bài giảng sinh lý thực vật

NHIỆM VỤ CỦA CÁC NHÀ SINH LÝ THỰC VẬT • Giải thích được thực vật thực hiện chức năngnhư thế nào bằng các thuật ngữ đã biết theocác định luật hóa học và vật lý • Ứng dụng vào thực tiễn n

SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT

GV: KHÚC TH GV: KHÚC THỊỊ AN AN

TÀI LIỆU THAM KHẢO

La france

Nha Trang, 3/2015

nào? Bản chất là gì? Cơ sở lý luận

• Ứng dụng vào thực tiễn nhằm tạo ra năngsuất và chất lượng cây trồng tốt nhất

đề xuất các giải pháp kỹ thuật hợp lý vàhiệu quả

• Biết cách ứng dụng các chất điều hòa sinhtrưởng thực vật trong thực tiễn sản xuất.

SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT

CH

CHỦ Ủ Đ ĐỀ Ề 1: GI 1: GIỚ ỚI THI I THIỆ ỆU CHUNG U CHUNG

SINH LÝ THỰC VẬT LÀ GÌ

• Vị trí của thực vật trong sinh giới (hệ thống phân

chia sinh giới)

• Đặc điểm chung: Tuy rất đa dạng nhưng tất cả mọi thực vật đều có những quá trình cơ sở

tương tự nhau và dựa trên những nguyên tắc giống nhau

PLANT PHYSIOLOGY?

• Physis (bản chất)

Physiology

• Logos (bàn về)

SINH LÝ THỰC VẬT LÀ GÌ

• Khái niệm:

“Là một khoa học nghiên cứu về các hoạtđộng sinh lý xảy ra trong cơ thể thực vật, mốiquan hệ giữa các điều kiện sinh thái với cáchoạt động sinh lý của cây để cho ta khả năngđiều chỉnh TV theo hướng có lợi cho con người”

“ Sinh lý thực vật là cơ sở của trồng trọt hợp lý” (Trimiriadep - Nga)

5 Quá trình dinh dưỡng khoáng

6 Sinh trưởng và phát triển của cây

7 Tính chống chịu

NHIỆM VỤ CỦA CÁC NHÀ SINH LÝ

THỰC VẬT

• Giải thích được thực vật thực hiện chức năngnhư thế nào bằng các thuật ngữ đã biết theocác định luật hóa học và vật lý

• Ứng dụng vào thực tiễn nhằm tạo ra năng suất

và chất lượng cây trồng tốt nhất trong khi vẫncòn duy trì ổn định các hệ thống sinh thái

VỊ TRÍ CỦA SINH LÝ THỰC VẬT

• Môn học cơ sở nhất cho ngành sinh học và cácmôn chuyên ngành thực vật (nông nghiệp)

• Không thể thiếu với CNSH thực vật

• Liên quan chặt chẽ với Hóa sinh và lý sinh, sinhthái, di truyền… và ngược lại

• Nằm trong hướng nghiên cứu sinh học chứcnăng

LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU SLTV

• Jan Baptista van Helmont, 1648

Jan Baptista van Helmont, 1648

LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU SLTV

Thí nghiệm của Priestly, 1772, chứng minh có sự quang hợp

LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU SLTV

• Xuất hiện từ rất sớm

• Cha đẻ của SLTV: Stefen Hales (TK 18), khicác nhà khoa học phát hiện ra học thuyết về quátrình QH, HH (Priesley, Ingenhous, Senebier )

• Phát triển rất nhanh ở TK 19 nhờ những tiến bộ

về phương tiện và phương pháp NC của cácmôn khoa học khác: hóa sinh, lý sinh đã gópphần cho SLTV hoàn thiện dần

• TK 20, với sự phát triển mạnh mẽ của KH, SLTV

đã phát triển nhanh chóng: không chỉ giải thíchbản chất, cơ chế mà còn ứng dụng trong thựctiễn sản xuất

SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT

CH

CHỦ Ủ Đ ĐỀ Ề 2: T 2: TẾ Ế BÀO VÀ C BÀO VÀ CƠ Ơ TH THỂ Ể TH THỰ ỰC V C VẬ ẬTT

GV: KHÚC TH GV: KHÚC THỊỊ AN AN

MỤC TIÊU CỦA CHỦ ĐỀ

• Kiến thức

– Cấu trúc và chức năng của TB thực vật

– Hiểu và giải thích được các hoạt động sinh lý trong

TB thực vật

• Kỹ năng

– Phương pháp nghiên cứu trong SLTV: hiện tượng co nguyên sinh, tính thấm của chất nguyên sinh, áp suất thẩm thấu của tế bào, hoạt động hút nước của tế bào

TẾ BÀO – ĐƠN VỊ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA THỰC VẬT

• Nguyên tử Phân tử Tế bào Mô

Cơ quan Hệ cơ quan Cơ thể Quần thểQuần xã Hệ sinh thái Sinh quyển

TẾ BÀO THỰC VẬT

Phân biệt (so sánh) TB thực vật và TB động vật?

1.1 Thành tế bào (Cell wall)

CẤU TRÚC VÁCH TẾ BÀO

lignin

1.1 Thành tế bào (Cell wall)

1 CẤU TRÚC VÁCH TẾ BÀO :

Cấu trúc và sự hình thành 3 lớp?

Cấu trúc 3 lớp

• Lớp giữa: hình thành khi

TB phân chia (pectin)

• Lớp 1: Khi TB sinh trưởng (vừa mềm dẻo, vừa đàn hồi) vách sơ cấp

• Lớp 2 : Khi TB ngừng sinh trưởng (vững chắc) vách thứ cấp

• Xấp xỉ 10% glycoprotein

VÁCH THỨ CẤP

• Hình thành ở 1 số TB khi chúng ngừng sinhtrưởng, chuyên hóa về thành phần và cấu trúc,phản ánh quá trình biệt hóa TB: dày và cứnghơn vách sơ cấp

• Chứa tới 45% cellulose, ít hemicellulose và hợpchất pectin hơn

• Hầu hết các vách thứ cấp có chứa lignin (có thểchiếm tới 35% TLK của mô gỗ)

• TB bần: vách có suberin (không thấm nước); TB

bề mặt: chứa lớp cutin (hạn chế thoát hơi nước)

CHỨC NĂNG SINH HỌC CỦAVÁCH

• Bộ xương ngoài, nâng đỡ về mặt cơ học

• Liên quan đến sự phát sinh hình thái thực vật

• Nguồn dinh dưỡng dự trữ (rất rõ trong nhiều loạihạt, vách nội nhũ hay lá mầm là nguồn dinhdưỡng dự trữ)

• Oligosaccharide – phần tử tín hiệu

• Barie – rào chắn cấu trúc

NHỮNG BiẾN ĐỔICỦAVÁCH

• Hóa gỗ: mô dẫn (cellulose + lignin)

• Hóa bần: vỏ củ, quả (cellulose + suberin+ sáp)bảo vệ

• Hóa cutin: TB biểu bì (lá, quả, thân…) cellulose+ cutin+ sáp: hạn chế sự thoát hơi nước, khí

SỢI LIÊN BÀO (Plasmodesma)

• Kênh nối hai TB cạnh nhau

• Đường kính khoảng 40 – 50nm

• Mật độ có thể thay đổi

• Symplas – mạng lưới TBC liên tục

• Apoplast - mạng lưới liên tục các khoảng khônggian phi TBC

SỢI LIÊN BÀO

KHÔNG BÀO

• Tế bào thực vật trưởng thành có không bàotrung tâm lớn (80 – 90% thể tích TB) Chứcnăng quan trọng

– Kho lưu trữ (các ion vô cơ, acid hữu cơ, đường, enzym, các chất thứ sinh…) Hầu hết mùi vị rau quả đều có nguồn gốc từ những hợp chất dự trừ trong không bào

– Tạo áp suất trương – nâng đỡ, vai trò trong giãn nở TB

KHÔNG BÀO

• Chứa enzym thủy phân tham gia vào quá trìnhphân hủy TB già, giúp quay vòng các thànhphần TB

• Điều hòa pH và nồng độ ion

• Chức năng bảo vệ (lọc ánh sáng bất lợi, chốngđộng vật ăn cỏ, cách ly các chất độc cho TB)

• Tại sao TB thực vật

có không bào lớn?

TẾ BÀO THỰC VẬT

MÀNG TẾ BÀO

MÔ THỰC VẬT

• Thực vật có 3 loại

mô cơ bản:

• Mô bì: bao phủ bềmặt

• Mô cơ bản

• Mô mạch

MÔ THỰC VẬT

• Mô cơ bản: gồm mô mềm, mô dày và mô cứng

• Mô mềm: ở khắp cơ thể cây (vỏ thân, rễ, thịt lá,rải rác trong mô mạch) – thường có vách sơ cấp

• Mô dày là mô nâng đỡ cho những mô non,thường thấy trong vỏ của thân và cuống hoặcdọc theo những mạch dẫn ở lá, đặc trưng bởivách sơ cấp hóa dầy

• Các TB mô cứng phân tán khắp cơ thể (TB đá,

TB sợi) cớ vách thứ cấp dày hóa lignin, thườngmất thể nguyên sinh khi trưởng thành

Mô phân sinh (meristem):

MPS đỉnh (apical M) Đỉnh chồi và rễ Kéo dài thân và rễ MPS lóng (intercalary M) Giữa ngọn và gốc của

lóng

Kéo dài thân

MPS bên (lateral M) Dọc theo thân và rễ Tăng đường kính thân

và rễ

Mô bì

- Biểu bì (epidermal): tế bào

sống,vách sơ cấp dày, bao bọc phần non của cây

- Chu bì (periderm): một tập hợp gồm (từ ngoài vào trong) mô bần, tầng sinh bần và nhu bì

- NỘI BÌ (endodermis): chứa khung Caspary

Vận chuyển chất Nước và chất khoáng Chất dinh dưỡng

triển và cơ quan dự trữ

- NỘI BÌ (endodermis): chứa khung Caspary

3 SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ SỰ HÚT CÁC CHẤT HÒA TAN Ở TẾ BÀO TV

- Cơ chế hút trương (không có có không bào) và cơ chế thẩm thấu (có không bào).

3.1 Cơ chế thẩm thấu:

- Khuếch tán: sự vận chuyển chất từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp

- Thẩm thấu: khuếch tán nước xuyên qua màng thấm chọn lọc

3.2 Cơ chế hút trương: sự hút nước của các cao phân tử hoặc các mao quản chưa bão

hòa nước cho đến khi đạt trạng thái bão hòa Trong thành TB tồn tại một hệ thống mao quản và chúng hút nước bằng lực mao quan

HIỆN TƯỢNG CO NGUYÊN SINH Dung dịch ưu trương:

Ý NGHĨA HIỆN TƯỢNG CO NGUYÊN SINH

• Xác định tính chống chịu của TV (tế bào sống mới có khả năng co nguyên sinh)

• Xác định nồng độ dịch bào, ASTT của dịch TB (mô TV)

• Xác định độ nhớt của chất NSC (dựa vào thời gian co lõm

sang co lồi)

CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NGUYEN

CẤU TRÚC VÀ ĐẶC TÍNH CỦA NGUYEN

– Màu nào có độ nhớt của cây cao nhất hay

thấp nhất (Xuân, hạ, thu, đông)

Các trạng thái keo của NSC

Trạng thái nào có ý nghĩa đối với thực vật ở các giai đoạn phát triển khác nhau: Non, Già, Trưởng thành, Đang ngủ nghỉ?

SINH LÝ TH SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT SINH LÝ TH

SINH LÝ THỰ ỰC V C VẬ ẬTT

CH

CHỦ Ủ Đ ĐỀ Ề 3: S 3: SỰ Ự TRAO Đ TRAO ĐỔ ỔI N I NƯỚ ƯỚC C Ở Ở TH THỰ ỰC V C VẬ ẬTT

Giảng viên: KHÚC THỊ AN

MỤC TIÊU CỦA CHỦ ĐỀ 3

• Kiến thức: Hiểu và giải thích

– Vai trò của nước đối với thực vật

– Quá sinh lý trao đổi nước ở cây: Sự hút nước của rễ,

sự vận chuyển nước trong mạch dẫn và sự thoát hơi nước ở bề mặt lá

– Sự cân bằng nước trong cây

– Ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh

– Đề xuất biện pháp tưới nước thích hợp, hiệu quả

• Kỹ năng

– Phương pháp nghiên cứu: xác định một số chỉ tiêu trong hoạt động trao đổi nước: thể tích của rễ, diện tích của lá, điều khiển sự đóng mở khí khổng bằng hóa chất, xác đinh khả năng thoát hơi nước, cường

độ thoát hơi nước của lá…

I.VAI TRÒ CỦA NƯỚC ĐỐI VỚI THỰC VẬT

• 1 g chất hữu cơ được hình thành – 500 g nước được rễ hấp thụ

• TB thực vật luôn có áp suất nội bào lớn – cần cho giãn nở TB, trao đổi khí ở lá, vận chuyển, tạo độ cứng

• 3 chức năng chính: (1) tạo phần sinh khối, (2) là môi trường cho vận chuyển và các phản ứng

sinh hóa, ảnh hưởng đến cấu trúc protein, acid nucleic… (3) điều nhiệt cho cây

• Giai đoạn nào của cây có hàm lượng nước cao nhất: Non, già, ra hoa, chín?

CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA NƯỚC

CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐiỂM CỦA NƯỚC

ĐẶC TÍCH CỦA PHÂN TỬ NƯỚC

• Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt

• Giữa các phân tử nước tạo liên kết hydro mạng liên kết (nước đóng băng)

• Do tính phân cực nước có tính dính (độ nhớt) và có khả năng liên kết với nhau để vận chuyển lên cao trong cây

• Tạo khả năng thủy hóa

CẤU TRÚC VÀ ĐẶC ĐiỂM CỦA NƯỚC

Khả năng thủy hóa trong NSC

Vai trò của nước tự do và nước liên kết

CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC

• Khuyếch tán phân tử

• Đi từ nơi có mật độ cao tới nơi có mật độ thấp (có điều kiện) – Phụ thuộc vào gradient nồng độ

• Là kết quả của chuyển động nhiệt ngẫu nhiên

• Xảy ra nhanh đối với khoảng cách ngắn nhưng rất chậm đối với khoảng cách dài

CÁC QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN NƯỚC

• Vận chuyển dòng khối (VCDK)

• Vận chuyển lượng lớn

• Là kết quả của gradient áp suất

• VCDK qua ống: phụ thuộc vào bán kính ống, độ nhớt và gradient áp suất

• VCDK không phụ thuộc nồng độ chất tan miễn là

độ nhớt của chúng không thay đổi

độ, trong VCDK các chất đi theo gradient áp suất, đối

với TT, cả hai gradient đều có ảnh hưởng

• Cơ chế thẩm thấu của nước vào TB thực vật liên quan đến sự kết hợp của

– (1) sự khuếch tán phân tử qua lớp màng kép và

– (2) sự vận chuyển vi dòng khối qua các aquaporin

• C- nồng độ ptg

• i- hệ số Vanhoff đặc trưng cho mức độ phân ly của chất tan

i= 1+ α(n-1): α là hệ số điện

ly, n là số ion hình thành khi phân ly

NHƯỢC TRƯƠNG, ƯU TRƯƠNG, VÀ

ĐẲNG TRƯƠNG

• Khi đưa TB thực vật vào dung dịch có 3 trường hợp

• TB mất nước dung dịch ưu trương

• TB thâm nước dung dịch nhược trương

• TB không thay đổi trạnh thái nước dung dịch đẳng trương

THẾ NƯỚC

• Đặc trưng cho trạng thái năng lượng tự do của nước

SỨC HÚT NƯỚC CỦA TẾ BÀO THỰC VẬT

• Trong môi trường nhược trương nước vào TB, thể tích không bào tăng, ép lên NSC và thành TB một lực chống lại dòng nước vào TB (sức trương của TB – T)

• Khi T = P (no nước hay bão hòa nước)

• Tuy nhiên đối với TV trên cạn (luôn ở trạng thái thiếu bão hòa nước) P ≥ T hay P – T ≥ 0

Sức hút nước của TB : S = P - T

SỨC HÚT NƯỚC CỦA TẾ BÀO THỰC VẬT

• Có 4 trạng thái của TB:

1 TB no nước hay bão hòa nước (trời mưa kéo dài);

2 TB héo hoàn toàn (khi dung dịch bên ngoài đậm đặc: ngập mặn);

3 TB thiếu bão hòa nước (quan trọng và thường xuyên xảy ra);

4 TB bị mất nước quá mạnh (thoát hơi nước) tổn

thương TB, chết (héo rũ lâu ngày)

SỨC HÚT NƯỚC CỦA TẾ BÀO THỰC VẬT

•

SỰ CÂN BẰNG NƯỚC CỦA THỰC VẬT

•

• SPAC (Soil Plant Air Continuum)

• A- lượng nước hút vào; T- lượng nước thoát ra

• T/A≤ 1 cây ở trạng thái cân bằng nước; T/A>1 cây mất cân bằng nước

• Nước đi từ đất và cây rồi phần lớn thoát ra

ngoài khí quyển

• Để tồn tại thực vật phải có cơ chế cân bằng

giữa lượng nước lấy vào và lượng nước mất đi

SỰ CÂN BẰNG NƯỚC CỦA THỰC VẬT

•

CÂU HỎI

•

1 Tỷ lệ lượng nước bay hơi qua bề mặt lá so với

lượng nước hút vào là:

A 90%; B.95%; C.99% và D 99,9%

2 Tỷ lệ lượng nước được giữ lại trong cây so với

lượng nước hút vào là:

A 10%; B: 1%; C.0,1% và D.0,01%

NƯỚC TRONG ĐẤT

•

• Hàm lượng và tốc độ di chuyển của nước trong đất phụ thuộc rất nhiều vào dạng đất và cấu trúc của đất

• Tùy thuộc vào kích thước hạt đất có thể có các loại đất khác nhau

• Nước trong đất có thể là nước tự do hoặc nước liên kết

NƯỚC TRONG ĐẤT

•

• Nước tự do: nước trọng lực và nước mao dẫn

• Nước liên kết: nước liên kết chặt và nước màng

• Loại nước mà cây sử dụng thường xuyên trong đời sống là nước?

• Độ ẩm của đất: Hàm lượng nước tổng số trong đất tại 1 thời điểm và điều kiện nhất định

• Ẩm dung của đất: hàm lượng nước của đất sau khi được tưới bão hòa và phần nước dư thừa

đã rút hết

NƯỚC TRONG ĐẤT

•

• Nước trọng lực: Nước lấp đầy trong các khe hở của đất (mạch nước ngầm) Cây chỉ hấp thu 1 phần

• Nước mao quản: nước lấp đầy trong các mao quản đất Có ý nghĩa sinh học nhất

• Nước màng: do khả năng thủy hóa tạo nên

màng nước

• Nước ngậm: nước phân bố sát các hạt keo đất, cây không thể hút được

HỆ SỐ HÉO CỦA ĐẤT

• Lượng nước còn lại trong đất mà cây không sử dụng được và cây bị héo

Nước di chuyển vào rễ thông qua con

đường apoplast, qua màng và symplast

•

Vòng đai Caspar

Nước di chuyển vào rễ thông qua con

đường apoplast, qua màng và symplast

•

Vòng đai Caspar

Con đường nước đi từ đất tới mạch rễ

•

Nước di chuyển vào rễ thông qua con

đường apoplast, qua màng và symplast

•

Vòng đai Caspar

Quá trình nước vận chuyển trong cây

– Động lực là gì? Khi vc chịu tác động của lực

ma sát của dòng chảy, trọng lực khi chảy lên mặt đất

3 động lực giữ dòng nước liên tục

Động lực trên Sự

Thoát hơi nước ở

lá

3động lực giữ dòng nước liên tục

Cấu trúc của hệ thống vận chuyển nước

• Hệ thống quản bào (TV hạt trần: thông, phi lao):

– TB hẹp và dài, TB chết (mất chất NS), thành TB dày, hóa gỗ, giữa các vách có nhiều lỗ cho nước đi qua,

- NỘI BÌ (endodermis): chứa khung Caspary

• Dòng nước liên

tục trong cây

trưởng của rễ giảm) Hạn sinh lý

– Nhiệt độ cao: bị ức chế (NCS thay đổi, lông hút)

Hạn

• Hạn: hút nước < thoát nước

– Hạn đất: Do thiếu nước trong đất

– Hạn không khí: Do độ ẩm không khí trong không khí thấp

– Hạn sinh lý: do trạng thái sinh lý của cây không cho phép hút nước

• Nhiệt độ đất quá thấp rễ cây không hấp thụ được nước

HÉO CỦA THỰC VÂT

• Héo là dấu hiệu về hình thái của cây biểu hiện sự

mất cân bằng nước :

• Héo tạm thời:

– buổi trưa khi nhiệt độ quá cao, độ ẩm khô khí thấp,

sự thoát nước nhiều mà cung cấp nước ít

• Héo lâu dài

Sự thoát hơi nước ở lá

• Ý nghĩa của quá trình thoát hơi nước:

– Thoát hơi nước để khí khổng mở

– Tạo động lực cho quá trình hút nước và chuyển động của dòng nước

– Giảm nhiệt độ bề mặt lá

– Liên qua mật thiết với quá trình hút khoáng

Sự thoát hơi nước ở lá

• Con đường thoát hơi nước qua lá:

– Qua lớp cutin

– Qua khí khổng (chủ yếu)

– Phân biệt sự bay hơi nước và thoát hơi nước?

Sự thoát hơi nước ở lá qua khí khổng

• Gồm 2 giai đoạn:

– Giai đoạn 1: nước chuyển từ thể lỏng thành

thể hơi trong các TB thịt lá và khuếch tán

trong các khoảng gian bào thịt lá

– Giai đoạn 2: sự khuếch tán của hơi nước

trong các khoảng gian bào qua khí khổng để

ra ngoài không khí

– Quá trình thoát hơi nước mang bản chất sinh học?

Cấu tạo của khí khổng

• Khí khổng cấu tạo từ 2 TB bảo vệ

– Vách dày mỏng không đều (mép trong dày, mép ngoài mỏng)

– Định hướng nan quạt của các vi sợi cellulose

– Có lục lạp, tinh bột: giúp cho

sự điều chỉnh đóng mở kk

1 Sự phân bố:

– Mặt trên – Mặt dưới (nhiều) – Phục thuộc và cấu trúc