Tiểu luận: Điều chỉnh trao đổi nước và ứng dụng tưới nước cho cây trong sản xuất

Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

Tiểu luận: Điều chỉnh trao đổi nước và ứng dụng tưới nước cho cây trong sản
xuất.

1


Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

NỘI DUNG
1. Vai trò của nước
1.1. Nước trong cây và vai trò của nó đối với các hoạt động sinh lý của cây
Trong các tế bào, mô của cây chứa lượng nước rất lớn (khoảng 3/4 khối lượng cây),
bao gồm nước tự do và nước liên kết. Hàm lượng và tỷ lệ hai dạng nước này quyết
định trạng thái chất nguyên sinh, cường độ, chiều hướng trao đổi chất, khả năng sinh
trưởng, phát triển và chống chịu của cây. Cụ thể:
- Nước quyết định sự ổn định cấu trúc của chất nguyên sinh. Nước tạo màng thuỷ hoá
bao quanh chất nguyên sinh và tuỳ theo độ thuỷ hoá mà hệ keo nguyên sinh chất ở
trạng thái sol, coaxecva hay gel. Nhờ vậy mà duy trì được cấu trúc và hoạt tính của
keo nguyên sinh chất, quyết định mức độ hoạt động sống, quyết định tính chống chịu
của keo nguyên sinh chất của tế bào và của cây.
- Nước tham gia vào các phản ứng hóa sinh, các biến đổi chất trong tế bào. Nước
vừa là dung môi cho các phản ứng, vừa là nguyên liệu tham gia trực tiếp vào các
phản ứng trong cây. Chẳng hạn, nước cung cấp điện tử và H + cho việc khử CO2 trong
quang hợp, tham gia oxi hóa nguyên liệu hô hấp, tham gia vào các phản ứng thủy
phân...

- Nước là dung môi hòa tan các chất hữu cơ và các chất khoáng. Nước liên quan đến
độ pH của dung môi, ảnh hưởng đến lượng hoà tan các chất trong môi trường nước.
- Nước tạo dòng vận chuyển các chất trong tế bào và giữa các tế bào với nhau, đến
các cơ quan trong toàn cơ thể và tích lũy vào cơ quan dự trữ quyết định sự hình
thành năng suất kinh tế của cây trồng. Nước tạo nên dòng vận chuyển vật chất, tạo
nên mạch máu lưu thông trong cây như tuần hoàn máu ở động vật.
- Nước điều chỉnh nhiệt trong cây. Quá trình bay hơi nước làm giảm nhiệt độ đặc biệt
là của bộ lá, đảm bảo hoạt động quang hợp và các chức năng sinh lý khác tiến hành
thuận lợi.

2


Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

- Nước có chức năng dự trữ trong cây. Thực vật chịu hạn như các thực vật mọng
nước có hàm lượng nước dự trữ lớn. Hàm lượng nước liên kết trong cơ thể thực vật
này rất cao, quyết định khả năng chống chịu của chúng đối với điều kiện bất thuận
nhất là chịu nóng và hạn.
- Nước tạo nên sức trương P trong tế bào. Nhờ có sức trương P mà đảm bảo cho tế
bào luôn ở trạng thái trương nước tạo tư thế thuận lợi cho các hoạt động sinh lý và
sinh trưởng phát triển của cây.
- Nước là thành phần quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng tỷ lệ O2/CO2 trong
khí quyển, thuận lợi cho các hoạt động sống của mọi sinh vật thông qua quang hợp
của cây. Ðối với từng chức năng sinh lý cụ thể, nước có vai trò đặc trưng riêng.
1.2. Vai trò của nước đối với quang hợp
Nước trong lá và trong tế bào thực vật nói chung đều ảnh hưởng đến sự hình thành và
kích thước của bộ máy quang hợp. Nước không chỉ là nguồn nguyên liệu mà còn là

điều kiện đặc biệt quan trọng trong qua trình sinh tổng hợp các chất hữu cơ quan
trọng – cơ sở cho việc hình thành năng suất của cây trồng (hình 1.2).Thiếu nước gây
sự phân huỷ bộ máy quang hợp, làm suy thoái lục lạp, phá huỷ mối liên kết giữa diệp
lục và protein...

Hình 1. Vai trò của nước đối với quang hợp

3


Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

Thiếu nước làm khí khổng đóng, hạn chế sự xâm nhập CO2 vào lá, độ thuỷ hoá của
chất nguyên sinh giảm làm hoạt tính của enzym RDP-cacboxylaza, tốc độ biến đổi
các chất trong pha sáng và pha tối của quang hợp; các sản phẩm quang hợp không
được vận chuyển ra khỏi lá... làm giảm sút hoạt động quang hợp của lá, thậm chí ức
chế quang hợp. Cây đủ nước, khí khổng mở, ảnh hưởng tốt tới tốc độ xâm nhập CO 2
vào lá cung cấp cho quang hợp.
Các thí nghiệm đều cho thấy rằng: hàm lượng nước trong lá đạt trạng thái bão hoà và
thiếu bão hoà một ít (90 - 95%) thì quang hợp đạt cực đại. Tuy nhiên, nếu độ thiếu
bão hoà nước tăng lên trên 10% thì quang hợp bị giảm sút. Quang hợp ngừng khi độ
thiếu bão hoà nước trong lá tăng trên 30%. Tuy nhiên, tuỳ theo khả năng
chống chịu hạn của cây mà mức độ giảm sút quang hợp khác nhau. Thực vật càng
chống chịu hạn tốt thì quang hợp càng giảm ít hơn khi thiếu nước, ví dụ: ở cây bông
Ả rập cường độ quang hợp giảm chậm và chỉ ngừng khi độ thiếu bão hoà nước lên tới
>35%. Chính vì vậy, trong sản xuất cần có chế độ tưới nước hợp lý cho cây trồng để
chúng có hoạt động quang hợp tối ưu và tránh hạn xảy ra, nhất là trong thời kỳ hình
thành cơ quan kinh tế.

1.3. Vai trò của nước đối với sự vận chuyển và phân bố các chất trong cây
Nước ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển các chất trong cây mạnh nhất so với các
yếu tố khác. Nước quyết định tốc độ và cả chiều hướng vận chuyển, phân bố các chất
trong cây bởi nó vừa là dung môi hoà tan, vừa là môi trường để các chất này được
vận chuyển. Các chất vô cơ được rễ hút vào và vận chuyển trong mạch gỗ (xylem)
theo hướng chính là từ rễ lên ngọn. Các chất hữu cơ được tổng hợp ở lá, vận chuyển
trong hệ mạch rây (libe, floem) theo hướng chính là từ lá xuống rễ và hướng khác là
tới các cơ quan dự trữ như củ, quả, hạt - khi các cơ quan này hình thành (Hình 2).

4


Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

Hình 2. Mô hình vận chuyển nước, các chất khoáng và các chất được tổng hợp.
Khi thiếu nước thì tốc độ vận chuyển các vật chất trên đều giảm. Các thí nghiệm đã
khẳng định rằng tốc độ dòng vận chuyển trong mạch libe giảm từ 1/3- 1/2 lần khi
thiếu nước. Nếu thiếu nước nhiều sẽ gây hiện tượng chảy ngược dòng: các chất hữu
cơ lại vận chuyển từ cơ quan dự trữ, cơ quan tích luỹ đến cơ quan dinh dưỡng. Hậu
quả là cây sinh trưởng kém, năng suất giảm, thậm chí không cho năng suất.
Ví dụ: lúc lúa trỗ chắc mà gặp hạn thì hạt bị lép, lửng nhiều; khoai tây bị hạn thì ít củ
và củ nhỏ; đậu, lạc khi vào chắc mà thiếu nước thì hạt không mẩy. Vì vậy, việc đảm
bảo nhu cầu nước cho cây trồng đặc biệt là ở giai đoạn hình thành cơ quan kinh t ế là
rất cần thiết, bởi đây là một yếu tố quyết định năng suất kinh tế.
1.4. Vai trò của nước đối với hô hấp của cây
Nước là môi trường cho các phản ứng sinh hoá, là nguyên liệu trực tiếp tham gia vào
các quá trình ôxi hoá trong hô hấp. Hàm lượng nước trong mô ảnh hưởng rất mạnh,
có tính quyết định tới cường độ hô hấp. Thiếu nước sẽ làm tăng hô hấp vô hiệu, hiệu

quả sử dụng năng lượng trong hô hấp thấp.
Tuy nhiên, mối quan hệ giữa cường độ hô hấp và hàm lượng nước trong mô là phức

5


Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

tạp, phụ thuộc vào các loại thực vật, các loại mô khác nhau. Chẳng hạn: ở cây mọng
nước, một số mô có cường độ hô hấp tăng khi mô héo. Ðối với hạt thì tuân theo qui
luật rõ ràng: khi độ ẩm tăng thì thúc đẩy cường độ hô hấp tăng theo.
Ví dụ: hạt lúa mì phơi khô trong không khí (hàm lượng nước còn khoảng10%) thì
cường độ hô hấp rất thấp, khi độ ẩm hạt tăng 14 - 15 % thì cường độ hô hấp tăng 4 - 5
lần. Khi độ ẩm hạt tăng lên đến 30 - 35% thì cường độ hô hấp của hạt tăng gấp hàng
nghìn lần. Cần lưu ý là mối quan hệ giữa hàm lượng nước trong mô và cường độ hô
hấp có liên quan khá chặt chẽ với nhiệt độ.
1.5. Vai trò của nước đối với dinh dưỡng khoáng
Sự trao đổi dinh dưỡng khoáng trong cây là một quá trình sinh lý rất phức tạp, phụ
thuộc rất nhiều vào các điều kiện khác nhau, trong đó nước là một trong các yếu tố
đóng vai trò quan trọng. Các chất dinh dưỡng khoáng được bón vào đất hoặc phun
lên lá đều ở dạng ion hoà tan trong nước. Cây hút nước, vận chuyển nước kèm theo
hút khoáng và vận chuyển khoáng vào cây (hình 3.2). Hàm lượng nước trong tế bào,
trong cây, trong đất đều ảnh hưởng tới tốc độ hút, vận chuyển bị động và chủ động
các chất khoáng và chất dinh dưỡng khác trong cây. Thiếu nước, sự hút và vận
chuyển khoáng đều giảm do tốc độ dòng thoát hơi nước (động lực trên) bị giảm.

Hình 3. Sự vận chuyển các chất khoáng và nước vào rễ cây
6

Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

1.6. Vai trò của nước đối với sinh trưởng, phát triển của cây
Nước luôn được coi là điều kiện sinh thái tối cần thiết cho sinh trưởng, phát triển của
cây. Nước ảnh hưởng tới tất cả các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây nhưng mạnh
nhất là giai đoạn giãn (đó chính là thời kỳ khủng hoảng nước của cây). Ðặc biệt mẫn
cảm với hàm lượng nước là sự nẩy mầm của hạt. Khi hạt giống phơi khô còn khoảng 10
- 12 % nước thì ngừng sinh trưởng, hạt ở trạng thái ngủ nghỉ. Hạt hút nước vào, đạt độ
ẩm hạt khoảng 50 - 60 % sẽ phát động sinh trưởng và nẩy mầm.
Cây sinh trưởng, phát triển thuận lợi nhất khi đủ nước. Song, phải lưu ý: nếu cây luôn
bão hoà nước sẽ dẫn đến kéo dài thời kỳ sinh trưởng, phát triển dinh dưỡng, cây
chậm ra hoa; nếu cây bị thiếu nước (bị hạn) thì thời kỳ sinh trưởng, phát triển dinh
dưỡng rút ngắn, cây ra hoa, quả sớm.
Cây bị thiếu nước do bất kỳ nguyên nhân nào, dù là hạn đất (do đất thiếu nước), hạn
không khí (do độ ẩm không khí quá thấp) hay hạn sinh lý (do trạng thái sinh lý của cây
không cho phép cây hút được nước) đều ảnh hưởng xấu tới tất cả các chức năng sinh lý
của cây, làm là cây sinh trưởng, phát triển chậm, thậm chí ngừng sinh trưởng. Biểu
hiện đầu tiên, rõ nhất khi cây bị thiếu nước là cây bị héo, rũ, sau đó lá dần mất màu
xanh do diệp lục bị phá huỷ. Khi cây bị héo, dù là héo tạm thời hay héo lâu dài đều có
hại. Ðặc biệt, héo lâu dài gây tác hại nghiêm trọng tới sinh trưởng, phát triển của cây.
Do đó, cần xác định chế độ tưới hợp lý cho từng loại cây trồng tránh bị héo. Khi bị
héo, phải tìm nguyên nhân gây héo để có biện pháp khắc phục.
Có thể mô tả tóm tắt vai trò của nước trong mối quan hệ hữu cơ với các hoạt động
sống trong cây theo hình 4.

7

Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

Hình 4. Mối quan hệ hữu cơ giữa trao đổi nước với các hoạt động sống
khác nhau trong cây
1.7. Vai trò của nước đối với khả năng chống chịu các điều kiện ngoại cảnh bất
thuận
Hàm lượng, tỷ lệ nước tự do và liên kết trong cây, các dạng nước mao quản, nước
màng, nước trọng lực trong đất không chỉ ảnh hưởng tới các hoạt động sinh lý của
cây mà còn có quan hệ khá chặt chẽ tới khả năng chống chịu các điều kiện ngoại cảnh
bất thuận của cây. Lượng nước tự do trong các tế bào của cây cao thì cường độ trao
đổi chất trong cây diễn ra mạnh và theo hướng tổng hợp, cây sinh trưởng tốt. Nhưng
ngược lại, chúng lại chống chịu rét, hạn, mặn kém nên dễ bị tổn thương, thậm chí
chết và rụng. Nước liên kết trong chất nguyên sinh tạo nên độ bền vững của keo
nguyên sinh chất nên nó có vai trò quan trọng trong việc quyết định khả năng chống
chịu của cây. Tỷ lệ nước liên kết càng cao thì cây càng chống chịu tốt với các điều
kiện ngoai cảnh bất lợi như: chống chịu nóng, hạn, mặn.. Cây xương rồng sống được
trong điều kiện rất nóng và khô hạn của sa mạc là do tỷ lệ hàm lượng nước liên kết
8


Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

chiếm 2/3 hàm lượng nước trong chúng. Tuy nhiên, cây sinh trưởng kém. Vì lý do
nào đó làm cây thiếu nước, nói cách khác là cây bị hạn gây ảnh hưởng xấu đến hoạt

động của các chức năng sinh lý và sinh trưởng, phát triển nói chung của cây. Từ đó,
ảnh hưởng xấu đến sức sống và khả năng chống chịu các loại bệnh hại của cây. Hiện
tượng này biểu hiện khá rõ khi sự thay đổi độ ẩm đất xẩy ra đột ngột (quá thiếu hoặc
quá dư thừa nước, đất bị ngập, úng) hoặc bị váng chặt làm đất thiếu dưỡng khí. Ở các
điều kiện trên, sinh trưởng, phát triển và hoạt động của bộ rễ (nhất là với các cây có
rễ ăn sâu) bị ảnh hưởng xấu nhưng lại rất thuận lợi cho việc phát sinh, phát triển một
số loại bệnh như bệnh lở cổ rễ, cuốn lá ở cây họ cà (ví dụ: cà chua xuân hè).
2. Cơ sơ sinh lý của việc tưới nước hợp lý cho cây
Mỗi loại cây trồng, ở mỗi thời kỳ sinh trưởng khác nhau, cây có nhu cầu nước khác
nhau tuỳ thuộc vào các hoạt động sinh lý của thời kỳ đó. Hai quá trình hút nước và
thoát hơi nước có liên quan trực tiếp đến hàm lượng nước trong cây và lượng nước
cây cần. Ðể tưới nước hợp lý cho cây, trước hết cần xác định được nhu cầu nước của
cây, xác định thời điểm tưới và phương pháp tưới thích hợp.
2.1. Xác định nhu cầu nước của cây
Nhu cầu nước của cây chính là lượng nước tổng số và trong từng thời kỳ sinh trưởng
mà cây cần để có năng suất tối đa. Ðiều đó cũng có nghĩa là năng suất cây trồng có
liên quan chặt chẽ với lượng nước được cung cấp. Có thời kỳ đặc biệt mà nếu thiếu
nước sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống của cây và năng suất, phẩm chất cuối
cùng của sản phẩmthu hoạch. Các nhà nghiên cứu về chế độ nước của cây gọi đó là
thời kỳ khủng hoảng nước của cây. Nhu cầu nước thay đổi tuỳ thuộc từng loại cây
trồng và các giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Nhìn chung, nhu cầu nước của cây tăng
dần theo độ lớn của cây và đạt tối đa khi cây có khối lượng thân lá và bề mặt phát tán
nước lớn nhất, sau đó giảm dần. Theo các nhà thuỷ nông thì trung bình mỗi ngày các
cây trồng như lúa, ngô, lúa mì, rau cần từ 30 - 60 m 3 nước/ha. Trong một giờ đã có từ
10 đến 100% lượng nước trong cây đã đổi mới. Các loại cây lấy hạt thường có nhu
cầu nước nhiều nhất ở thời kỳ hình thành cơ quan sinh sản. Các cây lấy củ có nhu cầu
nước nhiều nhất ở thời kỳ sinh trưởng (phình to) của củ. Dựa vào nhu cầu nước của
9

Tiểu luận Sinh lý thực vật

HV: Phạm Thị Hồng Trang – SHTN 2014

cây có thể dự tính được tổng lượng nước cần tưới trên một diện tích gieo trồng của
một cây trồng nào đó tuỳ theo thời vụ. Có thể mô phỏng mối quan hệ giữa nhu cầu
nước của cây (lượng nước cây hút
vào) và lượng nước cây đã thực hiện thoát hơi nước như hình 5.2

Hình 5. Mô hình biểu diễn mối quan hệ giữa nước cây hút vò và thoát ra trong
hoạt động trao đổi nước của cây
3. Ứng dụng của việc tưới nước cho cây trong sản xuất

10