- Tối: A.oxalo Tốc độ
SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT
CỦA THỰC VẬT
6.1. Khái niệm về sinh trưởng và phát triển.
Chúng ta đã nghiên cứu các hoạt động sinh lý của thực vật, được xem như những chức năng sinh lý riêng biệt như: sự trao đổi nước, quang hợp, hơ hấp, dinh dưỡng khống và nitơ, sự biến đổi và vận chuyển các chất hữu cơ ở trong cây. Các chức năng sinh lý này xảy ra một cách đồng thời và ln ln có mối quan hệ khăng khít ràng buộc với nhau. Kết quả hoạt động tổng hợp của các chức năng sinh lý đó đã làm cho cây lớn lên, ra hoa kết quả rồi già đi và chết, hay nói một cách khác đã làm cho cây sinh trưởng và phát triển. Như vậy sinh trưởng và phát triển là một quá trình sinh lý tổng hợp của cây, là kết quả của tồn bộ các chức năng và q trình sinh lý của cây.
6.1.1. Khái niệm về sinh trưởng.
Theo D.A. Xabinin: Sinh trưởng là quá trình tạo mới các yếu tố cấu trúc của cây một cách không thuận nghịch (các thành phần mới của tế bào, tế bào mới, cơ quan mới...) thường dẫn đến tăng về số lượng, kích thước, thể tích, sinh khối của chúng. Tuy nhiên không nên quan niệm sự sinh trưởng chỉ biểu hiện sự biến đổi về lượng một cách đơn thuần, vì khơng phải bao giờ sự sinh trưởng cũng dẫn đến sự biến đổi về kích thước và khối lượng. Chẳng hạn, lúc tạo yếu tố cấu trúc mới của nhân, tế bào tạm ngừng lớn lên, khi hạt trương nước thì trọng lượng chất khô không tăng, lúc ra hoa cây ngừng sinh trưởng về kích thước... Nói chung sự sinh trưởng của cây được biểu hiện ở những đặc điểm sau:
- Sự tăng về khối lượng và kích thước của cơ thể hoặc của từng cơ quan (sự tăng trưởng chiều cao của thân cây, chiều dài của cành, tăng diện tích của lá, tăng khối lượng quả, hạt...).
- Sự tăng thêm số lượng cơ quan, số lượng tế bào (cây mọc thêm cành, cành ra thêm lá, số lượng tế bào ở mô phân sinh tăng lên...).
- Tăng thể tích của tế bào, đặc biệt là tăng khối lượng chất nguyên sinh ( tế bào sau khi phân chia xong thì tiến hành quá trình giãn tế bào để tăng kích thước của tế bào và tăng khối lượng chất nguyên sinh của tế bào).
- Tăng các yếu tố cấu trúc của tế bào (hình thành các bào quan bên trong tế bào). - Tăng trọng lượng chất khơ của cây. Chẳng hạn ở thời kỳ chín hạt cây ngừng tăng về kích thước của các cơ quan, nhưng cây vẫn tích lũy thêm các chất hữu cơ về hạt. 6.1.2. Khái niệm về phát triển.
Sự phát triển là sự biến đổi chất lượng về sinh lý và hình thái thể hiện trong suốt chu kỳ sống của thực vật từ sự tạo thành hợp tử trên cây mẹ đến sự diệt vong của chúng
khi già. Qua đó một lần nữa thấy rằng sự sinh trưởng cũng như sự phát triển không phải là một chức năng sinh lý riêng biệt mà là quá trình tổng hợp của các chức năng sinh lý và hoạt động sống, mà kết quả của q trình đó đã dẫn đến sự biến đổi vật chất bên trong và ra hoa kết quả.
Theo Ghenken (1960): Sự phát triển là quá trình biến đổi về chất cần thiết xảy ra trong tế bào và quá trình hình thành cơ quan mới mà cây phải trải qua kể từ khi tế bào trứng được thụ tinh cho đến khi hình thành tế bào sinh sản mới.
Theo D.A.Xabinin (1963): Sự phát triển là sự biến đổi chất trong quá trình tạo ra các cấu trúc mới của cơ thể, do đó nó có thể thực hiện được chu kỳ sống của mình.
Theo Bonnơ (Bonner 1968): Sự phát triển là quá trình biến đổi sâu sắc trong tế bào trứng đã được thụ tinh nhờ sự phân chia liên tục của nó mà có được các kiểu tế bào riêng biệt (phân hóa tế bào) đặc trưng cho cơ thể trưởng thành.
Theo quan điểm của di truyền học hiện đại thì sự phát triển cá thể là quá trình thực hiện dần các chương trình di truyền đã được mã hóa trong phân tử ADN trong q trình phát triển cá thể. Chính vì vậy khơng nên coi sự phát triển chỉ là quá trình dẫn đến ra hoa kết quả đơn thuần, mà đó chỉ là một biểu hiện rõ nhất về sinh lý và hình thái của cây mà thơi. Cho nên sự ra hoa, ra qủa đó là một biểu hiện rõ nhất của sự phát triển hay còn gọi là biểu hiện đặc trưng của sự phát triển.
6.1.3. Mối quan hệ giữa sinh trưởng và phát triển.
Sự sinh trưởng và phát triển là biểu hiện về sự biến đổi về lượng và về chất của cơ thể thực vật trong chu kỳ sống của chúng. Trên quan điểm duy vật biện chứng thì sự biến đổi về lượng là cơ sở của sự biến đổi về chất, cũng như sự sinh trưởng về kích thước, trọng khối và hình thành các yếu tố cấu tạo mới là tiền đề cho sự phát triển và ngược lại sự phát triển là quá trình biến đổi về chất bên trong dẫn đến sự ra hoa kết quả lại thúc đẩy sự sinh trưởng. Như vậy giữa sinh trưởng và phát triển có mối quan hệ rất mật thiết với nhau. Ðây là hai mặt của một q trình biến đổi sinh lý, sinh hóa và hình thái của cây có tác dụng thúc đẩy lẫn nhau và khơng thể tách rời ra được.
Tuy nhiên hai q trình đó khơng phải lúc nào cũng đồng nhất. Sinh trưởng và phát triển yêu cầu các yếu tố ngoại cảnh không giống nhau, vì vậy hai q trình này có thể xảy ra không đồng nhất, sự không đồng bộ ấy có thể ghép vào ba trường hợp sau đây:
- Sinh trưởng tốt, phát triển chậm (chậm ra hoa kết qủa). - Sinh trưởng xấu, phát triển sớm (sớm ra hoa kết quả). - Sinh trưởng và phát triển cân đối.
Trong trồng trọt cũng thường thấy trên nhiều thửa ruộng bón nhiều phân, nhất là phân đạm hoặc đất quá tốt và tưới nhiều nước cho cây, cây trồng sinh trưởng thân lá rất mạnh, màu lá xanh biếc, nhưng ra hoa muộn và thường cho năng suất thấp. Hoặc trong trường hợp khơng bón đạm hoặc đất nghèo dinh dưỡng và khơng tưới nước cho cây dẫn đến cây sinh trưởng còi cọc, nhưng ra hoa sớm.
Trong thực tế sản xuất chúng ta cần điều khiển ruộng cây trồng sinh trưởng và phát triển cân đối, đó là tác động các biện pháp kỹ thuật như thời vụ gieo trồng, bón phân, tưới nước... hợp lý nhằm làm cho cây trồng ra hoa đúng thời vụ và đạt năng suất cao.
6.2. Cơ quan tiến hành sinh trưởng của cây. 6.2.1. Các mơ phân sinh.
Q trình sinh trưởng của cây được tiến hành ở các mô phân sinh do mô thường xuyên tăng số lượng tế bào. Trong cây có 3 loại mơ phân sinh.
* Mô phân sinh đỉnh (sinh trưởng dọc)
Sinh trưởng đỉnh do mô phân sinh đỉnh đảm nhận. Mơ phân sinh đỉnh có ở đầu ngọn, đầu cành và rễ, ở đó ln có q trình phân chia tế bào. Số lượng tế bào ở mô phân sinh đỉnh thường xuyên tăng lên kèm theo sự tăng kích thước tế bào. Dẫn đến làm tăng chiều cao của cây, chiều dài của cành và rễ.
* Mơ phân sinh lóng, đốt
Các loại cây có cấu tạo dạng lóng, đốt như mía, tre, nứa... thì ở phần gốc của lóng, đốt có mơ phân sinh lóng. Mơ phân sinh lóng thường xuyên phân chia tế bào, làm tăng số lượng và kích thước tế bào, dẫn đến tăng chiều dài của các lóng, đốt và chiều cao cây, chiều dài cành.
* Mô phân sinh tượng tầng (sinh trưởng ngang)
Sinh trưởng ngang do mô phân sinh tượng tầng đảm nhận. Ðây là loại mô đặc trưng cho các loại thân gỗ. Mô này nằm giữa phần libe và gỗ ở trong bao bó mạch của cây. Mô phân sinh tượng tầng làm tăng số lượng tế bào. Tạo ra bên ngoài là libe và bên trong là phần gỗ, giúp cây to về bề ngang.
6.2.2. Sự sinh trưởng và sự phân hóa của tế bào.
Sự sinh trưởng và phát triển của cơ thể thực vật cũng như của các mô, cơ quan gắn liền với sự sinh trưởng và phát triển của mỗi tế bào.
Tế bào thực vật được hình thành bằng con đường phân chia trong các mơ chun hóa gọi là mơ phân sinh. Sau đó các tế bào tăng kích thước và thể tích nhanh chóng trong các vùng giãn và cuối cùng được phân hóa thành các mơ chức năng đảm nhiệm các chức năng sinh lý riêng biệt gắn liền với sự thay đổi về cấu trúc đặc trưng cho các mô. Rõ ràng, mỗi tế bào thực vật cũng được sinh ra, lớn lên, hóa già và cuối cùng cũng chết phù hợp với chu kỳ phát triển của cây. Sự sinh trưởng của tế bào trải qua 3 pha: pha phân chia, pha lớn lên và pha phân hóa.
6.2.2.1. Pha phân chia tế bào.
Sự sinh trưởng của tế bào bắt đầu bằng sự phân chia tế bào trong các mơ chun hóa gọi là mơ phân sinh.
Sự phân chia tế bào xảy ra qua hai bước kế tiếp: Sự phân chia nhân (mitoz) trong đó có sự phân chia nhân thành hai nhân và sự phân bào (xytokinez) là sự phân chia tế bào hai nhân thành hai tế bào một nhân.
Trước khi xảy ra phân chia nhân thì địi hỏi nhân đơi lượng ADN của tế bào mẹ, tức là nhân đôi tất cả lượng thông tin di truyền mà tế bào mẹ vốn có. Chính vì vậy mà sự tổng hợp ADN xảy ra rất mạnh mẽ trong tế bào phơi sinh. Sau đó nhân được phân chia thành hai nhân.
Giai đoạn tiếp theo là sự phân bào: Một màng mỏng polisaccarit xuất hiện ở giữa tế bào. Nguồn gốc của lớp màng tế bào này là từ bộ máy Golgyl và Lưới nội chất. Lớp màng này nhanh chóng tăng trưởng để đạt đến thành tế bào chia đôi tế bào mẹ hai nhân thành hai tế bào con một nhân.
Ðặc trưng chung của tế bào trong pha phân chia là tế bào bé, đồng nhất, có kích thước như nhau, thành tế bào mỏng, tồn bộ thể tích tế bào chứa chất nguyên sinh và
nhân to, chưa xuất hiện không bào. Số lượng tế bào được tăng lên nhanh chóng, nhưng kích thước tế bào chỉ tăng gấp đơi, vì kích thước tế bào đạt như tế bào mẹ thì sự phân chia tế bào lại xảy ra. Ðể cho quá trình phân chia tế bào thuận lợi thì trước hết phải có phytohormone hoạt hóa sự phân chia tế bào, đó là cytokinine, ngồi ra các chất như auxin, giberellin cũng có vai trị kích thích nhất định sự phân chia tế bào. Mặt khác điều kiện ngoại cảnh cũng ảnh hưởng tới sự phân chia tế bào, đặc biệt các yếu tố như nước, nhiệt độ, các chất dinh dưỡng....
6.2.2.2. Pha lớn lên của tế bào.
Ðây là giai đoạn tế bào tăng nhanh về kích thước và khối lượng. Ðặc trưng của pha này là bắt đầu xuất hiện không bào. Ban đầu khơng bào có kích thước nhỏ và số lượng nhiều. Sau đó các khơng bào nhỏ liên kết lại với nhau thành không bào to hơn và các không bào to hơn tập hợp thành một không bào trung tâm duy nhất. Không bào trung tâm lớn nhanh và đẩy chất nguyên sinh và nhân ra sát thành tế bào. Kích thước của tế bào tăng lên rất nhanh chóng. Sự giãn nhanh chóng của tế bào là kết quả của hai hiệu ứng: Sự giãn thành tế bào và sự tăng thể tích khơng bào và chất nguyên sinh gắn liền với quá trình sinh tổng hợp các vật liệu cần thiết cho xây dựng thành tế bào và chất nguyên sinh. Chẳng hạn tăng cường tổng hợp cellulose, hemicellulose, pectin...để tạo nên các lớp vỏ tế bào mới và giãn thành tế bào cũ; Tăng cường sinh tổng hợp protein để tăng khối lượng chất nguyên sinh và các bào quan... Ngoài ra, sự hấp thu nước thẩm thấu của khơng bào có ý nghĩa quan trọng, tạo nên lực đẩy lên thành tế bào làm cho các vi sợi cenlulose vốn bị cắt đứt lực liên kết với nhau có điều kiện trượt lên nhau mà giãn ra.
Ðiều kiện quan trọng nhất cho tế bào giãn được là sự có mặt của các phytohormone kích thích sự giãn của tế bào. Chất quan trọng nhất là auxin và giberellin. Sự sinh trưởng của tế bào có thể tăng lên 6-8 lần khi có mặt của auxin. Vai trị của auxin hoạt hóa bơm H+ ở màng ngồi, bơm H+ vào thành tế bào. Sự giảm pH thành tế bào (pH= 4-5) sẽ hoạt hóa các enzyme phân hủy các cầu nối ngang giữa các bó vi sợi cenlulose và làm cho chúng tách rời nhau. Dưới tác động của sức trương do hấp thu nước thẩm thấu vào không bào mà các vi sợi cenlulose đó có thể vận động trượt theo các hướng khác nhau và kết quả thành tế bào giãn ra. Song song với quá trình giãn này thì có q trình sinh tổng hợp các vật liệu mới xây dựng thành tế bào ở vị trí đã giãn (cenlulose, hemicenlulose, protopectin...). Giberellin với sự giãn của tế bào ngoài cơ chế bơm proton như auxin, nó cịn kích thích các enzyme thủy phân liên quan đến cơ chế hấp thu nước thẩm thấu của tế bào và tăng cường hàm lượng auxin nhờ tăng hàm lượng triptophan.
Ðiều kiện ngoại cảnh cực kỳ quan trọng cho sự giãn của tế bào là nước. Vì sự hấp thu nước thẩm thấu vào không bào có ý nghĩa quyết định cho sự giãn của tế bào. Các nguyên tố dinh dưỡng cũng có ý nghĩa quan trọng lên sự giãn tế bào như nitơ, phơtpho vì chúng là thành phần của prơtêin, phôtphatit là những hợp chất quan trọng cấu trúc nên chất nguyên sinh và tăng sinh khối.
6.2.2.3. Pha phân hóa của tế bào.
Các tế bào sau khi hoàn thành pha giãn bằng các con đường khác nhau mà chúng phân hóa thành các tế bào của các loại mô thực hiện các chức năng sinh lý riêng biệt, cho nên về hình thái và cấu trúc của tế bào đã thay đổi nhiều. Sự phân hoá này nhờ một số gen ở bên trong tế bào quy định. Chẳng hạn một số tế bào mất hết chất nguyên sinh và hóa gỗ như tế bào của mô dẫn; Một số tế bào theo hướng giảm nhân và ty thể (tế bào rây); Một số tế bào theo hướng hình thành lục lạp (mơ dậu) hoặc cutin hóa, suberin hóa
(mơ bì).... Trong cây có khoảng 15 loại tế bào chun hóa của các mơ chức năng, nhưng suy cho cùng thì chúng đều được phân hóa từ một tế bào khởi nguyên là hợp tử.
Sở dĩ có sự phân hóa theo các đường hướng khác nhau để hình thành nên nhiều loại tế bào hồn tồn khác nhau là do sự hoạt hóa phân hóa các gen vốn có trong mỗi tế bào, tức là q trình mà một gen trước đây khơng hoạt động nay được hoạt hóa và đồng thời một số gen đang hoạt động thì bị ức chế và ngừng hoạt động. Do đó sự phân hóa tế bào chỉ là sự hoạt hóa phân hóa gen mà khơng làm cho tế bào có thêm hoặc mất đi vốn gen của chúng.
6.3. Sinh trưởng của các cơ quan, cơ thể. 6.3.1. Sinh trưởng của rễ.
Rễ được tạo thành từ miền sinh trưởng rễ. Trong rễ đang sinh trưởng có 4 miền khác nhau. Chóp rễ là miền phôi thai, tiếp theo là miền kéo dài, miền lông hút và cuối cùng là miền phân nhánh của rễ. Các miền riêng biệt có q trình sinh trư0ởng đặc trưng riêng, có hoạt động sinh lý, trao đổi chấtphù hợp chức năng miền đó đảm nhận.
Phần đầu tiên của rễ là chóp rễ xảy ra sự phân bào mạnh mẽ mà khơng tăng kích thước của tế bào, phần này dài khoảng 1,5 mm. Tiếp theo vùng chóp rễ là vùng mà các tế bào lớn lên về thể tích, vùng này có chiều dài khoảng 2,5 mm. Trong 4 mm của vùng sinh trưởng này tiến hành các quá trình phân chia và lớn lên của tế bào. Miền tiếp theo là miền các tế bào phân hóa mà khơng lớn lên nữa.
Trong rễ đang sinh trưởng, ở vùng đầu tiên của bao rễ người ta tìm thấy một nhóm tế bào đặc biệt có hàm lượng axit nucleic thấp, khơng có khả năng tổng hợp ADN, do vậy các tế bào này không phân chia, những tế bào này làm nhiệm vụ bảo vệ cho chóp rễ.
Thành phần hóa học ở các miền sinh trưởng khác nhau của rễ rất khác nhau. Lượng