Title Chuyên đề 1. Trao đổi nước và trao đổi khoáng ở thực vật.doc ✅

Trang 1 CHUYÊN ĐỀ 1: TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ TRAO ĐỔI KHOÁNG Ở THỰC VẬT I. TRỌNG TÂM LÍ THUYẾT. 1. Trao đổi nước ở thực vật: - 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 thấu 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 CO 2 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. Quá trình trao đổi khoáng và nitơ - Các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu tham gia cấu tạo nên các chất sống và điều tiết các hoạt động sống của cơ thể. - Có 3 nguyên tố (Na, Si, Co) chỉ có ở một số loài cây. - Nguyên tố vi lượng (chiếm  100mg/1kg chất khô) gồm: Fe, Mn, B, Cl, Zn, Cu, Mo, Ni. - Bón phân với liều lượng cao quá mức cần thiết sẽ gây độc cho cây, gây ô nhiễm nông phẩm, ô nhiễm môi trường. - Nitơ là nguyên tố dinh dưỡng khoáng thiết yếu, là thành phần không thể thay thế của nhiều hợp chất sinh học quan trọng như protein, axit nucleic, diệp lục, ATP, ... - Rễ cây chỉ hấp thụ nguyên tố khoáng dưới dạng ion hòa tan trong nước. - Rễ hấp thụ nitơ dưới 2 dạng là NH 4 + ; NO 3  . Khi vào rễ cây, NO 3  sẽ được khử thành NH 4 + . - Trong mô thực vật, NH 4 + được đồng hóa theo 3 con đường: amin hóa, chuyển vị amin, hình thành amit. - Hình thành amit là con đường khử độc NH 4 + dư thừa, đồng thời tạo nguồn dự trữ NH 4 + cho quá trình tổng hợp aa khi cần thiết.
Trang 2 - Chuyển 34NONH được gọi là khử nitrat; Chuyển 32NON được gọi là phản nitrat hóa; Chuyển 43NHNO gọi là nitrat hóa. - Sinh vật cố định đạm là sinh vật chuyển N 2 thành NH 3 . Chỉ những vi khuẩn có enzim nitrogenaza mới có khả năng cố định đạm. - Một số vi khuẩn sống tự do (ví dụ vi khuẩn lam) có khả năng cố định đạm; Một số vi khuẩn sống cộng sinh (ví dụ Rhizobium) có khả năng cố định đạm. - Có 2 phương pháp bón phân, đó là bón qua lá và bón qua rễ. Bón phân hợp lí sẽ làm tăng năng suất cây trồng. II. CÂU HỎI KHÁI QUÁT Câu 1. Giải thích các hiện tượng sau: a. Khi bón nhiều phân hóa học thì cây bị héo. b. Khi đất bị ngập nước thì cây thường bị héo. Hướng dẫn giải Đây là dạng câu hỏi về nguyên nhân và kết quả. Đối với dạng câu hỏi này thì chúng ta phải làm rõ các vấn đề sau: - Héo là gì, nguyên nhân trực tiếp của hiện tượng héo. - Tìm mối liên hệ giữa vấn đề bón phân hoá học với sự mất nước của cây. Và tìm hiểu mối liên hệ giữa vấn đề đất bị ngập nước với sự héo của cây. Nguyên nhân của héo là do quá trình thoát nước mạnh hơn quá trình hút nước làm cho cây bị mất nước dẫn tưới tế bào giảm thể tích → Héo. a. Khi bón nhiều phân hóa học thì cây bị héo vì: - Bón nhiều phân hóa học làm tăng nồng độ chất tan trong đất dẫn tới làm giảm thế nuớc của đất. Khi thế nước của đất thấp hơn thế nước của tế bào rễ thì nước không thẩm thấu vào rễ → Rễ cây không hút được nước. - Quá trình thoát hơi nước ở lá vẫn diễn ra trong khi quá trình hút nước ở rễ bị giảm hoặc rễ không hút nước. Điều này làm cho cây bị mất nước dẫn tới cây héo. b. Khi đất bị ngập nước thì cây thường bị héo vì: - Đất có các khe hở để cung cấp oxi cho rễ cây hô hấp. Quá trình hô hấp của rễ 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 tế bào lông hút làm cho cây hút được nước. - Khi đất bị ngập nước thì các khe đất bị phủ kín bởi nước. Trong nước có hàm lượng oxi 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 → Nước không thẩm thấu vào tế bào lông hút của rễ. → Cây không hút được nước. - Cây không hút được nước trong khi quá trình thoát hơi nước vẫn diễn ra. Điều này làm cho cây bị mất nước → Cây héo. Khi câu hỏi yêu cầu giải thích vì sao cây héo thì phải chú ý đến quá trình hút nước và thoát nước của cây. Cây bị héo khi quá trình thoát nước diễn ra mạnh hơn quá trình thoát nước. Câu 2. 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 lý là gì? Nguyên nhân dẫn đến hạn sinh lý? d) Tại sao hiện tượng ứ giọt chỉ xảy ra ở những cây bụi thấp và ở những cây thân thảo? Hướng dẫn 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.
Trang 3 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 bằng nước trong cây bị phá vỡ và cây bị chết.  c) Hạn 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 nuớc 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 3. Ở một cơ thể thực vật có tổng diện tích lá là 6100 cm 2 người ta đã đo được lượng nước thoát ra trong 24 giờ là 15250g. Hãy tính: a. Cường độ thoát hơi nước của cây? b. Nếu số lượng khí khổng trên lcm 2 biểu bì trên là 9300, còn ở biểu bì dưới là 7684, và lượng hơi nước thoát ra qua mặt trên của lá nhiều gấp đôi so với ở mặt dưới. Hãy tính lượng hơi nước bình quân đã thoát ra qua mỗi khí khổng trong ngày? c. Hiệu suất thoát hơi nước của cây? Biết rằng hệ số thoát hơi nước là 59,4g H 2 O/1g chất khô Hướng dẫn giải a. Cường độ thoát hơi nước của cây: 2 2 5,25 5,2083g/dm/h 261002410  b. Lượng hơi nước bình quân thoát ra qua mỗi khí khổng: + Ở mặt trên: 152502 0,0002gam 393006100    + Ở mặt dưới: 152501 0,0001gam 376846100    c. Hiệu suất thoát hơi nước của cây: 10001g 16,8350g 59,4g   chất hữu cơ/ 1kg H 2 O. Câu 4. Nitơ là một loại nguyên tố có vai trò đặc biệt quan trọng đối với đời sống thực vật. Hãy cho biết: a. Cây hấp thụ nitơ dưới dạng những loại hợp chất nào? b. Trình bày tóm tắt quá trình biến đổi nitơ trong cơ thể thực vật và ý nghĩa của các quá trình đó. Hướng dẫn giải a. Trong tự nhiên, nitơ tồn tại ở nhiều dạng khác nhau nhưng cây chỉ hấp thụ nitơ dưới 2 dạng là ion NH 4 + và ion NO 3  . b. Quá trình biến đổi nitơ trong cơ thể thực vật: - Khử nitrat thành amôn 324NONO NH. - Đồng hoá NH 3 . + Amin hoá trực tiếp: 42NHaxitxetoNADHaxitaminNADHO. Ví dụ: 42NH axit pyruvicNADHaxit amin alaninNADHO. + Chuyển vị amin: axit amin + axit xeto → axit amin mới + axit xeto. + Tạo amit: NH 3 thừa + axit dicacboxilic → amit. * Ý nghĩa của các quá trình biến đổi nitơ trong cây: - Ý nghĩa của quá trình khử nitrat: Biến đổi NO 3  thành NH 4 + để cây có thể sử dụng được. - Ý nghĩa của amin hoá và chuyển vị amin: Tạo ra nguyên liệu là các axit amin cho quá trình tổng hợp prôtêin trong tế bào.
Trang 4 - Ý nghĩa của sự tạo amit: Khử độc và dự trữ NH 3 cho cây. Câu 5. Vì sao nếu không được cung cấp đầy đủ các nguyên tố vi lượng thì sẽ làm giảm năng suất cây trồng? Hướng dẫn giải Thiếu nguyên tố vi lượng làm cho năng suất cây trồng bị giảm vì: - Các nguyên tố vi lượng đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc enzim và hoạt hoá các enzim. Các enzim làm nhiệm vụ xúc tác cho các phản ứng trong các quá trình trao đổi chất, vì vậy nếu thiếu nguyên tố vi lượng thì các phản ứng diễn ra yếu làm giảm quá trình trao đổi chất của cây, cây sinh trưởng phát triển chậm nên năng suất giảm. - Mỗi loại nguyên tố vi lượng làm nhiệm vụ hoạt hoá cho một số loại enzim nhất định. Ví dụ nguyên tố Mn là thành phân của enzim xúc tác chuyển hoá nitơ, phân giải nguyên liệu trong hô hấp, tham gia phản ứng quang hợp. Nguyên tố Zn tham gia tổng hợp triptophan là tiền chất của IAA (IAA là một loại auxin). Nguyên tố Mo tham gia trong quá trình trao đổi nitơ. Câu 6. Vì sao người nông dân lại trồng lạc để cải tạo đất? Hướng dẫn giải Trồng lạc để cải tạo đất vì: - Trong rễ lạc có vi khuẩn cố định đạm cộng sinh, vi khuẩn này có nitrogenaza phá vỡ được liên kết 3 bền vững của phân tử nitơ. - Phương trình đồng hoá N 2 thành NH 3 : - NH 3 do vi khuẩn tổng hợp ra được vi khuẩn và cây lạc sử dụng. Đồng thời do vi khuẩn hoạt động tổng hợp dư NH 3 nên một lượng đạm khá lớn được giải phóng vào đất làm tăng độ phì nhiêu của đất. - Thân, lá, rễ lạc sau khi thu hoạch, được dùng làm phân xanh để tăng mùn cho đất và làm cho đất tơi xốp. Câu 5: Giải thích các hiện tượng sau: a. Khi thiếu sắt thì lá cây bị vàng. b. Khi thiếu magie thì lá cây bị vàng. c. Khi thiếu canxi thì rễ cây bị thối, đỉnh không sinh trưởng. Hướng dẫn giải Cách tư duy: Lá cây bị vàng là do hàm lượng diệp lục trong lá giảm, để lại màu vàng của sắc tố carotenoit. Như vậy phải suy nghĩ xem vì sao khi thiếu sắt, magie thì hàm lượng diệp lục giảm? Chắc chắn sắt có liên quan đến quá trình tổng hợp diệp lục... a. Sắt là thành phần hoạt hóa enzim tổng hợp diệp lục, do vậy khi thiếu sắt thì enzim tổng hợp diệp lục không được hoạt hóa nên quá trình tổng hợp diệp lục bị ngưng trệ → Hàm lượng diệp lục trong lá giảm mạnh dẫn tới lá chuyển từ màu xanh sang màu vàng. b. Magie là thành phần cấu trúc của diệp lục (công thức của diệp lục a là C 55 H 72 O 5 N 4 Mg). Vì vậy khi thiếu Mg thì không có nguyên liệu để tổng hợp diệp lục → Hàm lượng diệp lục trong lá giảm → Lá bị vàng. c. Canxi là thành phần liên kết giữa các bản mỏng của các thành tế bào với nhau, tạo ra sự kết nối các tế bào thành một mô. Khi thiếu canxi thì sự kết nối giữa các tế bào lỏng lẻo làm cho rễ bị thối, các tế bào ở đỉnh sinh trưởng không phân chia được nên rễ cây không sinh trưởng. Câu 7. Nêu cơ chế hấp thụ khoáng ở thực vật. Giải thích tại sao đất chua lại nghèo dinh dưỡng. Hướng dẫn giải a. Có 2 cách hấp thụ ion khoáng ở rễ: • Hấp thụ thụ động. - Các ion khoáng khuyếch tán theo sự chênh lệch nồng độ từ cao đến thấp. - Các ion khoáng hòa tan trong nước và vào rễ theo dòng nước. - Các ion khoáng hút bám trên bề mặt các keo đất và trên bề mặt rễ trao đổi với nhau khi có sự tiếp xúc rễ và dung dịch đất. Cách này gọi là hút bám trao đổi.