vận chuyển và hấp thu nước, muối khoáng ở thực vật

QUÁ TRÌNH SINH LÝ Ở THỰC VẬT

QUÁ TRÌNH HẤP THU VÀ VẬN CHUYỂN

Học viên: Nguyễn Thị Hường

Giảng viên: PGS.TS: Nguyễn Khoa Lân

Huế,1 năm 2018


I. Cấu tạo rễ, thân, lá
II. Quá trình hấp thu
III.Quá trình vận chuyển


I. Rễ, thân, lá
1. Rễ

Rễ phát triển mạnh
về số lượng, kích
thước và diện tích.
Ngoài ra trên mỗi
bề mặt có tới hàng
trăm lông hút.
Hình 1.1: Cấu tạo của rễ
cây


⇒Vì vậy, các dạng

nước
tự do
và liên
kết
- Thành
tế bào
mỏng,
không
cócutin.
trong
khôngchặt
thấm
đất
được
lôngkhông
hút hấp
- Chỉ
có một
bào
thu
mộttâm
cách
dàng
trung
lớndễchiềm
nhờ
sựlớn
chênh
về
phần

thể lệch
tích tế
áp
suất thẩm thấu
bào.
giữa
bàothẩm
lôngthấu
hút và
- Áptế
suất
rất
dung
dịch
đất.động hô
cao do
hoạt
hấp của rễ mạnh.

Hình 1.2: Cấu tạo tế bào
lông hút


- Ngoài ra, khoảng 80%
loài thực vật hiện sống
trên cạn tạo các quần
hợp rễ nấm.
- Sợi nấm có rễ nấm
giúp cho nấm và rễ cây
một diện tích bề mặt

khổng lồ để hấp thu
nước và các chất
khoáng đặc biệt là
phosphate.

Hình 1.3: Rễ cây kết hợp với
sợi nấm


2. Thân

Hình 1.4: Cấu tạo của thân cây
- Xylem vận chuyển nước và chất khoáng từ rễ đến chồi.
- Pholoem vận chuyển các sản phẩm quang hợp từ nơi
chúng được tạo ra hoặc dự trữ đến nơi được sử dụng.


3. Lá
Lá thường có hai mặt
(mặt trên và mặt
dưới). Cấu tạo phù
hợp với chức năng.
- Mặt dưới có nhiều
khí khổng hơn mặt
trên
- Khí khổng và lớp
cutin tham gia vào
quá trình thoát hơi
nước ở lá. Nhưng
thoát hơi nước ở khí

khổng là chủ yếu

Hình 1.5: Cấu tạo của lá cây


Hình 1.6: Sự đóng mở khí khổng
- Độ mở của khí khổng phụ thuộc vào hàm lượng nước trong các tế
bào khí khổng.
- Khi no nước, thành mỏng của tế bào khí khổng căng ra làm cho
thành dày cong theo làm cho khí khổng mở.
- Khi mất nước, thành mỏng hết căng và thành dày duỗi thẳng làm
khí khổng đóng lại.


Hình 1.7. Lá xếp xiên

Hình 1.8. Lá xếp ngang


Hình 1.9. Lá ở sa mạc

Hình 1.10. Lá ở rừng
mưa nhiệt đới


II. Quá trình hấp thu

Gồm có 2 con đường chủ yếu:
- Con đường vô bào (Apoplast). - Con đường hợp bào(Symplast).
- Ngoài ra còn có con đường xuyên màng.

Sự hút nước và chất khoáng ở rễ
- Lông hút hấp thu
dung dịch đất gồm các
phân tử nước và các
ion khoáng hòa tan
không liên kết chặt với
đất.
- Dung dịch đất đi vào
các thành ưa nước của
tế bào biểu bì và di
chuyển tự do dọc theo
các thành tế bào và các
khoảng gian bào vào
trong vỏ rễ.

Hình 2.1: Con đường hấp thu
nước và muối khoáng vào rễ


- Khi đến nội bì (là trạm
kiểm soát cuối cùng cho
sự vận chuyển có chọn lọc
các chất khoáng tử vỏ vào
mô mạch) chất khoáng đã
ở trong con đường hợp
bào tiếp tục di chuyển
qua cầu sinh chất của tế
bào nội bì và chuyển vào

trụ giữa.

Hình 2.1: Con đường hấp thu
nước và muối khoáng vào rễ


- Còn chất khoáng nào đến
nội bì qua con đường vô
bào đều đi vào đoạn cụt
nên khiến chúng không thể
đi vào trụ giữa là do đai
Caspary – một vành đai do
suberin tạo thành (Caspari:
đai này nằm ở phần nội bì
của rễ, kiểm soát và điều
chỉnh lượng nước, kiểm
tra các chất khoáng hoà
tan. ). Do đó, nước và chất
khoáng đã thâm nhập vào
mô mạch và phải đi qua
màng sinh chất của tế bào
nội bì và đi vào trụ giữa
thông qua con đường hợp
bào.

Hình 2.1: Con đường hấp thu
nước và muối khoáng vào rễ


• Các tế bào nội bì và cả các tế bào sống bên trong trụ giữa,

phóng thích nước và chất khoáng vào thành tế bào của
chúng (con đường vô bào) – Sau đó các mạch xylem vận
chuyển nước và muối khoáng đi lên hệ chồi thân.
• Nước và chất khoáng trong xylem sẽ được vận chuyển
theo đường dài nhờ dòng khối đến gân lá và tỏa ra toàn
bộ lá. Phải chăng dịch xylem chủ yếu được đẩy lên từ rễ
hoặc được kéo lên từ lá thì chúng ta sẽ cùng tìm hiểu rõ
hai cơ chế này


III. Quá trình vận chuyển
3.1. Vận chuyển nước và muối khoáng từ rễ lên
lá
a. Lực đẩy của rễ
b. Lực kéo của lá
3.2. Vận chuyển đường từ nơi nguồn đến nơi
chứa


3.1. Vận chuyển nước và muối khoáng từ
rễ lên lá.
a. Áp suất rễ (Lực đẩy của rễ)

Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ. Hiện
tượng minh họa là hiện tượng ứ giọt.


• Ta thấy rằng về đêm thì cây
không có hiện tượng thoát
hơi nước, tế bào rễ tiếp tục

bơm các ion khóang vào
xylem của trụ giữa, sự tích
lũy các chất khoáng làm
giảm thế nước bên trong trụ
giữa tạo sức đẩy dịch xylem
ở rễ. Đôi khi áp suất rễ làm
cho nước thâm nhập vào lá
nhiều hơn là lượng nước
mất đi do thoát hơi nước
dẫn đến hiện tượng ứ giọt.
Sự ứ giọt mà chúng ta có thể
thấy vào buổi sáng trên đỉnh
hoặc trên các mép lá cây.

Hình 3.1 (a): Hiện tượng
ứ giọt


Trong phần lớn thực vật áp suất rễ là một cơ chế thứ
yếu để đẩy dịch xylem và phần lớn nước đẩy lên chỉ cao
một vài mét là cùng. Áp suất dương thì tạo ra quá yếu
để vượt qua trọng lực của cột nước trong xylem, đặc
biệt trong cây cao. Nhiều thực vật không hề phát sinh
ra áp suất rễ nào. Thậm chí trong cây ứ giọt, áp suất rễ
không thể theo kịp thoát hơi nước sau khi mặt trời
mọc. Phần lớn dịch xylem không được áp suất rễ đẩy
từ phía dưới mà được kéo lên nhờ bản thân lá.


b. Lực kéo của lá

Hình 3.1 (b): Sự tạo thành lực kéo ở lá


Sự tạo thành lực kéo ở lá xảy nra như sau:
1. Trong thoát hơi nước, hơi nước khuếch tán khỏi các khoang
không khí ẩm của lá đến không khí khô hơn ở ngoài qua lỗ
khí.
2. Lúc đầu sự mất nước do thoát hơi nước được thay thế bằng sự
bay hơi khỏi lớp nước mỏng bảo phủ lấy tế bào thịt lá.
3. Sự bay hơi của lớp nước mỏng làm cho bề mặt phân cách
không khí – nước lõm sâu vào thành tế bào và trở nên cong
hơn. Sự uốn cong này làm tăng sức căng bề mặt và vận tốc
thoát hơi nước.
4. Sức căng bề mặt tăng lên thể hiện trong bước 3 kéo nước
khỏi tế bào bao quanh xylem và các khoang không khí.
5. Nước từ xylem được kéo vào các tế bào bao quanh xylem và
các khoang không khí để thay thế nước bị mất.
→ Do đó, đã hình thành nên sức kéo dịch xylem của lá.


• Vai trò của thế áp suất âm trong thoát hơi nước là phù hợp với
phương trình thế nước do thế áp suất âm làm giảm thế nước.
Do nước vận chuyển từ vùng có thế nước cao đến cùng có thế
nước thấp hơn nên áp suất âm ở bề mặt phân cách không khí –
nước làm cho nước ở trong tế bào xylem bị kéo vào tế bào thịt
lá sau đó nước từ các tế bào này lại bị kéo vào các khoang
không khí, từ đó nước được khuêch tán ra ngoài qua lỗ khí.
Theo cách này thế nước âm của lá tạo lực kéo trong thoát hơi
nước.

• Ngoài ra, còn có lực cố kết và dính bám trong sự dâng lên
của xylem.


Figure 36.13

Dịch xylem

 của không khí
bên ngoài
 100.0 MPa
 của lá ( các khoang
Không khí)
 7.0 MPa
 của lá
(các thành tế bào)
 1.0 MPa

Lỗ khí
Thoát
hơi nước

Phân tử nước
Khí quyển

Sự dính bám nhờ
Các tế
liên kết hydro
bào xylem
Thành tế bào

Gradient thế nước

 của xylem thân cây
 0.8 MPa

Tế bào thịt lá

Lực cố kết vầ
dính bám trong
xylem

Lực gắn kết nhờ
liên kết hydro

Phân tử nước
Lông hút

 của xylem thân cây
 0.6 MPa
 của đất
 0.3 MPa

Hạt đất
Sự hấp thu
nước ở đất

Nước

Hình 3.1 (c)

• Lực cố kết và dính bám hỗ trợ thêm cho sự vận chuyển đường
dài nhờ dòng khối. Lực cố kết của nước do liên kết hydro tạo
ra, làm cho dòng vận chuyển có thể kéo cột dịch xylem từ phía
trên mà không cần các phân tử nước tách nhau ra. Phân tử
nước ra khỏi xylem trong lá kéo mạnh các phân tử nước lân
cận và sức kéo này chuyển đến phân tử tiếp theo xuôi theo
toàn bộ cột nước trong xylem.
• Như vậy, sự vận chuyển của dòng chất lỏng được đẩy lên
nhờ chênh lệch thế nước ở hai đầu đối lập của mô xylem.
Sự thoát hơi nước làm cho thế áp suất ở phần cuối lá của
xylem thấp hơn thấp hơn thế áp suất ở phần cuối rễ. (sự
chênh lệch thế nước chủ yếu là do sự chênh lệch thế áp
suất).