Trao đổi nước ở thực vật

CHUYÊN ĐỀ: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT 
Nội dung: TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT

LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

I.    Sự hấp thu nước ở rễ
       Rễ là cơ quan chính hấp thụ nước và các ion khoáng. Vậy rễ có đặc điểm gì phù hợp với chức năng hấp thụ nước và ion khoáng.
1.    Rễ là cơ quan hấp thụ nước
                                                        

-    Hệ rễ được phân hoá thành các rễ chính và rễ bên, trên các rễ có các miền lông hút nằm gần đỉnh sinh trưởng
-    Rễ đâm sâu, lan toả hướng đến nguồn nước ở trong đất và sinh trưởng liên tục hình thành nên số lượng khổng lồ các lông hút làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa rễ và đất giúp rễ hấp thụ được nhiều nước và ion muối khoáng.
-    Ở một số thực vật trên cạn, hệ rễ không có lông hút thì rễ có nấm rễ bao bọc giúp cho cây hấp thụ nước và ion khoáng một cách dễ dàng, đây là phương thức chủ yếu. Ngoài ra ở những tế bào rễ còn non, vách của tế bào chưa bị suberin hoá cũng tham gia hấp thụ nước và ion khoáng. Nấm rễ là dạng thích nghi tự nhiên.
2.    Cơ chế hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây
a.    Hấp thụ nước và muối khoáng từ đất vào tế bào lông hút.
b.    Trong môi trường quá ưu trương, quá axit hay thiếu ôxi lông hút rất dễ gãy và biến mất.

c.    Dòng nước và các ion khoáng đi từ lông hút vào mạch gỗ của rễ
      Nước và các ion khoáng di chuyển từ đất vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường:
-    Con đường thành tế bào – gian bào: Đi theo không gian giữa các tế bào và không gian giữa các bó sợi xenlulôzơ bên trong thành tế bào đến đai Caspari thì chuyển sang con đường tế bào.
-    Con đường chất nguyên sinh – không bào: Xuyên qua tế bào chất của các tế bào.
3.    Ảnh hưởng của môi trường đối với qúa trình hấp thụ nƣớc và muối khoáng ở rễ cây.
       Độ thẩm thấu (áp suất thẩm thấu), độ axit (pH) và lượng ôxi của môi trường (độ thoáng khí) các nhân tố này ảnh hưởng đến sự hình thành, phát triển của lông hút do đó sẽ ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nước và các ion khoáng ở rễ cây.

II.    QUÁ TRÌNH VẬN CHUYỂN CÁC CHẤT TRONG CÂY
       Sau khi nước và các ion khoáng di chuyển vào mạch gỗ của rễ thì chúng được vận chuyển trong cây Nước → Rễ → Thân → Lá → Dạng hơi
Trong cây có 2 dòng mạch:
-    Dòng mạch gỗ (dòng đi lên) vận chuyển nước và các ion khoáng từ đất vào đến mạch gỗ của rễ rồi tiếp tục dâng lên theo mạch gỗ trong thân để lan toả đến lá và những phần khác nhau của cây.
-    Dòng mạch rây (còn gọi là dòng đi xuống) vận chuyển các chất hữu cơ từ các tế bào quang phổ phiến lá chảy vào cuống lá rồi đến nơi cần sử dụng hoặc dự trữ.

III.    THOÁT HƠI NƯỚC Ở LÁ
1.    Vai trò của thoát hơi nước
-    Thoát hơi nước là động lực đầu trên của dòng mạch gỗ giúp vận chuyển nước, các ion khoáng và các chất tan khác từ rễ đến mọi cơ quan của cây trên mặt đất, tạo môi trường liên kết các bộ phận của cây, tạo độ cứng cho thực vật thân thảo.

-    Nhờ có thoát hơi nước, khí khổng mở ra cho khí CO2 khuyếch tán vào lálàm nguyên liệu cho quá trình quang hợp.
-    Thoát hơi nước giúp hạ nhiệt độ của lá cây vào những ngày nắng nóng đảm bảo cho quá trình sinh lý xảy ra bình thường.
2.    Thoát hơi nước qua lá
a.    Lá là cơ quan thoát hơi nước.
-    Số lượng tế bào khí khổng trên lá có liên quan đến sự thoát hơi nước của lá cây
-    Ngoài tế bào khí khổng, sự thoát hơi nước của lá cây còn được thực hiện qua lớp cutin.
b.    Hai con đường thoát hơi nước qua khí khổng và qua cutin.
-    Thoát hơi nước qua khí khổng:
      Độ mở của khí khổng phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng nước trong các tế bào khí khổng (tế bào hạt đậu). Khí tế bào hạt đậu no nước → lỗ khí mở; khi tế bào hạt đậu mất nước → lỗ khí đóng lại.
-    Thoát hơi nước qua cutin trên biểu bì lá: Hơi nước có thể khuyếch tán qua bề mặt lá (lớp biểu bì của lá) gọi là thoát hơi nước qua cutin. Lớp cutin càng dày thì thoát hơi nước càng giảm và ngược lại.
3.    Các tác nhân ảnh hƣởng đến quá trình thoát hơi nước
-    Nước ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước thông qua việc điều tiết độ mở của khí khổng.
-    Ánh sáng: Cường độ ánh sáng ảnh hưởng đến độ mở của khí khổng (Độ mở của khí khổng tăng khi cường độ chiếu sáng tăng và ngược lại)
-    Nhiệt độ, gió, một số ion khoáng cũng ảnh hưởng đến sự thoáyt hơi nước.
4.    Cân bằng nước và tưới tiêu hợp lí cho cây trồng
-    Cân bằng nước: Khi A = B (Lượng nước do rễ hút vào – A, lượng nước thoát ra qua lá – B) mô đủ nước, cây phát triển bình thường.
-    Dựa vào đặc điểm di truyền, pha sinh trưởng, phát triển của loài, đặc điểm của đất và thời tiết. Chẩn đoán nhu cầu về nước của cây theo các chỉ tiêu sinh lí như áp suất thẩm thấu, hàm lượng nước và sức hút nước của lá cây.
 

CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Dạng câu hỏi yêu cầu suy luận lí thuyết
1.    Phương pháp giải
Đối với câu hỏi yêu cầu suy luận lí thuyết về trao đổi nước thì chúng ta cần phải nắm vững các nội dung cốt lõi sau đây, từ đó làm căn cứ để suy luận tìm ra đáp án đúng.

-    Rễ là cơ quan hút nước, ion khoáng. Nước và ion khoáng - tế bào lông hút - tế bào nhu mô vỏ - tế bào nội bì - mạch gỗ.
-    Chất khoáng hòa tan trong nước thành các ion.  Cây chỉ hút khoáng dưới dạng ion hòa tan.
-    Rễ cây hút nước theo cơ chế thẩm thấu (Từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp; Từ nơi có nồng độ chất tan thấp đến nơi có nồng độ chất tan cao).
-    Nước và ion khoáng đi vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường: Con đường gian bào và con đường tế bào chất. Cả hai con đường này đều phải đi qua tế bào nội bì và chịu sự kiểm soát của tế bào nội bì.
-    Rễ cây hút khoáng theo cơ chế thụ động hoặc chủ động. Ở cơ chế chủ động, rễ cây cần sử dụng năng lượng ATP. Vì vậy, để hút khoáng, hút nước thì rễ cây cần được cung cấp đủ oxi để hô hấp tạo năng lượng ATP.
-    Các nhân tố ảnh hưởng đến hấp thụ nước, khoáng: Áp suất thẩm thấu của dung dịch đất; độ pH, độ thoáng khí của đất,….
-    Mạch gỗ được cấu tạo từ các tế bào chết. Mạch gỗ gồm 2 loại là quản bào và mạch ống.
-    Dịch mạch gỗ (vận chuyển các chất từ rễ lên lá) chủ yếu là nước, ion khoáng và một số chất hữu cơ (axit amin, amit, vitamin,…).

-    Cần 3 lực để đẩy dòng mạch gỗ từ rễ lên lá (Lực thoát hơi nước, lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với mạch gỗ, lực áp suất rễ).
-    Mạch rây (các tế bào sống) gồm ống rây và các tế bào kèm. Mạch rây vận chuyển chất dinh dưỡng từ lá xuống rễ. Động lực của dòng mạch rây là sự chênh lệch áp suất thẩm thẩu giữa cơ quan nguồn và cơ quan chứa.
-    Lá là cơ quan thoát hơi nước (99% lượng nước hút vào bị thoát ra ngoài). Nước chủ yếu được thoát qua khí khổng, số ít được thoát qua cutin.
-    Thoát hơi nước giúp hạ nhiệt của lá, tạo động lực phía trên để kéo nước, làm khí khổng mở để hút CO2 vào cho quang hợp.
-    Mặt dưới của lá thoát hơi nước mạnh hơn mặt trên của lá (Do mặt trên có ít khí khổng và có lớp cutin dày).
-    Các nhân tố ảnh hưởng đến thoát hơi nước: Nước, ánh sáng, nhiệt độ, gió, ion khoáng.
-    Nếu lượng nước hút vào lớn hơn hoặc bằng lượng nước thoát ra thì cây được giữ cân bằng nước. Nếu lượng nước hút vào bé hơn lượng nước thoát ra thì cây bị héo.
 

2.    Ví dụ minh họa
 

Câu 1: Vì sao cây trên cạn bị ngập úng lâu sẽ bị chết?
Lời giải:
     Đối với cây trên cạn, khi bị ngập úng rễ cây thiếu ôxi. Thiếu ôxi làm phá hoại tiến trình hô hấp bình thường của rễ, tích luỹ các chất độc đối với tế bào và làm cho lông hút chết, không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút thì cây không hấp thụ được nước, cân bằng nước trong cây bị phá huỷ và cây bị chết.
Câu 2: Vì sao các loại cây trên cạn không sống được trên đất ngập mặn?
Lời giải:
    Để sống được trên đất ngập mặn tế bào của rễ phải có áp suất thẩm thấu cao hơn (dịch bào phải ưu trương) so với môi trường đất mặn bao quanh rễ thì mới hấp thụ được nước từ đất.
     Dịch bào rễ cây trên cạn nhược trương so với môi trường đất mặn nên không thể hấp thụ được nước từ đất, cân bằng nước trong cây bị phá vỡ và cây bị chết.
Câu 3:
a)    Động lực nào giúp dòng nước và các ion khoáng di chuyển được từ rễ lên lá ở những cây gỗ cao lớn hàng chục mét?
b)    Giải thích vì sao cây trên cạn bị ngập úng lâu sẽ chết?
c)    Hạn sinh sinh lý là gì ? Nguyên nhân dẫn đến hạn sinh sinh lý?
d)    Tại sao hiện tượng ứ giọt chỉ xảy ra ở những cây bụi thấp và ở những cây thân thảo?
Lời giải:
a)    Động lực đó là:
-    Áp suất rễ - động lực đầu dưới
-    Lực hút do sự thoát hơi nước ở lá- động lực đầu trên
-    Lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và giữa phân tử nước với vách mạch gỗ.
b)    Cây cạn ngập úng lâu ngày chết....
Đối với cây trên cạn, khi bị ngập úng rễ cây thiếu ôxy nên phá hoại tiến trình hô hấp bình thường của rễ, tích luỹ các chất độc hại đối với tế bào làm cho lông hút chết và không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút cây không hấp thụ được nước, cân bàng nước trong cây bị phá vỡ và cây bị chết.
c)    Hạn sinh sinh lý.....
-    Là hiện tượng rễ cây được cung cấp đủ nước nhưng cây vẫn không hút được nước
-    Nguyên nhân:
+ Nồng độ các chất tạo áp suất thẩm thấu ở môi trường đất quá cao so với áp suất thẩm thấu trong rễ (do bón phân ,...).

+ Do cây ngập trong môi trường nước lâu ngày, thiếu oxy để hô hấp
d)    Hiện tượng ứ giọt .....
      Hiện tượng ứ giọt chỉ xảy ra ở cây thân bụi thấp và ở những cây thân thảo vì những cây này thấp, dễ bị tình trạng bão hoà hơi nước và áp suất rễ đủ mạnh để đẩy nước từ rễ lên lá gây ra hiện tượng ứ giọt.
Câu 4: Nếu 1 ống mạch gỗ bị tắc, dòng mạch gỗ trong ống đó có thể đi lên được không? Tại sao?
Lời giải:
     Dòng mạch gỗ trong ống vẫn có thể tiếp tục đi lên được bằng cách di chuyển ngang qua các lỗ bên vào ống bên cạnh và tiếp tục di chuyển lên trên.
Dạng 2: Dạng câu hỏi ứng dụng thực tế
1.    Phương pháp giải
      Để trả lời dạng câu hỏi có ứng dụng thực tế chúng ra cần hiểu bản chất khoa học của 3 quá trình hấp thu nước ở rễ vận chuyển các chất trong thân và quá trình thoát hơi nước ở lá

2.    Ví dụ minh họa
Câu 1: Vì sao dưới bóng cây mát hơn dưới mái che bằng vật liệu xây dựng?
Lời giải:
     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 cây vào những ngày hè nóng bức mát hơn so với không khí dưới mái che bằng vật liệu xây dựng.
Câu 2: Khi nói về thoát hơi nước của cây, có bao nhiêu phát biểu sau đây đúng?
I.    Trên cùng một lá, nước chủ yếu được thoát qua mặt trên của lá.
II.    Ở lá trưởng thành, lượng nước thoát ra qua khí khổng thường lớn hơn lượng nước thoát ra qua cutin.
III.    Mạch gỗ được cấu tạo từ các tế bào sống còn mạch rây được cấu tạo từ các tế bào chết.
IV.    Dòng mạch rây làm nhiệm vụ vận chuyển nước và chất hữu cơ từ rễ lên lá.
V.    Rễ cây chủ động hút nước bằng cách tạo ra thế năng thẩm thấu lớn hơn rễ, dẫn tới nước sẽ thẩm thấu từ đất vào rễ.
Lời giải:
Bằng cách suy luận, chúng ta có thể thấy trong 5 phát biểu nói trên, chỉ có 2 phát biểu đúng, đó là II và V.

BÀI TẬP TỰ LUYỆN 
 

Câu 1: Đai caspari có vai trò nào sau đây?
A. Cố định nitơ.    B. Vận chuyển nước và muối khoáng.
C. Tạo áp suất rễ.    D. Kiểm tra lượng nước và chất khoáng hấp thụ.
Đáp án: D
Câu 2: Lông hút của rễ do tế bào nào sau đây phát triển thành?
A. Tế bào mạch gỗ ở rễ.    B. Tế bào mạch rây ở rễ.
C. Tế bào nội bì.    D. Tế bào biểu bì.
Đáp án: D
Câu 3: Đối với các loài thực vật ở cạn, nước được hấp thụ chủ yếu qua bộ phận nào sau đây?
A. Toàn bộ bề mặt cơ thể.    B. Lông hút của rễ.    C. Chóp rễ.    D. Khí khổng.
Đáp án: B
Câu 4: Thực vật thuỷ sinh hấp thụ nước qua bộ phận nào sau đây?
A. Qua lông hút rễ.    B. Qua lá.
C. Qua thân.    D. Qua bề mặt cơ thể.
Đáp án:D

Câu 5: Loại mạch dẫn nào sau đây làm nhiệm vụ dẫn nước và muối khoáng từ rễ lên lá?
A.    Quản bào và mạch ống.    C. Mạch gỗ và tế bào kèm.
B.    Mạch ống  và mạch rây.    D. Ống rây và mạch gỗ.
Đáp án: A
Câu 6: Mạch rây được cấu tạo từ những thành phần nào sau đây?
A.    Các quản bào và ống rây.    C. Ống rây và mạch gỗ.
B.    Mạch gỗ và tế bào kèm.    D. Ống rây và tế bào kèm.
Đáp án: D
Câu 7: Trong dung dịch mạch rây có chứa một chất hoà tan chiếm 10-20% hàm lượng, đó là chất nào sau đây?
A. Tinh bột.    B. Prôtêin.    C. Sacarôzơ.    D. ATP.
Đáp án: C
Câu 8: Thành phần chủ yếu của dịch mạch gỗ gồm các chất nào sau đây?
A.    Nước và chất hữu cơ được tổng hợp từ lá.
B.    Nước, ion khoáng và chất hữu cơ tổng hợp từ lá.
C.    Nước, ion khoáng và chất hữu cơ dự trữ ở quả, củ.
D.    Nước, ion khoáng và chất hữu cơ tổng hợp từ rễ.
Đáp án:D
Câu 9: Thoát hơi nước qua cutin có đặc điểm nào sau đây?
A. Vận tốc lớn và không được điều chỉnh.    B. Vận tốc lớn và được điều chỉnh.
C. Vận tốc bé và không được điều chỉnh.    D. Vận tốc bé và được điều chỉnh.
Đáp án: C
Câu 10: Phát biểu nào sau đây sai?
A.    Áp suất rễ gây ra hiện tượng ứ giọt ở lá cây.
B.    Dịch mạch gỗ được chuyển theo chiều từ lá xuống rễ.
C.    Chất hữu cơ được dự trữ trong củ chủ yếu được tổng hợp ở lá.
D.    Sự thoát hơi nước ở lá là động lực kéo dòng mạch gỗ.
Đáp án: B
Câu 11: Ở thực vật có mạch, nước được vận chuyển từ rễ lên lá chủ yếu theo con đường nào sau đây?
A. Mạch rây.    B. Tế bào chất.    C. Mạch gỗ.    D. Cả mạch gỗ và mạch rây.
Đáp án: C
Câu 12: Các phân tử H2O có khả năng liên kết với nhau thành một dòng liên tục trong mạch dẫn của cây. Nguyên nhân là vì
A. các phân tử H2O có sức căng bề mặt lớn.    B. các phân tử H2O có tính phân cực.
C. các phân tử H2O có độ nhớt cao.                 D. các phân tử H2O có độ nhớt thấp.

Đáp án: B

Câu 13: Trước khi đi vào mạch gỗ của rễ, nước và các chất khoáng hoà tan luôn phải đi qua cấu trúc nào sau đây?
A. Khí khổng.    B. Tế bào nội bì.    C. Tế bào lông hút.    D. Tế bào nhu mô vỏ.
Đáp án: B
Câu 14: Dịch mạch rây được vận chuyển từ lá xuống rễ là nhờ
A.    quá trình cung cấp năng lượng của hô hấp ở rễ.
B.    sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan cho và cơ quan nhận.
C.    lực hút của thoát hơi nước và lực đẩy của rễ.
D.    lực đẩy của áp suất rễ và thoát hơi nước.
Đáp án: B
Câu 15: Ở các cây gỗ lớn, lực nào sau đây đóng vai trò chính trong việc vận chuyển nước từ rễ lên lá?
A.    Lực đẩy của rễ (do quá trình hấp thụ nước).
B.    Lực hút của lá (do quá trình thoát hơi nước).
C.    Lực liên kết giữa các phân tử nước.
D.    Lực bám giữa các phân tử nước với thành mạch dẫn.
Đáp án: B
Câu 16: Đối với các lá già, quá trình thoát hơi nước ở lá chủ yếu diễn ra qua bộ phận nào sau đây?
A. Các khí khổng.    B. Các tế bào biểu bì lá.
C. Các tế bào gân lá.    D. Các tế bào mô dậu.
Đáp án: A
Câu 17: Khi nói về quá trình vận chuyển các chất trong cây, phát biểu nào sau đây đúng?
A.    Vận chuyển trong mạch gỗ là chủ động, còn trong mạch rây là bị động.
B.    Dòng mạch gỗ luôn vận chuyển các chất vô cơ, dòng mạch rây luôn vận chuyển các chất hữu cơ.
C.    Mạch gỗ vận chuyển đường gluco, mạch rây vận chuyển chất hữu cơ khác.
D.    Mạch gỗ vận chuyển các chất từ rễ lên lá, mạch rây thì vận chuyển các chất từ lá xuống rễ.
Đáp án: D
Câu 18: Những yếu tố nào sau đây của môi trường ảnh hưởng tới quá trình hút nước và ion khoáng của rễ cây?
A.    Độ pH, hàm lượng H2O trong dịch đất, nồng độ của dịch đất so với rễ cây và độ thoáng khí.
B.    Áp suất thẩm thấu của dịch đất, hàm lượng CO2 trong đất.
C.    Áp suất thẩm thấu của dung dịch đất, độ thoáng khí, hàm lượng CO2 trong đất, độ pH của đất.
D.    Độ pH, hàm lượng CO2 trong đất, độ thoáng khí trong đất.
Đáp án: A
Câu 19: Tế bào lông hút của rễ cây có khả năng hút nước chủ động bằng cách nào sau đây?
A.    Tạo ra áp suất thẩm thấu lớn để nước thẩm thấu từ đất vào rễ.
B.    Vận chuyển nước qua màng tế bào nhờ bơm ATPaza.
C.    Vận chuyển theo con đường ẩm bào.
D.    Làm cho thành tế bào mỏng và không thấm cutin.
Đáp án: A
Câu 20: Phát biểu nào sau đây sai?
A. Ở trong cùng một cây, lông hút là cơ quan có thế nước cao nhất.
B.    Nước và tất cả các chất khoáng khi đi vào mạch dẫn đều qua tế bào nội bì.
C.    Đưa cây vào phòng lạnh thì sức trương nước của tế bào thịt lá giảm.
D.    Rễ cây hút nước chủ động bằng cách vận chuyển nước ngược chiều nồng độ.
Đáp án: D