CHƯƠNG II-NƯỚC VÀ THỰ C VẬT
Các khái niệm
Nước
• Cấu trúc phân cực
• Liên kết hidro
1. Khuếch tán
• Ví dụ: ?
• Định nghĩa: chuyển độ ng của các phân tử ha y ion từ một khu vực c ó nồng độ tập trung ca o 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?
• Lớp màng mà các chất khác nhau
khuếch tán qua với tỷ lệ khác nh
au 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 đ
ến 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 tri
ển chống lại thành tế bào (không cho nướ
c vào tế bào)
• Water potential: về bản chất là sự kết hợp
giữa osmotic potential and pressure poten
tial.
• Nếu có hai tế bào cạnh nhau có Water po
tential khác nhau. Điều gì sẽ xảy ra?
• Vì sao có sự chuyển động nước từ đất và
o 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 r ời 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 nư ớc bằng sự phân cực trong tế bào t hực vật (không bằ ng thẩm thấu)
• Bước đầu của nà y mầm hạt giống
3. Vận chuyển chủ động
• Cây trồng hấp thụ và giữ lại các chất tan c hống lại gradient khuếch tán (hoặc điện) v ới 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 tr ong không bào, 70% trong chất nguyên si nh và thành tế bào.
• Quả: 85-95%, hạt: 10-15% hoặc thấp hơn.
• Các cơ quan dinh dưỡng có hàm lượng n ước cao hơn so với các cơ quan sinh sản
• Trong thành tế bào, chất nguyên sinh và d ịch 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 thự c vật.
• Hàm lượng nước thay đổi theo ngày, mùa.
ự ậ
ơ
ượ
ướ
Tên th c v t và c quan
Hàm l
ng n
c (%)
T oả
9098
ả
9495
Lá cây Xà lách, Hành, qu Cà ộ ư chua, D a chu t
ả ắ
ủ
Lá C i b p, c Su hào
9293
ủ
ố C Cà r t
8791
ả
Qu Táo, Lê
8386
ủ
C Khoai tây
7480
ụ ỗ Lá cây g , cây b i
7982
ỗ
ỗ ươ
ừ i v a
4050
ướ
Thân cây g (g t x )ẻ ạ H t khô không khí (Lúa mì, Lúa n
c, Ngô)
1214
Tại sao tế bào cần nhiều nước?
• Cơ thể thực vật: nước khoảng 90-95% trọ
ng lượng tươi ở tế bào trẻ.
• Hoạt động của hàng ngàn enzim và các h oạt 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 ho ặc lớn hơn bên dưới mặt đất và sau đó lê n thân, lá trên cùng của một cây là có thể cao 90 mét?
• 1682 theEnglish scientist Nehemiah Grew: các tế bào xung quanh mạch chất gỗ (xile m) và tracheids thực hiện một hoạt động b ơm đẩy nước.
• nước cũng tăng lên trong chiều dài của
thân cây chết?
• Marcello Malpighi: hoạt động mao dẫn di c
huyển nước.
• Nâng nước lên 1 m: dễ dàng bởi áp suất c
ủa rễ. Nhưng đến ngọn cây?
Lý thuyết lực dính-lực căng
• Hales Stephen: xác định một lực kéo do b
ay hơi nước từ lá và thân cây.
• Các phân tử nước bám theo mao dẫn mà ng tế bào và dính vào nhau tạo nên một lư ợng 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 r a ngoài qua khí khổng, các tế bào này có sức trương tế bào (water potential) thấp h ơn các tế bào liền kề. Nước sẽ từ các tế b ào 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 đ ến một mạch nhỏ. Các mạch nhỏ lại kết n ối đến một mạch lớn hơn. Các mạch này được kết nối với xylem của thân cây, rồi đ ến 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 nướ
c 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 t
ế bào,
- giữa các sợi cellulose trong các màng
- qua các khoảng trống trong
các trung tâm của các tế bào chết.
Quá trình vận chuyển nước tron g 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 k hí
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 thàn h tế bào, hệ thống chất nguyên sinh, hệ th ống không bào
• Do thế nước của tế bào lông hút cao hơn t
ế 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 hơ
i 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 xu
ống (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 nướ
c?
• 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 dà
y không đều
Cơ chế thoát hơi hước
• Thay đổi áp lực trương diễn ra do thẩm thấu v à vận chuyển chủ động giữa các tế bào bảo vệ và tế bào bi ểu bì khác kéo theo sự thay đ ổi
nồng độ chất h
òa tan.
• Khi quang hợp xảy ra trong các tế bào bảo vệ, n ó hao phí năng lượng để có được các ion kali từ các tế bào biểu bì lân cận vào, dẫn đến việc mở cửa khí khổng. Khi quang không xảy ra trong cá c tế bào bảo vệ, kali ion rời khỏi, và đóng các kh í khổng.
• Với sự gia tăng ion kali , thế nước trong các tế b ào bảo vệ được hạ xuống và thẩm thấu diễn ra, nước vào tế bào và làm cho các tế bào trương l ên.
• 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
