Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

- Nước tự do: chứa trong các thành phần của tế bào, trong các khoảng gian bào, trong các mạch dẫn… không bị hút bởi các phân tử tích điện hay dạng liên kết hoá học.. - Bộ rễ do nhiều loạ

Chuyên đề: TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ KHOÁNG Ở THỰC VẬT

A KIẾN THỨC CƠ BẢN

I TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT

1 Vai trò nước

1.1 Các dạng nước trong cây và vai trò của nó

- Trong cây có 2 dạng nước chính: nước tự do và nước liên kết

- Nước tự do: chứa trong các thành phần của tế bào, trong các khoảng gian bào, trong các mạch

dẫn… không bị hút bởi các phân tử tích điện hay dạng liên kết hoá học

Vai trò: làm dung môi, làm giảm nhiệt độ cuả cơ thể khi thoát hơi nước, tham gia một số quá

trình trao đổi chất, đảm bảo độ nhớt cuả chất NS, giúp quá trình TĐC diễn ra bình thường trong

cơ thể

- Nước liên kết: liên kết với các phần tử khác trong tế bào Mất các đặc tính lí, hoá, sinh học

cuả nước

Vai trò: đảm bảo độ bền vững cuả hệ thống keo trong chất nguyên sinh cuả tế bào.

1.2 Nhu cầu nước đối với thực vật

Cây cần một lượng nước rất lớn trong suốt đời sống cuả nó

VD: Một cây ngô tiêu thụ 200kg nước, một hécta ngô trong suốt thời kỳ sinh trưởng đã cần tới

8000 tấn nước Để tổng hợp 1g chất khô, các cây khác nhau cần từ 200g đến 600g nước

2 Cơ chế vận chuyển nước trong cây

2.1 Đặc điểm cuả bộ rễ liên quan đến quá trình hấp thụ nước

- Cơ quan hút nước cuả cây là rễ

- Bộ rễ do nhiều loại rễ tạo thành, trên mỗi mm2 bề mặt rễ lại có tới hàng trăm lông hút (hình thành từ tế bào biểu bì rễ)

- Các dạng nước tự do và dạng nước liên kết không chặt có trong đất được lông hút hấp thụ một cách dễ dàng nhờ sự chênh lệch về áp suất thầm thấu

2.2 Cơ chế hấp thụ nước ở rễ

Nước được hấp thụ liên tục từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế thụ động (thẩm thấu): đi

từ môi trường nhược trương vào môi trường ưu trương trong tế bào lông hút cây nhờ sự chênh lệch áp suất thẩm thấu

2.3 Con đường hấp thụ nước ở rễ

- Theo 2 con đường:

+ Con đường gian bào: Từ lông hút → khoảng gian bào → mạch gỗ

Đặc điểm: Nhanh, không được chọn lọc

+ Con đường tế bào chất: Từ lông hút → tế bào sống → mạch gỗ

Đặc điểm: Chậm, được chọn lọc

2.4 Cơ chế dòng nước một chiều từ đất vào rễ lên thân

a Cấu tạo của mạch gỗ.

- Mạch gỗ gồm các tế bào chết được chia thành 2 loại: quản bào và mạch ống

- Các tế bào cùng loại không có màng và các bào quan tạo nên ống rỗng dài từ rễ đến lá- Dòng vận chuyển dọc

Các tế bào xếp sát vào nhau theo cách lỗ bên của tế bào này khớp với lỗ bên của tế bào kia -Dòng vận chuyển ngang

- Thành mạch gỗ được linhin hóa tạo mạch gỗ bền chắc

b Thành phần của dịch mạch gỗ.

Thành phần chủ yếu gồm: Nước, các ion khoáng, ngoài ra còn có các chất hữu cơ được tổng hợp ở rễ

c Động lực đẩy dòng mạch gỗ

- Lực đẩy(Áp suất rễ)

- Lực hút do thoát hơi nước ở lá

- Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch gỗ

3 Sự thoát hơi nước ở lá

3.1 Ý nghĩa sự thoát hơi nước

- Thoát hơi nước là động lực trên cuả quá trình hút nước

- Thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ bề mặt lá

- Khi thoát hơi nước thì khí khổng mở, đồng thời khí CO2 sẽ đi từ khí khổng vào lá , đảm bảo cho quá trình quang hợp thực hiện bình thường

3.2 Con đường thoát hơi nước ở lá

a) Con đường qua khí khổng

Đặc điểm:

- Vận tốc lớn

- Được điều chỉnh bằng việc đóng, mở khí khổng

b) Con đường qua bề mặt lá – qua cutin

Đặc điểm:

- Vận tốc nhỏ

- Không được điều chỉnh

3.3 Cơ chế điều chỉnh thoát hơi nước.

a) Các phản ứng đóng mở khí khổng:

- Phản ứng mở quang chủ động

- Phản ứng đóng thủy chủ động

b) Cơ chế đóng mở khí khổng: Khí khổng gồm có 2 tế bào đóng (tb kèm) Mép trong của tế

bào khí khổng rất dày, mép ngoài mỏng, do đó:

- Khi tế bào khí khổng trương nước khí khổng mở rất nhanh

- Khi tế bào khí khổng mất nước khí khổng đóng lại cũng rất nhanh

* Nguyên nhân:

+ Khi cây chiếu sáng, lục lạp trong tế bào tiến hành QH làm thay đổi nồng độ CO2 và pH Kết quả, hàm lượng đường tăng -> tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào -> 2 tế bào khí khổng hút nước và khí khổng mở ra

+ Hoạt động cuả các bơm ion ở tế bào khí khổng -> làm thay đổi áp suất thẩm thấu và sức trương nước cuả tế bào

+ Khi cây bị hạn, hàm lượng ABA trong tế bào khí khổng tăng lên -> kích thích các bơm ion hoạt động -> các kênh ion mở -> các ion bị hút ra khỏi tế bào khí khổng -> áp suất thẩm thấu giảm -> sức trương nước giảm -> khí khổng đóng

4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trao đổi nước và cân bằng nước

4.1 Ánh sáng

Là tác nhân gây mở khí khổng

4.2 Nhiệt độ

- Ảnh hưởng đến hấp thụ nước ở rễ (do ảnh hưởng đến sinh trưởng và hô hấp ở rễ) và thoát hơi nước ở lá (do ảnh hưởng đến độ ẩm không khí)

4.3 Độ ẩm đất và không khí

- Độ ẩm đất càng cao thì sự hấp thụ nước càng tốt

- Độ ẩm không khí càng thấp thì sự thoát hơi nước càng mạnh

4.4 Dinh dưỡng khoáng

- Hàm lượng khoáng trong đất càng cao thì áp suất dung dịch đất càng cao  hấp thụ nước càng giảm

4.5 Cân bằng nước cuả cây trồng

Cân bằng nước: là sự tương quan giữa quá trình hấp thụ nước và quá trình thoát hơi nước.

4.6 Tưới nước hợp lí cho cây

- Căn cứ vào chỉ tiêu sinh lý về chế độ nước cuả cây trồng: sức hút nước cuả lá, nồng độ áp suất thẩm thấu cuả dịch bào, trạng thái cuả khí khổng, cường độ hô hấp cuả lá … để xác định thời điểm cần tưới nước

- Căn cứ vào nhu cầu cuả từng loại cây, tính chất vật lý, hoá học cuả từng loại đất và đk môi trường cụ thể để xác định lượng nước cần tưới

- Cách tưới phụ thuộc vào nhóm cây trồng khác nhau và phụ thuộc vào các loại đất

II TRAO ĐỔI KHOÁNG Ở THỰC VẬT

1 Cơ chế hấp thụ khoáng

1.1 Hấp thụ thụ động

- Các nguyên tố khoáng khuếch tán theo sự chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp

- Các ion khoáng hoà tan trong nước và vào rễ theo dòng nước

- Các ion khoáng hút bám trên bề mặt các keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với nhau khi có sự tiếp xúc giữa rễ và dd đất Cách này gọi là hút bám trao đổi

1.2 Hấp thụ chủ động

- Phần lớn các chất khoáng được hấp thụ vào cây theo cách chủ động Tính chủ động được thể hiện ở tính thấm chọn lọc cuả màng sinh chất và các chất khoáng cần thiết cho cây đều được vận chuyển trái với quy luật khuếch tán, nghĩa là nó vận chuyển từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao ở rễ

- Vì cách hấp thụ này mang tính chọn lọc và ngược với građien nồng độ nên cần có sự tham gia cuả ATP và chất mang

2 Con đường hấp thụ khoáng

- Muối khoáng được hấp thụ vào rễ theo dòng nước bằng hai con đường:

+ Con đường qua thành tế bào - gian bào: Nhanh, không được chọn lọc

+ Con đường qua chất nguyên sinh - không bào: Chậm, được chọn lọc

- Muối khoáng được vận chuyển chủ yếu theo mạch gỗ từ dưới lên do sự chênh lệch nồng độ các chất và được vận chuyển thụ động theo dòng nước

3 Vai trò của các nguyên tố khoáng

3.1 Vai trò cuả các nguyên tố đại lượng

- Vai trò cấu trúc tế bào

- Là thành phần cấu tạo nên các đại phân tử

- Ảnh hưởng đến tính chất hệ thống keo trong chất NS.

3.2 Vai trò cuả các nguyên tố vi lượng

- Là thành phần không thể thiếu được ở hầu hết các enzim

- Hoạt hoá cho các enzim

- Liên kết với các chất hữu cơ tạo thành hợp chất hữu cơ – kim loại (hợp chất cơ kim) Hợp chất này có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất

VD: - Cu trong xitôcrôm

- Fe trong EDTA (êtilen đimêtyl têtra axêtíc)

- Co trong vitamin B12

4 Trao đổi nitơ ở thực vật

4.1 Nguồn nitơ cho cây

- Có 4 nguồn cung cấp nitơ cho cây:

+ N2 cuả khí bị oxi hoá dưới điều kiện nhiệt độ, áp suất cao

+ Quá trình cố định nitơ khí quyển

+ Quá trình phân giải cuả các vi sinh vật

+ Nguồn phân bón dưới dạng amôn và nitrat

4.2 Vai trò cuả nitơ đối với đời sống thực vật

+ Vai trò cấu trúc: Nitơ là thành phần của hầu hết các hợp chất trong cây (prôtêin, axit nuclêic…) cấu tạo nên tế bào, cơ thể

+ Vai trò điều tiết: Tham gia thành phần của các enzim, hoocmôn… điều tiết các quá trình sinh lí, hoá sinh trong tế bào, cơ thể

4.3 Quá trình chuyển hoá nitơ trong đất

- Qúa trình amôn hóa:

VK amôn hóa

Chất hữu cơ NH4+

- Quá trình nitrat hóa:

Nitrosomonas Nitrobacter

NH4 NO2- NO3

-* Lưu ý: Trong đất còn xảy ra quá trình chuyển hóa NO3- → N2 (quá trình phản nitrat hóa) gây mất nitơ trong đất

VSV kị khí

NO3- N2

Để ngăn chặn sự mất mát nitơ cần đảm bảo độ thoáng cho đất, tăng pH …

4.4 Quá trình cố định nitơ phân tử

- Thực chất: Đây là quá trình khử nitơ khí quyển thành dạng nitơ amôn: N2 -> NH4+

- Đối tượng thực hiện:

+ Các vi khuẩn tự do: Azotobacter, Clostridium, Anabaena, Nostoc, …

+ Các vi khuẩn cộng sinh: Rhizobium trong nốt sần rễ cây họ Đậu, Anabaena azollae trong bèo hoa dâu

- Cơ chế:

2H 2H 2H

NN NH=NH NH2-NH2 NH3

+ Điều kiện:

- Yếm khí

- Lực khử mạnh

- Có enzim nitrogeneza

- Cần có ATP

5 Ảnh hưởng của các nhân tố môi trường đến quá trình trao đổi khoáng và nitơ

a Ánh sáng

Ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ khoáng thông qua quá trình quang hợp và trao đổi nước của cây 2 độ ẩm của đất:

b Nước

- Nước tự do trong đất giúp hoà tan ion khoáng

- Hệ rễ sinh trưởng tốt, tăng diện tích tiếp xúc và hút bám của rễ

c Nhiệt độ

Khi tăng nhiệt độ trong một giới hạn nhất định, thì quá trình hấp thụ chất khoáng và nitơ tăng

d Độ pH của đất

- pH ảnh hưởng đến sự hoà tan khoáng

- pH ảnh hưởng đến sự hấp thụ chất khoáng của rễ

- pH phù hợp nhất từ 6 - 6,5

e Độ thoáng khí

- Cacbonic: Ảnh hưởng đến trao đổi ion khoáng bám trên bề mặt keo đất

- Oxy: Ảnh hưởng đến hô hấp và áp suất thẩm thấu nên ảnh hưởng đến tiếp nhận nước và các chất dinh dưỡng

6 Phân bón với năng suất cây trồng và môi trường

6.1 Bón phân hợp lí và năng suất cây trồng

Bón phân hợp lí là bón đúng loại, bón đủ lượng (căn cứ vào nhu cầu dinh dưỡng của cây, khả năng cung cấp của đất, hệ số sử dụng phân bón), đúng thời kì (căn cứ vào dấu hiệu bên ngoài của lá cây), đúng cách (bón thúc hoặc bón lót; bón qua đất hoặc qua lá)

6.2 Các phương pháp bón phân

- Bón phân qua rễ (bón vào đất): dựa vào khả năng của rễ hấp thụ ion khoáng từ đất Gồm bón lót và bón thúc.

- Bón phân qua lá: dựa vào sự hấp thụ các ion khoáng qua khí khổng Dung dịch phân bón qua

lá phải:

+ Có nồng độ các ion khoáng thấp

+ Chỉ bón khi trời không mưa và nắng không quá gắt

6.3 Phân bón và môi trường

Nếu bón phân quá thừa (bón vượt quá mức tối ưu) có thể đầu độc cây trồng, làm giảm chất lượng sản phẩm và gây ô nhiễm MT đất, nước, có hại cho đời sống con người và các động vật

B LUYỆN TẬP

Câu 1: So sánh hai con đường vận chuyển nước vào mạch gỗ của rễ?

Trả lời:

Vận chuyển nước vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường:

+ Con đường gian bào

+ Con đường tế bào chất :

Con đường gian bào

(đường màu đỏ)

Con đường tế bào chất

(đường màu xanh) Đường đi Nước và các ion khoáng đi theo không gian

giữa các bó sợi xenllulozo trong thành TB

Và đi đến nội bì, gặp đai Caspari chặn lại

nên phải chuyển sang con đường tế bào chất

để vào mạch gỗ của rễ

Nước và các ion khoáng đi qua hệ thống không bào từ TB này sang TB khác qua các sợi liên bào nối các không bào, qua

TB nội bì rồi vào mạch gỗ của rễ

Đặc điểm Nhanh, không được chọn lọc Chậm, được chọn lọc

Câu 2: Hãy phân biệt cơ chế hấp thụ nước với cơ chế hấp thụ ion khoáng ở rễ cây?

Tr l i:ả lời: ời:

- Cơ chế: Thẩm thấu, do sự chênh lệch áp suất

thẩm thấu (từ nơi có ASTT thấp (thế nước cao)

trong đất đến nơi có ASTT cao (thế nước thấp)

trong tế bào lông hút)

- Cơ chế:

+ Chủ động: Ngược chiều gradient nồng độ (từ nơi nồng độ thấp đến nơi nồng độ cao), cần năng lượng và chất mang

+ Thụ động: Cùng chiều gradient nồng độ, không cần năng lượng, có thể cần chất mang

Câu 3: Động lực nào giúp dòng nước và các ion khoáng di chuyển được từ rễ lên lá ở những

cây gỗ cao lớn hàng chục met?

Trả lời:

- Lực đẩy của rễ (áp suất rễ)

- Lực hút do thoát hơi nước qua lá

- Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch

Câu 4: Hãy liên hệ thực tế, nêu một số biện pháp giúp cho quá trình chuyển hóa các muối

khoáng ở trong đất từ dạng không tan thành dạng hòa tan dể hấp thụ đối với cây?

Trả lời:

- Các biện pháp giúp cho quá trình chuyển hóa các muối khoáng khó tan (cây không hấp thụ) thành dạng ion cây dể hấp thụ là: làm cỏ sục bùn, phá váng sau khi đất bị ngập úng, cày phơi ải dất, cày lật úp rạ xuống, bón vôi cho đất chua…

Câu 5: Vì sao thiếu nitơ trong môi trường dinh dưỡng, cây lúa không thể sống được?

Trả lời:

- Vì nitơ là một nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu (không chỉ với cây lúa mà nito là một nguyên tố khoáng thiết yếu với tất cả các loài cây)

- Vai trò của nitơ:

+ Vai trò cấu trúc: Nitơ là thành phần của hầu hết các hợp chất trong cây (prôtêin, axit nuclêic…) cấu tạo nên tế bào, cơ thể

+ Vai trò điều tiết: Tham gia thành phần của các enzim, hoocmôn… điều tiết các quá trình sinh lí, hoá sinh trong tế bào, cơ thể

Câu 6:

a Con đường sinh học cố định Nitơ là gì? Đặc điểm của con đường đó?

b Tại sao thực vật sống trong môi trường giàu Nitơ mà vẫn bị đói đạm?

Trả lời

a Con đường sinh học cố định N

- Là quá trình cố định N nhờ các VSV

- Điều kiện: Có lực khử mạnh, có ATP, enzim nitrogenase, kị khí

b Cây sống trong không khí giàu nitơ (80%) nhưng vẫn đói đạm do phân tử N2 có liên kết ba bền vững cây không lấy được Nitơ

Câu 7: Bài tập xác định lượng phân bón cho cây trồng

Bài tập: Xác định lượng phân đạm cần bón cho lúa chiêm để có năng suất 50 tạ/ha Biết rằng

nhu cầu dinh dưỡng về ni tơ là 1,4 kg/tạ năng suất, hệ số sử dụng phân bón là 60% và loại phân

là urê

Hướng dẫn:

Lượng Nitơ cần bón cho 1 ha là: 100 %

60

4 , 1 50

x x

= 116,67 kg

C TRẮC NGHIỆM

* Nhận biết

Câu 1: Nitơ được rễ cây hấp thụ ở dạng

A NH4+ và NO3- B NO2-, NH4+ và NO

3-C N2, NO2-, NH4+ và NO3- D NH3, NH4+ và NO

3-Câu 2: Nhận định không đúng khi nói về vai trò của nitơ đối với cây xanh

A thiếu nitơ cây sinh trưởng còi cọc, lá có màu vàng

B nitơ tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất trong cơ thể thực vật

C nitơ tham gia cấu tạo nên các phân tử prôtêin, enzim, côenzim, axit nuclêic, diệp lục

D thiếu nitơ lá non có màu lục đậm không bình thường

Câu 3: Dòng mạch gỗ được vận chuyên nhờ

1 Lực đẩy (áp suất rễ)

2 Lực hút do thoát hơi nước ở lá

3 Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch gỗ

4 Sự chênh lệch áp suât thẩm thấu giữa cơ quan nguồn (lá) và cơ quan đích (hoa, củ…)

5 Sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa môi trường rễ và môi trường đất

A 1, 3, 5 B 1, 2, 4 C 1, 2, 3 D 1, 3, 4

Câu 4: Dung dịch trong mạch rây chủ yếu là

A hoocmon sinh trưởng

B axit amin.

C đường

D khoáng

Câu 5: Tác nhân chủ yếu điều tiết độ mở khí khổng là

A nhiệt độ B ánh sáng

C hàm lượng nước D ion khoáng

Câu 6: Nhân tố ngoại cảnh nào vừa ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước ở rễ vừa ảnh hưởng đến

thoát hơi nước ở lá?

A Ánh sáng B Nhiệt độ C Độ ẩm D Dinh dưỡng khoáng

Câu 7: CO2 được hấp thụ vào cây trong trường hợp

A cây cần CO2 để quang hợp B cây hấp thụ nhiều nước

C cây mở khí khổng để thoát hơi nước D cây hô hấp ở lá mạnh

Câu 8: Nguyên tố khoáng nào chủ yếu đóng vai trò hoạt hóa các enzim?

A Nitơ, photpho, lưu huỳnh B Mangan, Bo, sắt

C Sắt, đồng, Magiê D Mangan, Clo, kali

Câu 9: Mạch rây được cấu tạo từ

1 quản bào 2 mạch ống

3 tế bào hình rây 4 tế bào kèm

A 1, 2 B 1, 4 C 3, 4 D 2, 3

Câu 10 Mạch gỗ được cấu tạo từ

1 quản bào 2 mạch ống

3 tế bào hình rây 4 tế bào kèm

A 1, 4 B 1, 2 C 1, 3 D 2, 3

Câu 11: Nguyên tố khoáng nào chủ yếu đóng vai trò cấu trúc tế bào?

A Nitơ, photpho, lưu huỳnh B Nitơ, canxi, sắt

C Sắt, đồng, kẽm D Mangan, Clo, kali

Câu 12: Cách nhận biết rõ rệt nhất thời điểm cần bón phân là căn cứ vào

A dấu hiệu bên ngoài của quả mới ra B dấu hiệu bên ngoài của thân cây

C dấu hiệu bên ngoài của hoa D dấu hiệu bên ngoài của lá cây

 Thông hiểu

Câu 13: Cho các phát biểu sau đây: