Chương I SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT I. Khái niệm tế bào. 1. Học thuyết tế bào. Tế bào là đơn vị cơ sở mà tất cả các cơ thể sống đều hình thành nên từ đó. Năm 1667, Robert Hook đã phát hiện ra đơn vị cấu trúc cơ sở của cơ thể sống là “tế bào”. Ông đã mô tả cấu trúc đó. Đồng thời và độc lập với Robert Hook, nhà bác học Hà Lan Antonie Van Leeuwenhock và người Ý Malpighi đã nghiên cứu ở đối tượng động vật và cũng phát hiện ra tế bào. Đến thế kỷ XIX, với sự đóng góp của nhà thực vật học Mathias Schleiden và nhà động vật học Theodor Schwann học thuyết tế bào chính thức ra đời [1838]. 2. Đặc trưng chung của tế bào. 2.1.Đặc trưng về cấu tạo. Theo Mathias Schleiden và Theodor Schwann thì mọi cơ thể thực vật và động vật đều do những tế bào cấu tạo nên và chúng được sắp xếp theo những trật tự riêng đặc trưng cho từng cơ thể. Tất cả các bộ phận của nó đều đạt đến mức chuyên hóa về hình thái và chức năng. Đó là kết quả của cả một quá trình tiến hóa hết sức lâu dài của các dạng sống nguyên thủy, thích nghi cao độ với các điều kiện môi trường phức tạp và đa dạng. Mọi tế bào đều có cấu tạo cơ bản như sau: - Mọi tế bào đều có màng sinh chất bao quanh. Trên màng có nhiều kênh dẫn truyền vật chất và thông tin tạo cầu nối giữa tế bào và môi trường bên ngoài. -Mọi tế bào đều có nhân hoặc nguyên liệu nhân chứa thông tin di truyền tế bào. Có vùng nhân định hướng và điều tiết mọi hoạt động của tế bào. -Mọi tế bào đều chứa chất nền gọi là tế bào chất. Tế bào chất chứa các bào quan. 2.2. Đặc trưng về chức năng. Mọi hoạt động sống của cơ thể cũng được thực hiện từ mức độ tế bào. - Trao đổi chất và năng lượng: Giữa cơ thể sinh vật và môi trường luôn luôn xảy ra quá trình trao đổi chất và năng lượng. Nhờ trao đổi chất và năng lượng mà cơ thể tồn tại, sinh trưởng và phát triển. - Sinh trưởng và phát triển: Sinh trưởng là hệ quả của quá trình trao đổi chất và năng lượng. Sinh trưởng là sự tích lũy về lượng làm cho khối lượng và kích thước tăng lên. Khi sinh trưởng đạt đến ngưỡng nhất định thì cơ thể chuyển sang trạng thái phát triển. Phát triển là sự biến đổi về chất lượng của cả cấu trúc lẫn chức năng sinh lý của cơ thể theo từng giai đoạn của cơ thể.
- 1. VẬT NGUYỄN DU SANH
- 2. khảo chính 1] Bùi Trang Việt 2000 - Sinh Lý Thực Vật Đại Cương, Phần II. Phát triển. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí minh, 349 trang 2] Bùi Trang Việt 2002 - Sinh Lý Thực Vật Đại Cương, Phần I. Dinh dưỡng. Nhà xuất bản Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí minh, 333 trang 3] Campbell, N. A. [1996] Biology, 4th ed. Benjamin/Cummings, Menlo Park, CA. 4] Hopkins G., 1995 - Introduction to Plant Physiology. John Wiley & Sons Inc., New York, 464 p. 5] Lea, P.J and Leegood R.C., 1999 - Plant Biopchemestry and Molecular Biology. John Wiley & Sons Inc., New York, 363 p. 6] Leegood, R.C., Sharkey, T.D., and Susanne von Caemmerer., 2000- Photosynthesis: Physiology and Metabolism. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht 7] Sage, R. F., and Monson, R.K., 1999 – C4 Plant Biology. Academic Press 8] Frank B. Salisbury, F.B and Ross, C.W. 1992 - Plant Physiology. Wadsworth Publising Company, California 1992. 9] Taiz, L., and Zeiger, E., 1991 - Plant Physiology. The Benjamin/Cumming Publishing Company, Inc. California, 565p. 10] Vũ Văn Vụ, Hoàng Đức Cự, Vũ Thanh Tâm và Trần Văn Lài 1993- Sinh lý học Thực Vật. Giáo trình Cao học Nông nghiệp Sinh học. NXB KHKT Hà Nội. 11] Plant Physiology online [//www.plantphys.net/article.php?ch=e&id=282] 12] General Plant Biology [//hcs.osu.edu/hcs300/]
- 3. khởi đầu sau 1 tỉ năm. Sinh vật đầu tiên chỉ gồm có protein và acid nucleic. Ngày nay thế giới sinh vật chia thành 5 giới [kingdom]: 1] Monera [giới vi khuẩn = prokaryot] xuất hiện khoảng 3,5 tỉ năm. 2] Protista [sinh vật đơn bào nhân thật : eukaryot] xuất hiện cách nay 1,5 tỉ năm. 3] Fungi [giới nấm] 4] Plantae [giới TV] 5] Animalia [giới Động vật] Tất cả mọi sinh vật đều có chung 4 đặc trưng cơ bản [trao đổi chất và năng lượng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng và vận động]
- 4. VẬT Rong: sống trong nước Địa y: do rong và nấm hợp lại Đài Thực vật [rêu]: sống chổ ẩm, có cơ quan sinh bào tử rõ Khuyết TV: có rễ thật [cây], có mạch, chưa có cơ quan hoa [quyển bá, mộc tặc, ráng: dương xỉ , ]. Cây có hoa: Hạt trần [loã tử: thông, thiên tuế, tùng bách] Hạt kín [bí tử: xòai, lúa, ... ] Vị TRÍ PHÂN LOẠI Giới [Plantae] Ngành [-phyta] Lớp : [song tử diệp: Dicotyledonae hai lá mầm; đơn tử diệp: Monocotyledonae một lá mầm] Bộ [-ales] Họ [-aceae] Giống [Chi]: Loài: [thường hai từ và viết in nghiêng]
- 5. Bộ phận dinh dưỡng ở dưới đất và phù ra . THÂN: Bộ phận mang lá. LÁ: Do một cuống [ petiole] mang lấy một phiến [limbe] HOA Hoa: gồm:Lá đài, cánh hoa, nhụy đực [nhị], nhụy cái [nhụy Phát hoa [hoa tự]: Nhiều hoa mọc ghép lại với nhau. Có nhiều kiểu phát hoa: chùm, gié, tán, tản phòng, hoa đầu [đế] , tụ tán. TRÁI Gồm nhiều loại: quả mập [phì quả], quả nhân cứng, trái kép, quả khô [gồm bế quả hay nang] HỘT: Chứa phôi và chất dự trữ nuôi phôi.
- 6. CỨU Thực vật bậc cao gồm hai nhóm: Song tử diệp [hai lá mầm- Dicotyledons]:khoảng 200.000 loài + Gân lá phân nhánh, hình mạng. + Bó mạch thân sắp xếp trên một vòng [libe nằm trên bó mộc] và có tượng tầng libe-mộc + Thường có rễ cọc [rễ cái taproot]. + Hoa tứ hay ngũ phân. Hột chứa phôi với 2 lá mầm Đơn tử diệp [một lá mầm -Monocotyledon]: khoảng 50.000 loài. + Gân lá song song. + Bó mạch thân sắp xếp trên nhiều vòng đồng tâm, không có tượng tầng libe-mộc. + Thường có rễ chùm [rễ sợi fibrous roots]. + Hoa tam phân. Hột chứa phôi với một lá mầm.
- 7. vật là môn học nghiên cứu về bản chất của sinh học thực vật. Nghiên cứu sinh lý thực vật là tìm hiểu những cơ chế bên trong cơ thể [nội sinh] thực vật dưới tác động của các yếu tố bên ngoài [ngoại sinh = môi trường sống] để tổ chức lại cơ thể nhằm tồn tại và phát triển. Việc nghiên cứu thể hiện ở các mức cơ thể, cơ quan, tế bào và dưới tế bào. Thực vật có 3 hoạt động cơ bản Sự hấp thu và vận chuyển các chất Sự biến dưỡng Sự phát triển Nghiên cứu sinh lý thực vật là nghiên cứu đầy đủ cả ba quá trình vì chúng liên quan chặt chẽ với nhau.
- 8. KHÁC CÓ LIÊN QUAN : Hình thái giải phẫu thực vật Sinh hóa học thực vật Sinh học phân tử Sinh thái học thực vật Sinh lý sinh thái thực vật Di truyền học thực vật Trong thực tế các môn khoa học này rất gần gũi, liên hệ chặt chẽ và bổ sung cho nhau, khó tách bạch. Ý NGHĨA CỦA VIỆC HỌC SINH LÝ THỰC VẬT: Hiểu rõ hơn về thực vật là sinh vật có tầm quyết định cho cuộc sống trên trái đất [sinh vật tự dưỡng]. Hiểu về vai trò của thực vật trong chu trình vật chất [sinh địa hóa] và chu trình năng lượng đảm bảo cho sự sống trên trái đất. Là cơ sở cho việc trồng trọt, công nghệ sinh học: tăng năng suất, chất lượng.
- 9. TỔ CHỨC CƠ THỂ THỰC VẬT Tế bào thực vật và các bào quan: Tế bào là nơi hoạt động biến dưỡng chính, nhân là trung tâm điều khiển. Mức độ tổ chức từ: Tế bào mô cơ quan cơ thể.
- 10. I: SỰ HẤP THU VÀ VẬN CHUYỂN NƯỚC I- Nước và các đặc tính của nước .Phân tử nước Cầu nối O-H tạo với nhau một góc 105°. Các trạng thái của nước Hơi lỏng Lỏng rắn Rắn hơi Sự ngưng tụ Sự bay hơi Sự đóng băng Sự tan chảy Sự thăng hoa Sự hình thành sương
- 11. của nước ªNước là dung môi hoàn hảo Phân tử nước nhỏ và hữu cực nên nước có thể hòa tan một số lớn các chất, đặc biệt là các ion và các chất tích điện bằng cách bao quanh và làm giảm tương tác tĩnh điện giữa các chất này. ªNước giúp thực vật giảm bớt các dao động nhiệt Vì nước cần một nhiệt lượng tương đối lớn [tỷ nhiệt và ẩn nhiệt bốc hơi] để phá vỡ cầu nối hydrogen và bốc hơi nên sự thoát hơi nước ở lá là cách tốt nhất để làm giảm dao động nhiệt ở thực vật [làm mát]. ªNhờ nối hydrogen, nước có khả năng kết và bám rất mạnh cột nước. ªNước có sức căng bề mặt rất lớn ªNước tạo áp suất thủy tĩnh: Do sức căng trong nước khá lớn nên ta phải cần một lực kéo khá mạnh để phá vỡ cột nước [120 atm]
- 12. NƯỚC TRONG ĐỜI SỐNG THỰC VẬT Nước là nhân tố quan trọng bậc nhất đối với tất cả các sinh vật sống. Ở mức tế bào: + Tạo sức trương + Tham gia phản ứng biến dưỡng + Tham gia vào sự tăng trưởng và cử động tế bào + Là dung môi hòa tan các chất khoáng Ở mức cơ thể: + Nước giúp vận chuyển các chất + Nước còn làm mát lá HÀM LƯỢNG NƯỚC VÀ NHU CẦU NƯỚC CỦA CÂY Nhu cầu nước của cây rất lớn và tùy thuộc vào đặc điểm sinh lý, sinh thái, tùy vào loài cây khác nhau.
- 13. thế nước Phương trình thế nước: ψ = -π + P π: áp suất thẩm thấu của dung dịch P: áp suất thủy tĩnh .Trạng thái nước của tế bào thực vật Nước tự do & nước dính. Nước di chuyển theo thế nước, là quá trình thụ động. .Trạng thái co nguyên sinh và trương nước của tế bào Môi trường ưu trương [tế bào co nguyên sinh] Môi trường nhược trương [tế bào phồng lên]
- 14. vận chuyển nước trong thực vật Mao dẫn Chiều cao tùy thuộc: lực kéo cột nước đi lên và trọng lực. Khuyếch tán Khuyếch tán là sự chuyển động của các phân tử theo khuynh độ nồng độ [sự chênh lệch về nồng độ]. Dòng khối [cơ chế quan trọng nhất] Dòng khối là quá trình vận chuyển nước theo khuynh độ áp suất. Thẩm thấu Là quá trình khuyếch tán của nước qua một màng thấm chọn lọc. Môi trường ưu trương Môi trường nhược trương Môi trường đẳng trương
- 15. thu và vận chuyển nước ở thực vật Nước từ dịch đất tới bề mặt rễ Sự di chuyển của nước trong đất chủ yếu theo cơ chế dòng khối. Các con đường hấp thu nước bởi rễ : 3 con đường -Con đường apoplast -Con đường symplast - Con đường qua màng [thường kể chung vào symplast] Maøng teá baøo Khung caspary Caàu lieân baøo Vaùch teá baøo Bieåu bì Voû Noäi bì Truï bì
- 16. thu và vận chuyển nước ở thực vật Sự di chuyển cột nước lên cao: do - Sức đẩy của rễ - Sự thoát hơi nước ở lá [quan trọng nhất] - Lực kết hợp giữa các phân tử nước Sự thoát nước ở lá - Sự thoát hơi nước qua khí khẩu [QT] - Sự tiết nước giọt qua thủy khẩu * Ý nghĩa của sự thoát hơi nước + Mở khẩu trao đổi CO2. + Vận chuyển các chất dinh dưỡng. + Làm mát lá. + Làm tế bào đứng thẳng và tăng trưởng CƠ CHẾ ĐÓNG MỞ KHÍ KHẨU
- 17. HẤP THU VÀ VẬN CHUYỂN CHẤT HÒA TAN I- Nhu cầu về dinh dưỡng khoáng Các nguyên tố trong cơ thể thực vật Trong cây hầu như có hầu hết các nguyên tố. Tùy vào hàm lượng trong cây, các chất khóang được xếp thành hai nhóm: đa và vi lượng Chất khoáng là thuật ngữ để chỉ các chất vô cơ, ở dạng ion, hiện diện trong thiên nhiên, thường sẵn sàng trong đất cho cây sử dụng”. Nhu cầu về dinh dưỡng khoáng Noàng ñoä chaát Taêng tröôûng thieáu toái haûo ñoäc
- 18. tố cần thiết và các triệu chứng thiếu khoáng Khái niệm về nguyên tố cần thiết - Cần thiết cho sự phát triển bình thường của vài loài thực vật. - Không thể thay thế được. - Gây các triệu chứng thiếu đặc biệt. Chín nguyên tố đa lượng: C, H, O,N, S, P, K, Mg, Ca, Bảy nguyên tố vi lượng: Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, B, Cl Vai trò tổng quát của các nguyên tố cần thiết Các nguyên tố đa lượng + Để tạo thành các hợp chất hữu cơ + Tạo thế thẩm thấu cho tế bào + Dự trữ và trao đổi năng lượng + Hoạt hóa enzym Các nguyên tố vi lượng Là thành phần của enzyme hay coenzyme.
- 19. NGUYÊN TỐ CẦN THIẾT ►N [Nitrogen] Lá bị hoàng hóa [thường ở lá già] hay có màu đỏ, cây chậm tăng trưởng, thân mảnh và thường hóa gỗ. ► P [Phosphor] Cây non giảm tăng trưởng, lá có màu xanh thẩm , cây kém đậu trái, chậm chín. Năng suất củ thấp. ►K [Potassium] Lá hoàng hóa [ở ngọn và mép lá], thân mảnh và yếu ớt với những lóng ngắn bất thường. Năng suất củ thấp. ►S [Sulfur] Cây có triệu chứng như thiếu nitrogen. Sự hoàng hóa xảy ra trước ở các lá non. ►Ca [Calcium] Có biểu hiện của sự thiếu sắt [úa vàng], mô bị mềm nhũn, lá non hẹp và cong xuống. ►Mg [Magnesium] Sự hoàng hoá xảy ra trước ở lá già. Năng suất củ thấp.
- 20. hóa bắt đầu ở các lá non. ►Cu [đồng] Lá có màu lục sẫm, có thể bị xoắn hay biến dạng. Lá non có các vết hoại mô [bắt đầu từ chót và lan xuống mép lá], và có thể rụng. ►B [bo] Sự phân chia tế bào bị cản, sự hoại mô xảy ra ở lá non, nụ hay củ, trái và rễ phù to, cây mất ưu tính ngọn và phân nhánh nhiều. ►Mn [mangan] Có sự hoàng hóa và sự phát triển của các vết hoại mô nhỏ. ►Zn [kẽm] Tăng trưởng lóng giảm, lá nhỏ, vặn vẹo, bìa lá nhăn, hoàng hóa ở lá già. ►Mo [molypden] Có sự hoàng hóa và hoại mô ở các lá già, hoa rụng sớm hay không thành lập được. ►Cl [chlor] Sự hoàng hóa và hoại mô xảy ra, kéo theo sự héo của ngọn lá, lá có màu đồng và tăng trưởng chậm, rễ dày lên ở vùng gần ngọn.
- 21. cấp các chất dinh dưỡng cho thực vật - Cây có thể hấp thu các chất khóang qua thân, lá, rễ chủ yếu là qua rễ. - Thực vật lấy chất khóang từ môi trường dưới dạng các chất hòa tan. Phải cung cấp đủ và đúng lượng cũng như lọai nguyên tố tùy thuộc vào mỗi giai đọan phát triển của cây. Cần chú ý đến pH của dung dịch hòa tan. IV- Các kiểu vận chuyển chất hòa tan Sự vận chuyển đến mạch mộc Theo ba con đường: apoplast, symplast và qua màng [symplast]. Sự vận chuyển các ion qua màng tế bào Cơ chế vận chuyển chủ động [cần năng lượng] Cơ chế vận chuyển thụ động [không cần năng lượng] V- Cơ chế hấp thu và vận chuyển trong mạch mộc - Sự phóng thích ion vào mô mộc - Sự vận chuyển đi lên của nhựa nguyên trong mạch mộc - Sự thu nhận ion khoáng từ dịch mộc
- 22. dưỡng nitơ Nhu cầu N 1-3% nhưng có ý nghĩa quan trọng bậc nhất. Thực vật lấy đạm từ đất ở dạng NH4 + , dạng các nitrat [NO3 - ]. Dạng nitơ cung cấp nhờ 6 nguồn: - Quá trình tổng hợp hóa học [rất ít từ sấm sét] -Quá trình cố định nitơ của vi khuẩn, vi khuẩn lam sống tự do - Quá trình cố định nitơ của các vi khuẩn, tảo cộng sinh - Nguồn nitơ hữu cơ từ xác sinh vật - Nguồn nitơ dạng phân bón - Nguồn đạm động vật sống [ít chỉ một số loài] Sự hấp thu N qua 2 dạng: NO3 - [nitrat] và NH4 + [ammon] Quá trình amin hóa: NO3 - → NH4 + Quá trình đồng hóa nitơ amon trong thực vật Sinh tổng hợp protein Sự tổng hợp protein trong tế bào được thực hiện trên các ribosome của tế bào chất.
- 23. HỢP I- Cấu trúc bộ máy quang hợp và các sắc tố Diệp lạp Diệp lạp hình trứng, dài 3-10 µm, rộng 1-4 µm. II- Cơ chế quang hợp Định nghĩa quang hợp 6 CO2 + 6 NADPH + H+ và 12ATP C6H12O6 + 6 H2O Quang hợp có 2 giai đoạn chính: Pha sáng: quá trình quang giải nước. Pha tối: khử CO2 thành glucid. Hệ thống thu ánh sáng PS II [P680] và PS I [P700] Gồm cặp phân tử diệp lục tố a phân tử sắc tố phụ phức hợp thu ánh sáng
- 24. QUÁ TRÌNH QUANG HỢP Pha sáng: trên màng thylakoid Sự quang giải nước 4H2O ↔ 4OH- + 4H+ 4OH- → 2H2O + O2 + 4e- Sau đó, có sự chuyển điện tử qua 2 con đường: đường không vòng và đường vòng Pha tối : trong stroma Kết nạp CO2 [chu trình C3, PCR, Chu trình Calvin] Gồm 3 giai đoạn chính: - Carboxyl hóa ribulose-1,5-biphosphat [RuBP] để tạo phosphoglycerat [APG] - Khử APG - Tái sinh RuBP
- 25. tố ảnh hưởng đến quá trình quang hợp Ánh sáng Nhiệt độ Nồng độ CO2 :tối hảo khoảng 0,1%; >3% ức chế Nước Dinh dưỡng khoáng Các yếu tố khác: tăng nồng độ O2, sự hiện diện của các chất cản biến dưỡng, các chất gây mê [chloroform, ether]…, chất trừ cỏ [Diuron] làm cản mạnh sự quang hợp.
- 26. carbon [các kiểu quang hợp ở thực vật] Chu trình C3 [PCR - Photosynthesis Carbon Reaction] Quang hô hấp [photorespiration] Là hiện tượng thoái biến tỏa CO2 như hô hấp nhưng xảy ra trong các tế bào chứa diệp lục tố dưới ánh sáng. Quang hô hấp gắn liền với chức năng cố định O2 [oxygenase] của Rubisco khi khí quyển có nồng độ O2 cao và nồng độ CO2 thấp [