Phần 3 Các phương pháp nhận biết một số đặc điểm giải phẫu - sinh lí thực vật thích nghi với các điều kiện sinh thái khác nhau 1. Vài nét về mối liên quan giữa cấu trúc với chức năng Trong quá trình học tập và nghiên cứu về sinh học cơ thể nói chung, cũng như sinh học cơ thể thực vật nói riêng, một trong những vấn đề rất quan trọng cần phải lưu ý là: Có một mối liên quan rất chặt chẽ giữa cấu trúc với chức năng của từng thành phần trong tế bào, của các tế bào khác nhau, của các mô, các cơ quan khác nhau và cuối cùng là của cơ thể. Có thể nêu một số ví dụ sau đây để chứng minh điều đó: a. Tế bào thực vật: • Thành tế bào được cấu trúc vững chắc nhờ các sợi xelulôzơ liên kết thành bó bằng các cầu nối hidro, nên đảm nhận được chức năng qui định kích thước và hình dạng của tế bào, giữ cho tế bào không bị vỡ khi nhận nước. Nhưng thành tế bào lại vẫn có thể dãn ra được, do cầu nối hidro dễ bị phá vỡ và cũng dễ được tái lập, khi tế bào càn tăng lên về kích thước, về thể tích. • Lục lạp - một bào quan của tế bào thực vật thực hiện chức năng quang hợp: lục lạp có hình cầu dẹt và có thể chuyển động để thay đổi một cách chủ động cường độ ánh sáng khi chiếu nó. Về cấu trúc: phía trong lớp màng kép có hai cấu trúc rất đặc biệt để thực hiện nhiệm vụ của pha sáng và pha tối của quang hợp. Cấu trúc hạt có hệ thống màng kép chứa các sắc tố, các trung tâm phản ứng, các chất truyền điện tử trung gian - nơi thực hiện pha sáng. Cấu trúc chất nền với các đặc điểm: một khối keo nhớt, trong suốt, chứa nhiều enzim cacboxi hoá - nơi thực hiện pha tối. • Không bào: một túi chứa nước và các chất hoà tan, luôn có áp suất thẩm thấu lớn hơn áp suất thẩm thấu của nước, do đó không bào đóng vai trò chủ yếu trong quá trình thẩm thấu của tế bào. Khả năng nhận nước của tế bào từ môi trường ngoài rất lớn và đặc biệt khi tế bào mất nước thì không bào mất nước trước tiên, co lại, kéo theo chất nguyên sinh tách khỏi thành tế bào. Chính hiện tượng co nguyên sinh này đã giúp tế bào thực vật không bị biến dạng. b. Tế bào biểu bì biến thành khí khổng: Khi hai tế bào biểu bì biến thành hai tế bào bảo vệ, tạo nên khe khí khổng, thì chúng có hai đặc điểm thích ứng với nhiệm vụ đóng mở khí khổng: * mép trong của hai tế bào này dày hơn mép ngoài nên khi tế bào trương nước, khí khổng mở ra thành một khe nhỏ và khi tế bào mất nước, khí khổng đóng lại được ngay. *Tế bào bảo vệ có chứa lục lạp và đặc điểm này liên quan đến cơ chế đóng mở khí khổng. c. Tế bào biểu bì biến thành lông hút Lông hút có các đặc điểm liên quan đến quá trình hấp thụ nước: • Thành tế bào mỏng, không thấm cutin • Một không bào lớn chiếm gần hết thể tích của tế bào • Hô hấp mạnh đã tạo cho lông hút có một áp suất thẩm thấu lớn d. Lớp mô giậu của lá gồm các tế bào hình chữ nhật xếp theo chiều thẳng đứng, xít nhau, chứa nhiều lục lạp, nằm ngay dưới lớp biểu bì .Lớp mô khuyết với các khoảng gian bào lớn chứa oxi, CO2, nước. Hệ thống mạch dẫn dày đặc ở lá cung cấp và vận chuyển nguyên liệu và sàn phẩm quang hợp. Tất cả những đặc điểm nêu trên đều chứng minh mối liên quan chặt chẽ giữa cấu trúc của lá với chức năng quang hợp của nó. c. Đặc điểm của hệ rễ với việc hấp thụ nước và các chất khoáng hoà tan Hệ rễ của bất cứ một cây nào cũng có tổng chiều dài và diện tích rất lớn để tăng bề mặt hấp thụ. Mặt khác để lấy được nhiều và nhanh nước và các chất khoáng hoà tan, hệ rễ sử dụng hai con đường hấp thụ: con đường vô bào, con đường tế bào và để khắc phục nhược điểm của con đường vô bào, trên con đường này đã xuất hiện vòng đai Caspari ở tế bào nội bì, với mục đích điều chỉnh lượng nước và kiểm tra các chất khoáng hoà tan. 2. VỀ MỐI LIÊN QUAN GIỮA CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG VỚI CÁC ĐIỀU KIỆN SINH THÁI Thực vật nhiều khi phải sống trong những điều kiện sinh thái (ánh sáng, nhiệt độ, nước, dinh dưỡng khoáng, nồng độ CO2, O2) bất lợi (thiếu hoặc thừa theo nhu cầu của chúng). Sống trong điều kiện như vậy, trong một thời gian dài và theo qui luật chọn lọc tự nhiên, nhiều nhóm thực vật đã hình thành được các đặc điểm thích nghi. Có thể nêu ra đây một số ví dụ của các nhóm cây cùng các đặc điểm hình thái, cấu trúc và sinh lí để phân biệt: 2.1. Cây chịu hạn và cây kém chịu hạn Cây chịu hạn và cây kém chịu hạn có một loạt các đặc điểm về hình thái, cấu trúc, sinh lí, hoá sinh khác nhau. Cây chịu hạn Cây kém chịu hạn Lá: dầy, nhỏ, có khi có lông Lá: mỏng, lớn, nhẵn Hàm lượng nước liên kết: lớn nhỏ Áp suất thẩm thấu: lớn nhỏ Cường độ thoát hơi nước: lớn nhỏ Hàm lượng các chất gây thẩm thấu: lớn nhỏ Hàm lượng Axit apxixic (ABA-chất gây đóng khí khổng): lớn nhỏ 2.2. Cây ưa sáng và cây ưa bóng Sau đây là một số đặc điểm thích nghi điển hình của lá cây ưa sáng và cây ưa bóng trong các môi trường chiếu sáng khác nhau: Cây ưa sáng Cây ưa bóng Diện tích lá trung bình 25 38 Số lựơng gân nhánh trên lá 16 18 Số khí khổng mm 2 lá 214 144 Kích thứơc lỗ khí Nhỏ Lớn Tỉ lệ mô giậu / mô khuyết 1.3 0.8 Hàm lựơng Clorophin (mg/100cm 2 ) 5.0 4.4 Tỉ số clorophin a/b 3.6 2.7 Điểm bù ánh sáng Cao Thấp Đường kính hạt lục lạp(nm) 0.26 0.44 Cừơng độ quang hợp (mgCO 2 /m 2 s) 0.4 0.25 Cừơng độ hô hấp(mgCO 2 /m 2 s) 0.1 0.05 2.3. CÂY C3 , C4 VÀ CAM Các nhóm cây C3, C4 và CAM có hàng loạt các đặc điểm đặc trưng về hình thái, giải phẫu, sinh lí, hoá sinh khác nhau. Một số đặc điểm đã được xem như tiêu chuẩn phân biệt chính xác các nhóm thực vật này. [...].. .Đặc điểm hình thái -giải phẫu lá và lục lạp Cây C3 Tế bào mô giậu chứa lục lạp chứa lục lạp Một loại lục lạp có hạt phát triển chứa tinh bột Cây C4 Tế bào mô giậu và tế bào bao bó mạch Cây CAM Tế bào mô giậu chứa lục lạp Hai loại lục lạp Lục lạp bao bó mạch chứa tinh bột Đặc điểm sinh lí Đặc điểm Cây CAM Điểm bão hoà ánh sáng cao Điểm bù CO2 ( ppm ) như C4 Nhiệt độ... CAM phải sống trong điều kiện khô hạn của vùng sa mạc và bán sa mạc, do hệ rễ hấp thụ được rất ít nước, nên phải tiết kiệm nước đến mức tối đa, bằng cách đóng khí khổng ban ngày, chuyển quá trình cố định CO2 vào ban đêm Đặc điểm hoá sinh Chu trình cố định CO2 Cây C3 Cây C4 Cây CAM Chu trình Canvin Chu trình Hath -Slach Chu trình CAM (Chú ý phân biệt các chu trình này ở các chi tiết C: chất nhận CO2,... quang hợp hơn C3 ( mg CO2/dm2.giờ) Cây C3 Một loại lục lạp như C3 Cây C4 thấp cao 30-70 0-10 thấp 10-25 30-45 cao ảnh hưởng cao 10-35 không ảnh hưởng bằng 1/2 C3 40-60 thấp Đặc điểm sinh thái *Thực vật C3 chủ yếu sống ở vùng ôn đới, thích nghi với điều kiện ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ O2 và CO2 bình thường Vì vậy khi gặp khí hậu nhiệt đới, chúng phải chịu một quá trình bất lợi - quá trình hô hấp sáng . Phần 3 Các phương pháp nhận biết một số đặc điểm giải phẫu - sinh lí thực vật thích nghi với các điều kiện sinh thái khác nhau. , C4 VÀ CAM Các nhóm cây C3, C4 và CAM có hàng loạt các đặc điểm đặc trưng về hình thái, giải phẫu, sinh lí, hoá sinh khác nhau. Một số đặc điểm đã được