Giáo trình sinh lý thực vật (tập 1 phần lý thuyết) phần 1

TS Khương Thị Thu Hương (chủ biên) TS Lê Thị Vân Anh, TS Trần Khánh Vân GIÁO TRÌNH SINH LÝ THỰC VẬT TẬP PHẦN LÝ THUYẾT NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT LỜI NÓI ĐẦU Môn Sinh lý thực vật cung cấp kiến thức sở cho nhiều ngành đào tạo liên quan đến thực vật Sinh học, Công nghệ sinh học, Khoa học trồng, Quản lý tài nguyên rừng môi trường, Lâm học, Quản lý tài nguyên thiên nhiên, Nông nghiệp công nghệ cao, Bảo vệ thực vật… Nhằm đa dạng nguồn tài liệu học tập cho sinh viên, cập nhật thành tựu khoa học công nghệ lĩnh vực nghiên cứu sinh lý thực vật, hỗ trợ Trường Đại học Lâm nghiệp, TS Khương Thị Thu Hương tập thể tác giả biên soạn Giáo trình Sinh lý thực vật, tập I Phần lý thuyết Nội dung sách gồm chương, TS Khương Thị Thu Hương (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội) làm chủ biên biên soạn tồn sách, với tham gia TS Trần Khánh Vân (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội) chương TS Lê Thị Vân Anh (Trường Đại học Khoa học Công nghệ Hà Nội) chương Cuốn sách biên soạn theo hướng tiếp cận chức sinh lý dựa đặc điểm cấu tạo giải phẫu - hình thái, làm rõ chất trình sinh lý liên hệ ứng dụng thực tiễn Đặc biệt chương mô tả chi tiết cấu trúc máy quang hợp, phần mà giáo trình trước cịn chưa đề cập đến Trong trình biên soạn, tác giả kế thừa kiến thức kinh điển nguồn tài liệu có độ tin cậy cao, đồng thời cập nhật kết nghiên cứu tạp chí khoa học quốc tế có uy tín Nhóm tác giả chân thành cảm ơn GS.TS Vũ Văn Vụ (Trường Đại học Khoa học Tự nhiên), PGS TS Nguyễn Văn Mã (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2) góp ý chỉnh sửa thảo sách Dù cố gắng, nhiên sách khơng tránh khỏi thiếu sót Các tác giả mong nhận chia sẻ ý kiến đóng góp bạn đọc để sách chỉnh sửa, hoàn thiện lần tái Trân trọng cảm ơn! Chủ biên TS Khƣơng Thị Thu Hƣơng GIỚI THIỆU MÔN SINH LÝ THỰC VẬT Sinh lý thực vật chuyên ngành khoa học nghiên cứu trình sinh lý diễn thể thực vật tương tác q trình với yếu tố môi trường sống Môn học Sinh lý thực vật dựa kiến thức tảng mơn học khoa học sinh học khác Hóa sinh, Lý sinh, Sinh học phân tử, Sinh học tế bào, Hình thái giải phẫu thực vật, Sinh thái học… Ngược lại, Sinh lý thực vật lại hỗ trợ việc tiếp thu kiến thức mơn học Hiểu biết trình sinh lý thể thực vật sở cho môn khoa học liên quan đến thực vật Công nghệ tế bào thực vật, Công nghệ gen thực vật, Các hợp chất thứ cấp thực vật, Cây rừng, Thực vật học, Hệ sinh thái rừng, Trồng rừng, Khoa học trồng… Hơn nữa, kiến thức môn Sinh lý thực vật làm sở cho biện pháp tác động, điều chỉnh trồng theo hướng có lợi cho người Nội dung giáo trình chia làm chương, chương tương ứng trình sinh lý riêng biệt mức độ tế bào mức độ thể Nội dung chương tóm tắt sau: Chương Sinh lý tế bào thực vật Cấu trúc tế bào thực vật, đặc tính lý hóa chất ngun sinh hoạt động sinh lý diễn mức độ tế bào trao đổi nước, trao đổi chất tan, kiến thức làm tảng cho hoạt động sinh lý diễn mức độ thể Chương Trao đổi nước thực vật Tìm hiểu trình hút nước rễ, vận chuyển nước thoát nước Chương Quang hợp thực vật Sự chuyển hóa lượng ánh sáng mặt trời thành lượng dự trữ hợp chất hữu trình vận chuyển chúng cây, tạo nguồn dự trữ lượng sống cho thực vật sinh vật khác Trái đất Chương Hô hấp thực vật Sự phân giải oxy hóa chất hữu tổng hợp từ trình quang hợp thành lượng sinh học cung cấp cho hoạt động sống Chương Dinh dưỡng khoáng - nitơ thực vật Quá trình hấp thu, vận chuyển đồng hóa chất khống, nitơ thể thực vật Chương Sinh trưởng phát triển thực vật Kết hoạt động trình sinh lý làm cho lớn lên, hoa, kết quả, già kết thúc chu trình sống chết sinh học lập trình sẵn sinh trưởng phát triển thực vật Chương Tính chống chịu nhân tố phi sinh học bất lợi thực vật Trong trình sống thường xuyên phải đối mặt với tác nhân phi sinh học bất lợi hạn, mặn, lạnh, nhiệt độ cao, ngập úng… Dưới tác hại nhân tố này, cần phải có phản ứng để chống chọi lại đảm bảo trì ổn định hoạt động sinh lý, nhằm giúp sinh trưởng phát triển bình thường điều kiện tự nhiên Kiến thức chương ln có mối liên hệ logic với nhau, mối liên hệ khăng khít chúng thể thực vật Chủ động tìm hiểu chất q trình giúp cho việc học môn sinh lý thực vật không bị nhàm chán, đơn điệu kiểu học gạo, học thuộc lòng, mà nhiều người thường gán ghép cho MỤC LỤC Lời nói đầu Giới thiệu môn sinh lý thực vật Mục lục Chƣơng SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT 15 1.1 Khái quát cấu trúc chức sinh lý tế bào thực vật 15 1.1.1 Thành tế bào (plant cell wall) 15 1.1.2 Màng sinh chất (cell membrane/plasma membrane) 24 1.1.3 Nhân (nucleus) 25 1.1.4 Chất nguyên sinh (cytoplasm) 26 1.2 Các đặc tính lý hóa chất nguyên sinh 32 1.2.1 Đặc tính hóa keo 32 1.2.2 Đặc tính vật lý chất nguyên sinh 34 1.3 Hoạt động trao đổi nước tế bào thực vật 35 1.3.1 Trao đổi nước theo phương thức thẩm thấu 35 1.4 Hoạt động trao đổi chất tan tế bào thực vật 40 1.4.1 Sự hấp thu chất tan vào tế bào theo chế thụ động 41 1.4.2 Sự trao đổi chất tan vào tế bào thực vật theo chế chủ động 42 1.4.3 Quan điểm đại trao đổi chất khoáng vào tế bào thực vật 44 1.5 Nuôi cấy tế bào - mô thực vật 46 1.5.1 Giới thiệu chung 46 1.5.2 Các bước thực nuôi cấy tế bào - mô thực vật 49 1.5.3 Các phương thức nuôi cấy tế bào - mô thực vật 50 1.5.4 Các hướng nghiên cứu ứng dụng nuôi cấy tế bào - mô thực vật 52 Câu hỏi ôn tập 56 Chƣơng SỰ TRAO ĐỔI NƢỚC CỦA THỰC VẬT 57 2.1 Nước vai trò nước đời sống thực vật 57 2.1.1 Nước thể thực vật 57 2.1.2 Vai trò nước 58 2.1.3 Các nhóm sinh thái khác chế độ nước 59 2.1.4 Đặc tính nước 60 2.2 Sự hút nước rễ từ đất 61 2.2.1 Các dạng nước đất 61 2.2.2 Rễ quan hút nước 62 2.2.3 Sự vận chuyển nước từ đất vào rễ 63 2.2.4 Ảnh hưởng nhân tố ngoại cảnh lên trình hút nước rễ 64 2.3 Sự vận chuyển nước 66 2.3.1 Các chế vận chuyển nước 67 2.3.2 Các đường vận chuyển nước rễ 69 2.3.3 Sự vận chuyển nước thân 71 2.3.4 Sự vận chuyển nước 74 2.4 Sự thoát nước 75 2.4.1 Ý nghĩa thoát nước đời sống 75 2.4.2 Sự thoát nước qua cutin 76 2.4.3 Sự nước qua khí khổng 77 2.4.4 Ảnh hưởng nhân tố ngoại cảnh đến thoát nước 86 2.4.5 Một số thông số đánh giá q trình nước 87 2.5 Sự cân nước 89 2.5.1 Khái niệm cân nước 89 2.5.2 Cân nước dương 89 2.5.3 Cân nước âm 89 2.6 Cơ sở sinh lý việc tưới nước hợp lý cho trồng 90 2.6.1 Xác định lượng nước tưới thích hợp 90 2.6.2 Xác định thời điểm tưới nước thích hợp 90 2.6.3 Xác định phương pháp tưới thích hợp 91 Câu hỏi ôn tập 93 Chƣơng QUANG HỢP Ở THỰC VẬT 94 3.1 Khái niệm quang hợp thực vật 94 3.1.1 Định nghĩa chất trình quang hợp 94 3.1.2 Các hình thức quang hợp sinh vật 94 3.1.3 Ý nghĩa quang hợp tự nhiên người 96 3.2 Cơ quan bào quan quang hợp 97 3.2.1 Lá 97 3.2.2 Lục lạp - bào quan quang hợp 100 3.2.3 Bộ máy quang hợp 104 3.2.4 Sắc tố quang hợp 109 3.3 Cơ chế quang hợp 117 3.3.1 Phản ứng sáng (light reactions) 117 3.3.2 Phản ứng tối (dark reactions) … 126 3.4 Ảnh hưởng nhân tố ngoại cảnh đến quang hợp 140 3.4.1 Ảnh hưởng ánh sáng 140 3.4.2 Ảnh hưởng nhiệt độ 146 3.4.3 Ảnh hưởng nước 148 3.4.4 Ảnh hưởng CO2 149 3.4.5 Ảnh hưởng chất khoáng 151 3.5 Quang hợp suất trồng 153 3.5.1 Quan hệ quang hợp suất 153 3.5.2 Biện pháp điều chỉnh quang hợp để nâng cao suất trồng 155 3.6 Quá trình vận chuyển sản phẩm đồng hóa 159 3.6.1 Cấu tạo phloem 159 3.6.2 Quá trình vận chuyển chất hữu phloem 160 Câu hỏi ôn tập 163 Chƣơng HÔ HẤP Ở THỰC VẬT 165 4.1 Khái quát chung 165 4.1.1 Định nghĩa 165 4.1.2 Vai trị hơ hấp thực vật 165 4.1.3 Nguyên liệu 166 4.2 Bộ máy hô hấp 167 4.2.1 Cấu tạo ty thể 167 4.2.2 Chức ty thể 168 4.3 Cơ chế hô hấp 169 4.3.1 Hô hấp hiếu khí 169 4.3.2 Hơ hấp yếm khí 177 4.3.3 Sự vận chuyển điện tử phosphoril hóa hơ hấp 179 4.4 Cường độ hệ số hô hấp 183 4.4.1 Cường độ hô hấp 183 4.4.2 Hệ số hô hấp (RQ – Respiration quotient) 184 4.5 Hô hấp hoạt động sinh lý quan trọng 185 4.5.1 Hô hấp quang hợp 185 4.5.2 Hô hấp hút nước, hút khoáng 186 4.5.3 Hơ hấp tính chống chịu thực vật 186 4.6 Ảnh hưởng nhân tố môi trường đến q trình hơ hấp 187 4.6.1 Nhiệt độ 187 4.6.2 Hàm lượng nước mô 188 4.6.3 Thành phần khí CO2 O2 khơng khí 188 4.6.4 Dinh dưỡng khoáng 188 4.7 Hô hấp vấn đề bảo quản nông sản 189 4.7.1 Mối quan hệ hô hấp bảo quản 189 4.7.2 Các biện pháp điều chỉnh hô hấp bảo quản nông sản 190 Câu hỏi ôn tập 192