SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC CỦA THỰC VẬT
Sự hút nước của thực vật (1, 2)
1.1 Nước trong cây và vai trò của nước đối với đời sống thực vật
1.1.1 Các dạng nước trong cây
- Nước gồm 2 nguyên tử H và một nguyên tử oxi liên kết cộng hóa trị
- Trong cây tồn tại hai dạng nước là nước tự do và nước liên kết
+ Nước tự do là nước có thể dùng làm dung môi và đông đặc ở nhiệt độ gần 0 0 C
Nước tự do duy trì các tính chất vật lý, hóa học và sinh học bình thường của nó, đóng vai trò quan trọng như một dung môi, tham gia vào quá trình trao đổi chất và duy trì độ nhớt trong chất nguyên sinh Trong thực vật, nước tự do chiếm tới 70% tổng khối lượng.
Nước tự do là loại nước có mặt trong tế bào, khoảng gian bào và các mạch dẫn của cây, không bị hấp thụ bởi các phân tử tích điện hoặc liên kết hóa học.
Nước liên kết là loại nước không có khả năng làm dung môi và đông đặc khi nhiệt độ giảm xuống dưới 0°C Loại nước này không duy trì được các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của nước Trong thực vật, nước liên kết chỉ chiếm khoảng 30%.
1.1.2 Vai trò của nước đối với thực vật
Nước là yếu tố thiết yếu trong cấu trúc của cơ thể thực vật, chiếm đến 90% khối lượng chất nguyên sinh Nó không chỉ ảnh hưởng đến trạng thái keo của nguyên sinh chất mà còn quyết định cường độ hoạt động sống của tế bào.
Ví dụ: Các cơ quan, mô còn non đang sinh trưởng mạnh và hoạt động mạnh có lượng nước cao hơn cơ quan già, cơ quan đang ngủ nghỉ
Nước đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự thống nhất của cơ thể thực vật Khi tế bào hoạt động mạnh, chúng có thể mất nước, dẫn đến giảm hoạt động của tế bào Do đó, nước không chỉ là dung môi hòa tan nhiều chất trong tế bào mà còn tham gia trực tiếp vào việc vận chuyển các chất vô cơ và hữu cơ giữa các bộ phận của cây, giúp các hoạt động của cây trở nên đồng nhất và hiệu quả hơn.
Xà lách, hành, cà chua: 91 - 95% nước
Cà rốt, của hành: 87 - 91% nước
Nước đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự liên kết giữa cơ thể thực vật và môi trường xung quanh Sự trao đổi chất giữa rễ cây và đất diễn ra nhờ vào các ion H+ và OH- được sinh ra từ quá trình phân li của nước.
- Nước là nguyên liệu tham gia trực tiếp các phản ứng sinh hóa diễn ra trong thực vật như: phản ứng thủy phân, quang hợp, hô hấp
- Nước có vai trò điều hòa và ổn định nhiệt độ của cơ thể thực vật nhờ các quá trình thoát hơi nước
Tế bào thiếu nước thường có kích thước nhỏ và cấu trúc chặt chẽ hơn so với những tế bào lớn và căng nước Chất nguyên sinh trong tế bào là một hệ thống chứa nước, đóng vai trò quan trọng trong sự sống và chức năng của tế bào.
1.2 Sự hút nước của thực vật
1.2.1 Cơ quan hút nước của thực vật
Khái niệm: Là cơ quan chuyên trách việc lấy nước và các muối khoáng hoà tan trong nước cho cây
Thực vật thủy sinh, bao gồm tảo, rau câu và bèo, có khả năng hút nước qua tất cả các bộ phận như rễ, thân và lá Chúng sống trong môi trường nước và hấp thụ muối khoáng hòa tan qua bề mặt biểu bì của các bộ phận này.
- Thực vật trên cạn: Cơ quan hút nước chủ yếu là rễ đặc biệt là các tế bào lông hút
Nhóm thực vật trên cạn chia làm 3 nhóm:
+ Ẩm sinh: Những thực vật sống ở nơi có độ ẩm cao
+ Trung sinh: Những thực vật sống nơi có độ ẩm trung bình
Hạn sinh là khái niệm chỉ những thực vật có khả năng sống trong điều kiện khô hạn và thiếu nước Các thực vật này được chia thành hai loại chính: thứ nhất là thực vật mọng nước, thường sống ở sa mạc, và thứ hai là thực vật chịu mặn, có khả năng chịu đựng điều kiện hạn sinh lý.
- Bộ rễ của cây phải ăn sâu vào trong đất để tiếp xúc lớn với các tầng mặt của đất
Cây cần một diện tích bề mặt hấp thụ lớn để thu nhận đủ chất dinh dưỡng, điều này đặc biệt quan trọng đối với những cây có kích thước lớn để duy trì mọi hoạt động sống.
+ Hấp thụ nước và chất khoáng là hai loại chất dinh dưỡng thiết yếu của cây
+ Dẫn truyền chất dinh dưỡng từ bề mặt hấp thụ (lông hút, rễ con đến trụ mô dẫn của rễ)
+ Nén chặt hay cố định để nâng đỡ cây ở thế đứng vững chắc trong không gian
+ Có vai trò chống hiện tượng rửa trôi, xói mòn đất, bảo vệ đất
1.2.2 Sự hút nước của thực vật
Cây hút nước nhờ 3 động lực
- Động lực dưới: Do áp lực của rễ
- Động lực trung gian: Do lực tương tác và lực hút bám của phân tử nước
- Động lực trên: Do lực phát tán hơi nước của lá gây ra
1.2.2.1 Động lực dưới (quá trình hút nước chủ động)
Rễ cây, đặc biệt là các tế bào lông hút, chứa nhiều cơ chất như đường, muối vô cơ và axit amin, dẫn đến nồng độ dịch bào tăng Sự tăng nồng độ này làm tăng áp suất thẩm thấu, từ đó tăng cường sức hút nước vào rễ.
- Như vậy, rễ cây đã tạo ra một lực hút nước để có thể hút nước từ môi trường ngoài vào trong cây
+ Rĩ nhựa: Khi cắt ngang thân, gần gốc cây hay các tác nhân làm chầy sướt cây thấy trên vết cắt hay vết chầy sướt có dịch lỏng
Khi cây non được đặt trong chuông thủy tinh bão hòa hơi nước, sau một thời gian, sẽ xuất hiện hiện tượng ứ đọng giọt nước trên mép lá và đầu ngọn của cây.
- Ý nghĩa: Mùa xuân, mùa thu cây chưa ra lá, cây vẫn sống được nhờ vào động lực dưới
- Do lực tương tác giữa các phân tử nước và lực hút bám giữa các phân tử nước với mạch dẫn
- Ý nghĩa: Làm cho cột nước trong cây diễn ra liên tục không bị đứt đoạn
1.2.2.3 Động lực trên (quá trình hút nước bị động)
- Do lực phát tán hơi nước của bộ lá gây ra
Trong điều kiện nhiệt độ cao, lá cây giúp thoát hơi nước, điều tiết chế độ nước và ngăn ngừa sự đốt nóng từ ánh sáng mặt trời Quá trình này tạo điều kiện thuận lợi cho trao đổi chất diễn ra mạnh mẽ Nhờ đó, rễ cây, đặc biệt là các tế bào lông hút, có khả năng hấp thụ nước và muối khoáng từ đất, cung cấp cho các bộ phận khác của cây.
1.3 Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến sự hút nước của rễ
- Nếu tăng nhiệt độ của đất thì sự hút nước của rễ tăng lên Vì nhiệt độ tăng dẫn đến tăng sức hút nước
- Đa số thực vật thích hợp cho sự hút nước của rễ là 25-30 0 C, nếu vượt quá ngưỡng đó thì sự hút nước của rễ giảm xuống
Khi nhiệt độ giảm xuống mức nhất định, rễ cây không thể hấp thu nước, dẫn đến hiện tượng hạn sinh lý mặc dù cây vẫn tiếp tục thoát hơi nước Kìm hãm quá trình hút nước của cây là một yếu tố quan trọng cần chú ý.
- Nhiệt độ cây nguồn gốc nhiệt đới từ 0-2 0 C thì rễ hầu như không hút được nước
- Thực vật nhiệt đới như cà chua, lúa, đậu…ngừng hút nước ở nhiệt độ 5-7 0 C
- Có các biện pháp chống rét như bón tro bếp hay che chắn bằng polyetylen
+ Làm tăng độ nhớt của nước dẫn đến tốc độ khếch tán của nước trong đất giảm và giảm sực hút nước
+ Tăng độ nhớt làm giảm tính thấm của chất nguyên sinh và giảm xâm nhập nước vào rễ và giảm sự vận động nước trong rễ
Giảm hô hấp của rễ và hạn chế quá trình hút nước chủ động sẽ giúp cây tiết kiệm nước hơn Đồng thời, việc giảm quá trình thoát hơi nước qua lá cũng góp phần làm chậm tốc độ vận chuyển nước trong cây.
+ Làm cho bộ rễ sinh trưởng kém, không ăn sâu để hút nước ở các tầng đất khác nhau
Sự thoát hơi nước của thực vật (1-3)
2.1 Ý nghĩa của sự thoát hơi nước
Quá trình thoát hơi nước ở cây thường dẫn đến mất mát lượng nước lớn, với khoảng 98% nước mà rễ hấp thụ bị mất qua thoát hơi nước Do đó, giảm thiểu quá trình này có thể mang lại lợi ích cho cây, vì chỉ có 2% lượng nước được sử dụng cho các hoạt động sống của cây.
Ví dụ: Ngô - thoát 250 kg hơi nước để tổng hợp 1 kg chất khô
- Thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ của lá
- Sự thoát hơi nước đòi hỏi khí khổng mở, qua đó mà CO2 đi vào thực hiện quá trình quang hợp
- Sự thoát hơi nước là động lực chủ yếu cho quá trình hút và vận chuyển nước của thực vật
2.2 Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến quá trình thoát hơi nước
Nhiệt độ là yếu tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình thoát hơi nước của cây Nhiệt độ lý tưởng cho quá trình này nằm trong khoảng 30-40 độ C Nhiệt độ không chỉ tác động đến hoạt động hô hấp của rễ, mà còn ảnh hưởng đến khả năng hấp thu nước của chúng Hơn nữa, nhiệt độ môi trường còn làm thay đổi độ ẩm không khí, từ đó tác động đến sự thoát hơi nước qua lá.
- Năng lượng ánh sáng cung cấp lớn làm nhiệt độ tăng còn năng lượng ánh sáng cung cấp nhỏ làm nhiệt độ giảm
- Khí khổng mở ngoài sáng và đóng trong tối làm lá cây cân bằng
Các loại thực vật thoát hơi nước bình thường trong điều kiện độ ẩm 70-80% Khi độ ẩm tăng lên 80-90%, quá trình thoát hơi nước bị ức chế Ngược lại, nếu độ ẩm giảm xuống 60%, quá trình thoát hơi nước sẽ tăng lên.
Gió tăng cường quá trình thoát hơi nước trên bề mặt lá bằng cách thay thế không khí ẩm bằng không khí khô hơn Sự giảm độ ẩm tương đối trên bề mặt lá do gió cũng dẫn đến việc tăng cường thoát hơi nước Ngoài ra, gió còn làm thay đổi nhiệt độ của lá, khiến nhiệt độ lá gần bằng với nhiệt độ của gió.
Khi mới bón phân, sự thoát hơi nước giảm do phân bón làm tăng nồng độ dịch đất, dẫn đến giảm thế nước của đất, khiến rễ cây khó hút nước Tuy nhiên, sau một thời gian, rễ cây sẽ hút nước mạnh mẽ hơn, đồng thời quá trình thoát hơi nước cũng tăng cường đáng kể.
2.3 Sự cân bằng nước trong cây cơ sở sinh lý của việc tưới nước hợp lý
- Là chỉ số giữa lượng nước thoát ra và lượng nước hút vào trong cây T: Thoát hơi nước
Cây cân bằng nước và đủ nước khi T/A ≤ 1, giúp chúng phát triển bình thường Ngược lại, khi T/A > 1, cây sẽ thiếu nước, dẫn đến tình trạng héo úa, gây hại cho cây, làm giảm sinh trưởng và năng suất, thậm chí có thể dẫn đến chết cây.
- Héo là hiện tượng giảm sức căng bề mặt của tế bào
+ Héo tạm thời: Là hiện tượng héo diễn ra trong thời gian ngắn Sau đó cây hút nước và trở lại hình dạng ban đầu
Vào buổi trưa hè nắng nóng, nhiệt độ cao và độ ẩm thấp khiến cây không thể cung cấp đủ nước cho quá trình thoát hơi nước, dẫn đến mất cân bằng nước và héo úa Tuy nhiên, vào buổi chiều và ban đêm, khi nhiệt độ giảm, thoát hơi nước cũng giảm, giúp cây khôi phục lại trạng thái cân bằng nước và trở nên tươi tắn hơn.
Ví dụ: Các loại cây trồng có lá rộng như: bầu, bí, mướp, hướng dương, củ cải…
+ Héo lâu dài: Là hiện tượng héo diễn ra trong một thời gian dài, cây khó trở lại trạng thái ban đầu, để lâu quá sẽ chết
Khi xảy ra tình trạng hạn hán, đất sẽ thiếu nước, khiến hệ thống rễ của cây không thể hấp thụ đủ nước trong suốt cả ngày và đêm Điều này dẫn đến tình trạng mất cân bằng nước ở cây.
2.3.2 Cơ sở khoa học của việc tưới nước hợp lý
- Dựa vào độ ẩm trong đất
- Dựa vào sức hút nước của tế bào đa số cây trồng sức hút nước tế bào giao động 5-15atm
- Dựa vào hiện tượng biểu hiện sinh lý bên ngoài của cây
+ Thay đổi màu sắc lá
- Dựa vào dinh dưỡng khoáng trong đất
2.3.3 Xác định phương pháp tưới nước
Tùy theo từng loại cây trồng mà ta cần xác định phương pháp tưới nước thích hợp nhất Có nhiều phương pháp tưới nước:
- Phương pháp tưới ngập, tưới tràn thường sử dụng với cây lúa, một số cây trồng cần nhiều nước và chủ động về thủy lợi
- Phương pháp tưới rãnh thường sử dụng với các loại cây hoa màu
Phương pháp tưới phun mưa và phun sương là giải pháp hiệu quả cho các vùng thiếu nước, đặc biệt là đối với cây công nghiệp và cây ăn quả Phương pháp này không chỉ giúp tiết kiệm nước mà còn yêu cầu sử dụng thiết bị nhỏ giọt để cung cấp nước trực tiếp đến từng gốc cây, đảm bảo cây trồng phát triển tốt nhất.
Tùy thuộc vào từng loại cây trồng, điều kiện môi trường và giai đoạn sinh trưởng, việc lựa chọn phương pháp tưới phù hợp là rất quan trọng Các yếu tố như nguồn nước và thiết bị tưới cũng cần được xem xét kỹ lưỡng để đảm bảo sự phát triển tối ưu cho cây.
DINH DƯỠNG KHOÁNG CỦA THỰC VẬT
Phương pháp nghiên cứu dinh dưỡng khoáng của cây (1)
1.1 Các phương pháp nghiên cứu dinh dưỡng khoáng của cây
1.1.1 Phương pháp phân tích hàm lượng tro
- Lấy cơ thể thực vật đem khoáng hoá hoàn toàn thấy trong tro thực vật có nhiều nguyên tố khoáng với liều lượng lớn là: P, K, Ca, Mg, S, Si, Na…
1.1.2 Phương pháp trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng
- Là phương pháp người ta pha sẵn một dung dịch dinh dưỡng có thành phần hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây
- Sau đó, người ta trồng cây vào trong các bình có chứa dung dịch dinh dưỡng đó, theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của chúng
Để xác định hàm lượng và thành phần dinh dưỡng cần thiết cho thực vật, chúng ta cần phân tích xem chúng có đáp ứng đủ nhu cầu của cây hay không Việc này giúp hiểu rõ vai trò của từng nguyên tố dinh dưỡng đối với sự phát triển và sức khỏe của thực vật.
Thí nghiệm loại trừ từng nguyên tố giúp theo dõi sự sinh trưởng và phát triển không bình thường của sinh vật, từ đó xác định vai trò cần thiết của các nguyên tố đó.
1.1.3 Phương pháp thí nghiệm ngoài đồng ruộng
Phương pháp này liên quan đến việc trồng cây ở lô ngoài đồng, sau đó đưa vào các công thức thí nghiệm để phân tích thành phần và hàm lượng các nguyên tố Mục tiêu là xác định tỉ lệ tối ưu cho sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây theo từng nguyên tố khác nhau.
Để tối ưu hóa sự sinh trưởng của cây trồng, cần xác định công thức phù hợp với các thành phần nguyên tố thiết yếu và hàm lượng tối ưu của chúng Các yếu tố như nitơ, phospho, kali, và vi lượng đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển của cây Việc cân bằng các nguyên tố này sẽ giúp cây trồng phát triển khỏe mạnh và tăng năng suất.
1.2 Hàm lượng và thành phần các nguyên tố khoáng trong cây
- Trong thực vật hầu hết có chứa nguyên tố khoáng trong tự nhiên cây sử dụng nhiều nguyên tố
- Cây không phải lúc nào cũng hấp thụ đầy đủ các nguyên tố khoáng trong tự nhiên mà tùy theo nhu cầu mà hấp thụ khác nhau
- Có 4 nguyên tố: C, H, O, N chiếm 95%, còn lại là 5%
- Dựa vào hàm lượng các nguyên tố có trong cơ thể thực vật mà người ta chia các nguyên tố ra 3 nhóm chính:
+ Nhóm nguyên tố đa lượng: P, K, Ca, S, Mg: Chiếm 10 -1 - 10 -3
Nhóm nguyên tố vi lượng bao gồm Mn, Cu, Zn, Mo, Co, chiếm từ 10^-4 đến 10^-7, trong khi nhóm nguyên tố siêu vi lượng như Ag, Au, Hg, Pt chiếm từ 10^-8 đến 10^-10 Những nguyên tố dinh dưỡng khoáng này được bổ sung từ môi trường bên ngoài, rất cần thiết cho sự tồn tại, sinh trưởng và phát triển của cây Chúng giúp duy trì hoạt động sinh lý và sinh hóa, đồng thời tham gia vào cấu trúc tế bào và hình thành trong nụ.
Vai trò sinh lý của các nguyên tố khoáng (2)
2.1 Vai trò sinh lý của các nguyên tố đa lượng (P, S, K, Ca, Mg)
Các nguyên tố đa lượng bao gồm kim loại và á kim, được cây hấp thụ dưới các dạng khác nhau Cụ thể, các nguyên tố á kim thâm nhập vào cây dưới dạng anion, trong khi các nguyên tố kim loại được hấp thụ dưới dạng cation.
Các nguyên tố đa lượng ở trong cây tác động lên sự sống của cây qua các mặt sau:
Nguyên tố Kí hiệu hóa học Nồng độ (mg/kg) Dạng cây hấp thụ được
Kẽm Zn 20 Zn 2+ Đồng Cu 6 Cu 2+
Các nguyên tố á kim như lưu huỳnh (S) và phốt pho (P) đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của nhiều hợp chất hữu cơ thiết yếu cho sự phát triển của cây, bao gồm protein, axit nucleic và photphat Ngoài ra, chúng còn là thành phần chính trong nhiều hợp chất sinh lý hoạt động mạnh như enzyme và vitamin.
Các nguyên tố kim loại như K và Ca giữ vai trò quan trọng trong cây, chủ yếu tồn tại dưới dạng cation tự do hoặc liên kết yếu Đặc biệt, kali (K) chiếm tới 90 - 98% trong cây ở trạng thái ion Những nguyên tố kim loại này ảnh hưởng đến đặc tính của keo nguyên sinh chất, làm thay đổi trạng thái của chúng và điều tiết các quá trình sống trong cây.
Sự phân chia các nguyên tố khoáng thành hai nhóm không hoàn toàn phản ánh rõ chức năng và vai trò của chúng trong cây Một số nguyên tố kim loại, như Mg, lại tham gia vào cấu trúc của các hợp chất hữu cơ quan trọng, chẳng hạn như phân tử diệp lục.
2.1.2 Vai trò của từng nguyên tố
+ Tuỳ theo loại đất mà hàm lượng P biến động từ 0,02 - 0,2% (đất ngèo: 0,02 - 0,04%, đất giàu: 0,05 - 0,2%)
+ P thường ở dạng: PO4 - , PO4 2-, PO4 3-
+ P chiếm từ 0,2 - 0,25% so với trọng lượng khô Tuỳ theo loại cây trồng mà trọng lượng khác nhau
+ P tồn tại ở dạng hợp chất: ATP, axit nucleic, enzim, photpholipit, vitamin B1, B6…
Cung cấp đầy đủ photpho trong giai đoạn đầu của quá trình phát triển cây trồng sẽ giúp cây tổng hợp nguyên liệu cấu trúc và năng lượng, từ đó kích thích sự sinh trưởng hiệu quả.
NaH 2 PO 4 Na 2 HPO 4 Na 3 PO 4
Trong đó, cây không sử dụng được ở dạng PO4 3-, mà chỉ sử dụng được HPO4 2- và H2PO4 -, hấp thụ qua rễ và theo mạch dẫn lên thân và lá
Khi cây hấp thụ P, nó tham gia vào nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng, quyết định quá trình trao đổi chất và năng lượng Điều này không chỉ làm tăng khả năng giữ nước mà còn nâng cao tính chống chịu hạn, cùng với các hoạt động sinh lý, sinh trưởng và phát triển của cây.
Phốt pho (P) là thành phần thiết yếu của axit nucleic, bao gồm ADN và ARN, đóng vai trò quan trọng trong quá trình phân chia tế bào, sinh trưởng và di truyền của cây Do đó, trong giai đoạn non hoặc giai đoạn hoạt động sống mạnh, hàm lượng P trong cây thường cao hơn.
Phospholipid là hợp chất quan trọng trong cấu trúc màng sinh học của tế bào, bao gồm màng sinh chất, màng không bào, màng bao bọc các cơ quan, cũng như màng trong của lục lạp và ty thể, và màng lưới nội chất.
+ P có mặt trong hệ thống ADP, ATP, là các chất dự trữ và trao đổi năng lượng sinh học trong cây
Các enzym oxi hóa khử như NAD, NADP, FAD và FMN đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng sinh học của cây, đặc biệt trong quá trình quang hợp, hô hấp và đồng hóa nitơ.
P là một thành phần quan trọng trong nhóm các ester photphoric, đóng vai trò thiết yếu trong quá trình trao đổi chất, bao gồm các sản phẩm trung gian như hexozophotphat, triozophotphat và pentozophotphat.
+ Cây sinh trưởng tốt, hệ thống rễ phát triển, đẻ nhánh khỏe, xúc tiến hình thành cơ quan sinh sản (P trong thành phần axit nucleic, photpholipit);
+ Tiến hành trao đổi chất và năng lượng mạnh mẽ (trong thành phần của ATP, enzym oxi hóa khử, các ester photphoric)
+ Xúc tiến các hoạt động sinh lý đặc biệt là quang hợp và hô hấp Kết quả là tăng năng suất cây trồng
+ Lá màu xanh thẩm chuyển sang màu đỏ đồng thau hay vàng ở mép lá, trên bề mặt có những vệt màu đỏ huyết dụ
+ Lá già, rễ kém phát triển, chín chậm, không có hạt và quả kém phát triển
Khi cây lúa thiếu phosphorus (P), lá sẽ nhỏ, hẹp, có màu xanh đậm, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm và thời gian chín kéo dài, dẫn đến nhiều hạt xanh và lững Tương tự, trong trường hợp cây ngô thiếu P, cây sẽ sinh trưởng chậm, lá trên có màu xanh nhạt, trong khi lá dưới có màu xanh đậm rồi chuyển sang màu vàng hoặc huyết dụ.
+ S ít gặp ở dạng tự do thường ở dạng hợp chất với kim loại như FeS2
(quặng sắt sunfua), ZnS (quặng kẽm sunfua), PbS (quặng chì sunfua)…và ở dạng muối của axit sunfuric như: CaSO4, CaSO4.H2O, Na2SO4.10H2O và MgSO4.7H2O
+ S có đặc tính là độ dẫn nhiệt và điện kém, hầu như không tan trong nước nhưng lại tan rất tốt trong dung môi hữu cơ (anilin và phênol)
Lưu huỳnh (S) có hoạt tính hóa học cao, với hóa trị biến đổi từ -2 đến +6, tạo ra những hợp chất bền vững như SO2 và SO3, cùng với những hợp chất kém bền như S2O2 và S2O3 Hợp chất H2S, phổ biến trong tự nhiên, được hình thành khi lưu huỳnh kết hợp với hiđrô Ngoài ra, lưu huỳnh còn có khả năng kết hợp với nitơ để tạo ra N4S4 và N4S5, cũng như với halogen để sản xuất nhiều hợp chất quan trọng, trong đó S2Cl2 (Clorua lưu huỳnh) có ý nghĩa thực tiễn đặc biệt.
+ S rất phổ biến trong cơ thể thực vật và động vật, nó tham gia vào hàng loạt các hợp chất hữu cơ quan trọng
Sự đồng hóa lưu huỳnh chủ yếu diễn ra ở lá do quá trình quang hợp cung cấp nhiều sản phẩm khử và quá trình quang hô hấp tái tạo serine Các axit amin chứa lưu huỳnh được hình thành trong lá sẽ được vận chuyển qua mạch rây (Phloem) đến các vị trí tổng hợp protein tại chồi, đỉnh rễ và quả.
Cây hút lưu huỳnh chủ yếu ở dạng SO4 2-, đây là dạng oxy hóa cao Ngược lại, cây không hấp thụ được các dạng oxy hóa thấp như SO2 hay dạng khử như H2S, mà còn bị ảnh hưởng độc hại từ chúng.
+ Các hợp chất như Xistein, Xistin và Metionin chứa lưu huỳnh ở dạng khử cây cũng có thể hút được nhưng rất khó khăn Sau khi hút vào trong cây,
S phân bố tương đối đều tuy nhiên phần lớn S thường tập trung ở trong lục lạp (khoảng 70%)
- Vai trò của S đối với cây
S sẽ tham gia vào việc hình thành các hợp chất quan trọng, ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh trưởng, trao đổi chất và hoạt động sinh lý của cây.
Sự đối kháng ion (1-4)
Trồng cây trong dung dịch chỉ chứa một loại muối thường dẫn đến sự sinh trưởng kém và có thể gây chết cây Hiện tượng này xảy ra với mọi loại muối và nồng độ, và mức độ độc hại của dung dịch muối càng tăng khi nó càng tinh khiết Đây được gọi là hiện tượng độc do tinh khiết Bên cạnh đó, hiện tượng đối kháng ion cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của rễ cây trong dung dịch Tác dụng khử độc lẫn nhau của các cation đối với thực vật được gọi là hiện tượng đối kháng ion.
Đối kháng ion ảnh hưởng đến tinh chất lý hóa của chất nguyên sinh, đặc biệt trong quá trình ngưng tụ keo, do tác động riêng biệt của các nguyên tố khác nhau.
Ảnh hưởng của các ion hóa trị 1 và hóa trị 2 đối kháng nhau tác động mạnh mẽ đến tính thấm của chất nguyên sinh Hiện tượng đối kháng ion chủ yếu xảy ra giữa các ion hóa trị 1 và hóa trị 2, do đó, việc thêm hoặc bớt một loại muối vào dung dịch hay môi trường sẽ ảnh hưởng đến khả năng hút các ion khác của cây.
Hiện tượng đối kháng ion thường xảy ra với các loại keo ưa nước, ảnh hưởng đến mức độ thủy hóa của chúng Sự tác động của các ion này có thể làm thay đổi trạng thái của chất nguyên sinh.
Gần đây, nghiên cứu cho thấy rằng đối kháng ion ảnh hưởng đến nhiều khía cạnh của quá trình trao đổi chất, bao gồm hoạt tính của các enzyme và sự cạnh tranh giữa các ion trong việc hình thành các phức chất hữu cơ.
Sự phá hủy quá trình hình thành diệp lục liên quan đến việc sử dụng sắt (Fe) và hoạt động của các loại enzyme chứa Fe Khi cây dư mangan (Mn), hiện tượng kìm hãm sự xâm nhập của Fe vào cây được xem là kết quả của sự cạnh tranh giữa hai nguyên tố này trong việc tạo thành các enzyme prostetic Ngoài ra, đối kháng ion còn có thể do nhiều nguyên nhân khác.
Molybden (Mo) là nguyên tố đối kháng với sắt (Fe), giúp tăng hiệu suất sử dụng của Fe Mo tạo phức chất với photpho (P), hạn chế sự kết tủa của Fe, từ đó nâng cao hiệu suất sử dụng Fe khi có đủ Mo Mối quan hệ giữa Fe và P là yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu nguyên nhân gây ra hiện tượng vàng úa.
Sự hút chất khoáng của thực vật (1-4)
4.1 Vai trò của rễ trong quá trình dinh dưỡng chất khoáng và đạm của cây
- Rễ đóng vai trò hấp thụ và dẫn truyền dinh dưỡng khoáng và đạm từ bề mặt hấp thụ (lông hút, rễ con đến trụ mô dẫn của rễ)
Để khoáng chất có thể thâm nhập vào cây, trước tiên chúng phải được hấp phụ trên bề mặt rễ Sau đó, các ion khoáng sẽ đi qua chất nguyên sinh để vào bên trong tế bào, và từ đó được vận chuyển từ tế bào này sang tế bào khác, cuối cùng đến tất cả các bộ phận của cây.
Bộ rễ không chỉ có khả năng hút nước và khoáng mà còn tổng hợp các chất hữu cơ Các nguyên tố hấp thụ phải trải qua quá trình khử và chuyển hóa tại rễ, nơi hình thành các hợp chất hữu cơ Cường độ tổng hợp chất hữu cơ ở rễ thay đổi theo độ tuổi của cây, với quá trình tổng hợp diễn ra mạnh mẽ hơn vào ban ngày so với ban đêm, phù hợp với quá trình trao đổi chất và năng lượng.
Khi cây hấp thụ đầy đủ năng lượng từ ánh sáng mặt trời, nhiệt độ và nước, quá trình quang hợp diễn ra mạnh mẽ vào ban ngày, cung cấp NADH2 và tăng cường lượng ATP cùng các sản phẩm trung gian Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho sự hoạt động của rễ, giúp cây trồng tích lũy kho dinh dưỡng cần thiết.
4.2 Bản chất của quá trình hút khoáng của cây
Quá trình hút khoáng của cây một cách chọn lọc theo 2 cơ chế:
Cơ chế thụ động cho phép một số ion khoáng từ đất di chuyển vào tế bào lông hút của rễ cây, diễn ra từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp Quá trình này dựa vào khuếch tán và thẩm thấu, cho phép rễ cây hấp thụ các chất khoáng một cách tự nhiên Đây là một quá trình vật lý đơn giản, đặc trưng bởi sự hút khoáng thụ động.
+ Quá trình xâm nhập chất khoáng không cần cung cấp năng lượng, không liên quan đến trao đổi chất và không có tính chọn lọc
+ Phụ thuộc vào sự chệnh lệch nồng độ ion trong và ngoài tế bào (gradient nồng độ) và hướng vận chuyển theo gradient nồng độ
+ Chỉ vận chuyển các chất có thể hòa tan và có tính thấm đối với màng
Cơ chế chủ động trong quá trình hút khoáng cho thấy hệ rễ cây hấp thụ các nguyên tố khoáng một cách có chọn lọc Quá trình này liên quan chặt chẽ đến trao đổi chất của tế bào, đảm bảo rằng cây có thể tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên khoáng cần thiết cho sự phát triển.
Cây cần một số ion, đặc biệt là ion K+, để phát triển, và chúng di chuyển ngược chiều gradient nồng độ vào rễ Quá trình này yêu cầu tiêu tốn năng lượng ATP từ hô hấp, đặc trưng cho cơ chế hút khoáng chủ động của cây.
+ Không phụ thuộc vào grandient nồng độ, có thể vận chuyển ngược + Cần sử dụng năng lượng và chất mang
+ Có thể vận chuyển các ion hay các chất không thấm hay thấm ít với màng lipoprotein
+ Có tính đặc hiệu cho từng loại tế bào và từng chất.
Sự hút chất khoáng trong tự nhiên của thực vật (1-4)
5.1 Sự hút chất khoáng của cây ở trong đất
Các ion khoáng trong dung dịch đất hoặc được hấp phụ trên bề mặt keo đất sẽ được rễ cây hấp thụ Quá trình này được gọi là hấp phụ trao đổi ion, đóng vai trò quan trọng trong dinh dưỡng cây trồng.
- Nguyên tắc hấp phụ trao đổi ion
Các ion khoáng cần được hấp phụ trên bề mặt rễ cây thông qua quá trình trao đổi ion giữa đất và lông hút Trong quá trình hô hấp của rễ, CO2 được sinh ra và kết hợp với nước để tạo thành axit cacbonic Axit cacbonic là một axit yếu, ngay lập tức phân ly trên bề mặt rễ.
Ion H+ từ rễ cây được sử dụng để trao đổi với các cation trong đất, trong khi ion HCO3- thực hiện trao đổi với các anion Quá trình trao đổi ion giữa rễ và đất diễn ra theo đúng hóa trị và đương lượng của các ion Để một ion hóa trị 1 như K+ từ đất có thể xâm nhập vào rễ, nó cần phải được trao đổi với một ion H+ ra khỏi rễ, hoặc một ion NO3- có thể trao đổi với một ion HCO3-.
Ion Ca++ trong đất cần trao đổi với hai ion H+ từ rễ, trong khi ion PO4^3- muốn được hấp phụ trên bề mặt rễ cần ba ion HCO3- đi từ rễ ra dung dịch đất.
Sự trao đổi ion H+ và HCO3- giữa rễ cây và các ion khoáng trong đất có thể diễn ra theo hai phương thức: trực tiếp thông qua sự tiếp xúc giữa rễ và các ion khoáng, hoặc gián tiếp thông qua dung dịch đất.
+ Phương thức trao đổi tiếp xúc (trực tiếp)
Các sợi lông hút len lỏi vào mao quản đất và tiếp xúc với keo đất Ion H+ và HCO3- trên bề mặt rễ có khả năng trao đổi trực tiếp với cation và anion trên bề mặt keo đất, giúp các ion này bám chặt vào rễ.
Rễ cây có khả năng hấp thụ chất khoáng qua phương thức trao đổi trực tiếp, cho phép chúng hút được lượng chất khoáng lớn hơn so với lượng chất khoáng tan trong dung dịch đất Do đó, lượng chất khoáng dễ tiêu di động trong dung dịch đất thường thấp hơn khả năng hấp thụ của cây.
+ Phương thức trao đổi (gián tiếp) thông qua dung dịch đất
Các chất khoáng dễ tiêu di động trong dung dịch đất là nguồn dinh dưỡng thuận lợi cho sự hấp thu của rễ cây Rễ cây liên tục tiết ra CO2 vào dung dịch đất, đồng thời phân ly thành H+ và HCO3-, làm tăng khả năng hòa tan của các chất khoáng.
Rễ cây có khả năng hút một lượng lớn chất khoáng nhờ vào hai phương thức trao đổi ion đồng thời giữa ion H+ và HCO3- Điều này cho phép rễ hấp thụ các ion khoáng bám trên bề mặt keo đất và hòa tan trong dung dịch đất, vượt qua lượng chất khoáng dễ tiêu có sẵn.
5.2 Sự hút chất khoáng ngoài rễ của cây
Hệ thống rễ là phần chính giúp cây hấp thụ khoáng chất từ đất, nhưng các bộ phận khác, đặc biệt là lá, cũng có khả năng hấp thu khoáng chất khi tiếp xúc với dung dịch khoáng.
Các chất khoáng xâm nhập vào lá cây chủ yếu qua khí khổng và có thể thấm qua lớp cutin mỏng Quá trình này phụ thuộc vào nhiều điều kiện khác nhau, ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ khoáng chất của cây.
+ Thành phần của các chất khoáng sử dụng, nồng độ chất khoáng và pH của dung dịch chất khoáng
Lá non của cây có khả năng hấp thụ các chất khoáng tốt hơn so với lá già, do chúng không chỉ tiếp nhận qua khí khổng mà còn có thể thấm qua lớp cutin mỏng.
Tốc độ thấm qua lá của các nguyên tố phụ thuộc vào dạng sử dụng của chúng Chẳng hạn, ion NO3" xâm nhập vào lá trong 15 phút, trong khi ion NH4 + mất đến 2 giờ Đối với kali, ion K + từ KNO3 vào lá trong 1 giờ, còn từ KCl chỉ mất 30 phút Ngoài ra, kali trong dung dịch kiềm thấm vào lá nhanh hơn so với trong môi trường axit.
- Hiện nay, có rất nhiều loại phân bón hoặc chế phẩm phun qua lá Các loại này ngày càng được sử dụng rộng rãi trong sản xuất
Phương pháp dinh dưỡng qua lá mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm phân bón, thời gian và công sức, đồng thời đạt hiệu quả cao hơn so với dinh dưỡng qua rễ Phương pháp này đặc biệt hiệu quả cho các loại cây rau, hoa và cây giống.
Ảnh hưởng của điều kiện bên trong và bên ngoài đến quá trình hút chất khoáng của cây (3)
hút chất khoáng của cây (3)
6.1 Ảnh hưởng điều kiện bên trong của cây đến quá trình hút chất khoáng
Các đặc điểm sinh học của giống cây và loại cây ảnh hưởng đến khả năng hấp thu khoáng chất trong quá trình phát triển Sự hấp thu này phụ thuộc vào đặc điểm di truyền của cây, quyết định hiệu suất và sức sống của chúng.
6.2 Ảnh hưởng các điều kiện bên ngoài đến quá trình hút khoáng của cây
Nước đóng vai trò quan trọng trong việc ảnh hưởng đến độ hòa tan của các chất khoáng, từ đó tác động đến khả năng tiêu thụ khoáng của cây.
- Khi nhiệt độ tăng quá trình hút khoáng sẽ tăng Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá sẽ ngăn cản quá trình hút khoáng
6.2.2 Độ pH của môi trường dinh dưỡng
Độ pH của môi trường đất có tác động trực tiếp và gián tiếp đến khả năng hấp thụ khoáng chất Sự dễ dàng hấp thụ của các nguyên tố dinh dưỡng phụ thuộc vào pH của dung dịch trong đất, với mức pH từ 6 đến 6,5 là tối ưu cho việc hấp thụ khoáng Điều này xảy ra do pH ảnh hưởng đến độ hòa tan của các chất khoáng trong đất.
- Độ pH của môi trường lại sự chi phối của dịch tiết rễ cây, sự hoạt động của hệ vi sinh vật vùng rễ
Đất có tính axit thường thiếu hụt các nguyên tố dinh dưỡng, do chúng bị ion H+ thay thế trên bề mặt keo đất, dẫn đến việc các nguyên tố này dễ bị rửa trôi khi ở dạng tự do.
pH có ảnh hưởng đáng kể đến tính linh động của các nguyên tố vi lượng trong đất Cụ thể, pH kiềm làm giảm tính linh động của các nguyên tố vi lượng và photpho (P), trong khi pH axit lại làm giảm tính linh động của canxi (Ca), natri (Na) và photpho (P).
Hàm lượng nước tự do trong đất cao giúp hòa tan nhiều ion khoáng và hấp thụ theo dòng nước, từ đó thúc đẩy sự sinh trưởng của hệ rễ Nước trong đất không chỉ tạo điều kiện cho rễ phát triển tốt mà còn tăng diện tích tiếp xúc giữa rễ và hạt keo đất, qua đó cải thiện quá trình hút bám và trao đổi chất giữa rễ và đất.
Nước là yếu tố quyết định đến khả năng hòa tan của các khoáng chất, từ đó ảnh hưởng đến sự hấp thu khoáng của cây, góp phần vào quá trình tiêu hóa và phát triển của chúng.
Quá trình hút khoáng bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tác động đến sự đóng mở khí khổng và quang hợp, từ đó tạo ra tác động gián tiếp đến khả năng hút khoáng của cây.
Vai trò sinh lý của Nitơ và sự dinh dưỡng Nitơ của thực vật (1, 2, 4)
7.1 Vai trò của N đối với thực vật
Nitơ đóng vai trò thiết yếu trong sự sinh trưởng và phát triển của cây, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất Nó hiện diện trong nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng, góp phần quyết định vào quá trình trao đổi chất và năng lượng, cũng như các hoạt động sinh lý của thực vật.
N là nguyên tố thiết yếu của protein, đóng vai trò quan trọng trong tất cả các hoạt động sống của cây Protein không chỉ có chức năng cấu trúc mà còn thực hiện nhiều chức năng sinh học cần thiết cho sự phát triển và sinh trưởng của cây.
Protein là thành phần chính cấu tạo nên hệ thống chất nguyên sinh trong tế bào, đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành màng sinh học và các cơ quan bên trong tế bào.
+ Protein là thành phần bắt buộc của các enzym Một enzym có hai thành phần cấu thành: phân tử protein (apoenzym) và nhóm hoạt động (coenzym)
Nitơ (N) là thành phần quan trọng của axit nucleic (ADN và ARN) Ngoài việc duy trì và truyền thông tin di truyền cho thế hệ sau, axit nucleic còn đóng vai trò thiết yếu trong quá trình tổng hợp protein, sự phân chia và sinh trưởng của tế bào.
Nitơ (N) là thành phần thiết yếu của phân tử diệp lục, với mỗi phân tử chứa 4 nguyên tử N, dẫn đến hàm lượng N cao trong lá cây Diệp lục đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu và chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học trong quá trình quang hợp, từ đó tổng hợp các chất hữu cơ cần thiết cho sự sống của các sinh vật trên trái đất.
Nitơ (N) là thành phần chính của một số phytohormone quan trọng, bao gồm auxin và xytokinin Hai loại hormone này đóng vai trò then chốt trong quá trình phân chia và sinh trưởng của tế bào cũng như sự phát triển của cây.
N tham gia vào cấu trúc của ADP và ATP, đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi năng lượng ở cây, đặc biệt trong quá trình quang hợp và hô hấp.
N tham gia vào cấu trúc của hợp chất phytochrom, một sắc tố quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình sinh trưởng và phát triển của cây Sắc tố này liên quan đến các phản ứng ánh sáng như quang chu kỳ, sự nảy mầm và tính hướng quang.
7.2 Nguồn N của thực vật và chu trình N trong tự nhiên
- Trong tự nhiên nitơ tồn tại dưới ba dạng chủ yếu: N hữu cơ, N vô cơ và
Nitơ (N) tồn tại dưới dạng tự do (N2) trong khí quyển, nhưng cây trồng chủ yếu hấp thụ nitơ vô cơ như nitrat (NO3-) và amon (NH4+) Để cây có thể sử dụng nitơ dạng N2, cần có sự cố định từ các vi sinh vật trong đất.
Nitơ trong khí quyển chủ yếu tồn tại dưới dạng khí N2, chiếm khoảng 78% thể tích không khí Dù cây cối sống trong "đại dương nitơ", chúng không thể đồng hóa nitơ trực tiếp Liên kết N≡N có năng lượng liên kết rất lớn, khiến việc phá vỡ để tạo ra nitơ vô cơ trở nên khó khăn.
Để cắt đứt liên kết N=N bền vững và hình thành đạm vô cơ (NH3) cho cây hấp thụ, cần có áp suất và nhiệt độ rất cao Hiện tượng này có thể xảy ra khi có sấm sét, giúp cây nhận được lượng đạm từ nước mưa sau cơn giông Ngoài ra, việc sản xuất phân đạm trong nhà máy cũng có thể thực hiện bằng cách tạo ra áp suất và nhiệt độ cao.
Một số vi sinh vật sống trong đất và nước có khả năng chuyển đổi N₂ trong khí quyển thành NH₃, cung cấp dinh dưỡng cho cây Khả năng này có được nhờ enzym nitrogenase, một enzym đặc hiệu trong các vi sinh vật cố định đạm.
- Các vi sinh vật đồng hoá nitơ phân tử
Các vi sinh vật cố định N2 được chia thành hai nhóm chính: nhóm vi sinh vật sống tự do, hay còn gọi là vi sinh vật không cộng sinh, và nhóm vi sinh vật sống cộng sinh.
+ Vi sinh vật sống tự do trong đất và nước, gồm ba nhóm
=> Nhóm vi sinh vật yếm khí (Clostridium pasteurianum) sống trong đất
=> Nhóm vi sinh vật hảo khí (Azotobacter) sử dụng năng lượng của hô hấp hảo khí để cố định đạm nên hiệu quả cao hơn
Các tảo lam nước có khả năng đồng hóa nitơ phân tử, sử dụng sản phẩm quang hợp của chúng để cố định đạm Quá trình này cung cấp nguồn đạm sinh học bổ sung cho các ruộng lúa nước.
Các vi sinh vật cố định đạm tự do có khả năng bổ sung cho đất từ 10 đến 20 kg N/ha Việc cố định đạm sinh học chủ yếu có ý nghĩa quan trọng nhờ vào sự cộng sinh của các vi sinh vật sống.
+ Vi sinh vật sống cộng sinh
Các vi sinh vật sống cộng sinh có khả năng cố định đạm rất đa dạng Chúng thường thuộc hai nhóm chính
Cơ sở sinh lý của bón phân hợp lý cho cây (1-4)
8.1 Xác định lượng phân bón cho cây trồng
Lượng phân bón (LPB) hợp lý có thể được xác định theo công thức sau:
Nhu cầu dinh dưỡng của cây - Khả năng cung cấp của đất LPB =
Hệ số sử dụng phân bón
* Xác định nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng
Nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng là tổng hợp các chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây qua các giai đoạn sinh trưởng, nhằm đạt được năng suất kinh tế tối ưu.
Nhu cầu dinh dưỡng của cây được xác định cho toàn bộ chu kỳ sống, đồng thời cũng được phân chia theo từng giai đoạn sinh trưởng cụ thể.
Ví dụ như muốn đạt năng suất lúa là 5 tấn/ha thì cây lúa cần hút bao nhiêu kg N, P, K ?
Nhu cầu dinh dưỡng của cây thay đổi đa dạng, phụ thuộc vào từng loại cây và giống cây trồng khác nhau Ngoài ra, nó còn bị ảnh hưởng bởi các điều kiện thâm canh và biến động thời tiết.
Để xác định nhu cầu dinh dưỡng của cây, cần phân tích hàm lượng các chất dinh dưỡng trong giai đoạn cây đạt mức tích lũy tối đa trước khi thu hoạch, thay vì chờ đến khi cây đã tàn lụi.
Để xác định lượng chất dinh dưỡng cần thiết cho cây trồng, cần thu hoạch toàn bộ các bộ phận như rễ, thân, lá, quả và hạt, sau đó sấy khô và phân tích các nguyên tố chính như N, P, K, S Kết quả phân tích sẽ được quy ra trên một đơn vị sản phẩm thu hoạch, chẳng hạn như trên 1 tạ hoặc 1 tấn thóc Từ đó, có thể tính toán lượng chất dinh dưỡng cần bón để đạt được năng suất mong muốn.
Khi trồng cây trong dung dịch, việc tính toán nhu cầu dinh dưỡng của cây trở nên đơn giản hơn, nhờ vào việc đo lường lượng chất dinh dưỡng mà cây hấp thụ từ dung dịch Điều này giúp xác định một đơn vị năng suất kinh tế hiệu quả.
* Khả năng cung cấp của đất
Khả năng cung cấp của đất là độ màu mỡ của đất Độ màu mỡ này tùy thuộc vào các loại đất khác nhau
Có thể sử dụng phương pháp hóa học và sinh học để xác đinh độ phì nhiêu của đất
Phương pháp phân tích hóa học là kỹ thuật dùng để xác định thành phần các nguyên tố dinh dưỡng trong đất, bao gồm hai chỉ tiêu chính: tổng số dinh dưỡng và hàm lượng dễ tiêu.
Lượng chất dinh dưỡng dễ tiêu trong đất thường di động trong dung dịch đất, bao gồm cả dinh dưỡng tan và dinh dưỡng hấp phụ trên keo đất, đồng thời giữ chặt trong đất.
Khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất thường vượt quá lượng dinh dưỡng dễ tiêu, do có sự hiện diện của các chất dinh dưỡng hấp phụ có khả năng trao đổi trên bề mặt keo đất.
Các phòng phân tích đất sử dụng các phương pháp chính xác để xác định hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng trong đất, bao gồm đạm, lân, kali, cả tổng số và dạng dễ tiêu.
Phương pháp sinh học là kỹ thuật gieo hạt vào một lượng đất nhất định, cho phép cây con nảy mầm và phát triển tự nhiên chỉ với nước tinh khiết Tuy nhiên, sau một thời gian, cây sẽ tiêu thụ hết các chất dinh dưỡng có trong đất, dẫn đến tình trạng cạn kiệt nguồn dinh dưỡng.
Ta tiến hành phân tích lượng chất dinh dưỡng có trong toàn bộ mẫu thu hoạch
Trước khi gieo hạt, cần phân tích lượng chất dinh dưỡng có trong hạt để xác định khả năng cung cấp dinh dưỡng của đất Khả năng này được tính bằng cách lấy lượng chất dinh dưỡng có trong mẫu cây trừ đi lượng chất dinh dưỡng có trong hạt.
Ta có thể kết hợp cả hai phương pháp để tìm ra độ màu mỡ cần thiết của đất
* Hệ số sử dụng phân bón
Mỗi loại phân bón cho cây trồng có một hệ số sử dụng riêng, phản ánh tỷ lệ chất dinh dưỡng mà cây có thể hấp thụ so với lượng phân bón được cung cấp vào đất.
8.2 Phương pháp bón phân thích hợp
Tùy theo từng loại cây trồng mà ta có phương pháp bón phân thích hợp
Có thể sử dụng phương pháp bón lót, bón thúc hoặc phun qua lá
Bón lót là quá trình bón phân trước khi gieo trồng để cung cấp chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng ban đầu của cây Lượng phân bón lót phụ thuộc vào loại cây trồng và loại phân bón Đối với phân lân và vôi, do hiệu quả chậm và cần nhiều cho giai đoạn đầu, thường bón lót với lượng lớn, có thể bón toàn bộ Ngược lại, phân đạm và kali có hiệu quả nhanh và dễ bị rửa trôi, nên chỉ cần bón lót một lượng vừa đủ cho giai đoạn đầu, còn chủ yếu là bón thúc sau đó.
Bón thúc là phương pháp bón phân nhiều lần nhằm đáp ứng nhu cầu dinh dưỡng của cây trồng và giảm thiểu lãng phí do phân bị rửa trôi trong đất Số lần bón thúc phụ thuộc vào từng loại cây trồng cụ thể; ví dụ, đối với cây lúa, có thể thực hiện các giai đoạn bón như bón đẻ nhánh, bón đón đòng và bón nuôi hạt.
QUANG HỢP CỦA THỰC VẬT
Cơ quan quang hợp của thực vật (2)
1.1 Một số khái niệm chung về quang hợp
1.1.1 Định nghĩa quang hợp của thực vật
Quang hợp là quá trình trong đó thực vật chứa diệp lục
Chlorophyll là sắc tố quan trọng trong quá trình quang hợp, chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời thành năng lượng hóa học trong các hợp chất hữu cơ bền vững Quá trình này sử dụng nước để khử carbon dioxide (CO2) nhờ vào năng lượng từ ánh sáng, với phản ứng hóa học diễn ra như sau: 6CO2 + 6H2O → C6H12O6 + 6O2.
* Phương trình tổng quát của quang hợp
Một số quá trình quang hợp không thải O2, vì một số sinh vật sử dụng các hợp chất khác thay vì H2O làm nguồn electron, như ête, axit hữu cơ, hoặc axit vô cơ Chẳng hạn, một số vi khuẩn sử dụng H2S hoặc H2 để thực hiện quang hợp mà không sản sinh O2 Do đó, phương trình quang hợp có thể được biểu diễn tổng quát như sau: nCO2 + 2nH2X = (CH2O)n + nH2O + 2nX.
(Nếu X là oxy và n = 6 thì ta có phương trình tạo glucoza ở trên, nhưng
X có thể là sulfur và cũng có thể vắng mặt khi chỉ dùng H2)
1.2.2 Bản chất quang hợp ở thực vật
- Là quá trình khử CO2 để tạo thành các hợp chất hữu cơ
- Phân li nước giải phóng oxi cung cấp cho sự sống
1.1.3 Ý nghĩa quang hợp của thực vật
Quá trình quang hợp đóng vai trò thiết yếu trong sự sống của tất cả sinh vật trên Trái Đất, vì nó tạo ra các hợp chất hữu cơ cần thiết cho sự phát triển và duy trì sự sống.
- Quang hợp cung cấp năng lượng cho sự sống
Thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng không khí, hoạt động như những nhà máy khổng lồ chuyển đổi CO2 thành O2 thông qua quá trình quang hợp Bên cạnh đó, chúng cũng giúp điều hòa lượng nước trong môi trường, góp phần duy trì sự cân bằng sinh thái.
1.2 Những cơ quan thực hiện chức năng quang hợp của thực vật
Lá cây là bộ phận quan trọng của thực vật bậc cao, đóng vai trò chính trong quá trình quang hợp Chúng chứa nhiều tế bào mô dậu và lục lạp, giúp chuyển đổi ánh sáng thành năng lượng.
Lá cây có chức năng quang hợp, dự trữ chất dinh dưỡng, nước, thoát hơi nước, tham gia vào quá trình hút nước và khoáng của rễ cây
* Cấu tạo của phiến lá
+ Lớp biểu bì trong suốt, xếp sát nhau, có vách phía ngoài dày
+ Có lỗ khí, tập trung nhiều ở mặt dưới lá
Chức năng: Bảo vệ phiến lá, để cho ánh sáng chiếu được vào phần thịt lá Trao đổi khí và thoát hơi nước
Gồm một vài lớp tế bào chứa lục lạp
+ Phía trên gồm các tế bào hình dài, xếp sát nhau và có nhiều lục lạp hơn
+ Phía dưới gồm các tế bào dạng gần tròn, ít lục lạp hơn, xếp không sát nhau xen giữa có nhiều khoảng trống chứa khí
Chức năng: Chế tạo chất hữu cơ nuôi cây, thu nhận ánh sáng, dự trữ và trao đổi khí
Bó mạch gỗ và mạch rây kết nối với các bó mạch của thân và cành, đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn nước và muối khoáng lên lá, đồng thời vận chuyển các chất hữu cơ được lá chế tạo.
Lục lạp là một trong ba dạng lạp thể, có mặt trong các tế bào thực vật thực hiện chức năng quang hợp Chúng thường có hình bầu dục và được bao bọc bởi màng kép Bên trong lục lạp là chất nền (stroma) không màu, chứa protein ưa nước và các hạt nhỏ gọi là grana.
Lục lạp có hình thái đa dạng, đặc biệt ở các loài thực vật thủy sinh như rong và tảo, chúng có hình dạng khác nhau như hình cốc, hình vuông, hình sao và hình bản do không bị ánh sáng trực tiếp đốt nóng Ngược lại, ở thực vật bậc cao sống trên cạn, lục lạp thường có hình bầu dục Với hình bầu dục, lục lạp có khả năng xoay bề mặt để điều chỉnh mức độ tiếp xúc với ánh sáng tùy thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu tới lá.
Lục lạp nhìn rõ trong tế bào thực vật
Số lượng lục lạp trong tế bào thay đổi tùy theo loài thực vật Tảo chỉ có một lục lạp trong mỗi tế bào, trong khi thực vật bậc cao có từ 20 đến 100 lục lạp trong các tế bào mô đồng hoá.
Lục lạp có kích thước trung bình hình bầu dục từ 4-6 µm và độ dày khác nhau Các cây ưa bóng thường có số lượng, kích thước và hàm lượng sắc tố trong lục lạp cao hơn so với các cây ưa sáng.
1.2.3 Các sắc tố quang hợp
Có 5 loại diệp lục: a, b, c, d, e Ở thực vật thượng đẳng chỉ có 2 loại diệp lục a và b; còn diệp lục c, d, e có ở vi sinh vật, rong, tảo
Nhân diệp lục là thành phần quan trọng nhất trong phân tử diệp lục, bao gồm một nguyên tử Mg ở trung tâm liên kết với bốn nguyên tử N từ bốn vòng pyrol, tạo thành vòng Mg-pocphirin linh hoạt Hệ thống nối đôi đơn cách đều trong nhân diệp lục giúp phân tử diệp lục có hoạt tính quang hoá mạnh mẽ.
Khả năng hấp thu ánh sáng của phân tử diệp lục phụ thuộc vào số lượng liên kết đôi trong cấu trúc của nó Các liên kết này có năng lượng liên kết rất nhỏ, khiến chúng dễ dàng bị kích thích khi tiếp nhận năng lượng ánh sáng, dẫn đến việc phân tử diệp lục chuyển sang trạng thái kích thích.
Công thức cấu tạo diệp lục a
Đuôi phân tử diệp lục dài với gốc rượu phitol chứa 20 nguyên tử cacbon, có tính ưa lipit, giúp định vị phân tử diệp lục trên màng thylakoid, nơi diễn ra quá trình quang hợp.
Carotenoit là nhóm sắc tố vàng và da cam, đóng vai trò là "vệ tinh" của diệp lục Chúng được chia thành hai nhóm chính dựa trên cấu tạo hóa học: caroten và xanthophil.
Chlorophyll được bảo vệ bởi một lớp màng lọc ánh sáng, giúp ngăn chặn sự phá hủy khi ánh sáng mạnh Chính vì vậy, chúng luôn nằm cạnh nhau trong quá trình quang hợp.
Bản chất của các quá trình quang hợp của thực vật (1, 3)
2.1 Bản chất pha sáng của quang hợp ở thực vật
Pha sáng là quá trình mà diệp lục hấp thụ năng lượng từ ánh sáng mặt trời, chuyển hóa nó thành trạng thái kích thích Quá trình này giúp biến đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng dự trữ dưới dạng hợp chất cao năng ATP và chất khử NADH2.
- Pha sáng quang hợp gồm 2 quá trình:
+ Giai đoạn quang lý: Là giai đoạn các phân tử diệp lục hấp thụ năng lượng anhs sáng mặt trời và trở thành trạng thái kích động
Giai đoạn quang hoá là quá trình trong đó phân tử diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng, sau đó chuyển hóa năng lượng này thành các hợp chất cao năng và chất khử.
2.1.2 Bản chất pha sáng của quang hợp ở thực vật
- Các phân tử diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng mặt trời trong khoảng bước sóng 400 đến 700nm
Trong giai đoạn quang lý, các phân tử diệp lục hấp thụ ánh sáng có bước sóng thấp, sau đó chuyển giao năng lượng cho diệp lục hấp thụ ánh sáng có bước sóng cao hơn Cuối cùng, năng lượng này được chuyển đến trung tâm phản ứng.
- Giai đoạn này gồm 3 giai đoạn:
+ Quang hoá khởi nguyên: Là quá trình cho hay nhận điện tử của phân tử diệp lục ở trung tâm phản ứng với các chất cho hay nhận điện tử
+ Quang phân li nước: Phân tử nước bị phân li dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng đã được diệp lục hấp thụ
Sơ đồ minh họa quá trình giải phóng oxy từ nước, trong đó các electron được sản sinh trong quá trình quang phân li nước nhằm bù đắp cho những electron của diệp lục đã bị mất trong các chu trình khác.
+ Quang photphorin hoá: là quá trình tạo thành ATP trong quang hợp Vậy sản phẩm của pha sáng gồm có: ATP, NADPH2, O2
2.2 Bản chất pha tối của quang hợp ở thực vật
Pha tối trong quá trình quang hợp là giai đoạn không cần ánh sáng trực tiếp, mà sử dụng ATP và NADPH2, sản phẩm từ pha sáng, để khử CO2 và tạo ra các hợp chất hữu cơ đơn giản như protein, lipid, và glucid Những hợp chất này sau đó được tổng hợp thành các hợp chất hữu cơ thứ cấp và tham gia vào các quá trình trao đổi chất khác nhau trong cây.
- Pha tối quang hợp là pha khử CO2 được tiến hành trong một thời gian dài hơn so với pha sáng
- Các con đường đồng hoá CO2: Hiện nay theo nghiên cứu các nhà khoa học như Calvin, Hatch-Slack có 3 con đường:
+ Con đường đồng hoá theo C3
+ Con đường đồng hoá theo C4
+ Con đường đồng hoá theo CAM
2.2.2 Bản chất pha tối của quang hợp ở thực vật
- Gồm các nhóm cây thực vật như: Lúa, khoai, sắn, rau (các loại), đậu
Chu trình Calvin được chia thành ba giai đoạn chính: đầu tiên là giai đoạn cố định CO2, tiếp theo là giai đoạn khử axit photphoglixêric (APG) thành anđêhic photphogixêric (AlPG), và cuối cùng là giai đoạn tái sinh chất nhận ban đầu ribulôzơ-1,5-điphotphat.
Tại giai đoạn kết thúc quá trình khử, phân tử AlPG được tách ra khỏi chu trình quang hợp AlPG đóng vai trò quan trọng như chất khởi đầu để tổng hợp C6H12O6, từ đó hình thành tinh bột, saccarôzơ, axit amin và lipit.
Thực vật C3, bao gồm cả rêu và các loài cây cao lớn trong rừng, phân bố rộng rãi trên toàn cầu Nhóm thực vật này sử dụng con đường Calvin để cố định CO2.
- Gồm các nhóm thực vật như: Ngô, mía, cỏ lồng cực, cỏ gấu
Nhóm thực vật C4, bao gồm mía, rau dền, ngô, kê và cao lương, chủ yếu sống ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, thực hiện quá trình quang hợp theo con đường C4, là một phản ứng thích nghi với cường độ ánh sáng mạnh Thực vật C4 có nhiều ưu điểm so với thực vật C3, như cường độ quang hợp cao hơn, điểm bù CO2 thấp hơn, điểm bão hòa ánh sáng cao hơn, nhu cầu nước thấp hơn và thoát hơi nước ít hơn Nhờ những đặc điểm này, thực vật C4 đạt năng suất cao hơn so với thực vật C3.
- Thực vật CAM gồm những loài mọng nước sống ở các vùng hoang mạc khô hạn (xương rồng) và các loài cây trồng như dứa, thanh long
Để ngăn chặn mất nước do thoát hơi nước, các loài cây mọng nước thường đóng khí khổng vào ban ngày và mở ra vào ban đêm, dẫn đến việc chúng không thể thực hiện quá trình quang hợp trong suốt cả ngày.
Để vượt qua khó khăn trong việc hấp thụ CO2, thực vật mọng nước đã phát triển một con đường cố định CO2 độc đáo, được gọi là con đường CAM.
Bản chất hoá học của con đường CAM tương tự như con đường C4, nhưng có sự khác biệt rõ rệt về thời gian Cả hai giai đoạn của con đường C4 đều diễn ra vào ban ngày, trong khi giai đoạn đầu của con đường CAM là cố định CO2 diễn ra vào ban đêm khi khí khổng mở Giai đoạn tái cố định CO2 theo chu trình C3 của con đường CAM thì được thực hiện vào ban ngày khi khí khổng đóng.
- Thực vật CAM không có 2 loại lục lạp (nhu mô và bao bó mạch) như ở thực vật C4
- Con đường CAM là đặc điểm thích nghi sinh lý của thực vật mọng nước đối với môi trường khô hạn ở sa mạc.
Ảnh hưởng của điều kiện bên ngoài đến quá trình quang hợp của thực vật (1-3)
3.1 Ảnh hưởng của ánh sáng đến quang hợp Ánh sáng là điều kiện cơ bản để tiến hành quang hợp Ánh sáng không những ảnh hưởng đến cường độ quang hợp mà còn ảnh hưởng đến chất lượng của quá trình quang hợp nữa
Cường độ ánh sáng và cả thành phần quang phổ ánh sáng đều ảnh hưởng đến hoạt động quang hợp của cây
Cường độ ánh sáng được đánh dấu bởi điểm bù và điểm bảo hoà ánh sáng của quang hợp
Cường độ ánh sáng tối thiểu để cây bắt đầu quang hợp rất thấp, dẫn đến cường độ quang hợp cũng thấp hơn cường độ hô hấp, gây ra sự thải CO2 ra không khí Khi cường độ ánh sáng tăng, cường độ quang hợp cũng tăng theo, trong khi cường độ hô hấp tối không phụ thuộc vào ánh sáng và không tăng Có một thời điểm mà cường độ quang hợp bằng với cường độ hô hấp, và cường độ ánh sáng tại thời điểm này được gọi là điểm bù ánh sáng của quang hợp.
Dựa vào điểm bù ánh sáng, thực vật được phân thành hai loại chính: cây ưa sáng và cây ưa bóng Cây ưa sáng thường có điểm bù ánh sáng cao hơn so với cây ưa bóng.
+ Cường độ ánh sáng lớn hơn điểm bù trừ thì cường độ quang hợp lớn hơn cường độ hô hấp và cây có tích luỹ và ngược lại
- Điểm bão hoà ánh sáng
Sau khi đạt điểm bù ánh sáng, cường độ quang hợp sẽ tiếp tục tăng khi cường độ ánh sáng gia tăng Tuy nhiên, sẽ có một thời điểm mà sự tăng trưởng này chậm lại và đạt mức cực đại Cường độ ánh sáng tại thời điểm này được gọi là điểm bảo hòa ánh sáng trong quá trình quang hợp.
Sau điểm bão hòa, nếu cường độ ánh sáng tiếp tục gia tăng, quang hợp vẫn có thể đạt một mức bão hòa khác Tuy nhiên, khi ánh sáng quá mạnh, quang hợp sẽ bị ức chế, dẫn đến việc cường độ quang hợp giảm.
Sự giảm quang do cường độ ánh sáng quá mạnh dẫn đến tổn thương cấu trúc bộ máy quang hợp, làm phá hủy hệ thống sắc tố Khi ánh sáng quá mạnh, phản ứng sáng và quá trình photphoryl hóa quang hoá bị ức chế, đồng thời các phản ứng tối cũng bị ảnh hưởng do protein bị biến tính.
Điểm bảo hòa ánh sáng của thực vật thay đổi theo loại cây, với cây ưa bóng có điểm bảo hòa thấp hơn cây ưa sáng Các thực vật như cây C4 (ngô, mía, cao lương) có điểm bảo hòa ánh sáng cao nhưng điểm bù ánh sáng thấp, thường đạt năng suất sinh học rất cao.
Ánh sáng là yếu tố quyết định trong việc tăng năng suất cây nông nghiệp Khi cường độ quang hợp giảm, năng suất cây trồng cũng theo đó giảm sút.
3.1.2 Thành phần quang phổ của ánh sáng
Quang hợp diễn ra hiệu quả nhất ở vùng tia đỏ và tia xanh tím, trong khi các tia ánh sáng khác có hiệu quả quang hợp thấp hoặc gần như không có.
- Ánh sáng sóng ngắn (xanh tím) có khả năng giúp cho việc tạo thành axit amin, prôtein…
- Ánh sáng sóng dài (đỏ) giúp cho việc tổng hợp gluxit
3.2 Ảnh hưởng của nước đến quá trình quang hợp
Hàm lượng nước trong lá ảnh hưởng trực tiếp đến sự đóng mở của khí khổng, từ đó tác động đến khả năng xâm nhập CO2 vào tế bào lá, điều này rất quan trọng cho quá trình quang hợp.
- Nước ảnh hưởng cả pha sáng và pha tối của quang hợp
+Trong pha sáng, nước là nguyên liệu trực tiếp cung cấp electron và H + để khử CO2 trong pha tối
Trong môi trường tối, nước đóng vai trò là dung môi cho các phản ứng hóa sinh, đồng thời duy trì trạng thái keo nguyên sinh ổn định, tạo điều kiện thuận lợi cho các phản ứng enzym diễn ra hiệu quả.
Khi hàm lượng nước trong tế bào giảm từ 5-20% so với tổng số nước, quá trình quang hợp vẫn diễn ra bình thường Tuy nhiên, khi mức nước thiếu hụt từ 40-60%, quang hợp sẽ giảm mạnh và có thể dẫn đến ngừng hoàn toàn quá trình này.
- Nước là nhân tố điều hòa nhiệt độ lá
Hàm lượng nước trong lá đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá, từ đó giúp quá trình quang hợp tiếp tục diễn ra Khi thiếu nước, sự vận chuyển này bị tắc nghẽn, dẫn đến ức chế quá trình quang hợp.
Nước trong lá và tế bào cây đóng vai trò quan trọng trong tốc độ sinh trưởng và sự hình thành bộ máy quang hợp của cây Thiếu nước có thể dẫn đến sự phân huỷ bộ máy quang hợp, làm suy thoái lục lạp và phá huỷ mối liên kết giữa diệp lục và protein.
Mức độ giảm quang hợp của cây phụ thuộc vào khả năng chống chịu hạn của chúng; cây có khả năng chống chịu hạn tốt sẽ giảm quang hợp ít hơn khi thiếu nước.
Trong sản xuất, cần có chế độ tưới nước hợp lý cho cây trồng để chúng có hoạt động quang hợp tối ưu và tránh hạn xảy ra
3.3 Ảnh hưởng của nồng độ CO 2 đến quá trình quang hợp
Nồng độ CO2 trong không khí sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ quang hợp
Quang hợp và năng suất cây trồng (1-4)
4.1 Quang hợp quyết định năng suất cây trồng
Hoạt động quang hợp đóng vai trò quan trọng, quyết định 90-95% năng suất cây trồng Sản phẩm thu hoạch như đường, tinh bột, protein và chất béo chủ yếu được hình thành từ quá trình này Phân tích thành phần hóa học của sản phẩm thu hoạch cho thấy carbon (C) chiếm khoảng 45% chất khô, oxy (O) khoảng 42-45%, và hydro (H) khoảng 6,5%.
Trong sản phẩm, 93-95% khối lượng chất khô được cấu thành từ ba nguyên tố chính, trong khi phần còn lại dưới 10% là các nguyên tố khoáng Điều này cho thấy khoảng 90-95% sản phẩm thu hoạch từ cây được hình thành từ khí CO2 và H2O thông qua quá trình quang hợp của lá cây.
- Năng suất cây trồng gồm hai loại:
Năng suất sinh vật học (NS svh) được xác định bởi quá trình quang hợp, phản ánh tổng lượng chất khô mà cây trồng tích lũy trên một đơn vị diện tích đất trong một khoảng thời gian nhất định, như vụ mùa, năm hoặc chu trình sinh trưởng.
Năng suất kinh tế của cây trồng không chỉ phụ thuộc vào quá trình quang hợp mà còn bị ảnh hưởng bởi khả năng vận chuyển và tích lũy chất hữu cơ đến các bộ phận có giá trị kinh tế Điều này được đo lường bằng lượng chất khô mà cây tích lũy trên một đơn vị diện tích trong một khoảng thời gian nhất định, như vụ mùa hay năm.
4.2 Tăng năng suất cây trồng thông qua sự điều khiển quang hợp
4.2.1 Biện pháp nâng cao năng suất sinh vật học
Năng suất sinh vật học của cây trồng phụ thuộc vào ba nhóm chỉ tiêu: + Diện tích lá (L) tức là bề mặt công tác của quần thể cây trồng
+ Hoạt động quang hợp của quần thể
Thời gian sinh trưởng của cây trồng được tính từ khi cây bắt đầu mọc và xuất hiện lá có khả năng quang hợp cho đến khi thu hoạch, đại diện cho toàn bộ thời gian quang hợp của cây.
Các biện pháp nâng cao năng suất sinh vật học bao gồm:
4.2.1.1 Biện pháp nâng cao diện tích lá
Diện tích lá đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, giúp tạo ra các chất hữu cơ cần thiết cho sự phát triển của cây trồng Do đó, việc tăng diện tích lá được coi là một biện pháp thiết yếu nhằm nâng cao năng suất cây trồng.
Chọn giống cây trồng có hệ số lá tối ưu cao là một yếu tố quan trọng trong công tác chọn tạo giống Đối với giống lúa, tiêu chuẩn chọn lọc bao gồm cây thấp, góc lá nhỏ, lá đứng và cứng Việc lựa chọn giống lúa này cho phép nông dân cấy dày và bón đạm để gia tăng diện tích lá mà vẫn đảm bảo không bị lốp đổ.
Có thể điều chỉnh diện tích bộ lá thông qua các biện pháp nông sinh như bón phân hợp lý, tưới nước đúng cách, áp dụng kỹ thuật chăm sóc hiệu quả, và phòng trừ sâu bệnh tấn công bộ lá Đồng thời, cần thực hiện các biện pháp kéo dài tuổi thọ của lá phù hợp với từng loài và giống cây trồng.
Bộ lá đóng vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp, với trị số diện tích lá đối với cây lấy hạt là 3-4 (30.000-40.000 m² lá/ha) và đối với cây lấy củ và rễ là 4-5,5.
Điều chỉnh mật độ là phương pháp hiệu quả để tối ưu hóa diện tích lá của cây trồng Tùy thuộc vào giống cây, mức độ thâm canh và độ màu mỡ của đất, việc xác định mật độ thích hợp sẽ giúp quần thể cây phát triển tối đa với diện tích lá lý tưởng.
4.2.1.2 Điều chỉnh hoạt động quang hợp
Hoạt động quang hợp của cây bao gồm chủ yếu là cường độ quang hợp và hiệu suất quang hợp
Cường độ quang hợp là chỉ số đo lường hiệu quả quang hợp của cây, được xác định bằng lượng CO2 mà cây hấp thu, lượng O2 mà cây thải ra, hoặc lượng chất hữu cơ mà cây tích lũy trên mỗi đơn vị diện tích lá trong một khoảng thời gian nhất định Ví dụ, cường độ quang hợp có thể được biểu thị bằng số mg CO2 trên 1 dm² lá trong 1 giờ.
- Hiệu suất quang hợp: Là lượng chất khô cây trồng tích luỹ được trên 1 m 2 lá trong thời gian 1 ngày đêm
- Biện pháp nâng cao cường độ và hiệu suất quang hợp
Chọn giống cây có khả năng quang hợp tối ưu, với cường độ và hiệu suất quang hợp cao, là một hướng đi quan trọng trong việc phát triển giống cây Hướng chọn tạo giống này cần được chú trọng hơn nữa dựa trên hoạt động sinh lý của cây, nhằm nâng cao năng suất và hiệu quả canh tác.
Bố trí thời vụ hợp lý, bón phân cân đối và đầy đủ, cùng với việc cung cấp nước đầy đủ, đặc biệt trong giai đoạn ra hoa và kết quả, là những yếu tố quan trọng để đảm bảo cây trồng phát triển khỏe mạnh Đồng thời, cần chú trọng phòng trừ sâu bệnh hại để bảo vệ mùa màng hiệu quả.
4.2.1.3 Điều chỉnh thời gian quang hợp
Thời gian quang hợp của cây bao gồm ba yếu tố chính: thời gian quang hợp trong ngày, thời gian quang hợp trong năm, và tuổi thọ của các cơ quan quang hợp, đặc biệt là tuổi thọ của lá.
Thời gian quang hợp hàng ngày ở các nước nhiệt đới thường ngắn hơn so với các nước ôn đới, dẫn đến năng suất cây trồng của chúng ta thường thấp hơn.
Ví dụ như năng suất khoai tây của các nước ôn đới rất cao (40-60 tấn/ha), còn của ta khoảng 10-20 tấn/ha
HÔ HẤP CỦA THỰC VẬT
Cơ quan hô hấp của thực vật (1)
1.1 Khái niệm chung về hô hấp của thực vật và vai trò hô hấp của thực vật
1.1.1 Khái niệm hô hấp của thực vật
Quá trình oxi hoá các hợp chất hữu cơ diễn ra dưới tác động của enzim, giải phóng năng lượng và tạo ra các sản phẩm sơ cấp Những sản phẩm này tiếp tục được đồng hoá để tạo ra các sản phẩm thứ cấp.
Hô hấp là một quá trình oxi hoá khử phức tạp, trong đó diễn ra sự tách H2 và điện tử để chuyển giao cho O2, tạo thành H2O Quá trình này không chỉ sản sinh ra nước mà còn giải phóng năng lượng, được tích luỹ trong các hợp chất cao năng.
1.1.2 Vai trò của hô hấp đối với cơ thể thực vật
- Hô hấp giải phóng năng lượng, từ các nguyên liệu hô hấp cung cấp cho các hoạt động sinh lý và biến đổi sinh hoá của cơ thể
Hô hấp sản xuất nhiều sản phẩm trung gian quan trọng, những sản phẩm này tham gia vào các quá trình trao đổi chất khác nhau, góp phần tạo ra nhiều chất hữu cơ trong cơ thể.
- Có vai trò tăng cường khả năng chống nấm bệnh của thực vật
- Hô hấp trong một số trường hợp lại có vai trò tiêu cực
Khi xảy ra hạn hán, gió mạnh và nhiệt độ cao, cây trồng thường gặp phải tình trạng thiếu dinh dưỡng Mặc dù cường độ hô hấp tăng lên, nhưng hiệu quả năng lượng lại giảm, dẫn đến việc tiêu hao chất dinh dưỡng có thể lớn hơn so với quá trình tổng hợp.
Ty thể, được biết đến như bào quan hô hấp tế bào, có hình dạng giống như những quả bí đao nhỏ Chúng xuất hiện nhiều và phân bố rải rác trong bào tương, đặc biệt tập trung ở các cơ quan có hoạt động mạnh trong tế bào.
1.2.1.1 Cấu tạo và thành phần hoá học
- Túi ti thể được chia thành 2 màng chia ti thể ra thành 2 phần tách biệt Khoảng gian màng và lòng ti thể
Màng ti thể ngoài, hay còn gọi là màng sinh chất, có tỉ lệ phospholipid/protein (P/L) bằng hoặc lớn hơn 1 Mặc dù tỉ lệ này tương tự như tỉ lệ của các loại màng khác, nhưng thành phần bên trong của nó lại có sự khác biệt đáng kể.
- Khoảng gian màng: Xen kẻ giữa hai màng, môi trường gian màng tương tự và cân bằng với bào tương
Màng ti thể trong có cấu trúc gấp nếp, tạo thành các mào nhỏ, giúp tăng diện tích bề mặt làm việc Trong một số trường hợp hiếm, màng này có thể hình thành ống kín lòng ti thể Sự gia tăng số lượng mào đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa chức năng của màng ti thể.
Lòng ti thể chứa nhiều loại enzim và protein, được tổng hợp từ ADN riêng của ti thể và protein từ bào tương Điều này cho thấy ti thể không chỉ là nơi sản xuất năng lượng mà còn có ADN riêng biệt, đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh học của tế bào.
+ Một ít ARN, ADN dạng vòng
Chất hữu cơ được phân giải để lấy năng lượng thông qua quá trình hô hấp tế bào, nhờ vào sự hiện diện của nhiều loại enzyme oxy hóa trong cơ thể Đầu tiên, thức ăn được phân hủy trong bào tương, tạo thành axit pyruvic và một lượng nhỏ ATP Sau đó, axit pyruvic tiếp tục được chuyển hóa trong ty thể qua nhiều bước, dẫn đến sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước, đồng thời giải phóng năng lượng dưới dạng ATP cho tế bào sử dụng.
- Ngoài ra ty thể còn được gọi là bào quan chỉ định, vì chúng rất nhạy cảm với các tác động có hại cho tế bào
Yếm khí là quá trình hô hấp diễn ra mà không có sự tham gia của oxy, thường xảy ra ở những cơ quan bị vùi lấp hoặc nén chặt trong đất Quá trình này, còn được gọi là lên men không cần O2, tạo ra một lượng năng lượng nhỏ dưới dạng ATP cùng với các sản phẩm khác.
Hô hấp yếm khí có nhược điểm là tiêu tốn nhiều chất dinh dưỡng và tạo ra ít năng lượng, dẫn đến hiệu quả năng lượng thấp Quá trình này cũng sản sinh ra một số chất độc hại.
- Nó thường xảy ra ở bộ phận nằm trong đất, đất chặt bị đóng ván, ngập úng, thiếu oxi trong đất
- Quá trình hô hấp cần oxi và không khí nhờ đó các sản phẩm hữu cơ được oxi hoá đến tận cùng tạo ra CO2 và H2O
- Ưu điểm: Cùng một lượng chất dự trữ tạo ra năng lượng nhiều hơn, tạo ra nhiều sản phẩm trung gian đi vào các quá trình tổng hợp khác.
Mối quan hệ giữa hô hấp và hoạt động sống của thực vật (1, 2)
2.1.1 Hô hấp và hút nước
Sự hấp thu và vận chuyển nước lên các bộ phận trên mặt đất của cây cần năng lượng, chủ yếu từ quá trình hô hấp của hệ thống rễ.
- Nếu hô hấp của rễ bị ức chế thì sự xâm nhập nước vào rễ bị chậm và có thể bị ngưng
Khi cây bị ngập úng, hiện tượng thiếu oxy dẫn đến việc rễ cây phải hô hấp yếm khí, gây ra tình trạng không đủ năng lượng để hút nước, từ đó làm cho cây bị héo.
Hạn sinh lý ở cây trồng xảy ra do thiếu oxy trong đất, dẫn đến việc cây không hút đủ nước để bù đắp cho lượng thoát đi Để khắc phục tình trạng này, cần cung cấp oxy cho đất để rễ cây có thể hô hấp hiệu quả, thông qua các biện pháp như chống úng, sục bùn, phá váng và làm đất tơi xốp trước khi gieo trồng.
2.1.2 Hô hấp và hút khoáng
Trong trường hợp sự xâm nhập chất khoáng vào rễ ngược với градиен nồng độ, cần thiết phải cung cấp năng lượng, do đó hô hấp của hệ rễ rất quan trọng cho quá trình xâm nhập chất khoáng chủ động Nếu hô hấp của rễ bị giảm hoặc ngừng, việc hút khoáng cũng sẽ dừng lại Vì vậy, việc bón phân kết hợp với cung cấp oxy cho đất thông qua các biện pháp như làm cỏ, xới xáo và vun luống sẽ tăng cường hiệu quả sử dụng phân bón.
- Hô hấp tạo ra nguyên liệu cho sự trao đổi ion khoáng trong dung dịch đất
- Hô hấp tạo ra các chất nhận để kết hợp với ion khoáng rồi đưa vào trong cây
2.2 Hô hấp và tính chống chịu của cây đối với điều kiện bất thuận
2.2.1 Hô hấp và tính chịu nóng và chịu phân đạm
Nhiệt độ cao và lượng đạm dư thừa có thể gây chết cho cây trồng Khi nhiệt độ tăng, protein trong cây bị phân hủy, giải phóng NH3 tích lũy, gây độc hại cho cây Do đó, nguyên nhân chính dẫn đến cây chết do nhiệt độ cao tương tự như việc dư thừa NH3 do lượng đạm quá mức, tạo ra độc tố amôn cho cây trồng.
Hô hấp đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra sản phẩm giúp đồng hóa NH3, từ đó giảm nồng độ NH3 trong cây Điều này giúp cây chịu đựng được nhiệt độ cao và tình trạng thừa phân đạm Sự gia tăng hô hấp khi gặp nhiệt độ cao và bón nhiều phân đạm ở các loại thực vật chịu nóng và phân đạm có ý nghĩa thiết yếu, góp phần nâng cao khả năng chống chịu của cây trước các điều kiện bất lợi.
2.2.2 Hô hấp và tính chống chịu sâu bệnh - tính miễn dịch thực vật
Khi cây bị bệnh, việc tăng cường độ hô hấp là một phản ứng thích nghi quan trọng nhằm chống lại bệnh tật Sự gia tăng hô hấp này là hệ quả của quá trình hô hấp tăng lên của cả cây chủ và vi sinh vật gây bệnh.
Hô hấp của cây chủ giúp làm giảm độc tố do vi sinh vật tiết ra bằng cách oxy hóa chúng, đồng thời làm giảm hoạt tính của các enzym thủy phân từ vi sinh vật.
- Hô hấp cung cấp năng lượng để cây có thể chống chịu với sự xâm nhập và hoạt động của các vi sinh vật trong cơ thể…
Hô hấp và vấn đề bảo quản nông sản phẩm (1, 2, 4)
3.1 Quan hệ giữa hô hấp và bảo quản nông sản phẩm
Mục tiêu chính của việc bảo quản nông phẩm là duy trì cả lượng và chất của sản phẩm Mọi nguyên nhân gây giảm sút về khối lượng và chất lượng nông sản đều được coi là kẻ thù trong quá trình bảo quản.
Có hai nguyên nhân chính ảnh hưởng đến chất lượng nông phẩm trong quá trình bảo quản: thứ nhất, sự tấn công của các sinh vật gây hại và thứ hai, hoạt động hô hấp của nông phẩm, đây là yếu tố sinh lý quan trọng cần được chú ý.
Nguyên nhân chính trong việc bảo quản nông sản phẩm là giảm hô hấp, đặc biệt là hô hấp vô hiệu đến mức tối thiểu Nông sản là các cơ quan sống, do đó, hô hấp vẫn cần thiết Tuy nhiên, quá trình hô hấp tiêu hao chất hữu cơ, dẫn đến giảm khối lượng và chất lượng của nông sản.
3.2 Hậu quả của hô hấp đối với bảo quản nông sản
3.2.1 Hô hấp tiêu hao chất hữu cơ của nông sản
Trong giai đoạn dinh dưỡng, quá trình hô hấp tiêu hao chất hữu cơ được bù đắp bởi hoạt động quang hợp Ngược lại, trong giai đoạn bảo quản, hô hấp chỉ làm giảm khối lượng và chất lượng của nông sản Do đó, cường độ hô hấp cao sẽ dẫn đến sự phân hủy nhanh chóng của nông phẩm.
3.2.2 Hô hấp làm tăng độ ẩm của nông sản
Hô hấp của nông sản tạo ra nước, và sự tích tụ nước này làm gia tăng độ ẩm Khi độ ẩm tăng, quá trình hô hấp cũng tăng theo, dẫn đến sự hoạt động mạnh mẽ hơn của vi sinh vật.
3.2.3 Hô hấp làm tăng nhiệt độ trong nông sản
Hô hấp trong nông sản tạo ra nhiệt tự do, dẫn đến hiện tượng tự nhiệt Sự gia tăng nhiệt độ này kích thích quá trình hô hấp và phân huỷ của vi sinh vật, góp phần gây ra hiện tượng tự thiêu ở nông sản.
3.2.4 Hô hấp làm thay đổi thành phần khí trong môi trường bảo quản
Trong quá trình hô hấp, hàm lượng O2 giảm và CO2 tích tụ Khi O2 giảm quá mức và CO2 tăng cao trong môi trường bảo quản, hô hấp sẽ chuyển sang trạng thái yếm khí Hô hấp yếm khí dẫn đến sự phân hủy nhanh chóng các chất hữu cơ trong nông sản.
Để nâng cao hiệu quả bảo quản nông sản, cần áp dụng các biện pháp kiểm soát hô hấp của nông sản ngay sau khi thu hoạch.
3.3 Các biện pháp khống chế hô hấp trong bảo quản nông sản
3.3.1 Khống chế độ ẩm của nông sản
Để bảo quản các loại hạt an toàn trong kho nông sản, cần phơi khô chúng đến khi độ ẩm đạt mức 10-13%, thấp hơn độ ẩm tới hạn Ở mức độ ẩm này, cường độ hô hấp của hạt là không đáng kể, giúp kéo dài thời gian bảo quản.
- Vì hô hấp sản sinh nước làm độ ẩm của hạt tăng lên, nên thỉnh thoảng phải phơi lại hạt để đưa độ ẩm về độ ẩm an toàn
Để bảo quản rau và hoa quả, cần duy trì độ ẩm gần bão hòa thông qua việc tưới và phun nước Khi độ ẩm giảm, quá trình hô hấp vô hiệu của chúng sẽ tăng lên, dẫn đến việc rau và hoa quả dễ bị héo.
- Khi giảm nhiệt độ thì hô hấp giảm nên người ta sử dụng nhiệt độ thấp để bảo quản nông sản
Bảo quản nông sản trong kho lạnh hiện nay là phương pháp tiên tiến, ngày càng được ứng dụng rộng rãi Nhờ vào việc giảm hô hấp và hạn chế hoạt động của vi sinh vật, kho lạnh giúp nông sản được bảo quản lâu dài, đảm bảo chất lượng và an toàn thực phẩm.
- Tuy nhiên tuỳ từng loại nông sản mà ta bảo quản ở nhiệt độ thấp khác nhau
Việc bảo quản các loại hạt và củ giống trong điều kiện nhiệt độ thấp không chỉ giúp duy trì chất lượng mà còn tạo ra hiệu ứng xuân hoá Hiện tượng này rút ngắn thời gian sinh trưởng, thúc đẩy quá trình ra hoa sớm và cải thiện sự phát triển của cây trồng trong vụ sau.
3.3.3 Khống chế thành phần khí trong môi trường bảo quản
Trong quá trình bảo quản nông sản, hô hấp sản sinh CO2 và hấp thu O2 Tăng nồng độ CO2 và giảm nồng độ O2 có thể ức chế hô hấp, điều này không gây hại cho các hạt khô do cường độ hô hấp rất thấp Tuy nhiên, khi độ ẩm của hạt tăng và thiếu O2, hô hấp yếm khí sẽ làm giảm nhanh chóng sức sống và khả năng nảy mầm của hạt.
Tăng nồng độ CO2 và giảm hàm lượng O2 trong bảo quản nông sản tươi sống như rau, hoa và quả giúp giảm hô hấp, ngăn ngừa sự xâm nhập và phát triển của vi sinh vật, từ đó nâng cao hiệu quả bảo quản sản phẩm.
- Giới hạn ảnh hưởng của nồng độ CO2 và O2 thay đổi theo đối tượng bảo quản
Bảo quản thực phẩm trong túi polyetylen hoặc các dụng cụ như chum, vại sành, sứ giúp kiểm soát hiệu quả sự tăng CO2 và giảm O2, từ đó giảm hô hấp và tiêu hao chất hữu cơ.
+ Bảo quản mở trong kho nông sản…
Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng đến hô hấp của thực vật (1-3)
- Nhiệt độ thích hợp cho quá trình hô hấp của thực vật từ: 20-30 0 C
- Nếu nhiệt độ thấp thì nó kìm hãm hô hấp, ở 0-5 0 C thì cường độ hô hấp thấp
- Nếu nhiệt độ cao lớn hơn 40 0 C thì cường độ hô hấp quá mạnh, tiêu tốn nhiều chất hữu cơ, hiệu quả tạo ra thấp
- Nước cần cho hô hấp, mất nước làm giảm cường độ hô hấp Đối với các cơ quan đang ở trạng thái ngủ, tăng lượng nước thì hô hấp tăng
- Muốn hạt nảy mầm cần đảm bảo đủ nước
4.3 Hàm lượng O 2 và CO 2 trong không khí
Hô hấp được kích thích khi hàm lượng O2 cao và kém đi khi CO2 cao
4.4 Ánh sáng Ánh sáng không những ảnh hưởng gián tiếp đến hô hấp thông qua ảnh hưởng đến quá trình quang hợp, mà ánh sáng còn ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp Ngoài ra ánh sáng còn ảnh hưởng đến cơ chế phân giải các chất hữu cơ
Một số tham gia vào hình thành nên bộ máy hô hấp như: N, S, tham gia tổng hợp prôtein…
SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT
Các pha sinh trưởng và phát triển của thực vật (1-3)
1.1 Khái niệm chung về sinh trưởng và phát triển của thực vật
1.1.1 Khái niệm chung về sinh trưởng
Sinh trưởng là quá trình không thuận nghịch, trong đó tế bào, mô và cơ quan trong cơ thể tăng về số lượng, kích thước, thể tích và sinh khối.
Nói chung sự sinh trưởng của cây được biểu hiện ở những đặc điểm sau:
Sự tăng trưởng của cơ thể hoặc từng cơ quan bao gồm sự gia tăng về khối lượng và kích thước, như chiều cao của thân cây, chiều dài của cành, diện tích lá, cũng như khối lượng quả và hạt.
- Sự tăng thêm số lượng cơ quan, số lượng tế bào (cây mọc thêm cành, cành ra thêm lá, số lượng tế bào ở mô phân sinh tăng lên )
Tăng thể tích tế bào là quá trình quan trọng, đặc biệt là việc gia tăng khối lượng chất nguyên sinh Sau khi tế bào phân chia, tế bào sẽ tiến hành giãn nở để tăng kích thước và khối lượng chất nguyên sinh, từ đó hỗ trợ các chức năng sinh học của tế bào.
- Tăng các yếu tố cấu trúc của tế bào (hình thành các bào quan bên trong tế bào)
Trong giai đoạn chín hạt, cây ngừng tăng kích thước các cơ quan, nhưng vẫn tiếp tục tích lũy chất hữu cơ vào hạt, dẫn đến việc tăng trọng lượng chất khô của cây.
1.1.2 Khái niệm chung về phát triển
Sự phát triển của thực vật là quá trình biến đổi chất lượng về sinh lý và hình thái, diễn ra từ giai đoạn hình thành hợp tử trên cây mẹ cho đến khi cây già và diệt vong.
Sự sinh trưởng và phát triển không phải là chức năng sinh lý riêng biệt, mà là quá trình tổng hợp các chức năng sinh lý và hoạt động sống, dẫn đến sự biến đổi vật chất bên trong và ra hoa kết quả.
1.2 Các pha sinh trưởng ở thực vật
- Phân bào: từ hợp tử bước vào quá trình phân chia nguyên phân để tạo ra vô số tế bào con gọi là phân chia tế bào
- Phân bào nguyên phân gồm 4 kỡ: trước, giữa, sau, cuối
Sau khi tế bào được hình thành, nó sẽ phát triển về kích thước bằng cách kéo dài tế bào ban đầu Quá trình này bao gồm việc tăng cường hút nước và tổng hợp một số hợp chất trong nguyên sinh chất Kết quả là thể tích nước trong không bào tăng lên gấp hàng trăm lần so với giai đoạn phân chia Đồng thời, dưới tác động của auxin, vách tế bào sẽ mềm ra và kéo dài.
- Trong pha kéo dài tế bào thì kích thích kéo dài về chiều dài lớn hơn chiều ngang
- Sinh trưởng kéo dài là cơ chế quan trọng biến đổi tăng diện tích mặt lá, tăng chiều dài của thân và hệ thống rễ
- Auxin ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp ARN, protein…
Các tế bào gốc có cùng nguồn gốc và chức năng có thể xuất hiện những sai khác trong cấu trúc và chức năng khi đạt đến một kích thước nhất định, dẫn đến sự thay đổi sinh lý riêng biệt.
1.3 Các pha phát triển của thực vật
Tính từ lúc tế bào trứng được thụ tinh cho đến khi hình thành hạt
Tính từ lúc hạt đuợc hình thành cho đến khi nảy mầm
Tính từ lúc cây mầm được hình thành đến khi ra hoa
Tính từ lúc ra hoa cho đến khi hình thành hạt
- Căn cứ vào sự lặp lại chu kì sinh trưởng và phát triển chúng ta có thể chia giới thực vật thành các nhóm:
Nhóm cây một năm bao gồm các loại cây chỉ ra hoa và quả một lần trong vòng đời của chúng, như đậu, lúa, và ngô Trong khi đó, nhóm cây hai năm phát triển trong năm đầu tiên và ra hoa, quả vào năm thứ hai, điển hình là cà rốt và bắp cải.
+ Nhóm cây nhiều năm: Một số cây tuy sống nhiều năm nhưng chỉ ra hoa đậu quả một lần rồi chết (tre, nứa…)
+ Nhóm cây nhiều đời quả: Chu kì sinh trưởng phát triển được lặp lại nhiều lần (me, vú sữa, nhón…)
- Mối quan hệ giữa sinh trưởng và phát triển:
+ Sinh trưởng và phát triển là hai quá trình không tách biệt nhau và bao hàm lẫn nhau
+ Tuy nhiên có những giai đoạn sinh trưởng không bao hàm phát triển và những giai đoạn phát triển không bao hàm sinh trưởng
+ Phát triển không bao hàm sinh trưởng: Từ cây trưởng thành ra hoa, hoa phát triển thành phôi
+ Sinh trưởng không bao hàm phát triển: Cây con thành cây trưởng thành.
Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng tới sinh trưởng và phát triển của thực vật (1-3)
Ánh sáng không chỉ ảnh hưởng đến quá trình quang hợp mà còn quyết định mọi hoạt động trao đổi chất trong cây Nó đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển của cây.
- Mỗi loại cây chỉ sống trong giới hạn nhiệt độ nhất định
- Trong phạm vi đó gồm:
+ Nhiệt độ tối thấp: Là nhiệt độ thấp nhất mà cây có thể sống được + Nhiệt độ tối cao: Là nhiệt độ cao nhất mà cây chưa chết nóng
+ Nhiệt độ tối thích: Là nhiệt độ thích hợp mà cây sinh trưởng và phát triển thuận lợi
Cây trồng sẽ có thời gian sinh trưởng dài hơn và ra hoa chậm hơn khi sống trong điều kiện nhiệt độ gần mức tối thiểu Ngược lại, nếu cây ở trong môi trường có nhiệt độ gần mức tối đa, thời gian sinh trưởng sẽ rút ngắn, dẫn đến việc cây ra hoa sớm hơn.
Ví dụ: Cây ngô sinh trưởng chậm ở 10-37 0 C, sinh trưởng nhanh ở 37-
44 0 C, ngừng sinh trưởng ở nhiệt độ thấp 5-10 0 C và cao hơn 44-50 0 C
- Hiện tượng ra hoa của cây phụ thuộc vào nhiệt độ thấp gọi là xuân hoá
Sinh trưởng của cây phụ thuộc vào độ no nước của các tế bào mô phân sinh, nơi diễn ra quá trình phân chia và kéo dài của tế bào Để tế bào có thể sinh trưởng, độ no nước cần phải đạt ít nhất 95%.
- Rất cần cho sinh trưởng của thực vật Nồng độ oxi giảm xuống dưới 5% thì sinh trưởng bị ức chế
- Thiếu các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu, đặc biệt là nitơ, sinh trưởng của cây bị ức chế, thậm chí bị chết
2.6 Các nhân tố bên trong
- Đặc điểm di truyền, các thời kỳ sinh trưởng, sự ra hoa của cây phụ thuộc vào giống cây, loài cây
- Hoocmon thực vật điều tiết tốc độ sinh trưởng của cây.
Ứng dụng kiến thức về sinh trưởng và phát triển của thực vật trong đời sống (1-4)
3.1 Ứng dụng kiến thức sinh trưởng
- Xử lý hạt, củ nảy mầm
Trong quản lý sinh trưởng cây gỗ trong rừng, khi cây còn non, mật độ cây dày được duy trì để thúc đẩy sự phát triển nhanh nhờ ánh sáng yếu của tán rừng Khi cây đạt chiều cao cần thiết, việc chặt tỉa sẽ được thực hiện tùy thuộc vào giống, loài và mục đích sử dụng, nhằm giảm mật độ cây, tăng cường ánh sáng cho tán rừng Điều này giúp làm chậm sinh trưởng chiều cao nhưng tăng đường kính, đảm bảo cây gỗ phát triển to khỏe, đáp ứng nhu cầu thị trường.
3.2 Ứng dụng về kiến thức phát triển
Nhiệt độ và ánh sáng đóng vai trò quan trọng trong việc chọn lựa cây trồng, ảnh hưởng đến mùa vụ, phương pháp xen canh và gối vụ trong nông nghiệp Việc trồng rừng hỗn loài cũng cần cân nhắc các yếu tố này để tối ưu hóa sự phát triển và năng suất của cây trồng.
Các chất điều hòa sinh trưởng và phát triển của thực vật (1-4)
Trong cơ thể thực vật, bên cạnh các chất dinh dưỡng như protein, glucid và lipid, còn tồn tại một số chất với hàm lượng rất thấp nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết quá trình sinh trưởng của cây, được gọi là chất điều hòa sinh trưởng hay hormone thực vật.
4.1.2 Hoocmon sinh trưởng của thực vật
- Là một nhóm chất kích thích được biết đến rất sớm
- Trong cơ thể thực vật, Auxin tạo ra ở mô phân sinh ngọn, nội nhũ, lá non, hạt phấn…
Auxin có hai dạng tồn tại: trạng thái hoạt động (tự do) và trạng thái không hoạt động (liên kết) Ngoài ra, Auxin cũng dễ bị ảnh hưởng bởi các tác nhân như ánh sáng và oxy, dẫn đến sự mất tác dụng của nó.
- Vai trò sinh lý của Auxin
+ Kích thích sự sinh trưởng của tế bào
+ Làm cho tế bào tăng lên về kích thước chủ yếu theo chiều ngang, dẫn đến tăng kích thước của lá, quả, củ…
+ Auxin gây tính hướng địa, hướng thuỷ, hướng quang…
Auxin đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì ưu thế ngọn, khi chồi ngọn phát triển sẽ ức chế sự sinh trưởng của chồi bên Nếu chồi ngọn bị chặt bỏ, chồi bên sẽ phát triển mạnh mẽ hơn.
+ Auxin kích thích sự hình thành rễ ở giâm cành, chiết cành
+ Auxin ngăn ngừa rụng lá, hoa, quả, tạo ra quả không hạt cho một số cây như bầu, bí, đu đủ…
+ Auxin còn tăng cường quá trình quang hợp và hô hấp
- Được tổng hợp ở trong lá, trong rễ và trong các cơ quan đang sinh trưởng như hạt, quả, chồi
- Gibbrellin trong cây cũng có thể ở dạng tự do hay dạng liên kết với các hợp chất khác
- Ánh sang kích thích sự tổng hợp gibbrellin
- Vai trò sinh lý của gibbrellin:
Chống lại các đột biến lùn trong cây giúp kích thích tăng trưởng chiều cao, đồng thời thúc đẩy sự nảy mầm của hạt, quả và củ Ngoài ra, việc kích thích ra hoa và điều chỉnh giới tính cũng làm tăng tỷ lệ hoa đực, góp phần cải thiện năng suất cây trồng.
+ Tạo ra quả không hạt
- Phát hiện thấy ở vi sinh vật, tảo, dương xỉ, rêu và các thực vật bậc cao khác
- Có nhiều trong hạt, quả đang lớn, trong mô phân sinh đang hoạt động
- Vai trò sinh lý của Xytokinin
+ Kích thích sự phân chia tế bào, tăng cường tổng hợp axit nuclêic và prôtein
+ Ảnh hưởng đến sự phân hoá chồi
Tỉ lệ Xytokinin/Auxin cao kích thích tạo chồi, còn Xytokinin/Auxin thấp sẽ dẫn đến phân hoá rễ
+ Kích thích sự nảy mầm, kìm hãm hóa già, duy trì trạng thái trẻ của mô, cơ quan toàn cơ thể
4.1.3 Hoocmon ức chế sinh trưởng của thực vật
- Có mặt trong các mô đang hoá già, lá, chóp rễ, trong các cơ quan dự trữ như củ, quả, hạt
- Nó tồn tại 2 dạng: dạng tự do có hoạt tính và dạng dự trữ không có hoạt tính
+ Duy trì trạng thái nghỉ, ức chế sự nảy mầm
+ Gây hiện tượng rụng lá, rụng hoa, rụng quả
+ Gây đóng khí khổng, ức chế hoạt tính amilaza làm tích lũy tinh bột gây đóng khí khổng
Khí Etylen được sản xuất trong hầu hết các bộ phận của thực vật, với tốc độ hình thành phụ thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển của cây.
Etylen được sản xuất bởi nhiều vi sinh vật, nấm và thực vật, với sự tập trung mạnh ở mô lá già và quả chín Sự sản sinh etylen gia tăng khi mô cây bị tổn thương hoặc chịu tác động từ các điều kiện bất lợi như ngập úng, rét, hạn hán, nóng bức và bệnh tật.
+ Tồn tại ở trang thái khí, xúc tiến quá trình chín của quả
+ Gây rụng lá, hoa, quả, thúc đẩy sự ra hoa của cây
+ Etylen cũng kìm hãm sự tổng hợp và vận chuyển Auxin trong cây non có vai trò đối kháng với Auxin
- Trong cây các hợp chất phenol rất phong phú, thường được tổng hợp ở mô già, dự trữ hay bị bệnh
- Kìm hãm sự sinh trưởng, là yếu tố gây già hóa cơ quan
4.2 Một số ứng dụng các chất điều hòa sinh trưởng trong trồng trọt (1-4)
- Ứng dụng làm tăng sinh khối chiều cao của cây hay cơ quan nào đó người ta dùng Auxin và Gibbrellin với nồng độ tương đối thấp
- Kích thích sự ra rễ trong giâm và chiết cành, ghép cành thường sử dụng Auxin bằng phương pháp chấm nhanh hay ngâm trong nồng độ thấp
- Điều chỉnh sự ngủ của thực vật, có thể rút ngắn thời gian nghỉ để bắt nó nảy mầm thường dùng Gibbrellin
- Điều chỉnh sự ra hoa của cây thường dùng Gibbrellin và etylen
- Điều chỉnh giới tính của cây trong công tác chọn giống dùng Gibbrellin và etylen
- Hạn chế rụng quả, tạo quả không hạt thường dùng Auxin và Gibbrellin
- Kích thích sự chín của quả hạt thường dùng Etylen
- Ngăn chặn sự rụng lá, hoa dùng Auxin và Gibbrellin
4.3 Tương quan hoocmon thực vật
- Tương quan giữa hoocmon điều tiết sinh trưởng và hoocmon điều tiết phát triển của thực vật gồm:
- Tương quan giữa hoocmon kích thích và hoocmon ức chế sinh trưởng của thực vật
Chất kích thích và chất ức chế như Gibbrellin và Axit abxixic đóng vai trò quan trọng trong việc điều tiết trạng thái sinh lý của hạt Trong hạt khô, nồng độ Gibbrellin rất thấp trong khi Axit abxixic đạt mức tối đa Tuy nhiên, khi hạt nảy mầm, nồng độ Gibbrellin tăng nhanh và đạt cực đại, trong khi Axit abxixic giảm mạnh.
- Tương quan giữa các hoocmon kích thích với nhau
Auxin và Xitôkinin có mối tương quan quan trọng trong việc điều tiết sự phát triển của mô thực vật Khi Auxin chiếm ưu thế, nó kích thích sự hình thành rễ, trong khi khi Xitôkinin chiếm ưu thế, nó thúc đẩy sự xuất hiện của chồi.
4.4 Sự ngủ nghỉ của thực vật và biện pháp khắc phục
4.4.1 Sự ngủ nghỉ của thực vật
Hoạt động sinh trưởng của thực vật bậc cao bị ảnh hưởng rõ rệt bởi mùa Cây lâu năm có các giai đoạn sinh trưởng nhanh, chậm và thậm chí là thời kỳ ngủ nghỉ Trong khi đó, thực vật hàng năm kết thúc chu kỳ sống bằng cái chết, nhưng hạt, củ, và căn hành của chúng vẫn tồn tại trong trạng thái ngừng sinh trưởng và ngủ nghỉ.
Trong thời gian ngủ nghỉ, cây cối trải qua sự giảm sút mạnh mẽ các quá trình trao đổi chất và hoạt động sinh lý, dẫn đến ngừng sinh trưởng Các thực vật ôn đới thường trút lá vào mùa đông và bước vào trạng thái ngủ đông, sau đó bắt đầu sinh trưởng trở lại vào mùa xuân Sự ngủ nghỉ này được xem là một phản ứng thích nghi của cây, có thể trở thành đặc tính di truyền của loài.
Có hai trạng thái ngủ nghỉ được điều chỉnh bởi các nguyên nhân khác nhau: trạng thái ngủ nghỉ bắt buộc xảy ra khi gặp điều kiện ngoại cảnh không thuận lợi cho sự sinh trưởng, chẳng hạn như thiếu nước, nhiệt độ thấp và quang chu kỳ không thích hợp.
Ngủ nghỉ sâu là trạng thái khi hormone trong cây được cân bằng, trong đó sự tích lũy axit abscisic cao và hàm lượng giberelin thấp sẽ kích hoạt quá trình này Cấu trúc của lớp vỏ hạt và vỏ củ cũng đóng vai trò quan trọng, giúp tăng cường độ bền cơ học Ngoài ra, phôi hạt chưa hoàn thiện về mặt sinh lý cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ngủ nghỉ.
4.4.2 Điều chỉnh trạng thái ngủ nghỉ
Để chuẩn bị hạt giống, có thể chà xát mỏng vỏ hoặc ghè nhẹ để tạo nứt vỏ mà không làm tổn thương phôi hạt, hoặc sử dụng axit để làm mỏng vỏ ngoài Đối với củ khoai tây, có thể xây xát lớp vỏ bần bên ngoài Tuy nhiên, các biện pháp cơ giới dễ gây tổn thương và tạo điều kiện cho nấm bệnh xâm nhập.
Để tăng tính thấm cho vỏ hạt và củ, một biện pháp hiệu quả là xếp lớp hạt và cát ẩm Việc này giúp cải thiện khả năng thấm nước của hạt, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nảy mầm sau một thời gian nhất định.
Sử dụng chất kích thích sinh trưởng như giberelin (GA3) có thể điều chỉnh sự cân bằng hormone, từ đó tăng cường tỷ lệ GA/ABA và kích thích quá trình nảy mầm hiệu quả.