- Các dạng nước trong cây.
1. Cơ chế hấp thụ chất khoáng.
1.2.1. Cơ chế hút khoáng bị động.
Theo cơ chế này rễ cây có thể hút các chất khống bằng các cơ chế mang tính chất thụ động dựa theo quá trình khuếch tán và thẩm thấu, quá trình hút bám trao đổi. Đây là q trình mang tính chất vật lý đơn thuần.
Đặc trưng của cơ chế hút khoáng bị động là :
- Q trình xâm nhập chất khống khơng cần cung cấp năng lượng, không liên quan đến trao đổi chất và khơng có tính chọn lọc.
- Phụ thuộc vào sự chênh lệch nồng độ ion trong và ngoài tế bào (gradient nồng độ) và hướng vận chuyển theo gradient nồng độ.
- Chỉ vận chuyển các chất có thể hịa tan và có tính thấm đối với màng.
Tốc độ xâm nhập của các chất tan (V) vào tế bào được xác định theo công thức : V = Const. K. M-l/2 (Co - Ci)
Trong đó:
K: hệ số biểu thị tính tan của chất tan trong lipid M: phân tử lượng của chất tan khuếch tán.
Co ; Ci: nồng độ các chất khuếch tán ở ngoài và trong tế bào. Const: hằng số khuếch tán.
- Tính hịa tan của chất tan trong lipid (K) càng cao thì xâm nhập càng mạnh - Phân tử lượng của chất tan (M) càng nhỏ thì càng dễ xâm nhập.
- Sự chênh lệch nồng độ chất khuếch tán càng lớn thi ion xâm nhập càng nhanh. Tuy nhiên khi có đủ các điều kiện cho sự khuếch tán thì tốc độ khuếch tán tự nhiên chậm hơn rất nhiều so với khuếch tán của chất tan trong tế bào. Như vậy ở trong tế bào tồn tại một số cơ chế bổ trợ nào đó để đẩy nhanh tốc độ khuếch tán. Đó chính là khuếch tán có xúc tác. Đây cũng là cơ chế xâm nhập chất tan thụ động vì khơng tiêu tốn năng l- ượng của q trình trao đổi chất. Có thể có một số cơ chế sau:
- Ionophor
Đây là các chất hữu cơ trên màng có thể dễ dàng liên kết có chọn lọc với ion và đưa ion qua màng mà khơng cần năng lượng. Đã có các nghiên cứu về bản chất hóa học và cơ chế hoạt động mang ion của các chất đóng vai trị là các ionophor. Các chất này thường được chiết xuất từ các vi sinh vật như valinomicine từ Streptomyces, chất nonactine từ Actinomyces....Khi các chất này tác động lên màng thì làm cho tính thấm của màng tăng
lên làm sự xâm nhập của ion qua màng rất dễ dàng. Sự kết hợp giữa ionophor với các ion mang tính đặc hiệu cao.
- Kênh ion
Trên màng sinh chất và màng khơng bào có rất nhiều lỗ xun qua màng có đường kính lớn hơn kích thưước của các ion, tạo nên các kênh cho các ion dễ dàng xuyên qua. Tuy nhiên các kênh ion cũng có tính đặc hiệu. Mỗi ion có kênh hoạt động riêng và cũng có thể đóng và mở và tùy theo điều kiện cụ thể.
- Thế xuyên màng
Quá trình vận chuyển các ion qua màng dẫn đến sự chênh lệch nồng độ ion hai phía của màng và tạo nên một thế hiệu xuyên màng. Hiệu điện thế đo được có thể đạt 50- 200mV và thường âm phía bên trong tế bào. Nhờ thế xuyên màng này mà các cation có thể đi theo chiều điện trường từ ngồi vào tế bào, cịn các anion có thể liên kết với ion H+
để vận chuyển vào trong.
Tuy nhiên cho đến nay chưa có ý kiến thống nhất về mức độ tham gia của quá trình khuếch tán trong sự hút chất khoáng của cây. Một số ý kiến cho rằng quá trình khuếch tán có ý nghĩa đáng kể trong sự hút chất khống ở mơi trường đất mặn, hoặc khi cây già, khi rễ cây bị thương tổn ... Một số ý kiến khác lại cho rằng một phần đáng kể của bộ rễ gồm thành tế bào, gian bào, và một phần nguyên sinh chất được các ion khuếch tán qua lại tự do.
Quá trình hút bám trao đổi chất khống theo cơ chế thụ động 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. Cơ chế hút bám trao đổi nầy biểu hiện rõ rệt ở giai đoạn đầu tiên của q trình hút khống. Các ion đi vào rễ nhờ hút bám trên các gốc mang điện trái dấu trên thành xenluloza và màng sinh chất và nhờ việc đẩy ra ngoài một lượng tương đương các lon cùng dấu đã bám trên đó.
Q trình phân phối theo cân bằng Donnan: Các ion được phân phối cân bằng giữa môi trường trong và ngoài tế bào rễ qua màng ngăn cách. Màng này chỉ cho một số ion đi qua mà không cho một số ion khác đi qua. Cân bằng Donnan giải thích hiện tượng nồng độ chất khống trong dịch tế bào cao hơn nhiều so với mơ trường ngồi nhau sau: khi các
ion xâm nhập vào dịch tẽ bào được liên kết với các chất khác trong tế bào, nhờ vậy gradient nồng độ vẫn giữ được cân bằng trong suốt thời gian hút khoáng.
Tuy nhiên bằng kết quả thực nghiệm, các nhà sinh lý thực vật đã chỉ ra nhiều thiếu sót của các cơ chế hút khống theo tính chất thụ động như:
- Giữa sự hút nưước và hấp thụ các chất khống khơng có mối quan hệ chặt chẽ. - Giữa các ion cùng dấu khơng có quan hệ cạnh tranh nhau trong quá trình hấp thụ . - Khơng thể xem màng tế bào là một màng lọc thụ động khi áp dụng cân bằng Donnan để giải thích sự xâm nhập của các ion vào tế bào.