Bài 3. Thoát hơi nước

BÀI 3: THOÁT HƠI NƯỚC

PHẦN I. KIẾN THỨC

- Nước là thành phần rất quan trọng trong cây. Có thể hình dung nhu cầu nước của cây một cách như sau:

- Khái niệm: Thoát hơi nước là sự mất nước từ bề mặt lá qua hệ thống khí khổng là chủ yếu và một phần từ thân, cành.

I. Vai trò của quá trình thoát hơi nước

- Nhờ có  thoát hơi nước ở lá, nước được cung cấp tới từng tế bào của cây.

- Thoát hơi nước là động lực đầu trên của dòng mạch gỗ có vai trò giúp vận chuyển nước và các ion khoáng từ rễ lên lá và đến các bộ phận khác ở trên mặt đất của cây. tạo môi trường liên kết các bộ phận của cây; tạo độ cứng cho thực vật thân thảo.

- Thoát hơi nước có tác dụng hạ nhiệt độ của lá vào những ngày nắng nóng đảm bảo cho các quá trình sinh lý xảy ra bình thường.

- Thoát hơi nước giúp cho khí CO₂ khuếch tán vào bên trong lá cần cho quang hợp.

=> Mối liên quan giữa quá trình thoát hơi nước và quá trình quang hợp: Lá cây thoát hơi nước qua khí khổng tạo lực hút nước và tạo điều kiển để CO2 khuếch tán vào nước. Nước và CO₂ được lấy vào lá là nguyên liệu để cây quang hợp.

II. Thoát hơi nước qua lá

1. Lá là cơ quan thoát hơi nước

- Lá có cấu tạo thích nghi với chức năng thoát hơi nước:

• Khí khổng gồm:
  • 2 tế bào hình hạt đậu nằm cạnh nhau tạo thành lỗ khí, trong các tế bào này chứa hạt lục lạp, nhân và ti thể.
  • Thành bên trong của tế bào dày hơn thành bên ngoài của tế bào.
  • Số lượng khí khổng ở mạt dưới của lá thường nhiều hơn ở mặt trên của lá
• Lớp cutin (không đáng kể)
  • Có nguồn gốc từ lớp tế bào biểu bì của lá tiết ra, bao phủ bề mặt là trừ khí khổng
  • Độ dày của lớp cutin phụ thuộc vào từng loại cây và độ tuổi sinh lý của lá cây (lá non có lớp cutin mỏng hơn lá già)

2. Hai con đường thoát hơi nước: qua khí khổng và qua lớp cutin

a. Thoát hơi nước qua khí khổng (chủ yếu)

- Đặc điểm:

• Vận tốc lớn
• Được điều chỉnh bằng việc đóng mở khí khổng

- Cơ chế điều chỉnh thoát hơi nước: Nước thoát ra khỏi lá chủ yếu qua khí khổng vì vậy cơ chế điều chỉnh quá trình thoát hơi nước chính là cơ chế điều chỉnh sự đóng- mở khí khổng:

• Khi no nước, thành mỏng của tế bào khí khổng căng ra làm cho thành dày cong theo → khí khổng mở. (Hình a)
• Khi mất nước, thành mỏng hết căng và thành dày duỗi thẳng →  khí khổng đóng lại. Khí khổng không bao giờ đóng hoàn toàn. (Hình b)

b. Thoát hơi nước qua lớp cutin

- Đặc điểm:

• Vận tốc nhỏ
• Không được điều chỉnh

- Cơ chế thoát hơi nước qua cutin:

• Hơi nước khuếch tán từ khoảng gian bào của thịt lá qua lớp cutin để ra ngoài.
• Trợ lực khuếch tán qua cutin rất lớn vfa phụ thuộc vào độ dày và đọ chặt của lớp cutin
• Lớp cutin càng dày thì sự khuếch tán qua cutin càng nhỏ và ngược lại.

III. Các tác nhân ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước

- Các tác nhân từ môi trường ảnh hưởng đến độ mở khí khổng sẽ ảnh hưởng đến sự thoát hơi nước: Nước, ánh sáng, nhiệt độ, gió và các ion…

• Nước: điều kiện cung cấp nước và độ ẩm không khí ảnh hưởng nhiều đến sự thoát hơi nước thông qua việc điều tiết độ mở của khí khổng.
  • Điều kiện cung cấp nước càng cao sự hấp thụ nước càng mạnh, thoát hơi nước càng thuận lợi
  • Độ ẩm không khí thấp dẫn tới thoát hơi nước càng mạnh
• Ánh sáng: khí khổng mở khi cây được chiếu sáng. Độ mở của khí khổng tăng từ sáng đến trưa và nhỏ nhất lúc chiều tối. ban đêm khí khổng vẫn hé mở.
  • Ánh sáng làm tăng nhiệt độ của lá → khí khổng mở (điều chỉnh nhiệt độ) →  tăng tốc độ thoát hơi nước
  • Độ mở của khí khổng tăng từ sáng đến trưa và nhỏ nhất lúc chiều tối, ban đêm khí khổng vẫn hé mở.
• Nhiệt độ: ảnh hưởng đến hoạt động hô hấp của rễ →  rễ hấp thụ nhiều nước →  thoát hơi nước nhiều
• Ion khoáng: Các ion khoáng ảnh hưởng đến hàm lượng nước trong tế bào khí khổng →  gây điều tiết độ mở của khí khổng (Ví dụ: ion K+ làm tăng lường nước trong tế bào khí khổng, tăng độ mở của khí khổng dẫn đến thoát hơi nước.)

IV. Cân bằng nước và tưới tiêu hợp lí cho cây trồng

- Khái niệm: Cân bằng nước là sự tương quan giữa lượng nước do rễ hút vào  và lượng nước thoát ra qua lá → được tính bằng sự so sánh lượng nước do rễ hút vào (A) và lượng nước thoát ra (B)

• Khi A = B: mô của cây đủ nước và cây phát triển bình thường.
• Khi A > B: mô của cây thừa nước và cây phát triển bình thường.
• Khi A < B: mất cân bằng nước, lá héo, lâu ngày cây sẽ bị hư hại và cây chết

- Hiện tượng héo của cây: Khi tế bào mất nước làm giảm sức căng bề mặt, kéo theo nguyên sinh chất và vách tế bào co lại làm lá rũ xuống gây hiện tượng héo. Có 2 mức độ héo là héo lâu dài và héo tạm thời:

• Héo tạm thời xảy ra khi trong những ngày nắng mạnh, vào buổi trưa khi cây hút nước không kịp so với thoát hơi nước làm cây bị hép, nhưng sau đó đến chiều mát cây hút nước no đủ thì cây sẽ phục hồi lại
• Héo lâu dài xảy ra vào những ngày nắng hạn hoặc ngập úng hoặc đất bị nhiễm mặn, cây thiếu nước trầm trọng và dễ làm cho cây bị chết

Chú ý: Hạn sinh lý là hiện tượng cây sống trong môi trường ngập úng, bị ngập mặn có thừa nước nhưng cây không hút được

- Cần tưới tiêu hợp lý cho cây:

• Cơ sở khoa học:
  • Dựa vào đặc điểm di truyền pha sinh trưởng, phát triển của giống, loại cây
  • Dựa vào đặc điêmt cảu đất và điều kiện thời tiết
• Nhu cầu nước của cây được chẩn đoán theo 1 số tiêu chí sinh lý: áp suất thẩm thấu, hàm lượng nước và sức hút nước của lá cây.

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

Câu 1. Vì sao đứng dưới bóng cây mát hơn đứng dưới mái che bằng vật liệu xây dựng?

Hướng dẫn:

- Vật liệu xây dựng hấp thụ nhiệt làm cho nhiệt độ tăng cao, còn lá cây thoát hơi nước làm hạ nhiệt độ môi trường xung quanh lá. Nhờ vậy, không khí dưới bóng cây vào những ngày hè nóng bức mát hơn so với nơi không có bóng cây và mát hơn so với không khí dưới mái che bằng vật liệu xây dựng.

Câu 2. Cây trong vườn và cây trên đồi, cây nào có cường độ thoát hơi nước qua cutin mạnh hơn?

Hướng dẫn:

- Để thích nghi với điều kiện môi trường sống, cây trên đồi sẽ có lớp cutin dày hơn để hạn chế tối đa việc thoát hơi nước. Bản chất của lớp cutin là làm giảm sự thoát hơi trên biểu bì lá. => Cây trong vườn có cường độ thoát hơi nước qua cutin mạnh hơn cây trên đồi.

Câu 3. Tác nhân chủ yếu điều tiết độ mở khí khổng là gì?

Hướng dẫn:

- Tác nhân chủ yếu điều tiết độ mở khí khổng là:

• Ánh sáng: cây quang hợp dưới ánh sáng làm tăng nồng độ chất hữu cơ và CO₂ trong tế bào khí khổng dẫn đến trương nước → khí khổng mở
• Hoạt động của các bơm ion của tế bào khí khổng làm tăng hoặc giảm hàm lượnh ion trong tế bào khí khổng → thay đổi áp suất thẩm thấu → thay đổi sức trương của tế bào khí khổng
• Hàm lượng AAB trong tế bào khí khổng điều khiển hoạt động các bơm ion → thay đổi sức trương nước của tế bào khí khổng. VD: Khi cây bị hạn → AAB tăng → bơm ion hoạt động đưa ion ra khỏi tế bào → giảm sức trương nước → khí khổng đóng.

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

Câu 1. Trình bày cấu tạo tế bào lỗ khí phù hợp với chức năng của nó? Tác nhân chủ yếu điều tiết độ mở của khí khổng?

Câu 2. Các điều kiện môi trường ảnh hưởng như thế nào đến quá trình trao đổi nước?

Câu 3. Làm thế nào để phân biệt được hiện tượng ứ giọt và hiện tượng sương trên lá?

Câu 4. Tại sao hiên tượng ứ giọt thường xảy ra ở những cây bụi thấp và cây thân thảo?

Câu 5. Quá trình thoát hơi nước ở lá có ý nghĩa như thế nào đối với cơ thể thực vật?

Câu 6. Trình bày sự phù hợp giữa cấu tạo và chức năng của tế bào khí khổng trong cơ chế đóng mở của chúng?

Câu 7: Nhà sinh lí học thực vật người Nga - Macximop đã viết: “ thoát hơi nước là tai họa tất yếu của cây”. Hãy giải thích câu nói trên

Câu 8: Vì sao dưới bóng cây mát hơn dưới mái che bằng vật liệu xây dựng?

Câu 9: Vì sao không nên tưới nước cho cây vào buổi trưa?