Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Tóm tắt Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật theo chương trình Sách mới ngắn gọn nhất. Tổng hợp lý thuyết Sinh học 11 trọn bộ chi tiết, đầy đủ.

Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

I. Vai trò của nước và một số nguyên tố khoáng đối với thực vật

1. Vai trò của nước

Nước chiếm từ 70% đến hơn 90% sinh khối tươi của mô thực vật tuỳ thuộc vào cơ quan, tuổi cây, loài cây và điều kiện ngoại cảnh. Nước giữ vai trò quan trọng trong mọi hoạt động sống của thực vật, vì vậy, nước quyết định sự phân bố của thực vật trên Trái Đất.

Trong cơ thể thực vật, nước giữ nhiều vai trò khác nhau như:

- Thành phần cấu tạo tế bào thực vật, môi trường liên kết rất số các bộ phân của cơ thể thực vật, dung môi của các icon khoáng và các hợp chất hoà tan trong nước, môi trường của các phản ứng sinh hoá.

- Thành phần tham gia trực tiếp các quá trình hoá sinh của cơ thể, điều hoà nhiệt độ, chất đệm bảo vệ cơ thể khỏi tác động cơ học, phương tiện vận chuyển các chất trong hệ vận chuyển ở cơ thể thực vật.

2. Vai trò sinh lí của một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng trong cây

- Dinh dưỡng ở thực vật là quá trình thực vật hấp thụ các nguyên tố, hợp chất cần thiết từ môi trường và sử dụng cho trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản ở thực vật. Trong cơ thể thực vật có thể tìm thấy hơn 50 nguyên tố hoá học khác nhau nhưng chỉ có 17 nguyên tố dinh dưỡng khoảng thiết yếu đối với thực vật. 

- Nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu là nguyên tố trực tiếp tham gia vào quá trình chuyển hoá vật chất trong cơ thể, không thể thay thế bởi nguyên tố khác và nếu thiếu chúng thì cây không thể hoàn thành được chu trình sống.

- Dựa vào hàm lượng trong cây, các nguyên tố dinh dưỡng khoáng được chia thành hai nhóm: nguyên tố đa lượng và nguyên tố vi lượng. Nguyên tố đa lượng là nguyên tố có hàm lượng tương đối lớn, ví dụ: N, K, Ca, Mg, P và S. Nguyên tố vi lượng có hàm lượng nhỏ (50,01% khối lượng chất khô), ví dụ: Cl, B. Fe, Mn, Zn, Cu, Mo và Ni.

- Các nguyên tố dinh dưỡng khoảng có vai trò cấu trúc và vai trò điều tiết. Vai trò the của một số nguyên tố dinh dưỡng khoảng được trình bảy trong bảng 2.1. 

II. Sự hấp thụ nước, khoáng và vận chuyển các chất trong cây

1. Sự hấp thụ nước và khoáng ở thực vật 

• Cơ quan hấp thụ nước và khoảng ở thực vật

Thực vật sống dưới nước có thể hấp thụ nước và khoáng từ môi trường xung quanh qua bề mặt các tế bảo biểu bì của cây. Thực vật sống trên cạn hấp thụ nước và khoáng từ dung dịch đất qua bề mặt tế bào biểu bì rễ, chủ yếu qua các tế bào lông hút. Ngoài ra, thực vật sống trên cạn cũng có thể hấp thụ nước và khoảng qua tể bảo khi khổng trên bề mặt lá

• Cơ chế hấp thụ nước và khoáng ở rễ cây

 Sự hấp thụ nước

Nước di chuyển từ dung dịch đất (môi trường nhược trương) vào tế bào lông hút (môi trường ưu trương) theo cơ chế thẩm thấu (thụ động). Tinh ưu trương của dịch tế bào rễ so với dung dịch đất được duy trì nhờ quá trình thoát hơi nước ở lá và nồng độ các chất tan cao (các ion khoáng được rễ hấp thụ hoặc các chất như đường sucrose, acid hữu cơ..... sinh ra từ các quả trình trao đổi chất)

Sự hấp thụ khoáng

- Các ion khoáng từ đất xâm nhập vào rễ cây theo hai cơ chế: thụ động và chủ động.

- Cơ chế thụ động: lon khoáng từ dung dịch đất (nơi có nồng độ cao) khuếch tán đến dịch bào tế bào lông hút (nơi có nồng độ thấp); hoặc xâm nhập vào rễ cây theo dòng nước liên kết; hoặc từ bề mặt hạt keo đất trao đổi với ion khoảng trên bề mặt rễ khi có sự tiếp xúc trực tiếp giữa lông hút và hạt keo đất.

- Cơ chế chủ động: Phần lớn ion khoảng xâm nhập từ dung dịch đất vào rễ cây ngược chiều nồng độ, đòi hỏi tiêu tốn năng lượng ATP.

Con đường di chuyển của nước và khoảng từ đất vào mạch gỗ của rễ: Nước và các ion khoáng từ đất xâm nhập vào tế bảo lông hút rồi di chuyển qua các lớp tế bảo vỏ rễ để tới mạch gỗ (xylem) theo con đường gian bảo và con đường tế bào chất (hình 2.4).

+ Con đường gian bảo: Nước và các ion khoảng di chuyển hướng tâm trong khoảng trống giữa các tế bào và khoảng trống giữa các bó sợi cellulose trong thành tế bào. Khi đến lớp nội bì, nước và các ion khoảng bị dai Caspary trong thành tế bào nội bị chặn lại. Dòng nước và các ion khoáng chuyển sang con đường tế bảo chất. Nhờ có đai Caspary mà các ion khoảng được hấp thụ vào rễ một cách có chọn lọc cá về thành phần và số lượng 

+ Con đường tế bào chất. Nước và khoảng di chuyển hưởng tâm qua tể bảo chất của các lớp tế bào vỏ rễ đến mạch gỗ thông qua cầu sinh chất.

2. Sự vận chuyển các chất trong cây

Vận chuyển trong mạch gỗ

- Nước, các chất khoáng hoà tan và một số hợp chất hữu cơ như amino acid, amide, cytokinine, alkaloid,... từ rễ được vận chuyển một chiều trong mạch gỗ của thân cây lên lá và các cơ quan phía trên.

- Động lực đảm bảo sự vận chuyển nước và chất khoảng hoà tan trong mạch gỗ là áp suất rễ (lực đẩy), thoát hơi nước ở lá (lực kéo), lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và lực bám giữa các phân tử nước với thành mạch gỗ (động lực trung gian).

Vận chuyển trong mạch rây

- Các sản phẩm quang hợp (chủ yếu là sucrose), một số hợp chất như amino acid, hormone thực vật (phytohormone), các ion khoảng tái sử dụng được vận chuyển trong mạch rây từ lá đến rễ và các cơ quan dự trữ. 

- Động lực đảm bảo sự vận chuyển vật chất trong mạch rây là chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan nguồn (nơi có áp suất thẩm thấu cao) và các cơ quan sử dụng (nơi có áp suất thẩm thấu thấp).

- Nước còn được vận chuyển theo chiều ngang từ mạch gỗ sang mạch rây và ngược lại tuỳ theo nhu cầu của cây.

III. Sự thoát hơi nước ở thực vật

1. Thoát hơi nước ở lá cây

- Thoát hơi nước có thể diễn ra ở bề mặt nhiều bộ phận của cây như lỗ vỏ trên thân, cánh hoa, vỏ quả,... nhưng lá là cơ quan thoát hơi nước chủ yếu của cây.

- Có hai con đường thoát hơi nước qua lá: thoát hơi nước qua lớp cutin và thoát hơi nước qua khí khổng.

+ Thoát hơi nước qua lớp cutin

+ Thoát hơi nước qua khí khổng

2. Cơ chế đóng mở khí khổng

Động lực làm biến đổi độ mở của lỗ khí là sự biến đổi sức trương nước trong các tế bào khí khổng (tế bào hình hạt đậu). Khi tế bào khí khổng tích luỹ các chất thẩm thấu như K*, malate, sucrose sẽ trương nước, thành mỏng phía ngoài bị căng mạnh và đẩy ra xa khỏi lỗ khí, thành dày phía trong bị căng yếu hơn làm khí khổng mở. Ngược lại, sự giải phóng các chất thẩm thấu khỏi tế bào khí khổng làm giảm sự hút nước, lỗ khí đóng lại. Sự tích luỹ hay giải phóng các chất thẩm thấu trong tế bào khí khổng phụ thuộc vào các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm không khí hoặc các yếu tố bên trong như mức độ no nước của cây, cân bằng ion và các hormone thực vật.

3. Vai trò của quá trình thoát hơi nước đối với thực vật

Quá trình thoát hơi nước giữ vai trò rất quan trọng đối với hoạt động sống của cây: tạo ra động lực đầu trên cho quá trình hấp thụ, vận chuyển vật chất ở rễ lên lá và cơ quan phía trên, duy trì sức trương và liên kết các cơ quan của cây thành một thể thống nhất; đảm bảo CO, có thể khuếch tán vào lá, cung cấp cho quang hợp, giảm nhiệt độ bề mặt lá trong những ngày nắng nóng, bảo vệ các cơ quan khỏi bị tổn thương bởi nhiệt độ và duy trì các hoạt động sống bình thường.

IV. Dinh dưỡng nitrogen ở thực vật

1. Nguồn cung cấp nitrogen

Trong tự nhiên, nitrogen (N₂) tồn tại ở dạng tự do trong khí quyển và các dạng hợp chất vô cơ, hợp chất hữu cơ. Thực vật hấp thụ nitrogen chủ yếu ở hai dạng NH₄⁺ và NO₃ nhờ cơ chế chủ động. Hai dạng này có thể hình thành từ các quá trình: hoá lí (sự phóng tia lửa điện trong khí quyển làm oxi hoá N, thành NO₃); cố định nitrogen tự do thành NH, nhờ một số vi sinh vật sống tự do hay cộng sinh với thực vật (nguồn chủ yếu); vi sinh vật phân giải hợp chất nitrogen hữu cơ; con người bổ sung phân bón chứa nitrogen cho cây trồng.

2. Quá trình biến đổi nitrate và ammonium ở thực vật

Quá trình khử nitrate (NO₃^-) trong cây

- NO₃^-, sau khi được hấp thụ cần được chuyển hoá thành NH₄ trong các cơ quan thực vật. 

- Quá trình khử nitrate diễn ra ở trong rễ cây và cành cây qua hai giai đoạn:

Quá trình đồng hoá ammonium (NH₄⁺) trong cây

- Sự tích luỹ NH₄⁺ ở nồng độ cao sẽ gây kiềm hoá dịch bảo và gây độc cho tế bào. Vì vậy, NH₄⁺ sau khi được hấp thụ hoặc hình thành từ quá trình khử nitrate sẽ nhanh chóng kết hợp với các keto acid (ví dụ như pyruvic acid, a-ketoglutaric acid, oxaloacetic acid) sinh ra các amino acid sơ cấp (alanine, glutamic acid, aspartic acid).

- NH₄⁺có thể kết hợp với glutamic acid, aspartic acid tạo thành các amide là glutamine và asparagine, đây là hợp chất dự trữ NH₄⁺ cho cơ thể thực vật khi cần sinh tổng hợp amino acid.

V. Trắc nghiệm Sinh học 11 Cánh Diều Bài 2 (có đáp án)

Câu 1: Rễ cây trên cạn hấp thụ nước và ion muối khoáng chủ yếu qua?

A. miền lông hút

B. miền chóp rễ

C. miền sinh trưởng

D. miền trưởng thành

Giải thích

Đối với các loài cây sinh sống trên cạn thì rễ cay sẽ hấp thụ nước và ion khoáng chủ yếu qua miền lông hút

Câu 2: Dịch mạch rây có thành phần chủ yếu là?

A. hormone thực vật.

B. axit amin, vitamin và ion kali.

C. saccarose.

D. cả A, B và C.

Câu 3: Vai trò của nitơ trong cơ thể thực vật?

A. Là thành phần của axit nucleic, ATP, photpholipit, coenzim; cần cho nở hoa, đậu quả, phát triển rễ.

B. Tham gia cấu tạo nên các phân tử protein, enzim, coenzim, axit nucleic, diệp lục, ATP…

C. Là thành phần của thành tế bào, màng tế bào, hoạt hóa enzim.

D. Chủ yếu giữ cân bằng nước và ion trong tế bào, hoạt hóa enzim, mở khí khổng.

Giải thích 

Trong cơ thể thực vật, nitơ tham gia điều tiết các quá trình trao đổi chất bằng những hoạt động xúc tác, cung cấp nguồn năng lượng đồng thời điều tiết trạng thái ngậm nước của các phân tử prôtêin ở trong các tế bào chất. 

Câu 4: Quá trình khử nitrat là quá trình chuyển hóa

A. NO3-thành NO2-

B. NO3-thành N0.H4+

C. NH4+thành NO2-

D. NO2-thành NO3-

Câu 5: Khi cây bị vàng úa, đưa vào gốc hoặc phun lên lá ion khoáng loại nào sau đây lá cây sẽ xanh trở lại?

A. Mg2+

B. Ca2+

C. Fe3+

D. Na+

Giải thích

Khi cây thiếu diệp lục lá cây sẽ bị úa vàng, mà Mg là thành phần cấu tạo nên diệp lục. Chính vì vậy, khi lá cây bị vàng, đưa ion Mg2+ vào gốc hoặc phun lên bề mặt lá thì lá cây sẽ xanh tươi trở lại.

>>> Xem toàn bộ: Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều

-------------------------------------------

Trên đây Toploigiai đã cùng các bạn Tóm tắt Lý thuyết Sinh học 11 Cánh Diều Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật theo chương trình Sách mới ngắn gọn nhất. Mời các bạn hãy click ngay vào trang chủ Toploigiai để tham khảo và chuẩn bị bài cho năm học mới Lớp 11 nhé. Chúc các bạn học tốt.