- Nước là thành phần rất quan trọng trong cây. Có thể hình dung nhu cầu nước của cây một cách như sau: Show  - Khái niệm: Thoát hơi nước là sự mất nước từ bề mặt lá qua hệ thống khí khổng là chủ yếu và một phần từ thân, cành. I. Vai trò của quá trình thoát hơi nước- Nhờ có thoát hơi nước ở lá, nước được cung cấp tới từng tế bào của cây. - Thoát hơi nước là động lực đầu trên của dòng mạch gỗ có vai trò giúp vận chuyển nước và các ion khoáng từ rễ lên lá và đến các bộ phận khác ở trên mặt đất của cây. tạo môi trường liên kết các bộ phận của cây; tạo độ cứng cho thực vật thân thảo. - Thoát hơi nước có tác dụng hạ nhiệt độ của lá vào những ngày nắng nóng đảm bảo cho các quá trình sinh lý xảy ra bình thường. - Thoát hơi nước giúp cho khí CO2 khuếch tán vào bên trong lá cần cho quang hợp. => Mối liên quan giữa quá trình thoát hơi nước và quá trình quang hợp: Lá cây thoát hơi nước qua khí khổng tạo lực hút nước và tạo điều kiển để CO2 khuếch tán vào nước. Nước và CO2 được lấy vào lá là nguyên liệu để cây quang hợp. II. Thoát hơi nước qua lá1. Lá là cơ quan thoát hơi nước - Lá có cấu tạo thích nghi với chức năng thoát hơi nước:
2. Hai con đường thoát hơi nước: qua khí khổng và qua lớp cutin a. Thoát hơi nước qua khí khổng (chủ yếu) - Đặc điểm:
- Cơ chế điều chỉnh thoát hơi nước: Nước thoát ra khỏi lá chủ yếu qua khí khổng vì vậy cơ chế điều chỉnh quá trình thoát hơi nước chính là cơ chế điều chỉnh sự đóng- mở khí khổng: Khoảng 98% lượng nước mà rễ cây hấp thụ được bị mất đi qua con đường thoát hơi nước. Chỉ có 2% lượng nước đi qua cây được sử dụng để tạo môi trường cho các hoạt động sống, trong đó có chuyển hóa vật chất, tạo vất chất hữu cơ1. VAI TRÒ CỦA QUÁ TRÌNH THOÁT HƠI NƯỚC: - Cây thoát ra hơi nước tạo động lực trên để hút nước và muối khoáng sự quang hợp ở lá cần phải lấy CO2 , thải O2 , khí khổng phải mở → thoát hơi nước, nếu khí khổng đóng thì quang hợp ngừng vì thiếu CO2. - Thoát hơi nước là động lực đầu trên của dòng mạch gỗ có vai trò giúp vận chuyển nước và các ion khoáng từ rễ lên lá và đến các bộ phận khác ở trên mặt đất của cây. - Giảm nhiệt độ bề mặt lá, giúp cây tránh bị đốt nóng. - Thoát hơi nước qua khí khổng, mở khí khổng lấy CO2, giúp cho khí CO2 khuếch tán vào bên trong lá cần cho quang hợp. - Cô đặc chất tổng hợp - Tạo sự thiếu hụt (sự chênh lệch về thế nước) thúc đẩy các quá trình sinh lý diễn ra nhanh. II. CÁC TÁC NHÂN ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH THOÁT HƠI NƯỚC: - Nước, ánh sáng, nhiệt độ, gió và các ion khoáng ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước. Ngoài khả năng hút dinh dưỡng qua đường rễ, cây trồng còn có thể hấp thụ dinh dưỡng qua đường lá (Qua lỗ khí khổng và qua lớp Cutin). Việc hấp thụ dinh dưỡng qua đường lá có nhiều ưu điểm: + Chất dinh dưỡng được cung cấp cho cây nhanh hơn bón gốc + Hiệu suất sử dụng dinh dưỡng cao hơn + Chi phí thấp hơn + Ít ảnh hưởng đến môi trường và đất trồng - Về cơ chế hấp thụ dinh dưỡng qua đường lá và thân là cơ chế thụ động tương tự với cơ chế hấp thu thụ động qua đường rễ. - Cấu trúc và chức năng của lỗ khí khổng III. THOÁT HƠI NƯỚC QUA LÁ: Lá là cơ quan thoát hơi nước: - Cấu tạo của lá thích nghi với chức năng thoát hơi nước. Các tế bào biểu bì của lá tiết ra lớp phủ bề mặt gọi là lớp cutin, lớp cutin phủ toàn bộ bề mặt của lá trừ khí khổng. Hai con đường thoát hơi nước: LỚP CUTIN VÀ KHÍ KHỔNG. - Thoát hơi nước qua khí khổng: là chủ yếu, do đó sự điều tiết độ mở của khí khổng là quan trọng nhất. Độ mở của khí khổng phụ thuộc vào hàm lượng nước trong các tế bào khí khổng gọi là tế bào hạt đậu. 1. THOÁT HƠI NƯỚC QUA KHÍ KHỔNG: là con đường chủ yếu - Cấu tạo khí khổng: + Hai tế bào bảo vệ (tế bào hình hạt đậu hoặc hình quả tạ) có thành ngoài mỏng, thành trong dày,trong tế bào có chứa nhiều lục lạp, nhiều ti thể + Các tế bào phụ quanh lỗ khí: + Xoang dưới lỗ khí - Thực chất: thoát hơi nuớc qua khí khổng là sự thoát hơi nước qua lỗ nhỏ, tuân theo định luật Stephans + Tốc độ bay hơi nước qua lỗ nhỏ tỉ lệ vơi đường kính lỗ nhỏ + Sự thoát hơi nước qua lỗ nhỏ xảy ra với hiệu quả mép lớn (tốc độ thoát hơi nước ở mép nhanh hơn ở giữa, cùng 1 diện tích thoát ra thì bề mặt có nhiều lỗ nhỏ sẽ bay hơi nước lớn hơn) Cơ chế thoát hơi nước là cơ chế đóng mở khí khổng: dựa trên mức độ no nước của tế bào hạt đậu do các cơ chế: - Do ánh sáng: khi có ánh sáng, lục lạp trong tế bào hạt đậu tiến hành quang hợp làm thay đổi nồng độ CO2 dẫn đến làm thay đổi pH tế bào → tăng hàm lượng đường tăng → tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào → tế bào hút nước, trương nước, khí khổng mở - Hoạt động các bơm ion dẫn đến tăng hoặc giảm hàm lượng các ion trong tế bào đóng → thay đổi áp suất thẩm thấu và sức trương của các tế bào này. - Khi bị hạn, hàm lượng axit abxixic tăng kích thích các bơm ion ( K+) hoạt động rút ion ra khỏi tế bào đóng → tế bào giảm áp suất, giảm sức trương nước → khí khổng đóng. Các phản ứng đóng mở khí khổng: - Phản ứng mở quang chủ động: đó là hiện tượng mở khí khổng chủ động lúc sáng sớm sau khi mặt trời mọc hoặc chuyển từ tối ra sáng. - Phản ứng đóng thuỷ chủ động: là hiện tượng đóng khí khổng chủ động vào những giờ buổi trưa khi cường độ thoát hơi nước cao làm cho tế bào đóng bị mất nước mạnh( quá 15%), khí khổng đóng chủ động để giữ nước. - Phản ứng đóng và mở thuỷ bị động: khi tế bào hoàn toàn bão hoà nước, các tế bào xung quanh khí khổng tăng thể tích, ép lên các tế bào làm khe khí khổng khép lại một cách bị động. Ngược lại khi các tế bào mất nước thì tế bào khí khổng không bị chèn, khe khí khổng mở ra Như vậy: + Khi no nước, vách mỏng của tế bào khí khổng căng ra → vách dày cong theo → lỗ khí mở ra. + Khi mất nước, vách mỏng hết căng → vách dày duỗi → lỗ khí đóng. – Vận tốc lớn. – Được điều chỉnh bằng việc đóng, mở khí khổng. 2.CON ĐƯỜNG THOÁT HƠI NƯỚC QUA BỀ MẶT LÁ - CUTIN Trên bề mặt lá và phần non của thân, bên ngoài tế bào biểu bì thấm cutin và sáp - Tốc độ thoát hơi nước qua cutin thường nhỏ, phụ thuộc vào độ chặt, độ dày của tầng cutin, không được điều chỉnh - Thoát hơi nước qua cutin trên biểu bì lá: lớp cutin càng dày thoát hơi nước càng giảm và ngược lại. Hơi nước từ các khoảng gian bào của thịt lá qua lớp cu tin để ra ngoài. – Vận tốc nhỏ. – Không được điều chỉnh. Lưu ý khác: - hơi nước có thể khuếch tán qua lớp biểu bì của lá khi nó chưa bị lớp cutin dày che phủ, gọi là thoát hơi nước qua cutin. - Thoát hơi nước có vai trò tạo lực hút hút dòng nước và ion khoáng từ rễ lên lá và đến các bộ phận khác ở trên mặt đất của cây. - Thoát hơi nước có tác dụng hạ nhiệt độ của lá và giúp cho khí C02 khuếch tán vào bên trong lá cần cho quá trình quang hợp. - Thoát hơi nước qua mặt dưới của lá mạnh hơn qua mặt trên của lá do khí khổng phân bố chủ yếu ở mặt dưới của lá. - Các tác nhân ngoại cảnh như nước, ánh sáng, nhiệt độ, gió và các ion khoáng ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước. II. ỨNG DỤNG Thời điểm phun PHÂN BÓN LÁ là lúc vào lúc khí khổng đang mở: Trời râm khí khổng mở, nắng gắt khí khổng đóng; Đất quá khô lỗ khí khổng đóng lại;Gió làm khí khổng đóng lại; Nhiệt độ: 10oC-30oC khí khổng mở, Nhiệt độ lớn hơn 30oC lỗ khí khổng đóng lại. Phun khi nhiệt độ dưới 30oC, trời không nắng, không mưa, không có gió khô; phân bón lá chỉ phát huy tác dụng khi cung cấp đủ nước, phân qua rễ;· Thời gian phun: 9-10h sáng và 2-3h chiều về mùa đông. 7-8h sáng hoặc 5-6h chiều về mùa hè. · Không nên dùng quá liều chỉ định gây độc (bội thực) cho cây, ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển. Cần chú ý:· Không phun khi trời mưa, nắng to do bay hơi, tỷ lệ lỗ khí khổng đóng cao. Không phun sau mưa do cây đã no nước. GIẢI THÍCH SÂU HƠN KHÍ KHỔNG VÀ CUTIN LÀ GÌ? III. KHÍ KHỔNG LÀ GÌ: Khí khổng (Stomata hay còn gọi là lỗ thở) là những lỗ rỗng cực nhỏ ở trên bề mặt lá, thông qua đó lá cây hấp thu carbon dioxide cần thiết cho và giải phóng hơi nước vào trong khí quyển. 1. Nơi tồn tại Khí khổng tập trung chủ yếu qua lá. Trong đó, mặt trên của lá tập trung ít khí khổng hơn so với mặt dưới. Sở dĩ phải có cấu tạo như vậy là bởi vì mặt trên của lá tiếp xúc với ánh sáng Mặt Trời nhiều hơn. Nếu mặt trên có nhiều khí khổng thì mặt trên sẽ thoát hơi nước nhanh hơn rất nhiều so với mặt dưới. Khi đó, lá sẽ nhanh khô héo và chết. 2. Cấu tạo Khí khổng là các bào quan có hình hạt đậu. Chúng gồm có 2 thành: thành mỏng và thành dày. Thành mỏng ở bên ngoài, còn thành dày nằm ở bên trong. Chính thành dày hình thành 1 cái lỗ ở giữa không bao giờ đóng hoàn toàn. 3. Thoát hơi nước Khi no nước, thành mỏng của khí khổng căng ra khiến thành trong cũng phải cong theo, mở lỗ ở giữa. Còn ngược lại, khi mất nước, thành mỏng hết căng và thành dày duỗi thẳng, đóng lỗ giữa. Cơ chế thoát hơi nước qua khí khổng là cơ chế thoát hơi nước chủ yếu và quan trọng nhất của thực vật. 4. Vai trò Với những hoạt động nói trên, khí khổng có vai trò quan trọng đối với thực vật. Thoát hơi nước có 3 tác dụng chính. Một là, giúp vận chuyển nước và khoáng chất từ rễ lên khắp các cơ quan một cách dễ dàng, từ đó tạo liên kết giữa các bộ phận của cây và tạo độ cứng cho cây thân thảo. Hai là, tạo điều kiện để khí cacbonic khuếch tán vào lá, bắt đầu quá trình quang hợp. Ba là, hạ nhệt cho cây. Trong khi đó, khí khổng lại đảm nhận vau trò lớn trong việc thoát hơi nước. Thế nên, khí khổng có vai trò không hề nhỏ đối với giới thực vật. Tuy nhiên, đây cũng là đường gây bệnh cho cây. 5. Nhân tố môi trường ảnh hưởng đến sự đóng mở khí khổng a. Ánh sáng - Ánh sáng gây phản ứng mở quang chủ động, làm tăng nhiệt độ bề mặt lá → tăng thoát hơi nước. - Cả tốc độ và độ mở cuối cùng đều tăng lên với sự tăng cường độ ánh sáng. + Cơ chế mở khí khổng ngoài sáng. Ánh sáng là nguyên nhân gây ra sự mở khí khổng… Do lục lạp trong khí khổng tiến hành quang hợp làm thay đổi nồng độ CO2 và pH, làm cho hàm lượng đường trong tế bào tăng và tăng áp suất thẩm thấu của tế bào, dẫn đến tế bào khí khổng hút nước, trương nước và khí khổng mở. (Chú thích: Lục lạp là một trong ba dạng lạp thể (vô sắc lạp, sắc lạp, lục lạp) chỉ có trong các tế bào có chức năng quang hợp ở thực vật. Lục lạp thường có hình bầu dục. Mỗi lục lạp được bao bọc bởi màng kép (hai màng), bên trong là khối cơ chất không màu - gọi là chất nền (stroma) chứa prôtein ưa nước và các hạt nhỏ (grana). Số lượng lục lạp trong mỗi tế bào không giống nhau, phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng của môi trường sống và loài.) - Ánh sáng gây phản ứng mở quang chủ động, làm tăng nhiệt độ bề mặt lá → tăng thoát hơi nước. - Cả tốc độ và độ mở cuối cùng đều tăng lên với sự tăng cường độ ánh sáng. - Khi đưa cây ra ngoài sáng thì khí khổng mở, đưa cây vào trong tối thì khí khổng đóng. Điều này được giải thích bằng nguyên nhân ánh sáng. Ngoài sáng, tế bào khí khổng quang hợp làm thay đổi pH trong tế bào và sự thay đổi này kích thích sự phân giải tinh bột thành đường làm áp suất thẩm thấu của tế bào tăng lên, tế bào khí khổng hút nước và khí khổng mở. Trong tối, quá trình diễn ra ngược lại. Mặt khác khí khổng thường đóng lại khi cây không lấy được nước do bị hạn. Nguyên nhân gây ra hiện tượng đóng khí khổng này lại do sự tăng hàm lượng axit ABA. Axit này tăng lên kích thích các bơm ion hoạt động và các kênh ion mở ra lôi kéo các ion ra khỏi tế bào khí khổng, tế bào khí khổng mất nước và đóng lại. b. Nồng độ CO2 - Nồng độ CO2 giảm trong lá làm cho khí khổng mở, dù cây ở ngoài sáng hay trong tối. c. Nước và độ ẩm - Nước và độ ẩm không khí ảnh hưởng đến độ trương nước của tế bào khí khổng, độ trương tương đối giữa tế bào bảo vệ và tế bào biểu bì lân cận + Cơ chế đóng khí khổng khi gặp môi trường khô hạn và cây bị thiếu nước. Đây là sự đóng chủ động của khí khổng để tránh sự mất nước cho cây. Trong trường hợp này, hàm lượng axit abxixic (ABA) tăng, làm tăng kích thích hoạt động các bơm ion; ion thoát ra khỏi tế bào khí khổng, làm giảm áp suất thấu thấu, do đó sự trương nước giảm và khí khổng đóng lại. - Khí khổng gồm 2 tế bào hạt đậu ghép lại, mép trong tế bào rất dày, mép ngoài mỏng. Do đó khi trương nước tế khí khổng mở rất nhanh, Khi mất nước tế bào đóng lại cũng rất nhanh. d. Nhiệt độ - Nhiệt độ → trạng thái nước của tế bào → đóng, mở khí khổng. - Nhiệt độ → tốc độ chuyển hoá vật chất trong Tế bào lá → tốc độ đóng, mở khí khổng. IV. CUTIN LÀ GÌ. Cutin là một hợp chất hữu cơ có tính chất như axit béo, có dạng như sáp, không thấm nước, đục hoặc trong suốt, tạo bởi một số chất hữu cơ có công thức hóa tổng quát là (C6H1005)n. Ở thực vật, đặc biệt lá cây, chất cutin tạo thành một lớp liên tục phủ bên trên lớp biểu bì và chỉ bị ngắt bởi các lỗ vỏ lá, lớp này được gọi là ‘tầng cutin’ hoặc ‘lớp cutin’. Tầng (lớp) cutin có chức năng: 1) Hạn chế sự bốc hơi hoặc thoát đi của nước dinh dưỡng nằm bên trong lá cây, thân cây (cutin cũng là lớp có khả năng thoát hơi nước sau khí khổng) 2) Ngăn cản nước ‘ngoại lai’ bên ngoài thấm vào bên trong lá cây; 3) Ngăn cản sự xâm nhập của sinh vật ký sinh vào lá cây hoặc cây. Ở nhóm thực vật chịu hạn, đăc biệt ở các loài cây có lá mọng nước, tầng (lớp) cutin bao phủ lá thường rất dày. Ví dụ như các loài xương rồng, thầu dầu …sống ở các sa mạc luôn có lớp cutin dày bảo vệ cả cho lá và thân cây khỏi bị mất nước và ngăn cản sự xâm nhập của vi sinh vật lẫn côn trùng. Ở động vật có móng, móng tay và móng chân cũng được phủ bởi một lớp cutin rất mỏng, bóng, trong suốt và ở thể rắn. Khi lớp Cutin dày thì thoát hơi nước càng giảm cơn lớp cutin mỏng thì thoát hơi nước càng tăng. Những loài cây thường sống trên đồi núi thì lá có tầng cutin dầy hơn nên thoát hơi nước ít hơn so với lá của cây sống trong vườn. Lưu ý: Khí khổng không bao giờ đóng hoàn toàn vì tế bào khí khổng không mất nước hoàn toàn. + Số lượng khí khổng ở mặt dưới lá thường nhiều hơn so với mặt trên. + Số lượng khí khổng trên lá thay đổi tùy theo loài + Sự thoát hơi nước cũng như hấp thụ dinh dưỡng qua lá liên quan đến số lượng khí khổng + Có loài, mặt trên lá không có khí khổng, nhưng vẫn có sự thoát hơi nước và hấp thụ dinh dưỡng (qua lớp cutin). Loài cây sống trong vườn thường thoát hơi nước và hấp thụ dinh dưỡng qua cutin mạnh hơn, vì loài cây sống trong vườn có tầng cutin mỏng hơn so với cây sống trong rừng. Thùy không lá gì?Vào lúc sáng sớm, quan sát lá của những cây bụi thấp hay các loài cỏ trên bờ ruộng, người ta thường thấy có nước đọng lại trên mép lá - đó là hiện tượng ứ giọt ở thực vật. Hiện tượng này là do nước thoát ra từ thủy khổng (cấu trúc gồm những tế bào chuyên hóa với chức năng tiết nước), thường phân bố ở mép lá và luôn mở.
Khí khổng hoạt đóng như thế nào?Như vậy: + Khi no nước, vách mỏng của tế bào khí khổng căng ra → vách dày cong theo → lỗ khí mở ra. + Khi mất nước, vách mỏng hết căng → vách dày duỗi → lỗ khí đóng. – Vận tốc lớn.
Khí khổng mở rộng nhất khí nào?Khi 2 tế bào hình hình hạt đậu cấu tạo nên khí khổng trương nước, thành mỏng của tế bào hình hạt đậu căng ra làm cho thành dày cong theo => Khí khổng mở rộng (Hình a). Khi mất nước, thành mỏng hết căng và thành dày duỗi thẳng => khí khổng đóng lại (Hình b).
Thoát hơi nước có vai trò gì?Vai trò của quá trình thoát hơi nước
+ Thoát hơi nước có tác dụng điều hạ nhiệt độ của lá, đặc biệt là vào những ngày nắng nóng đảm bảo cho các quá trình sinh lý trong cây được diễn ra bình thường. + Thoát hơi nước giúp cho khí CO2 được khuếch tán vào bên trong lá và cung cấp nguyên liệu cho quang hợp.
|
