Bài 1. Sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ

BÀI 1: SỰ HẤP THỤ NƯỚC VÀ MUỐI KHOÁNG Ở RỄ

PHẦN I. KIẾN THỨC

- Nước là dung môi hòa tan nhiều muối khoáng. Trong môi trường nước, muối khoáng phân li thành các ion. Sự hấp thụ các ion khoáng luôn gắn với quá trình hấp thụ nước.

- Nước trong cây có 2 dạng chính: nước liên kết và nước tự do.

các dạng nước	Nước liên kết	Nước tự do
Đặc điểm	tồn tại trong các liên kết hóa học bị hút bởi các phân tử tích điện	có trong thành phần TB, khoảng gian bào, mạch dẫn
Vai trò	+ làm dung môi hòa tan các chất + giảm nhiệt độ thông qua việc thoát hơi nước ở lá + Tham gia vào quá trình trao đổi chất + Đảm bảo độ nhớt của chất nguyên sinh	+ đảm bảo độ bền vững của hệ thống keo trong chất nguyên sinh

I. Rễ là cơ quan hấp thụ nước và ion khoáng

1. Hình thái của hệ rễ

- Tuỳ từng loại môi trường, rễ cây có những hình thái khác nhau để thích nghi với chức năng hấp thụ nước và muối khoáng.

- 1 số kiểu rễ cây: rễ chùm, rễ cọc

- Rễ gồm rễ chính và rễ bên.

2. Rễ cây phát triển nhanh bề mặt hấp thụ

- Đặc điểm thích nghi của rễ để hút nước và muối khoáng:

• Rễ phát triển đâm sâu, lan tỏa và hướng tới nguồn nước  và dinh dưỡng trong đất.
• Rễ sinh trưởng liên tục hình thành nên số lượng khổng lồ các lông hút, làm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc với đất giúp cây hấp thụ được nhiều nước và muối khoáng.
• Rễ cây trên cạn hấp thụ nước và ion khoáng chủ yếu qua miền lông hút.

- Cấu tạo của TB lông hút:

• Bản chất: do các TB biểu bì kéo dài ra
• Thành TB mỏng không thấm cutin.
• Chỉ có 1 không bào trung tâm lớn
• Áp suất thẩm thấu rất cao do hoạt động hô hấp của rễ mạnh \(\rightarrow\) tăng khả năng hấp thu nước và trao đổi muối khoáng với môi trường
• Tế bào lông hút rất dễ gãy và sẽ tiêu biến ở môi trường quá ưu trương, quá axit hay thiếu ôxi.

II. Cơ chế hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ cây

1. Hấp thụ nước và ion khoáng từ đất vào tế bào lông hút

a. Hấp thụ nước 

- Nước được hấp thụ liên tục từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế thụ động (thẩm thấu): nước di chuyển từ môi trường nhược trương (ít ion khoáng, nhiều nước) vào tế bào lông hút (các TB biểu bì còn non) môi trường ưu trương (nhiều ion khoáng, ít nước) nhờ sự chênh lệch áp suất thẩm thấu.

- Dịch của tế bào rễ là ưu trương so với dung dịch đất là do 2 nguyên nhân:

• Quá trình thoát hơi nước ở lá đóng vai trò như cái bơm hút, hút nước lên phía trên, làm giảm lượng nước trong tế bào lông hút.
• Nồng độ các chất tan cao do được sinh ra trong quá trình chuyển hoá vật chất (axit hữu cơ, đường saccarôzơ…. là sản phẩm của các quá trình chuyển hóa vật chất trong cây, các ion khoáng được rễ hấp thụ vào).

b. Hấp thụ ion khoáng  

- Các ion khoáng xâm nhập vào tế bào rễ cây một cách chọn lọc theo 2 cơ chế:

• Cơ chế thụ động: Một số ion khoáng đi từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế thụ động: đi từ đất vào tế bào lông hút (đi từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp)
• Cơ chế chủ động: một số ion khoáng mà cây có nhu cầu cao (ion kali K+) di chuyển ngược chiều gradien nồng độ, xâm nhập vào rễ theo cơ chế chủ động, đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng ATP từ quá trình hô hấp.

2. Dòng nước và ion khoáng đi từ đất vào mạch gỗ của rễ

- Nước và ion khoáng vận chuyển vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường:

• Con đường gian bào
• Con đường tế bào chất

	Con đường gian bào (đường màu đỏ)	Con đường tế bào chất (đường màu xanh)
Đường đi	- Nước và các ion khoáng đi theo không gian giữa các bó sợi xenllulozo trong thành TB \(\rightarrow\) đi đến nội bì, gặp đai Caspari chặn lại nên phải chuyển sang con đường tế bào chất để vào mạch gỗ của rễ. - Từ lông hút → khoảng gian bào → đến đai Caspari thì chuyển sang con đường tế bào chất → mạch gỗ.	- Nước và các ion khoáng đi qua hệ thống không bào từ TB này sang TB khác qua các sợi liên bào nối các không bào, qua TB nội bì rồi vào mạch gỗ của rễ. - Từ lông hút → tế bào chất của tế bào → mạch gỗ.
Đặc điểm	- Nhanh, không được chọn lọc.	- Chậm, được chọn lọc.

- Vai trò của đai Caspari:

• Đai Caspari chặn cuối con đường gian bào không được chọn lọc giúp điều chỉnh, chọn lọc các chất vào tế bào, cây. Có thể coi đây là một vòng đai ngăn cản sự di chuyển của nước và muối theo chiều ngang trong thân cây.
• Chọn lọc các chất cần thiết ngăn cản chất độc nói cách khác nó là cơ "quan kiểm dịch" các chất thấm vào mạch dẫn.

III. Ảnh hưởng của các tác nhân môi trường đối với quá trình hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ cây

- Các yếu tố ngoại cảnh như: áp suất thẩm thấu của dung dịch đất, độ pH, độ thoáng của đất …ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ:

• Nhiệt độ: nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hô hấp của hệ rễ → ảnh hưởng đến nồng độ các chất và lượng ATP tạo ra. Nhiệt độ tăng ở mức độ giới hạn làm tăng sự thoát hơi nước → tăng sự hấp thụ các chất khoáng.
• Ánh sáng: Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp của cây → ảnh hưởng đến nồng độ các chất hữu cơ được tổng hợp nên, ảnh hưởng đến hô hấp, tính thẩm thấu của nguyên sinh chất. Ví dụ cây để trong tối sẽ không có khả năng hấp thụ photpho.
• Độ ẩm của đất: đất có độ ẩm cao trong giới hạn giúp hệ rễ sinh trưởng tốt và tăng diện tích tiếp xúc của rễ với các hạt keo đất, lượng nước tự do trong đất cao hòa tan được nhiều muối khoáng → sự hấp thụ nước và muối khoáng thuận lợi.
• Độ pH của đất: ảnh hưởng đến sự hòa tan các chất khoáng trong đất → ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và muối khoáng. Đất có pH = 6 – 6,5 là phù hợp với việc hấp thụ phần lớn các chất khoáng. Đất quá axit hay quá kiềm đều không tốt cho việc hấp thụ các chất khoáng do các chất khoáng dễ bị rửa trôi hoặc gây ngộ độc cho cây.
• Đặc điểm lí hóa của đất: đất tơi xốp, thoáng khí giúp cho việc hấp thụ nước và muối khoáng thuận lợi hơn. Đất ngập úng tích lũy nhiều CO2, N2, H2S... thường ức chế sự hoạt động của hệ rễ.
  • Nồng độ oxi trong đất giảm→ sự sinh trưởng của rễ giảm, đồng thời làm  tiêu biến các TB lông hút → sự hút nước giảm. Ngoài ra khi thiếu oxi → quá trình hô hấp yếm khí tăng sinh ra chất độc với cây

PHẦN II - HƯỚNG DẪN TRẢ LỜI CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA

Câu 1. Rễ thực vật trên cạn có đặc điểm hình thái gì thích nghi với chức năng tìm nguồn nước, hấp thụ nước và ion khoáng?

Hướng dẫn:

- Đặc điểm hình thái của rễ thực vật trên cạn thích nghi với chức năng tìm nguồn nước, hấp thụ nước và ion khoáng là

• Rễ thực vật trên cạn sinh trưởng nhanh, đâm sâu lan tỏa hướng tới nguồn nước,
• Rễ hình thành liên tục với số lượng khổng lồ các lông hút, tạo nên bề mặt tiếp xúc lớn giữa rễ và đất giúp cây hút được nhiều nước và muối khoáng hơn.

Câu 2. Hãy phân biệt cơ chế hấp thụ nước với cơ chế hấp thụ ion khoáng ở rễ cây?

Hướng dẫn:

- Nước được hấp thụ vào rễ theo cơ chế thụ động (theo cơ chế thẩm thấu): nước di chuyển từ môi trường đất, nơi có nồng độ chất tan thấp (môi trường nhược trướng) vào tế bào rễ, nơi có nồng độ chất tan cao (dịch bào ưu trương, áp suất thẩm thấu cao).

- Khác với sự hẩp thụ nước, các ion khoáng di chuyển từ đất vào tế bào rễ một cách chọn lọc theo hai cơ chế:

• Cơ chế thụ động: Các ion khoáng di chuyển từ đất (hoặc môi trường dinh dưỡng) vào rễ theo građien nồng độ (đi từ môi trường, nơi nồng độ của ion cao vào rễ, nơi nồng độ của ion độ thấp).
• Cơ chế chủ động: Đối với một số ion cây có nhu cầu cao, ví dụ, ion kali (K+) di chuyển ngược chiều građien nồng độ. Sự di chuyển ngược chiều građien nồng độ như vậy đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng sinh học ATP từ hô hấp (phải dùng bơm ion, ví dụ, bơm natri: Na⁺ - ATPaza, bơm kali: K⁺ - ATPaza…).

Câu 3. Giải thích vì sao cây trên cạn bị ngập úng lâu sẽ chết?

Hướng dẫn:

Đối với cây trên cạn, khi bị ngập úng rễ cây thiếu ôxi. Thiếu ôxi phá hoại tiến trình hô hấp bình thường của rễ, tích lũy các chất độc hại đối với tế bào và làm cho lông hút chết và không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút cây không hấp thụ được nước, cân bằng nước trong cây bị phá hoại và cây bị chết.

PHẦN III - HỆ THỐNG CÂU HỎI MỞ RỘNG (TỰ GIẢI)

Câu 1. Nước được vận chuyển từ đất vào mạch gỗ của rễ bằng con đường nào?

Câu 2. Tại sao quá trình hấp thụ nước và chất khoáng lại liên quan chặt chẽ với quá trình hô hấp của rễ?

Câu 3. Trình bày vai trò của nước đối với tế bào và cơ thể thực vật?

Câu 4. Cho biết vị trí và vai trò của đai Caspari trong cơ chế hấp thu nước?

Câu 5. Trình bày những đặc điểm cơ bản của bộ rễ thích nghi với chức năng trao đổi nước và khoáng?

Câu 6. Làm thế nào để những cây gỗ lâu năm có thể  vận chuyển được nước từ rễ lên lá?

Câu 7. Chứng minh cấu tạo mạch gỗ thích nghi với chức năng vận chuyển nước và muối khoáng từ rễ lên lá?

Câu 8. Trình bày những đặc điểm cơ bản của bộ rễ thích nghi với chức năng trao đổi nước và khoáng?

Câu 9. Trình bày cách hấp thu thụ động và chủ động các chất khoáng từ đất vào rễ cây? Hai cách hấp thu đó có những điểm nào khác nhau?

Câu 10. Nêu thí nghiệm minh họa cơ chế hút bám trao đổi ở thực vật, tính thấm chọn lọc của màng sinh chất và giải thích.

Câu 11. Vì sao nhiều cây trên cạn bị ngập úng lâu ngày thì bị chết? Vì sao một số cây thường xuyên sống trong nước như cây đước lại có rễ mọc ngược, nhô lên khỏi mặt đất?

Câu 12. Phân biệt hai cơ chế hấp thụ ion khoáng?