D- H+ A→ H A
từ lông hút vào trung trụ của rễ
Hình 2.4. Các con đường hấp thu nước bởi rễ: apoplast (1), symplast (2) và qua màng (3).
3.1.3. Sự hấp thu thẩm thấu ở rễ
* 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→ qua tế bào→ lông hút→ nhu mô vỏ→ tầng nội bì. Nhưng khi đến lớp nội bì con đường này bị chặn lại do vách tế bào có dải caspary không cho nước đi qua và dòng nước phải vận chuyển qua nhiều nguyên sinh chất của nội bì đến túi mạch dẫn của rễ
* Dòng nước đi vào rễ theo tế bào (Symplast)
Gồm 2 con đường: Qua màng và qua chất nguyên sinh:
- Con đường qua màng tế bào: nước qua màng tế bào, qua các sợi liên bào lớp nguyên sinh chất để tới không bào. Sau đó nước từ không bào thứ nhất tới không bào của tế bào thứ hai qua nguyên sinh chất và màng tế bào. Nước cứ tiếp tục vận chuyển cho tới mạch dẫn. Động lực của con đường này là gradient thế nước do nước thẩm thấu qua màng giữa các lớp tế bào từ ngoài vào trong.
- Nước đi qua hệ thống nguyên sinh chất và các sợi liên bào nối các tế bào với nhau mà không đi qua màng sinh chất. Nước vận chuyển từ nguyên sinh chất của tế bào này tới nguyên sinh chất của tế bào khác qua các sợi liên bào. Nước được vận chuyển một chiều qua các tế bào sống ở rễ và ở lá là do sức hút (áp suất thẩm thấu) của các tế bào này tăng dần
* Sự xâm nhập của các chất khoáng vào mạch gỗ của rễ.
Kết thúc di chuyển theo các con đường nêu trên, các ion khoáng đến mép ngoài của mạch gỗ của rễ. Phần lớn ion di chuyển vào mạch gỗ để đi lên các cơ quan trên mặt đất. Đã có nhiểu thực nghiệm chứng minh rằng các ion được tiết vào mạch gỗ theo cơ chế chủ động nhờ các bản ion (Pate và Chunning 1472, Lauchi 1976, Marschnes 1986, Luco…), H+ -Atpara, K ± Atpara.
* Các tác nhân ảnh hưởng đến sự hút nước của rễ
Sức hút nước của rễ là một quá trình sinh lý phức tạp, chịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện ngoại cảnh. Có 3 yếu tố ngoại cảnh quan trọng nhất ảnh hưởng đến sự hút nước của rễ là nhiệt độ, nồng độ dung dịch đất và nồng độ oxy trong đất.
**Nhiệt độ của đất
Nhiệt độ của đất ảnh hưởng đến hoạt động sống của rẽ và ảnh hưởng đến độ linh động của nước trong đất. Nhiệt độ hạ thấp sẽ cản trở sự hút nước của rễ, nhiệt độ quá thấp thì rễ hoàn toàn không lấy được nước, trong khi đó các bộ phận trên mặt đất vẫn tiếp
tục bay hơi nước làm mất cân bằng và cây bị héo. Đây là biểu hiện của hạn sinh lý thường gặp khi nhiệt độ đất hạ thấp xuống 0-10oC.
Nguyên nhân làm giảm sự hút nước khi nhiệt độ thấp là:
- Làm tăng độ nhớt của chất nguyên sinh và tăng độ nhớt của dung dịch đất nên cản trở sự xâm nhập và vận động của nước vào rễ.
- Hoạt động hô hấp ở rễ bị giảm nên thiếu năng lượng cho sự hút nước tích cực. - Làm giảm hoạt động thoát hơi nước trê bề mặt lá nên giảm lực kéo dòng nước trong mạch dẫn.
- Khi nhiệt độ quá thấp thì hệ thống lông hút bị chết.
Tùy từng loài thực vật mà khả năng thích nghi của chúng với nhiệt độ thấp khác nhau. Ví dụ các thực vật nhiệt đới như cà chua, dưa chuột, lúa…ngừng hút nước ở nhiệt độ 5-7oC; các thực vật ở vùng ôn đới còn có thể hút được nước ở nhiệt độ dưới 0oC; một số thực vật rụng lá vào mùa đông để giảm bớt sự thoát hơi nước vì rễ không lấy được nước và bước vào trạng thái ngủ đông.
Khoảng nhiệt độ thuận lợi nhất cho rễ hút nước là 25-30oC.
Khi nhiệt độ của đất tăng quá cao vượt giới hạn 30-40oC 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 khi gặp nhiệt độ cao.
Hiểu biết trên có thể giúp chúng ta có biện pháp làm tăng sự hút nước cho cây và nhất là hạn chế xảy ra trường hợp hạn sinh lý có hại cho cây trồng.
**Nồng độ oxy trong đất
- Rễ cây là cơ quan có hoạt động trao đổi chất mạnh, đặc biệt là hô hấp để tạo năng lượng cung cấp cho quá trình hút nước và muối khoáng. Vì vậy, nồng độ oxy có ảnh hưởng đến sự hút nước. Nếu thiếu oxy trong đất như đất bí, đất ngập nước…hệ rễ sẽ hô hấp yếm khí và thiếu năng lượng cho hút nước. Hàm lượng oxy trong đất khoảng 10-12% là thích hợp nhất cho sự hút nước của rễ. Hàm lượng oxy thấp hơn rễ sẽ hô hấp yếm khí, có hại cho cây và gây ra hạn sinh lý.
- Các loài thực vật khác nhau mẫn cảm với điều kiện thiếu oxy khác nhau: các cây sống trên cạn như lạc, đậu đỗ…rất mẫn cảm với điều kiện thiếu oxy, cây rất dễ bị chết trong điều kiện thiếu oxy nên chúng ta phải xới xáo. Cây sống dưới nước như lúa, chịu được nồng độ oxy thấp hơn, tuy nhiên vẫn cần cung cấp thêm oxy bằng kỹ thuật làm cỏ, sục bùn. Một số cây sống ở điều kiện thiếu oxy hoàn toàn như sen, súng… sống ở đầm lầy, nhưng chúng vẫn hô hấp binh thường do cơ thể có hệ thống thông khí từ các cơ quan trên mặt đất xuống rễ để dẫn oxy xuống cung cấp cho rễ.
Trong sản xuất, ta cần hạn chế hiện tượng yếm khí cho đất bằng biện pháp cung cấp oxy cho đất như làm đất kỹ trước khi gieo, làm cỏ sục bùn, sục khí trong thủy canh…
**Nồng độ dung dịch đất
- Khi nồng độ dung dịch đất cao hơn nồng độ tế bào thì cây không hút được nước mà còn bị mất nước vào đất, gây nên hạn sinh lý. Chẳng hạn như ở trường hợp cây trồng gặp đất mặn, đất phèn hay bón phân một lúc quá nhiều.
- 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…Các loại cây này có đặc điểm sinh lý của tế bào thích nghi với điều kiện chịu phèn, mặn đó là nồng độ dịch bào của rễ cao hơn nồng độ dung dịch đất nên chúng có thể lấy được nước trong đất mặn. Thực vật chịu mặn giống như thực vật chịu hạn vì chúng có cơ chế chống chịu như nhau, đều có nồng độ dịch bào cao.
- Trong sản xuất, người ta chọn tạo các giống chống chịu mặn cho các vùng đất bị nhiễm phèn, mặn. Trong trường hợp gặp mặn cần sử dụng biện pháp tháo chua, rửa mặn, đào rãnh hạ phèn xuống tầng đất sâu…
Như vậy, dựa vào nguyên nhân người ta chia 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.
3.2. Sự thoát hơi nước
Tất cả các bộ phận của cây đều có khả năng bay hơi nước vào khí quyển, nhưng quan trọng nhất và chủ yếu nhất là sự bay hơi nước qua bề mặt lá, đó là quá trình thoát hơi nước (THN).
Hai quá trình bay hơi nước trên bề mặt thoáng và thoát hơi nước trên lá cây đều có chung bản chất vật lý đó là từ hệ thống lỏng chuyển thành thể hơi và khuếch tán vào môi trường xung quanh.
Sự thoát hơi nước của cây đã mất vào khí quyển một lượng nước khổng lồ, vượt xa rất nhiều lần so với lượng nước mà cây cần cho các hoạt động sống và sinh lý trong cơ thể. Ví dụ trong suốt thời gian dinh dưỡng đã bay hơi mất 20-250kg/m2 lá, trong những ngày nắng to cây gỗ mất 5-10g nước/m2lá/giờ. Vì vậy, 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.
3.2.1. Ý nghĩa của sự thoát hơi nước
Trong đời sống thực vật, một lượng nước lớn đã qua cơ thể và đại bộ phận bốc thành hơi từ bề mặt lá; một phần từ thân thực vật. Thực vật chỉ giữ lại một lượng nhỏ tham gia quá trình đồng hoá. Trung bình lượng nước cây sử dụng chỉ chiếm khoảng 0,2% lượng nước đi qua.
Vi dụ:1 hecta ngô, trong chu kỳ sinh trưởng bốc hơi 8.000 tấn nước (khoảng 1m3 nước/1m2 diện tích lá.
- Thoát hơi nước là động lực phía trên đảm bảo cho sự hút nước, vận chuyển nước từ rễ lên các bộ phận phía trên của cây
- Thoát hơi nước giúp khí khổng mở ra, qua đó CO2 xâm nhập vào lá để cung cấp cho quá trình quang hợp, tổng hợp nên chất hữu cơ cho cây. Như vậy, thoát hơi nước và quang hợp có mối quan hệ mật thiết với nhau. Nhà sinh lý thực vật nổi tiếng người Nga Timiriadep đã nói: “Cây phải chịu thoát hơi nước một cách bất hạnh để mà dinh dưỡng tốt…”. Stocker đã ví mối quan hệ giữa hai quá trình đó là sự “đói” và “khát”. Khí khổng
của cây đóng lại thì cây sẽ tránh được “khát” nhưng tự đưa mình vào chỗ “đói” mà “khát” sẽ được cứu vãn bằng hoạt động hút nước, còn “đói” CO2 thì không có con đường nào cứu vãn.
- Sự thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ bề mặt lá. Lá xanh hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời, một phần cung cấp cho quang hợp, một phần năng lượng ánh sáng biến thành nhiệt làm tawg nhiệt độ của lá, nhất là với những ngày nắng to, lá rất có nguy cơ bị chết. thoát hơi nước làm cho nhiệt độ của lá giảm xuống, thuận lợi cho hoạt động quang hợp và các hoạt động sinh lý khác trong cây.
- Sự thoát hơi nước thúc đẩy hoạt động hút khoáng. Các chất khoáng tan trong dung dịch đất được hút vào cây cùng dòng nước. Nhờ sự thoát hơi nước mà nước được vận chuyển lên các cơ quan, các bộ phận trên mặt đất. Nếu thoát hơi nước mạnh thì lượng chất khoáng đi vao cây và phân phối cho cây cũng nhiều hơn. Như vậy, quá trình thoát hơi nước sẽ tạo điều kiện cho sự tuần hoàn, lưu thông và phân phối vật chất trong cây.