I. Vai trò của trao đổi nước và khoáng ở thực vật
- Dinh dưỡng ở thực vật là quá trình hấp thu và sử dụng chất dinh dưỡng trong cây.
- Nước và chất khoáng là những chất rất cần thiết cho đời sống của cây trồng.
1. Vai trò của nước ở thực vật
Đối với thực vật, nước đóng vai trò quan trọng trong các hoạt động sống và ảnh hưởng đến sự phân bố của chúng trên Trái Đất.
- Là thành phần cấu tạo của tế bào và là môi trường sống của thực vật thuỷ sinh.
- Là dung môi hoà tan các muối khoáng và các chất hữu cơ trong cây.
- Tham gia vào các phản ứng sinh hoá, trao đổi chất trong tế bào.
- Có vai trò điều hoà nhiệt độ giúp cây chống nóng và bảo vệ chúng không bị tổn thương ở nhiệt độ cao.
2. Vai trò của khoáng ở thực vật
- Trong cơ thể thực vật có hơn 50 nguyên tố hoá học, trong đó khoảng 17 nguyên tố thiết yếu trực tiếp tham gia quá trình chuyển hoá vật chất. Thiếu các nguyên tố này sẽ gây ảnh hưởng đến sự sống của cây.
- Các nguyên tố khoáng có vai trò cấu trúc cơ thể và điều tiết các quá trình sinh lí, trao đổi chất trong cây. Thiếu hụt nguyên tố khoáng sẽ dẫn đến suy giảm sinh trưởng và phát triển của cây.
II. Quá trình trao đổi nước và khoáng ở thực vật
- Trao đổi nước gồm ba giai đoạn đồng thời xảy ra và có quan hệ mật thiết: hấp thụ nước ở rễ, vận chuyển nước ở thân và thoát hơi nước ở lá.
- Sự hấp thụ các ion khoáng trong đất và sự vận chuyển khoáng trong cây liên quan chặt chẽ đến sự hấp thụ và vận chuyển nước do các chất khoáng tan trong nước và tồn tại ở trạng thái ion.
1. Sự hấp thụ nước và khoáng ở rễ
- Thực vật trên cạn hấp thụ nước và các chất khoáng chủ yếu qua các lông hút của rễ, được hình thành từ tế bào biểu bì rễ.
- Số lượng lông hút nhiều và bề mặt tiếp xúc lớn, đảm bảo cho rễ hấp thụ nước và khoáng hiệu quả.
- Nước cũng có thể xâm nhập vào cây qua lá, thân non với lượng ít khi gặp mưa hoặc tưới nước cho cây.
- Ở cây thuỷ sinh, nước thẩm trực tiếp qua bề mặt biểu bì của toàn bộ cây (rễ, thân, lá).
Hấp thụ nước
- Rễ thực vật hấp thụ nước theo cơ chế thẩm thấu.
- Nước được vận chuyển thụ động từ đất vào lông hút thông qua cơ chế thẩm thấu.
- Dịch trong tế bào lông hút có nồng độ chất tan cao hơn nồng độ của dung dịch đất.
Hấp thụ khoáng
- Rễ hấp thụ khoảng theo hai phương thức: cơ chế thụ động và cơ chế chủ động.
+ Cơ chế thụ động bao gồm: ion khoáng khuếch tán từ đất vào rễ theo cách hút bám trao đổi hoặc di chuyển theo dòng nước.
+ Cơ chế chủ động bao gồm: ion khoáng di chuyển từ đất vào dịch bào nhờ các chất vận chuyển và cần cung cấp năng lượng.
- Các nguyên tố khoáng có thể được lá cây hấp thụ qua bề mặt lá, cơ sở để thực hiện bón phân trên lá.
Vận chuyển nước và khoáng từ đất vào mạch gỗ của rễ
Để vận chuyển nước và khoáng từ đất vào mạch gỗ của rễ, có hai con đường chính: con đường tế bào chất và con đường gian bào.
- Con đường tế bào chất là khi nước và khoáng di chuyển từ tế bào lông hút qua tế bào chất của các lớp tế bào kế tiếp của vỏ rễ thông qua các cầu sinh chất để vào mạch gỗ của rễ.
- Con đường gian bào là khi nước và khoáng di chuyển qua thành của các tế bào và các khoảng gian bào để vào bên trong. Lớp nội bì có đai Caspary không thấm nước giúp điều tiết lượng nước và khoáng đi vào mạch gỗ của rễ.
2. Sự vận chuyển các chất trong cây
Các chất được vận chuyển trong cây theo hai dòng; dòng mạch gỗ và dòng mạch rây.
Dòng mạch gỗ
- Mạch gỗ được tạo thành từ các tế bào hình ống có thành hoa gỗ cứng chắc nối liền với nhau.
- Dòng mạch gỗ chuyển nước, các chất khoáng và chất hữu cơ tổng hợp từ rễ lên lá và các cơ quan phía trên.
- Động lực của dòng mạch gỗ bao gồm:
+ Lực đẩy của rễ
+ Lực kéo của lá
+ Lực liên kết giữa các phân tử nước và lực bám giữa phân tử nước với thành mạch dẫn.
- Dòng mạch gỗ có khả năng vận chuyển các chất lên cao hàng chục mét ở những cây cao.
Dòng mạch rây
- Mạch rây gồm các tế bào rây và tế bào kèm.
- Dòng mạch rây nổi từ lá xuống rễ và vận chuyển chủ yếu các chất hữu cơ được tổng hợp từ lá.
- Các chất vận chuyển có thể theo chiều hai hướng và nước cũng có thể vận chuyển ngang từ mạch gỗ sang mạch rây và ngược lại.
- Động lực của quá trình vận chuyển là do sự chênh lệch gradient nồng độ của các chất vận chuyển.
3. Sự thoát hơi nước ở lá
- Nước được vận chuyển tới tế bào thịt lá và thoát hơi nước để ra ngoài không khí.
- Thoát hơi nước có thể xảy ra ở nhiều cơ quan của cây nhưng chủ yếu xảy ra ở lá.
- Có hai con đường thoát hơi nước: qua bề mặt lá và qua khí khổng.
Thoát hơi nước qua bề mặt lá
- Hơi nước được khuếch tán từ khoảng gian bào của tế bào thịt lá qua lớp cutin bao phủ các tế bào biểu bì bề mặt lá.
- Ở các lá non, sự thoát hơi nước qua cutin được thực hiện dễ dàng nhưng ở lá già, do lớp cutin dày thêm làm cho sự thoát hơi nước qua cutin giảm dần.
- Lá của các thực vật chịu hạn có tầng cutin dày giúp cây chống mất nước.
Thoát hơi nước qua khí khổng
- Sự thoát hơi nước ở lá phụ thuộc vào số lượng và sự đóng, mở của khí khổng.
- Khí khổng được tạo bởi tế bào biểu bì, có cấu tạo không đều, có thể mở hoặc đóng tùy theo sự trương nước hoặc mất trương nước của tế bào.
- Sự trương nước hoặc mất trương nước của tế bào khí khổng phụ thuộc vào ánh sáng và stress.
- Ánh sáng tăng nồng độ đường và các ion trong tế bào, làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào khí khổng dẫn đến sự trương nước và khí khổng mở ra. Nhưng nếu ánh sáng quá mạnh, tế bào khí khổng sẽ mất nước và khí khổng đóng lại.
- Stress làm tăng tổng hợp abscisic acid, thúc đẩy bơm ion vận chuyển K+ ra khỏi tế bào khí khổng, làm khí khổng đóng lại và hạn chế sự mất nước.
Vai trò của thoát hơi nước
- Sự thoát hơi nước ở lá tạo động lực đầu trên của dòng mạch gỗ, giúp vận chuyển nước và khoáng từ rễ lên các bộ phận của cây trên mặt đất.
- Thoát hơi nước còn có tác dụng hạ nhiệt độ bề mặt lá vào những ngày nắng nóng và đảm bảo cho các quá trình sinh lí trong tế bào và cơ thể thực vật xảy ra bình thường.
- Sự thoát hơi nước cũng tạo điều kiện diễn ra sự trao đổi khí CO2 và O2 giữa cơ thể thực vật và môi trường.
III. Dinh dưỡng nitrogen ở thực vật
1. Vai trò của nitrogen
Nitrogen là nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu, là thành phần tham gia cấu tạo nhiều hợp chất sinh học quan trọng (protein, nucleic acid, diệp lục, ATP,...) và tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất của tế bào thực vật.
2. Nguồn cung cấp nitrogen cho thực vật
Thực vật hấp thụ nitrogen dưới dạng NH4+ và NO3-, được tạo ra từ hoạt động cố định nitrogen khi quyển của các vi sinh vật, tác dụng của sấm chớp, sự phân huỷ xác động, thực vật và phân bón do con người cung cấp (Hình 2.9).
3. Quá trình trao đổi nitrogen trong cây
- Quá trình khử NO3-
Nitrogen oxi hoá (NO3-) được khử thành dạng NH4+ khi hấp thụ vào cây.
- Quá trình đồng hoá NH4+
+ NH4+ được đồng hoá để tạo ra các amino acid và các amin.
+ Sự hình thành amide được xem là con đường khử độc NH4+ dư thừa và tạo ra nguồn dự trữ NH4+.
+ Từ các amino acid, thực vật tạo ra các protein và các hợp chất thứ cấp khác.
IV. Các nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nước và dinh dưỡng khoảng ở thực vật
Sự trao đổi nước và dinh dưỡng khoáng ở thực vật bị chi phối bởi các nhân tố:
- Ánh sáng
- Độ ẩm
- Nhiệt độ
- Các tính chất của đất như độ thoáng khí, nồng độ dung dịch đất, độ pH của đất.
1. Ánh sáng
- Ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nước và dinh dưỡng khoáng ở thực vật, đặc biệt liên quan chặt chẽ đến quá trình quang hợp.
- Ánh sáng ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước, sự đóng, mở khí khổng và quá trình quang hợp.
- Sản phẩm chất hữu cơ của quang hợp được chuyển xuống rễ để cung cấp năng lượng cho sự hấp thụ và vận chuyển chủ động các chất trong cây.
- Ví dụ: Ở xà lách, các tia đơn sắc bằng đèn LED có ảnh hưởng đến sự hấp thụ các chất khoáng theo các mức độ khác nhau (Bảng 2.2).
- Trong trồng trọt, cần đảm bảo mật độ gieo trồng, hướng phơi sáng, độ che bóng,... nhằm đảm bảo cung cấp đủ ánh sáng theo nhu cầu của cây.
2. Độ ẩm
- Khi độ ẩm trong đất tăng, sự hấp thụ nước của rễ càng mạnh, nhưng nếu quá nhiều sẽ gây ngập úng, và khi độ ẩm thấp sẽ gây khô hạn, ảnh hưởng bất lợi cho cây.
- Ví dụ về cây nha đam cho thấy khi độ ẩm đất giảm thì cường độ thoát hơi nước cũng giảm theo.
- Khi độ ẩm không khí thấp, cường độ thoát hơi nước mạnh, kết hợp với nhiệt độ cao có thể gây hạn. Khi độ ẩm không khí cao, thoát hơi nước giảm.
- Cần tưới đủ nước cho cây trồng để cây sinh trưởng và phát triển tốt.
3. Nhiệt độ
- Sự hấp thụ nước và khoáng của rễ cây phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường đất. Khi nhiệt độ thấp, tốc độ hấp thụ các chất khoáng chậm đi và khi nhiệt độ tăng lên, sự hấp thụ cũng tăng lên. Tuy nhiên, khi nhiệt độ quá cao, hệ rễ bị tổn thương và tốc độ hút khoáng giảm dần.
- Nhiệt độ không khí cũng ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước của cây. Khi nhiệt độ tăng, sự thoát hơi nước diễn ra mạnh và khi nhiệt độ thấp, sự thoát hơi nước chậm lại.
- Trong thực tiễn sản xuất, cần đảm bảo nhiệt độ và thông khí phù hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Khi trời rét, cần che chắn cho cây trồng và bón bổ sung phân giàu K. Ví dụ: khi trồng cây dâu tây bằng phương pháp thuỷ canh, nhiệt độ môi trường dinh dưỡng thay đổi có ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước của cây.
4. Tính chất của đất
- Độ thoáng khí của đất tăng hàm lượng O2, giúp cho rễ hô hấp và cung cấp năng lượng cho sự hút nước và khoảng.
- Nồng độ dung dịch đất phù hợp tạo thuận lợi cho sự hấp thụ nước và khoảng của rễ, độ pH từ 6-6.5 thích hợp cho sự hấp thụ khoáng của thực vật.
- Đất cần được làm tơi xốp để tăng độ thoáng khí, bón vôi để điều chỉnh độ pH cho đất chua phèn.
V. Ứng dụng thực tiễn của trao đổi nước và dinh dưỡng kháng
Trong trồng trọt, cần thực hiện các biện pháp tưới tiêu, bón phân hợp lí nhằm đạt được năng suất cao.
1. Tưới nước hợp lí cho cây trồng
- Tưới nước hợp lí là đảm bảo sự cân bằng nước trong cây dựa trên mối tương quan giữa lượng nước hấp thụ vào và lượng nước thoát hơi ra.
+ Nhu cầu nước của cây phụ thuộc vào loài cây, thời kì sinh trưởng, loại đất trồng, điều kiện thời tiết.
+ Khi tưới nước, cần đảm bảo tưới đúng cách, tưới đủ và tưới khi cây cần.
- Cây bị thiếu nước sẽ rơi vào trạng thái héo và gây tổn thương trong tế bào, mô, cơ quan làm suy giảm sự sinh trưởng và phát triển, thậm chí có thể chết.
- Thực vật có các phản ứng chống chịu hạn, mặn, ngập úng bằng cách hình thành các đặc điểm hình thái giải phẫu thích nghi hoặc biến đổi các quá trình sinh lí, sinh hoá.
- Con người có thể tiến hành các biện pháp cải tạo đất, tôi luyện hạt giống, xây dựng chế độ phân bón phù hợp để tăng cường sự chống chịu cho cây trồng.
2. Bón phân hợp lí cho cây trồng
- Phân bón làm cung cấp chất dinh dưỡng cho cây trồng, giúp tăng cường tính chống chịu của cây với môi trường khắc nghiệt.
- Bón phân hợp lí phải xác định nhu cầu của cây, đáp ứng đúng thành phần dinh dưỡng cho từng loại cây và thời kì sinh trưởng, phù hợp với thành phần đất và điều kiện thời tiết, mùa vụ.
- Có nhiều cách bón phân, bao gồm bón vào đất và phun dung dịch dinh dưỡng vào lá.
- Sử dụng vi lượng phối hợp với đa lượng giúp tăng tính chống chịu cho cây nông nghiệp, cây công nghiệp.
- Tưới nước và bón phân hợp lí giúp tiết kiệm nước, không gây ô nhiễm môi trường và đảm bảo được thực phẩm sạch và sức khoẻ cho người tiêu dùng.
Zalo 
Messenger 
Youtube