì chất bê tông ở đây là

chất pectin có tính chất đàn hồi Tế bào già

xenlulozơ chiếm hơn 60% vách tế bào vừa cứng

vừa mềm Thật là một sự sắp xếp khéo léo và kì

diệu của tự nhiên

Hình 5 Các sợi xenlulozơ ở vách tế bào non (a), trưởng thành (b) và già (c)[21]

Do lượng xenlulozơ tăng lên nhiều ở cây già nên gỗ trở lên cứng rắn Có nhiều loại gỗ như đinh, lim,

giữa các tế bào thì làm sao mà các chất trong tế bào vận chuyển được

Thực ra là giữa các tế bào có các lỗ thông kích thước đường kính 0,2 micromet (μm) Trên 100 μm2 vách tế bào có 10 - 20 lỗ thông Qua các lỗ thông này các chất protit, lipit làm thành các tia chất sống xuyên qua màng Cũng chính nhờ các chất sống này mà tính đàn hồi của vách tế bào được tăng lên Ở tế bào thực vật, tuy cấu trúc “bê tông” (pectin và hemixenlulozơ) “cốt thép” (xenlulozơ) nhưng khi phân tích thành phần thì vách tế bào vẫn tìm thấy có protit (5%) và lipit (7%) trọng lượng khô

Vách tế bào không chỉ có chức năng bảo vệ, chống lại các yếu tố bên ngoài gây hại cho cây (nhiệt độ cao, mầm bệnh, chất độc) mà còn duy trì độ cứng rắn, tạo dáng cho cây, nâng đỡ cây xanh

Vách tế bào xenlulozơ có vai trò để nước thấm qua, là nơi bám để trao đổi các chất khoáng, góp phần dễ dàng cho nước và chất khoáng đi vào tế bào rễ và dẫn lên lá Là nơi bám của các men phân giải chất khó tan thành chất dễ tan dẫn vào cùng dòng nhựa nguyên

Vách tế bào có cấu trúc đặc trưng của giới thực vật, không chỉ bảo vệ, nâng đỡ mà còn góp phần vào trao đổi chất và các hoạt động sống của cây

9 Bằng cách nào làm cho tế bào phân chia nhanh hay chậm

Ở tế bào mô phân sinh chóp rễ và đỉnh ngọn, khi tế bào lớn đến một kích cỡ nhất định từ một tế bào mẹ sẽ phân chia thành hai tế bào con: khi tế bào chuẩn bị phân chia, trong nhân xuất hiện những vật thể dễ bắt màu với các thuốc nhuộm gọi là thể nhiễm sắc Số lượng thể nhiễm sắc (nhiễm sắc thể – NST) thường là một số chẵn biểu thị bằng 2n (ví dụ ở ngô 2n = 20, lúa 2n

= 24) Số lượng NST ở tế bào mẹ truyền cho con cháu cũng có cùng số lượng NST Gọi là tính

di truyền đặc trưng ở từng loài vì mỗi NST gồm nhiều gen, một hay một số gen quyết định tính trạng của cơ thể thực vật Ví dụ gen làm cho hoa có màu đỏ hay vàng

Hình 6 Sơ đồ cấu tạo thành tế bào [31]

Có nhiều chất tác động đến sự phân chia tế bào được gọi tên chung là xytokinin Năm

1913, người ta đã tìm thấy chất xytokinin ở khoai tây; năm 1938 tìm thấy ở đậu nành, năm

1941 tìm được ở nước dừa, cà rốt, ngô, bắp cải

Các chất xytokinin với nồng độ thích hợp sẽ làm nhanh sự phân chia tế bào, ở nồng độ quá cao sẽ làm chậm sự phân chia

Người ta xác định xytokinin thúc đẩy sự phân chia tế bào còn auxin kích thích sự tăng trưởng kích thước của tế bào, với tỉ lệ kinetin: auxin (35: 1) hay ađenin: auxin (1500: 1) thúc đẩy sự phân chia và lớn nhanh tế bào (kinetin và ađenin là các chất xytokinin)

Các chất xytokinin còn thúc đẩy sự hình thành protein, làm tế bào lớn nhanh, chồi lá và

nụ hoa chóng nở, thức tỉnh các hạt giống đang ngủ, làm chất diệp lục sớm hình thành cho nên lúc lá sắp già vẫn giữ được màu xanh, làm cơ quan chậm già hay trẻ lại, lá cây chậm rụng, hạt nhanh nảy mầm Ngày nay, người ta dùng các chất làm thay đổi số NST gọi là “đột biến gen” tạo nên các tế bào có bộ NST 3n, 4n, 5n, 6n…mang đặc tính có lợi (tế bào lớn, sinh trưởng và phát triển kéo dài, trao đổi chất mạnh, chịu được các bất lợi của môi trường…) giữ lại cho thế

10 Một cây mới sinh ra từ tế bào

Ý nghĩ tìm cách nuôi cấy một phần nhỏ các cây (tế bào, mô) để tạo một cây giống đã bắt đầu từ năm 1932 do White và Robbins, từ một đoạn rễ đậu đã tạo nên một cây non Năm 1937 Gausherot và Nobercourt đã tạo nên cây cà rốt từ một số tế bào

Bởi “mẹ nào con ấy” mỗi loại cây có đặc tính riêng biệt về cấu trúc và có số NST nhất định, có tính di truyền riêng biệt Bằng nuôi cấy mô tạo cây mới, người ta dùng phương pháp lai giữa các tế bào để chọn được cây có đặc tính quý của cả bố và mẹ Trong môi trường nuôi cấy có thể chuyển gen quý vào cây nuôi hay gây đột biến tạo giống mới

Nắm vững quy luật đó, các nhà khoa học đã tạo một lúc hàng loạt cây giống mà trước đây phải dành một thời gian dài Trồng chuối, trồng dứa, trồng khoai tây…không phải vận chuyển cây giống trên những xe chở cồng kềnh mà chỉ xách tay các ống nghiệm Thật thuận lợi, đỡ hao tốn phí công sức và tiền bạc, thú vị biết bao với công nghệ nuôi cấy mô này

nuôi cấy mô thật lớn

với thời gian khởi đầu

chưa phải đã lâu, bởi lẽ

trên nguyên lý cơ bản

là mọi cơ thể sinh vật

đều gồm các đơn vị cơ

bản là tế bào Với tế

bào điển hình đều

mang một lượng thông tin di truyền trong gen đủ để tái tạo nên cơ thể mới

Ứng dụng nuôi cấy mô tạo giống mới sạch bệnh, năng suất cao, nhân giống nhanh, tạo giống có đặc tính quý ở trong nước và nước ngoài, có thể chịu đựng được điều kiện bất lợi như chịu nóng, chịu lạnh, chịu được hạn hán…

Công nghệ nuôi cấy mô bắt đầu từ một cây sạch bệnh, lấy các phần nhỏ của cây, nuôi trong môi trường dinh dưỡng thích hợp và có chọn lọc sẽ cho hàng loạt cây giống đều mang đặc tính của cây mẹ, nhân giống được nhiều cây, không quá tốn kém, không cần nhiều diện tích nhân giống và quan trọng hơn cả là cây không bị thoái hóa…

Một cây quý hiếm muốn nhân giống nhanh và số lượng lớn chỉ có dùng cách nuôi cấy

mô sẽ đem lại lợi ích kinh tế Nuôi cấy tế bào, mô đã mở ra một hướng đi mới cho ngành nông – lâm nghiệp hiện đại

11 Từ kỹ thuật truyền thống đến vi nhân giống tế bào thực vật

Ở thế kỷ XX con người đã chứng kiến những thành tựu vượt bậc về kỹ thuật tạo giống, nhân giống thực vật: các kỹ thuật sinh sản sinh dưỡng: giâm cành, giâm củ, chiết, ghép cành

đã giúp nhân nhanh và dễ dàng giống cây trồng quý, kỹ thuật lai hữu tính, đột biến gen đã cung cấp cho tự nhiên thêm những giống mới với những đặc tính đặc biệt, sản lượng cao, hình thức đẹp, khả năng thích nghi tốt Ngày nay những kỹ thuật trên đây vẫn tiếp tục được sử dụng để tạo, nhân những giống quý, giống cây đặc sản của các địa phương, để bảo tồn nguồn gen quý hiếm của cây trồng

Trong bối cảnh kinh tế phát triển mạnh, sự hội nhập quốc tế ngày càng cao, các công nghệ sinh học hiện đại ra đời là điều kiện để tăng nhanh số lượng giống cây trồng theo mục đích đã định trước Công nghệ vi nhân giống là công nghệ kết hợp kỹ thuật nuối cấy tế bào, lai

tế bào và chuyển gen đã ra đời để đáp ứng yêu cầu đó

Hình 7 Nhân nhanh khoai sọ bằng nuôi cấy mô [31]

Trong kỹ thuật vi nhân giống, từ mô sẹo, bằng kỹ thuật nuôi cấy trong phòng thí nghiệm

sẽ tạo được các chồi non và từ đây có thể nhân tiếp thành vô số cá thể phục vụ gieo trồng diện rộng Nhiều cây ăn quả, cây dược liệu, cây lâm nghiệp, cây hoa, cây cảnh có đặc tính tốt nhất, đồng đều về chất lượng, có tính chống chịu cao, hình thức đẹp, đáp ứng yêu cầu của con người

đã được tạo ra nhờ vi nhân giống thực vật

12 Chế phẩm sinh học quí từ tế bào thực vật

Từ ngàn xưa, ông cha ta đã sử dụng cỏ, cây để chữa bệnh, đã biết chọn cây làm gia vị cho bữa ăn và các mục đích khác nữa Ngày nay chúng ta đã biết ở thực vật có nhiều chất có tác dụng tốt đối với con người như tecpenoit chống ung thư, saponin chống viêm, terpen kháng khuẩn, phenylpropanoit dùng tăng lực, xyanogen tạo mùi thơm, amin diệt sâu; vitamin, steroit

và các enzym có nhiều vai trò trong cuộc sống Để có những sản phẩm này cần thu thập từ thiên nhiên hoặc gieo trồng từ 5 - 10 năm Công nghệ tế bào thực vật kết hợp với chuyển gen

có thể giúp sản xuất đại trà các chế phẩm sinh học với số lượng lớn, đáp ứng yêu cầu của con người Công nghệ nuôi cấy tế bào thực vật ra đời là kết quả của sự nghiên cứu tìm hiểu sâu quá trình sống và trao đổi chất của tế bào thực vật

Để sản xuất ra các chế phẩm sinh học cần tiến hành các công đoạn sau:

- Chọn lọc cây khoẻ, sức sống tốt, năng suất chế phẩm cao để lấy mô

- Nuôi cấy mô trong điều kiện môi trường thích hợp và chọn dòng gốc có năng suất chế phẩm cao

- Chuyển các dòng gốc có năng suất cao sang môi trường nuôi cấy đại trà trong các lò phản ứng sinh học (bioreactor)

- Chiết xuất và tinh chế sản phẩm

13 Thực vật truyền thông tin như thế nào

Cấu tạo cơ thể thực vật khác với động vật là không có hệ thần kinh và các giác quan để nhận và truyền các tín hiệu Tuy vậy các thông tin thu được từ môi trường hay từ các bộ phận của cây cũng được chuyển tới các bộ phận khác một cách liên tục và cũng khá mau lẹ

Khi ta cung cấp thức ăn cho tế bào, chỉ sau một thời gian ngắn thông tin này đã được

chuyển tới lá làm cho cây tăng cường quang hợp Khi ta đụng vào lá cây xấu hổ (Mimosa pudica) toàn bộ lá cụp lại nhanh chóng Cây bắt ruồi (Drosera burmanni), cây nắp ấm (Nepenthes annamensis) cũng có những động tác nhanh lẹ để kịp thời bắt giữ con mồi làm thức

ăn cho chúng

Những tín hiệu mang thông tin gây ra sự thay đổi chậm thường ở dạng hoá học, đó có thể

là chất khoáng, các hợp chất vô cơ, các axit amin, peptit, kháng nguyên, phytohoocmon Những chất này thường được vận chuyển trong cây nhờ dòng nước và được các thụ quan là protein trong màng sinh chất tiếp nhận để khởi động các phản ứng sinh lý: kích hoạt enzym, hoạt hoá trao đổi chất, hoá hoá gen Còn các tín hiệu cần sự trả lời nhanh thường được dẫn truyền bằng xung điện do sự thay đổi điện thế trong và ngoài màng tế bào phụ thuộc vào tốc độ

di chuyển ion khoáng qua màng và kết quả là tạo ra những phản ứng thích nghi với cuộc sống luôn thay đổi

14 Dòng điện ở cây được sinh ra như thế nào

Trong đời sống của cây xanh, vấn đề quan trọng nhất là quá trình tạo nên chất hữu cơ Chính nhờ có quá trình quang hợp mà dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, khí cacbonic được hấp thụ cùng với nước biến đổi thành tinh bột và các chất hữu cơ khác nhau Quá trình sinh lý quan trọng này chịu ảnh hưởng của hàng loạt các yếu tố ngoại cảnh như thời gian chiếu sáng, cường độ ánh sáng, nồng độ khí cacbonic, nhiệt độ…

Tất cả những thứ đó không phải là những vấn đề gì mới đối với các nhà khoa học, tuy nhiên vẫn còn nhiều điều bí mật chưa được khám phá ra Một trong số những yếu tố bí ẩn đó là dòng điện

Thực vật nối đất với khí quyển, như vậy chúng được tích điện âm Còn các ion có trong khí quyển phần lớn mang điện tích dương Vì vậy trong cây xanh tạo ra 1 dòng điện Có chắc

là có ảnh hưởng gì đến đời sống của thực vật không thì đây là vấn đề đang được nghiên cứu trong thời gian gần đây

Các nhà nghiên cứu thuộc Viện sinh lý học thực vật Cộng hòa Liên bang Nga cho rằng: thế hiệu giữa thực vật và khí quyển càng lớn thì quá trình quang hợp càng nhanh Nếu điện thế bằng nhau thì thực vật sẽ ngừng sự hấp thụ khí cacbonic còn khi thực vật tích điện mạnh thì ngay ở trong tối nó vẫn hấp thụ được khí cacbonic

Các loại cây trồng như dưa chuột chẳng hạn khi có điện áp 200 vôn thì sự quang hợp sẽ tăng lên hai lần, nhưng khi trong không khí có nhiều ion âm thì sự quang hợp sẽ chậm lại Đối với lúa mì nếu cho điện thế âm 90 vôn thì khối lượng các bông lúa tăng lên 14% so với mức bình thường

Các thí nghiệm và kết quả nói trên mới chỉ bắt đầu, công việc còn đang tiếp tục, các kết quả thí nghiệm phải được xác định thêm để hiểu sâu sắc bản chất hóa lý của hiện tượng về điện này Hy vọng một ngày không xa nữa hiện tượng nhiễm điện để nâng cao sản lượng mùa màng sẽ được sử dụng rộng rãi và có thể vào buổi sáng khi đài dự báo thời tiết cho biết: trong không khí có nhiều ion dương…người kĩ sư canh nông sẽ bật công tắc điện và thay đổi biến trở

để làm cho cây cối có thể nhận được tất cả phần khí cacbonic mà nó cần cho quá trình quang hợp

Phần II TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ DINH DƯỠNG KHOÁNG

1 Những hiểu biết về nước

Không phải chỉ có người, loài vật, cây cối mới biết khát nước…mà cả đất đai, nền công nghiệp, cuộc sống của thành phố cũng khát nước Nước đang là một vấn đề mà loài người phải quan tâm giải quyết trước tiên

Có thể như thế được không? Xung quanh chúng ta đầy nước kia mà? Trên trái đất chúng

ta nước nhiều vô kể, con số nhiều vô kể đó làm sao mà tính nổi Một công trình nghiên cứu nhan đề: “Mức nước trên thế giới và trữ lượng nước của Trái đất” xuất bản tại Lêningrat đã tính rằng: trữ lượng nước của thế giới là một tỉ rưỡi km3

, trong đó nước ở các đại dương chiếm 96% (riêng trong những năm gần đây nước ở các đại dương đã tăng thêm 8-10 cm), nước trong các sông băng và tuyết vĩnh cửu chiếm tới 25 triệu km3

, ngoài ra còn chứa trong các bể ngầm, hồ ao trong các đầm lầy và sông ngòi

Nước trong các cơ thể sống cũng chiếm một con số không nhỏ: 1120 km3

Nhưng vấn đề nguy cập là hầu hết số lượng nước hiện có là nước mặn, nước ngọt trên trái đất chỉ chiếm 2% Nói cách khác là chỉ có độ 30 triệu km3

, nhưng phần lớn nước này lại ở dạng hòa tan, số khác biến thành băng trên các đỉnh núi cao ở Bắc cực và Nam cực Còn như nước mà ta gọi là nước

tự do vốn quay vòng thường xuyên trong một chu trình kín từ sông biển bốc lên thành mây rồi rơi xuống đất thành mưa và tuyết thì căn cứ vào kết quả nghiên cứu gần đây cũng chỉ vẻn vẹn đạt được 500.000 km3, trong đó 1/3 thuộc châu Á, 1/4 ở châu Mỹ còn ở châu Âu thì là 7% số lượng nước kể trên

Sự phân bố nước rất không đồng đều: có chỗ thì quá dư thừa (vùng rừng nhiệt đới) có chỗ lại hầu như không có (sa mạc, vùng cỏ khô) Ngay cả vùng có nhiều nước ngọt chúng ta cũng không sử dụng được toàn bộ nước đó cho nhu cầu của mình, ví như chúng ta không thể đem băng tuyết ở bắc cực tới các miền sa mạc, hoặc chúng ta cũng không thể hút cạn hết nước sông hồ để dùng trong một lúc

Ở Mexico đã xảy ra một chuyện sử dụng nước lí thú như sau: ngày xưa ở nước này, do tác dụng của núi lửa mà cả một vùng bình yên rộng rãi đã biến thành hồ Sau đó hồ nước này lại bị núi lửa phun tro và đá vụn xuống Rồi sỏi đá lấp cả tro đi thế là toàn bộ cái hồ này bị chôn vùi trong lòng đất Một triệu năm sau người dân ở xứ này đã xây dựng ngay trên mặt hồ này thành phố lớn có tên là Mexico Thành phố này trung bình mỗi năm vẫn bị lún xuống chừng 30 cm, và nó đã lún cả thẩy 10 m rồi Thì ra dân chúng của thành phố này đã lấy nước bằng cách hút ở dưới đất lên, khiến cho dưới đó tạo ra những khoảng trống và vì thế mặt đất của thành phố bị lún xuống…

Các nhà khoa học dự đoán mức nước tiêu thụ cho đời sống, cho công nghiệp và cho cây cối trong nông nghiệp sẽ tăng lên 2,5 lần so với hiện nay Nhưng nếu như loài người chúng ta

sử dụng nước một cách hợp lý và triệt để bảo vệ các nguồn dự trữ nước trên trái đất thì loài người vẫn chưa bị nạn “đói nước” đe dọa

2 Nước có tính chất dị thường

Nước là một chất lỏng kỳ lạ: nó có những sự dị thường!

Chính cái thứ nước thông thường, nước dùng hàng ngày vốn quá quen với nó nên không nhận thấy những tính chất kì dị và hết sức đặc biệt, trái tính trái nết trong thế giới vật chất Nhưng nhờ có những tính chất dị thường của nó mà sự sống mới có thể phát triển và tồn tại trong nước được

Sự dị thường thứ nhất: vế cấu trúc hóa học và xếp loại các chất thì người ta cho rằng nước sôi ở 100 độ C và không thể sôi nếu dưới mức nhiệt đó Điều này có nghĩa là trên quả đất

sẽ không có nước ở dạng lỏng cũng như rắn mà chỉ có hơi nước trong bầu trời

Sự dị thường thứ hai: nước có nhiệt dung cao Ở nước nó lớn hơn ở sắt tới mười lần Nước nóng lên chậm hơn cát năm lần Còn như muốn đun nóng một lít nước lên một độ thì cần

có một nhiệt lượng nhiều gấp 3.300 lần so với khi đun nóng một lít không khí Thế nhưng khi

nó nguội đi thì nó trả lại toàn bộ số nhiệt mà nó lấy được khi được đun nóng lên Do khả năng tuyệt vời nuốt nhiệt khi đun nóng lên và lúc nguội đi thay đổi không đáng kể, vì vậy những loài sống ở biển không bao giờ phải lo vì quá nóng hoặc quá lạnh

Sự dị thường thứ ba và thứ tư gắn chặt với cái dị thường thứ nhất: nước có ẩn nhiệt bốc hơi và ẩn nhiệt nóng chảy rất cao Muốn cho nước bốc hơi ra khỏi ấm trà cần phải có một nhiệt lượng nhiều hơn lượng nhiệt làm cho nó sôi là năm lần rưỡi Nếu không có tính chất này thì khi nắng hè cho dù có bốc hơi chậm đi nữa thì rất nhiều sông và hồ mùa hè sẽ cạn nhanh đến đáy

và mọi sự sống trong đó sẽ chết hết

Khi đông đặc nước cũng thải nhiều nhiệt Một lít nước khi biến thành băng, năng lượng

có thể đun nóng (lên một độ) 250 nghìn lít không khí Vì vậy mà vào những đêm đông giá lạnh, người ta lại đặt các thùng nước vào các nhà ấm: khi đóng băng nước tỏa nhiệt và sưởi ấm không khí

Sự dị thường thứ năm: Khi đông đặc nước nở ra tới 9% so với thể tích ban đầu Vì thế nên băng bao giờ cũng nhẹ hơn nước chưa đông đặc nên nổi lên trên và cũng vì thế mà bể chứa nước ít khi bị đóng băng tới tận đáy Lớp băng phủ trên mặt hồ là một máy nhiệt độ tốt bởi vì tính chất dẫn nhiệt của băng cũng như của nước rất thấp Dưới “tấm áo choàng” kiểu này ngay giữa mùa đông các loại vật ở biển vùng bắc cực cũng không thấy lạnh lắm

Kì thực, việc nở ra của băng có thể rất nguy hại đối với ống dẫn nước, rađiatơ của ô tô

và các tế bào sống bao giờ cũng đầy nước Nhưng dẫu sao điều này lợi vẫn nhiều hơn hại Mùa đông chùm kín nước trong tấm chăn băng, thiên nhiên giữ cho nó được ấm và lỏng, không cho phép nó hóa rắn Bởi vì đối với sự sống nước rắn không thích hợp

Sự dị thường thứ sáu là kì lạ hơn cả Tất cả các chất khí được người ta đun nóng đều giãn

nở, còn khi làm lạnh thì co lại Nước cũng co lại khi gặp lạnh, nhưng đến 4 độ C là hết mức Đến nhiệt độ này nó lại nở ra mặc dầu nhiệt độ vẫn chưa giảm xuống Vì thế ở 4 độ C nước đông đặc và nặng nhất và cũng chính vì thế mùa đông khi nhiệt độ xuống đến 4 độ C nước chìm xuống giữ nguyên trong suốt mùa đông Các lớp nước lạnh hơn nằm ở trên lớp nước 4 độ

C Đó là lý do tại sao mùa đông ở dưới đáy hồ, ao hoặc sông lại ấm hơn Sự dị thường này đã cứu sống tất cả các loại động vật nước ngọt trú đông tại các sông, ao, hồ

Sự dị thường thứ bảy: trong tất cả các chất lỏng trừ thủy ngân thì nước có sức căng bề mặt lớn hơn cả Ở bên trong chất lỏng sự hút đẩy lẫn nhau giữa các phân tử là cân bằng, nhưng

ở trên bề mặt lại không Các phân tử của nước nằm sâu hơn thường kéo các phân tử ở trên cùng xuống dưới Vì thế hạt nước có khuynh hướng kéo ra thành hạt nhỏ Giọt nước tựa như được gói ghém vào một cái màng bề mặt rất bền chắc Như vậy bề mặt của nước bao giờ cũng căng

ra thành một màng hết sức mỏng gồm các phân tử Muốn phá vỡ các màng đó cần phải có một lực lớn Chính vì điều này những con bọ đo nước chạy trượt trên mặt nước ấy như trên mặt sàn Các ấu trùng muỗi cũng bám vào màng đó rồi chúc ngược xuống Thậm chí đến cả những con

ốc sên có vỏ rất cứng cũng bò được trên mặt nước mặc dù chúng nặng hơn nước mà không hề

bị chìm vì có màng nước giữ chúng Có cả loại thằn lằn chạy trên mặt nước mà không bị chìm Trong nước thiên nhiên bao giờ cũng có một cái gì đó hòa tan dù là rất ít Các lực móc vào nhau giữa các phân tử vô cùng mạnh làm nước dâng lên theo các ống và các khe nhỏ, mặc dầu sức hút của quả đất cản trở nó, kéo nó xuống Sức căng bề mặt kéo nước từ trong lòng đất lên để nuôi cây cối Bị sức căng bề mặt lôi cuốn (và cả lực hút thẩm thấu), nước chảy theo các

rễ và thân cây

Sự dị thường thứ tám: nước là dung môi tốt nhất trên thế giới Các nhà hóa học nói nước

là “Dung môi hùng vĩ” Nó hòa tan được rất nhiều chất nhưng bản thân nó lại là chất trơ, không

hề bị các chất khác mà nó hòa tan làm thay đổi Nhờ có tính chất đó mà nước có thể trở thành vật mang sự sống Các dung dịch của tất cả các chất tuần hoàn trong cơ thể sinh vật đều được chế tạo trong nước Các chất đó ít thay đổi trong dung dịch, như vậy nước có thể sử dụng nhiều lần

Chính vì vậy “Nước đã được thiên nhiên ban cho một uy quyền thần diệu để trở thành nhựa sống trên Trái Đất”

3 Thoát hơi nước là một “tai họa cần thiết”

Sự thoát hơi nước có thể diễn ra ở phần thân non, hoa, quả nhưng chủ yếu là ở lá Nghiên cứu cho thấy, cây hút 1000g nước thì thoát hơi nước ra ngoài khoảng 998g, còn lại khoảng 2g nước được sử dụng cho quá trình trao đổi chất Do vậy để có được lượng nước đủ cho trao đổi chất thì lượng nước thoát ra ngoài phải là rất lớn Thực tế cho biết một cây cải củ thải ra ngoài không trung 2 lít nước/ngày, một cây ngô sau một vụ thoát 200 lít nước, cây gỗ catalpa cao 10m thoát 390kg nước/ngày, cây táo 35 năm thoát 26,5 tấn nước, rừng gỗ lá rộng thường mất 75 tấn nước/năm Đây là lượng nước khổng lồ, khó có thể được cấp đủ kể cả trong

điều kiện thuận lợi tưới tiêu, còn nếu trong điều kiện ít nước thì có thể là một tai hoạ

Tuy vậy, cây cần thoát một lượng nước nhất định trong ngày Nhờ thoát hơi nước khí khổng mở cho CO2 đi vào lá làm nguyên liệu cho quang hợp, hơn nữa độ mở khí khổng lại phụ thuộc vào chính lượng nước chứa trong tế bào khí khổng Thêm vào đó, sự thoát hơi nước ở lá tạo động lực cho sự vận chuyển liên tục của dòng nước cùng các ion khoáng và chất hữu cơ từ

rễ lên thân, lá, các điểm sinh trưởng để duy trì sức trương nước, cung cấp dinh dưỡng cho các

tế bào Ngoài ra, sự thoát hơi nước giúp hạ nhiệt độ lá trong những ngày nắng nóng tránh được

sự tổn thương lá, phân huỷ protit, enzym, lục lạp Thực tế cho thấy, nhiệt độ của lá đang thoát hơi nước có thể thấp hơn nhiệt độ lá không thoát hơi nước đến 7oC Chính vì vậy, sự thoát hơi

nước vẫn luôn là cần thiết dù sẽ là rất khó khăn cho cây trong điều kiện thiếu nước Và như thế, việc bảo vệ thiên nhiên, bảo vệ nguồn nước cho cây, cho những cánh rừng, đồng cỏ trên trái đất là việc làm hết sức cần thiết hiện nay

4 Lá có cấu tạo phù hợp với chức năng thoát hơi nước

Lá cây có hình bản, dẹt, có hệ thống mạch dẫn phát triển mạnh bắt đầu từ hệ thống mạch của thân, cành đến mạch chính của lá, từ mạch chính này phát triển một mạng lưới mạch chằng chịt đảm bảo phân bố xuyên suốt bề mặt lá Những gân lá bé nhất chỉ gồm những quản bào đơn lẻ Các tế bào lá, do vậy, được cung cấp nước một cách dễ dàng Những lá trưởng thành có lớp cutin bao ngoài là yếu tố làm giảm sự thoát hơi nước nhưng lại có tác dụng bảo vệ

lá khỏi sự xâm nhập của vi khuẩn gây hại

Nước của lá tiếp xúc với khí quyển chủ yếu qua khí khổng Với cấu tạo đặc biệt của các tế bào khí khổng hình hạt đậu và sự điều tiết tinh tế, việc đóng mở khí khổng là sự điều tiết lượng nước thoát ra không trung một cách chủ động và linh hoạt Sự phân bố khí khổng ở hai mặt lá không như nhau, mặt dưới nhiều khí khổng hơn mặt trên Số lượng khí khổng dao động từ 50 - 500/1 mm2 lá Nhìn chung khoảng cách giữa các khí khổng thường bằng 11,5 - 12,6 lần đường kính lỗ khí, trong khi các nghiên cứu cho thấy trong điều kiện kỹ thuật sự thoát hơi nước qua lỗ nhỏ tốt nhất khi khoảng cách giữa hai lỗ nhỏ bằng từ 8 - 10 lần đường kính lỗ nhỏ

5 Khí khổng điều tiết sự thoát hơi nước của lá

Ở cây xanh, sự thoát hơi nước ở lá chủ yếu qua khí khổng Nhờ có cấu trúc đặc biệt của

tế bào khí khổng nên khi trương nước vách phía ngoài mỏng căng ra và kéo theo vách trong vốn dày hơn bị cong lại và lỗ khí mở ra

Cách đây gần 80 năm Scarth và các nhà khoa học thời đó đã cho rằng nguyên nhân chính sự đóng mở khí khổng là sự tạo đường ngoài ánh sáng làm cho áp suất thẩm thấu tăng lên ở tế bào khí khổng khiến tế bào này hút nước từ các tế bào bên cạnh và trương lên dẫn tới

mở khí khổng Tuy nhiên sau này thấy rõ rằng khí khổng thường mở vào ban ngày ở đa số thực vật nhưng có một số loại cây khí khổng còn mở vào ban đêm (như cây hạn sinh mọng nước) và phản ứng mở khí khổng thường lại nhanh hơn sự tích luỹ đường, đồng thời còn thấy rằng khi khí khổng mở, hàm lượng ion K+

trong tế bào khí khổng tăng cao Hendrich, Ihang, Gillan, Schuzz cho biết rằng khi rễ cây không hút đủ nước, axit absixic được tổng hợp nhanh ở rễ và hoạt động như cảm biến khô hạn rồi đi lên theo xylem gây ra sự bơm K+

ra khỏi tế bào khí khổng làm giảm áp suất thẩm thấu tại đây và dẫn tới đóng khí khổng Đây cũng là một bằng chứng về dòng thông tin từ rễ lên phía trên với sự tăng đột ngột hàm lượng axit absisic khi đất

bị khô Sau này thấy axit absixic cũng có thể tổng hợp ở lá Như vậy, sự tích luỹ K+

và axit absisic ở tế bào khí khổng là kết quả của sự nhận biết tình trạng lượng nước trong cây và là cơ chế điều khiển sự đóng mở khí khổng để điều tiết sự thoát hơi nước của lá

6 Vì sao nước từ lá ứ đọng thành giọt

Sự thoát hơi nước liên tục ở lá cây làm dịu mát lá và tạo một dòng liên tục từ rễ đẩy lên

và thoát ra ngoài dưới dạng hơi qua lỗ khí

Sự thoát hơi nước phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện bên ngoài không khí: nhiệt độ đất quá thấp (lạnh) hay quá cao (nóng) là nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng tới sự hút nước của rễ

và làm chậm sự thoát hơi nước, làm tốc độ hóa già của rễ nhanh lên Nhiệt độ làm cho độ ẩm của không khí thay đổi, nhiệt độ cao 30-400C thoát hơi nước mạnh (không khí khô, độ ẩm thấp) làm cây héo vào ban trưa

Gió làm cho sự thoát hơi nước tăng nhanh vì hơi nước ở quanh lá bị cuốn đi làm chênh lệch độ ẩm giữa không khí và lá, hơi nước được chuyển nhanh ra ngoài Vận tốc gió 0,6 m/giây làm sự thoát hơi nước nhanh gấp 3 lần Gió Lào nóng làm cây héo nhanh, khí khổng đóng cũng không cản được sự tiêu hao hơi nước

Trong ngày vào buổi trưa sự thoát hơi nước mạnh nhất (nhiệt độ đất và không khí cao nhất), cây phải được tưới nước vào ban chiều để giữ lại cân bằng nước trong cây Nhưng trong những ngày không khí ẩm ướt chứa đầy hơi nước, sự thoát hơi nước qua lỗ khí bị chậm lại vì bên ngoài lá không thiếu hơi nước, không cần sự bù đắp Buổi sáng sớm những ngày đầy sương mù đó ta thấy ở chóp lá và mép lá có các giọt nước trào ra thành giọt, rõ rệt nhất là ở các cây cỏ, lúa, khoai tây, bầu bí, dâu tây

Ta gọi hiện tượng đó là sự ứ giọt Đó là do sức đẩy cột nước từ rễ lên không thoát thành dạng hơi được vì gặp không khí ẩm đầy hơi nước

Các giọt nước đó có chứa muối khoáng và chỉ ở các gân chính hay gân phụ là các mạch

gỗ của lá, khác biệt với giọt sương đọng lại trên bất kỳ vị trí nào của lá

Khi Mặt Trời lên cao, nhiệt độ cao, độ ẩm không khí trở nên khô, các giọt nước lại đi qua các lỗ khí, như bình thường Lỗ nước hết nhiệm vụ, nghỉ ngơi chờ thời cơ nhận sự phân công mới

7 Tiết kiệm nước cho cây trồng

Hàng năm lượng nước mưa cung cấp cho trái đất khá lớn, nhưng trữ lượng nước ngầm

và nước mặt còn lớn hơn nhiều Tuy nhiên do hoạt động tự giác và không tự giác của con người trong thời đại khoa học kĩ thuật hiện nay loài người đang lâm vào tình trạng thiếu nước dùng hàng ngày Một trong các nguyên nhân chính là các nguồn nước thải sinh hoạt hằng ngày, nước thải công nghiệp với dầu mỏ và dầu madut… chảy cả ra sông làm ô nhiễm nước sông Cách đây hơn 300 năm, nước trên sông Thames (Anh) còn trong suốt đến nỗi đứng trên cầu có thể nhìn tận đáy sông, thấy được sỏi, đá cùng các loại rong Các thành viên của Quốc hội Anh còn giải trí bằng cách bắt cá hồi lúc nghỉ ngơi, thế mà giờ đây ở dưới đáy sông những người thợ lặn không còn thấy tay mình

Ngày nay mặt biển cũng bị nhiễm bẩn Mỗi ngày tất cả tàu biển trên thế giới thải ra gần

1400 tấn dầu madut, mỗi tấn dầu này có thể lan ra thành một váng mỏng trên diện tích 12km2mặt biển Nếu không có các vi sinh vật phân hủy dầu mỏ thì chỉ 7 năm thôi thì cả đại dương

đã ngập trong cái “váng nhờn ngũ sắc” đó rồi Nhưng các vi sinh vật hiện cũng không thể kham nổi số lượng dầu mỏ thải ra ngày một nhiều đó

Ỏ Nhật, chỉ trong vài năm gần đây, mức nhiễm bẩn nước biển vùng xung quanh trung tâm công nghiệp đã tăng lên tới 15 lần

Ở Mỹ, phân bón và thuốc hóa học bảo vệ thực vật đã làm hỏng nhiều nguồn nước mặt Nước ở nhiều nhánh sông Mississipi đã bị nhiễm bẩn đến mức không thể dùng được

Cuộc sống càng hiện đại, nhu cầu nước cho sinh hoạt càng lớn, do đó lượng nước dùng cho nông nghiệp bị hạn chế Ở Tuynidi và Sahara mỗi ngày mỗi người cần đến độ 4 - 10 lít nước Ở Pháp nhu cầu đó lên tới 500 - 7000 lít, toàn nước Mỹ trong một năm đã uống hết 1/7 nước trong các sông suối của mình

Công nghiệp càng phát triển càng tiêu thụ một lượng nước khá lớn: để sản xuất 1 tấn giấy báo cần 900 m3, một tấn sợi tổng hợp cần 700 m3, một tấncao su 1500 m3, 1 tấn thép cần 1500

m3 luân chuyển trong hoạt động của máy móc hay tham gia vào thành phần cấu tạo nên sản phẩm

Để sản xuất các sản phẩm nông nghiệp ta cần một khối lượng nước tương đối ít hơn: cần 2,5 tấn nước để sản xuất một ổ bánh mì nặng 0.9kg, 1 tấn nước cho 1 quả trứng và 0,5 tấn nước cho 1 quả cam

Lượng nước tổng cộng mà cây tiêu thụ trong suốt quá trình sống, nhất là trong khoảng

100 ngày phát triển của cây ở mùa xuân, bằng 300-500-800 lần khối lượng khô của nó, tức là

để tạo 1 kg sản phẩm ở trạng thái khô cần tới 300-500-800 lít nước

Nếu lấy vụ mùa thu hoạch cao, ví dụ 4 tấn hạt/ ha, thì lượng nước cần cho vụ mùa đó tiêu thụ trong một thời gian sinh trưởng sẽ ước độ 4800 tấn/ha hoặc gần 0,5 tấn/m2

Nửa tấn nước (hoặc 0,5 m3) trên m2 sẽ hình thành một lớp cao 0,5 m, nghĩa là phải kiên tâm tích lũy toàn bộ lượng nước ấy vào đất và bảo quản nó thì mới có thể thu hoạch được vụ mùa năng suất cao như vậy

Muốn có đầy đủ nước cho cây trồng trong nông nghiệp, trước hết phải phòng chống nhiễm bẩn các nguồn nước mặt, xử lý thích đáng các nguồn phân hữu cơ và thuốc trừ sâu… Dùng các biện pháp đó tạo khả năng tăng được 50% số lượng nước dùng cho cây trồng theo nhu cầu và trình độ canh tác tiên tiến

Nước ngầm là một nguồn

nước phong phú, tuy nhiên không

phải nơi nào cũng có khả năng và

điều kiện sử dụng loại nước này

Phương pháp có nhiều triển vọng là

chọn các giống cây trồng cần tương

đối ít nước để sản xuất một đơn vị

chất khô Trong một số trường hợp

phải thay thế bằng những loại cây

cần ít nước Ngoài ra phải sử dụng

các kĩ thuật canh tác khác để giữ

nước trong đất được nhiều nhất và

có lợi cho cây trồng

Hình 8 Quả ổi tươi lâu hơn khi có lá [31]

8 Tại sao hái quả để cả lá thì lá lâu héo

Ở các cửa hàng bán hoa quả, ta thấy các chùm quả vải, nhãn, quýt chín mọng có cả lá Các quả đó được vận chuyển từ xa về đáng ra do thời gian lâu như vậy lá sẽ khô đi, nhưng sự thực lá vẫn tươi Thử xem nếu hoa có cả lá bày lên bàn hay làm quà tặng ai cũng thấy đẹp, nước trong bình sẽ cung cấp thêm cho hoa giữ được vài ngày Nếu trước khi cắm vào bình ta đốt cháy cành hoa ở chỗ cắt thì hoa và lá sẽ tươi lâu hơn, cành đào ngày tết ta vẫn làm như vậy Chỉ cắm vào bình, hoa sẽ được cung cấp nước, còn đốt cháy chỗ cành cắt thì một số cacbon tự do và các chất vô cơ khác sẽ là nguồn thức ăn bổ sung để nuôi hoa vì thế mà hoa tươi lâu hơn

Quả cũng tựa như lọ hoa đầy nước có các thức ăn nuôi lá

Ngay từ lúc mới kết quả, các chất dinh dưỡng tạo nên ở lá đều tập trung vào quả thể hiện hương vị màu sắc của loài cây đó Khi hái quả có kèm lá, lá không còn khả năng chế tạo chất dinh dưỡng nữa, nó vẫn tiếp tục tiêu thụ nước và chất bổ cung cấp cho lá, quả và lá cùng trên một cành nên nhu cầu dinh dưỡng như nhau, quả giống như bình đựng hoa, chứa đầy nước và chất bổ nuôi hoa tươi lâu như ta nói ở trên

9 Tưới cây bằng nước ấm

Ngày đông tháng giá, đất và cây đều bị rét Nếu cung cấp cho chúng nước ấm thì khác nào như ta đi ở ngoài trời rét về nhà được uống cốc nước chè ấm

Người ta đã bắt đầu sử dụng một khối lượng lớn nước thải của các nhà máy nhiệt điện

mà nước thải này đã được đun nóng lên hàng chục độ so với nhiệt độ của nước khi đưa vào nhà máy lúc ban đầu

Trong điều kiện nước được làm ấm lên chút ít, việc sử dụng nước ấm ấy cũng mang lại nhiều hứa hẹn trong việc phát triển nghề rừng, tạo được những khu vực trồng rừng, trồng cây

có nhựa góp phần làm tăng số lượng cây phục vụ cho công nghiệp

Việc sưởi ấm cho hoa màu cũng được tiến hành rộng rãi ở một số nước Một hệ thống dẫn nước ở nhiệt độ 15 độ C đặt ngầm dười đất từ 30 cm – 40 cm cho phép các nhà trồng hoa màu giữ cho đất trồng khỏi bị “giá lạnh” ngay cả khi nhiệt độ không khí ngoài trời xuống dưới

0 độ C

Nước nóng ở các nhà máy nhiệt điện còn có thể dùng sưởi ấm các nhà kính ươm cây, trong trường hợp này nước cần phải có nhiệt độ tối thiểu từ 30-40 độ C, nhờ đó mà ngoài việc ươm cây con người ta còn thu hoạch được các loại cây như dưa chuột và cà chua khá tốt

10 Làm giảm sự mất nước trong cây và trong đất

Đại bộ phận nước được hút vào trong cây lại bốc thành hơi qua bề mặt lá và phần nào qua thân Tính trung bình cứ 1giờ trên 1m2 diện tích lá ban ngày mất từ 15-250 g nước, ban đêm mất

từ 1- 20 g nước Rễ cây đâm sâu vào lòng đất hút nước và muối khoáng để tạo thành các chất dinh dưỡng nuôi cây Nó chỉ sử dụng một lượng nhỏ bé trong toàn bộ lượng nước xâm nhập vào Thường cứ 1000 g nước mà cây hút vào cây chỉ dùng 2 g nước để tạo nên chừng 3g chất bột, mỡ, prôtit Cứ được 1 g chất khô tích trong hạt quả… trong điều kiện bình thường cây phải

dùng tới 300 gđến 1 kg nước Cây thoát nước chủ yếu là để nước bay hơi qua lá, lượng nước bay hơi đó gấp 300-1000 lần lượng nước cần dùng thực sự Nhưng nếu không có sự hao phí đó thì cây sẽ bị đốt nóng và chết, cho nên dù tốn kém bao nhiêu thì cây vẫn phải tiến hành lấy nước

và cho thoát nước đi để tự làm mát mình Đó là một “Tai họa cần thiết”

Một cây ngô một ngày có thể mất đi 1kg nước Suốt cả thời kì sinh trưởng mất 200-300

kg nước Muốn trồng 1 ha ngô với độ bốn vạn cây thì phải cung cấp một lượng nước khá lớn bị tiêu phí đi trong hiện tượng bốc hơi là 8000 tấn nước, nghĩa là trên 1 m2 đất trồng bốc hơi mất 1m3 nước

Làm cho cây và đất giảm bớt sự bốc hơi nước cũng mang lại kết quả không kém việc tưới thêm nước, kết quả là làm tăng năng suất cây trồng

Tẩm hạt giống bằng canxi clorua làm cho cây tăng tính chịu hạn Dung dịch có chất như axit xitric, axit fumaric, axit malic, axit sucxinic, các chất có hoạt tính tổng hợp ADN và ARN cũng có tác dụng làm tăng tính chịu hạn của cây

Một số chất khi phết hay phun lên lá, làm lá giảm bớt sự thoát nước giảm nhu cầu về nước của cây như hidroxilamin sunfat, thủy ngân phenin axetat…

Để giảm bớt sự mất nước trong đất, người ta phủ đất bằng những vật liệu khác nhau Dùng một loại giấy polyetylen đem phủ cho ruộng hành trong suốt cả thời gian dài, người ta nhận thấy: sự che phủ không gây ảnh hưởng xấu đến đất, trái lại còn làm cho nhiệt độ của đất được ổn định, giữ được độ ẩm của đất Chất dinh dưỡng không bị rửa trôi, giữa các hàng cây không có cỏ dại, ngoài ra hành lại lớn đều nhau đúng tiêu chuẩn, năng suất có thể tăng tới 50% Giấy polyetylen này không bền do ảnh hưởng của các bộ phận làm giấy, giấy này rách thành nhiều mảnh nhỏ và trong vòng 6 tháng chỉ còn lại rất ít polyetylen trong đất mà thôi Thường thì giấy polyetylen được rải đều trên các luống đất trồng, giấy có những lỗ tròn nằm ở các vị trí nhất định để gieo giống Bánh máy kéo chạy đè lên mép tấm giấy polyetylen và chặn đất chừng

15 cm Giữa lớp giấy và mặt đất vẫn còn một lớp cách ly mỏng không khí vào lớp đó qua các

lỗ gieo giống Lớp không khí cách ly giữ cho nhiệt độ đất không bị thay đổi theo nhiệt độ ban ngày và ban đêm

11 Làm cho nước ngầm mặn thành ngọt cần cho cây

Lượng nước ngọt dự trữ trên thế giới rất ít so với lượng nước ngầm dự trữ Nước ngầm chiếm 4% các nguồn nước trên trái đất, nhưng nước ngầm thì mặn, hàm lượng muối có khi đến 10g/l nên không uống được

Những vùng nước ngầm nằm ở vùng khô hạn như Trung Á, nam Ucraina… Nếu biến được nước ngầm thành nước ngọt thì sẽ giải phóng vĩnh viễn hạn hán cho vùng này, đẩy mạnh phát triển chăn nuôi và khai hoang trồng trọt

Từ trước người ta chỉ dùng hai phương pháp để loại muối ra khỏi nước mặn Hoặc dùng phương pháp cất, hoặc dùng những chất trùng hợp có hoạt tính hóa học cao, nhưng trở ngại của phương pháp thứ hai này là sau phản ứng thường để lại những chất cặn mà sau đó phải thải

đi

Đã có nhiều công trình nghiên cứu hoàn thành những thiết bị điện ion để biến nước ngầm mặn thành nước ngọt Với phương pháp này không cần phải thải chất cặn, không cần dùng bơm và hồ chứa nước Nước ngầm mặn được đưa một cách liên tục từ đáy giếng đến thiết bị lọc rồi chuyền sang máy điện - ion

Hiện nay ở Nga có nhiều cơ sở làm cho nước ngầm mặn thành nước ngọt với dung tích 600.000 m3/năm Trong khoảng 10 năm nữa người ta dự định xử lý từ 1300–1500 triệu m3/năm phục vụ cho 20 triệu dân ở những vùng khô hạn và tưới cho những diện tích đồng cỏ mênh mông

12 Bơm mặt trời tưới nước cho cây

Có thể sự dụng năng lượng mặt trời để tạo một bơm nước cho các luống đất và các bồn hoa làm giảm nhẹ sức lao động

Mặt trời sưởi nóng không khí và không khí sẽ lạnh dần khi hơi nước bị thoát đi Không khí khi nóng lên hay lạnh đi, thể tích của nó sẽ nở ra hay co lại; lợi dụng hiện tượng này ta có thể đưa nước lên cao như một cái bơm

Người ta dùng một cái hộp bằng tôn, một đầu hàn thật kín và quét sơn màu đen để làm tăng sự hấp thụ nhiệt mặt trời, một đầu nối liền vào nguồn nước ao hay nước sông hồ có ống dẫn lên hộp để đưa ra nơi cần tưới khi mặt trời đốt nóng hộp không khí trong hộp nở ra một bộ phận hay toàn bộ nước, bị đẩy lên phía trên gần nắp hộp làm cho không khí ở đó lạnh đi nước được thoát ra ngoài bằng một máng nghiêng chạy ra nơi cần tưới

Sau đó hộp lại bị đốt nóng, nước lại đẩy lên phía mặt hộp để ra máng quá trình này cứ lặp đi lặp lại mãi khiến từ hộp ra có được một dòng nước tưới liên tục Trời càng nóng, các luống đất càng cần nước, bơm hoạt động càng khẩn trương, liên tục đưa nước tưới ra máng dẫn Những ngày u ám không cần nước, bơm cũng ngừng hoạt động

13 Việc tưới nước và năng suất ngô

Nhu cầu nước của cây ngô thuộc loại thấp so với những cây ngũ cốc khác Để sản xuất 1 gam chất khô ngô chỉ cần 368 g nước, so với 597 g của yến mạch, 578 g của hắc mạch, 513 g của lúa mì, 434 g của đại mạch và 710 g của lúa nước

Tuy nhiên tiềm lực tăng năng suất của ngô do việc tưới nước lại lớn hơn bất cứ loại cốc nào khác Các thí nghiệm nhiều năm đã xác định rằng, vào thời kì phát triển đầu của ngô, nước bốc hơi 10–40 m3/ha/24h, còn ở giai đoạn kết hạt là 80-100 m3 Mức bốc hơi tối đa vào thời gian 10-15 ngày trước khi rút bông cho đến lúc bắt đầu chín sữa Vì vậy việc quy định chế độ tưới nước hợp lý kết hợp với các giai đoạn như phát triển của cây và điều kiện thời tiết, thổ nhưỡng, thủy văn có ý nghĩa quyết định đối với năng suất ngô trên đất được tưới

Khi quy định thời vụ tưới, trước hết cần lưu ý độ ẩm của lớp đất có rễ cây sinh trưởng: để đạt năng suất 89 - 100 tạ/ha phải duy trì độ ẩm 70% vào thời kì từ lúc gieo đến lúc mọc 8 - 9 lá

và 80% vào thời kì 8 -9 lá đến lúc kết thúc hạt chín già

Ở Bungari những nơi có tưới nước, năng suất ngô đạt 116 tạ/ha đến 125 tạ/ha tùy theo giống ngô lai Ở Cộng hòa Liên bang Đức, tưới nước là biện pháp tất yếu để đạt năng suất cao

Ở Mỹ, cùng 1 lít nước tưới cho cây ngô người ta thu được một lượng sản phẩm có trị giá cao gấp 2 so với lúa mì, gấp 2,5 lần so với đại mạch, gấp 3-4 lần so với yến mạch và hắc mạch Chế độ bón phân kết hợp với độ màu mỡ, đổ ẩm đất và mật độ gieo đều ảnh hưởng lớn tới năng suất ngô hạt Nếu bón đủ phân khoáng nhưng không bảo đảm đủ nước trong thời gian sinh trưởng đầu năng suất giảm đi 25%, năng suất chất xanh giảm 40 % nếu không đủ nước trong thời gian sinh trưởng cuối thì năng suất giảm đi 40 - 52%

Các biện pháp trồng trọt bình thường chỉ đảm bảo giữ được nhiều nhất 30% lượng nước cần cho ngô, vì vậy việc tưới nước có tác dụng tăng năng suất rõ rệt, đặc biệt là đối với các giống ngô lai Các thí nghiệm cho thấy tưới phun lên lá là biện pháp tưới nước thích hợp nhất đối với ngô

Việc kết hợp tốt các biện pháp trên càng cao thì tiềm lực tăng năng suất các giống càng mạnh Các cơ sở trồng ngô ở bắc Capca (Nga) đã đạt năng suất bình quân là 70 - 80 tạ hạt/ ha,

là một trong các điển hình trồng ngô có năng suất cao

14 Rễ cây-phần

dưới mặt đất của cây

Dưới tác dụng

của auxin (tiếng La

tinh có nghĩa là tăng

Sống trong lòng đất, rễ cây phân chia điều hòa phần dự trữ nước trong đất Trong các vùng cây mọc nhiều, lòng đất chứa đầy rễ, thành từng khối hoàn chỉnh Các cây gỗ giữ một khoảng cách giữa cây này với cây khác, không chỉ ngọn cây mà cả rễ cây Giữa các hệ rễ của cây lớn còn có chỗ cho những cây nhỏ, cây bụi, các loại cỏ, các cây họ hòa thảo, cây hoa…tất

cả tạo nên một hệ thực vật tự nhiên

Nước là yếu tố quan trọng cho sự sinh trưởng Ở đầu mút của các rễ ta thấy ở đó có nguồn nước Sự sinh trưởng dừng lại ở đó Mỗi khi mưa rơi trên cây, nước chảy từng giọt từ bờ của tán lá, rơi xuống đất, nơi đó cây được vây quanh bằng một rãnh Trong đất, rễ cây vươn tới

Hình 9 Sơ đồ chiều dài rễ cây [21] Hình 10 Sơ đồ hoạt động của rễ [21]

rãnh đó để rút nước Theo dòng các giọt nước mưa rơi từ lá cây, cành cây ở trên mặt đất, ta có thể biết được vị trí và hình dạng của hệ rễ trong đất

Một rễ cây tìm được nước như con cọp tìm máu, thịt Nó có thể vươn dài hàng trăm mét như là các con ngựa mà tổ tiên nó đã chiến thắng trong các đồng cỏ nghèo nước Trong một vườn khô, các rễ cây bao quanh các bức tường nhà, hút nước xung quanh các ống dẫn, có trường hợp làm mòn cả ống gang, chắn và bịt kín nó như một cái nút

Bằng sự phân nhánh lập lại 2, 4, 8, 16, 32 lần v.v…rễ cây tạo thành một hệ thống ống hiển vi, nếu đặt nối tiếp nhau chiều dài của hệ rễ có thể cuốn nhiều vòng Trái đất Cây thông được xem là cây tiên phong cổ điển tạo nên rừng cây ở vùng khô, rễ chính của chúng sinh trưởng tới 200 rễ bên cấp 2 Mỗi rễ cấp 2 đó lại cho 200 rễ bên cấp 3 tiếp theo đó đến cấp 16…Ở cây thông rễ rất mịn bao phủ một phần nấm rễ, sống và hút nước Các nấm còn xâm nhập vào trong mô rễ, bảo vệ và cung cấp cho rễ các hợp chất nitơ mà nó dễ dàng hấp phụ và nhường các chất chủ yếu Các sợi nấm nhỏ hút nước Do đó mà các cây có nấm rễ sống được trong đất khô, trong khi đó rễ cây thiếu nấm rễ thì chết Trong nghề trồng rừng nấm rễ có lợi cho cây phát triển

Quan sát hoạt động hiển vi của rễ cây Bên trái, mỗi đầu mút của rễ cây, rễ tìm nước và và hấp thụ nó bằng sự thẩm thấu Trong cây các muối tạo nên dung dịch đậm đặc hơn bên ngoài đất,

cơ sở để lấy nước, đó là Mg, nguyên tố cơ bản của cây được dùng vào sự thẩm thấu nước: 1 phần

tử Mg cố định được 12 phân tử nước Các muối khác không cố định được nhiều nước bằng Mg

1 phân tử NaCl cố định 4 phân tử nước, một phân tử đường cố định 7 phân tử nước

Rễ cây không thỏa mãn thu nhận nước tiếp diễn ở đất đá Sau khi làm vỡ đất đá, sẽ thành những con đường về phía có nước Rễ làm vụn đất đá Các đầu mút rễ khá mạnh như hàm sư tử

dễ dàng làm nhỏ vụn các mảnh lớn, như con trăn, nó luồn các sợi nhỏ vào các khe rãnh, tập trung các muối ở đầu mút các “kênh rãnh” và trương phổng bởi sự thẩm thấu nước Áp suất nước bắt đầu phát huy tác dụng và làm vỡ các hòn đá đất cứng

Các miếng vụn tập trung đó dưới tác dụng hòa tan của rễ, tiết ra một dung dịch nhầy Các

rễ sinh ra các axit (axit cacbonic, axit nitric…) cùng các enzym tạo nên một “dịch tiêu hóa” góp phần vào việc tìm kiếm hút nước của rễ cây

thoát đi một lượng khá

lớn dự trữ nước trong cây,

cây sẽ chết Quả là một

“tai họa cần thiết”, vì nhờ

có lượng nước đi qua

thân, lá thoát ra ngoài sẽ

làm mát dịu nhiệt độ cây, Hình 11 Cây sinh ra và bảo vệ đất màu mỡ [21]

đảm bảo nhiệt độ bình thường của cây Mặt khác, sự thoát hơi nước xem như một lực đầu mút phía trên cùng của cây hỗ trợ cho sự hút nước ở đầu mút phía tận cùng của rễ

Bù lại sự mất nước do thoát hơi nước ở lá, rễ cây hút và dâng lên ở các mạch, trung bình một ngày tới 200 lít nước, ví dụ như cây Chà là ở ốc đảo thuộc sa mạc Sahara (Châu Phi) Nếu tính ở các ốc đảo ở sa mạc này, 10 triệu cây Chà là mỗi ngày cần tới 2 tỷ lít nước Trên Trái Đất cần bao nhiêu nước cho cây vì có biết bao nhiêu cây ngũ cốc? Bao nhiêu cây ăn quả? Bao nhiêu cây rừng? Bao nhiêu cây rau và cây hoa?

Cây cối trên quả Địa Cầu đã làm một công động học nhiều hơn tất cả động vật, người và máy móc cùng loại!

Rễ cây đã dâng lên qua cây xanh biết bao là nước, lớn hơn nhiều lần phần nước đi xuống

ở các sông, các thác nước

15 Tác dụng lâu dài của phân chuồng

Cho đến nay người ta vẫn còn bàn về thời gian tác dụng của phân chuồng Phooctumatôp cho rằng ở đất cát phân chuồng có tác dụng từ 1 - 3 năm, ở đất cát pha có tác dụng từ 5 - 6 năm, ở đất xám từ 9 - 10 năm, ở đất đen từ 12 - 18 năm

Nhiều ý kiến ở Nga cho rằng: tác dụng của phân chuồng xuất hiện trong năm đầu tiên đạt 60%, trong 3 năm sau phân còn tác dụng 13% Có thí nghiệm cho thấy đến năm thứ bảy năng suất các hạt cốc vẫn tăng 2,5 tạ, bằng 12% tổng số tăng năng suất

Ở Khaccôp năng suất lúa còn tăng từ 3 - 4 tạ/ha Ở Anh người ta đã bón phân chuồng liên tục trong 20 năm, mỗi năm 35 tấn/ha đến 7 - 8 năm sau tác dụng của phân vẫn chưa hết Tác dụng lâu dài của phân chuồng, đang được theo dõi nhưng người ta có kết luận bước đầu là : ở đất xám phân chuồng có tác dụng lâu từ 6 - 8 năm, ở đất đen có thể được 11 - 12 năm, đôi khi được 16 - 18 năm

16 Bón phân cung cấp thức ăn cho rễ chừng nào là đủ

Bộ rễ cây hút nước và các chất khoáng đưa lên lá để thực hiện quá trình quang hợp, hợp chất vô cơ của muối khoáng cùng nước, khí cacbonic thành chất hữu cơ Đó là đường, bột, chất đạm, chất béo, các vitamin

Rễ cây hút hầu hết các khoáng chất có trong tự nhiên với số lượng khác nhau tùy theo nhu cầu từng loại cây Các chất được hút nhiều gọi là các chất đa lượng (lượng lớn) vài phần trăm như C, H, O, N, S, P, K, một số gọi là vi lượng (lượng bé) vài phần nghìn, phần vạn như đồng, kẽm Các chất siêu vi lượng (vài phần triệu như bạc, vàng)

Như vậy là thức ăn của rễ rất đa dạng và phong phú chẳng khác gì động vật và người Các chất H và O rễ lấy từ nước, C từ CO2, còn các chất khác trong đất

Cần cung cấp thêm thức ăn cho cây phải bón phân vì lâu ngày nguồn thức ăn ở đất cạn kiệt dần Bón phân là động tác thêm chất cây cần, do vậy phải biết từng loại cây cần phân bón nào? Ở thời kì nào thì cây hấp thụ tốt nhất Số lượng và tỷ lệ các thành phần các thức ăn là bao nhiêu phải được tính toán đảm bảo sự cân bằng thì sự thu hoạch hoa, quả, hạt, lá, củ…(gọi là sản lượng) mới được cao, cây đủ chất cho bản thân và cung cấp tốt cho động vật và người

Muốn sản lượng cao các nguyên tố khoáng phải đảm bảo một sự cân bằng Trường hợp đói chất khoáng, cây không đủ thức ăn có thể rễ gầy yếu và bệnh tật Nhưng nếu bón nhiều phân vào đất cho cây, chẳng hạn nhiều phân đạm, nhiều nước tiểu…cây thừa thức ăn sẽ tích lại trong cây và ngoài đất cũng dư thừa, hay cây thải ra ngoài…làm cây bị chết sót vì phân bón giữ nước lại bên ngoài rễ, nước không vào cây làm rễ khô và chết dần Nhiều phân đạm, nitrat chẳng hạn (NO3), lượng nitrat cây không sử dụng hết sẽ biến đổi thành nitrit (NO2) sẽ kết hợp với các thức ăn trong cây, trong cơ thể người và động vật khi ăn các sản phẩm đó sẽ biến đổi tiếp thành nitrosamine là chất gây ung thư gan, dạ dày, thực quản hay gây các bệnh tim và bệnh

Vấn đề là bón vừa đủ, hợp lý các loại phân bón để cho cây sử dụng mới cho rau quả sạch,

an toàn cho tính mạng người và động vật Không để đói phân bón nhưng không phải cứ bón phân nhiều cho cây là mang lợi lớn Quá nhiều, quá no phân bón sẽ gây hại cho cây!

Ở Cộng hòa Liên bang Đức người ta sản xuất loại phân ure –Z chứa 32% đạm và ure – Z

- phôtphát có thêm photphorit Bón phân này vào mùa thu thì có tác dụng tốt hơn bón vào mùa xuân

Ở Nhật người ta dùng nhiều loại phân tác dụng chậm khác nhau VD loại izobutilendiure chứa 31% đạm dạng viên đường kính 0,7 – 2 mm không hút nước, cây đồng hóa được 50% đạm trong vòng 40 ngày của suốt vụ, tốc độ đồng hóa đều, ổn định, dùng cho lúa nước, cho hiệu quả cao

Loại phân có hiệu quả nhất trong các loại phân tác dụng chậm là cyclodioure Đó là loại phân do vi sinh vật phân giải Tùy theo nhiệt độ của đất mà phân bị phân giải khác nhau Phân

này chứa trên 30% đạm trong đó 28% là đạm hòa tan, còn phân photfuarili- dendiure chứa 28% đạm khó tan trong nước

Ngày nay việc sản xuất phân tác dụng chậm không chỉ thực hiện riêng rẽ ở từng quốc gia

mà có sự liên kết giữa các quốc gia khác nhau

Phân tác dụng chậm có giá thành còn đắt, nên trước mắt người ta chỉ sử dụng cho các cây cần bón đạm trong thời gian dài: cỏ (trên sân thể thao, ở các công viên hay ven đường) và các cây cảnh

Người ta còn bọc viên phân dễ tan bằng những chất khác nhau như paraphin, nhựa acrylic, vinilaxetat, polyetylen… Khi nhiệt độ đất tăng lên thì phân chuyển dần chất dinh dưỡng cho cây Phân bọc bằng sáp có thể cung cấp chất dinh dưỡng suốt 5 năm liền cho cây trồng

Phân amon sunphat trộn với nhựa đường và sáp ở dạng viên đường kính 2,5mm đến 9mm chứa 10 - 12% hydrat cacbon thích hợp nhất với vùng nhiều mưa

Viên phân được bọc bằng lưu huỳnh có ưu điểm là giá thành tương đối hạ, chất dinh dưỡng không bị giải phóng nhanh, bản thân lưu huỳnh cũng là chất dinh dưỡng Ở California các cây cốc sử dụng đạm ure bọc lưu huỳnh cho năng suất tốt gấp hai lần so với đạm amonnitrat và ure không bọc lưu huỳnh

Ở Nhật người ta thường dùng hỗn hợp sáp dầu hóa và polyetylen cũng như màng ure foocmaldehit để bọc phân hỗn hợp nên mưa khó rửa trôi do đó cây sử dụng được chất dinh dưỡng trong một thời gian dài

Đất trồng trọt không tơi xốp, nếu được bón mỗi hecta 1000 tấn tro này đất sẽ trở nên xốp hơn và rễ cây ít bị hư hại, năng suất củ cải và hoa màu tăng lên gấp vài lần

Đem bón bồ hóng vào đất cát sẽ làm cho đất tăng được khả năng giữ nước Việc kết hợp bón bồ hóng với phân lân rất có tác dụng với việc phục hồi trồng trọt ở những bãi thải khoáng sản, cho phép cây trồng phát triển trên đất ấy một cách tốt đẹp

19 Phân hỗn hợp lỏng và việc trồng cây không cần đất

Chúng ta thường nghĩ rằng cây lớn lên được là do nó lấy một lượng thức ăn rất lớn từ đất nhưng trên thực tế không phải hoàn toàn như vậy Những cây rừng có bộ rễ cắm sâu xuống đất cát cằn cỗi mà vẫn tươi tốt chính là nhờ tán lá của chúng đã hút thức ăn từ không khí để nuôi

cơ thể, còn từ đất cát cằn cỗi cây không thể lấy được nhiều nhựa sống như vậy

Cách đây hơn 300 năm, nhà nghiên cứu Hà Lan Van Hem- mông đã trồng 1 cây liễu con trong một chậu đất không bón phân mà chỉ tưới nước thôi, mặt đất được che kín để tránh

nước bốc hơi Vậy mà sau 5 năm cây liễu từ 2kg đã lớn thành cây nặng thêm 75 kg còn đất cân lại chỉ mất 57g Như vậy là cây có thể lấy thức ăn từ lá cây

Ngày nay người ta không chỉ tưới nước và bón phân qua rễ cây mà còn tưới và bón phân qua bộ lá nữa

Gần đây người ta vừa sản xuất được một loại phân hỗn hợp lỏng Vuxal, có tỉ lệ nước : photpho : kali là 9:9:7, ngoài ra trong phân Vuxal còn có các dạng muối khác, như các nguyên

tố vi lượng( sắt, đồng, mangan, kẽm, coban, kền …) và các chất sinh trưởng, các thuốc trừ sâu…

Dùng các loại phân này phun lên lá cho cây trồng và cây ăn quả đều đạt được năng suất cao Phân Vuxal có thể tan trong nước cứng hay bất cứ loại nước nào có pH không thích hợp Phân Vuxal có hiệu quả lớn nhất khi pha thành dung dịch có độ đậm đặc 0,5-10% và dùng trên mỗi hecta cho 1 lit dung dịch đó Nhiều nước đã dùng loại phân lỏng Vuxal này cùng với nhiều loại thuốc trừ sâu để tăng năng suất cây trồng

Người ta đã xác nhận rằng cây chỉ lấy trong đất một khối lượng nhỏ chất dinh dưỡng để sống, còn đất chủ yếu là chỗ dựa cho rễ cây bám chắc và phát triển Muốn cho cây trồng thoát khỏi ảnh hưởng của đất khi đất không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của cây người ta đã có nhiều công trình nghiên cứu tìm “nền nhân tạo” có khả năng ngậm nước và chất dinh dưỡng cung cấp cho hoạt động sống của cây

Từ năm 1699, Utoa đã nghiên cứu cách trồng cây trong dung dịch chứa đầy đủ các chất khoáng; đến năm 1758, Mônxô làm lại thí nghiệm trồng cây trong dung dịch hòa tan phân bón

và tiếp theo đó là nhiều công trình nghiên cứu trồng cây trên các nguyên liệu ngậm nước như bột lưu huỳnh, dăm bào, cát thạch anh, gạch nghiền nhỏ, than bùn…người ta nhận thấy cây vẫn phát triển bình thường

Từ năm 1921- 1929 nhiều người đã trồng hoa và rau trên nền cát trong nhà kính Năm

1936 hình thức trồng cây trên nền đá sỏi và đá dăm được phổ biến trong các trạm nông nghiệp của nhiều nước khác

Sau đại chiến thứ 2, kĩ thuật trồng cây trên nền than bùn được đặc biệt chú trọng, vì nó đem lại lợi ích lớn mà lại rẻ tiền Năm 1955 trong hội nghị lần thứ 14 về ngành trồng hoa, các nhà nghiên cứu trồng cây trên nền nhân tạo đã thành lập “ Hội quốc tế những người trồng cây không cần đất”

Ngày nay việc trồng cây trên nền nhân tạo đã trở thành phương pháp áp dụng trong các

cơ sở trồng trọt lớn có tính chất công nghiệp Cây cối và rau xanh đã có thể mọc được ở những nơi không có đất trồng trọt, trên các đảo hoang đầy cát sỏi, ở các thành phố công nghiệp thiếu đất, trong các nhà kính vùng giá rét hay ở vùng sa mạc nóng bỏng

Tại các nơi trồng cây theo phương pháp này dung dịch dinh dưỡng được dẫn bằng các đường ống từ các bể xi măng, ở đó có máy bơm oxy còn nhiệt độ độ ẩm được điều chỉnh theo ý muốn và ánh sáng nhân tạo được chiếu từ các đèn cực mạnh Cây cối phát triển mạnh mẽ và cho năng suất cao, vì ở điều kiện trồng trọt này cây không phải cạnh tranh với cỏ dại đồng thời

có thể ngăn chặn kịp thời sự xuất hiện của sâu bệnh, nước không bị lãng phí như khi trồng trên

ruộng đồng, chất dinh dưỡng được cung cấp một cách chủ động, không phụ thuộc vào thời tiết

và có thể trồng quanh năm Có thể trồng cây nhiều tầng trong các chậu nhựa…

Theo Đơ kin (1954) và Lucô (1956) cà chua trồng trên nền đá sỏi tăng năng suất 37 - 40%, thu hoạch sớm 14 ngày và giá thành lại giảm 14% so với cách trồng trọt thông thường Trồng cây trên nền nhân tạo đã được áp dụng rộng rãi ở Anh, Đan mạch, Hà Lan, Bỉ, Ý… và nhiều nước khác Ở Ý người ta đã trồng 20 hecta cà chua trên nền nhân tạo trong nhà kính và ngoài trời Vùng Crưm (Nga) đã có nhà trồng rau trên mấy chục hecta Ở sa mạc Sahara bằng cách “trồng cây không cần đất” người ta đã tự túc được cà chua, bắp cải, củ cải, ngô và lạc Ở Rođedia Bắc diện tích trồng khoai tây và rau trong vùng mỏ đồng đạt tới 8000

m2, còn ở vùng ngoại ô Tokyo có diện tích trồng rau trên nền nhân tạo tới 46 hecta, diện tích lớn nhất thế giới

Hiện nay ở nhiều nước trên thế giới người ta dùng than bùn làm nền trồng cây nhân tạo

vì dùng loại nguyên liệu này dễ cải tiến điều kiện sản xuất và giảm nhẹ được vốn đầu tư đối với cây trồng

20 Dẫn nước thải và phân chuồng lỏng ra ruộng

Dùng nước thải từ các trại chăn nuôi gia súc dẫn ra đồng tưới cho các ruộng ngô thường không gây hiện tượng tích tụ đạm nitrat và muối trong đất Người ra xây dựng các bể chứa và ruộng bậc thang để giữ nước thải với mục đích chủ yếu là để các phân tử rắn trong nước thải lắng xuống Sau thời gian để lắng, nước thải được tháo từ bể chứa sang các hệ thống tưới hoặc trực tiếp đưa vào các rãnh Sau khi tháo hết nước để bể cho khô và các chất lắng được dọn sạch Việc tưới bằng nước thải nói trên không làm thay đổi rõ rệt kết cấu của chất lỏng

Các dạng phân lỏng ở các chuồng nuôi súc vật cũng được chứa vào các thùng lớn, có máy khuấy trộn đều, được đưa ra đồng và tưới cho cây bằng cách “phun kiểu tầm xa di động” trên lá Người ta có thể điều chỉnh và phun xa tới 66 m và lượng tưới 3-12 mm Khi gió có vận tốc 6 - 9,5 km/h thì ở cách xa thiết bị phun 180 m không thấy bị ô nhiễm, còn khi gió mạnh hơn 13 – 19 km/h ở khoảng cách đó thì người ta thấy có sự ô nhiễm không đáng kể

21 Chất dẻo cũng làm cho đất tơi xốp

Gần đây các nhà bác học đã nghĩ cách làm cho đất không nén chặt, giúp cây dễ dàng hoạt động trong đất, không làm hại đến cấu tượng của đất Từ các loại bao túi mỏng polyeste bỏ đi hoặc các loại phế liệu chất dẻo khác, người ta chế các hạt”polytron” đặc biệt Khi đem bón vào đất, các hạt này có tác dụng làm tơi đất ngăn chặn được hiện tượng xói mòn và sự hình thành lớp váng trên mặt đất, đồng thời có tác dụng tốt đối với hạt giống nảy mầm

Nhiều thí nghiệm ở Mỹ cho thấy rằng, chỉ cần bón một lần các hạt polytron nói trên là đủ đảm bảo cải thiện kết cấu của đất trồng trong vài năm và tăng được 60% sản lượng thu hoạch của các loại cây trồng

22 Lá cây lấy phân bón dùng ngay cho hoạt động sống

Cây lấy thức ăn qua các dạng phân bón từ rễ rồi đưa lên lá tạo nên chất hữu cơ theo con đường đi dài hơn so với sự tiếp nhận phân bón từ lá có thể dùng ngay cho việc tạo chất hữu cơ, cần cho mọi hoạt động sống

Ở các vùng sa mạc khô cằn thiếu nước, thiếu chất khoáng chỉ toàn cát sỏi thế mà rừng cây vẫn tươi tốt Bởi chính lá cây đã lấy thức ăn (khí cacbonic) trong không khí để nuôi cây Thực ra cây lấy trong đất một phần nhỏ chất dinh dưỡng chuyển lên lá, còn đất làm chỗ dựa cho cây bám chắc và phát triển Trong nông nghiệp đã dùng các “nền nhân tạo” (thay cho đất) có độ ngậm nước và lưu giữ chất khoáng cao tránh sự rửa trôi và dùng các dạng phân lỏng Vuxal có tỷ lệ nước: photpho: kali là 9: 9: 7, thêm một số phân vi lượng (sắt, đồng, kẽm, mangan) và chất kích thích sinh trưởng và thuốc trừ sâu bệnh Phân Vuxal phun lên lá cây ăn quả, cây sớm ra hoa và nhanh đậu quả, năng suất cao vì loại phân bón lên lá không bị hao phí, không bị rửa trôi thấm vào lòng đất, không bị cỏ dại cạnh tranh Một ha cây trồng dùng 100 lít dạng phân lỏng này cho năng suất cao

Phân bón lên lá không bị lãng phí, chất dinh dưỡng được cung cấp trực tiếp đến nơi tổng hợp chất hữu cơ, không phụ thuộc vào thời tiết, có thể phun cho cây trồng quanh năm Trong nhà kính có thể trồng cây nhiều tầng lớp, tiết kiệm diện tích đất trồng Trồng cà chua bằng nền

đá sỏi, phun phân lỏng lên lá đã làm tăng năng suất 37–40%, thu hoạch sớm nửa tháng, giá thành hạ đi 14% so với trồng trên đất thường

Dùng phân lỏng phun lên lá đã được dùng rộng rãi ở nhiều nước (Anh, Đan Mạch, Hà Lan,

Bỉ, Pháp, Nhật, Đức, Séc, Nga…) Sa mạc Sahara (Châu Phi) đã tự túc được cà chua, cải bắp, ngô, lạc và cả hoa Vùng mỏ đồng Rođedia Bắc đã có khoai tây và rau dùng cho cuộc sống

Trồng rau sạch phân bón lỏng qua lá dễ kiểm soát, đảm bảo rau quả tươi ăn không hại sức khỏe

Tại các vùng trồng cây theo phương pháp phun trên lá: dung dịch nuôi cây được dẫn bằng đường ống từ các bể chứa, ở đó có máy bơm oxy, ánh sáng chiếu bổ sung, máy khuấy trộn đều phân hoà tan và phun tưới bằng cách phun tầm xa di động Có thể điều chỉnh phun xa tới 66 m với lượng tưới phun mưa 9 – 12 mm

Lá vừa nhận phân bón lỏng, vừa sản xuất chất hữu cơ một chức năng kiêm cả đầu vào lẫn đầu ra với năng suất và hiệu quả cao

Ở Việt Nam trong phương pháp trồng thủy canh, phun nước và phân hoà tan lên lá đã được dùng sản xuất rau sạch và trồng cây ăn quả

23 Dinh dưỡng nitơ ở cây xanh - sự thích nghi đặc biệt

Cây xanh có thể hấp thụ trực tiếp nitrat và amon từ môi trường xung quanh Nguồn nitrat

và amôn thường do vi sinh vật đất chuyển hoá các sản phẩm hữu cơ, chất thải của sinh vật, sản phẩm từ tự nhiên hay do con người chế tạo

Amon, khi cây hấp thụ, được amin hoá trực tiếp tạo thành các axit amin cần thiết cho cây Nitrat khi vào cây theo con đường qua rễ hay qua lá kích thích sự tạo enzym nitratreductaza - một enzym cảm ứng đặc biệt được hình thành nhanh chóng khi có mặt nitrat

Sự hoạt động tích cực của nitratreductaza chứa Mo và nguồn chất cho điện tử luôn sẵn có trong

tế bào thực vật, nitrat được chuyển hoá thành nitrit rồi qua một số chặng đường và cuối cùng tạo ra amon

Trong tế bào thực vật luôn có sự chuyển hoá tinh tế các sản phẩm chứa nitơ sao cho phù hợp với nhu cầu sử dụng phục vụ quá trình sinh trưởng Chẳng hạn, sự chuyển vị amin giúp cho tế bào

có được những axit amin cần thiết nhất từ các axit amin đã có, quá trình amit hoá rất chủ động dự trữ nitơ để sau đó cung cấp cho quá trình tổng hợp mới các axit amin và protein, đồng thời cũng là

cơ chế quan trọng bảo vệ tế bào khỏi độc do tích tụ lượng lớn amoniac

24 Triển vọng sử dụng ni tơ khí quyển ở thực vật

Nitơ được nhà khoa học Scotland D.Rutherford phát hiện năm 1772 như là chất khí không duy trì sự hô hấp và sự cháy Nitơ phân tử chiếm 75,6% khối lượng không khí trong khí quyển với dự trữ 4.1015

tấn Tuy nhiên, cây không sử dụng trực tiếp được khí này mà chỉ hấp thụ được nitơ ở dạng liên kết (NH4+, NO3-) nhờ các vi khuẩn chuyển hoá thành

Trong quá trình sinh trưởng, cây cần nhiều hợp chất chứa nitơ: protein, axit nucleic, các hợp chất giàu năng lượng (ATP, ADP, GTP, UTP ) các enzym, coenzym (FAD, NADP, CoA ), các phytohoocmon (auxin, xitokinin ) Tuy nhiên hàm lượng các chất này trong cây thường thiếu hụt Sự đói nitơ ngày nay càng trở nên trầm trọng khi sự xói mòn, rửa trôi diễn ra ngày một thường xuyên hơn do không bảo vệ được môi trường, trong khi việc cung cấp phân bón nitơ sản xuất công nghiệp còn bị hạn chế rất nhiều

Một số loài cây nhờ cộng sinh với vi khuẩn có thể sử dụng được một phần nitơ phân tử cho cuộc sống Hiện nay đã biết được trên 190 loài cây có khả năng cộng sinh với vi khuẩn,

phổ biến và quan trọng nhất là vi khuẩn Rhizobium ở rễ cây họ Đậu, vi khuẩn lam ở bèo dâu

Nhờ sự cộng sinh này mà dòng hydro và dòng năng lượng ATP được huy động từ cây chủ với

sự có mặt của enzym nitrogenaza của vi khuẩn đã lôi kéo được nitơ từ không trung xuống đất làm thức ăn cho cây

Leghemoglobin màu hồng có trong nốt sần cây họ đậu, có cấu trúc giống hemoglobin trong máu động vật, có vai trò điều tiết lượng 02 cần thiết cho vi khuẩn và tế bào nốt sần lại vừa đảm bảo điều kiện kỵ khí cho các phản ứng khử xảy ra Leghemoglobin chỉ sinh ra khi vi

khuẩn cộng sinh ở rễ cây họ đậu, do đó khi nuôi tinh khiết Rhizobium sẽ không tạo ra được

leghemoglobin

Nghiên cứu thành công về gen điều khiển sự cố định nitơ ở vi khuẩn sẽ mở ra triển vọng

sử dụng nitơ khí quyển cho toàn bộ giới thực vật

25 Tín hiệu cộng sinh ở thực vật và vi khuẩn nốt sần

Nhu cầu về đạm đối với cây họ Đậu dẫn tới nhu cầu cộng sinh của loại cây này với vi

khuẩn Rhizobium Khi trong đất có Rhizobium, nhận được tín hiệu hoá học do rễ cây họ Đậu

tiết ra là flavonoit, betain, các vi khuẩn tìm đến rễ và xâm nhập vào rễ Sự phát triển nốt sần liên quan đến gen đặc biệt gọi là nodulin (nod) Các gen nodulin chung như nod A, B, C đã tìm

thấy trong tất cả các chủng Rhizobium, các gen đặc hiệu - chủ nod P, Q, H hoặc F, E, L là những khác biệt giữa các loài Rhizobium Chỉ có gen nod D điều hoà là được biểu hiện về mặt

cấu trúc và sản phẩm protein của nó điều tiết sự phiên mã các gen nod khác Các chất như

flavonoit, betain hoạt hoá protein nod D của Rhizobium sau này protein đó cảm ứng phiên mã

các gen nod khác Các tác nhân nod được vi khuẩn sinh ra như là tín hiệu của sự cộng sinh

26 Cuộc sống của cây xanh không thể thiếu nguyên tố vi lượng

Nguyên tố vi lượng tuy chỉ có hàm lượng rất nhỏ trong cây nhưng chúng thực hiện các chức năng cực kỳ quan trọng trong quá trình trao đổi chất Nguyên tố vi lượng tham gia vào quá trình tổng hợp sắc tố, kích thích hoạt động của sắc tố, tham gia vào quá trình quang hợp,

hô hấp Sự có mặt của nguyên tố vi lượng trong cấu trúc enzym là cơ hội để chúng thể hiện vai trò đặc biệt của chúng trong trao đổi chất Do tham gia vào cấu trúc trung tâm hoạt động của enzym, nguyên tố vi lượng có thể làm bền vững cấu hình của phân tử protein, kích thích hoạt động của trung tâm, có thể làm thay đổi cấu trúc điện tử làm cho giảm năng lượng hoạt hoá của

cơ chất làm cho chúng dễ tham gia vào các phản ứng enzym Nguyên tố vi lượng còn ảnh hưởng đến tính đặc thù của enzym trong các phản ứng sinh hoá Ở trong cơ thể thực vật hầu hết các nguyên tố vi lượng ở dạng liên kết phức chất với các chất hữu cơ, vì thế hoạt tính của nguyên tố vi lượng và chất hữu cơ đều tăng lên nhiều lần

Ngày nay, các giống cây đặc sản của các địa phương khi đem trồng sang vùng khác có điều kiện khí hậu tương tự nhưng chúng không giữ được chất lượng, hương vị như vùng nguyên sản mặc dù đã được chăm sóc rất cẩn thận Có nhiều nhà khoa học đã cho rằng, rất có thể sử dụng các nguyên tố vi lượng sẽ là chìa khoá để giải mã sự khác biệt này, và do vậy có thể mở ra một khả năng mới cho trồng trọt

27 Đặc điểm trao đổi chất ở rễ cây

Rễ là cơ quan hút nước và khoáng cung cấp cho toàn bộ cơ thể thực vật Trong quá trình sống, rễ hoạt động không mệt mỏi, không chỉ đóng vai trò là một hệ thống hút và dẫn nước, dẫn chất khoáng mà còn hết sức chủ động, tinh tế tiếp nhận, sắp xếp, chế tạo chất dinh dưỡng

và gửi thông tin cho các bộ phận của cây về trạng thái hoạt động của chúng

Trong quá trình sống, các chất tổng hợp được vận chuyển tới rễ như sacaroza, axit hữu

cơ, axit amin, cung cấp cho nhu cầu sinh trưởng của rễ Sacaroza từ lá xuống rễ thường bị phân giải thành gluco, fructoza nhờ enzym invertaza Các đường đơn này tham gia tạo nên các hợp chất cao phân tử của vách tế bào (xenluloza, hemixenluloza, pectin), tổng hợp tinh bột dự trữ

và một phần sử dụng trong hô hấp để sản sinh ATP cho quá trình hoạt động hút khoáng, hút nước của rễ

Các axit hữu cơ chuyển tới rễ được sử dụng trong chu trình chuyển hoá của hô hấp và là chất nhận amon để tạo các axit amin Phần nhiều axit amin được tổng hợp trong miền lông hút

Sự tổng hợp axit amin biến đổi theo tuổi của cây và đạt cực đại vào thời kỳ ra hoa Các axit amin tạo ra ở rễ sẽ được sử dụng một phần cho tổng hợp chất hữu cơ tại rễ, phần còn lại được chuyển lên thân lá theo dòng nước Axit H2CO3 và ion H+ đuợc tích trữ nhiều ở rễ tham gia vào quá trình trao đổi chất khoáng với môi trường Trong rễ chứa một số vitamin (B1, B6, PP, C)

và các chất điều hoà sinh trưởng (xitokinin, ABA, giberelin) và ancaloit tham gia vào quá trình trao đổi chất ở đây, giúp rễ sinh trưởng, đồng thời chúng được vận chuyển tới thân để điều tiết quá trình trao đổi chất Một số chất còn là tín hiệu hoá học để thông báo về trạng thái chế độ nước của

Chỉ có thể thừa nhận một chất nào đó là cần thiết khi thiếu nó cây không sinh trưởng và lớn lên được Bằng cách lần lượt loại bỏ từng chất trong số các chất đã tìm thấy trong cây, ta sẽ biết chất nào nhất thiết phải có mặt, không thể thiếu trong thức ăn nuôi cây được rễ mang vào

Đó là phương pháp trồng cây nhân tạo, không cần đất, chỉ trồng trong môi trường nước, hay cát sỏi, bột đá nghiền, bi thủy tinh: trộn các chất khoáng bắt buộc cần cho cây vào môi trường trên, cây vẫn mọc tốt ra hoa, kết quả Có thể phun các chất khoáng lên lá cây và rễ cho cây hấp phụ Bằng phương pháp này trên diện tích nhà kính có thể treo các loại cây thành nhiều tầng, nhiều bậc, nhiều loại cây trên diện tích hẹp đó mà vẫn thu được nhiều loại rau quả cần thiết Ta

Hình 12 Hậu quả của sự thiếu nguyên tố khoáng khi nuôi cây trong dung dịch

dinh dưỡng [20]