Cây vận chuyển nước và muối khoáng như thế nào

1. Hấp thụ nước và các ion khoáng ở rễ

Nước là dung môi hòa tan nhiều muối khoáng vì vậy quá trình hấp thụ nước và muối khoáng luôn gắn với quá trình hấp thụ nước.

1.1. Rễ là cơ quan hấp thụ nước và ion khoáng

- Rễ cây là cơ quan dinh dưỡng dưới đất của cây, có nhiệm vụ chủ yếu là hút nước và muối khoáng hòa tan trong nước để chuyển lên các cơ quan trên mặt đất [thân và lá]. Rễ còn có chức năng cơ học: Giữ chặt cây vào đất, bám vào giá thể, một số rễ cây còn là cơ quan dự trữ chất dinh dưỡng, ở một số loài rễ cây còn có khả năng tham gia vào việc sinh sản dinh dưỡng, tham gia vào quá trình hô hấp và quang hợp của cây.

- Hình thái ngoài của rễ cây : Khi quan sát hình thái ngoài của một rễ chính, người ta phân biệt các phần chính sau đây:

+ Chóp rễ: là bộ phận tận cùng bao bọc bên ngoài đầu rễ, có tác dụng che chở cho mô phân sinh đầu rễ khỏi bị tổn thương khi đâm sâu vào đất.

+ Miền sinh trưởng: là phần nằm ngay trong chóp rễ - đó chính là mô phân sinh đầu rễ, cấu tạo bởi những tế bào phân chia mãnh liệt làm cho rễ dài ra, trong miền này người ta phân biệt thành các phần:

+ Miền vận chuyển [miền trưởng thành]: miền này có nhiệm vụ chính là vận chuyển nước và muối khoáng hòa tan từ rễ lên thân, có tác dụng nâng đỡ thân, ở miền này đã bắt đầu hình thành các rễ bên, bao phủ mặt ngoài của miền vận chuyển thường có một lớp bần. Miền vận chuyển đã có cấu tạo thứ cấp.

+ Miền phân hóa: nằm ngay ở phía trên miền sinh trưởng, những tế bào của miền này đã bắt đầu phân hóa để hình thành các mô.

+ Miền hấp thu [miền lông hút]: mặt ngoài của miền này có rất nhiều lông hút bao phủ, có tác dụng hút nước và muối khoáng hòa tan từ đất vào trong cây.

+ Nốt sần: là kiểu rễ thường gặp ở cây họ Đậu [Fabaceae] và một số đại diện của các họ khác, trên các rễ xuất hiện các nốt nhỏ sần sùi như là các biến dạng của rễ - đó là những nốt sần. Hiện tượng này do vi khuẩn Rhizobium thâm nhập từ trong đất qua lông rễ hoặc qua các khe nứt nhỏ của rễ vào các tế bào mô mềm của rễ, trong mô này các tế bào vi khuẩn đó sống và sinh sản, các tế bào vỏ trụ của rễ bắt đầu có sự phân chia để tạo thành nốt sần ở trên rễ, bên trong chứa nhiều vi khuẩn nốt sần. Các vi khuẩn này có khả năng cố định nitơ tự do của khí quyển ở trong đất vào các nốt sần đó. Đây là hiện tượng chung sống giữa cây xanh và vi khuẩn, mỗi loài cây họ đậu có 1 loài Rhizobium nhất định.

+ Rễ nấm: đó là sự chung sống giữa rễ các cây thực vật bậc cao với nhiều loài nấm ở trong đất, có các kiểu rễ nấm chính sau đây: Rễ nấm ngoài: sợi nấm tạo thành một mô bao xung quanh rễ non của cây và chỉ thâm nhập vào các khoảng gian bào của những lớp ngoài cùng của vỏ rễ. Rễ nấm trong: các sợi nấm thâm nhập sâu vào các tế bào của vỏ rễ và tạo nên những chỗ lồi nhỏ. Rễ nấm trong và ngoài: là trường hợp sợi nấm nằm cả ở bên trong lẫn bên ngoài của rễ, loại rễ nấm này thường gặp hơn cả [rễ của một số cây họ Lan [Orchidaceae] và họ Đỗ quyên [Ericaceae]

Các dạng biến thái của rễ:

+ Rễ củ: là dạng biến thái không phải chỉ riêng của rễ, mà có sự tham gia của trụ trên và trụ dưới của lá mầm, ở những cây sống 2 năm, rễ củ phát triển như một cơ quan dự trữ mà ở năm thứ 2 thì từ rễ đó phát triển thân, hoa, quả... [Cà rốt, Củ cải].

+ Rễ chống [rễ cà kheo]: là kiểu rễ đặc trưng cho những cây sống ở vùng ngập mặn ven biển, những cây này có rễ phụ phát triển mạnh thành hình cung rồi cắm xuống đất làm thành hệ thống chống đỡ cho cây chịu được những tác động của sóng, gió thủy triều... [rễ cây Đước, Sú, Ráy và Dứa dại...].

+ Rễ bạnh: là rễ nằm ở vị trí chuyển tiếp với thân, nằm nổi trên mặt đất và phát triển thành những phiến lớn, thường gặp ở những cây gỗ vùng nhiệt đới [Đa, Sấu].

+ Rễ không khí: là những rễ phụ phát triển từ thân, buông lơ lửng trong không khí, thường có màu lục [do tế bào chứa diệp lục] ở trên bề mặt của những rễ này thường có một lớp vêlamen dày, đó là những tế bào chết, có màng dày hóa bần có khả năng hấp thụ nước trong không khí, rễ không khí thường gặp ở cây họ Ráy [Araceae] và cây họ Lan [Orchidaceae].

+ Rễ biểu sinh: thường gặp ở những cây biểu sinh, là những cây sống trên những cây khác nhưng không phải ký sinh hay hoại sinh. Cây biểu sinh thường bám vào phần vỏ của những cây gỗ lớn nhờ những rễ dẹp, những rễ này có khả năng hấp thụ nước chảy dọc theo thân của cây chủ, rễ cây thường có màu lục [rễ cây của một số loài Lan]

+ Rễ bám: là đặc điểm của một số dây leo, các rễ này giúp cho cây bám chắc vào giá thể [Trầu không, Tiêu...]. + Rễ hô hấp: thường gặp ở những cây ngập mặn hoặc các cây sống ở vùng đầm lầy, ở những nơi rễ khó hấp thụ không khí, ở những cây này có các rễ chuyên hóa, ngoi lên khỏi mặt nước để hô hấp , trên bề mặt của rễ có rất nhiều lỗ vỏ: cây Bụt mọc [Taxodium distichum]; Bần [Soneratia]; Vẹt [Bruguiera].

+ Rễ giác mút: là rễ của các cây ký sinh hoặc bán ký sinh những cây này có hệ rễ đâm sâu vào nhu mô vỏ và các bó mạch của những cây khác để hút nước và các chất hữu cơ [cây Tầm gửi - cây nửa ký sinh vì có khả năng quang hợp].

+ Rễ thắt nghẹt [rễ bóp cổ]: là kiểu rễ thường gặp ở những cây thuộc chi Ficus [Si, Đa, Bồ đề] có hệ rễ phụ phát triển mạnh bóp chết cây chủ.

1.2. Cơ chế hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ cây

1.2.1. Hấp thụ nước và ion khoáng từ đất vào tế bào lông hút

a] Hấp thụ nước

– Nước được hấp thụ liên tục từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế thụ động [cơ chế thẩm thấu]: đi từ môi trường nhược trương vào dung dịch ưu trương của tế bào rễ cây nhờ sự chênh lệch áp suất thẩm thấu.

- Dịch của tế bào lông hút ưu trương là do:

+ Quá trình thoát hơi nước đóng vai trò như bơm hút.

+ Nồng độ các chất tan trong tế bào lông hút cao.

b]  Hấp thụ muối khoáng

– Các ion khoáng xâm nhập vào tế bào rễ cây một cách chọn lọc theo 2 cơ chế:

+ Thụ động: Cơ chế khuếch tán từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp.

+ Chủ động: Di chuyển ngược chiều gradien nồng độ và cần năng lượng.

1.2.2. Dòng nước và các ion khoáng đi từ đất vào mạch gỗ của rễ

Dòng nước và các ion khoáng đi từ đất vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường:

– Con đường gian bào: Từ lông hút → khoảng gian bào → đai Caspari → mạch gỗ.

– Con đường tế bào chất: Từ lông hút → tế bào chất của các tế bào sống → mạch gỗ.

Rễ cây là cơ quan hút nước của thực vật trên cạn

- Cấu tạo rễ cây:

Hình ảnh cấu tạo rễ cây

- Con đường hấp thụ nước ở rễ

Hình ảnh mô tả quá trình hấp thụ nước [hút nước] ở rễ cây

Cây hút nước qua 3 giai đoạn kế tiếp:

+ Giai đoạn nước từ đất vào lông hút:

+ Giai đoạn nước từ lông hút vào mạch gỗ của rễ.

+ Giai đoạn nước đẩy từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân

- Cơ  chế bảo đảm sự vận chuyển nước ở thân.

Quá trình vận chuyển nước ở thân thực hiện được do sự phối hợp giữa:

- 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 CO2 khuếch tán vào bên trong lá cần cho quá trình quang hợp.

- Hai con đường thoát hơi nước: qua cutin và qua khí khổng. Trong đó, thoát hơi nước qua khí khổng đóng vai trò chủ yếu.

- 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 vá các ion khoáng ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước.

- Cân bằng nước được tính bằng sự so sánh lượng nước do rễ hút vào và lượng nước thoát ra.

2. Cơ chế hút dinh dưỡng qua đường rễ của thực vật:

- Rễ cây chỉ hút muối khoáng hoà tan trong nước.

- Rễ hút chất khoáng theo 2 cơ chế

- Rễ cây có thể hút các chất khoáng bằng các cơ chế ít nhiều mang tính thụ động dựa trên quá trình khuyếch tán và thẩm thấu, quá trình hút bám trao đổi, quá trình phân phối theo cân bằng Donnan...

- Cơ chế hút khoáng thụ động này không có tình chọn lọc, không phụ thuộc vào hoạt động sinh lý của cây, các chất khoáng đi vào rễ nhờ sự chênh lệch nồng độ các ion trong rễ và ngoài môi trường.

2.2. Cơ chế hút dinh dưỡng chủ động của cây trồng:

Sự hút chủ động các nguyên tố khoáng bởi hệ rễ liên quan đến quá trình trao đổi chất của tế bào.

- Mối tương quan giữa quá trình hút khoáng và hô hấp: Nhiều nghiên cứu đã xác định rằng khi hút ion nitrat có kèm theo sự thải CO2 và các sản phẩm cuối của hô hấp [Các ion H+, HCO3-] đã đảm bảo sự trao đổi liên tục một lượng tương đương các anion và cation của môi trường ngoài. Nhiều nghiên cứu khác đều cho thấy có mối liên quan chặt chẽ giữa cường độ hô hấp và quá trình hút khoáng và đi đến kết luận: Hô hấp là điều kiện cần thiết cho sự hút chất dinh dưỡng bởi hệ rễ.

- Thuyết chất mang: giải thích cơ chế hút chủ động các nguyên tố khoáng có liên quan trực tiếp đến sự trao đổi chất của tế bào hút. Thuyết chất mang dựa trên quan niệm về sự có mặt trên bề mặt chất nguyên sinh, một màng không thấm đối với các ion tự do và không cho các ion đã xâm nhập vào tế bào tự khuyếch tán tra ngoài. Trên bề mặt của màng chất nguyên sinh trong quá trình trao đổi chất hình thành nên những chất không chỉ có khả năng tương tác với các nguyên tố khoáng của môi trường ngoài mà còn vận chuyển chúng qua màng như phức hệ ion - chất mang, sau khi xâm nhập qua màng, phức hệ ấy được phân giải. Ion giải phóng tham gia tương tác với các phân tử của chất nguyên sinh, còn chất mang lại quay trở lại bề mặt màng và lại thực hiện tiếp tục vận chuyển các nguyên tố khoáng.

Theo quan niệm này, chất mang là phương tiện vận chuyển, nhờ đó mà ion chui qua được màng ngăn cách giữa môi trường trong và ngoài, còn các ion tự do thì không vượt qua được.

3. Cơ chế hút dinh dưỡng của cây trồng qua đường lá:

- 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.

Khí khổng [Stomata] 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.

- Cơ chế đóng mở khí khổng.

+ 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.

+ 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.

- Điều kiện để khí khổng đóng mở chủ động và nguyên nhân cơ bản của hiện tượng này:

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 này có tầng cutin mỏng hơn.

Nguồn: Admin