A HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM 1. Sự hấp thụ các nguyên tố khoáng Các nguyên tố khoáng thường được hấp thụ vào cây dưới dạng ion qua hệ thống rễ là chủ yếu. Có hai cách hấp thụ các ion khoáng ở rễ: Cách bị động: Các ion khoáng khuyếch 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 dung dịch đất. Cách này gọi là hút bám trao đổi. Cách chủ động: Mang tính chọn lọc và ngược với gradient nồng độ nên cần thiết phải có năng lượng, tức là sự tham gia của ATP và của một chất trung gian ,thường gọi là chất mang. ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình trao đổi chất, mà chủ yếu là quá trình hô hấp. Như vậy lại một lần nữa chúng ta thấy rằng: Quá trình hấp thụ nước và các chất khoáng đều liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp của rễ. 2. Vai trò của các nguyên tố khoáng 2.1. Vai trò của các nguyên tố đa lượng: Các nguyên tố đa lượng thường đóng vai trò cấu trúc trong tế bào, là thành phần của các đại phân tử trong tế bào (protein, lipit, axit nucleic,...). Các nguyên tố đa lượng còn ảnh hưởng đến tính chất của hệ thống keo trong chất nguyên sinh như: Điện tích bề mặt, độ ngậm nước, độ nhớt và độ bền vững của hệ thống keo. 2.2. Vai trò của các nguyên tố vi lượng: Các nguyên tố vi lượng thường là thành phần không thể thiếu được hầu hết các enzym. Chúng hoạt hoá cho các enzym này trong các quá trình trao đổi chất của cơ thể. Vai trò của các nguyên tố đa lượng, vi lượng được minh hoạ ở bảng sau (Bảng2.1). B HỆ THỐNG CÂU HỎI Câu 14. Vì sao trong mô thực vật xảy ra quá trình khử nitrat? Trả lời: Nitơ ở dạng NO3 có nhiều trong đất và được thực vật hấp thụ dễ dàng. Nitơ ở dạng NO3 là dạng ôxi hoá, còn trong cây cần nhiều Nitơ ở dạng khử NH2, NH3, NH4+ để tạo ra các axit amin. Do đó, ở thực vật cần có quá trình khử NO3 để tạo ra NH4+ và tiếp tục được đồng hoá tạo ra aa để dự trữ nitơ và prôtêin. Câu 15. Tại sao đất chua thường nghèo các chất dinh dưỡng? Trả lời: Đất chua có nhiều ion H+ .Các ion H+ trong dịch đất sẽ thực hiện phản ứng trao đổi ion, các ion H+ bám trên bề mặt hạt keo đẩy các ion khoáng ra dịch đất. Các ion khoáng bị rửa trôi làm cho đất bị nghèo chất dinh dưỡng. Câu 16. (Olympic 2009) a. Cây xanh sử dụng nguồn N không khí và trong đất bằng phương thức nào? b. Nhóm VSV nào có khả năng cố định nitơ khí quyển? Cho biết điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm? c. Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH3 có nguồn gốc từ chất nào? Trả lời: a. Cây xanh sử dụng nguồn N trong không khí và trong đất bằng phương thức sau: Nguồn N trong không khí: + Khi có sấm chớp: N2 + O2 > HNO3 > các hợp chất nitrat > cây dễ hấp thụ. + Hoạt động của các VSV tự do và cộng sinh có khả năng cố định nitơ cho đất, từ đó biến đổi thành các hợp chất chứa nitơ => cây dễ hấp thụ Nguồn N trong đất: Do sự phân huỷ xác, bã động, thực vật + Sự hoá mùn: Xác động, thực vật nhờ vi khuẩn, nấm phân giải thành chất mùn > các aa + Sự hoá amoniac: các aa tiếp tục nhờ vi khuẩn phân giải thành ure sau đó được phân giải tiếp tục thành NH3 + Sự hoá nitrit: NH3 oxihoá thành HNO2 sau đó hình thành muối nitrit + Sự hoá nitrat: HNO2 oxihoá thành HNO3 sau đó hình thành muối nitrat b. Nhóm VSV có khả năng cố định nitơ khí quyển: Vi khuẩn sống tự do trong đất và trong nước: Nostoc, Clostridium… Vi khuẩn cộng sinh: Rhizobium, Anabaena azollae… Điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm: + Có các lực khử mạnh + Được cung cấp NL ATP + Có sự tham gia của enzim nitrogenaza + Thực hiện trong điều kiện kị khí c. Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH3 có nguồn gốc từ glucozơ vì: Quá trình khử N2 thành NH3 sử dụng lực khử NADH, chất này được tạo ra từ quá trình hô hấp. Mà hô hấp sử dụng nguyên liệu là glucozơ, nguyên tử H trong glucozơ được gắn với NAD để tạo thành NADH. Câu 17. V× sao thùc vËt xanh t¾m m×nh trong biÓn ®¹m nhng vẫn thiÕu ®¹m? Làm thế nào Nitơ trong không khí trở thành dạng mà cây có thể sử dụng được? Nêu cơ chế và điều kiện đê thực hiện quá trình này? Nªu mét sè c©y xanh cã kh¶ n¨ng sö dông nit¬? Trả lời: Thùc vËt xanh nãi chung “t¾m m×nh trong biÓn ®¹m” nhng thiÕu ®¹m. V×: + Nit¬ tù do(N2) cã liªn kÕt 3 rÊt bÒn(N N) + C©y xanh nãi chung kh«ng cã enzim xóc t¸c m¹nh, qu¸ tr×nh ho¹t ho¸ nit¬(Nitrogennaza, hidrogenaza) ph¸ vì liªn kÕt bÒn cña nit¬ biÕn N2 NH3. +C¸c c©y sö dông Nit¬ tù do: + C©y hä §Ëu nhê céng sinh víi vi khuÈn Rhizobium. + BÌo hoa d©u: nhê céng sinh víi vi khuÈn lam. + Mét sè c©y hoµ th¶o(lóa) nhê céng sinh víi vi khuÈn Azospirillum. Câu 18. Trình bày mối quan hệ giữa chu trình Crep và qúa trình đồng hoá NH3? Trả lời: Chu trình Crep tạo ra các axit hữu cơ như α – xêtôglutarat, fumarat, oxalôaxetat. Các axit hữu cơ sẽ kết hợp với NH3¬ để tạo ra các aa => dự trữ nito và protein. Câu 19. Có người nói: Khi chu trình Crep ngừng hoạt động thì cây có thể bị ngộ độc bởi NH3. Điều đó đúng hay sai? Giải thích? Trả lời: Chu trình Krebs tạo ASTT để rễ dễ dàng nhận nitơ. Có mối quan hệ chặt chẽ giữa các sản phẩm của chu trình Krebs với hàm lượng NH3 trong cây. Vì các sản phẩm này cùng với NH3 > các axit amin > protein. Axit piruvic + NH3 > Alanin Axit glutamic + NH3 >Glutamic Axit fumaric + NH3 > Aspactic Và các axit hữu cơ kết hợp với NH3 tạo thành các amit làm cây không ngộ độc Câu 20. Tác dụng của việc bón phân? Để xác định lượng phân bón cần bón cho một thu hoạch định trước thì phải căn cứ vào các yếu tố nào? Trả lời: Tác dụng: + Cung cấp các nguyên tố khoáng thiếu hụt cho đất => Phục hồi độ phì nhiêu cho đất nếu bón phân kịp thời, đúng liều lượng, đúng loại + Cung cấp nguy
Trang 1SỰ HẤP THỤ KHOÁNG VÀ TRAO ĐỔI NITƠ Ở THỰC VẬT
A - HỆ THỐNG KIẾN THỨC TRỌNG TÂM
1 Sự hấp thụ các nguyên tố khoáng
Các nguyên tố khoáng thường được hấp thụ vào cây dưới dạng ion qua hệ thống rễ là chủ yếu Có hai cách hấp thụ các ion khoáng ở rễ:
* Cách bị động:
- Các ion khoáng khuyếch 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 dung dịch đất Cách này gọi là hút bám trao đổi
* Cách chủ động:
- Mang tính chọn lọc và ngược với gradient nồng độ nên cần thiết phải có năng lượng, tức là sự tham gia của ATP và của một chất trung gian ,thường gọi là chất mang
- ATP và chất mang được cung cấp từ quá trình trao đổi chất, mà chủ yếu là quá trình hô hấp Như vậy lại một lần nữa chúng ta thấy rằng:
Quá trình hấp thụ nước và các chất khoáng đều liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp của rễ
2 Vai trò của các nguyên tố khoáng
2.1 Vai trò của các nguyên tố đa lượng:
Các nguyên tố đa lượng thường đóng vai trò cấu trúc trong tế bào, là thành phần của các đại phân
tử trong tế bào (protein, lipit, axit nucleic, ) Các nguyên tố đa lượng còn ảnh hưởng đến tính chất của hệ thống keo trong chất nguyên sinh như: Điện tích bề mặt, độ ngậm nước, độ nhớt và độ bền vững của hệ thống keo
2.2 Vai trò của các nguyên tố vi lượng:
Các nguyên tố vi lượng thường là thành phần không thể thiếu được hầu hết các enzym Chúng hoạt hoá cho các enzym này trong các quá trình trao đổi chất của cơ thể Vai trò của các nguyên tố đa lượng, vi lượng được minh hoạ ở bảng sau (Bảng2.1)
B - HỆ THỐNG CÂU HỎI
Câu 14 Vì sao trong mô thực vật xảy ra quá trình khử nitrat?
Trả lời:
- Nitơ ở dạng NO3- có nhiều trong đất và được thực vật hấp thụ dễ dàng
- Nitơ ở dạng NO3- là dạng ôxi hoá, còn trong cây cần nhiều Nitơ ở dạng khử NH2, NH3, NH4+ để tạo
ra các axit amin
- Do đó, ở thực vật cần có quá trình khử NO3- để tạo ra NH4+ và tiếp tục được đồng hoá tạo ra aa để
dự trữ nitơ và prôtêin
Câu 15 Tại sao đất chua thường nghèo các chất dinh dưỡng?
Trả lời:
- Đất chua có nhiều ion H+ .Các ion H+ trong dịch đất sẽ thực hiện phản ứng trao đổi ion, các ion
H+ bám trên bề mặt hạt keo đẩy các ion khoáng ra dịch đất Các ion khoáng bị rửa trôi làm cho đất bị nghèo chất dinh dưỡng
Câu 16 (Olympic 2009)
a Cây xanh sử dụng nguồn N không khí và trong đất bằng phương thức nào?
b Nhóm VSV nào có khả năng cố định nitơ khí quyển? Cho biết điều kiện để mỗi nhóm thực hiện được quá trình cố đinh đạm?
c Trong quá trình cố định đạm, nguyên tử H trong NH 3 có nguồn gốc từ chất nào?
Trả lời:
a Cây xanh sử dụng nguồn N trong không khí và trong đất bằng phương thức sau:
- Nguồn N trong không khí:
Trang 2+ Khi cú sấm chớp: N2 + O2 -> HNO3 -> cỏc hợp chất nitrat -> cõy dễ hấp thụ.
+ Hoạt động của cỏc VSV tự do và cộng sinh cú khả năng cố định nitơ cho đất, từ đú biến đổi thành cỏc hợp chất chứa nitơ => cõy dễ hấp thụ
- Nguồn N trong đất: Do sự phõn huỷ xỏc, bó động, thực vật
+ Sự hoỏ mựn: Xỏc động, thực vật nhờ vi khuẩn, nấm phõn giải thành chất mựn -> cỏc aa
+ Sự hoỏ amoniac: cỏc aa tiếp tục nhờ vi khuẩn phõn giải thành ure sau đú được phõn giải tiếp tục thành NH3
+ Sự hoỏ nitrit: NH3 oxihoỏ thành HNO2 sau đú hỡnh thành muối nitrit
+ Sự hoỏ nitrat: HNO2 oxihoỏ thành HNO3 sau đú hỡnh thành muối nitrat
b Nhúm VSV cú khả năng cố định nitơ khớ quyển:
- Vi khuẩn sống tự do trong đất và trong nước: Nostoc, Clostridium…
- Vi khuẩn cộng sinh: Rhizobium, Anabaena azollae…
* Điều kiện để mỗi nhúm thực hiện được quỏ trỡnh cố đinh đạm:
+ Cú cỏc lực khử mạnh
+ Được cung cấp NL ATP
+ Cú sự tham gia của enzim nitrogenaza
+ Thực hiện trong điều kiện kị khớ
c Trong quỏ trỡnh cố định đạm, nguyờn tử H trong NH3 cú nguồn gốc từ glucozơ vỡ:
Quỏ trỡnh khử N2 thành NH3 sử dụng lực khử NADH, chất này được tạo ra từ quỏ trỡnh hụ hấp Mà
hụ hấp sử dụng nguyờn liệu là glucozơ, nguyờn tử H trong glucozơ được gắn với NAD để tạo thành NADH
Cõu 17 Vì sao thực vật xanh tắm mình trong biển đạm nhng vẫn thiếu
đạm? Làm thế nào Nitơ trong khụng khớ trở thành dạng mà cõy cú thể sử dụng được? Nờu cơ chế và điều kiện đờ thực hiện quỏ trỡnh này? Nêu một số cây xanh có khả năng sử dụng nitơ?
Trả lời:
- Thực vật xanh nói chung “tắm mình trong biển đạm” nhng thiếu đạm
Vì: + Nitơ tự do(N2) có liên kết 3 rất bền(N≡ N)
+ Cây xanh nói chung không có enzim xúc tác mạnh, quá trình hoạt hoá nitơ(Nitrogennaza, hidrogenaza) phá vỡ liên kết bền của nitơ biến N2→ NH3 +Các cây sử dụng Nitơ tự do:
+ Cây họ Đậu nhờ cộng sinh với vi khuẩn Rhizobium
+ Bèo hoa dâu: nhờ cộng sinh với vi khuẩn lam
+ Một số cây hoà thảo(lúa) nhờ cộng sinh với vi khuẩn Azospirillum
Cõu 18 Trỡnh bày mối quan hệ giữa chu trỡnh Crep và qỳa trỡnh đồng hoỏ NH 3 ?
Trả lời:
- Chu trỡnh Crep tạo ra cỏc axit hữu cơ như α – xờtụglutarat, fumarat, oxalụaxetat Cỏc axit hữu
cơ sẽ kết hợp với NH3 để tạo ra cỏc aa => dự trữ nito và protein
Cõu 19 Cú người núi: Khi chu trỡnh Crep ngừng hoạt động thỡ cõy cú thể bị ngộ độc bởi NH3 Điều đú đỳng hay sai? Giải thớch?
Trả lời:
- Chu trỡnh Krebs tạo ASTT để rễ dễ dàng nhận nitơ
- Cú mối quan hệ chặt chẽ giữa cỏc sản phẩm của chu trỡnh Krebs với hàm lượng NH3 trong cõy
Vỡ cỏc sản phẩm này cựng với NH3 -> cỏc axit amin -> protein
Axit piruvic + NH3 -> Alanin
Axit glutamic + NH3 ->Glutamic
Axit fumaric + NH3 -> Aspactic
Và cỏc axit hữu cơ kết hợp với NH3 tạo thành cỏc amit làm cõy khụng ngộ độc
Cõu 20 Tỏc dụng của việc bún phõn? Để xỏc định lượng phõn bún cần bún cho một thu hoạch định trước thỡ phải căn cứ vào cỏc yếu tố nào?
Trả lời:
- Tỏc dụng:
+ Cung cấp cỏc nguyờn tố khoỏng thiếu hụt cho đất
=> Phục hồi độ phỡ nhiờu cho đất nếu bún phõn kịp thời, đỳng liều lượng, đỳng loại
Trang 3+ Cung cấp nguyên liệu cho cấu tạo các thành phần của cây
Các nguyên tố khoáng được cây hấp thụ, chuyển hoá và cung cấp cho quá trình TĐC ở cây => nếu
1 trong các nguyên tố khoáng bị thiếu thì sự sinh trưởng của cây bị giới hạn hoặc ngừng sinh trưởng
- Yếu tố xác định lượng phân bón:
+ Nhu cầu dinh dưỡng của cây
+ Khả năng cung cấp chất dinh dưỡng của đất
+ Hệ số sử dụng phân bón: lượng phân bón cây sử dụng được so với tổng lượng phân bón
Câu 21 Tại sao khi trồng lúa phải làm cỏ sục bùn?
Trả lời:
- Đất trồng lúa thường xuyên ngập nước => dễ bị thiếu Oxi
+ -> ảnh hưởng đến hô hấp ở rễ -> ảnh hưởng đến quá trình hút nước và hút khoáng -> ảnh hưởng đến sinh trưởng – phát triển
+ -> VSV hoạt động hô hấp kị khí -> Tạo các khí độc hại -> gây ngộ độc cho cây
Khi làm cỏ sục bùn sẽ loại bỏ cỏ, tránh cạnh tranh chất dinh dưỡng, oxi với lúa, đồng thời làm tăng lượng oxi trong đất - rế hô hấp tốt hơn/
Câu 22 a Vì sao sau cơn mưa có nhiều sấm sét thì cây xanh tươi tốt hơn, mọc lá non nhiều hơn?
b Để cho cây lúa lốp không bị đổ lúc bông lúa sắp chính, người ta bón phân gì? Vì sao phải sử dụng loại phân đó?
Trả lời:
a Vì: - Trong các cơn mưa có sấm sét, một lượng nhỏ nitơ trong không khí đã bị oxi hóa dưới điều kiện nhiệt độ và áp suất cao thành NO3- theo phản ứng:
N2 + O2 -> 2NO + O2 ->2NO2+ H2O -> HNO3 -> H+ +NO3
- Cây được cung cấp nguồn N, mặc dù ít, cùng với nước nên thực hiện quá trình quang hợp, trao đổi nước tốt hơn nên cây xanh tốt hơn
b Người ta bón phân K vì K giúp tích luỹ xenlulozơ, hemixenlulozơ, pectin trong vách tế bào thực
vạt, làm cho tế bào cứng cáp hơn giúp tăng khả năng chống đổ của lúa
Câu 23 Cơ sở sinh học của việc bón phân qua lá? Trong trường hợp nào bón phân qua lá sẽ có lợi ích hơn bón phân vào đất (bón phân cho rễ)
Trả lời:
- Cơ sở sinh học của việc bón phân qua lá: Sự hấp thụ các chất dinh dưỡng qua khí khổng, hoặc
có thể thấm qua lớp cutin theo građien nồng độ
- Trong trường hợp bón phân qua lá sẽ có lợi ích hơn bón phân vào đất (bón phân cho rễ):
+ Trong đất có Ca, hàm lượng Fe dễ tiêu thấp, cây bị thiếu Fe (bệnh lúa vàng vôi) => phân bón lá
có hiệu quả hơn so với bón phức chất chứa sắt cho đất, đồng thời cũng là phương tiện giảm bớt độc tính của Mn
+ Đất khô hạn, tầng đất mặt thiếu nước và giảm đáng kể các chất dễ tiêu trong mùa sinh trưởng => bón phân qua lá sẽ có hiệu quả hơn
Câu 24 ( Đề Thi HSG Hà Tĩnh - 2013)
a Những nhóm sinh vật nào có khả năng cố định nitơ không khí? Vì sao chúng có khả năng đó?
b Vai trò của nitơ đối với đời sống cây xanh? Hãy nêu những nguồn nitơ chủ yếu cung cấp cho cây? c.Chứng minh mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng
và trao đổi nitơ Con người đã vận dụng những hiểu biết về mối quan hệ này vào trong thực tiễn trồng trọt như thế nào?
Trả lời:
a + Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống tự do: Cyanobacteria
+ Nhóm vi khuẩn cố định nitơ sống cộng sinh: Rhizobium sống cộng sinh trong rễ cây họ đậu
- Chúng có khả năng đó vì có các enzim nitrôgenaza nên có khả năng phá vỡ liên kết 3 bền vững của nitơ và chuyển thành dạng NH3
b - Vai trò nitơ:
Trang 4+ Về cấu trúc: Tham gia cấu tạo prôtêin, axit nuclêic, ATP,
+ Về sinh lý: Điều hòa trao đổi chất, sinh trưởng, phát triển (TP cấu tạo của enzim, vitamin nhóm
B, một số hooc môn sinh trưởng, )
- Nguồn Nitơ chủ yếu cung cấp cho cây là:
+ Nitơ vô cơ: như nitrat (NO3-), amôn (NH4+ )
+ Nitơ hữu cơ: như axit amin, amit
c - Mối liên quan chặt chẽ giữa quá trình hô hấp với quá trình dinh dưỡng khoáng và trao đổi nitơ:
+ Hô hấp giải phóng năng lượng dưới dạng ATP, tạo ra các hợp chất trung gian như các axit hữu cơ + ATP và các hợp chất này đều liên quan chặt chẽ với quá trình hấp thụ khoáng và nitơ, quá trình
sử dụng các chất khoáng và quá trình biến đổi nitơ trong cây
- Ứng dụng thực tiễn:
+ Khi trồng cây, người ta phải xới đất, làm cỏ sục bùn với mục đích tạo điều kiện cho rễ cây hô hấp hiếu khí
+ Hiện nay người ta ứng dụng phương pháp trồng cây không cần đất: trồng cây trong dung dịch (Thuỷ canh), trồng cây trong không khí (Khí canh) để tạo điều kiện tối ưu cho hô hấp hiếu khí của bộ rễ