Bài giảng Sinh lý học thực vật - Chương II: Nước và thực vật

CHƯƠNG II-NƯỚC VÀ THỰC VẬT Các khái niệm Nước Cấu trúc phân cực Liên kết hidro 1. Khuếch tán Ví dụ: ? Định nghĩa: chuyển động của các phân tử hay ion từ một khu vực c ó nồng độ tập trung cao hơn  tới  một khu vực  có  nồng độ thấp hơn được gọi là khuếch tán Tốc độ khuếch tán phụ thuộc: nhiệt độ, mật độ, trạng thái vật chất Cân bằng khuếch tán: 2. Thẩm thấu (Osmosis) Semipermeable? L ớp màng mà các chất khác nhau khuếch tán  qua với tỷ lệ khác nhau gọi là màng bán thấm. Trong tế bào thực vật, thẩm thấu  về bản chất là sự khuếch tán của nước qua một màng bán thấm từ một vùng nước  có nồng độ cao đến   vùng có nồng độ thấp hơn. Thẩm thấu chấm dứt nếu nồng độ nước trên cả hai mặt của màng tế bào trở nên bằng. Osmotic potential: là áp lực cần thiết để ngăn ngừa thẩm thấu Pressure potential: áp suất trương phát triển chống lại thành tế bào (không cho nước vào tế bào) Water potential: về bản chất là sự kết hợp giữa osmotic potential and pressure potential. Nếu có hai tế bào cạnh nhau có Water potential khác nhau. Điều gì sẽ xảy ra? Vì sao có sự chuyển động nước từ đất vào rễ lên thân lá? A. A turgid cell. Water has entered the cell by osmosis, and turgor pressure is pushing the cell contents against the cell walls. B. Water has left the cell, and turgor pressure has dropped, leaving the cell flaccid. The vacuole has disappeared. ×200. Plasmolysis: là sự mất nước của tế bào đi cùng với sự so rút của nguyên sinh chất rời khỏi màng tế bào. Ví dụ? A portion of a leaf of the water weed Elodea. A. Normal cells. B. Plasmolyzed cells. ×100. Imbibition: là hiện tượng hấp thụ nước bằng sự phân cực trong tế bào thực vật (không bằng thẩm thấu) Bước đầu của này mầm hạt giống 3. Vận chuyển chủ động C ây trồng hấp thụ và giữ lại các chất tan chống lại gradient khuếch tán (hoặc điện)  với hao phí năng lượng. Tích tụ lượng chất hữu cơ hòa tan có nồng độ cao Có khả năng bài tiết muối dư thừa Nước và vai trò với cây 1000 g nước được hút vào cây thì 1,5-2,0 g được sử dụng để tổng hợp các chất hữu cơ, còn lại hơn 90% bay hơi qua khí khổng, hơn 5% qua biểu bì Cây ngũ cốc: thoát 15 lit nước mỗi tuần Cây gỗ cứng cần 450 lit nước để tạo 0,45 kg gỗ 200.000 lá bạch dương sẽ thoát hơi nước 750 đến hơn 3.785 lít mỗi ngày trong mùa sinh trưởng Trong tế bào: 30% tổng số nước dự trữ trong không bào, 70% trong chất nguyên sinh và thành tế bào. Quả: 85-95%, hạt: 10-15% hoặc thấp hơn. Các cơ quan dinh dưỡng có hàm lượng nước cao hơn so với các cơ quan sinh sản Trong thành tế bào, chất nguyên sinh và dịch bào nước ở trạng thái lỏng. Trong các khoảng gian bào nước ở trạng thái hơi. Hàm lượng nước phụ thuộc vào điều kiện môi trường và sự phát triển cá thể của thực vật. Hàm lượng nước thay đổi theo ngày, mùa. Tên thực vật và cơ quan Hàm lượng nước (%) Tảo 90-98 Lá cây Xà lách, Hành, quả Cà chua, Dưa chuột 94-95 Lá Cải bắp, củ Su hào 92-93 Củ Cà rốt 87-91 Quả Táo, Lê 83-86 Củ Khoai tây 74-80 Lá cây gỗ, cây bụi 79-82 Thân cây gỗ (gỗ tươi vừa xẻ) 40-50 Hạt khô không khí (Lúa mì, Lúa nước, Ngô) 12-14 Tại sao tế bào cần nhiều nước? Cơ thể thực vật: nước khoảng 90-95% trọng lượng tươi ở tế bào trẻ. Hoạt động của hàng ngàn enzim và các hoạt động hóa học khác xảy ra trong nước, kể cả quang hợp. Cần thiết cho sưc trương tế bào, độ cứng cho cây thân thảo Sự thoát hơi nước: điều hòa cơ thể thực vật, tránh nắng gắt III. Vận chuyển nước trong cây Làm thế nào để nước đi qua rễ 3-6 mét hoặc lớn hơn bên dưới mặt  đất và sau đó lên thân ,  lá trên cùng của một cây là có thể c ao 90 mét? 1682 theEnglish scientist Nehemiah Grew: các tế bào xung quanh mạch chất gỗ  (xilem) và tracheids thực hiện một hoạt động bơm đẩy nước . nước cũng tăng lên trong chiều dài của thân cây chết ? Marcello Malpighi: hoạt động mao dẫn di chuyển nước. Nâng nước lên 1 m: dễ dàng bởi áp suất của rễ. Nhưng đến ngọn cây? Lý thuyết  l ực dính -lực căng Hales Stephen : x ác định một lực kéo do bay hơi nước từ lá và thân cây.  Các phân tử nước bám theo mao dẫn màng tế bào và dính vào nhau tạo nên một lượng áp lực căng nhất định. Nhờ đó, nước có thể di chuyển lên trên. Nguyên lý hút nước của cây Khi nước từ các tế bào thịt lá khuếch tán ra ngoài qua khí khổng, các tế bào này có sức trương tế bào (water potential) thấp hơn các tế bào liền kề. Nước sẽ từ các tế bào liền kề này vào các tế bào đã thoát hơi nước ra ngoài bằng cách thẩm thấu. Điều này tiếp tục qua hàng loạt tế bào thịt cho đến một mạch nhỏ. Các mạch nhỏ lại kết nối đến một mạch lớn hơn. Các mạch này được kết nối với xylem của thân cây, rồi đến xylem của rễ, nơi tiếp nhận nước thông qua thẩm thấu từ đất. Lực kéo hoặc căng khi cây thoát hơi nước kéo các phân tử nước Nhờ lực dính có thể kéo các phân tử nước tới bất kỳ vị trí nào của cây Các phân tử nước di chuyển : một phần thông qua tế bào chất , một phần thông qua không gian giữa các tế bào,  giữa các sợi cellulose trong các màng qua các khoảng trống trongcác trung tâm của các tế bào chết.  Quá trình vận chuyển nước trong cây Từ đất qua tế bào lông hút tế bào biểu bì tế bào nhu mô mạch dẫn của rễ Nước từ mạch dẫn của rễ mạch dẫn của lá Từ mạch dẫn của lá tế bào nhu mô tế bào biểu bì khí khổng ra không khí Sự vận chuyển nước gần Khoảng cách ngắn Qua hệ thống tế bào sống không chuyên hóa cho vận chuyển nước Nước đi qua: hệ thống mao quản của thành tế bào, hệ thống chất nguyên sinh, hệ thống không bào Do thế nước của tế bào lông hút cao hơn tế bào mạch dẫn của rễ và lá. Sự vận chuyển nước xa Khoảng cách rất dài Được chuyên hóa để vận chuyển nước Hệ thống quản bào Hệ thống mạch gỗ Động lực: áp suất rễ, lực kéo của thoát hơi nước, động lực bổ trợ khác In most plants, the xylem constitutes the longest part of the pathway of water transport. In a plant 1 m tall, more than 99.5% of the water transport pathway through the plant is within the xylem, and in tall trees the xylem represents an even greater fraction of the pathway. Compared with the complex pathway across the root tissue, the xylem is a simple pathway of low resistance. In the following sections we will examine how water movement through the xylem is optimally suited to carry water from the roots to the leaves, and how negative hydrostatic pressure generated by leaf transpiration pulls water through the xylem. Các dạng nước trong cây nước tự do và nước liên kết Phân bố nước trong cây Ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài Nhiệt độ thấp độ hút nước của rễ giảm xuống (nhất là cây ưa sáng). Nồng độ và tỷ lệ thành phần các chất dinh dưỡng trong đất. Ôxi trong đất Thoát hơi nước Vai trò của thoát hơi nước? Cấu tạo của lỗ khí: 2 tế bào bảo vệ và lỗ thoát ở giữa (khí khổng), chiếm 1% hoặc hơn bề mặt lá. Vách hai tế bào có độ dày không đều Cơ chế thoát hơi hước Thay đổi áp lực  trương  diễn ra  do  thẩm thấu và vận chuyển chủ động giữa các tế bào bảo vệ và tế bào biểu bì khác  kéo theo  sự thay đổi  nồng độ chất hòa tan. K hi quang hợp xảy ra trong các tế bào bảo vệ,  nó  hao phí năng lượng để có được các ion kali từ  các tế bào biểu bì lân cận vào , dẫn đến việc mở c ử a khí khổng. Khi quang không xảy ra trong các tế bào bảo vệ, kali ion rời khỏi, và đóng các k hí khổng .  Với sự gia tăng  ion kali , thế  nước trong các tế bào bảo vệ được hạ xuống và thẩm thấu diễn ra , nước vào tế bào và làm cho các tế bào  tr ương lên.  Sự thoát của các ion kali dẫn đến thoát nước ra, làm cho các tế bào  co lại  và đóng khí khổng  lại. Các loài thực vật sa mạc: Yếu tố ảnh hưởng Ánh sáng Nồng độ CO2 Tốc độ lưu thông khí Độ ẩm Nhiệt độ Hàm lượng nước trong đất Hiện tượng ứ giọt? Hiện tượng thoát hơi nước qua cutin Các chỉ tiêu đánh giá Cơ sở sinh lý của tưới tiêu Vận chuyển chất dinh dưỡng