Sinh học đại cương phần thực vật

Các đặc tính của nước - Nước là dung môi hoàn hảo - Nước giúp thực vật giảm bớt các dao động nhiệt Vì nước cần một nhiệt lượng tương đối lớn để phá vỡ cầu nối hydrogen và bốc hơi nên sự

SINH HỌC ĐẠI CƯƠNG II

PHẦN THỰC VẬT

NGUYỄN DU SANH

THAM KHẢO

Bùi Trang Việt - Sinh học tế bào NXB Đại học Quốc gia TP.HCM 2005

-Nguyễn Đình Giậu – Sinh học Đại cương – Tủ sách ĐH.KHTN – 1997

Phạm Thành Hổ – Sinh học đại cương - NXB Đại học Quốc giaTP.HCM - 2002

Campbell N.A., Mitchell L.G., and Reece J.B., 2011- Biology concepts & connections The Benjamin/Cummings PublishingCompany, Inc California (Bản tiếng việt) Nhà XB Cty CP In & D

vụ TT.Huế

Phillips W.D and Chilton T.J. Sinh học – tập 2, Nxb giáo dục -1999.

Postlethwait J.H & Hopson J L; 2006- Morden Biology Holt, Rinehart and Winston- A Harcourt Education Company, New york

Biology 2014 Mc Graw Hill hill.com/sites/007353224x/information_center_view0/ ch.35-39

http://highered.mcgraw-Giới Thực vật (Plantae)

Tổ tiên từ tảo cổ

Phát triển từ môi trường nước dần dần lên cạn

Tự dưỡng (quang tự dưỡng)

SỰ TIẾN HÓA CỦA THỰC VẬT

Cấu trúc của hoa

+ Bó mạch thân sắp xếp trên một vòng (libe nằm trên bó mộc) và có

tượng tầng libe-mộc giúp gia tăng đường kính

+ Thường có rễ cọc (rễ cái taproot).

+ Hoa tứ hay ngũ phân Hột chứa phôi với 2 lá mầm

Đơn tử diệp (một lá mầm -Monocotyledon): khoảng 50.000 loài

Đa số là cây thân thảo, cũng có trung mộc như tre, dừa, cao…

+ Gân lá song song.

+ Bó mạch thân sắp xếp trên nhiều vòng đồng tâm, không có tượng tầng

libe-mộc

+ Thường có rễ chùm (rễ sợi fibrous roots).

+ Hoa tam phân Hột chứa phôi với một lá mầm.

PHÂN BIỆT CÂY HAI LÁ MẦM (DICOTS) &

MỘT LÁ MẦM (MONOCOTS)

Vai trò của thực vật

Thực vật rất quan trọng

Đối với động vật (có con người):

Là nguồn lương thực thực phẩm (foods) giúp con người & động vật tồn tại.

Ngoài thực phẩm thực vật còn cung cấp những vật liệu khác rất cần cho con người

Đối với môi trường

Ổn định khí hậu

Nơi ở và thức ăn của SV khác

Một mắt xích trong chi trình Sinh Địa hóa (Quang hợp => Oxy)

Thực vật và môi trường

Thực vật rất quan trọng cho sự sống trên hành tinh

Quang hợp cung cấp oxy và chất hữu cơ từ đó động vật, nấm, vi sinh vật dị dưỡng mới tồn tại & phát triển

Thực vật ở rừng mưa nhiệt đới: rất quan trọng (có hơn ½ lòai Động và thực vật trên thế giới sống ở đây) Hiện vẫn chưa khám phá hết

Thực vật có mối quan hệ mật thiết với

Động vật: thực phẩm, trú ngụ

Vi sinh vật (nấm và vi khuẩn): chu trình sinh địa hóa: Hại + lợiCon người: có lợi & hại

Cấu trúc & Chức năng của Thực vật

Tế bào  Mô  Cơ quan  Cơ thể

Tất cả tạo thành một thể thống nhất để thực hiện chức năng:

CẤU TRÚC TẾ BÀO THỰC VẬT

Các loại mô thực vật

Mô phân sinh (sinh mô)

Sơ cấp [ngọn] , Thứ cấp [bên],Lóng thường thấy ở loàn ĐTD

Mô chuyên hóa

Mô che chở: biểu bì với cutin, sube (bần), lôngNhu mô: phân biệt theo cấu trúc và chức năng

Mô nâng đở: giao mô, cương mô, cương bào, sợi

Mô dẫn truyền Mô gỗ (mộc), mô libe

Mô tiết Lông, tuyến, túi, nhũ quản, tế bào

Hoa 5 cánh và hoa 3 cánh (ĐƠN TỬ DiỆP)

SỰ HẤP THU NƯỚC và khoáng chất

ở thực vật

C – Nước

Thực vật chứa lượng nước khác nhau tùy theo loài, theo giai đoạn phát triển và tùy cơ quan thực vật

Nước có vai trò chính như sau:

+ Cho phép các hoạt động biến dưỡng xảy ra (môi trường để enzym họat động)

+ Duy trì cấu trúc, hình thái thực vật, giúp thực vật không bị héo

+ Điều khiển các cử động khác nhau của cơ quan (lá, tiểu nhị), khí khẩu,

do sự trương nước không đều

+ Giúp thực vật tăng trưởng (trương nước)

+ Giúp di chuyển các chất (dinh dưỡng, hữu cơ, chất điều hòa tăng

trưởng…) đi khắp cơ thể (di chuyển thụ động)

+ Giúp thực vật trao đổi với môi trường

Các trạng thái của nước

Sự ngưng tụ Sự bay hơi

Sự tan chảy Sự đóng băng

Sự thăng hoa Sự hình thành sương

A HẤP THU - VẬN CHUYỂN NƯỚC

I CÁC ĐẶC TÍNH CỦA NƯỚC

1 Phân tử nước

2 Các đặc tính của nước

- Nước là dung môi hoàn hảo

- Nước giúp thực vật giảm bớt các dao động nhiệt

Vì nước cần một nhiệt lượng tương đối lớn để phá vỡ cầu nối hydrogen và bốc hơi nên sự thoát hơi nước ở lá

là cách tốt nhất để làm giảm dao động nhiệt ở thực vật.

- Nước có khả năng kết và bám

- Nước có sức căng bề mặt rất lớn

Lực kết giữa các phân tử nước rất mạnh so với lực tương tác giữa

nước và không khí nên phân tử nước luôn có khuynh hướng bị kéo vào trong, làm giọt nước có hình cầu.

II VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG THỰC VẬT

1 Vai trò của nước

Ở mức tế bào,

- Tạo sức trương giúp duy trì các cấu trúc

động tế bào (đặc biệt là sự đóng mở khí khẩu).

- Nước là dung môi hòa tan các chất khoáng.

Ở mức cơ thể,

hormone thực vật và loại trừ các chất cặn bã.

- Nước và sự thóat hơi nước giúp làm mát lá.

- Khi thiếu nước thực vật tìm cách thu nước và tái lập nhu

cầu nước Nếu thiếu nước trầm trọng và lâu dài lượng nước sẽ vượt qua điểm héo tàn vĩnh viễn, thực vật sẽ chết.

- Thực vật trên đất liền: hấp thu nước và khoáng từ dịch

sube.

2 Nước trong đất và khả năng giữ nước của đất

Hàm lượng nước của đất, hay độ ẩm của đất, thường được

biểu diễn bởi % khối lượng khô của đất.

Độ ẩm của đất không phản ảnh chính xác dự trữ nước dùng

được (cho cây).

Ví dụ: 10% nước đối với cát là ẩm, 40% nước đối với đất

than bùn lại quá khô.

Tính sẵn sàng của nước còn tùy thuộc vào các lực liên kết giữa

nước với các thành phần của đất:

- Lực mao dẫn, nước tự do trong các khe đất.

- Lực hút: lực hút sinh ra do tương tác giữa điện tích âm của

chất keo và cực dương của nước Trong đất giàu sét hay mùn, lực hút rất mạnh và chính lực hút giữ chặt nước trong đất.

- Lực thẩm thấu : tùy thuộc nồng độ ion trong đất Chẳng hạn,

nếu được tưới đầy đủ, dịch trong đất được coi như nước tự do, lực thẩm thấu rất yếu.

- Liên kết cao năng: hiện diện ở vài muối CuSO4 5H 2 O , sự

tương tác rất lớn tạo nên “nước cấu tạo” (cây không thể hấp thu).

Như vậy, nước ít nhiều liên kết vào các thành phần của đất.

III CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC CĂN BẢN

2 Khuếch tán: cử động của phân tử theo khuynh độ nồng

độ (lực dẫn) Khuynh độ nồng độ là lực dẫn của sự khuếch tán.

 hiệu quả trong phạm vi tế bào, quá chậm đối với sự vận chuyển đường dài (trong các mạch).

3 Dòng khối: vận chuyển nước theo khuynh độ áp suất Mô hình ống tiêm hở (khi hút và đẩy)  giải thích sự di chuyển trong mạch mộc, libe.

1 Mao dẫn Nước đi lên trong ống hẹp r

(mạch mộc) » 75 mm  h » 2 cm, rất

thấp Chiều cao cột nước trong ống tuỳ

thuộc tương tác của lực kéo cột nước và

trọng lực.

 Nước di chuyển qua màng từ nơi có thế nước cao xuống nơi có thế nước thấp, đây là quá trình

4 Thẩm thấu: khuếch tán của nước qua một màng thấm

chọn lọc (màng tế bào) theo khuynh độ nồng độ và

TB trong môi trường đẳng trương sự trương nước sự co nguyên sinh (co nguyên sinh sơ khởi) môi trường ngoài môi trường ngoài

IV KHÁI NIỆM VỀ THẾ NƯỚC

1 Lực dẫn

- Khuếch tán: khuynh độ nồng độ

- Dòng khối: khuynh độ áp suất

- Thẩm thấu (lực dẫn kép):

khuynh độ nồng độ + khuynh độ áp suất = khuynh độ thế nước

- Mao dẫn: rất thấp, không đáng kể

2 Trạng thái nước của tế bào thực vật

Sự vận chuyển nước qua màng luôn là quá trình thụ động,

xuống một khuynh độ thế nước.

Sự hấp thu nước gián tiếp lệ thuộc vào hoạt động biến

dưỡng tế bào vì quá trình này làm gia tăng hay giảm

đi thế nước, nhờ đó nước vào tế bào theo khuynh đọâ thế nước.

Dung dịch nhược trương:

Nồng độ S thấp

Thế nước cao

Để thoát nước

Dung dịch ưu trương: Nồng độ S cao

Thế nước thấp Thu nước

V HÀNH TRÌNH CỦA NƯỚC QUA CƠ THỂ THỰC VẬT

1 Dịch đất  mặt rễ: dòng khối (khuynh độ áp suất)

2 Bề mặt rễ  mạch mộc (ngang): qua 2 giai đoạn

- Từ biểu bì tới nội bì: cả 3 con đường

- Từ nội bì  Vào mạch mộc: symplast và con đường tế bào

(1): Ngoài tế bào chất (Apoplast)

(2): Trong tế bào chất (Symplast)

(3): Con đường xuyên qua màng.

2 3 1

Khi tiếp xúc với dịch đất, rễ hút nước làm cho áp suất bề mặt rễ giảm dẫn tới tạo một khuynh độ áp suất, do đó nước theo khe hở trong đất tới rễ theo nguyên tắc dòng khối.

3 Đi lên trong mạch: sức đẩy từ rễ, liên kết phân tử

nước và sức hút từ lá

* Sức đẩy của rễ phát triển nhờ sự hấp thu hoạt động ion, gây hiện tượng tiết nước giọt vào sớm mai, thông qua thuỷ

khẩu (lỗ nhỏ luôn mở ở tận cùng của mạch mộc trên lá)

Phiến có lỗ

Bong bóng nước (bóng khí)

Nước thoát qua lá ở dạng hơi

(qua khí khẩu)

* Người ta ước lượng rằng khoảng 10% hơi ẩm được tìm thấy trong khí quyển

được thoát ra từ thực vật thông qua sự

thoát hơi nước

* Một mẫu Anh ngũ cốc phát ra khoảng 3.000 – 4.000 gallon (11.400 – 15.100 lít) nước mỗi ngày và một cây sồi lớn có thể thoát ra 40.000 gallon (151.000 lít) nước mỗi năm.

* Sự thóat nước ở lá cây qua thủy khẩu & khí khẩu:

CƠ CHẾ ĐÓNG MỞ KHÍ KHẨU

Tế bào bảo vệ

Phân tử nước Lông rễ Hạt đất nước

ÍCH LỢI CỦA THOÁT NƯỚC :

Thực vật để mất lượng nước khổng lồ trong đời sống, nhất

là khi gió mạnh, khô và nắng gắt.

Đối với mỗi ha, 60 tấn chất tươi của cây bắp khi thu hoạch

chứa 50 tấn nước, tương ứng với 3.000 tấn nước đã tiêu thụ

 Tại sao để thoát hơi nước nhiều như vậy?

- Trao đổi khí CO 2 / O 2

- Giúp vận chuyển nước + các chất khoáng hòa tan

- Làm mát lá

ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THIẾU NƯỚC

Khi thiếu nước  héo tạm thời  khô hạn  héo vĩnh viễn.

Điểm héo tàn vĩnh viễn chính là lượng nước tối thiểu để duy trì sự sống

Điểm héo tàn vĩnh viễn phụ thuộc: loài thực vật, giai đoạn phát triển

Khi bị thiếu nước, cây có các hiện tượng sau:

+ Giảm tăng trưởng vào chu trình phát triển sớm (đoản sinh thực

vật)

+ Thay đổi thành phần hóa học

+ Hoạt động sinh lý giảm

+ Có một sự cạnh tranh sử dụng nước giữa các cơ quan trong cơ thể

STRESS NƯỚC

1 Tác hại của stress nước

 Gây co nguyên sinh và héo

 Cản trở dòng nước trong mạch mộc

 Làm dày lớp cutin trên bề mặt lá

 Cản tăng trưởng thực vật

 Làm giảm quang hợp

2 Đáp ứng của thực vật đối với stress nước

 giảm bề mặt lá và sự thoát hơi nước

 kích thích sự phát triển của hệ thống rễ

 điều chỉnh áp suất thẩm thấu (điều hòa thế nước) để duy trì cân bằng thế nước

Phân loại

*

sống trong mùa ẩm ướt, trước khi bước bắt đầu giai đoạn hạn hán

mô hóa, tức sự tránh khô; hoặc cách phát triển họat động trong tình trạng khô tức sự chịu khô.

1) Vai trò của nước trong đời sống thực vật (tầm quan trọng của nước)

2) Cơ chế của sự vận chuyển nước từ đất vào hệ thống rễ

3) Nước hấp thu chủ yếu qua bộ phận nào? Vì sao?

4) Lực nào giúp nước vận chuyển lên các cây cao trên

20 m?

5) Vì sao khi bứng (dời) cây người ta phải bỏ bớt lá? 6) Vì sao không nên tưới cây khi trời nắng gắt (giữa trưa)?

7) Nước thoát ra ngoài qua bộ phận chuyên biệt nào ở lá?

8) Thực vật thoát nước nhằm mục đích gì?

9) Tại sao khí khổng (khẩu) chỉ tập trung ở mặt dưới lá?

B SỰ HẤP THU VÀ VẬN CHUYỂN CHẤT HOÀ TAN

I Nhu cầu về dinh dưỡng khoáng

1 Mục tiêu nghiên cứu

- Nghiên cứu dinh dưỡng khoáng: tìm hiểu cách thu nhận và

đồng hóa các chất dinh dưỡng khoáng

- Chất khoáng: chất vô cơ có nguồn gốc từ đất, ở dạng ion,

sẵn sàng trong đất cho cây

3 Thành phần khoáng của thực vật

- C, O, H (trong mọi chất hữu cơ): > 90% TLK

- Các nguyên tố khác được gọi là “nguyên tố khoáng”:

* Đa lượng: vài ‰ – vài % Vd: N, P, K, Mg…

* Vi lượng: < 1‰ Vd: Mn, Cu, Co…

Thành phần khoáng thay đổi theo loài, cơ quan, tuổi thực vật và

các yếu tố môi trường

II Nguyên tố cần thiết và các triệu chứng thiếu khoáng:

1 Nguyên tố khoáng cần thiết của thực vật

Một nguyên tố thiết yếu phải có đủ 3 tiêu chuẩn:

(1) cần thiết cho sự phát triển của vài loài

(2) không thay thế được

(3) vai trò xác định, nếu thiếu sẽ gây triệu chứng thiếu

đặc biệt

16 nguyên tố cần thiết cho thực vật bậc cao

* 9 nguyên tố đa lượng: C, H, O, N, S, P, K, Mg, Ca, Fe

* 7 nguyên tố vi lượng: Mo, Cu, Zn, Mn, B, Cl.

2 Triệu chứng thiếu khoáng nổi bật ở thực vật

- N, trong a.a., nucleotid, hormon

Thiếu N: lá hoàng hóa / màu đỏ

- P, trong ATP, phospholipid, acid nucleic…

Thiếu P: ngọn lá hoàng hóa

- K, tăng ASTT, mở khí khẩu, hoạt hóa vài kinaz

Thiếu K: lá có đốm vàng dẫn tới hoại mô

- Mg, trong diệp lục tố.

Thiếu Mg: hoàng hóa lá già, rụng lá non

- Cu, trong plastocyanin…

Thiếu Cu: lá lục sẫm, xoắn / biến dạng, lá non có vết hoại mô

3 Ý nghĩa của sự theo dõi các triệu chứng thiếu khoáng

* Cho biết nhu cầu dinh dưỡng cần bổ sung

* Cho biết tính linh động của nguyên tố

* Xác định giới hạn nồng độ

Sự tương tác giữa các chất dinh dưỡng khoáng

Tương tác: hỗ trợ / đối kháng giữa 2 nguyên tố

Hỗ trợ: hiệu ứng tăng nhờ sự hiện diện của nguyên tố khác.

Thí dụ: Cl - , NO 3 - làm dễ sự thấm K + , Ca 2+ (nguyên tắc trung hòa điện)

Đối kháng: hiệu ứng giảm do sự hiện diện của nguyên tố khác Thí dụ: Mg 2+ /Ca 2

III Sự cung cấp khoáng chất cho thực vật

* Nguồn khoáng hoà tan trong nước

* Các dạng phân bón: hữu cơ, vô cơ, phân bón gốc, phun lá…

* Sự đồng hóa của bản thân thực vật

Một số môi trường lỏng nhân tạo:

Muối khoáng MS (mg/l) White (mM) Heller (mM)

-IV Các kiểu vận chuyển chất hoà tan

1 Sự vận chuyển đến mạch mộc

- Tương tự sự vận chuyển nước, các khoáng thực vật hấp thu phải được hòa tan hoàn toàn trong nước.

- Để tới mộc, trước hết ion di chuyển xuyên tâm (ngang) theo 3 con đường căn bản: apoplast, symplast, và qua màng.

2 Sự vận chuyển ion qua màng

Sự vận chuyển qua màng có thể thực hiện nhờ kênh màng và

thể mang Đây là những phân tử protein vận chuyển trên màng.

- Sự khuếch tán dễ (vận chuyển thụ động)

(1) cần một protein màng (2) chuyên biệt

(3) rất nhanh so với sự khuếch tán (4) có mức bão hòa

(5) theo khuynh độ điện hóa (không cần ATP)

- Sự vận chuyển hoạt động

(1) cần một protein màng (2) chuyên biệt

(3) rất nhanh so với sự khuếch tán (4) có mức bão hòa

(5) ngược khuynh độ điện hóa (bơm), cần ATP

ADP ATP

Kênh Thể vận

chuyển

Khuyếch tán đơn giản Khuyếch tán dễ

Vận chuyển thụ động Vận chuyển chủ động

Các kiểu vận chuyển qua màng

- Vận chuyển hoạt động sơ cấp

Sự vận chuyển dùng năng lượng trực tiếp từ sự thủy giải

ATP nhờ ATPaz màng (thực chất là các bơm anion/cation)

- Vận chuyển hoạt động thứ cấp

Sự vận chuyển chất hòa tan ngược với khuynh độ điện

hóa của chất đó, nhưng năng lượng để vận chuyển không sinh ra trực tiếp từ sự thủy giải ATP mà gián tiếp qua lực dẫn ion từ hoạt động của bơm ATPase-H +

Sự vận chuyển hoạt động thứ cấp

V Cơ chế sự hấp thu và vận chuyển khoáng trong mạch mộc (như vận chuyển nước)

- Mạch mộc trưởng thành là thành phần của apoplast Ion từ

symplast phải trở ra apoplast nhờ sự thấm thụ động

hoặc hoạt động.

- Sự vận chuyển đi lên của nhựa nguyên: Dịch mộc chứa nhiều

nước và các chất khoáng, nhưng cũng chứa vài hợp chất hữu cơ do rễ tạo ra.

Các lực dẫn quan trọng:

- Lực đẩy của rễ (do áp suất thẩm thấu)

- Lực kéo từ lá do sự thoát hơi nước

- Liên kết của phân tử nước

Lực kéo quan trọng khi ion đã vào dịch mộc, nhưng không là

- Ion khoáng sau khi vào đến tế bào (nhận từ dịch mộc)

* giữ tạm thời trên vách hay màng (Ca 2+ ,Na + )

* qua màng để vào tế bào (K + , Cl - , NO 3 - , H 2 PO 4 - )

* theo symplast qua tế bào khác

- Bên trong tế bào, ion ít nhiều cố định trên những cấu trúc

khác nhau, thấm vào các bào quan, vào không bào, một phần được đồng hóa.

VI- Sự biến dưỡng nitơ

➢ Nhu cầu N

Hàm lượng nitơ khoảng 1-3% nhưng có ý nghĩa quan trọng bậc nhất.

Trừ các cây họ đậu lấy đạm từ không khí, thực vật lấy đạm từ đất ở dạng

NH4+, dạng các nitrat (NO3-)

Dạng nitơ cung cấp được bổ sung thường xuyên nhờ 5 nguồn:

-1) Quá trình tổng hợp hóa học: ít quan trọng (3-5 kg/ha/năm)

-2) Quá trình cố định nitơ của vi khuẩn, vi khuẩn lam sống tự do

(10-15 kg/ha/năm)

-3) Quá trình cố định nitơ của các vi khuẩn, tảo: cộng sinh (bèo hoa

dâu, các cây họ đậu) Nguồn này rất quan trọng ( 150 - 200kg/ha/năm)

cá biệt có thể đạt 400 kg/ha/năm

-4) Nguồn nitơ hữu cơ từ xác sinh vật được đất phân giải

-5) Nguồn nitơ do con người trả lại cho đất dạng phân bón

Ngòai ra có một số lòai Thực vật có thể lấy đạm trực tiếp từ côn

trùng hay sinh vật nhỏ (thực vật ăn thịt).