A. TÓM TẮT LÝ THUYẾT
I. RỄ LÀ CƠ QUAN HẤP THỤ NƯỚC VÀ ION KHOÁNG
1. Hình thái của hệ rễ
Rễ là cơ quan hút nước của cây. Rễ hút được nước là nhờ hệ thống lông hút.
Cấu tạo bên ngoài của hệ rễ
Lông hút của rễ
Đặc điểm hình thái của rễ thực vật giúp chúng thích nghi với chức năng tìm nguồn nước, hấp thụ nước và ion khoáng:
- Rễ thực vật trên cạn sinh trưởng nhanh, đâm sâu, lan tỏa hướng đến nguồn nước
- Rễ hình thành liên tục với số lượng lông hút khổng lồ, tạo nên bề mặt tiếp xúc lớn giữa rễ và đất, nhờ vậy sự hấp thu nước và các ion khoáng được thuận lợi.
2. Rễ cây phát triển nhanh bề mặt hấp thụ
- Rễ đâm sâu, lan rộng và 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 nhất.
Ví dụ, cây lúa sau khi cấy 4 tuần đã có hệ rễ với tổng chiều dài gần 625km và tổng diện tích bề mặt xấp xỉ 285m2 , chủ yếu do tăng số lượng lông hút.
- Tế bào lông hút có thành tế bào mỏng, không thấm cutin, có áp suất thẩm thấu lớn.
- Lông hút rất dễ gãy và sẽ tiêu biến ở môi trường quá ưu trương, quá axit (chua) 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
Sự xâm nhập của nước từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế thụ động (cơ chế thẩm thấu): Nước di chuyển từ môi trường nhược trương (thế nước cao) trong đất vào tế bào lông hút, nơi có dịch bào ưu trương (thế nước thấp hơn)
Dịch của tế bào biểu bì rễ (lông hút) là ưu trương hơn so với dung dịch đất do 2 nguyên nhân:
- Quá trình thoát hơi nước ở lá hút nước lên phía trên, làm giảm hàm lượng nước trong tế bào lông hút.
- Nồng độ các chất tan (các axit hữu cơ, đường saccarôzơ… là sản phẩm của các quá trình chuyển hóa vật chất trong cây, các ion khoảng được rễ hấp thụ vào) cao.
b. Hấp thụ ion khoáng
Các ion khoáng xâm nhập vào tế bào rễ cây theo hai cơ chế : thụ động và chủ động
- Cơ chế thụ động : Một số ion khoáng xâm nhập theo cơ chế thụ động : đi từ đất (nơi có nồng độ ion cao) vào tế bào lông hút (nơi nồng độ của các ion đó thấp hơn)
- Cơ chế chủ động : Một số ion khoáng mà cây có nhu cầu cao, ví dụ, ion kali, di chuyển ngược chiều građien nồng độ, xâm nhập vào rễ theo cơ chế chủ động, đòi hỏi phải tiêu tốn năng lượng ATP từ hô hấp.
2. Dòng nước và các ion khoáng đi từ đất vào mạch gỗ của rễ
Sự xâm nhập của nước và các ion khoáng từ đất vào tế bào lông hút, rồi xuyên qua các tế bào vỏ rễ vào mạch gỗ của rễ theo hai con đường là con đường gian bào và 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 đi đến nội bì, gặp đai Caspari chặn lại nên phải chuyển sang con đường tế bào chất. - Từ lông hút – khoảng gian bào – đai Caspari – 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 |
III. ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC TÁC NHÂN MÔI TRƯỜNG ĐỐI VỚI QUÁ TRÌNH HẤP THỤ NƯỚC VÀ ION KHOÁNG Ở RỄ CÂY
Ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến quá trình hấp thụ nước và các ion khoáng ở rễ cây:
- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi nhiệt độ giảm thì sự hút nước của rễ giảm. Về mùa lạnh, khi nhiệt độ thấp, cây bị héo vì rễ không hút được nước
- Ảnh hưởng của ôxi: Khi nồng độ ôxi trong đất giảm thì sự hút nước giảm.
- Ảnh hưởng của độ pH của dung dịch đất. Độ pH ảnh hưởng đến nồng độ của các chất trong dung dịch đất và khi sự chênh lệch giữa nồng độ dung dịch đất và dịch tế bào thấp thì sự hút nước sẽ yếu.
CÂU HỎI SÁCH GIÁO KHOA
Câu hỏi in nghiêng trang 6 Sinh 11 Bài 1
Hãy nêu vai trò của nước đối với tế bào.
Lời giải:
Vai trò của nước đối với tế bào:
Nước là dung môi lí tưởng để hòa tan hầu hết các chất tan do nước có tính phân cực.
Nước có khả năng liên kết với các phân tử hữu cơ và bảo vệ các phân tử hữu cơ trước các tác động cơ học do nước có tính phân cực. Từ đó, các cấu trúc sống của tế bào được bảo vệ.
Nước là môi trường diễn ra các phản ứng hóa sinh, đồng thời cũng là nguyên liệu của các phản ứng thủy phân,…
Nước giúp duy trì hình thái của tế bào, mô
Câu hỏi in nghiêng trang 6 Sinh 11 Bài 1
Quan sát hình 1.1 và hình 1.2, mô tả đặc điểm hình thái của hệ rễ cây trên cạn thích nghi với chức năng hấp thụ nước và ion khoáng.
Lời giải:
Đặc điểm hình thái của hệ rễ cây trên cạn thích nghi với chức năng hấp thụ nước và ion khoáng:
Hình | Đặc điểm hình thái của hệ rễ cây trên cạn | Chức năng |
1.1 | Rễ gồm rễ chính và các rễ bên phát triển đâm sâu và lan rộng | Có thể tìm và hướng đến nguồn nước |
Có nhiều lông hút | Tăng diện tích tiếp xúc giữa rễ và đất, đảm bảo cho rễ cây có thể hút được nước và các ion khoáng với hiệu quả cao nhất | |
Rễ gồm các miền: Miền phân chia: gồm các TB non Miền sinh trưởng kéo dài Miền lông hút Miền chóp rễ |
Phân chia, kéo dài rễ Các TB tăng trưởng và dãn dài Hấp thụ nước và muối khoáng Bảo vệ, che chở cho đầu rễ | |
1.2 | Cấu tạo TB lông hút: Thành TB mỏng, không thấm lớp cutin Chỉ có một không bào trung tâm lớn | Làm tăng áp suất thẩm thấu, phù hợp với chức năng hấp thụ nước |
Câu hỏi in nghiêng trang 9 Sinh 11 Bài 1
Hãy kể các tác nhân ngoại cảnh ảnh hưởng đến lông hút và qua đó giải thích sự ảnh hưởng của môi trường đối với quá trình hấp thụ nước và các ion khoáng ở rễ cây.
Lời giải:
Các tác nhân ngoại cảnh ảnh hưởng đến lông hút bao gồm: áp suất thẩm thấu của dung dịch đất, độ pH, độ thoáng của đất,…
Sự ảnh hưởng của môi trường đối với quá trình hấp thụ nước và các ion khoáng ở rễ cây:
Áp suất thẩm thấu của dung dịch đất: Nước di chuyển từ nơi có áp suất dung dịch thấp đến nơi có áp suất dung dịch cao, do đó nếu áp suất thẩm thấu của dung dịch đất cao thì tốc độ hấp thụ nước sẽ chậm, nếu áp suất thẩm thấu của dung dịch đất thấp thì tốc độ hấp thụ nước sẽ nhanh, tuy nhiên nếu ấp suất thẩm thấu của dung dịch đất mà cao hơn áp suất thẩm thấu của dịch tế bào thì lông hút sẽ không hấp thụ được nước. Ngược lại, chất tan được vận chuyển thụ động từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp.
Độ pH: Khi môi trường quá axit (pH << 7) hoặc quá bazo (pH >> 7) sẽ làm cho tế bào lông hút bị chết, làm suy giảm khả năng hấp thụ nước và ion khoáng của rễ. Do đó, môi trường trung tính (pH = 6 ~ 8) là môi trường cho rễ cây hấp thụ nước và ion khoáng thuận lợi nhất.
Độ thoáng của đất: Độ thoáng của đất chính là sự cung cấp O2 cho rễ cây hô hấp. Khi đất thoáng, rễ cây được cung cấp đủ O2 làm tăng cường hô hấp để tạo ra năng lượng ATP, sau đó sử dụng ATP để vận chuyển các chất tan vào không bào làm tăng nồng độ chất tan trong không bào dẫn tới tăng áp suất của tế bào lông hút, đồng thời cây sẽ tránh việc ngộ độc CO2. Ngược lại, khi đất bị ngập nước, hoạt động hô hấp của rễ cây giảm do thiếu O2. Từ đó, chúng ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nước và ion khoáng của rễ cây.
BÀI TẬP SÁCH GIÁO KHOA
Bài 1 (trang 9 SGK Sinh 11)
Rễ của thực vật trên cạn có đặc điểm hình thái gì thích nghi với chức năng tìm nguồn nước, hấp thụ nước và ion khoáng?
Lời giải:
Đặc điểm hình thái của rễ cây thực vật trên cạn | Thích nghi với chức năng tìm nguồn nước, hấp thụ nước và ion khoáng | |
Rễ cọc | Có một rễ chính và các rễ bên | Chúng đều phát triển đâm sâu, lan rộng để tìm đến nguồn nước |
Rễ chùm | Gồm nhiều rễ con dài gần bằng nhau, mọc tỏa ra từ thân thành một chùm | |
Rễ phát triển liên tục, có nhiều lông hút | Tăng diện tích tiếp xúc giữa rễ và đất => tăng khả năng hấp thụ nước và muối khoáng | |
Lông hút có không bào lớn, tế bào biểu bì kéo dài, thành tế bào mỏng không thâm cutin | Hỗ trợ cho hoạt động hô hấp ở rễ diễn ra thuận lợi, làm tăng áp suất thẩm thấu trong dịch tế bào ở rễ => tăng khả năng hấp thụ nước và muối khoáng | |
Bài 2 (trang 9 SGK Sinh 11)
Hãy phân biệt cơ chế hấp thụ nước với cơ chế hấp thụ ion khoáng ở rễ cây?
Lời giải:
Cơ chế hấp thụ nước:
Là sự xâm nhập của nước từ đất vào tế bào lông hút
Cơ chế: Thụ động (cơ chế thẩm thấu): nước được vận chuyển từ nơi có môi trường nhược trương sang môi trường ưu trương, từ môi trường có thế nước cao đến môi rường có thế nước thấp, từ nơi có áp suất dung dịch cao đến nơi có áp suất thấp…
Cơ chế hấp thụ muối khoáng:
Là sự xâm nhập của các ion khoáng vào tế bào rễ cây
Cơ chế
+ Thụ động: Một số ion khoáng đi từ đất vào tế bào lông hút theo nguyên lí khuếch tán từ nơi có nồng độ ion cao đến nơi có nồng độ ion thấp.
+ Chủ động: Một số ion khoáng có nhu cầu cao hơn di chuyển ngược chiều gradien nồng độ, xâm nhập theo cơ chế chủ động, từ nơi có nống độ ion thấp đến nơi có nồng độ ion cao và phải đòi hỏi tiêu tốn năng lượng ATP từ quá trình hô hấp.
Bài 3 (trang 9 SGK Sinh 11)
Giải thích vì sao cây trên cạn bị ngập úng lâu sẽ chết.
Lời giải
Đất có các khe hở để cung cấp oxy cho rễ cây hô hấp. Quá trình hô hấp của rễ cây tạo ra năng lượng ATP để vận chuyển các chất tan vào trong không bào làm tăng nồng độ chất tan dẫn tới làm tăng áp suất thẩm thấu của tế bào. Khi tế bào lông hút có áp suất thẩm thấu lớn hơn áp suất thẩm thấu của môi trường đất thì nước sẽ thẩm thấu từ đất vào tê bào lông hút làm cây hút được nước
Khi đất bị ngập úng thì các khe đất bị phủ kín bởi nước. Trong nước có hàm lượng oxy thấp nên không đủ cung cấp cho rễ cây hô hấp. Quá trình hô hấp ở rễ diễn ra yếu dẫn tới tế bào lông hút thiếu năng lượng ATP để vận chuyển chủ động các chất tan vào trong không bào. Khi trong không bào có nồng độ chất tan thấp thì áp suất thẩm thấu thấp làm cho nước không thẩm thấu và tế bào lông hút của rễ và cây không hút được nước.
Mặc dù cây không hút được nước nhưng quá trình thoát hơi nước vẫn diễn ra bình thường làm cho cây mất nước và bị héo. Lâu ngày cây còn tích lũy các chất độc hại đối với tế bào làm cho lông hút bị chết và không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút, cây sẽ không hấp thụ được nước và cân bằng nước trong cây bị phá vỡ. Hậu quả: Cây sẽ chết.
