vận chuyển và hấp thu nước, muối khoáng ở thực vật

Ở thực vật thủy sinh nước được hấp thụ từ môi trường xung quanh qua bề mặt các tế bào biểu bì của cây. Ở thực vật trên cạn, cây sống ở hai thế giới trên mặt đất nơi mà hệ chồi thu nhận ánh sáng mặt trời và CO2 và ở dưới mặt đất ở đó hệ rễ hấp thu nước và các chất khoáng. Nếu không có sự thích nghi để thu nhận và vận chuyển các nguồn tài nguyên từ hai nơi này thì thực vật không thể chiếm cứ được mặt đất.

QUÁ TRÌNH SINH LÝ Ở THỰC VẬT

QUÁ TRÌNH HẤP THU VÀ VẬN CHUYỂN

Học viên: Nguyễn Thị Hường Giảng viên: PGS.TS: Nguyễn Khoa Lân

Huế,1 năm 2018

I Cấu tạo rễ, thân, lá

II Quá trình hấp thu

III.Quá trình vận chuyển

Hình 1.2: Cấu tạo tế bào

2 Thân

Hình 1.4: Cấu tạo của thân cây

chúng được tạo ra hoặc dự trữ đến nơi được sử dụng.

cutin tham gia vào

quá trình thoát hơi

nước ở lá Nhưng

thoát hơi nước ở khí

khổng là chủ yếu

Hình 1.7 Lá xếp xiên Hình 1.8 Lá xếp ngang

Hình 1.9 Lá ở sa mạc Hình 1.10 Lá ở rừng Hình 1.10 Lá ở rừng mưa nhiệt đới mưa nhiệt đới

II Quá trình hấp thu

Gồm có 2 con đường chủ yếu:

- Con đường vô bào (Apoplast) - Con đường hợp bào(Symplast).

- Ngoài ra còn có con đường xuyên màng.

ion khoáng hòa tan

không liên kết chặt với

đất

- Dung dịch đất đi vào

các thành ưa nước của

Hình 2.1: Con đường hấp thu nước và muối khoáng vào rễ

Hình 2.1: Con đường hấp thu nước và muối khoáng vào rễ

ở trong con đường hợp

bào tiếp tục di chuyển

qua cầu sinh chất của tế

bào nội bì và chuyển vào

trụ giữa

Hình 2.1: Con đường hấp thu nước và muối khoáng vào rễ

Hình 2.1: Con đường hấp thu nước và muối khoáng vào rễ

- Còn chất khoáng nào đến

nội bì qua con đường vô

bào đều đi vào đoạn cụt

nên khiến chúng không thể

đi vào trụ giữa là do đai

Caspary – một vành đai do

suberin tạo thành (Caspari:

đai này nằm ở phần nội bì

của rễ, kiểm soát và điều

chỉnh lượng nước, kiểm

tra các chất khoáng hoà

tan. ) Do đó, nước và chất

khoáng đã thâm nhập vào

mô mạch và phải đi qua

màng sinh chất của tế bào

nội bì và đi vào trụ giữa

thông qua con đường hợp

bào

• Các tế bào nội bì và cả các tế bào sống bên trong trụ giữa, phóng thích nước và chất khoáng vào thành tế bào của chúng (con đường vô bào) – Sau đó các mạch xylem vận chuyển nước và muối khoáng đi lên hệ chồi thân.

• Nước và chất khoáng trong xylem sẽ được vận chuyển theo đường dài nhờ dòng khối đến gân lá và tỏa ra toàn

bộ lá Phải chăng dịch xylem chủ yếu được đẩy lên từ rễ hoặc được kéo lên từ lá thì chúng ta sẽ cùng tìm hiểu rõ hai cơ chế này

3.1 Vận chuyển nước và muối khoáng từ rễ lên lá

3.1 Vận chuyển nước và muối khoáng từ

rễ lên lá.

a Áp suất rễ (Lực đẩy của rễ)

Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ Hiện tượng minh họa là hiện tượng ứ giọt

• Ta thấy rằng về đêm thì cây

không có hiện tượng thoát

hơi nước, tế bào rễ tiếp tục

bơm các ion khóang vào

xylem của trụ giữa, sự tích

lũy các chất khoáng làm

giảm thế nước bên trong trụ

giữa tạo sức đẩy dịch xylem

ở rễ Đôi khi áp suất rễ làm

cho nước thâm nhập vào lá

nhiều hơn là lượng nước

mất đi do thoát hơi nước

dẫn đến hiện tượng ứ giọt

Sự ứ giọt mà chúng ta có thể

thấy vào buổi sáng trên đỉnh

hoặc trên các mép lá cây

Hình 3.1 (a): Hiện tượng

ứ giọt Hình 3.1 (a): Hiện tượng

ứ giọt

Trong phần lớn thực vật áp suất rễ là một cơ chế thứ

yếu để đẩy dịch xylem và phần lớn nước đẩy lên chỉ cao một vài mét là cùng Áp suất dương thì tạo ra quá yếu

để vượt qua trọng lực của cột nước trong xylem, đặc biệt trong cây cao Nhiều thực vật không hề phát sinh

ra áp suất rễ nào Thậm chí trong cây ứ giọt, áp suất rễ không thể theo kịp thoát hơi nước sau khi mặt trời

mọc Phần lớn dịch xylem không được áp suất rễ đẩy

từ phía dưới mà được kéo lên nhờ bản thân lá.

b Lực kéo của lá

Hình 3.1 (b): Sự tạo thành lực kéo ở lá

Sự tạo thành lực kéo ở lá xảy nra như sau:

1 Trong thoát hơi nước, hơi nước khuếch tán khỏi các khoang

không khí ẩm của lá đến không khí khô hơn ở ngoài qua lỗ khí

2 Lúc đầu sự mất nước do thoát hơi nước được thay thế bằng sự

bay hơi khỏi lớp nước mỏng bảo phủ lấy tế bào thịt lá

3 Sự bay hơi của lớp nước mỏng làm cho bề mặt phân cách

không khí – nước lõm sâu vào thành tế bào và trở nên cong hơn Sự uốn cong này làm tăng sức căng bề mặt và vận tốc thoát hơi nước

4 Sức căng bề mặt tăng lên thể hiện trong bước 3 kéo nước

khỏi tế bào bao quanh xylem và các khoang không khí

5 Nước từ xylem được kéo vào các tế bào bao quanh xylem và

các khoang không khí để thay thế nước bị mất

→ Do đó, đã hình thành nên sức kéo dịch xylem của lá.

• Vai trò của thế áp suất âm trong thoát hơi nước là phù hợp với phương trình thế nước do thế áp suất âm làm giảm thế nước

Do nước vận chuyển từ vùng có thế nước cao đến cùng có thế nước thấp hơn nên áp suất âm ở bề mặt phân cách không khí – nước làm cho nước ở trong tế bào xylem bị kéo vào tế bào thịt

lá sau đó nước từ các tế bào này lại bị kéo vào các khoang

không khí, từ đó nước được khuêch tán ra ngoài qua lỗ khí

Theo cách này thế nước âm của lá tạo lực kéo trong thoát hơi nước

• Ngoài ra, còn có lực cố kết và dính bám trong sự dâng lên

của xylem

 của xylem thân cây

 của xylem thân cây

hơi nước

Các tế bào xylem

Sự dính bám nhờ liên kết hydro

Thành tế bào

Lực cố kết vầ dính bám trong xylem

Lực gắn kết nhờ liên kết hydro

Phân tử nước Lông hút

Hạt đất Nước

Sự hấp thu nước ở đất

Figure 36.13

Hình 3.1 (c)

• Lực cố kết và dính bám hỗ trợ thêm cho sự vận chuyển đường dài nhờ dòng khối Lực cố kết của nước do liên kết hydro tạo

ra, làm cho dòng vận chuyển có thể kéo cột dịch xylem từ phía trên mà không cần các phân tử nước tách nhau ra Phân tử nước ra khỏi xylem trong lá kéo mạnh các phân tử nước lân cận và sức kéo này chuyển đến phân tử tiếp theo xuôi theo toàn bộ cột nước trong xylem

• Như vậy, sự vận chuyển của dòng chất lỏng được đẩy lên

nhờ chênh lệch thế nước ở hai đầu đối lập của mô xylem

Sự thoát hơi nước làm cho thế áp suất ở phần cuối lá của

xylem thấp hơn thấp hơn thế áp suất ở phần cuối rễ (sự

chênh lệch thế nước chủ yếu là do sự chênh lệch thế áp

suất)

Dòng khối trong xylem khác với khuếch tán theo một số phương thức chủ yếu:

- Nó thực hiện nhờ chênh lêch thế áp suất, còn thế chất tan không có vai trò gì Do đó, chênh

lệch thế nước bên trong xylem về cơ bản là

chênh lệch áp suất.

- Dòng vận chuyển xylem không xảy ra thông

qua màng sinh chất của các tế bào sống mà xảy

ra bên trong các tế bào rỗng chết.

- Vận chuyển toàn bộ dung dịch cùng một lúc,

không chỉ riêng nước hoặc riêng chất tan và với vận tốc lớn hơn nhiều so với khuếch tán.

• Ngược với dòng vận chuyển nước và chất khoáng từ rễ đến

lá là chiều vận chuyển đường từ lá trưởng thành đến các

bộ phận thấp hơn của cây như các chóp rễ cần lượng lớn

đường cho năng lượng và sinh trưởng và pholoem là loại

mô thực hiện chức năng này.

• Khác với dịch xylem, chất tan trong dịch pholoem chủ yếu là

đường, sucrose.

3.2 Quá trình vận chuyển đường từ nơi nguồn đến

nơi chứa

• Dịch xylem vận chuyển một chiều từ rễ đến lá, còn dịch pholoem vận chuyển từ vị trí sản xuất đường (nơi nguồn) đến nơi sử dụng (nơi chứa)

• Nguồn đường là cơ quan của cây trực tiếp sản sinh ra đường

nhờ quang hợp hoặc nơi tạo ra đường nhờ sự phân giải tinh

bột Nơi chứa là cơ quan tiêu thụ thực hoặc kho chứa đường

(rễ, chồi, thân, quả đang sinh trưởng)

• Lá đang lớn là các nơi chứa, lá sinh trưởng hoàn toàn nếu được chiếu sáng tốt là nơi nguồn

• Củ có thể là nơi chứa hoặc nơi nguồn phụ thuộc vào mùa.

VD: Củ hành mùa hè là nơi chứa, sau khi phá vỡ trạng thái ngủ

mùa xuân nó là nơi nguồn vì tinh bột của nó phân giải thành đường được mang đến các đỉnh chồi đang sinh trưởng

• Các nơi chứa thường nhận đường từ các nguồn gần nhất

VD: Các lá trên một cành có thể xuất khẩu đường cho đỉnh

chồi đang sinh trưởng, trong khi đó lá phía dưới có thể xuất khẩu đường cho rễ

Figure 36.17

Tế bào thịt lá

Chú thích Apoplast Symplast

Thành tế bào (apoplast)

Màng sinh chất Cầu sinh chất

Tế bào thịt lá Tế bào bao Bó mạch Tế bào mô mềm phloem

Tế bào kèm (vận chuyển)

Yếu tố ống rây

Nồng độ H

cao

Protein đồng vận chuyển Bơm

Proton

Sucrose Nồng độ H thấp

H

H H

S

S ATP

Hình 3.2 Sự tải sucrose vào phloem.

Hình 3.2 a Sucrose được tạo ra trong tế bào thịt lá có thể di

chuyển qua đường hợp bào (mũi tên màu xanh) đến yếu tố ống rây Trong một số loài sucrose rời đường hợp bào gần ống rây và

di chuyển qua con đường vô bào (mũi tên màu đỏ) Về sau nó được tích lũy chủ động ở đường vô bào bằng yếu tố ống rây và

tế bào kèm

Ví dụ: Ở lá Ngô, sucrose khuếch tán qua đường hợp bào từ các

tế bào thịt lá quang hợp đến các gân con Về sau nhiều sucrose vận chuyển bằng con đường vô bào và được tích lũy nhờ các yếu

tố ống rây bên cạnh hoặc trực tiếp thông qua các tế bào kèm

Hình 3.2 b Cơ chế hóa thẩm thấu chịu trách nhiệm vận chuyển

chủ động sucrose vào tế bào kèm và yếu tố ống rây Bơm proton phát sinh gradient H+ thúc đẩy tích lũy sucrose với sự hỗ trợ

của protein đồng vận chuyển liên kết sự truyền sucrose với sự khuếch tán của H+ quay trở lại tế bào

Thành của tế bào kèm có nhiều nếp lõm vào làm tăng cường sự vận chuyển chất tan giữa con đường vô bào và con đường hợp bào

Figure 36.18

Nạp đường (chấm mù xanh lục) vào ống rây ở phía nguồn làm giảm thế nước bên trong yếu tố rây Kết quả làm cho ống rây hấp thu nước nhờ thẩm thấu.

Sự hấp thu nước này làm phát sinh một áp suất dương đẩy dịch bào di chuyển dọc theo ống.

Áp suất giảm nhẹ do đường được đưa vào nơi chứa và hậu quả là mạch rây ở đầu nơi chứa mất nước.

Sự chuyển vị từ lá đến rễ giúp xylem quay vòng nước từ

đầu chứa tới đầu nguồn.

Tế bào nguồn (lá)

Mạch dẫn (xylem)

Ống rây (phloem)

3

4

2 1

3 4

Lưu ý ở đây là các nơi chứa khác nhau tùy theo nhu cầu năng lượng và khả năng cung cấp đường Đôi khi có

nhiều nơi chứa hơn nơi nguồn Trong các trường hợp đó cây có thể thui đi một số hoa, hạt hoặc quả Việc loại bỏ nơi chứa cũng có thể là một biện pháp thực tế có lợi cho nghề làm vườn

KẾT LUẬN

- Sự hấp thu phụ thuộc vào rễ đặc biệt là lông hút

- Sự vận chuyển nước từ rễ lên thân rồi lá bằng xylem và nó phụ thuộc vào các lực:

- Sự vận chuyển đường từ nơi nguồn đến nơi chứa bằng phloem

TÀI LIỆU THAM KHẢO

THANK YOU SO MUCH