Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Bộ thẻ từ vựng tổng hợp các khái niệm then chốt về vai trò của nước và khoáng, cơ chế hấp thụ và vận chuyển trong mạch gỗ và mạch rây ở thực vật.

Dinh dưỡng ở thực vật

Quá trình hấp thụ nước, chất khoáng và đồng hoá chúng thành chất sống của cơ thể thực vật.

Vai trò của nước đối với thực vật

Chiếm khoảng $70 - 90\%$ khối lượng tươi; là thành phần cấu tạo tế bào; là dung môi hoà tan và tham gia vận chuyển các chất; là nguyên liệu, môi trường của các phản ứng sinh hoá; điều hoà nhiệt độ cơ thể thực vật.

Nguyên tố khoáng thiết yếu

Khoảng $17$ nguyên tố có vai trò mà khi thiếu chúng cây sẽ không hoàn thành được chu kì sống của mình; có hai vai trò chính là cấu trúc nên các thành phần của tế bào và điều tiết các quá trình sinh lí.

Vai trò của Nitrogen (N)

Được cây hấp thụ dưới dạng $\text{NO}_3^-$ và $\text{NH}_4^+$, là thành phần cấu tạo của nhiều hợp chất hữu cơ quan trọng trong tế bào thực vật.

Vai trò của Phosphorus (P)

Được hấp thụ dưới dạng $\text{PO}_4^{3-}$ và $\text{H}_2\text{PO}_4^-$, là thành phần của nucleic acid, phospholipid, ATP và một số coenzyme.

Vai trò của Potassium (K)

Được hấp thụ dưới dạng $\text{K}^+$, giúp điều tiết áp suất thẩm thấu của tế bào, tham gia thúc đẩy quá trình vận chuyển sản phẩm quang hợp về cơ quan dự trữ.

Vai trò của Calcium (Ca)

Được hấp thụ dưới dạng $\text{Ca}^{2+}$, là thành phần của thành tế bào, hoạt hoá enzyme thuỷ phân ATP và phospholipid.

Vai trò của Magnesium (Mg)

Được hấp thụ dưới dạng $\text{Mg}^{2+}$, là thành phần của diệp lục và tham gia hoạt hoá enzyme liên quan đến sự vận chuyển gốc phosphate.

Tế bào lông hút của rễ

Tế bào biểu bì kéo dài chuyên hoá để hấp thụ nước và khoáng trên cạn; có thành tế bào mỏng không phủ cutin dễ thấm nước và không bào trung tâm lớn chứa nhiều chất hoà tan tạo áp suất thẩm thấu lớn.

Cơ chế hấp thụ nước ở tế bào lông hút

Hấp thụ theo cơ chế thẩm thấu do dịch tế bào biểu bì lông hút ưu trương (nồng độ chất tan cao hơn) so với dịch trong đất, khiến nước di chuyển từ đất vào lông hút.

Cơ chế hấp thụ khoáng thụ động

Chất khoáng hoà tan trong đất khuếch tán từ đất (nơi có nồng độ chất khoáng cao) vào rễ (nơi nồng độ chất khoáng thấp).

Cơ chế hấp thụ khoáng chủ động

Chất khoáng được vận chuyển từ đất vào rễ ngược chiều gradient nồng độ nhờ các chất mang được hoạt hoá bằng năng lượng.

Con đường gian bào

Con đường vận chuyển nước và khoáng qua thành tế bào và dọc theo khoảng không gian giữa các tế bào; khi đến lớp nội bì bị vành đai Caspary chặn lại nên phải xuyên qua màng tế bào nội bì.

Vành đai Caspary

Cấu trúc không thấm nước nằm ở thành tế bào nội bì rễ cây, có chức năng buộc nước và khoáng phải đi xuyên qua màng sinh chất, giúp thực vật kiểm soát lượng chất khoáng đi vào mạch gỗ.

Con đường tế bào chất

Con đường vận chuyển nước và khoáng xuyên qua tế bào chất của tế bào lông hút và các lớp tế bào kế tiếp trong rễ thông qua hệ thống cầu sinh chất để đi vào mạch gỗ ở trung trụ.

Mạch gỗ (xylem)

Cấu tạo gồm các tế bào chết (quản bào và mạch ống) có thành tế bào đã thấm lignin (hoá gỗ), thực hiện chức năng vận chuyển nước, chất khoáng và một số chất hoà tan từ rễ lên thân và lá.

Động lực của dòng mạch gỗ

Sự phối hợp của ba lực: áp suất rễ (lực đẩy), thoát hơi nước ở lá (lực kéo), và lực liên kết giữa các phân tử nước kết hợp lực bám giữa các phân tử nước vào thành mạch dẫn.

Hiện tượng ứ giọt

Hiện tượng các giọt nước đọng quanh mép lá vào buổi sáng hoặc trong điều kiện độ ẩm không khí cao, chứng minh cho vai trò tạo lực đẩy của áp suất rễ.

Hiện tượng rỉ nhựa

Hiện tượng dịch mạch gỗ trào ra khi cắt ngang thân cây gỗ, là bằng chứng thực tế chứng minh cho vai trò của áp suất rễ.

Dòng mạch rây

Dòng vận chuyển các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là sucrose) được tổng hợp từ cơ quan nguồn (như lá) đến cơ quan đích (thân, rễ, củ,…), cấu tạo gồm các tế bào sống là ống rây và tế bào kèm.