Bài 12: Cảm ứng ở thực vật

I. KHÁI NIỆM VÀ VAI TRÒ CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT

- Cảm ứng ở thực vật là phản ứng vận động của các cơ quan thực vật đối với kích thích của môi trường.

- Thực vật ở nhiều môi trường sống khác nhau đã hình thành các đặc điểm thích nghi khác nhau, cho phép chúng tồn tại và phát triển. 

- Các hình thức cảm ứng ở thực vật là cơ sở đáp ứng với các tác nhân phi sinh học.

II. ĐẶC ĐIỂM VÀ CƠ CHẾ CỦA CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT

1. Đặc điểm cảm ứng ở thực vật

- Thực vật thường sống cố định, bám rễ vào đất nên phản ứng chính của thực vật là thay đổi hình thái hoặc sự vận động các cơ quan.

- Phản ứng của thực vật được kiểm soát bởi các hormone.

- Cảm ứng ở thực vật thường khó nhận thấy, diễn ra chậm,...

2. Cơ chế cảm ứng ở thực vật

Phản ứng của thực vật đối với các tín hiệu môi trường diễn ra thông qua các quá trình: thu nhận kích thích, dẫn truyền tín hiệu và trả lời kích thích.

Thu nhận kích thích

Các kích thích từ môi trường như nhiệt độ, ánh sáng, dinh dưỡng, tiếp xúc hoặc hormone được tiếp nhận bởi các thụ thể đặc hiệu nằm trên màng tế bào hoặc trong tế bào chất.

Dẫn truyền tín hiệu

- Khi kích thích từ môi trường kết hợp với thụ thể đặc hiệu sẽ hình thành con đường dẫn truyền tín hiệu. Tín hiệu kích thích từ môi trường được chuyển đổi thành tín hiệu thứ cấp. Các tín hiệu này được khuếch đại và dẫn truyền trong tế bào.

- Ví dụ: Trong phản ứng hướng sáng của thực vật, sự tương tác giữa ánh sáng xanh dương và phototropin gây ra sự chuyển đổi và dẫn truyền tín hiệu trong tế bào, dẫn tới sự phân bố không đều auxin ở hai phía của chồi đỉnh. Auxin tập trung ở phía đối diện với hướng ánh sáng.

Trả lời kích thích

- Các đáp ứng với kích thích có thể xảy ra trong cùng tế bào tiếp nhận tín hiệu hoặc xảy ra ở tế bảo cách xa với tế bào tiếp nhận tín hiệu.

- Phản ứng vận động của thực vật có thể gắn với sinh trưởng hoặc không gắn với sinh trưởng.

III. MỘT SỐ HÌNH THỨC BIỂU HIỆN CỦA CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT

Cảm ứng thực vật bao gồm vận động hướng động và vận động cảm ứng.

1. Vận động hướng động (Hướng động)

- Hướng động là phản ứng vận động sinh trưởng của thực vật đối với tác nhân kích thích theo một hướng xác định.

- Dựa vào sự phản ứng trả lời kích thích của thực vật, có thể chia hướng động thành hướng động dương và hướng động âm.

+ Hướng động dương là sự vận động sinh trưởng của thực vật hướng tới nguồn kích thích.

+ Hướng động âm là sự vận động sinh trưởng của thực vật theo hướng tránh xa nguồn kích thích.

- Hướng sáng là phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với ánh sáng. 

- Hướng nước là phản ứng sinh trưởng của thực vật hướng tới nguồn nước. 

- Hướng trọng lực là phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với trọng lực. 

- Hướng hoá là phản ứng sinh trưởng của thực vật đáp ứng lại tác động của hoá chất. 

- Hướng tiếp xúc là phản ứng sinh trưởng của thực vật đáp ứng lại tác động tiếp xúc cơ học.

2. Vận động cảm ứng (Ứng động)

Ứng động là phản ứng vận động của thực vật đối với tác nhân kích thích không định hướng của môi trường. Ứng động bao gồm ứng động sinh trưởng và ứng động không sinh trưởng.

- Ứng động sinh trưởng là vận động cảm ứng của thực vật gắn liền với sự phân chia và lớn lên không đồng đều của các tế bào tại hai phía đối diện nhau của cơ quan.

- Ứng động không sinh trưởng là vận động cảm ứng của thực vật không do sự phân chia hoặc lớn lên của các tế bào. Ứng động không sinh trưởng bao gồm: ứng động sức trương, ứng động tiếp xúc,...

+ Ứng động sức trương là vận động xảy ra do sự thay đổi hàm lượng nước trong tế bào hoặc vùng chuyên hoá của các cơ quan.

+ Ứng động tiếp xúc là loại ứng động cơ học do tiếp xúc gây nên.

IV. ỨNG DỤNG CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT TRONG THỰC TIỄN

Các công trình nghiên cứu khoa học về cảm ứng ở thực vật giúp tìm ra các giống cây trồng phù hợp với điều kiện thời tiết, thổ nhưỡng khác nhau. Từ đó tiến hành nhân giống, trồng và khai thác để năng suất thu hoạch cao hơn. Ví dụ:

- Ứng dụng của hướng sáng: trồng xen canh cây ưa sáng và cây ưa bóng, dùng đèn ánh sáng nhân tạo,...

- Ứng dụng của hướng nước: tưới nước vào rãnh xung quanh rễ, tưới nước nhỏ giọt, tưới nước vào buổi sáng hoặc buổi chiều....

- Ứng dụng hướng tiếp xúc: sử dụng giàn để thúc đẩy sinh trưởng của cây họ Bầu bí.

- Ứng dụng của hướng hoá: bón phân nông cho cây có rễ chùm, bón phân sâu cho cây có rễ cọc,...

V. THỰC HÀNH VỀ CẢM ỨNG Ở MỘT SỐ LOÀI CÂY

1. Thí nghiệm và quan sát hiện tượng hướng sáng

Cơ sở lí thuyết

Phản ứng sinh trưởng của thực vật đáp ứng lại tác động của ánh sáng.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: nước, bình xịt, máy ảnh, thùng carton kích thước 30 × 30 × 30 cm có nắp đậy, băng keo, dao, thước kẻ, mảnh bìa cứng, 1 chậu nhỏ.

- Mẫu vật: Cây đậu nhỏ (có ba lá, trồng trong chậu).

Tiến hành

- Làm hộp giấy theo các mê cung.

- Khoét một lỗ có đường kính khoảng 6 – 8 cm ở mặt trên của hộp. Đặt chậu cây đậu nhỏ vào sát cạnh hộp có nắp che.

- Đặt cả hộp có cây ra chỗ có ánh sáng. Tưới đủ nước cho cây.

- Quan sát sự phát triển của cây đậu trong 3 tuần. Dùng máy ảnh chụp ảnh cây.

Báo cáo

Nhìn vào những bức ảnh đã chụp cây đậu ở mỗi tuần, giải thích tại sao cây đậu phát triển theo những chỗ bìa bị khoét lỗ (hướng ánh sáng).

Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu ở bài 3.

2. Thí nghiệm và quan sát hiện tượng hướng trọng lực

Cơ sở lí thuyết

Phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với trọng lực.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: 2 hộp nhựa trong suốt, kích thước: đường kính 25 cm, cao 35 cm, đựng đất mùn hay mạt cưa; bình tưới nước.

- Mẫu vật: 8 hạt đậu đã nhú mầm.

Tiến hành

- Trồng 4 hạt đậu đã nhú mầm vào mỗi hộp nhựa đựng đất tơi xốp, tưới ẩm, đặt ở ngoài ánh sáng.

- Sau 3 ngày, đặt hộp cây số 1 để bình thường ngọn hướng lên trên, hộp cây số 2 nằm ngang, rễ hướng xuống dưới.

- Sau 3 – 5 ngày, quan sát hướng của rễ và ngọn của cây đậu ở trong mỗi hộp.

Báo cáo

Trả lời các câu hỏi sau:

- Kết quả ở tư thế nào rễ vẫn theo hướng trọng lực dương còn thân có hướng trọng lực âm. Vì sao?

- Vì sao ở cây mắm, cây bụt mọc,... một số rễ cây lại không mọc theo hướng đất dương? Vai trò của các rễ đó là gì?

Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu ở bài 3.