CHƯƠNG II SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT

1. Vai trò của nước đối với TV 2. Đất là nguồn cung cấp nước cho cây 3. Sự trao đổi nước ở thực vật 4. Sự cân bằng nước trong cây 5. Thực vật thuộc các nhóm sinh thái khác nhau 6. Cơ sở sinh lý của sự tưới tiêu hợp lý.  

CHƯƠNG II

SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC Ở TV

SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC Ở TV

1 Vai trò của nước đối với TV

2 Đất là nguồn cung cấp nước cho cây

3 Sự trao đổi nước ở thực vật

4 Sự cân bằng nước trong cây

5 Thực vật thuộc các nhóm sinh thái khác nhau

6 Cơ sở sinh lý của sự tưới tiêu hợp lý

1 Vai trò của nước đối với thực vật

1.1 Hàm lượng, sự phân bố và các dạng nước trong cơ thể thực vật

1.2 Tính chât lý, hoá của nước

1.3 Vai trò của nước đối với đời sống thực vật

Hàm lượng và sự phân bố

- Nước trong cơ thể thực vật chiếm tỷ lệ lớn (>90%).

- Những tế bào hoạt động mạnh hàm lượng nước rất lớn (liên quan đến thành phần, cấu trúc, tính chất lý hoá của chất nguyên sinh, cường độ và liều lượng trao đổi chất).

- Nước trong các cơ quan khác nhau thì khác nhau: dinh dưỡng >sinh sản.

- Trong cùng một cơ thể, nước thay đổi theo điều kiện sống và thời kỳ sinh trưởng (non>già)

- Thực vật thuỷ sinh > cây trung sinh > hạn sinh

+ Nước tự do: bị hút trong các mao quản của

thành tế bào, phần nước bị hút thẩm thấu của dịch bào; không tham gia vào thành phần các ion, phân tử

+ Nước liên kết yếu: nước thuộc các lớp kiến

trúc của vỏ nước, nước liên kết cấu trúc và nước hút thẩm thấu

+ Nước liên kết chặt: bị giữ lại trong quá trình

thuỷ hoá các ion, phân tử, các chất trùng hợp

Các dạng nước trong cơ thể thực vật

Ý nghĩa

+ Nước ở dạng tự do: chiếm 70%, có vai trò

quan trọng, quy định cường độ các quá trình sinh lý

+ Nước liên kết: chiếm 30%, đảm bảo độ bền

vững của hệ keo nguyên sinh, tham gia cấu trúc thành tế bào



Ý nghĩa các dạng nước

1.2 Tính chât lý, hoá của nước.

- Có khả năng bay hơi ở bất kỳ nhiệt độ nào

- Có khả năng cho ánh sáng xuyên qua nên thực vật thủy sinh có thể sống được ở nhiệt độ rất cao

- Có tính phân cực, lưỡng cực

1.2 Tính chât lý, hoá của nước.



1.3 Vai trò của nước đối với đời sống TV

- Nước: thành phần quan trọng cấu trúc nên chất nguyên sinh (>90%), quyết định tính ổn định của cấu trúc keo nguyên sinh chất

- Bình thường chất nguyên sinh ở trạng thái sol (hoạt động sống mạnh) Khi mất nước, nguyên sinh chất chuyển sang trạng thái coaxecva hay trạng thái gel (hoạt động sống của tế bào và cây giảm).

- Giúp cây hút khoáng trong đất, lá hút CO2

- Là môi trường cho các phản ứng hóa học xảy ra

- Tham gia trực tiếp vào quá trình trao đổi chất (nguyên liệu phản ứng: quang hợp, hô hấp).

- Luôn lưu động trong tất cả các bộ phận của thực vật.

- Mang các chất tan trong nước đến khắp các bộ phận trong cây

- Giúp cho các bộ phận trong cây liên hệ với nhau thành một hệ thống nhất

- Đảm bảo cho thực vật luôn ở trạng thái có lợi cho sinh trưởng

1.3 Vai trò của nước đối với đời sống TV

1.3 Vai trò của nước đối với đời sống

TV

- Là nhân tố điều hòa nhiệt độ của cây.

- Có khả năng dự trữ trong cây: CAM có hàm lượng nước dự trữ lớn

- Hàm lượng nước liên kết quyết định khả năng chống chịu của cây đối với điều kiện bất lợi.

- Dẫn nhiệt cao, có lợi cho thực vật phát tán nhiệt lượng và duy trì được nhiệt độ trong cây

- Có thể cho tia tử ngoại và ánh sáng thấy được đi qua, điều này có lợi cho quang hợp.

1.3 Vai trò của nước đối với đời sống

TV

→ Như vậy, nước vừa tham gia cấu trúc nên

cơ thể thực vật, vừa tham gia các biến đổi hóa

sinh và các hoạt động sinh lý của cây, cũng

như quyết định quá trình sinh trưởng phát triển, khả năng chống chịu của cây nên quyết định đến năng suất cây trồng



2 Đất là nguồn cung câp nước cho cây

2.1 Các dạng nước trong đất

2.2 Thế nước trong đất

2.1 Các dạng nước trong đất

-Trạng thái rắn: là H2O kết tinh hay H2O đá, cây không dùng được

-Trạng thái hơi: là dạng nước chứa đầy trong

các lỗ trống của đất, cây sử dụng được và có ý nghĩa trong quá trình hô hấp của rễ

- Trạng thái lỏng: là dạng nước chủ yếu của đất

và gồm 4 dạng: nước ngậm, nước màng, nước trọng lực và nước mao quản

+ Nước ngậm: các phân tử H2O liên kết bền

vững với các thành phần vô cơ và hữu cơ của

đất trên hạt đất, dạng này cây không hút được

+ Nước màng: dạng H2O liên kết lỏng lẻo trên

bề mặt các hạt đất, cây có thể sử dụng được

2.1 Các dạng nước trong đất

+ Nước trọng lực: phần nước lấp đầy các khe

hở của các hạt đất và ở trạng thái linh động tạo

nên dạng nước trọng lực, cây có thể hấp thụ một phần còn phần khác chảy xuống sâu hơn

+ Nước mao quản: chứa đầy trong các mao

quản của đất, có thể sử dụng dễ dàng nhất nên

có ý nghĩa quan trọng đối với cây

2.1 Các dạng nước trong đất

- Căn cứ vào tác dụng sinh thái: nước dùng được và nước không dùng được

- Đất cát: nước chiếm 17,3% trong đó, nước dùng được chiếm 17%;

- Đất sét: có hàm lượng nước 64,1% trong đó 53,2% là nước dùng được.

- Ẩm dung: khả năng chứa nước của đất (lượng nước bão hoà hoàn toàn của đất)

- Các loại đất khác nhau có ẩm dung khác nhau (Đất sét

> đất cát).



2.1 Các dạng nước trong đất

2.2 Thế nước trong đất

- Khả năng sử dụng nước của cây phụ thuộc vào tính linh động của nước (lực liên kết của đất đối với nước).

- Thế nước của đất: tổng hợp tất cả các lực giữ

3.Sự trao đổi nước ở thực vật

3.1 Sự hấp thụ nước ở rễ

3.2 Sự thoát hơi nước

3.3 Sự di chuyển của nước trong cây

3.1.1 Rễ là cơ quan hút nước

- Rễ có số lượng lông hút rất lớn (trực tiếp hút nước).

- Lông hút là tế bào biểu bì có thành rất mỏng, không

thấm cutin, kéo dài thành sợi, không bào lớn, nhân nằm sát màng…

- Cấu tạo lông hút thích nghi cho việc hút nước cũng như khả năng đâm sâu và lan rộng của hệ rễ.

- Lông hút rất mẫn cảm với điều kiện môi trường: khi gặp hạn, úng hay rét…chúng rất dễ bị chết nhưng cũng dễ

tái sinh phục hồi chức năng sinh lý

3.1 Sự hấp thụ nước ở rễ

- Bề mặt và độ dài của bộ rễ nhiều gấp nhiều lần so với thân

- Chỉ có vùng hấp phụ của rễ mới có lông hút

- Kích thướt bộ rễ phụ thuộc vào các loài cây và điều kiện sống khác nhau

- Đất khô rễ thường ít phân nhánh mà ăn sâu xuống lớp đất phía dưới

- Cây thuỷ sinh có bộ rễ ít phát triển.

- Ngoài bộ rễ, cây còn có thể lấy nước từ thân và lá

3.1.1 Rễ là cơ quan hút nước

* Con đường nước đi từ đất vào mạch dẫn

- Lông hút len lỏi vào các mao quản đất để hút nước và chất khoáng

- Nước từ môi trường - lông hút - biểu bì rễ - nhiều lớp tế bào nhu mô vỏ - tế bào nội bì (caspary) - mạch gỗ

3.1.2 Dòng nước đi từ đất đến bề mặt rễ

* Các con đường nước đi trong tế bào:

- Nước đi trong hệ thống chất nguyên sinh

(symplast): nhờ các sợi liên bào thành tạo nên

một hệ thống liên tục, qua đó nước chảy từ ngoài vào trong

- Nước đi qua hệ thống không bào

(symplast): nhờ sức hút nước tăng dần từ lông

hút đến mạch dẫn (S lông hút< S nhu mô vỏ<

S nội bì)

3.1.2 Dòng nước đi từ đất đến bề mặt rễ

- Nước đi trong hệ thống vách tế bào

(apoplast):

- Các sợi xenluloza của vách tế bào tạo nên hệ thống mao quản thông suốt với nhau, nước có thể chảy từ ngoài vào trong dễ dàng

- Đến vòng đai caspary của tế bào nội bì nước không đi qua được mà chỉ còn 2 con đường là đi theo không bào và chất nguyên sinh.

- Sau khi qua đai caspary thì nước tiếp tục đi trong thành tế bào.

* Dòng nước đi vào rễ theo gian bào (apoplast)

Con đường này nước được vận chuyển qua vách

tế bào và các khoảng gian bào, nước đi từ đất→lông hút→nhu mô vỏ→ tầng nội bì (caspary)

3.1.3 Sự hấp thu thẩm thấu ở rễ

* Dòng nước đi vào rễ theo tế bào (Symplast)

- Qua màng tế bào: nước qua màng tế bào, qua các

sợi liên bào, tới không bào Từ không bào thứ nhất tới không bào thứ hai Nước cứ tiếp tục vận chuyển cho tới mạch dẫn (gradient thế nước).

- Qua hệ thống nguyên sinh chất: qua các sợi liên

bào Nước được vận chuyển một chiều qua các tế bào sống ở rễ và ở lá do sức hút (áp suất thẩm thấu) của các tế bào này tăng dần.

3.1.3 Sự hấp thu thẩm thấu ở rễ

**Nhiệt độ của đất

- Ảnh hưởng đến hoạt động sống của rễ và độ linh động của nước trong đất

- Nhiệt độ hạ thấp sẽ cản trở sự hút nước của rễ,

nhiệt độ quá thấp (0-10 o C) rễ hoàn toàn không lấy được nước, trong khi đó các bộ phận trên mặt đất vẫn tiếp tục thoát hơi nước làm mất cân bằng và cây bị héo (hạn sinh lý).

- Nhiệt độ của đất tăng quá cao vượt giới hạn

30-40 o C thì sự hút nước của cây bị ức chế do hoạt động sống của cây bị rối loạn và rễ cây bị hóa gỗ nhanh chóng.

* Các tác nhân ảnh hưởng đến sự hút

nước của rễ

Nguyên nhân làm giảm sự hút nước khi nhiệt độ thấp

- Tăng độ nhớt chất nguyên sinh, dung dịch đất nên cản

trở sự xâm nhập, vận động của nước vào rễ.

- Hoạt động hô hấp ở rễ giảm nên thiếu năng lượng cho

sự hút nước tích cực.

- Giảm hoạt động thoát hơi nước trên bề mặt lá nên

giảm lực kéo dòng nước trong mạch dẫn.

- Hệ thống lông hút bị chết khi nhiệt độ quá thấp thì.

- Tùy từng loài thực vật mà khả năng thích nghi của chúng với nhiệt độ thấp khác nhau

- Khoảng nhiệt độ thuận lợi nhất cho rễ hút nước là

25-30 o C.

**Nhiệt độ của đất

- Nồng độ oxy có ảnh hưởng đến sự hút nước

- Nếu thiếu oxy trong đất (đất bí, đất ngập nước…), hệ rễ sẽ hô hấp yếm khí dẫn đến thiếu năng lượng cho sự hút nước gây ra hạn sinh lý

- Hàm lượng oxy trong đất khoảng 10-12% là thích hợp nhất cho sự hút nước của rễ

- Các loài thực vật khác nhau mẫn cảm với điều kiện thiếu oxy khác nhau

**Nồng độ oxy trong đất

- Nồng độ dung dịch đất > nồng độ tế bào: cây không hút được nước mà còn bị mất nước vào đất, gây nên hạn sinh lý

- Một số loài thực vật có khả năng sống trong điều kiện nồng độ dung dịch đất cao như cây sú, vẹt, cói, lúa chịu mặn, chịu phèn…

- Có 2 loại hạn: Hạn đất là do trong đất không đủ nước cho cây hút, hạn sinh lý là do các yếu tố

ngoại cảnh không thích hợp gây ảnh hưởng đến trạng thái sinh lý của cây, làm cây không hút được nước trong đất mặc dù đất đủ nước.

**Nồng độ dung dịch đất

- Sự bay hơi nước qua bề mặt lá là quá trình thoát hơi nước (THN): nước từ hệ thống lỏng chuyển thành thể hơi và khuếch tán vào môi trường xung quanh.

3.2 Sự thoát hơi nước

- Lượng nước mất đi do sự thoát hơi nước lớn hơn rất nhiều lần so với lượng nước mà cây cần cho các hoạt động sống và sinh lý trong cơ thể

- Nếu hạn chế được sự thoát hơi nước của cây thì sẽ giảm lượng nước mà cây cần hút

- Nhưng không thể hạn chế thoát hơi nước tùy tiện,

vì đây là một quá trình sinh lý có ý nghĩa quan trọng đối với đời sống của cây.

3.2 Sự thoát hơi nước

- Là động lực phía trên.

- Giúp khí khổng mở ra

- Làm giảm nhiệt độ bề mặt lá

- Thúc đẩy hoạt động hút khoáng

3.2.1 Ý nghĩa của sự thoát hơi nước

nhánh tạo nên tạo

nên mạng lưới gân

phúc tạp, rất hiệu

quả, đảm bảo phân

bố xuyên suốt toàn

bộ lá.

3.2.2 Lá là cơ quan thoát hơi nước

- Các tế bào nhu mô của

lá phân bố thưa, các

chúng tạo nên hệ thống gian bào

- Lá được mô biểu bì bao bọc Mô biểu bì gồm các tế bào phân

bố sít nhau, vách ngoài của chúng dày Lá có lớp cutin bao phủ

- Cutin cùng với biểu bì là vật cản trở đối với

sự thoát hơi nước

-Vách dày của tế bào biểu bì cũng cản trở hơi nước thoát ra

- Để tiếp xúc với khí quyển có các khí khổng Khí khổng có khả năng đóng và mở là một trong những thích nghi tuyệt vời của lá

- Khí khổng được cấu tạo bởi hai tế bào hình hạt đậu

3.2.2 Lá là cơ quan thoát hơi nước

Thoát hơi nước qua cutin

- Hơi nước có thể khuếch tán từ các khoảng gian bào của lá, qua lớp cutin để ra ngoài không khí.

- Lớp cutin càng dày thì sự khuếch tán nước qua cutin càng nhỏ Độ dày của lớp cutin phụ thuộc vào giống loài và đặc biệt là vào tuổi của lá

- Các loài thực vật khác nhau có sự thoát hơi nước qua cutin là khác nhau

3.2.3 Các con đường thoát hơi nước

Thoát hơi nước qua khí khổng: 3 giai đoạn

- Bốc hơi nươc từ bề mặt của tế bào nhu mô

lá vào gian bào: Sự thoát hơi nước thực sự

diễn ra ở gian bào vì diện tích của các khoảng gian bao lớn gấp nhiều lần so với diện tích lá

- Nhờ đó mà nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khá dễ dàng

3.2.3 Các con đường thoát hơi nước

- Khuếch tán hơi nước qua khe khí khổng:

thuộc vào số lượng, sự phân bố và đặc biệt là

độ mở của khí khổng

- Chuyển vận hơi nước từ bề mặt lá ra môi

trường xung quanh.

3.2.4 Cấu tạo và phân bố khí khổng

- Khí khổng là do tế bào biểu bì lá tạo nên để thực hiện chức năng thoát hơi nước và cho khí

CO2 xâm nhập vào

- Khí khổng phân bố ở hai mặt lá và các phần non của thân, cành, quả…

- Thường khí khổng phân bố ở mặt dưới lá nhiều hơn mặt trên, các thực vật có lá phân bố thẳng đứng như lúa thì khí khổng ở hai mặt gần bằng nhau, còn thực vật nằm trên mặt nước như lá sen thì khí khổng chỉ có ở biểu bì trên.

- Khí khổng được cấu tạo từ hai tế bào bảo vệ

có hình bầu dục như hạt đậu quay vào nhau, để một khe hở nhỏ liên thông giữa khoảng gian bào lá với không khí gọi là vi khẩu

Đặc điểm của tế bào hình hạt đậu

- Mép trong rất dày và mép

ngoài rất mỏng, nên khi tế

bào trương nước thì mép

ngoài của tế bào dãn

nhanh hơn, làm cho tế bào

bảo vệ uốn cong và khe vi

khẩu mở ra để cho nước

thoát ra ngoài.

- Ngược lại khi mất nước thì tế bào xẹp nhanh hơn

và vi khẩu khép lại hạn chế bay hơi nước.

• Tế bào bảo vệ chứa nhiều lục lạp và các hạt tinh bột, khác với các tế bào biểu bì khác.

• Đặc điểm này giúp tế bào bảo vệ hoạt động quang hợp và làm tăng áp suất thẩm thấu của khí khổng

• Nhịp điệu đóng mở của khí khổng phụ thuộc

vào hàm lượng nước của hai tế bào bảo vệ:

ở trạng thái trương nước thì khí khổng mở và trạng thái thiếu nước thì khí khổng đóng lại

3.2.5 Cơ chế điều tiết sự đóng mở của

khí khổng

* Đóng mở chủ động:

- Việc đóng mở khí khổng chủ yếu là do áp

suất thẩm thấu gây ra

- Sự biến đổi no nước của tế bào bảo vệ và điều

kiện chiếu sáng là hai nhân tố chủ yếu điều

tiết kích thước vi khẩu

3.2.5 Cơ chế điều tiết sự đóng mở của

khí khổng

Khi pH tế bào tăng, tinh bột chuyển thành đường làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào bảo vệ Tế bào sẽ hút nước và vi khẩu mở ra.

giảm.

Khi pH giảm xúc tiến phản ứng ngược lại, biến đường thành tinh bột làm giảm áp suất thẩm thấu, tế bào mất nước làm cho vi khẩu đóng lại Đó là phản ứng mở quang chủ động.

3.3 Sự di chuyển của nước trong cây.

3.3.1 Động cơ đầu trên (sự thoát hơi nước)

Do sự thoát hơi nước xảy ra chủ yếu ở lá

Khi thoát hơi nước, lượng nước của tế bào lá hao hụt đi, làm cho sức hút của tế bào lá tăng lên, nó sẽ hút nước của các tế bào bên cạnh và

cứ theo kiểu dây chuyền như vậy cho đến tế bào rễ, tế bào rễ thiếu nước hút nước từ ngoài đất vào

3.3.2 Động cơ đầu dưới

Động cơ đầu dưới là do sức đẩy của rễ (ứ giọt,

rỉ nhựa)

* Sự ứ giọt

Có thể quan sát hiện tượng ứ giọt ở các cây non (lúa khoai, bầu bí) khi úp chúng trong chuông thủy tinh bảo hòa hơi nước: ở đầu mép

lá có các giọt nước đọng lại