Nghiên cứu các qui luật hoạt động sống của thực vật (nghiên cứu hoạt động sinh lý của cây). Các hoạt động sinh lý trong cây rất phức tạp. Có 5 quá trình sinh lý cơ bản xảy ra trong cây Trong quá trình phát triển của khoa học sinh lý thực vật, các quá trình sinh lý được phát hiện ngày càng nhiều, đối tượng nghiên cứu ngày càng rộng hơn do đòi hỏi của nhu cầu sản xuất và đời sống, do đó sinh lý thực vật được phân chia thành nhiều hướng nghiên cứu khác nhau để nghiên cứu một cách có hiệu quả hơn.
Trang 2- Quá trình sử dụng nguồn vật chất và năng lượng đã được tổng hợp vào
việc cấu tạo nên cấu trúc mới ( tế bào mới, cơ quan mới…), thế hệ mới
- Diển biến của các quá trình sống và sự thích nghi của cơ thể thực vật với
môi trường xung quanh
*Nhiệm vụ của sinh lý thực vật
Nghiên cứu các qui luật hoạt động sống của thực vật (nghiên cứu hoạt độngsinh lý của cây) Các hoạt động sinh lý trong cây rất phức tạp Có 5 quá trìnhsinh lý cơ bản xảy ra trong cây:
- Quá trình trao đổi nước của thực vật bao gồm quá trình hút nước của cây,
quá trình vận chuyển nước trong cây và quá trình thoát hơi nước
- Quá trình quang hợp, chuyển hóa năng lượng ahs sáng mặt trời thành
năng lượng hóa học tích lũy trong các hợp chất hữu cơ cung cấp cho các hoạtđộng sống của cây
- Quá trình hô hấp, oxy hóa các chất hữu cơ, giải phóng năng lượng cung
cấp cho các hoạt động sống của cây
- Quá trình dinh dưỡng khoáng gồm quá trình hút khoáng và đồng hóa
chúng trong cây Kết quả hoạt động tổng hợp của cả quá trình sinh lý đó là làmcho cây lớn lên, đâm chồi, nảy lộc, ra hoa, kết quả, già đi và cuối cùng kết thúcquá trình sống của mình Hoạt động tổng hợp đó gọi là quá trình sinh trưởng,phát triển của cây
- Sinh lý thực vật còn nghiên cứu các quá trình thích nghi của cây với điều
kiện ngoại cảnh bất lợi – sinh lý chống chịu của cây
Trang 3Sinh lý thực vật nghiên cứu ảnh hưởng của các điều kiện ngoại cảnh (điềukiện sinh thái) như nhiệt độ, ánh sáng, độ ẩm, chất dinh dưỡng, sâu bệnh… đếnhoạt động sinh lý của cây.
Các nghiên cứu về sinh lý thực vật là cơ sở để xây dựng các biện pháp hợp
lý để điều chỉnh có hiệu quả các hoạt động sống của cây nhằm phục vụ lợi íchcủa con người
*Các hướng nghiên cứu của sinh lý thực vật
Trong quá trình phát triển của khoa học sinh lý thực vật, các quá trình sinh
lý được phát hiện ngày càng nhiều, đối tượng nghiên cứu ngày càng rộng hơn dođòi hỏi của nhu cầu sản xuất và đời sống, do đó sinh lý thực vật được phân chiathành nhiều hướng nghiên cứu khác nhau để nghiên cứu một cách có hiệu quảhơn Đó là các hướng:
- Sinh lý thực vật đại cương chuyên nghiên cứu các chức năng sinh lý
chúng của cây: chế độ nước, dinh dưỡng khoáng, quang hợp, hô hấp, sinhtrưởng phát triển, tính chống chịu Nhiệm vụ của nó là tìm hiểu các qui luật sinh
lý học chung cho toàn giới thực vật
- Sinh lý thực vật chuyên ngành có nhiệm vụ nghiên cứu các qui luật sinh lý
học cho từng cây cụ thể hay từng nhó cây Ví dụ: sinh lý cây rừng, sinh lý câytrồng, sinh lý cây ăn quả, sinh lý cây táo, cây ngô, cây lúa, cây đậu tương, mía…
- Sinh lý thực vật ứng dụng có nhệm vụ nghiên cứu ứng dụng các qui luật
sinh học chung để ứng dụng vào thực tế sản xuất Ví dụ như chuẩn đoán nhu cầusinh lý (nước, dinh dưỡng, ánh sáng…) của cây để kiểm tra, điều khiển ruộngcây trồng Ứ ng dụng chất có hoạt tính sinh học cao để điều hòa sinh trưởng củathực vật Cơ sở sinh lý sinh hóa của việc chế biến, bảo quản nông sản, cơ sở sinh
lý của việc chọn giống cây trồng, quang hợp và vấn đề thâm canh tăng năng suấtcây trồng trong điều kiện nhân tạo Đặc biệt trong những năm gần đây, người tanghiên cứu ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật, trong việc ghép gen,trong nhân giống vô tính, lai tạo giống mới để góp phần thúc đẩy công nghệ sinhhọc phát triển và trở thành một tong các ngành mũi nhọn hiện nay của thế giới(năng lượng, vật liệu mới, điện tử, tin học, công nghệ sinh học…)
Trang 4Chương 1: SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT Bài 1: CÁC MÀNG SINH HỌC CỦA TẾ BÀO
1 Nguyên tắc
Các màng sinh học của tế bào như màng tế bào chất và màng không bào, lànhững cấu trúc sống hợp thành từ các phân tử protein và lipit tạo nên một cấutrúc thể khảm với các thành phần rất linh động
Các màng sinh học có vai trò hết sức quan trọng trong cách trao đổi giữa tếbào với môi trường ngoài Các trao đổi này liên quan đến lượng nước có thể vàohay ra khỏi tế bào do hiện tượng thẩm thấu có chọn lọc và đặc tính của các ion
có thể hay không thể xuyên qua màng
2 Thí nghiệm:
Thí nghiệm 1: Hiện tượng co nguyên sinh và phản co nguyên sinh.
Đối với mỗi tế bào, các dung dịch bên ngoài chia thành những loại sau:
- Dung dịch nhược trương là dung dịch có áp suất thẩm thấu nhỏ hơn ápsuất thẩm thấu của dịch tế bào
- Dung dịch đẳng trương là dung dịch có áp suất thẩm thấu bằng áp suấtthẩm thấu của dịch tế bào
- Dung dịch ưu trương là dung dịch có áp suất thẩm thấu lớn hơn áp suấtthẩm thấu của dịch tế bào
Khi nhúng tế bào vào dung dịch ưu trương sẽ xảy ra hiện tượng rút nướckhỏi tế bào cho tới khi nồng độ của dịch tế bào bằng nồng độ của dung dịch bênngoài Khi đó thành tế bào co bóp cho tới mức mất hoàn toàn sức trương và tiếptheo nguyên sinh chất tách ra khỏi màng tế bào Hiện tượng này gọi là hiệntượng co nguyên sinh
Có nhiều dạng co nguyên sinh: Lúc đầu co nguyên sinh góc, sau là conguyên sinh lõm, và cuối là co nguyên sinh lồi
Người ta thường dùng những chất không độc để gây co nguyên sinh
Trang 5 Tiếp theo thay nước bằng dung dịch KNO3 1M
hoặc saccharose 1M bằng cách nhỏ 1 giọt dung dịch lên
canh lamen ở một đầu lam kính, còn đầu kia dùng mẫu
giấy lọc rút nước ra Làm như thế cho tới khi nước thay
bằng dung dịch hoàn toàn
Co lồi
Sau 15 – 20 phút khi đã thấy rõ co nguyên sinh,
lại nhỏ 1 giọt nước vào một đầu lam kính và đầu kia
dùng giấy thấm rút nước ra cho đến khi dung dịch được
thay hoàn toàn bằng nước
→Có xảy ra các hiện tượng co góc, co lồi, co lõm
Co lõm
Chuẩn bị biểu bì vảy hành thứ 2, đặt lên lam
kính, nhỏ vào 1 giọt nước rồi hơ nhẹ lên ngọn lửa đèn
cồn (chú ý không cho nước bốc hơi hoàn toàn) Dùng
mẫu giấy lọc rút nước ra, nhỏ 1 giọt KNO3 1M hay
saccharose 1M, đậy lamen và quan sát dưới kính hiển vi
xem có hiện tượng co nguyên sinh hay không
Trang 6→ Ta thấy ở tế bào hành chết không xảy ra các hiện tượng co nguyên sinh.
Thí nghiệm 2: Co nguyên sinh hình chuông (thí nghiệm về sự xâm
nhập của các chất vào trung chất)
Co nguyên sinh hình chuông.
Thí nghiệm 3: Co nguyên sinh tạm thời (thí nghiệm về sự xâm nhập
của các chất không bào)
Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ:
1.Củ hành đỏ
2.Dung dịch glycerin hay ures 8 – 10%
3.Kính hiển vi và phụ tùng
Trang 7Tiến hành thí nghiệm:
Tách mặt lồi tế bào biểu bì vảy hành, lên lam kính bằng 1 giọt glycerin hayures 8 – 10% Quan sát ngay dưới kính hiển vi (chú ý quan sát hiện tượng conguyên sinh, co nguyên sinh cực đại, phản co nguyên sinh)
Kết luận:
Co nguyên sinh là hiện tượng màng sinh chất tách khỏi thành tế bào co
tròn lại khi tế bào bị mất nước Khi môi trường bên ngoài có nồng độ chất tancao hơn nồng độ chất tan bên trong tế bào( chênh lệch áp suất thẩm thấu), nước
từ tế bào sẽ đi ra ngoài, làm tế bào mất nước, teo lại, màng sinh chất nhăn nhúm
Nguyên nhân: Khi ngâm tế bào vào dung dịch ưu trương, nước từ trong tế
bào sẽ đi ra ngoài và lúc này thể tích tế bào nhỏ dần, màng tế bào trở lại trongtrạng thái bình thường, không có sức căng Nếu dung dịch ngâm tế bào quá ưutrương, nước từ không bào tiếp tục đi ra ngoài làm cho không bào co, nguyênsinh chất tách rời khỏi tế bào
Khi ta cho tế bào vào dung dịch ưu trương nước trong tế bào sẽ thẩm thấuqua màng tế bào ra ngoài môi trường cho đến khi áp suất thẩm thấu của môitrường bằng áp suất thẩm thấu của dịch bào Lúc này tế bào chịu sự biến đổi vềhình dạng như sau:
Trang 8Cho một lớp tế bào mặt dưới của lá vào dung dịch glycerin 5% Đậy lamen,quan sát dưới kính hiển vi trạng thái đóng của khí khổng để một thời gian sau (5phút hoặc lâu hơn) glycerin sẽ xâm nhập qua màng tế bào vào dịch bào, làmhiện tượng phản co nguyên sinh xảy ra và khí khổng lại mở ra.
Thay dung dịch glycerin bằng nước (với thao tác như trên) Khí khổng càng
mở rộng hơn so với lúc đầu thí nghiệm
Trang 9Bài 3: XÁC ĐỊNH ÁP SUẤT THẨM THẤU CỦA TẾ BÀO
Tế bào thực vật luôn luôn trao đổi nước cũng như các chất dinh dưỡng vớimôi trường bên ngoài Trong quá trình trao đổi nhưu vậy sự khuếch tán và thẩmthấu đóng vai trò quan trọng
Theo Van’t – Hop áp suất thẩm thấu của dung dịch loãng tuân theo cácđịnh luật về chất khí Áp suất thẩm thẩu phụ thuộc vào nồng độ phân tử, nhiệt
độ, sự điện ly của dung dihcj và có thể tính theo công thức sau:
P = R×T×C×iR: Hằng số khí R = 0,0821
T: Nhiệt độ tính từ 0o C tuyệt đối
C: Nồng độ dung dịch tính theo mol (M)
i: Hệ số Van’t – Hop biểu thị mức độ ion hóa của dung dịch
i = 1 + α (n-1)α: Độ phân ly
n: Số ion mà phân tử phân ly ra
Đối với những chất không điện giải i = 1
Thí nghiệm: Xác định áp suất thẩm thấu của tế bào bằng phương pháp so
sánh tỷ trọng dung dịch
Nguyên tắc:
Phương pháp này dực trên cơ sở so sánh tỷ trọng dung dịch tế bào rút ravới một loạt dung dịch NaCl có nồng độ khác nhau đã biets Kết quả suy luậntheo hướng chuyển động của giọt dịch bào khi nhỏ cẩn thận vào dung dịch NaCl
có nồng độ đã biết Nếu tỷ trọng của dịch bào lớn hơn dung dịch thì giọt dịchbào đi xuống Khi tỷ trọng dịch bào bằng tỷ trọng dung dịch thì giọt dịch bãođứng yên ở chỗ nhỏ vào rồi loãng dần ra Tìm nồng độ mà ở đó giọt dịch bàođứng yên
Hóa chất và dụng cụ:
1 Lá lan đất
2 Dụng cụ ép
Trang 10Kết quả:
- Ta thấy giọt dịch bào ở các nồng độ 0,1 ; 0,2 ; 0,3 đi xuống
- Giọt dịch bào 0,4 ; 0,5 ; 0,6 đi lên.
Trang 11Bài 4: SỨC HÚT NƯỚC CỦA MÔ THỰC VẬT
Tế bào hay mô thực vật khi bỏ vào nước thì hút nước vào với một lực nhấtđịnh Lực đó gọi là lực hút nước Sức hút nước được quyết định bởi áp suất củakeo sinh chất và màng, bởi áp suất thẩm thấu của dịch tế bào, áp suất trươngnước Áp suất này lại được quyết định bởi độ mềm dẻo của màng tế bào, bởihàm lượng nước trong tế bào Những thành phần tạo nên sức hút nước của tếbào lại phụ thuộc vào những điều kiện ngoại cảnh và trạng thái của tế bào.Trong những hạt nghỉ và mô phân sinh áp suất phồng giữ vai trò quyết định.Trong tế bào hết sinh trưởng có không bào trung tâm lớn áp suất thẩm thấu đóngvai trò quyết định
Sức hút nước của tế bào phụ thuộc vào khả năng no nước của nó Tế bàocàng thiếu nước thì càng hút nước mạnh Ở trạng thái héo hay mất sức cănghoàn toàn, sức hút nước đạt giá trị cực đại và bằng áp suất thẩm thấu của tế bào
Thí nghiệm: Xác định sức hút nước của tế bào thực vật bằng phương
đã thấp đi Còn nếu giọt dung dịch đứng yên tại chỗ có nghĩa là nồng độ dungdịch không thay đổi Từ quan sát này ta sẽ tìm được sức hút nước của tế bào
Trang 12Tiến hành thí nghiệm:
Lấy ống nghiệm sắp thành 2 hàng trê giá, ghi sớ thứ tự
Đổ vào mỗi cặp ống nghiệm ở hai hàng dung dịch saccharose có nồng độkhác nhau theo thứ tự từ thấp đến cao Đậy ống nghiệm lại để trành bay hơi.Cắt 180 mảnh lá bằng nhau chia thành 6 phần, mỗi phần 30 lá Ngâm vàodung dịch, sau 30 phút vớt lá ra, nhuộm màu dung dịch bằng 1-2 tinh thể xanhmethylene Chú ý không nên cho nhiều xanh methylene quá vì sẽ làm tăng nồng
độ dung dịch Dùng pipette hút dịch màu ở ống nghiệm hàng thứ 2 nhỏ vào cácống nghiệm tương ứng (theo từng cặp nồng độ) của hàng thứ nhất
Quan sát sự di chuyển của giọt dịch màu
Kết quả, giải thích:
Có 3 hiện tượng xảy ra:
- Giọt dịch màu đi lên: nồng độ dung dịch đã thấp đi.
- Giọt dịch màu đứng yên rồi loang ra: nồng độ dung dịch không thay đổi.
- Giọt dịch màu đi xuống: là nồng độ dung dịch đã tăng lên.
Nồng độ 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6Hiện tượng ↑ ↑ Lơ lửng ↓ ↓ ↓
Trang 13Bài 5: ĐỐI KHÁNG ION
Nguyên tắc:
Đối kháng ion là hiện tượng khi có mặt ion này làm giảm hoạt mất hoạttính ion kia Ví dụ các ion riêng lẽ có thể tác động lên tế bào theo các tính chấtrất khác nhau và có thể độc song hỗn hợp của chúng không có tác dụng độc.Dung dịch có sự tương quan ion tốt nhất gọi là sự cân bằng ion Đối kháng ion
có thể được giải thích bằng cơ chế hấp phụ cạnh tranh ở màng tế bào, về chấtmang đặc trưng, về trung tâm hoạt động của các enzyme, cũng như sự tác dụngđối kháng đến tính tan của protein và trạng thái keo, tính thấm của nguyên sinhchất Thí nghiệm này đòi hỏi phải tiến hành sạch sẽ, cẩn thận để kết quả rõ ràng
Nguyên liệu hóa chất và dụng cụ:
1 30 mầm hạt đậu xanh bằng nhau (mầm bằng 2,2cm)
Lấy 3 đĩa petri, tráng nước cất, đặt giấy lọc sạch ở đáy, rải đều lên mỗi đĩa
10 hạt đậu xảy đã nảy mầm Nhỏ vào các đĩa các hóa chất như sau:
- Đĩa thứ nhất: 15ml dung dịch KCl
- Đĩa thứ 2: 15ml CaCl2
- Đĩa thứu 3: 13ml KCl + 2ml CaCl2
Đậy kín đĩa và để ở nhiệt độ phòng, hai ngày sau xem và đo độ dài của rễ
và mầm
Trang 14+ Ở CaCl2 thì rễ phát triển thua mầm.
- Khi bón chung cả KCl + CaCl2 thì mầm và rể đều phát triển hơn so với khi bón riêng
Trang 15Xác định NO3- ở thực vật, tức là xem xét chức năng bộ rễ Nếu ở phần trênmặt đất có NO3- người ta dung dyphenylamin Với chất chỉ thị màu này, ion
NO3- sẽ cho màu xanh nước biển Từ cường độ hóa xanh ta có thể suy ra hàmlượng NO3-
Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ:
1.Cây nghiên cứu ( cải ngọt, cải xanh, cải bẹn, xà lách, rau cần, giá)
2 Dung dịch dyphenylamine 1% pha trong H2SO4 đậm đặc
3 Kéo, đĩa sứ, đĩa thủy tinh, giấy lọc
4 Cối sứ, chày sứ
Tiến hành thí nghiệm:
Cắt nhỏ các mẫu nghiên cứu rồ cho vào cối nghiền, sẽ nghiền theo từngloại cây và theo từng phần (rễ, thân, lá) Sau đó lấy dịch chiết ra, nhỏ vào đĩathủy tinh
Tiếp tục nhỏ dung dịch dyphenylamine vào dịch chiết Quan sát màu săctạo thành ở các mẫu thí nghiệm từ đó suy ra lương NO3- có trong mẫu
Trang 16Kết quả, giải thích:
- Ở mẫu nào màu xanh đậm: chứng tỏ mẫu đó có hàm lượng NO3- rấtnhiều
- Mẫu nào có màu xanh nhạt thì hàm lượng NO3- có trong mẫu ít hơn
- Đa số các mẫu đều có màu xanh đậm ở rễ : chứng tỏ có hàm lượng NO3
-rất nhiều, tiếp đến là ở thân ít hơn, xong đến lá ít nhất
Bộ phận
Cải ngọt Xanh đậm Xanh đậm Xanh nhạtCải xanh Xanh đậm Xanh nhạt VàngCải bẹn Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậm
Xà lách Xanh đậm Xanh đậm Xanh đậmRau cần Xanh đậm Vàng Xanh nhạtGiá Vàng nhạt Vàng nhạt Vàng nhạt
Trang 17
-Bài 7: HỆ SẮC TỐ CỦA LÁ XANH
Nguyên tắc:
Quang hợp là quá trình tổng hợp chất hữu cơ từ những chất vô cơ như CO2
và H2O nhờ năng lượng ánh sáng mặt trời do các sắc tố của lá hấp thụ
và NADP.H2) Còn phản ứng khử CO2 và sinh tổng hợp glucid xảy ra ở khoảnggiữa thylacoid – thể stroma
Trên màng thylacoid có chứa các sắc tố sau:
- Diệp lục a: C55H72O5N4Mg có màu xanh lục
- Diệp lục b: C55H70O6N4Mg có màu xanh – xanh vàng
- Carotin: C40H56 có màu vàng da cam
- Xanthophin: C40H56On màu vàng nhạt
Tất cả sắc tố này không tan trong nước mà tan trong các dung môi hữu cơnhư rượu, ether, aceton…
Thí nghiệm 1: Rút sắc tố ra khỏi lá.
Nguyên liệu, hóa chất:
1 Lá cây ngải cứu, lá rau má
2 Cồn 95o (hay aceton) CaCO3 khan
3 Cối sứ, chày sứ, giấy lọc, bông thủy tinh, đũa thủy tinh, khoan lá,vaselin
4 Máy lọc chân không
5 Cân tiểu ly
Trang 18Tiến hành:
Dùng khoan sắt, khoan các mảnh lá của cây cần nghiên cứu ( tránh chỗ cógân chính) Cân 1-1,5 gam các mảnh lá đó Để tính diện tích lá ta tính số mảnh
lá lấy thí nghiệm và đo đường kính của chúng (đường kính của khoan)
Cho những mảnh lá đã can vào cối sứ và dùng chày nghiền với 1 ít aceton.Thêm vào đó 1 ít CaCO3 để trung hòa các acid của dịch tế bào và một ít bôngthủy tinh hay cát thạch anh cho dễ nghiền Bôi vào thành ngoài miệng cối sứmột ít vaselin để tránh mất mát dịch sắc tố khi rót ra Sau khi để yên một lúc rótcẩn thận dung dịch có màu lục cho vào máy lọc chân không Sau đó lấy ra, trongdịch xanh vừa rút được này chứa tất cả các sắc tố có trong lá cây mà ta sẽ nghiêncứu tiếp theo
Thí nghiệm 2: Tính chất hóa lý của diệp lục
Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ:
1.Dịch chiết diệp lục ở thí nghiệm trên
Tính huỳnh quang là hiện tượng phát quang của các
chất khi nó hấp thụ ánh sáng Khi đó trong đa số trường hợp
ánh sáng phát ra có độ dài sóng lớn hơn ánh sáng chiếu vào
Tính huỳnh quang là một biểu hiện về hoạt tính quang hóa
của các chất
Đặt ống nghiệm chứa dịch sắc tố ra gần cửa sổ sáng trên
một nền đen (tóc đen) Quan sát màu của dịch rút trong ánh
sáng phản xạ Khi đó ta sẽ thấy dịch sắc tố có màu đỏ rượu
vang thẫm