Nghiên cứu một số đặc điểm của khí khổng ỏ các nhóm thực vật hạt kín theo nhu cầu nước và ánh sáng

khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan Lời cảm ơn Trong thời gian nghiên cứu và hoàn thành đề tài này tôi luôn nhận đợc sự hớng dẫn tận tình của thầy giáo : Nguyễn văn Luyện, cùng với sự giúp đỡ tạo điều kiện của khoa sinh, của các thầy giáo trong tổ thực vật, thầy giáo phụ tá phòng thí nghiệm: Nguyễn Thọ Minh, các anh chị học viên cao học và các bạn sinh viên khoá 40E. Nhân dịp này cho phép tôi đợc gửi tới thầy giáo Nguyễn Văn Luyện lòng biết ơn sâu sắc, gửi lời cảm ơn tới ban lãnh đạo khoa Sinh Học, các thầy cô giáo trong khoa, trong tổ thực vật, thầy giáo phụ tá phòng thí nghiệm, các anh, chị học viên cao học và các bạn sinh viên khoá 40E đã giúp tôi hoàn thành đề tài này. Tác giả : Phạm Thị Lan 1 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan MụC lục Trang Lời cảm ơn 1 Mục lục .2 Chơng1:Lợcsử nghiên cứu . .3 Chơng2: Đối tợng, thời gian, địa điểm, nội dung và phơng pháp nghiên cứu. 5 1. Đối tợng nghiên cứu .5 2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu . 5 3. Nội dung nghiên cứu 5 4. Phơng pháp nghiên cứu. 6 Chơng3: Kết quả nghiên cứu .9 A. Hình thái, cấu tạo của khí khổng 9 B. Khí khổng của các nhóm cây . 10 I. Nhóm cây thuỷ sinh 11 II. Nhóm cây a ẩm. .14 III. Nhóm cây chịu hạn 20 IV. Nhóm cây chịu mặn .27 Kết luận . .34 Kiến nghị 35 Tài liệu tham khảo 36 2 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan Mở đầu ở cây một phần nớc nhất định có thể thoát qua các vết sần (ở các lỗ bì) trên cành và thân. Nói chung tổng thể bề mặt lỗ bì tơng đối ít và cờng độ thoát hơi nớc của thân và cành thấp hơn ở lá hàng chục lần và do đó con đờng thoát hơi nớc của mọi thực vật là qua lỗ khí (khí khổng ) và qua toàn bộ bề mặt lớp cutin phủ biểu bì lá. Tỉ lệ tham gia của hai hình thức đó phụ thuộc với loài cây, tuổi, đặc điểm giải phẩu và hình thái của bộ lá. ở Các lá non và các cây mọc trong bóng râm và trong khí ẩm, lớp cutin của phiến lá thờng rất mỏng và do đó cờng độ thoát hơi nớc qua cutin thờng rất yếu, chẳng hạn: Theo Măcxicốp: cờng độ thoát hơi nớc qua cutin của cây trởng thành yếu hơn qua khí khổng từ 10 đến 20 lần. Sự thoát hơi nớc qua khí khổng gồm 3 giai đoạn: 1. Bốc hơi nớc từ bề mặt của tế bào nhu mô lá vào gian bào. 2. Sự khuếch tán hơi nớc qua lỗ khí. 3. Sự chuyển động của hơi nớc từ bề mặt lá ra khí quyển xung quanh. - Sự bốc hơi nớc thực diễn ra trong giai đoạn đầu. Bề mặt bên trong của lá cây sống ở nơi bóng râm nhiều hơn bề mặt bên ngoài từ 3-10 lần, ở các cây trung sinh 8-12 lần, ở các cây hạn sinh từ 17-20 lần (Turell1936). Nhờ đó quá trình chuyển nớc từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi ở giai đoạn đầu tiên diễn ra dễ dàng. Giai đoạn thoát hơi nớc thứ hai lệ thuộc với số lợng và đặc biệt là độ mở lỗ khí. Kết quả xác định cho thấy mặc dầu lỗ khí chỉ chiếm một phần nhỏ bé mặt lá (không quá 1%) nhng do mật độ phân bố lỗ khí thích hợp (50-500mm 2 ) và theo định luật Xtêphan nh đã nói trên sự thoát hơi nớc qua lỗ khí mở gần nh hoàn toàn tự do. 3 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan Qua đây ta thấy rằng quá trình thoát hơi nớc phụ thuộc trực tiếp với các điều kiện ngoại cảnh nh độ thiếu bảo hoà hơi nớc của không khí, nhiệt độ của không khí, ánh sáng, gió, độ ẩm, thành phần khoáng của đất Quá trình thoát hơi nớc cũng liên quan mật thiết với các nhân tố bên trong của cơ thể. Các tính chất giải phẩu hình thái của cây nh mức độ phát triển của cutin, số lợng và cách phân bố của lỗ khí, sự xuất hiện các dạng lông, trị số về mặt bên trong của lá, mức độ phát triển của mạng gân lá và của hệ thống mạch dẫn trong cây nói chung rõ ràng có ảnh h ởng lớn đến cờng độ thoát hơi nớc của cây. Công trình của Dalenxki (1904), Alêcxăngđơrốp (1922) và nhiều tác giả khác đã chỉ rõ cờng độ thoát hơi nớc của các tầng lá khác nhau không giống nhau: thờng tăng dần từ dới lên trên. Theo Dalenxki tầng lá càng cao càng thể hiện rõ nét các đặc điễm cấu trúc của cây hạn sinh nh rau: a. Độ dài bó mạch trên đơn vị bề mặt dài hơn. b. Kích thớc tế bào biểu bì bé hơn. c. Kích thớc các lông ngắn hơn và lông nhiều hơn. d. Lỗ khí bé hơn và nhiều hơn (trên đơn vị diện tích lá). đ. Vách biểu bì dày hơn và thờng phủ sáp. e. Tế bào nhu mô lá bé hơn, nhu mô giậu phát triển điển hình hơn, nhu mô khuyết ít điển hình hơn. g. Gian bào ít phát triển hơn. h. Mô cơ phát triển mạnh. Chính vì thế mà mỗi loài, mỗi nhóm cây sống trong một môi trờng nhất định thì trong quá trình tiến hoá chúng đã có những biến đổi về hình thái, cấu tạo giải phẩu, tính chất sinh lí, sinh hoá của tế bào và cơ thể để thích ứng với các nhân tố sinh thái của môi trờng sống đó. Khí khổng là cơ quan trao đổi khí và thoát hơi nớc của cây, cũng có những thay đổi về kích thớc, sự đóng mở của khe lỗ khí, số lợng khí khổng và sự phân bố để thích ứng với các nhân tố sinh thái của môi trờng, đặc 4 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan biệt là nớc và ánh sáng. Xuất phát từ đó chúng tôi tiến hành đề tài: "Nghiên cứu đặc điểm khí khổng của các nhóm cây thực vật hạt kín theo nhu cầu nớc và ánh sáng". Để thấy đợc những thay đổi thích nghi của khí khổng với môi trờng. Đề tài của chúng tôi nhằm mục đích: Nghiên cứu các đặc điểm của khí khổng về kích thớc tế bào đóng lỗ khí, độ mở của khe lỗ khí, số lợng lỗ khí và sự phân bố của lỗ khí nhằm giải thích mối quan hệ thích nghi của khí khổng cuả các nhóm cây khác nhau trong mối quan hệ với nhu cầu nớc và ánh sáng. 5 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan Chơng I: sơ lợc lịch sử nghiên cứu. Vào những năm 70 của thế kỷ XVII các nhà sinh vật học ý là: M. Manpighi và Anh là Griu đã công bố các công trình giải phẩu thực vật nh: "Anatime plantarum" (Manpighi 1675,1679), "Anatomy of vagetable" (Griu 1652) [7]. Những công trình này có thể xem là đầu tiên của giải phẩu thực vật. Dơbari (1877) trong tác phẩm "Giải phẩu so sánh các cơ quan dinh dỡng" đã phân ra các loại mô, nh mô biểu bì, mô bần, mô mềm, mô cứng, túi tiết, mạch, ống rây, ống nhựa mủ và các khoảng gian bào Cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, ngời ta đi vào lĩnh vực nghiên cứu tế bào, nh công trình của nhà sinh vật học ngời Nga: Tchisiacôp đã phát hiên sự phân bào gián phân của tế bào, Ghêraximop khám phá vai trò của nhân tế bào. Năm 1898 X.navasin phát hiện sự thụ tinh kép ở thực vật hạt kín. Vào nửa sau thế kỷ XX nhiều công trình nghiên cứu giải phẩu ứng dụng vào các lĩnh vực khác nh phân loại, sinh lý, sinh thái thực vật, đợc tiến hành mạnh mẽ. Trong số đó phải kể đến bộ sách giải phẩu các họ cây hai lá mầm và một lá mầm của Metcanpho và Sanco (1950,1960,1961) [7]. K.e sau (1965) trong cuốn "Giải phẩu thực vật" [11] ông đã đề cập toàn diện tế bào thực vật, mô thực vật, các cơ quan sinh dỡng và sinh sản của thực vật, trong đó có khí khổng (cấu tạo, vị trí, cơ chế đóng mở của khí khổng, hình thái, kích th- ớc của khí khổng ). A.I.Takhtajan (1970) trong cuốn: "Nguồn gốc và phân bố của thực vật có hoa", ông đã đề cập tới bộ máy khí khổng, ông cho rằng trong quá trình tiến hoá của thực vật có hoa, kiểu khởi sinh của khí khổng có thể là kiểu "Song bào" [12]. Nguyễn Bá (1974-1975), riêng nói về khí khổng đã có một vài tài liệu đề cập, nh Phạm Hoàng Hộ (1963) [3] đã công bố cấu trúc, vị trí, phân bố của khí khổng 6 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan Nguyễn Bá (1973) [2] đã nêu lên quy trình hình thành lỗ khí, cơ chế đóng mở, các kiểu sắp xếp của các tế bào bao quanh lỗ khí gồm: Kiểu dị bào, hỗn bào, song bào, trực bào, Phạm Đình Thái-Nguyễn Tân (1978) [13] đã nêu rõ con đờng thoát hơi nớc qua lỗ khí và qua cutin .Đặc biệt trong cuốn "Sinh thái thực vật" của Phan Nguyên Hồng (1974) [4], ông đã nghiên cứu hình dạng, kích thớc, số l- ợng khí khổng của các nhóm cây theo chế độ nớc và ánh sáng. Tuy nhiên cha có những con số phản ánh đầy đủ đặc điểm của khí khổng ở một số loài của các nhóm cây cụ thể. Chơng 2: Đối tợng, thời gian, địa điểm, nội dung và phơng pháp nghiên cứu. I. Đối tợng nghiên cứu: 7 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan Nghiên cứu một số đặc điểm về khí khổng của các nhóm thực vật hạt kín theo nhu cầu nớc và ánh sáng bao gồm: Cây chìm trong nớc, cây nổi trên mặt nớc, cây a ẩm chịu bóng, cây u ẩm a sáng, cây chịu hạn, cây chịu mặn II. Địa điểm và thời gian nghiên cứu. - Địa điểm thực hiện: Mẫu đợc thu chủ yếu tại vùng thành phố Vinh, một số xã thuộc huyện Hng Nguyên, Nghi lộc. - Thời gian thực hiện: + Tháng 09-2003: Đọc tài liệu và lập đề cơng. + Tháng 10/2003-03/2004: Tiến hành thu mẫu, xử lý mẫu và nghiên cứu giải phẩu tại phòng thí nghiệm. + Tháng 04-2004: viết tiểu luận. + Tháng 05-2004: Bảo vệ. III. Nội dung nghiên cứu: 1. Nghiên cứu các chỉ số: - Hình thái (kích thớc, hình dạng) khí khổng. - Số lợng khí khổng trên một đơn vị diện tích. - Độ mở khe lỗ khí (Độ mở chỗ rộng nhất của khe lỗ khí). - Kiểu sắp xếp của tế bào bao quanh lỗ khí. - Trên lát cắt ngang: xác định vị trí của khí khổng so với mặt phẳng tế bào biểu bì. 2. Nghiên cứu các chỉ số trên ở các nhóm cây: - Nhóm cây sống chìm trong nớc. - Nhóm cây có lá nổi trên mặt nớc: + Cây có lá nổi trên mặt nớc + Cây có lá phát triển lên cao trong không khí. - Nhóm cây u ẩm, chịu bóng. - Nhóm cây u ẩm, a sáng. - Nhóm cây chịu hạn. 8 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan - Nhóm cây chịu mặn. IV. Phơng pháp nghiên cứu thực địa 1. Phơng pháp nghiên cứu thực địa. a. Cách lấy mẫu: Mẫu đợc lấy trong điều kiện tự nhiên tại thành phố Vinh và một số xã thuộc Hng Nguyên, Nghi Lộc. Các mẫu của các đại diện trên đều đợc lấy ở các lá đã hết thời kỳ sinh trởng, kích thớc ổn định tối đa, các cơ quan khác phát triển đầy đủ. Mỗi đại diện đều đợc lấy nhiều mẫu (trung bình 5 mẫu) và nghiên cứu lặp lại 3 lần. Các mẫu đại diên cho các nhóm cây khác nhau đều lấy trong các môi tr- ờng khác biệt nhau về chế độ nớc ánh sáng. Mẫu lấy xong đa về phòng thí nghiệm xử lý và tiến hành làm tiêu bản [10]. b. Xử lý mẫu. Mẫu lấy về một phần nghiên cứu ngay về hình thái so sánh sau đó đa về phòng thí nghiệm tiến hành làm tiêu bản, một phầm ngâm vào nớc để giữ cho mẫu tuơi trong một thời gían ngắn [10]. c. Quan sát và đo kích thứơc. Trong quá trình thu mẫu, chúng tôi đã trực tiếp sơ bộ tìm hiểu hình thái bên ngoài của cây, quan sát thực địa vùng cây sống bằng mắt thờng, để quan sát tốt hơn chúng tôi dùng kính lúp cầm tay để quan sát hình dạng, đặc điểm hình thái của cây nh lông, hoa, lá, sự phân cành sau đó đo kích th ớc bằng thớc giây thông th- ờng [10]. 2. Phơng pháp giải phẩu. a. Chuẩn bị dụng cụ: - Kính hiển vi quang học - Kính hiển vi hai mắt. - Kính lúp - Máy cắt mỏng cầm tay 9 khoá luận tốt nghiệp sv : phạm thị lan - Dao cắt - Lỡi giao cạo mỏng (lỡi lam) - Bản kính (lam kính) - Lá kính (lamen) - Kim mũi mác - Cặp nhỏ - Khăn lau: + Khăn laukính hiển vi: khăn mềm, sạch, bằng gạc hoặc vải bông mịn + Khăn lau thờng: dùng để lau dao, lau bàn . . . - Đĩa thuỷ tinh hay đĩa đồng hồ - Giấy lọc - Khay men - Nớc cất - Glyxerin - Bom canada b. Phơng pháp giải phẩu. - Phơng pháp cắt vi phẩu thực vật. Để có những lát cắt mỏng thì phải dùng máy cắt (microtom) nhng máy này chỉ dùng trong thực tập lớn hay trong nghiên cứu, còn thông thờng hay dùng: + Cắt bằng lỡi dao cạo mỏng: Tay trái cầm trực tiếp mẫu cần cắt, tay phải cầm lỡi dao cạo mỏng, sắc để cắt. Khi cắt phải chú ý cắt sao cho mỏng, thẳng góc với trục của mẫu vật, không nhay lát cắt. Dùng một miếng khoai lang hay su hào làm thớt cắt, tuyệt đối không đợc kê lên kính để cắt cũng không nên cầm trên tay để cắt [9]. - Phơng pháp bóc biểu bì lá: Dùng lỡi dao cạo mỏng bóc từ từ và nhẹ nhàng sao cho lớp biểu bì ngoài cùng của lá có thể bong theo ra Sau đó tiến hành làm tiêu bản tạm thời và tiêu bản cố định. 10 . nớc và ánh sáng. Xuất phát từ đó chúng tôi tiến hành đề tài: " ;Nghiên cứu đặc điểm khí khổng của các nhóm cây thực vật hạt kín theo nhu cầu nớc và ánh. ợng khí khổng của các nhóm cây theo chế độ nớc và ánh sáng. Tuy nhiên cha có những con số phản ánh đầy đủ đặc điểm của khí khổng ở một số loài của các nhóm