CHƯƠNG 2 CƠ CHẾ HẤP THU ION CỦA TẾ BÀO RẼ VÀ SỰ VẬN CHUYỂN GẦN
1.4 Nồng độ bên ngoà
- Sự khác nhau về hấp thu giữa K+ và Na+ cho thấy khác nhau về ái lực giữa 2 ion này với chất mang ở màng tế bào chất của tế bào rễ.
- Sự hấp thu của phosphate tương tự như K+, trong khi đó sự hấp thu của Ca2+ và Mg 2+ thì tương tự như Na+.
Chương 3: SỰ VẬN CHUYỂN XA Ở MẠCH GỖ VÀ MẠCH LIBE
3.1 Con đường vận chuyển qua tế bào chất và không bào.
Qua phần chất nguyên sinh (symplast): vận chuyển chậm do lực cản lớn của các hệ keo ưa nước.
Qua gian bào (apoplast): nhờ các sợi liên bào nối liền không bào của các tế bào và đến mạch dẫn. Động lực để dẫn nước đi trong hệ thống không bào là nhờ sức hút nước tăng dần từ lông hút đến mạch dẫn.
Qua không bào: Nhờ các sợi liên bào nối liền các không bào của các tế bào và đến mạch dẫn. Động lực để nước đi trong hệ thống khoongbaof là nhờ sức hút nước tang dần từ lông hút đến mạch dẫn.
Qua gian bào và mao quản cellulose của vách TB vào mạch gỗ (apoplast): Nhờ lực hút mao quản, lực trương của keo trong thành tế bào.
Khi vận chuyển đến đai casparian nước phải xuyên qua TB đai này nhờ hệ chất nguyên sinh ở 2 mặt chưa hóa bần, sau đó lại đi vào thành tế bào của phần nhu mô ruột để vào mạch dẫn.
Vai trò của đai Casparian: điều tiết các ion được cây hút vào.
CÂU HỎI:
2. Đai casparian làm thế nào buộc nước và chất khoáng phải đi qua màng sinh chất của tế bào nội bì?
3. Nhà khoa học cho 1 chất ức chế quang học tan trong nước vào 1 rễ cây, nhưng quang hợp không bị giảm, tại sao?
Trả lời:
1. Các TB thuộc đai casparian có thành phần hóa học quan trọng nhất là chất suberin khơng thấm nước. Chất này có vao trị ngăn chặn dịng nước tự do đi qua các tế bào, lái dòng nước này đi vào tế bài chất sống để kiểm soát.
2. Đai casparian ngăn chặn nước và chất khoáng di chuyển qua màng sinh chất của tế bào nội bì.
3. Nội bì điều chỉnh sự đi qua của các chất tan trong nước nhờ quy định tất cả các phần tử đó đi qua màng có tính thấm chọn lọc. Chất ức chế không đến được các tế bào quang hợp của cây.
Đai caspari là tên của 1 loại cấu trúc của thực vật trên cạn, được phát hiện và công bố đầu tiên nhờ nhà thực vật học người Đức Robert Caspary (1818 – 1887).
Đây là 1 tập hợp các hợp chất cấu tạo từ suberin và cả lignin bao quanh khoảng gian bào mỗi tế bào nội bì, tạo thành 1 vành đai xung quanh khoảng gian bào mỗi tế bào nội bì, hồn tồn khơng thấm nước và chất tan, nên nước từ môi trường vận chuyển vào rễ theo con đường gian bào đến lớp nội bì, hồn tồn khơng thấm nước và chất tan, nên nước từ môi trường vận chuyển vào rễ theo con đường gian bào đến lớp nội bì này coi như kết thúc, dịng nước và khống vào được các tế bào Xylem của mạch gỗ (hình). Nhờ đó, rễ ngăn được nước ở xylem mạch gỗ thẩm thấu ngược trở lại, đồng thời cây có thể điều chỉnh lượng nước và chất hịa tan.
(1)
Vị trí: Lớp tế bào nằm trong vành đai nội bì của rễ. (2) Cấu trúc:
- Ở TV 2 lá mầm là 1 vịng tế bào có thành dày theo hướng xun tâm, mỏng theo hướng tiếp tuyến cả bên trong và bên ngoài.
- Ở TV 1 lá mầm, là 1 vịng tế bào khép kín, thành tế bào dày và có chứa thành phần khơng thấm nước, trên vịng tế bào đó một số vị trí chưa các TB có thành bình thường, có khả năng cho nước đi qua.
(3) Chức năng:
- Ngăn nước và các chất khống hịa tan vận chuyển theo con đường thành tế bào – gian bào phải đi vào tế bào nội bì để điều chỉnh lượng nước, tốc độ vận chuyển và các chất khống được kiểm tra, ngăn khơng cho nước đi ngược trở lại.
Dòng nước và chất tan theo hướng mũi tên màu xanh là con đường nội bào ở rễ, lần lượt từ epidemi (biểu bì) – cortex (vỏ) – endodemi (nội bì) pericycle (trung trụ) – Xylem (mạch gỗ). Con đường ngoại bào (qua gian bào) đã bị đai caspari chặn lại.
Thực chất vành đai này không phải là 1 dải liên tục mà là tập hợp các “điểm” không thấm nước ở khoảng gian bào của lớp nội bì.
Đặc điểm cấu tạo giải phẫu của rễ góp phần tạo thuận lợi cho rễ hút nước.
- Cấu tạo của tế bào lơng hút: Khơng có cutin bao phủ như các tế bào biểu bì khác, nhân và tế bào chất tập trung ở đầu tận cùng phía ngồi của lơng hút nơi diễn ra hoạt động sinh lý mạnh nhất của q trình hút nước, khơng bào trung tâm lớn làm nhiệm vụ dự trữ nước.
- Số lượng lơng hút: Có thể chiếm tới 60% diện tích bề mặt của rễ (lúa mạch đen 4 tháng tuổi – Taiz và Zeiger, 2010)
Tế bào ngoại bì của mơ mềm vỏ dày để làm nhiệm vụ lọc nước; kiểu bó dẫn phóng xạ (bó gỗ và libe nằm xen kẽ nhau) để tạo thuận lợi cho sự vận chuyển nước vào xylem. Nội bì có vòng đai Caspary để tạo 1 chiều duy nhất vận chuyển nước từ ngoài vào trong mạch xylem qua lớp tế bào nội bì, đây là đặc điểm có ý nghĩa quyết định sự hình thành áp suất rễ, một động lực bên dưới của quá trình vận chuyển nước và khoáng trong cây.
Phân biệt 2 con đường: gian bào và tế bào chất
Đặc điểm Con đường vô bào Con đường tế bào
Con đường đi
Nước đi qua khoang trống giữa thành tế bào với màng sinh chất, các khoảng gian bào đến lớp tế bào đến lớp tế bào nội bì thì xuyên qua tế bào này để vào mạch gỗ của rễ.
Nước đi qua tế bào chất, qua không bào, sợi liên bào, qua tế bào nội bì rồi vào mạch gỗ của rễ
Tốc độ dòng nước
Tốc độ di chuyển của nước nhanh Tốc độ di chuyển của nước chậm do lực cản của keo chất nguyên sinh ưa nước và các chất tan khác.
Kiểm soát chất tan
Các chất khống hịa tan khơng được kiểm soát chặt chẽ
Các chất khoáng hào tan được kiểm tra bằng tính thấm chọn lọc của màng sinh chất.
3.2. Sự vận chuyển qua rễ
- Có 2 cách vận chuyển chất tan từ phần vỏ tới trung trụ của rễ:
Chất tan đi qua khoảng trống giữa các tế bào (khoảng gian bào) và khoảng trống tự do ở vách tế bào (Ca, Mg, Al)
Chất tan đi từ Tb này sang Tb khác bằng sợi liên bào: có khoảng 20.000 sợi liên bào / TB ở các TB nội bì của rễ lúa mạch cịn non.
Sau khi các ion được vận chuyển bên trong TB vào đến trung trụ, hầu hết các ion này được phóng thích vào trong mạch gỗ.
Có sự vận chuyển tích cực và thụ động xảy ra đồng thời để đưa ion từ dung dịch bên ngoài vào trong mạch gỗ.
b) Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phóng thích ion vào trong mạch gỗ Nồng độ bên ngoài
- Khi nồng độ ion bên ngoài gia tang dẫn tới nồng độ các ion trong nhựa mạch gỗ gia tang. Tuy nhiên, nồng độ ion tương đối giảm khi nồng độ bên ngoài gia tăng.
- Sự chênh lệch nồng độ giữa dung dịch bên ngồi và nhựa mạch gỗ giảm, thậm chí có thể giảm dưới 1 trong trường hợp các calcium.
- Dòng khối nhựa di chuyển đạt tối đa khi nồng độ bên ngoài là 1.0 mM. Khi nồng độ bên ngoài đạt 1.0 mM sự di chuyển này bị giới hạn bởi nồng độ ion trong mạch gỗ. - Nồng độ bên ngồi là 10 mM dịng nhựa bị giới hạn do sự hiện diện của nước (nghĩa
là tiềm năng nước cao trong dung dịch bên ngồi) và chênh lệch nồng độ khơng nhiều giưa dung dịch bên ngoài và mạch gỗ.
Nhiệt độ rễ gia tăng ảnh hưởng đến dòng khối nhựa di chuyển nhiều hơn là ảnh hưởng đến nồng độ ion trong nhựa. Nghĩa là nhiệt độ quyết định tốc độ phóng thích ion vào trong mạch gỗ và sự di chuyển của nước.
Sự tương tác ion:
- Sự cân bằng Cation – anion cần thiết cho việc phóng thích các ion vào trong mạch gỗ. - Tuy nhiên, ion đồng hành dường như có nahr hưởng đến tốc độ vận chuyển ngay cả
nồng độ bên ngoài thấp: Khi cung cấp KNO3 thì tốc độ di chuyển của nhựa hầu như cao gấp 2 lần so với cung cấp một lượng tương đương K2SO4.
- Tuy nhiên nồng độ của K gần như không thay đổi, nhưng nồng độ của nitrate và sulfate trong nhựa khác nhau rất lớn.
- Khi cung cấp K2 SO4, yếu tố làm hạn chế tốc độ di chuyển của nhựa có lẽ là do rễ cố gắng duy trì sự cân bằng cation, anion bằng cách tổng hợp các acid hữu cơ. Điều này làm giảm tốc độ phóng thích của K và Calcium vào trong mạch gỗ và chính vì vậy vận tốc di chuyển của nhựa cũng giảm 1 cách tương ứng.
Ảnh hưởng của thời gian chiếu sáng, trạng thái carbohydrate ở rễ.
- Sự phóng thích ion vào mạch gỗ có tương quan chặt chẽ với tình trạng carbohydrate của rễ.
-
- Quang kỳ có ảnh hưởng đế tình trạng carbohydrate của rễ vì vậy ảnh hưởng tới vận tốc và dịng nhựa di chuyển