Đề tài Trao đổi nước ở thực vật

g độ chất tan: nước đi tự nơi có nồng độ chất tan thấp đến nơi có nồng độ chất tan cao Gradient thế năng nước: nước di chuyển từ nơi có thế năng cao (có gí trị âm nhỏ hơn) tới nơi có thế năng nước thấp Các nhân tố ảnh hưởngSức giữ nước của đất: điểm héo vĩnh viễnCác nhân tố ức chế hô hấp rễ:Nhiệt độ thấpNhân tố ức chế hô hấp: cyanideĐiều kiện yếm khí=> giải thích cây bị héo khi bị ngập úngChất khoáng ảnh hưởng một cách phức tạp đến khả năng hút nước thông qua tác động quá trình tổng hợp các chất ưa nước, đến sự kích thích hoạt tính các hệ enzyme, đến trao đổi năng lượng.Điều kiện dinh dưỡng cũng ảnh hưởng đến tỉ lệ nước tự do và nước liên kết trong cây có thể do ảnh hưởng trực tiếp của các ion đến sự thủy hóa hóa học và do sự biến đổi tiến trình trao đổi chất ảnh hưởng đến tỉ lệ các chất thích nước ít hay nhiều trong tế bào.Tóm tắtĐặc điểmGiai đoạn 1Giai đoạn 2Giai đoạn 3Con đườngQua các tế bào lông hútApoplast, symplastĐai casparyHình thứcChủ động và thụ độngThụ độngThụ độngCơ chếChêch lệch thễ năng nước giữa đất và tế bào lông hútChênh lệch thế năng giữa tễ bào lông hút cạnh nhauChệnh lệch thế năng nước giữa tế bào vỏ rễ và các tế bào mạch dẫnQuá trình vận chuyển nước ở thânCompany nameĐặc điểmKhoảng cách vận chuyển dài nhất Vận chuyển qua các tế bào chết theo 1 chiều từ gốc tới ngọn99.5% nước được vận chuyển trong xylemNước không chỉ vận chuyển theo 1 chiều duy nhất theo mạch gỗ từ rễ lên lá mà còn được vạn chuyển trong ploem từ trên xuống hoặc vận chuyển ngangCấu tạo của thânĐặc điểmVận chuyển trong xylem yêu cầu sự chênh lệch thế năng áp suất nhỏ hơn trong rễ gradient áp suất cần thiết cho việc di chuyển nước trong 1 xylem đường kính 40 micromet,với vận tốc 4mm/s là 0.02MPa/m.Qua tế bào sống là 2x108 MPa/mKhi di chuyển nước lên cao 100m: 2MPa,trọng lực 1MPa => tổng 3MPaĐộng lựcSự vận chuyển nước trong xylem không nhờ lực bơm từ các tế bào sốngThí nghiệm của thực vật học người Đức Eduard Strasburger năm 1893 Áp suất rễ không phải là động lực chính cho sự vận chuyển nướcThường không vượt quá 0.1 – 0.2 MPa (1-2 atm), biến mất khi tỉ lệ thoát hơi nước caonếu áp suất rễ là động lực giúp nước di chuyểnthì thế năng áp suất dương luôn trong xylem.Trên thực tế nước trong xylem luôn luôn có 1 sức căng chúng cỏ thế năng áp suất âmNhư là Strasburger đã chứng minh: nước có thể được vạn chuyển trong xylem ngay cả khi rế bị loại bỏ. Sức căng-lực cố kết-thoát hơi nướcG:\sltv\0031.swfSức căng từ sự thoát hơi nước Sự thoát hơi nước ở lá tạo thế năng nước âm trong xylem (thí nghiệm Per Scholander)Cơ chế thoát sức căng-lực cố kết-thoát hơi nước không đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng .Trong mỗi bước từ đất vào cây rồi thoát ra ngoài không khí nước đều di chuyển thụ động về phía có thế năng âm hơn.Không khí khô có thế năng âm nhất (-95 Mpa tại độ ẩm 50%) và dung dịch đất có thế năng âm ít nhất (từ -0.01 đến -3MPa) Dịch trong xylem có thế năng nước âm hơn các tế bào vỏ rễ nhưng lại kém âm hơn so với các tế bào thịt lá.Thế năng nước giảm dần từ đất tới lá.Sự chênh lệch thế nước là động lực chính cho sự vận chuyển nướcTuy nhiên việc vận chuyển nước trong xylem phải đối mặt với nhiều thử thách:Thành tế bào yếu dễ bị tác động bởi sức căng lớn có thể gây vỡ mạchHình thành bọt khí gây tắc mạch => giải quyết?Vận chuyển nước trong xylemCác yếu tố ảnh hưởng tới sự vận chuyển nước trong xylemTóm tắtCon đường: xylemHình thức: thụ độngĐộng lực: sức căng-lực cố kết-sự thoát hơi nướcCơ chế: chệch lệch thế năng nướcQuá trình thoát hơi nước ở láCompany nameĐặc điểmCứ trong 1000g nước cây hấp thụ qua rễ thì khoảng 990g nước thoát ra ngoài không khí qua lá dưới dạng hơi, qua quá trình thoát hơi nước. Macximôp – Nhà Sinh lí thực vật người Nga đã viết: “Thoát hơi nước là là tai hoạ tất yếu của cây”.Con đường Con đường thoát qua khí khổng :- Vận tốc lớn- Được điều chỉnh bằng việc đóng, mở khí khổng Con đường qua bề mặt lá – qua cutin - Vận tốc nhỏ- Không được điều chỉnhCấu tạo lỗ khíCơ chế hoạt động của bộ máy lỗ khíCơ sở vật lý của thoát hơi nướcQuá trình bốc hơi nước diễn ra theo quy luật Dalton : V = K(F-f) 760S/PV : lượng nước bỗc hơi từ một đơn vị bề mặt.K : hệ số khuyếch tán (thường là hằng số tìm ra trên cơ sở thực nghiệm).F- f : độ thiếu hụt bão hoà hơi nước của không khí (sức hút nước của không khí) là giá trị quyết định tốc độ bốc hơi nước.P : Áp suất khí quyển (mmHg).S : Diện tích bề mặt lá.Các chỉ tiêu của quá trình thoát hơi nước Cường độ thoát hơi nước. được tính bằng trọng lượng nước tiêu hao trên một đơn vị diện tích lá trong một đơn vị thời gian. Đơn vị tính: gam nước tiêu hao trên 1m2 lá trong một giờ hoặc mgH2O/dm2lá /h.Hiệu suất thoát hơi nước:Hệ số thoát hơi nướcThoát hơi nước tương đốiCon đường3 giai đoạn :Giai đoạn 1: nước bốc hơi từ bề mặt tế bào nhu mô lá vào gian bàoGiai đoạn 2: hơi nước khuếch tán qua khe khí khổngGiai đoạn 3: hơi nước khuếch tán từ bề mặt lá ra không khí xung quanhQuá trình thoát hơi nướcG:\sltv\0857b3fcf3d116507a7eab10d15c3349.swfĐiều hòa quá trình thoát hơi nướcTất cả thực vật ở cạn phải đối mặt với sự cạnh tranh giữa việc lấy CO2 từ không khí trong khí phải đảm bảo mất một lượng nước giới hạn thực vật không thể ngăn cản lại việc khuếch tán nước ra ngoài mà không có việc loại bỏ CO2 một cách tự nhiện Khi nước có nhiều hơn mức đủ:mở vào ban ngày đóng vào ban đêm. Vào ban đêm khi không có sự quang hợp và do đó cây không cần nhu cầu CO2 khí khổng mở ra và giữ ở mức nhỏ để giữ nước mất đi vừa phải.Vào những ngày nắng buổi sáng khi nguồn cung cấp nước đầy đủ lá ưu tiên quang hợp , nhu cầu CO2 trong tế bào lá lớn khí khổng mở rộng, giảm sức kháng khí khổng giúp sự khuếch tán CO2, chăc chắn là sự thoát hơi nước qua lỗ khí cũng tăng nhưng khi mà nước cung cấp 1 cách đầy đủ thì đó lại là điều thận lợi cho việc lấy nước cung cấp cho quang hợp. Điều này là rất cần thiết cho sự sinh trưởng và sinh sản.khi nước trong đất ít hơn mức đủ, thì khí khổng sẽ mở ít hơn hoặc thậm chí là đóng trong buoi nắng sớm.Bằng việc giữ cho khí khổng đóng trong điều kiện khô hạn, thực vật tránh được sự mất nước.Các giá trị C lá, C không khí, rb không thực sự tuân theo đối với điều hòa sinh họctỉ lệ thoát hơi nước: bằng tổng lượng nước thoát ra qua quá trình thoát hơi nước chia cho tổng lượng CO2 thu vào trong quá trình quang hợp.Trong 1 cây điển hình, sản phẩm cố định C đầu tiên là hợp chất 3C thì có khoảng 500 phân tử nước mất đi cho mỗi phân tử CO2 được cố định bới quang hợp.Cây C4 đảm bảo mất lượng nước ít nhất cho mỗi phân tử CO2 được cố định, tỉ lệ thoát hơi nước ở cây C4 là 250.Thực vật thích nghi ví khí hậu sa mạc CAM có tỉ lệ thoát hơi nước thấp nhất khoảng 50.Cơ chế đóng mở lỗ khíGiả thuyết starch-sugar:Do dự biến đổi thuận nghịch giữa đường ↔ tinh bột. Ánh sáng là nguyên nhân của sự biến đổi đóGiả thuyết này chưa thoả đáng:Sự giảm của CO2 lượng nhỏ không đủ làm thay đổi độ pH một cách đáng kể. Trong các tế bào đóng không có tinh bột và có lẽ không có cả enzym photphorinlaza.Giả thuyết về thụ thể ánh sáng xanhÁnh sáng xanh (blue light), được hấp thụ bởi các sắc tố trên màng của các tế bào bảo vệ, hoạt hoá quá trình bơm proton,bơm các ion H+ ra khỏi các tế bào bảo vệ ra các tế bào xung quanh. Kết quả: sự tích luỹ của các ion K+ (bơm K+/H+) trong các tế bào bảo vệ. Nồng độ của ion K+ trong tế bào tăng lên làm cho thế năng nước của tế bào bảo vệ âm hơn. Nước đi vào bởi quá trình thẩm thấu, khí khổng mở ra. Cơ chế đóng mở do ABANếu tế bào thịt lá thiếu nước,thế năng nước trong tế bào quá âm. Các tế bào thịt lá sẽ giải phóng ra một hooc môn thực vật là axit abscisic.ABA liên kết với các thụ thể trên bề mặt của màng tế bào chất của tế bào bảo vệ.Phức hệ ABA-R hoạt hoá một chuỗi emzym trong tế bào: Bơm H + trên màng tế bào, làm tăng pH trong tế bào.Bơm Ca2+ : làm tăng quá trình vận chuyển của Ca2+ từ không bào ra tế bào chất. Nồng độ Ca2+ trong tế bào chất tăng lên sẽ khoá bơm ion K+, trong khi đó pH tăng làm giảm sự tích luỹ ion Cl- và các ion hữu cơ (như malat2-).Các ion này giảm làm cho áp suất thẩm thấu trong tế bào giảm do đó tế bào bảo vệ bị mất nước và đóng lại.Phản ứng đóng mở khí khổngMở quang chủ động: sáng sớm khi mặt trời mọc. Đưa cây từ tối ra sángĐóng thủy chủ động: buổi trưa khi nắng lớnĐóng và mở thủy bị động : sau khi mưa,Cơ chế ngoài khí khổngVí dụ:cây hướng dương khí khổng mở suốt ngày và chỉ đóng lúc gần chiều tối. Cây mục túc khí khổng đóng ngay lúc 11h trưa nhưng mức độ thoát hơi nước của hai cây là như nhau.Sự điều chỉnh quá trình bay hơi nước trong các gian bào của lá.Thành tế bào bị mất nước đã giữ phần nước còn lại với lực lớn. Không phụ thuộc vào sự hoạt động của khí khổng Ví dụ ở cây bông,ngày nắng thường thấy cây ngừng thoát hơi nước trong khi khí khổng vẫn mở.Khi khí hậu khô nóng, có gió mạnh thường xảy ra sự bốc hơi nước rất nhanh từ bề mặt các tế bào nhu mô lá bao quanh khoang thở dưới lỗ khí làm cho các tế bào nhu mô lá bị khô và sự bốc hơi nước từ bề mặt các tế bào nhu mô này bị ngừng.Các yếu tố ảnh hưởngCác ionảnh hưởng của nhiệt độảnh hưởng của gióẢnh hưởng của ánh sángLàm tăng nhiệt độ của lá nên tăng F-f do đó làm tăng tốc độ thoát hơi nướcGây phản ứng mở quang chủ động ảnh hưởng của hoocmonĐóng khí khổng: acid apscisic Ethylene (cà chua,cẩm chướng ở nồng độ 60-70ppm)Mở khí khổng: Các Cytokinin indoleacetic acid (IAA) fusicoccin (FC), Sự thích nghi của thực vậtCompany nameCây sống trong nước ngọtCây sống trong nước mặnTổng kếtCompany nameTổng kết Thách thức đối với các thực vật ở cạn là đảm bảo sự cân bằng nướcĐảm bảo sự cân bằng nước trong cây:Hệ rễ phát triển để hút nước từ đất nhanh nhất, nhiều nhấtGiảm sức kháng trên con đường vận chuyển nước trong xylemTầng cutin phủ trên bề mặt các tế bào biểu bì làm giảm sự bốc hơi nướcCó các tế bào bảo vệ để diều khiển sự đóng mở của khí khổng, điều hòa quá trình trao đổi => bằng các cơ chế trao đổi nước thực vật có thẻ hấp thu 1 lượng nước lớn và vận chuyển chúng lên 1 độ cao đáng kểThế năng nước giảm dần từ đất tới lá.Sự chênh lệch thế nước là động lực chính cho sự vận chuyển nước3 quá trìnhG:\sltv\36_A01.swfThank you!Thank you!