Đề tài Xác định kích thước, số lượng khí khổng của một số loài cây, từ đó đánh giá khả năng chịu hạn của chúng

ự khuếch tán hơi từ phần vòng ngoài của các lỗ bé nhanh hơn các phần ở chính giữa rất nhiều.
Sở dĩ thế vì trong trường hợp đầu các phân tử hơi khuếch tán vào không khí một cách tự do hơn, ít va chạm với nhau hơn. Bởi vậy khi bán kính các lỗ càng bé thì tỷ lệ chu vi trên bề mặt càng lớn và sự khuếch tán các phân tử hơi qua các lỗ nhỏ càng mạnh. Do đó tốc độ khuếch tán của hơi nước từ bề mặt chậu được phủ tấm màng có lỗ thủng bé cũng tương tự như chậu không che, vì đường bán kính tổng cộng của các lỗ và bán kính chậu  xấp  xỉ  nhau.  Cũng  chính  vì  thế,  mặc  dầu  diện  tích  khí  khổng  chỉ chiếm một phần nhỏ của bề mặt lá (1%) và độ thoát hơi nước tương đối của cây bằng 0,8-0,9 (cường độ thoát hơi nước bề mặt lá/độ bốc hơi nước tự do cùng diện tích trong cùng điều kiện).
a. Cơ sở vật lý của quá trình thoát hơi nước
Thoát hơi nước về cơ bản giống với qúa trình bốc hơi từ các bề mặt thoáng diễn ra rất phổ biến trong tự nhiên.
Qúa trình bốc hơi nước tuân theo công thức Dalton:
V : lượng bốc hơi nước từ 1 đơn vị bề mặt.
k : hệ số khuếch tán (tìm được từ thực nghiệm).
F : áp suất hơi nước bão hòa ở nhiệt độ của bề mặt bốc hơi.
f: áp suất hơi nước trong không gian chung quanh lúc thí nghiệm.
P : áp suất khí trời (tính theo mmHg). S : diện tích mặt bốc hơi.
Công  thức  trên  chỉ  rõ  độ  thiếu  bão  hòa  hơi  nước  của  không  khí (sức  hút  của không khì F-f) là trị  số  chủ  yếu quyết  định tốc  độ  bốc  hơi nước. Công thức này gần đúng với mặt thoáng tự do khi mặt nước hoàn toàn yên tĩnh. Còn sự bốc hơi nước từ lá phức tạp hơn nhiều. Thí nghiệm cho hay rằng hình dạng của bề mặt cũng có ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ bốc hơi. Khi cho đường kính giảm 7 lần (2,64 ->   0,35mm) thì diện tích giảm 100 lần (1,01mm2) nhưng hơi nước thoát ra chỉ giảm 2 lần  (0,655g ->  0,364g). Như vậy rõ ràng sự thoát nước qua lỗ nhỏ tỷ lệ với đường kính của lỗ mà không tỷ lệ với diện tích. Nguyên do là có hiện tượng  của hiệu quả mép (chu vi lỗ).
Vì  vậy  Stefan đưa  ra  công  thức  trong  trường hợp  thoát  hơi  nước qua lá như sau:
Ở đây r: đường bán kính của mặt bốc hơi.
Sơ đồ bay hơi nước qua màng thủng lỗ bé và chậu để hở.
Trước khi thoát hơi nước ra ngoài thì chúng được dự trữ ở trong các khoang trống (gian bào). Tổng diện tích các gian bào giữa các tế bào thịt lá rất lớn. Tính toán của Turen thì tổng diện tích này gấp 6-9 lần diện tích lá. Đối với các cây chịu bóng thì diện tích này gấp 12-19 lần so với các cây trung sinh, gấp 17-30 lần so với các cây chịu hạn có lá dày và ưa sáng. Khi khí khổng mở thì hơi nước thoát ra ngoài.
b. Các giai đoạn của sự thoát hơi nước qua khí khổng:
 Có thể chia làm 3 giai đoạn sau
-Bốc hơi nước từ bề mặt của tế bào nhu mô lá vào gian bào.
-Sự khuếch tán của hơi nước qua khe khí khổng.
-Sự chuyển động của hơi nước từ mặt lá ra xung quanh.
Cấu tạo khí khổng và cơ chế đóng mở khí khổng
Sự bốc hơi nước thực sự diễn ra trong giai đoạn đầu. Giai đoạn thứ 2 phụ thuộc vào số lượng và độ mở khí khổng. Khả năng đóng mở khí khổng có ý nghĩa quan trọng đối vơi quá trình đồng hóa carbon và trao đổi nước. Ta biết rằng, một đặc điểm quan trọng của tế bào mép hình hạt đậu tiếp giáp khe vi khẩu là có bề dày của vách không đồng đều nhau: ở phần trong (sát vi khẩu) vách thường dày hơn ở phần ngoài (áp sát tế bào biểu bì lân cận). Do đó khi tế bào mép trương nước vách phía ngoài dãn nở nhiêu hơn vách phía trong làm độ cong của tế bào tăng và khe mở rộng ra. Ngược lại lúc tế bào bị mất nước, thể tích giảm, vách trong duỗi thẳng ra và làm cho khe đóng lại.
Việc đóng mở khí khổng chủ yếu là do áp lực thẩm thấu gây ra. Sự biến đổi no nước của tế bào hình hạt đậu và tác động của điều kiện chiếu sáng là 2 nhân tố chủ yếu điều tiết kích thước vi khẩu.
Theo nghiên cứu của một số tác giả (Satan, Illin, Rikhter) quá trình biến đổi thuận nghịch tinh bột thành đường tan ở các tế bào này là cơ sở của sự đóng mở khí khổng. Sự phân giải tinh bột thành đường làm áp suất thẩm thấu tế bào tăng lên và do đó khiến tế bào có khả năng hút thêm nước và rút cuộc là vi khẩu mở rộng. Ngược lại sự biến đổi đường thành tinh bột là chất không có hoạt tính thẩm thấu kéo theo sự giảm sức hút của tế bào vi khẩu, sự giảm thể tích của chúng và đóng khí khổng.
Anh sáng là một tác nhân điều tiết chủ yếu quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường ở tế bào khí khổng. Ngoài sáng quá trình phân giải tinh bột được kích thích. Lúc không có ánh sáng ngược lại, sự tổng hợp tinh bột được xúc tiến. Bản chất tác dụng ánh sáng đối với khí khổng cho tới  nay  chưa  được  hiểu  biết  một  cách  rõ  ràng.  Người  ta  giải  thích  rằng, ngoài sáng khí CO2  thoát ra trong quá trình hô hấp được tế bào nhu mô lá sử dụng trong quang hợp, do đó làm tăng độ pH ở gần trung hòa, enzyme phosphorilase   xúc   tác   phản   ứng   phân   giải   tinh   bột   thành   đường glucoso1phosphate; còn độ pH: 5, enzyme này lại xúc tác chiều ngược lại:
Do đó, giảm độ acid của tế bào là điều kiện thuận lợi cho quá trình phân giải tinh bột làm tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào hình hạt đậu.
Ngoài  ra  ánh  sáng  còn  có  tác  dụng  làm  tăng  tính  thẩm  thấu  của chất nguyên sinh đối với nước. Tia sáng có bước sóng ngắn (xanh tím) có hiệu quả mạnh mẽ hơn tia sóng dài.
Ngoài ánh sáng ra, trạng thái khí khổng còn phụ thuộc với độ ẩm đất,  áp  suất  thẩm  thấu  dịch  bào,  nhiệt  độ  không  khí  và  nhiều  điều  kiện khác nữa (nhiệt độ tăng, độ mở không khí tăng).
Người ta phân biệt ra 2 hình thức đóng mở khí khổng: chủ động và bị động. Sự đóng mở chủ động lệ thuộc vào các biến đổi ở trong bản thân các tế bào hạt đậu, còn sự đóng mở bị động lệ thuộc với các biến đổi trong các tế bào khác của biểu bì và các tế bào nhu mô lân cận.
Theo  nhà  bác  học  Thụy  Điển  Satalfelt  (1927),  sự  đóng  mở  khí khổng có 3 loại phản ứng cơ sở quy định. Lúc sáng sớm sau khi mặt trời mọc hoặc lúc chuyển cây từ tối ra sáng, thường thấy khí khổng mở ra. Đó là phản ứng mở quang chủ động. Ban trưa lúc thoát hơi nước mạnh gây ra sự  mất  nước  của tế  bào  sát  vi  khẩu (quá 15%) phản  ứng mở  quang  chủ động bị phản ứng thủy chủ động lấn át, mặc dầu cường độ chiếu sáng tăng nhưng khí khổng không mở được. Về chiều lúc cường độ thoát hơi nước giảm yếu, sự mở quang chủ động lại chiếm ưu thế. Ban đêm nói chung khí khổng khép lại. Chỉ một số ít cây, khí khổng mở suốt đêm như dưa chuột.
Khi  mưa  các  tế  bào  biểu  bì  lân  cận  no  nước,  ép  lên  tế  bào  khí khổng và khe khí khổng bị ép lại một cách bị động, gọi là đóng thủy bị động. Khi thôi ép thì tế bào khí khổng lại mở ra.
PHẦN II: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đánh giá khả năng thoát hơi nước và mức độ chịu hạn của một số loài cây thông qua xác định số lượng và kích thước khí khổng.
2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật, trường Đại học Tây Nguyên.
2.2 Vật liệu nghiên cứu:
- Đối tượng: Đối tượng nghiên cứu là những thực vật thuộc các khả năng chịu hạn khác nhau.
1. Phong lan
2. Tứ diện
3. Nghệ
4. Dừa
5. Quỳnh
6. Tre
7. Sắn mì
8. Cà phê
9. Bạch đàn
10. Rau lang
- Hóa chất: Nước sơn móng tay, nước cất.
- Dụng cụ và thiết bị: Kính hiển vi Quang học với các vật kính 10 và 40, Lam kính, Lamen, Kim mũi mác, 
2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1. Phương pháp tiến hành thí nghiệm
Để bóc lớp biểu bì và quan sát khí khổng có nhiểu phương pháp. Ở đây chúng tôi chọn phương pháp POLAT là phương pháp có thể thực hiện được trong điều kiện thực tế. Phương pháp POLAT là dùng vật liệu khác in hình biểu bì lá (trong đó có khí khổng).
Dùng kem sơn móng tay quét một lớp mỏng lên bề mặt lá, để khô lớp kem, cẩn thận bóc nhẹ lớp kem đặt lên tiêu bản và quan sát dưới kính hiển vi. Sau đó đếm số lượng khí khổng trên một trường hiển vi, đo kích thước khí khổng.
Đối với từng đối tượng thực vật, chúng tôi lấy ba mẫu để quan sát và đếm số lượng khí khổng trên một trường hiển vi. Sau đó lấy giá trị trung bình của 3 lần quan sát và lập thành bảng so sánh. Để thể hiện rõ sự so sánh chúng tôi đã xử lí số liệu thành dạng biểu đồ bằng phần mềm Excel.
2.3.2. Phương pháp đánh giá kết quả thí nghiệm
v Nguyên tắc: Số lượng và kích thước, đặc biệt khe lỗ khí khổng phản ánh khả năng tiết kiệm nước của cây. Thông thường cây thoát nước mạnh khi số lượng khí khổng /đơn vị diện tích lá lớn và kích thước khí khổng lớn và ngược lại.
v Phương pháp đánh giá: Những đối tượng thực vật nào có nhiều khí khổng trên một đơn vị diện tích lá là những đối tượng chịu hạn kém do khả năng giữ nước kém. Ngược lại, đối tượng nào càng ít khí khổng là những đối tượng có khả năng chịu hạn tốt do có khả năng tiết kiệm nước cao.
PHẦN III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Sau khi tiến hành quan sát và đếm số lượng khí khổng trên các đối tượng thực vật chúng tôi thu được kết quả như sau:
 Lần quan sát
Đối tượng
Lần 1
Lần 2
Lần 3
Trung bình
Lá phong lan 
7
5
6
5
Lá tứ diện 
3
3
3
3
Lá nghệ 
11
12
13
12
Lá dừa 
35
31
30
32
Lá quỳnh 
5
4
7
5.33
Lá tre 
53
50
48
50.33
Lá sắn mì 
31
32
35
32.67
Lá cà phê
68
64
50
60.67
Lá bạch đàn
38
30
40
36
Lá khoai lang
19
27
20
22
Biểu đồ số lượng khí khổng của các đối tượng thực vật nghiên cứu:
Thông qua biểu đố trên, chúng ta có thể thấy trong 10 đối tượng thực vật mà chúng tôi nghiên cứu, cà phê là cây có số lượng khí khổng lớn nhất (trung bình 60) và tứ diện là cây có số lượng khí khổng thấp nhất (trung bình 3).
PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. KẾT LUẬN
Dựa vào kết quả trong bảng trên, chúng tôi sắp xếp 10 đối tượng thực vật mà chúng tôi nghiên cứu vào các nhóm cây chịu hạn như sau:
Nhóm cây chịu hạn tốt
Nhóm cây chịu hạn trung bình
Nhóm cây chịu kém
Phong lan
Tứ diện
Quỳnh
Nghệ
Dừa
Sắn mì
Khoai lang
Bạch đàn
Tre
Cà phê
2. KIẾN NGHỊ
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi còn rất hạn chế về số lượng thực vật được nghiên cứu, vì vậy để tìm ra những thực vật mang khả năng chịu hạn cao có thể áp dụng trồng cho vùng tây nguyên cần phải có thêm nhưng nghiên cứu với số lượng thực vật và nhiều chỉ tiêu hơn nữa.