Ôn tập Sinh học 11 - Chuyên đề: Trao đổi nước ở thực vật

Nội dung tài liệu: Ôn tập Sinh học 11 - Chuyên đề: Trao đổi nước ở thực vật

1. CHUYÊN ĐỀ: SINH LÝ THỰC VẬT CHỦ ĐỀ 1: TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT A. HỆ THỐNG KIẾN THỨC LÝ THUYẾT. I. CẤU TRÚC TẾ BÀO THỰC VẬT - Là tế bào nhân thực. Cấu tạo gồm 3 thành phần chính: Màng, chất nguyên sinh và nhân. - Tế bào chất có hệ thống nội màng phát triển, có các bào quan có màng bao bọc chuyên hóa cho những chức năng riêng. - Có lục lạp - bào quan quang hợp giúp chuyển đổi NLAS ( quang năng) => NL hóa năng trong CHC. - Có thành tế bào( xenlulozo) => ổn định hình dạng cho tế bào * Thành tế bào có cấu trúc bền chắc, gồm các bó sợi xenlulozo xen giữa là các tấm canxi=> phù hợp với chức năng bảo vệ TB tránh khỏi các tác động cơ học, ánh sáng trực tiếp và các tác nhân gây bệnh Ngoài ra, thành tế bào còn có khả năng thấm một số chất như linhin ( cấu trúc lên mô dẫn: có chức năng dẫn truyền) hay Suberin ( cấu trúc hóa bần: => TB xốp nhẹ, thích nghi với môi trường) - Có không bào lớn ,Đây là bào quan trong ở tế bào thực vật, đóng vai trò quan trọng => tính thẩm thấu cho tế bào thực vật. Trong tế bào thực vật có thể có 1 hoặc nhiều không bào=>hệ không bào , đó là những khoảng trống trong tế bào chất chứa đầy dịch( dịch không bào/ dich tế bào) Ở những tế bào TV con non thường có nhiều không bào nhỏ, ở tế bào TV trưởng thành, các không bào tăng dần kích thước và sát nhập vào thành một không bào lớn, ép sát chuyên sinh chất và nhân của tế bào vào sát màng sinh chất. II. NƯỚC VÀ VAI TRÒ CỦA NƯỚC ĐỐI VỚI THỰC VẬT. 1.Nước và đặc tính của nước: a. Cấu tạo nước: 1 phân tử nước gồm 2 nguyên tử H liên kết với 1 nguyên tử Oxi qua liên kết cộng hóa trị phân cực( điện tử bị kéo lệch về phía Oxi=> phân tử nước phân cực: phí Oxi mang điện – và > cột nước liên tục( lực mao dẫn),sức căng bề mặt=> ổn định hệ keo nguyên sinh, tạo động lực cho dòng mạch gỗ + Các phân tử nước có thể liên kết với các phân tử phân cực khác=> Dung môi hòa tan các chất trong tế bào. Hầu hết các phản ứng diễn ra trong nước. - Nước có tồn tại ở nhiều trạng thái: Rắn, lỏng, khí. + Ở trạng thái rắn: Các phân tử nước được đẩy ra xa,hình thành liên kết bền, mật độ các phân tử thấp=> khối lượng riêng nhẹ=> Nổi trên nước lỏng. + Ở trạng thái lỏng,mật độ các phân tử nước dày hơn, liên kết giữa các phân tử yếu hơn=> Nước lỏng leo và linh hoạt hơn. + Ở trạng thái hơi, liên kết giữa các phân tử nước bị cắt đứt hoàn toàn, không tạo thành mạng lưới. • Khi từ trạng thái lỏng=> Khí, các phân tử thu nhiệt • Khi từ trạng thái lỏng=> rắn, các phân tử nước thải nhiệt. - Nước có ẩn nhiệt bay hơi cao( lượng nhiệt cần để biến đổi 1 đợn vị chất lỏng => hơi)=> làm mát bề mặt cơ thể=> tránh những tổn thương trong điều kiện bức xạ cao. - Nước có nhiệt nóng chảy cao ( lượng nhiệt cần để chuyển đôi một đơn vị nước ở trạng thái rắn sang lỏng) => Bảo vệ chống tác nhân sương giá cho cây trong mùa đông khắc nghiệt. - Nước có tỉ nhiệt lớn( nhiệt dung riêng cao)=> Khả năng dẫn nhiệt kém=> tính ổn định cao=> bảo vệ cơ thể khỏi những biến đổi nhiệt thái quá của môi trường. - Nước có tỉ trọng lớn :=> Nâng đỡ cho cơ thể sống. 2. Các dạng tồn tại của nước. Nước tồn tại ở 2 dạng: + Dạng Liên kết
2. + Dạng tự do. a.Dạng liên kết: dạng nước bị các phần tử tích điện hút hoặc trong liên kết hóa học.Ở dạng này nước không giữ được các đặc tính lí hóa của nước - Trong tế bào: nước liến kết đảm bảo độ bền vững của hệ thống keo trong chất nguyên sinh, một trong những chỉ tiêu đánh giá tính chịu nóng, chịu hạn của cây. - Trong đất: Nước liên kết có thể tồn tại ở dạng liên kết chặt trên bề mặt hạt keo, trong lòng hạt keo(dạng này cây không hút được) hặc dạng nước màng bao quanh hạt keo( dạng này thực vật có thể hút được nhưng khó. b.Dạng tự do:Là dạng nước chứa trong các khoảng gian bào, mạch dẫn không bị hút bởi các phần tử tích điện. Ở dạng này nước giữ được các đặc tính lí – hóa của nó • Trong tế bào, cơ thể: Nước là dung môi hoà tan các chất, tham gia điều tiết nhiệt,tham gia vào các quá trình TĐC, đảm bảo độ nhớt của CNS . • Trong đất: Nước tự do tồn tại ở dạng nước trong lực( dạng này thường theo các khe đất rút xuống sâu, cây hút được nhưng khó) và dạng nước mao dẫn( trong các mao quan giữa các hạt đất, dạng này cây sử dụng chủ yếu) 3.Vai trò của nước đối với thực vật. Thực vật cần một lượng nước lớn trong suốt đời sống của nó.Nước là thành phần bắt buộc xây dựng lên cơ thể thực vật. Hàm lượng nước trong đa số cơ thể thực vật chiếm từ 80- 95% khôi lượng cơ thể. Thực vật không thể sống thiếu nước vì: - Nước là một dung môi: Nước hòa tan các chất trong tế bào, là môi trường diễn ra hầu hết các phản ứng sinh hóa trong tế bào. - Nước là một chất phản ứng: Nước tham gia vào các phản ứng thủy phân, trùng ngưng các chất trong tế bào. VD: Trong hô hấp, nước thủy phân các chất trong chu trình Crep. Trong quang hợp, nước là nguyên liệu không thể thiếu để tổng hợp nên chất hữu cơ - Nước giúp điều hòa và ổn định nhiệt cho cơ thể thực vật - Nước giúp duy trì độ trương cho mô và tế bào, tạo hình thái ổn định cho mô và tế bào. Nước có ảnh hưởng trực tiếp đến trạng thái hệ keo của chất nguyên sinh,ngăn cho hệ keo không bị đông tụ. Nước hấp thụ trên bề mặt hạt keo ( Pr, axit hữu cơ, trên màng sinh chất), tạo lớp nước màng giúp bảo vệ cấu trúc của tế bào. Hàm lượng nước có liên quan mật thiết đến trạng thái keo/ nhớt của nguyến sinh chất Độ nhớt là chỉ tiêu quan trọng cho phép đánh giá trạng thái sinh lý của tế bào. Các tế bào của cơ quan non thường có độ nhớt thấp hơn độ nhớt của các tế bào ở các cơ quan trưởng thành và cơ quan già. Độ nhớt của tế bào chất liên quan với mức độ trao đổi chất. Khi độ nhớt tăng lên trao đổi chất giảm xuống tương ứng với tính chống chịu cao của cơ quan thực vật đối với môi trường bất lợi. Tế bào chất trong các tế bào ở trạng thái nghỉ như hạt khô có độ nhớt cao. Đối với cây chịu nóng tốt có độ nhớt cao và nó dễ bị chết rét; đối với cơ quan sinh sản thường có độ nhớt cao hơn cơ quan dinh dưỡng. Sự khác biệt đó là một đặc điểm có lợi nhằm bảo vệ nòi giống. * Khi tế bào mất nước => keo nguyên sinh chuyển từ trạng thái sol(lỏng) sang trạng thái gel( rắn)=> Độ nhớt tăng =>Cường độ TĐC giảm dần và ngừng hẳn khi nguyên sinh đặc quánh. Ngược lại, Khi tế bào hút nước, keo nguyên sinh lại chuyển từ trạng thái gel=> sol=>độ nhớt giảm=> tăng cường độ TĐC. *Thực vật chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh bất lợi có hàm lượng nước liên kết khá cao. - Nước tạo ra môi trường trong cho cây, đảm bào sự thống nhất giữa các bộ phận trong cơ thể thực vật, giữa cơ thể với môi trường. Nước tham gia trực tiếp vào quá trình vận chuyển các chất trong cây. III. QÚA TRÌNH TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT - Trao đổi nước ở thực vật bao gồm: + Quá trình hấp thụ nước ở rễ. + Quá trình vận chuyển nước từ rễ lên lá. + Quá trình thoát hơi nước từ lá ra ngoài không khí. Ba quá trình này, trong điều kiện bình thường, hoạt động nhịp nhàng, liên tục, liên hệ khăng khít với
3. nhau, tạo nên trạng thái cân bằng nước cần thiết cho sự sống của thực vật. 1. Cơ quan hấp thụ nước ở thực vật: - Thực vật thủy sinh: Hấp thụ nước qua toàn bộ biểu bì bao quanh cơ thể. Rễ không có lông hút. - Thực vật trên cạn có cơ quan chuyên hóa để lấy nước là rế , có thể là rễ giả( rêu) hoặc rễ thật. - Thực vật phụ sinh( khí sinh) có khả năng hấp thụ nước qua bề mặt lá hoặc các rễ khí sinh( rễ được bao bọc bởi một màng biểu bì nhiều lớp xốp, màng này chứa đầy nước hoặc không khí), ngoài ra chúng còn có các mô chuyên hóa chứa đầy nước. - Gai của một số loài cũng có khả năng hấp thụ nước( dạng giọt) Tuy nhiên, bộ rễ là cơ quan chuyên hóa cho chức năng hút nước và muối khoáng ở thực vật. b. Sự phù hợp về cấu tạo với chức năng hút nước và MK ở rễ: * Phù hợp về hình thái: Rễ phân nhánh tạo nhiều loại rễ, giúp tăng diện tích tiếp xúc với nguồn nước trong đất. * Phù hợp về cấu tạo giải phẫu: Một rễ điển hình có 3 miền chính: - Miền sinh trưởng: Tại đó các tế bào phân chia tạo ra các tế bào mới thay thế cho những tế bào già, chết hoặc tổn thương; đồng thời giúp rễ đà ra, tăng diện tích tiếp xúc và mở rộng khả năng tìm kiếm nguồn nước. - Miền hút: Các tế bào biểu bì tại đây phân hóa thành lông hút- TB chuyên hóa cho chức năng hấp thụ nước với những đặc điểm như: + Thành tế bào mỏng, không thấm cutin=> dễ dàng lấy nước. + Có không bào trung tâm lớn => sức hút lớn + Có rất nhiều ti thể => hô hấp diễn ra mạnh mẽ=> ASTT cao=> hút nươc hiệu quả. Số lượng các tế bào lông hút tại miền hút là rất lớn=> Tăng diện tích và hiệu quả hấp thụ nước lên rất nhiều. - Vùng chóp rễ: bảo vệ đầu rễ, thon, nhọn giúp rễ len lỏi dễ dàng trong đất trong quá trình sinh trưởng. * Phù hợp về xu hướng sinh trưởng, phát triển: Rễ ăn sâu, lan rộng, phát triển nhanh miền hấp thụ. Đặc biệt rễ có khả năng hướng nước và hướng hóa cao. * Rễ của một số loài còn có khă năng tiết ra một số chất giúp chuyển hóa chất khó tan thành dễ tan để hấp thụ. 2. Quá trình hút nước ở rễ: Quá trình hút nước ở rễ gồm 3 giai đoạn: - Gđ 1: Từ đất vào lông hút - Gđ 2 : Từ lông hút vào mạch gỗ của rễ. - Gđ 3: từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân. a. Gđ 1. Nước từ đất vào lông hút: Rễ có thể hút được nước trong đất ở dạng tự do( nước mao dẫn là chính) ngoài ra cũng có thể hấp thụ nước màng(dạng liên kết không chặt trong đất). Sự hấp thụ chủ yếu diễn ra tai miền hút. + Cơ chế hấp thụ nước: Cơ chế thẩm thấu( nươc đi từ nơi có thế nước cao / ASTT thấp=> nơi có thế nước thấp( ASTT cao). *Dịch của tế bào biểu bì rễ( lông hút) thường ưu trương hơn (thế nước thấp hơn) dịch trong đất vì : - Quá trình thoát hơi nước ở lá( có vai trò như một cái bơm hút nước) hút nước lên phía trên=> giảm lượng nước trong tế bào lông hút. - Rễ cây chủ động tạo ra ASTT lớn bằng cách tăng cường hô hấp => tạo NL ATP,sử dụng NL ATP vận chuyển các chất tan vào không bào=> tăng nồng độ chất tan trong không bào=> sức hút lớn. b. Gđ 2. Giai đoạn nước từ lông hút vào mạch gỗ (mạch xilem) của rễ Sau khi vào tế bào lông hút, nước vận chuyển một chiều qua các tế bào vỏ, nội bì vào trung trụ =>
4. mạch gỗ của rễ do sự chênh lệch sức hút nước theo hướng tăng dần từ ngoài vào trong giữa các tế bào. Có hai con đường vận chuyển nước từ lông hút vào mạch gỗ: - Con đường liên bào( con đường tế bào chất, không bào- Symplast): Dòng nước sau khi vào lông hút sẽ liên tục đi qua chất nguyên sinh, không bào của tế bào nhu mô vỏ này sang chất nguyên sinh, không bào của tế bào nhu mô vỏ kia được kiểm soát chặt chẽ qua cầu nối sinh chất.=> qua tế bào chất của nội bì => trung trụ => mạch gỗ của rễ - Con đường thành tế bào,gian bào ( Con đường vô bào - Apoplats ): Dòng nước từ tế bào lông hút=> khoảng không gian giữa các tế bào,khoảng không gian giữa các bó sợi xenlulozo, không gian giữa thành tế và màng sinh chất của các tế bào nhu mô vỏ, vào đến nội bì thị bị chặn lai bởi đai Caspary. Dòng nước chuyển sang con đường liên bào đi qua nội bì để vào trung trụ => mạch gỗ của rễ. c. Giai đoạn nước bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ. Có hai hiện tượng minh hoạ áp suất rễ: Hiện tượng rỉ nhựa và hiện tượng ứ giọt. + Hiện tượng ứ giọt: Úp cây trong chuông thuỷ kín, sau một đêm, ta sẽ thấy các giọt nước ứ ra ở mép lá qua thuỷ khổng. Như vậy mặc dù không khí trong chuông thuỷ tinh đã bão hoà hơi nước, nước vẫn bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên lá và không thoát được thành hơi nên ứ thành các giọt. Hiện tượng này thường quan sát được ở các cây thân thảo và cây bụi tấp vào những đêm không khí ẩm, bão hòa hơi nước. + Hiện tượng rỉ nhựa: Cắt ngang thân cây( sát gốc), sau môt khoảng thời gian sẽ thấy những giọt nhựa ứ trên bề mặt cắt. 3. Quá trình vận chuyển nước ở thân * Đặc điểm: Nước được vận chuyển một chiều từ rễ=> thân=> lá theo mạch gỗ ( chủ yếu) Ngoài ra, nước còn có thể được vận chuyển trong mạch rây theo chiều từ trên xuống hoặc theo chiều ngang từ mạch rây này sang mạch rây khác. * Quá trình vận chuyển nước trong mạch gỗ: Nước được chuyển liên tục trong mạch gỗ của rễ lên mạch gỗ của thân => của lá. Con đường này dài ( có thể tình bằng mét ). * Cấu tạo mạch gỗ: - Gồm các tế bào chết, không có màng và các bào quan. vách tế bào được linhin hóa nên bền chắc, đầu cuối và vách bên có các lỗ nhỏ + bao gồm 2 loại tế bào: mạch ống và quản bào + Các tế bào cùng loại nối với nhau theo cách đầu tế bào này gắn với đầu tế bào kia thành ống rỗng dài từ rễ lên lá để dòng mạch gỗ di chuyển bên trong. các ống xếp sít sát nhau sao cho các lỗ bên của chúng thông với nhau tạo lối đi cho dòng vận chuyển ngang . Mạch gỗ là các tế bào chết, có tác dụng làm giảm sức cản của dòng nước được vận chuyển ngược chiều trọng lực trong cây. Đồng thời thành của những tế bào chết dày giúp cho ống dẫn không bị phá huỷ bởi áp lực âm hình thành trong ống dẫn bởi lực hút do thoát hơi nước ở lá. - Động lực vận chuyển: +Lực hút ( lực đầu trên): Tạo bởi sự thoát hơi nước + Lực đẩy( lực đầu dưới): Tạo bởi áp suất rễ. + Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và liên kết giữa các phân tử nước với thành mạch gỗ. * Cơ chế đảm bảo sự vận chuyển liên tục của cột nước: => Sự phối hợp của 3 lực ,đặc biệt là lực cố kết giữa các phân tử nước phải lớn cùng với lực bám của các phân tử H 2O với thành mạch phải thắng được lực trướng ( trọng lượng cột nước ). - Điều kiện: Để nước có thể vận chuyển ở con đường này là đảm bảo tính liên tục của cột nước, nghĩa là không có bọt khí trong cột nước.
5. Sau khi đến mạch gỗ của lá=> theo mạch dẫn=> vào các tế bào nhu mô thịt lá, tham gia vào quá trình TĐC hoặc thoát hơi. 4. Quá trình thoát hơi nước ở lá. 4.1. Vai trò thoát hơi nước. * Thoát hơi nước là sự mất nước từ bề mặt thoát hơi ( chủ yếu là lá) * Vai trò( SGK) 4.2. Con đường và cơ chế: Nước thoát qua tất cả các bộ phận trên cơ thể. Nhưng chủ yếu là thoát qua lá. Lá là cơ quan thoát hơi nước. Tại lá có 2 cấu trúc tham gia vào quá trình thoát hơi nước là cutin và khí khổng( lỗ khí) 2 con đường thoát hơi qua lá: a Con đường qua cutin: đây là con đường thoát hơi chủ yếu đối với lá non và thân, cây chịu hạn có lá tiêu biến. + Cấu tạo lớp cutin( lớp sáp phủ bề mặt trên và dưới của lá trừ khí khổng): có nguồn gốc từ lớp tế bào biểu bì của lá tiết ra. Độ dày phụ thuộc vào độ tuổi và loại cây. + Đặc điểm: Tốc độ thoát hơi qua cutin thường nhỏ, phụ thuộc vào diện tích mặt lá; độ dày, độ chặt của lớp cutin và không được điều chỉnh. b.Con đường qua khí khổng( lỗ thở) đây là con đường chủ đạo thoát hơi qua lá ở hầu hết thực vật. * Cấu tạo khí khổng: Tạo thành từ sự hợp nhất giữa 2 tế bào hình hạt đậu có thành dày- mỏng không đều nhau. Thành mỏng quay ra phía ngoài, thành dày úp vào nhau=> lỗ khí( khí khổng) - Số lượng khí khổng khác nhau tùy thuộc vào loài, chủ yếu tập trung ở mặt dưới của lá. Có một số ít loài khí khổng tập trung nhiều ở mặt trên ( thường là những thực vật có lá mọc thẳng đứng trong môi trường như mía, ngô) * Đặc điểm: Thoát hơi nước qua khí khổng có tốc độ lớn, phụ thuộc vào số lượng KK, độ mở khí khổng và được điều chỉnh bằng cơ chế đóng mở khí khổng. Chú ý( giải thích vì sao thoát hơi qua KK có hiệu quả cao): Tổng diện tích KK thường chỉ = 1% so với S lá, nhưng hơi nước chủ yếu thoát qua mép của KK ( tuân theo hiện tượng vật lí: vận tốc thoát hơi nước không chỉ phụ thuộc vào diện tích thoát hơi mà phụ thuộc chặt chẽ vào chu vi của các diện tích đó) .Trong khi số lượng KK ở lá là rất lớn (hàng trăm khí khổng trên một milimet vuông lá)=>Tổng chu vi của KK là rất lớn so với chu vi của lá => hiệu quả mép=> Hiệu quả thoát hơi lớn! Cũng có thể chúng minh theo ĐL Stephans: - Tốc độ thoát hơi qua lỗ nhỏ tỉ lệ thuận với đường kính lỗ nhỏ. - Thoát hơi qua lỗ nhỏ xảy ra với hiệu quả mép ( thoát ở mép nhanh) => Cùng 1 bề mặt thoát hơi, bề mặt có nhiều lỗ nhỏ sẽ thoát nhanh hơn + Cơ chế đóng- mở khí khổng: * Cơ chế đóng mở khí khổng: có liên quan mật thiết đến đến trạng thái no nước của tế bào cấu tạo khí khổng( TB hạt đậu/ TB bảo vệ): - Khi no nước(Tế bào khí khổng trương nước) : KK mở - Khi đói nước(Tế bào khí khổng mất nước: KK đóng . Trước những thay đổi của điều kiện môi trường,thực vật có các phản ứng đóng - mở khí khổng để thích nghi cụ thể như sau: + Phản ứng mở -quang chủ động: Phản ứng này xảy ra khi có ánh sáng( Cây chuyển từ tối ra sáng; từ đêm sang ngày): Quang hợp diễn ra trong các tế bào khí khổng + Cường độ hô hấp tăng=> hàm lượng đường tăng áp suất thẩm thấu của tế bào khí khổng tăng tế bào khí khổng hút nước, trương lên và lỗ khí mở .
6. + Phản ứng đóng- thủy chủ động:Khi cây thiếu nước. Xảy ra khi cây gặp hạn hoặc đất bị nhiễm mặn, hàm lượng phân bón quá cao, đất thiếu nước, vận chuyển nước trong mạch gỗ không kịp hoặc thoát hơi nước quá mạnh. =>Các bơm ion trên bề mặt màng tế bào khí khổng chủ động bơm ion ra khỏi tế bào => giảm ASTT => giảm sức trương của nước=> khí khổng đóng. VD: - Khi cây bị hạn ABB (Axit Abxixic) tăng kích thích các bơm K+ , Ca+ hoạt động kéo các ion này ra khỏi tế bào khí khổng làm cho tế bào khí khổng mất sức căng trương nước và khí khổng đóng lại. - Ánh sáng quá mạnh vào ban trưa => KK đóng lại + Phản ứng đóng- mở thủy bị động: Thường xảy ra trong điều kiện mưa kéo dài. Do các tế bào xung quanh tế bào khí khổng no nước => Tăng thể tích=> chèn ép TB khí khổng=> Khí khổng khép lại. khi môi trường không khí khô dần-> TB biểu bì mất nước=> khí khổng lại dần mở ra. 4.3. Các nhân tố ảnh hưởng đến thoát hơi nước ở thực vật: - Nước và độ ẩm: Liên quan trực tiếp đến V thoát hơi nước thông qua cơ chế đóng- mở KK - Ánh sáng: => phản ứng mở- quang chủ động. => tăng nhiệt đô=> tăng cường độ thoát hơi. - Hàm lượng khí CO2: Khi nồng độ CO2 giảm=> độ pH tăng => KK mở kể cả ngoài sáng hoặc trong tối - Nhiệt độ: Liên quan mật thiết với trạng thái ngậm nước của tế bào=> sự đóng – mở KK. => Liên quan đến V chuyển hóa vật chất trong TB => V đóng- mở KK - Dinh dưỡng khoáng: Có ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của hệ rễ và ASTT của dich đất=> quá trình hấp thụ nước => đóng mở khí khổng. 5 Cơ sở khoa học của việc tới nước hợp lý cho cây trồng a. Cân bằng nước và vấn đề hạn của cây trồng. * CB nước: Sự tương quan giữa lượng nước hút vào(A) với lượng nước thoát ra(B) - Khi A/B Cây ở trạng thái CB ân=> Cây bị hạn.( Có thể do đất không cung cấp đủ nước cho nhu cầu của cây; cũng có thể do hạn sinh lý) * Hạn sinh lý: Là hiện tượng cây sống trong điều kiện dư thừa nước mà vẫn bị héo. + Héo? – Do TB , mô mất nước=> giảm sức căng bề mặt => tế bào, mô mềm nhũn=> lá héo rũ Có 2 dạng - Héo tam thời( khôi phục lại khi điều kiện bất lợi qua đi) : Thường xảy ra vào những ngày nắng mạnh, hút không kịp thoát. - Héo lâu dài( không thể phục hồi => chết): Xảy ra vào những ngày năng hạn, ngập măn, úng ngâp kéo dài. + Nguyên nhân: - Do ngập úng kéo dài. - Do nồng độ khoáng trong đất quá cao=> ASTT dich đất cao=> Cây không lấy được nước. - Do nhiệt độ quá thấp => Rối loạn TĐC => TB lông hút bị ức chế hoạt động hoặc chết. b. Tưới hợp lý : Tưới nước hợp lí cho cây trồng là xác định đúng : - Khi nào cần tưới nước?( đúng lúc): Căn cứ vào đặc điểm sinh lí của cây(sức hút của lá, ASTT của dịch bào, cường độ hô hấp của lá.) - Lượng nước cần tới là bao nhiêu?( đúng lượng): Thường căn cứ vào loại cây, loại đất, giai đoạn st, điều kiện môi trường. - Cách tưới như thế nào?( đúng cách): Phụ thuộc vào loài cây, loại đất =>Để đảm bảo cây st-pt, đạt NS cao BÀI TẬP VỀ TRAO ĐỔI NƯỚC
7. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CẦN GHI NHỚ: * Hiện tượng thẩm thấu: Là hiện tượng dịch chuyển của dung môi (nước và một số dung môi khác như cồn, benzen ) từ môi trường dung dịch có nồng độ chất tan thấp( Thế nước cao/môi trường nhược trương) sang môi trường dung dịch có nồng độ chất tan cao ( Thế nuwocs thấp/môi trường ưu trương). * ASTT(P) Là lực đẩy trong hiện tượng thẩm thấu( lực đẩy của các phân tử dung môi từ dung dịch có nồng độ chất tan thấp=> nơi dung dịch có nồng độ chất tan cao). * Ở tế bào thực vật, quá trình thẩm thấu lại có giới hạn. Vì TB thực vật có thành tế bào, nên khi tế bào bắt đầu nhân nước, thành tế bào sẽ sinh ra một lực chống lại sức trương nước gọi là áp suất trương nước(T),có chiều ngược lại với áp suất thẩm thấu.Tế bào chỉ nhận nước đến khi 2 áp suất này cân bằng( P= T) thì hiện tượng thẩm thấu sẽ dừng lại => tế bào đạt trạng thái bão hòa nước chứ không bị vỡ.( ở tế bào động vật không có được đặc điểm này nên sẽ bị vỡ tung nếu đạt trong môi trường nhược trương) - Sức căng trương nước (T)của tế bào khiến cho màng sinh chất ép chặt vào thành tế bào, các tế bào trong cơ thể thực vật ép chặt vào nhau=> đây chính là cơ chế chính giúp cho cấu trúc của các mô (không phải gỗ) được bền vững, cũng là lí di khiến cho thực vật có thể đứng thẳng mà không bị đổ. * Co nguyên sinh:Là hiện tượng nguyên sinh chất của tế bào co rút lại ( do không bào mất nước) tách ra khỏi thành tế bào và tạo nên khoảng không gian giữa vách tế bào và màng tế bào.Hiện tượng này xảy ra khi tế bào mất nước( đặt trong môi trường ưu trương, khô hạn khắc nghiệt). Nếu hiện tượng tiếp tục diễn ra hoặc kéo dàI => vách tế bào cũng sụp đổ=> hiện tượng tóp bào. * Hiện tượng phản co nguyên sinh:Ngược lại với co nguyên sinh. Hiện tượng này xảy ra khi đặt tế bào trong môi trường nhược trương=> tế bào nhận nước và căng lên. * Hiện tượng xitoriz: Hiện tương xảy ra khi tế bào mất nước đột ngột, không bào co lại, nhưng chất nguyên sinh không kịp tách rời khỏi thành tế bào, làm thành tế bào lõm vào trong.=> Sức căng trương khi đó mang giá trị âm. * Hệ keo nguyên sinh chất : TBC có dạng keo bán lỏng rất đặc biệt, vừa có thể ở trạng thái lỏng(sol) , vừa có thể ở trạng thái đặc(gel).Khả năng chuyển dịch giữa 2 trạng thái này => tính keo đặc thù cho nguyên sinh chất. sự thích ứng linh hoạt trong điều kiện sống thay đổi. Độ keo của CNS liên quan mật thiết đến độ nhớt của TB. * Tính nhớt ( độ nhớt của NSC): Là đặc trưng quan trong phản ánh trạng thái sinh lý của TB .Độ nhớt của NSC phụ thuộc vào hàm lượng nước: - Độ nhớt tăng => TĐC giảm => tăng khả năng chịu nóng, chịu hạn, chịu rét kém: Trạng thái phổ biến ở hạt khô, lá già, cây chịu nóng, cơ quan sinh sản - Độ nhớt giảm( tăng hàm lượng nước liên kết)=> TĐC tăng=> Tăng khả năng chịu rét. MỘT SỐ BÀI TẬP VỀ TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT. Quy trình giải BT: Bước 1: Nhận dạng bài toán Bước 2: Xác định các đại lượng đã cho, đại lượng cần tính Bước 3: Tái hiện công thức cơ bản có liên quan => Vận dụng linh hoạt công thức để tìm ra đáp án Bước 4: Kiểm tra lại kết quả I. BÀI TẬP VỀ ASTT CỦA TẾ BÀO. • Áp suất thẩm thấu của tb (atm) : P = RTC. Trong đó: P : Áp suất thẩm thấu (atm) R : Hằng số khí (≈ 0,082 ) T : nhiệt độ tuyệt đối = 273 + to(C) C : nồng độ dịch bào ( mol/l) • Nhận xét: + R, T không phụ thuộc loài.; C phụ thuộc loài, loại tế bào + ASTT phụ thuộc vào nồng độ dịch bào và nhiệt độ môi trường. Bài1. Một cây sống ở vùng ven biển có áp suất thẩm thấu 3atm nhưng cây này vẫn sống bình thường.
8. a. Cây này cần duy trì nồng độ dịch bào của tế bào lông hút tối thiểu là bao nhiêu để sống được trong điều kiện mùa đông 17o C và mùa hè 35o C. b. Theo em, các cây ngập mặn hấp thụ nước bằng cách nào ?: HD: ADCT tính ASTT: P = RTC a. Với P = 3atm thì cây phải duy trì P > 3atm  RTC > 3atm  C > 3atm/RT. Thay giá trị R, T ta được: + Vào mùa hè : C > 0.2; + Vào mùa đông: C > 0,3 b. Cây ngập mặn thích nghi bằng cách: - Có hệ rễ khí sinh : có thể hấp thụ nước ngọt vào ban đêm - Có các tuyến tiết muối ở lá: Sau khi hút nước mặn => lọc lấy nước ngọt và tập trung muối ở các tuyến tiết muối ở lá=> tiết ra ngoài. - Một số cây hấp thụ nước mặn => lọc muối tập trung ở các lá già, khi rụng=> thải muối ra ngoài. - Tạo áp suất thẩm thấu cao ở dịch tế bào lông hút bằng cách tập trung các ion khoáng và các chất tan khác. Bài 2 Một cây thuộc loài thực vật ẩm sinh mọc trong đất có nồng độ muối cao, mặc dù đã được tưới nước cây này vẫn bị héo. a. Cho biết 3 giá trị đo được về thế nước của cây trên là: – 5 atm, - 1 atm và – 8 atm. Hãy xếp các giá trị trên tương ứng với thế nước ở lá, rễ và đất? b. Để cây không bị héo có thể sử dụng phương pháp nào trong các phương pháp sau là hiệu quả nhất, giải thích tại sao? + Tăng độ ẩm không khí. + Tưới nước tiếp tục cho cây. + Phủ một lớp sáp trên bề mặt lá. + Đưa cây vào bóng râm. HD: a. Nước đi từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp. Cây đang bị héo nên thế nước của lá, rễ và đất lần lượt là - 1 atm, - 5 atm, - 8 atm. b. Sử dụng phương pháp tiếp tục tưới nước cho cây để tăng thế nước cho đất, rửa mặn Bài 3.Khi nghiên cứu áp suất thẩm thấu của dịch tế bào của một số loài cây người ta thu được số liệu sau: + Rong đuôi chó: 3,14 atm ;Bèo hoa dâu: 3,49 atm + Cây đậu leo: 10,23 atm Cây bí ngô: 9,63 atm + Phi lao: 19,68 atm Cây sơn: 24,08 atm a) Em có thể rút ra kết luận gì? Giải thích? b) Có thể sắp xếp các cây vào các nhóm sinh thái khác nhau như thế nào, tại sao có sự sắp xếp đó? Hướng dẫn giải a. - Kết luận: + Áp suất thẩm thấu là một đại lượng biến đổi. + Những nhóm cây sinh thái khác nhau thì có P khác nhau. + Cây mọc ở đất khô cằn thì có áp suất thẩm thấu của dịch bào lớn, cây thủy sinh thì có áp suất thẩm thấu nhỏ. - Giải thích: + Áp suất thẩm thấu được xác định bằng công thức: P = RTC trong đó C là nồng độ dịch bào; R là hằng số khí;T nhiệt độ dung dịch; C khác nhau ở mỗi loài sinh vật còn R và T không phụ thuộc vào các loài sinh vật. + Ở những môi trường sinh thái khác nhau, thế nước trong đất khác nhau, cây muốn hút được nước thì phải tạo ra một tiềm năng thẩm thấu lớn hơn tiềm năng thẩm thấu trong đất (P dịch bào > P dịch đất). Vì ở môi trường nước, P môi trường nhỏ => P dịch bào thấp, còn ở môi trường đất khô cằn, P dịch đất lớn => P dịch bào lớn. b. Dựa vào áp suất thẩm thấu của dịch tế bào, ta có thể xếp các cây trên vào các nhóm theo chiều tăng dần của áp suất thẩm thấu: - cây ưa ẩm hay ẩm sinh (rong đuôi chó, bèo hoa dâu).
9. - cây trung sinh (cây đậu leo, bí ngô). - cây ưa hạn hay hạn sinh (cây sơn, phi lao) 1. Thực vật ẩm sinh: Thực vật sống ở nơi ẩm ướt, gồm các nhóm thực vật sau: + Tthực vật thuỷ sinh: sống trong nước như rong, rêu) + Tthực vật bán thuỷ sinh (sống trên mặt nước như các loài bèo). +Thực vật ưa ẩm (sống nơi ẩm ướt như các cây sống ven hồ, ao, sông, suối, các cây sống dưới tàn rừng rậm Nhóm thực vật ẩm sinh thường không có hoặc có rất ít khí khổng và thường không thoát hơi nước qua khí khổng,chúng thoát hơi nước cũng như hấp thụ nước thông qua toàn bộ bề mặt của cơ thể, tức là qua lớp cutin trên bề mặt cơ thể. Nhóm thực vật ẩm sinh nói chung có thân dài, hệ rễ không phát triển, đôi khi tiêu biến. 2. Thực vật trung sinh: Thực vật sống ở nơi có nước đủ nhưng không dư thừa nước. Nhóm thực vật này chiếm ưu thế , có những đặc điểm của thực vật ưa sáng.Nếu sống ở những nơi râm mát, chúng có những đặc điểm của thực vật ưa bóng. 3. Thực vật hạn sinh: Thực vật sống ở nơi khô hạn, nơi không đủ nước cung cấp cho cây hoặc nơi có nước nhưng cây không lấy được nước. Nhóm thực vật này bao gồm: thực vật vùng sa mạc, bán sa mạc, thực vật vùng đầm lầy, thực vật vùng ven biển. Có hai khuynh hướng chịu hạn ở nhóm thực vật này: + Nhóm tiết kiệm nước bằng cách đóng khí khổng ban ngày để tránh thoát hơi nước và trở thành cây mọng nước, hoặc lá biến thành gai để giảm diện tích thoát hơi nước, hoặc trên bề mặt lá có một lớp cutin dày, lá có lông + Nhóm phung phí nước, tức là thoát hơi nước nhiều để tạo ra động lực lớn kéo cột nước từ rễ lên lá bằng cách tăng số lượng khí khổng trên bề mặt lá, hệ rễ phát triển mạnh về chiều sâu, tăng áp suất thẩm thấu của tế bào lông hút II. BÀI TẬP VỀ SỨC HÚT CỦA TẾ BÀO. • Sức hút của tế bào biểu thị tình trạng thiếu nước của cây – 1 trong những chỉ tiêu xây dựng chế độ tưới tiêu hợp lí. • Công thức tính sức hút của tế bào: S= P- T Trong đó: S: Sức hút nước của tế bào thực vật (atm) P : Áp suất thẩm thấu (atm) T : Sức căng trương nước của tế bào . Bai 1: Cho tế bào thực vật đã phát triển đầy đủ vào một dung dịch. a. Khi nào sức căng trương nước (T) xuất hiện và tăng? b. Khi nào T cực đại và cực đại bằng bao nhiêu? Khi nào T giảm và khi nào T giảm đến 0? c. Trong công thức S=P-T, S luôn nhỏ hơn P hoặc = P. Có khi nào S>P. Giải thích? HD: a. Khi tế bào nhận nước T bắt đầu xuất hiện, nếu tế bào tiếp tục nhận nước thì T tăng. b. T cực đại khi tế bào bão hòa nước và lúc đó T=P. Khi tế bào mất nước thì T giảm và ở thời điểm tế bào bắt đầu co nguyên sinh thì T=0. c. Có. Trong trường hợp tế bào mất nước đột ngột, không bào co lại, nhưng chất nguyên sinh không kịp tách rời khỏi thành tế bào, làm thành tế bào lõm vào trong và T xuất hiện với chiều ngược lại, T mang dấu (-). Khi đó sức hút của TB sẽ là: S=P-(-T) =P+T. => S>P Bài22. a.Em hãy cho biết: chiều vận chuyển của nước khi cho một tế bào thực vật có áp suất thẩm thấu (P) bằng 1atm vào một dung dịch có P = 0,7atm. b Thành phần cấu trúc nào đóng vai trò chính trong quá trình thẩm thấu của tế bào thực vật trên? HD: a. Để nước vào tế bào thì sức hút của tế bào phải thắng được ASTT của dung dịch ngoại bào và ngược lại. Mà S = P-T , nên: + Nếu S > 0,7 => P - T > 0,7  1- T > 0.7 => T P - T = 0,7  1- T >=0.7 => T = 0,3: Khi đó không xảy ra hiện tượng thẩm thấu, nước không dịch chuyển + Nếu S P - T T > 0,3: Khi đó tế bào mất nước, nước dịch chuyển từ tế bào ra ngoài b. Kh«ng bµo . - Gi¶i thÝch: Kh«ng bµo lµ n¬i chøa c¸c chÊt hßa tan T¹o ASTT . Bài 3
10. Cây trồng trong đất có áp suất thẩm thấu P = 0,3 atm, trong khi áp suất thẩm thấu của rễ cây này là 0,1 atm và sức căng trương nước T = 0,8 atm. Hỏi cây có thể sống được ở đất này không? Giải thích vì sao ? HD: Để cây có thể sống được trên đất này thì sức hút của rễ cây phải lớn hơn ASTT của dịch đất. Nghĩa là lớn hơn 0,3. Ta có : S= P-T  S = 0,1 - 0,8 = - 0,7 atm S = O b) Khi tế bào ở trạng thái thiếu nước thì P > T, S = P - T ta có: O P. Ý nghĩa: Sức hút của tế bào biểu thị tình trạng thiếu nước của cây – 1 trong những chỉ tiêu xây dựng chế độ tưới tiêu hợp lí. Bài 5: Trong điều kiện đồng ruộng, tổng chiều dài hệ rễ của một cây ngô không kể lông hút là 500-700m. Trên 1 mm2 rễ cây ngô có tới 420 lông hút( chiều dài bình quân mỗi lông hút là 0.5mm). Cây táo một năm tuổi chỉ có 10 cành nhưng có tới 45000 rễ các loại. Cây lúa sau khi cấy 4 tuần có hệ rễ với tổng chiều dài gần 625 km và tổng diện tích bề mặt xấp xỉ 285m2, chủ yếu do tăng số lượng lông hút. Ở lúa mì đen số lượng lông hút của 1 cây có thể đạt đến 14 tỉ cái. a. Em hãy cho biết những con số trên nói lên điều gì? b. Tính tổng chiều dài của các lông hút ở 1mm2 rễ cây ngô. Ý nghĩa sinh học của các con số đó là gì? HD :: a. Những con số trên nói lên khả năng đâm sâu và lan rộng vào đất của rễ. Rễ cây lan rộng, hệ thống lông hút phát triển giúp tăng diện tích tiếp xúc với môi trường đất. Các đặc điểm này là kết quả của quá trình chọn lọc tự nhiên lâu dài, giúp cây hút được nước và muối khoáng từ môi trường đất phức tạp. b. Tổng chiều dài của các lông hút ở 1mm2 rễ cây ngô: 420 . 0,5mm = 210mm => ý nghĩa sinh học: Giúp cây ngô hút được nước và muối khoáng từ môi trường đất để sinh trưởng và phát triển. Bài 6.a. Một mô thực vật gồm các tế bào giống nhau và có áp suất thẩm thấu P=2.1atm, sức trương nước T=0.8, người ta ngâm mô này trong dung dịch saccarozo nồng độ 0.07M ở nhiệt độ 25 độ trong thời gian 30 phút .Hãy dự đoán về hiện tượng của mô thực vật này. b. Ngâm tế bào biểu bì vẩy hành vào dung dịch đường saccarozo có áp suất thẩm thấu 0.8atm ; 1.5atm cho biết áp suất trương nước của tế bào biểu bì vẩy hành trước khi ngâm vào dung dịch là 0.6atm; và áp suất thẩm thấu là 1.8atm, hãy giải thích hiện tượng xảy ra ở tế bào biểu bì vẩy hành. III. BÀI TẬP VỀ HỆ SỐ HÉO : • Hệ số héo : Là tỉ lệ % nước còn lại trong đất khi cây trồng trên đất đó bắt đầu héo giới hạn dưới của nước dùng được trong 1 loại đất . • Hệ số héo được tính theo % ẩm dung toàn phần của đất. • Hệ số héo của các loại đất khác nhau là khác nhau : Tăng dần từ đất cát=> thịt => sét. ( Thành phần cơ giới càng nặng=> hệ số héo càng cao) : • VD : đất cát : 2,2 ; đất thịt 12,6 ; đất sét 26,2. • Công thức xác đinh HS héo: HS héo = ( Lượng nước còn trong đất khi cây bắt đầu héo : lượng nước bão hòa trong đất) x 100