Bài giảng Sinh lý học thực vật - Chương I: Sinh lý tế bào thực vật

SINH LÝ HỌC THỰC VẬT 2 TC: - 23 TIẾT LÝ THUYẾT 7 TIẾT THỰC HÀNH GV: TS. TRẦN THẾ HÙNG TEL: 0912.223.773 E-MAIL: TRANHUNGQBU@GMAIL.COM CẤU TRÚC MÔN HỌC LÝ THUYẾT: 7 CHƯƠNG - Chương 1: SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT - Chương 2: SỰ TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT - Chương 3: DINH DƯỠNG KHOÁNG VÀ NITƠ (NITROGEN) Ở THỰC VẬT - Chương 4: QUANG HỢP - Chương 5: HÔ HẤP CỦA THỰC VẬT - Chương 6: SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT - Chương 7: SINH LÝ CHỐNG CHỊU CỦA THỰC VẬT THỰC HÀNH: 7 BÀI Bài 1: Bài 2: Bài 3: Bài 4: Bài 5: Bài 6: Bài 7: Bài mở đầu: SINH LÝ HỌC THỰC VẬT LÀ GÌ? Nó là gì? Nó phát triển như thế nào? Nó liên quan đến cuộc sống như thế nào? Tiềm năng cho tương lai? Nó là gì? Bắt nguồn từ sinh học Sinh lý học: Là khoa học nghiên cứu về các hoạt động sống của sinh vật (sinh lý). Là môn khoa học: Tính lý thuyết, Tính thực nghiệm. Các đặc điểm: Một định nghĩa? Nó phát triển như thế nào? Khoa học về cây trồng (botany—from three Greek words botanikos (botanical), botane (plant or herb), and boskein (to feed), and the French word botanique (botanical)): Stone Age. Microscope? - 1590? - Anton van Leeuwenhoek (1632–1723)? Ngày nay: 200,000 lần Plant physiology: J. B. van Helmont (1577–1644): (thí nghiệm kinh điển?) thực vật không có nhu cầu dinh dưỡng như động vật. Sinh lý học thực vật hiện đại : làm gì?? Plant anatomy: Marcello Malpighi  (1628-1694)  người  Ý : phát hiện ra các mô khác nhau trong thân và rễ Nehemiah Grew (1628-1711)  người  Anh : đã mô tả cấu trúcgỗ chính xác hơn so với bất kỳ  người nào trước ông Plant taxonomy: Carolus Linnaeus (1707–1778) Plant geography: 19th century Plant ecology: 19th century Nó liên quan đến cuộc sống như thế nào? Tại sao, như thế nào tất cả cuộc sống trên trái đất phụ thuộc vào thực vật? 98% của tổng số sinh khối của trái đất từ thực vật . Chuyển đổi CO2 thành O2 (11 năm?) Dân số thế giới: + 20 tr 6000 năm BC, +1850: 1tỷ, +1980: 4,48 tỷ, +2011: 7 tỷ, +2025: 7,8 tỷ - Sự phụ thuộc của con người và động vật vào thực vật? Thực vật trong tương lai Thực vật tương lai như thế nào? Chúng ta phải làm gì? Các ngành học về thực vật trong tương lai: Plant anatomy - Plant physiology Plant ecology Plant taxonomy Plant geography Genetics Cell biology Economic botany and ethnobotany CUỘC SỐNG TỰ NHIÊN NHỮNG TÍNH NĂNG CỦA DẠNG SỐNG: CẤU TRÚC VÀ THÀNH PHẦN SINH TRƯỞNG SINH SẢN PHẢN XẠ KÍCH THÍCH TRAO ĐỔI CHẤT CẤU TẠO PHỨC TẠP THÍCH NGHI VỚI MÔI TRƯỜNG TÍNH CHẤT HÓA-LÝ CƠ BẢN CỦA SỰ SỐNG Chương I: TẾ BÀO I. LỊCH SỬ: 1665: Robert Hooke: Cellulae Thập niên 1670: Animalcules Marcello Malpighi Nehemiah Grew Anton van Leeuwenhoek Đến 1800: phát triển chậm 1809, Jean Baptiste de Lamarck: sự sống được vấu tạo từ mô tế bào 1824, René J. H. Dutrochet: tất cả các dạng thực vật và động vật được cấu tạo từ các dạng khác nhau của tế bào. 1831, Robert Brown: nucleus Matthias Schleiden: nucleolus 1838 to 1839: Schleiden and Theodor Schwann (German zoologist): lý thuyết tế bào 1858, German scientist, Rudolf Virchow: mọi tế bào đều bắt đầu từ tế bào có trước và không có tế bào tự tạo Louis Pasteur: 1897, German scientist Eduard Buchne: During the first half of the 20th century Kính hiển vi hiện đại Kính hiển vi nhẹ: compound microscopes: 1,500, dissecting microscopes (stereomicroscopes): 30 A compound light microscope. A stereomicroscope (dissecting microscope). Electron microscopes: Transmission electron microscopes: 300.000 Scanning electron microscopes: 30 to 10,000 Scanning electron microscopes Gerd Binnig and Heinrich Rohrer: 1982: scanning tunneling microscope. EUKARYOTIC CELLS PROKARYOTIC CELLS Cấu trúc và thông tin tế bào Cấu trúc: - Kích thước: nhỏ, không thấy bằng mắt thường TB thực vật bậc cao: 10-100 micrometers 1 inch: khoảng 500 TB có kích thước trung bình Prokaryotic (bacterial) cells: nhỏ hơn 0,5 micrometers TB tảo xanh ( Acetabularia) : 2 and 5 cm chiều dài TB sợi cây tầm ma: 20 cm chiều dài Câu hỏi: vì sao TB có kích thước nhỏ như vậy? Sơ đồ cấu trúc TB thực vật TB thực vật Thành tế bào Không bào Chất nguyên sinh Các bào quan (nhân, lục lạp, ti thể, các cấu trúc siêu hiển vi) Hệ thống màng Chất nền (khuôn tế bào chất Anatomy of a young plant cell Transmission electron micrograph of a young plant cell with cross sections of two chloroplasts visible. ×20,000. Có bao nhiêu TB trong cây? 1 lá trưởng thành: 50 triệu TB 1 cây lê trưởng thành: 15 nghìn tỷ Scanning electron micrograph. ×20,200 Diagram showing interpretation of structures in the micrograph. 2. Thành TB Redwoods california: cao hơn 100m Khối lượng: hàng trăm tấn, làm sao đứng vững? Sự đa dạng về thành TB: tạo nên cấu trúc và chức năng khác nhau của TB 2.1.Chức năng: Thành phần cấu trúc chính: cellulose,  bao gồm 100 đến 1 5.000 mono glucose chuỗi dài 2.2. đặc trưng cơ bản Bền vững về cơ học: cellulose Tính mềm dẻo, linh hoạt: hemicellulose 2.3. thành phần hóa học Cellulose Hemicellulose 2.4. Cấu trúc Lớp giữa (Middle lamella): chứa 1 lớp pectin, hình thành đầu tiên - Nhiệm vụ: gắn kết các tế bào Lớp sơ cấp: mạng lưới cellulose, hemicellulose, pectin, and glycoproteins Lớp thứ cấp: được tạo thành bên trong tường sơ cấp, làm thành TB dày lên, cấu tạo từ lignin và một phức hợp polimer. - Đảm bảo độ bền a  | Cell wall containing cellulose microfibrils, hemicellulose, pectin, lignin and soluble proteins.  b  | Cellulose synthase enzymes are in the form of rosette complexes, which float in the plasma membrane.  c  | Lignification occurs in the S1, S2 and S3 layers of the cell wall. Trao đổi chất giữa các tế bào A. A diagram of two adjacent cells connected by a plasmodesma. B. A diagram of adjacent cells depicting the relative locations of the nucleus, endoplasmic reticulum, and a desmotubule. (A. © Biophoto Assoc/Photo Researchers, Inc.) plasmodesmata : sugars, amino acids, ions và các chất khác. 3. Không bào (Vacuole) Chứa dịch bào ( các muối vô cơ, đường, các loại acid hữu cơ (malic, citric, succinic), pectin, tanin, amide, protein hoà tan ), enzym, các chất xúc tác và các chất có hoạt tính sinh lý cao. Cấu trúc : màng không bào bao ngoài và khối dịch bào ở giữa. Chức năng : chứa dịch bào áp suất thẩm thấu l à cơ sở để tiến hành trao đổi nước và muối khoáng với môi trường bên ngoài. Thực vật trưởng thành: > 90% thể tích Vì sao tên là không bào? Hiện tượng lá màu đỏ, héo, khô, có bao nhiêu không bào trong TB? 4. Chất nguyên sinh Thực hiện các hoạt động sinh lý của cây Hệ thống màng Các bào quan Chất nền 4.1. Màng sinh chất (Plasma membrane) 4.1.1. Chức năng: Bao bọc, bảo vệ, định hình Điều chỉnh trao đổi chất 4.1.2. Cấu tạo: Lớp kép phospholipids: vùng hydrophilic (đẩy nước) và hydropholic (hút nước) Proteins: + Trong màng: giá đở + Xuyên màng: nhận biết thông tin + Ngoài màng: trao đổi chất Dày: 8 nanometer Ư a nước Kỵ nước 4.3. Vận chuyển chất Cần bổ sung thêm 4.2. Nhân Là trung tâm điều khiển, lưu giữ, di truyền thông tin Hình cầu hoặc elip, 2-12 micrometer đường kính, có màu hơi xám Nhân được bao bọc bởi một lớp màng kép gọi là màng nhân (nuclear envelope), bên trong có: – Nhiễm sắc chất (chromatin) – Dịch nhân = chất nhân (nucleoplasm) – Hạch nhân (nucleolus) Màng nhân (nuclear envelope): Có nhiều lỗ cách nhau 50-75 nanometers, Có đường kính từ 10-20 nanometers, chiếm 1/3 diện tích bề mặt màng. Dịch nhân = chất nhân (nucleoplasm): chứa các sợi nhỏ (đk: 10nm), một số cơ quan lớn hơn, trong đó có hạch nhân Hạch nhân (nucleolus), nhiều hạch nhân (nucleoli): ARN, ADN và các protein liên quan Nhiễm sắc thể: bao gồm protein và DNA, số lượng tùy thuộc vào loài Theo Birnstiel (1963): 73,8% protein, 14% AND, 12,1%ARN trọng lượng khô Dịch nhân 4.3. Mạng nội chất- ER (Endoplasmic Reticulum) Một hệ thống các xoang và túi màng bao quanh nhân   C hức năng :   biến đổi  protein hình thành các phân tử  lipid , vận chuyển các chất bên trong  tê bào . Có hai loại mạng lưới nội chất là loại có hạt (do có gắn  riboxsome ) và loại trơn (không có ribosome). 4.4. Ribosome Có hình elip, bề mặt cấu tạo phức tạp Có hai tiểu đơn vị: gồm các RNA và protein Đường kính: 20nm Khoảng 55 protein trong tế bào không nhân và cao hơn trong tế bào có nhân Ribosome có thể nằm tự do trong  tế bào chất hay bám trên màng của  mạng lưới nội chất . Chức năng: quá trình sinh tổng hợp protein của tế bào A small portion of the endoplasmic reticulum and ribosomes in a young leaf cell of corn (Zea mays). ×100,000. 4.5. Phức hợp Golgi (Dictyosomes) 1898: Camilo Golgi phát hiện ở TB động vật Thành phần hóa học: protein, lipit nghèo enzim Cấu trúc: thể lưới, các bóng và túi xếp liền nhau thành bó Chức năng: Tham gia chế biến protein được vận chuyển từ mạng nội sinh chất tới. Thu nhận chất thải của tế bào để bào tiết 4.6. Lục lạp (chloroplasts) Cấu tao: - Bào quan đặc trưng của thực vật, có màu xanh Hình dạng, kích thước đa dạng Thực vật bậc cao: hình bầu dục, dài 5-10, dày 2-3 micrometers Số lượng: có thể một (ở một số tảo), hoặc 75-125 ở thực vật bậc cao Thành phần hóa học phức tạp: protein (30-45%), lipit (20-40%), các nguyên tố khoáng, vitamin, hơn 30 loại enzim, AND (0,5%), ARN (2-3%) khối lượng khô Cấu trúc lục lạp: Lớp màng kép ở ngoài. Bên trong: Stroma: chất hữu cơ không màu gồm nhiều protein chứa các enzim tham gia quang hợp Grana: có khoảng 40-60 mỗi lục lạp Granum: từ 2 đến 3 hoặc hơn 100 thylakoids chồng xếp lên nhau.  Màng thylakoid có chứa chất diệp lục màu xanh lá cây và các sắc tố khác. Sự quan trọng của các thylakoid? 4.7. Ti thể (Mitochondria) Chức năng: Sản xuất năng lượng cho các hoạt động của tế bào thông qua quá trình hô hấp Khả năng tổng hợp protein, phosphorlipide, acid béo, một số hệ enzyme như cytochrome. Cấu tạo: Hình dạng kích thước và số lượng thay đổi tùy theo tế bào và tùy thuộc vào thời kỳ sinh trưởng Có thể di chuyển trong tế bào đến vùng có quá trình trao đổi chất mạnh. Tế bào trưởng thành: 500-2000 ti thể Thành phần: protein chiếm 65- 75%, lipide 20- 30%, ARN 1%, ADN 0,5%, Glucide 1%, Fe, Cu... nhiều hệ enzyme. Cấu trúc: rất phức tạp - Màng cơ sở có 2 lớp: lớp ngoài trơn, lớp trong cuộn gờ (hình răng lược). Giữa hai lớp màng: khối cơ chất dày 8- 10 nm, chứa nhiều loại enzyme. Trên hình răng lược : nhiều hệ enzyme tham gia vào trao đổi chất và năng lượng. 4.8. Các bào quan có cấu trúc siêu hiển vi (microbodies) Peroxisomes: chứa các enzym cho quá trình quang hô hấp (chương hô hấp) Glyoxisomes: chuyển hóa chất béo thành đường phục vụ cho quá trình nảy mầm của hạt Lysosome: chứa các enzym thủy phân thực hiện chức năng tiêu hóa 4.9. Khung tế bào Cấu tạo từ 2 dạng sợi: microtubules and microfilaments. Microtubules: Cấu tao: dạng ống mỏng, rỗng bao gồm các protein gọi là tubulins ,  độ d ài khác nhau, đường kính từ 15 -25 nm . Chức năng: nâng đở tế bào, tham gia quá trình phân chia tế bào Microfilaments: Cấu tạo: mỏng hơn 3-4 lần so với microtubules và có đường kính 6nm. Chức năng: truyền tế bào chất A small portion of a plant cell wall with microtubules more or less perpendicular to it. ×100,000. (Electron micrograph courtesy John Z. Kiss) Các loại tế bào của thực vật 5. MÔ TẾ BÀO (MERISTEMATIC TISSUES) Thực vật có khu vực tăng trưởng thường xuyên gọi là meristems, nơi các tế bào chủ động phân chia Đỉnh mô: ở gần hoặc đỉnh của chồi, rễ (mô sơ cấp), tăng trưởng chiều cao, sâu Mô ngang: tăng trưởng chu vi rễ và thân cây (mô thứ cấp) Intercalary Meristems: ở các loại cỏ Mô: gồm 1 hoặc nhiều loại tế bào Mô đơn giản: Parenchyma (Nhu mô):  những tế bào có vách mỏng celluloz, tế bào mềm dẻo nhất , có khả năng phân chia và chuyên hóa thành các loại tế bào khác. Chứa nhiều lục lạp (chlorenchyma): trong lá cây-quang hợp Hầu hết trái cây, rau, lớp biểu bì Collenchyma: có tế bào sống và có thể sống thời gian dài Thành tế bào thường dày hơn nhu mô ở phía dưới lớp biểu bì Sclerenchyma Tế bào có tường thứ cấp, dày, thấm lignin Là tế bào chết, có chức năng chống đở Hai dạng: sclereids and fibers Sclereids: phân phối ngẫu nhiên trong các mô khác (ví dụ vỏ hạt) Fibers: kết hợp với một số mô khác  trong rễ, thân, lá, và trái cây Sợi được sử dụng trong công nghiệp: 40 loại sợi cho hàng dệt may, dây thừng, dây dù, và các sản phẩm khác Sclereids (stone cells) of a pear in cross section. ×1,000. Mô phức tạp Chứa 2 loại tế bào trở lên Xylem (chât gỗ) Phloem (libe): vỏ cây Chức năng: vận chuyển nước, ions, các chất hòa tan Periderm (chu bì): lớp vỏ bên ngoài thân gỗ, tế bào hóa bần