Vấnđề 4: Chức năng và hoạt động của Rễ 1. Chức năng - Rễ là cơ quan sinh dưỡng dưới đất của cây, có nhiệm vụ chủ yếu là hút nước và muối khoáng hòa tan trong nước để chuyển lên các cơ quan trên mặt đất (thân và lá). - Rễ còn có chức năng cơ học: giữ chặt cây vào đất. - Ở một số ít loài, rễ cũng tham gia vào việc sinh sản sinh dưỡng. - Sinh trưởng??? - Ngoài ra, các biến dạng của rễ thực hiện các chức năng đặc biệt: + Rễ củ: ở một số cây, rễ phồng to và nạc, chứa chất dự trữ + Rễ chống: là hệ thống rễ phụ mọc ra từ thân tạo thành hệ thống chống đỡ cho cây. + Rễ thở: thường gặp ở các cây ngập mặn hoặc đầm lầy: lấy oxy cho các phần rễ ở dưới đất lầy. + Rễ cột + Rễ không khí + Rễ bám + Rễ mút 2. Hoạt động a. Quá trình hút nước ở rễ * Các động cơ hút nước: - Động cơ trên của sự hút nước: do sự thoát hơi nước ở lá tạo ra. - Động cơ dưới của sự hút nước: trong quá trình hoạt động, trao đổi chất ở rễ đã tạo ra các chất (ví dụ như đường) làm tăng nồng độ dịch bào kéo theo sự tăng áp suất thẩm thấu, do đó tăng sự hút nước. * Cơ chế của quá trình hút nước: Nước được rễ hút vào sau đó vận chuyển lên thân rồi lên lá theo một chiều. Có hai cơ sở để giải thích quá trình hút nước ở thực vật: - Do gradient nồng độ chất tan: + Khi có sự chênh lệch về nồng độ các chất hòa tan trong các tế bào rễ và dung dịch đất, nước sẽ được hấp thụ vào rễ theo cơ chế khuyếch tán thẩm thấu. + Trong trường hợp này nước sẽ vào cây một cách thụ động khi mà hàm lượng các chất tan trong rễ cao và trong môi trường đất chứa đầy đủ nước. + Còn khi gặp điều kiện thiếu nước thì nước sẽ vào rễcây theo cơ chế bơm đặc hiệu tạo điều kiện nâng nồng độ các chất trong rễ cao lên (bơm các chất vào ngược với gradient nồng độ) để tạo ra gradient nồng độ cao trong rễ >> do đó nước sẽ được vận chuyển vào rễ một cách tích cực. - Do gradient thế năng nước: + Khi có sự chênh lệch về thế năng nước thì nước sẽ vận chuyển từ nơi có thế năng cao đến nơi có thê năng thấp. + Khi dung dịch đất có thế năng nước lớn hơn thế năng nước của mô rễthì nước sẽ được vận chuyển vào rễ. Thế năng nước của rễ thường nhỏ hơn thế năng nước của dung dịch đất do từ rễ nước luôn được vận chuyển lên cây sử dụng cho các quá trình trao đổi chất và do quá trình thoát hơi nước ở lá. Con đường hấp thụ nước ở rễ: hiện biết hai con đường vận chuyển nước ở rễ: + Đường vận chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua phần sống của tế bào nhờ plasmodesmata (sợi liên bào) gọi là đường vận chuyển symplastic. + Đường vận chuyển qua thành tế bào và các khoảng gian bào gọi là đường vận chuyển apoplastic. b. Quá trình hút các chất khoáng của rễ Quá trình hút các chất khoáng của cây là một quá trình sinh lý rất phức tạp, tiến hành theo nhiều cơ chế khác nhau vừa có tính chất thụ động vừa có tính chất chủ động * Cơ chế thụ động - Theo cơ chế này, rễcây có thể hút các chất khoáng bằng các cơ chế ít nhiều mang tính chất thụ động dựa theo quá trình khuyếch tán và thẩm thấu, quá trình hút bám trao đổi, quá trình phân phối theo cân bằng Donnan… - Cơ chế hút khoáng thụ động này không có tính chọn lọc, không phụ thuộc vào hoạt động sinh lý của cây. - Cơ chế hút bám trao đổi: Dựa trên nguyên tắc các ion mang điện trái dấu trao đổi với nhau khi hút bám trên bề mặt rễ hoặc nằm trong các khoảng không gian tự do của thành tế bào rễ. - Quá trình phân phối theo cân bằng Donnan: các ion được phân phối cân bằng giữa môi trường trong và ngoài tế bào rễ qua một màng ngăn cách. * Cơ chế chủ động - Sự hút chủ động các nguyên tố khoáng bởi hệ rễ liên quan đến quá trình trao đổi chất của tế bào. - Thuyết chất mang giải thích cơ chế hút chủ động các nguyên tố khoáng có liên quan trực tiếp đến sự trao đổi chất của tế bào hút: + Thuyết này dựa trên quan niệm màng NS không thấm đối với các ion tự do và không cho các ion đã xâm nhập vào tế bào tự khuyếch tán ra ngoài. + Trên bề mặt của màng chất nguyên sinh, có những chất có khả năng vận chuyển các nguyên tố khoáng qua màng như phức hệ ion-chất mang. Sau khi xâm nhập qua màng, phức hệ ấy được phân giải: ion giải phóng tham gia tương tác với các phân tử của chất nguyên sinh, còn chất mang lại quay trở lại bề mặt màng và lại thực hiện tiếp tục vận chuyển các nguyên tố khoáng. + Chất mang là phương tiện vận chuyển, nhờ đó mà ion chui qua được màng ngăn cách giữa môi trường trong và ngoài, còn các ion tự do thì không vượt qua được. + Về bản chất và cơ chế vận chuyển phức hệ ion – chất mang hiện còn những quan điểm khác nhau. Theo nhiều tác giả, ion và chất mang tạo nên một phức chất tan trong nước và có thể khuyếch tán qua màng lipoprotein theo gradient nồng độ (chất mang khuyếch tán). Chất mang có thể quay trên màng và chuyển ion từ mặt này sang mặt kia của màng (chất mang quay). Chất mang có thể vận chuyển ion vào trong tế bào bằng cách trượt dọc thành các lỗ đầy nước của màng (chất mang trượt). Cuối cùng chính các protein co duỗi giữ vai trò chất mang. Sự vận chuyển ion được thực hiện bởi sự co và duỗi theo nhịp điệu của mạch peptit (chất mang co duỗi). Theo giả thuyết chất mang, năng lượng giải phóng trong quá trình hô hấp được sử dụng đầu tiên vào việc tổng hợp phân tử chất mang, hình thành phức hệ ion – chất mang; vận chuyển phức hệ ion – chất mang và cuối cùng là sự giải phóng chất mang. + Về bản chất hóa học chất mang: có thể là các axit amin và protein lưỡng tính, sản phẩm trung gian của quá trình trao đổi gluxit như: glucozamin và galactozamin, ATP-aza, các photphatit, sản phẩm trao đổi nito và protein, các enzim oxi hóa – khử, các nucleotit. c. Sinh sản: Rễ một số cây có khả năng mọc ra những chồi con đâm lên khỏi mặt đất, từ chồi đó lại mọc ra rễ và tiếp tục phát triển thành cây mới. Kết quả là tạo thành bụi cây mọc ra từ rễ. Ví dụ ở cây Ngấy, cây cọ phèn. d. Dự trữ chất dinh dưỡng: ở một số cây, rễ phồng to và nạc, chứa chất dự trũ tạo thành rễ củ. Rễ củ là dạng biến đổi của rễ và có sự tham gia của trụ trên và dưới lá mầm. Rễ củ có thể phát triển thành rễ chính, như củ cải, cà rốt, hoặc có thể phát triển từ rễ bên như sắn, khoai lang… ………. 3. Mối quan hệ - Rễ cố định thân và lá trong không gian. - Sự dẫn truyền nước và muối khoáng bắt đầu từ rễ lên thân và lá (cung cấp nguyên liệu cho quá trình quang hợp) theo mạch gỗ, ngược lại các chất dinh dưỡng đươc tổng hợp từ lá được vận chuyển xuống thân và rễ (cung cấp chất dinh dưỡng cho sự sinh trưởng và năng lượng cho sự hoạt động) theo mạch rây. - Qúa trình thoát hơi nước của lá tạo thành lực hút (động cơ phía trên) cho quá trình hút nước và khoáng ở rễ. …. - Mqh với các yếu tố mô trường ngoài: + Hàm lượng nước trong đất + Nồng độ và tỷ lệ các nguyên tố khoáng + Hàm lượng oxy (độ thoáng khí) + Nhiệt độ + pH… . chống đỡ cho cây. + Rễ th : thường gặp ở các cây ngập mặn hoặc đầm lầy: lấy oxy cho các phần rễ ở dưới đất lầy. + Rễ cột + Rễ không khí + Rễ bám + Rễ mút 2 các biến dạng của rễ thực hiện các chức năng đặc biệt: + Rễ c : ở một số cây, rễ phồng to và nạc, chứa chất dự trữ + Rễ chống: là hệ thống rễ phụ mọc ra từ