(NB) Sinh lý học thực vật là bộ môn khoa học nghiên cứu về các quá trình sống trong cơ thể thực vật. Môn học này nghiên cứu từng mặt hoạt động sống xảy ra trong cơ thể: quá trình trao đổi nước của thực vật, quá trình quang hợp, quá trình vận chuyển các chất hữu cơ, quá trình hô hấp, quá trình dinh dưỡng chất khoáng, quá trình sinh trưởng phát triển, từ mức độ tế bào đến mức độ cơ thể. Đồng thời sinh lý học thực vật cũng nghiên cứu mối quan hệ giữa các hoạt động sống của thực vật với các yếu tố của môi trường qua đó giải quyết vấn đề thích nghi, chống chịu của thực vật với các yếu tố môi trường
SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT
KHÁI NIỆM CHUNG
Tế bào là đơn vị cơ bản cấu trúc và chức năng của cơ thể, là nền tảng cho mọi sinh vật, ngoại trừ virus Tất cả các hoạt động sinh lý như sinh trưởng, phát triển, sinh sản, trao đổi chất, cảm ứng và vận động đều bắt nguồn từ các hoạt động của tế bào.
Theo hệ thống cấu trúc, tế bào, mô, cơ quan và cơ thể không chỉ đơn thuần là sự tập hợp của các tế bào Các cấu trúc tổ chức trên tế bào không phải là kết quả của phép cộng đơn giản từ nhiều tế bào.
Lý thuyết tế bào được hình thành vào thế kỷ XIX, cụ thể là năm 1839, mặc dù khái niệm tế bào đã xuất hiện từ trước đó, gắn liền với sự phát minh của kính hiển vi bởi Lơ-ven-Huk Ông đã quan sát các lát cắt mỏng dưới kính hiển vi vào năm 1665 và nhận thấy chúng được chia thành nhiều ô nhỏ gọi là “cell” Tế bào không phải là trống rỗng, mà chứa chất nhầy được Purkynjie J.E (1839) gọi là chất nguyên sinh Brawn và Schleiden (1833-1839) đã phát hiện ra nhân và hạch nhân của tế bào, đồng thời kết luận rằng cả cơ thể động vật và thực vật đều được cấu thành từ các tế bào.
Trong bối cảnh sinh học hiện đại, nghiên cứu tế bào đang thu hút sự chú ý lớn và đã đạt được nhiều thành tựu quan trọng Sự phát triển của kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao đã mở ra một thế giới nội tế bào phong phú, giúp các nhà khoa học khám phá sâu hơn về cấu trúc và chức năng của tế bào.
CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG CỦA TẾ BÀO THỰC VẬT
1.2.1 Sơ đồ cấu tạo chung của tế bào thực vật (Hình 1.1)
- Tế bào thực vật cú vỏch xenlulose bao phủ, dày 10àm
The chemical composition of the substance includes 30% cellulose by dry weight and 12% by fresh weight, alongside 50-55% hemicellulose and 6-7% pectin Additionally, it contains 5% protein, 7% lipids, and various oxidative-reduction enzymes such as peroxidase, invertase, pyrophosphorylase, and ATP-ase.
- Vai trò của thành tế bào: Thành tế bào thực vật có hai chức năng chính:
Hình 1.1 Cấu tạo của tế bào thực vật
1.Thành tế bào; 2.Màng sinh chất; 3.Vi ống; 4 Vi sợi; 5 Túi; 6 Nhân;7 Golgi; 8
Trong tế bào, các thành phần quan trọng bao gồm không bào trung tâm, ty thể, lục lạp, lưới nội chất có hạt và lưới nội chất trơn Riboxom có thể gắn trên lưới nội chất có hạt hoặc nằm tự do trong tế bào chất, và màng nhân bao quanh nhân tế bào.
Nhân con; 17 ADN + Chất nhân
Hệ thống chất nguyên sinh bên trong được bảo vệ và bao bọc bởi màng tế bào, giúp chống lại áp lực thẩm thấu do không bào trung tâm tạo ra.
Không bào chứa dịch bào, tạo áp suất thẩm thấu giúp tế bào hút nước vào, từ đó tạo ra áp lực trương lớn hướng lên chất nguyên sinh Nếu không có thành tế bào bảo vệ, tế bào sẽ dễ bị vỡ.
1.2.3 Chất nguyên sinh (Tế bào chất)
Chất nguyên sinh là khối chất sống nằm trong màng nguyên sinh chất, bao quanh các bào quan của tế bào, với cấu trúc dị thể chứa các thể vùi như giọt dầu và hạt tinh bột, cùng với các đại phân tử protein và sợi ARN Chất khô của chất nguyên sinh bao gồm khoảng 75% protein đơn giản và phức tạp (như Nucleoprotein, Glucoprotein, Lipoprotein) và 15-20% lipit Ngoài ra, tế bào chất còn chứa nhiều hệ enzym tham gia vào quá trình trao đổi chất, bao gồm cả màng sinh chất và màng nội chất.
Màng sinh chất được cấu tạo từ hai lớp phân tử photpholipit, với đuôi kỵ nước hướng vào trong và đầu ưa nước hướng ra môi trường bên ngoài Cấu trúc phức tạp của màng ngoại chất, nhờ vào các hợp chất lipoprotein, đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì tính bán thấm và khả năng thấm có chọn lọc của tế bào đối với các chất khác nhau Màng ngoại chất có khả năng trao đổi chất mạnh mẽ nhờ chứa nhiều hệ enzym, đồng thời hỗ trợ quá trình chuyển hóa năng lượng, giúp vận chuyển chủ động các chất qua màng.
Mô hình thể khảm nửa lỏng của Singer – Nicolsol: (Hình 1.2)
Hình 1.2 Màng thể khảm lỏng (Singer và Nicholson, 1972)
Màng nội chất có khả năng thấm chọn lọc chặt chẽ hơn so với màng ngoại chất, cho phép chỉ những chất nhất định đi qua Điều này có nghĩa là có những chất có thể vượt qua màng ngoại chất nhưng lại không thể xuyên qua màng nội chất.
Màng nội chất đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh tính thấm của tế bào, giúp hấp thụ và tiết ra các sản phẩm trao đổi chất phụ như phenol, flavonol, alcaloit, cùng với các sản phẩm dự trữ như protein và đường từ tế bào chất và không bào.
Chức năng của màng sinh chất:
+ Khả năng bán thấm, thấm có chọn lọc do có nhiều chất mang trên màng
Quá trình trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ nhờ sự hiện diện của nhiều hệ enzym trên màng, cho phép các chất trải qua giai đoạn chuyển hóa và biến đổi trước khi vượt qua màng.
+ Tiếp nhận và trả lời các kích thích của môi trường
Màng nội chất là lớp màng tiếp giáp với không bào, có cấu trúc tương tự như màng ngoại chất nhưng chứa nhiều lipid hơn Độ dày của màng này thay đổi giữa ba lớp khác nhau: lớp protein phía chất nguyên sinh dày nhất, trong khi lớp protein phía không bào lại mỏng nhất.
Mạng lưới nội chất là một hệ thống phức tạp trong tế bào, bao gồm các ống dẫn và túi nhỏ phân bố khắp tế bào chất, cùng với các ống nhỏ xếp song song xuyên qua các sợi liên bào.
Mạng lưới nội chất bao gồm sợi trơn và sợi có hạt
Thành phần cấu tạo gồm protit và photpholipit, ngoài ra còn có một lượng ít ARN và các enzym khác nhau
Màng tế bào được cấu tạo từ hai lớp lipoprotein, trong đó màng của mạng lưới nội chất gắn liền với màng nhân, tạo thành một cấu trúc thống nhất trong tế bào và kết nối với mạng lưới tế bào xung quanh.
Hệ thống lưu thông trong tế bào đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển nhanh chóng các chất từ môi trường bên ngoài vào tế bào chất, đồng thời đảm bảo sự trao đổi hiệu quả giữa các phần khác nhau bên trong tế bào.
Riboxom là bào quan siêu hiển vi, phân bố rộng rãi trong tế bào, bao gồm trên màng nhân, trong nhân con, ty thể, lục lạp, mạng lưới nội chất, và tự do trong tế bào chất Mỗi tế bào chứa hàng vạn đến hàng chục vạn riboxom với kích thước 19x15nm Trong các tế bào phân hóa cao, riboxom thường tập hợp thành các nhóm gọi là polixom, với 5-70 riboxom liên kết qua sợi mảnh là mạch ARN thông tin.
Thành phần cấu trúc chủ yếu là protit và ARN với tỷ lệ tương đương nhau Ngoài ra còn chứa nhiều enzym, lipit, Mg…
Riboxom thường do 2 tiểu thể hợp thành: tiểu thể lớn và tiểu thể bé
Riboxom là nơi diễn ra quá trình tổng hợp protein trong tế bào, tạo ra các cấu trúc bậc 1, 2, 3 và 4 của protein Tại các polixom, hàng chục protein được tổng hợp đồng thời với tốc độ nhanh chóng, chỉ trong vài phút.
Thể Golgi hay còn gọi là bộ máy Golgi do nhà bác học Ý
Camillo Golgi phát hiện thấy ở các đối tượng động vật từ những năm
1898 Sau đó người ta nghiên cứu bào quan này cũng xuất hiện ở các tế bào thực vật
THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA CHẤT NGUYÊN SINH
Khi phân tích thành phần hóa học của tế bào, nước chiếm 85%, protein 10%, lipit 2%, ADN 0,4%, ARN 0,7%, các chất hữu cơ khác 0,4%, và các chất khoáng 1,5% Bài viết này sẽ tập trung nghiên cứu ba thành phần cơ bản và quan trọng nhất: nước, protein và lipit.
Nước là thành phần chính của chất nguyên sinh, đóng vai trò quan trọng trong việc hòa tan dinh dưỡng và là môi trường cho các phản ứng hóa sinh Do đó, nước có ý nghĩa to lớn trong sự sống Lượng nước trong tế bào thường được xem là chỉ tiêu về mức độ hoạt động sống của tế bào.
Nước đóng vai trò quan trọng trong tế bào nhờ vào tính lưỡng cực của phân tử nước, cho phép hình thành các liên kết hydro Điều này giúp nước tham gia vào cấu trúc tinh vi của tế bào, nơi nước không tồn tại dưới dạng tự do mà liên kết với các mixen keo và các thành phần khác của chất nguyên sinh.
Nước là một chất trung tính về điện, nhưng do sự phân bố không đều của điện tích trong phân tử, nó có tính chất phân cực, với phần hidro mang điện tích dương và oxy mang điện tích âm Tính lưỡng cực này khiến các phân tử nước thường liên kết với nhau cũng như với các phân tử vô cơ và hữu cơ.
Protein là thành phần chính của chất nguyên sinh, enzyme và hormone, có cấu trúc phức tạp với đơn vị cấu tạo cơ bản là các axit amin Chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều hoạt động sinh lý của cơ thể.
Protein rất đa dạng và phong phú, trong tế bào thực vật thường có khoảng 20-22 axit amin Mỗi phân tử protein có thể chứa từ 50 đến hàng nghìn axit amin, và sự khác biệt về thành phần, số lượng cũng như trật tự sắp xếp các axit amin là yếu tố chính tạo nên sự đa dạng của protein.
Protein có hoạt tính hóa học cao nhờ vào các chuỗi bên của các gốc axit amin, cho phép chúng tham gia vào các phản ứng oxy hóa khử và nitrat hóa, trong khi cấu trúc chuỗi polipeptit của protein vẫn được giữ nguyên.
Hoạt tính sinh lý của protein được xác định bởi các tính chất lý học của phân tử, với kích thước lớn và trọng lượng phân tử có thể đạt hàng triệu Dalton Điều này khiến protein tạo thành dung dịch keo trong tế bào, tạo ra môi trường thuận lợi cho các quá trình sinh lý diễn ra.
Protein có tính chất mềm dẻo, cho phép nó thay đổi hình dạng từ dạng cầu sang dạng sợi và ngược lại Sự biến đổi hình dạng này cũng dẫn đến sự thay đổi trong các tính chất của protein.
Protein tạo ra các hợp chất phức tạp với các phân tử hữu cơ như glucose, axit nucleic và lipit Đặc biệt, protein tế bào enzyme có khả năng xúc tác các phản ứng mạnh mẽ Không có protein, enzyme sẽ không tồn tại; và nếu không có enzyme, quá trình trao đổi chất sẽ bị ngưng trệ, dẫn đến sự sống không thể duy trì.
Lipit là nhóm hợp chất lớn bao gồm mỡ, dầu sáp, photphollipit và glucolipit, đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc và chức năng của tế bào sống Chúng cùng với protein tạo thành thành phần thiết yếu của màng tế bào.
ĐẶC TÍNH VẬT LÝ VÀ HÓA KEO CỦA CHẤT NGUYÊN SINH
1.4.1 Đặc tính hoá keo của chất nguyên sinh
Dựa vào kích thước của tướng phân tán trong dung dịch mà người ta chia ra:
+ Dung dịch thật: Kích thước tướng phân tán