Bài 15. Cảm ứng ở thực vật

I. KHÁI NIỆM, VAI TRÒ VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT

1. Khái niệm

- Cảm ứng ở thực vật là sự tiếp nhận và trả lời của thực vật đối với các kích thích từ môi trường.

- Cảm ứng biểu hiện bằng sự vận động của các cơ quan, bộ phận thực vật khi nhận kích thích đến từ một hướng xác định hoặc kích thích không có hướng. 

2. Vai trò của cảm ứng

Cảm ứng đảm bảo cho thực vật tận dụng tối đa nguồn sống như nước, ánh sáng, dinh dưỡng khoáng,... hoặc tự vệ khi gặp kích thích bất lợi, qua đó thực vật có thể thích ứng tốt hơn với những biến đổi thường xuyên của môi trường sống, tạo điều kiện cho cây sinh trưởng và phát triển bình thường.

3. Đặc điểm của cảm ứng

- Các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, nước, hoá chất, trọng lực,... là các tác nhân kích thích gây ra cảm ứng ở thực vật.

- Cảm ứng ở thực vật thường diễn ra chậm và khó nhận biết bằng mắt thường trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, cũng có vận động cảm ứng diễn ra nhanh như phản ứng cụp lá của cây trinh nữ hay phản ứng bắt mồi của cây gọng vó.

- Cảm ứng ở thực vật có thể liên quan đến sinh trưởng hoặc không liên quan đến sinh trưởng của tế bào.

II. CÁC HÌNH THỨC CẢM ỨNG VÀ CƠ CHẾ CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT

1. Các hình thức cảm ứng

Cảm ứng ở thực vật có thể chia thành các kiểu sau:

a) Hướng động (vận động định hướng)

Hướng động là hình thức phản ứng của cây (thể hiện qua vận động của cơ quan, bộ phận) đối với tác nhân kích thích từ một hướng xác định.

Hướng động của cây phụ thuộc vào hướng của tác nhân kích thích. Khi vận động về phía tác nhân kích thích gọi là hướng động dương, ngược lại, khi vận động tránh xa tác nhân kích thích gọi là hướng động âm.

- Hướng sáng:

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

+ Trong thực tế có thể quan sát thấy hiện tượng hướng sáng dương của ngọn cây, thân non của những cây sống bên cửa sổ, cạnh toà nhà cao tầng,... do nguồn sáng chiếu đến từ một phía.

- Hướng hoá:

+ Hướng hoá là phản ứng sinh trưởng của cơ quan, bộ phận thực vật đối với các chất hoá học như chất khoáng, chất hữu cơ, hormone thực vật, chất độc,...

+ Hướng hoá dương quan sát thấy trong quá trình sinh trưởng của rễ khi nó tìm kiếm chất dinh dưỡng trong đất, trong quá trình kéo dài của ống phấn khi thụ tinh,...

+ Hướng hoá âm thể hiện trong hiện tượng rễ cây sinh trưởng tránh xa kim loại nặng, chất độc trong đất.

- Hướng nước:

+ Hướng nước là một trường hợp đặc biệt của hướng hoá.

+ Khi nước phân bố không đồng đều trong môi trường đất, rễ sẽ sinh trưởng về phía có nguồn nước (H 15.4). Đặc điểm hướng nước dương của hệ rễ đảm bảo cho cây trồng thích nghi với việc tìm kiếm nước.

- Hướng trọng lực

+ Hướng trọng lực là phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với trọng lực (lực hút của Trái Đất).

+ Các cơ quan của thực vật (rễ, thân) sinh trưởng theo hướng khác nhau đối với hướng của trọng lực: đỉnh rễ sinh trưởng theo hướng của trọng lực, còn chồi đỉnh sinh trưởng theo hướng ngược lại.

+ Hướng trọng lực thể hiện qua thí nghiệm đặt chậu cây ở vị trí nằm ngang. Sau một thời gian, rễ sinh trưởng quay xuống theo chiều của trọng lực (hướng trọng lực dương), còn thân cong lên theo hướng ngược lại (hướng trọng lực âm). Trong tự nhiên, có thể quan sát hiện tượng này khi cây bị đổ nghiêng trên mặt đất.

- Hướng tiếp xúc:

+ Hướng tiếp xúc là phản ứng sinh trưởng đối với tác động cơ học (tiếp xúc) đến từ một phía.

+ Hướng tiếp xúc thường gặp ở thực vật thân leo và thân bò, biểu hiện dễ thấy là hiện tượng thân, các tua cuốn quấn quanh cọc rào, bờ tường hay giàn leo.

b) Ứng động (vận động cảm ứng)

- Ứng động là hình thức phản ứng của cây đối với tác nhân kích thích không định hướng (không có hướng).

- Căn cứ vào đặc điểm liên quan đến sinh trưởng, ứng động được chia thành hai kiểu là ứng động sinh trưởng và ứng động không sinh trưởng.

+ Ứng động không sinh trưởng là những vận động thuận nghịch do sự biến đổi sức trương nước của cơ quan, bộ phận đáp ứng hoặc do xuất hiện sự lan truyền của kích thích trong các tế bào, mô chuyên hoá dưới tác dụng của các tác nhân cơ học, hoá học.

+ Ứng động sinh trưởng là những vận động xuất hiện do tốc độ sinh trưởng và phân chia tế bào không đều ở các cơ quan, bộ phận đáp ứng, dưới tác động của các kích thích không định hướng trong môi trường. Tuỳ thuộc vào tác nhân gây ứng động, có thể chia thành các kiểu: quang ứng động, nhiệt ứng động.

2. Cơ chế của cảm ứng

a) Cơ chế hướng động

- Tác nhân kích thích tác động theo một hướng xác định lên các thụ thể của bộ phận tiếp nhận kích thích, thông tin sau đó được truyền đến bộ phận đáp ứng, làm thay đổi hàm lượng auxin ở hai phía đối diện nhau của bộ phận này → tốc độ dãn dài không đồng đều giữa các tế bào ở hai phía → sự uốn cong của bộ phận đáp ứng.

- Các tế bào rễ có độ nhạy cảm cao hơn đối với auxin so với các tế bào ở thân. Hàm lượng auxin cao sẽ ức chế sự dẫn dài của các tế bào rễ trong khi kích thích các tế bào thân sinh trưởng → thân và rễ uốn cong theo hai hướng ngược nhau so với hướng kích thích.

b) Cơ chế ứng động

- Cơ chế ứng động không sinh trưởng

+ Tác nhân kích thích tác động lên thụ thể trên màng tế bào của bộ phận tiếp nhận kích thích → truyền đến tế bào của bộ phận đáp ứng làm hoạt hoá các bơm ion → thay đổi sức trương nước của bộ phận đáp ứng → phản ứng cụp lá ở cây trinh nữ (H 15.9) hay sự đóng mở của khí khổng.

+ Sự vận động của bộ phận đáp ứng cũng có thể do kích thích được lan truyền dưới dạng sóng, xuất hiện trong các phản ứng đóng nắp của cây bắt ruồi hay chuyển động của các lông tuyến ở cây gọng vó.

- Cơ chế ứng động sinh trưởng

+ Tác nhân nhiệt độ, ánh sáng mang tính chu kì tác động lên chồi cây làm thay đổi tương quan hàm lượng giữa các hormone, gây kích thích hoặc ức chế sinh trưởng của chồi cây, hoặc tác động lên mặt trên và mặt dưới của hoa làm phân bố lại hormone → sự tăng trưởng khác nhau của mặt trên và mặt dưới của hoa, làm hoa nở hoặc khép.

III. ỨNG DỤNG CẢM ỨNG Ở THỰC VẬT

Trong thực tiễn sản xuất, dựa trên các hiểu biết về hướng động, ứng động của thực vật, con người có thể điều chỉnh các yếu tố ngoại cảnh thông qua các biện pháp canh tác nhằm đảm bảo cho cây sinh trưởng, phát triển thuận lợi, từ đó nâng cao năng suất, chất lượng nông sản.

1. Ứng dụng của hướng động

- Tăng kích thước bộ rễ bằng cách làm đất tơi xốp, thoáng khí, bón phân và tưới nước xung quanh gốc để kích thích rễ sinh trưởng theo cả chiều rộng và chiều sâu, từ đó hấp thụ được đầy đủ nước và chất khoáng.

- Thúc đẩy cây mầm vươn dài, tăng chiều cao bằng cách: hạn chế chiếu sáng trong thời gian đầu khi hạt nảy mầm, gieo trồng với mật độ cao khi cây còn non và tỉa thưa để đảm bảo đủ ánh sáng khi cây đã lớn.

- Thúc đẩy các cây thân leo sinh trưởng, phát triển bằng cách làm giàn, mở rộng giàn để kích thích thân cây vươn dài.

2. Ứng dụng của ứng động

- Một số ứng dụng trong nông nghiệp: Kéo dài thời gian ngủ của hạt, củ giống bằng cách giảm nhiệt độ, độ ẩm trong môi trường bảo quản, hạn chế tiếp xúc ánh sáng hoặc sử dụng các chất ức chế nảy mầm.

- Kích thích hạt giống, củ giống nảy mầm, đánh thức chồi ngủ bật mầm bằng cách cung cấp thêm nước, tăng nhiệt độ môi trường, sử dụng các chất kích thích sinh trưởng,...

- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ra hoa, nở hoa của các loài cây trồng bằng cách bố trí vùng trồng hợp lí, đảm bảo các yêu cầu về ánh sáng, nhiệt độ,...