CHƯƠNG 4. SỰ VẬN CHUYỂN VẬT CHẤT TRONG CÂY

1. Khái niệm chung

1.1. Các con đường vận chuyển vật chất trong cây

Trong cây có 2 loại vật chất vận chuyển: các chất vô cơ (nước, các chất khoáng…) và các

chất hữu cơ bao gồm các sản phẩm của quang hợp và các chất hữu cơ do quá trình trao đổi chất

tạo ra.

Trong cây các chất vô cơ và hữu cơ được vận chuyển theo 2 con đường:

- Dòng thoát hơi nước đưa nước hòa tan các chất khoáng từ đất vào rễ rồi lên các bộ phận

trên mặt đất và cuối cùng đến lá cây. Dòng vô cơ này được vận chuyển trong mạch gỗ (mạch

xylem).

- Dòng chất hữu cơ được vận chuyển từ cơ quan sản xuất (chủ yếu là lá) đến các cơ quan

tiêu thụ và một bộ phận đáng kể được vận chuyển và tích lũy trong các cơ quan dự trữ. Dòng chất

hữu cơ được vận chuyển trong hệ thống mạch libe (mạch floem).

1.2. Ý nghĩa của sự vận chuyển và phân bố vật chất trong cây

- Sự vận chuyển vật chất trong cây như là mạch máu lưu thông trong cơ thể thực vật, bảo

đảm mối liên hệ mật thiết giữa các cơ quan, các bộ phận trong cơ thể và đảm bảo khâu lưu thông

phân phối vật chất trong cây.

- Sự vận chuyển và phân bố vật chất trong cây có ý nghĩa quyết định đến việc hình thành

năng suất kinh tế của cây trồng, đặc biệt trong giai đoạn hình thành cơ quan sinh sản và cơ quan

dự trữ.

- Ngoài ra, sự hiểu biết về vận chuyển vật chất và phân bố các chất đồng hóa trong cây

giúp ích cho việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật một cách hợp lý. Các thuốc phòng trừ sâu, nấm

bệnh có thể vận chuyển trong xylem hoặc floem, đôi khi cả hai hệ thống. Với các thuốc chỉ vận

chuyển trong xylem thì không thể phun qua lá mà nên tưới vào đất để cây hút lên. Với các loại

thuốc chỉ được vận chuyển trong floem thì phải phun qua lá và chúng cùng với các sản phẩm

quang hợp đi vào mạch floem để đến các bộ phận của cây, côn trùng chích hút hay ăn đều bị chết.

Một số thuốc khác và thuốc trừ cỏ có thể vận chuyển trong cả xylem và floem thì phun lên lá hay

bón vào đất đều có hiệu quả. 

2. Dòng vận chuyển vật chất theo mạch gỗ

            2.1. Cấu tạo mạch gỗ (mạch xylem)

 Gỗ là một mô phức tạp có chức năng chủ yếu là dẫn nhựa nguyên gồm nước và muối

khoáng hòa tan do rễ hút từ dưới đất lên nhờ mạch gỗ vận chuyển từ rễ qua thân lên lá. Ngoài ra

gỗ còn có chức năng nâng đỡ và dự trữ.

Gỗ gồm 3 thành phần: quản bào và mạch gỗ, sợi gỗ và mô mềm gỗ.

- Quản bào và mạch gỗ: là các yếu tố làm chức năng dẫn nhựa nguyên, cấu tạo bởi những

tế bào dài, xếp nối tiếp nhau thành một hệ thống dẫn truyền đi từ rễ lên toàn bộ cây. Nếu giữa các

tế bào này có vách ngăn ngang thì được gọi là quản bào hay mạch ngăn, giữa các tế bào mà vách

ngăn không còn thì gọi là mạch gỗ hay mạch thông.

+ Quản bào là các tế bào hình thoi, chết, nhọn 2 đầu, xếp nối tiếp nhau. Nhựa nguyên được

chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua các vách ngang không hóa gỗ. Có các loại quản bào

như quản bào vòng, quản bào xoắn, quản bào thang và quản bào điểm (quản bào núm). (Quản bào

nguyên thủy hơn mạch và xuất hiện trước mạch).

+ Mạch gỗ: là yếu tố dẫn truyền chủ yếu của các cây hạt kín, chúng gồm các tế bào

xếp nối tiếp nhau thành dãy dọc trong cây. Đó là các tế bào chết, các vách ngăn ngang đã có sự

thủng lỗ tạo thành những ống thông gọi là thành phần mạch. Vách bên dày và hóa gỗ theo nhiều

kiểu khác nhau, bên trong không có chất tế bào. Do có sự thủng lỗ mà nhựa nguyên lưu thông

được dễ dàng, sự thủng lỗ của vách ngăn ngang là một dấu hiệu chuyên hóa cao và mạch tiến hóa

hơn so với quản bào.

Các kiểu thủng lỗ của mạch gỗ:

++ Thủng lỗ kép: Là bản thủng lỗ gồm nhiều lỗ nhỏ riêng biệt (đây là di tích còn lại

của vách ngăn ngang giữa các tế bào), thủng lỗ kép có các dạng sau:

+++ Thủng lỗ hình mạng: Vách ngăn ngang có nhiều lỗ nhỏ xếp không theo một trật

tự nhất định.

+++ Thủng lỗ hình thang: Lỗ thủng hẹp, dài, xếp song song với nhau

                       +++ Thủng lỗ rây: Có nhiều lỗ thủng tròn, thường gặp ở một số cây hạt trần như

dây gắm, ma hoàng.

++ Thủng lỗ đơn: Đây là kiểu chuyên hóa nhất, phổ biến ở các cây hạt kín. Bản

thủng lỗ chỉ có một lỗ thủng duy nhất, to và rộng.

- Sợi gỗ: Sợi gỗ gồm những tế bào chết, có vách hoá gỗ rất dày, có chức năng nâng

đỡ. Số lượng sợi càng nhiều, vách sợi càng dày thì sức chịu đựng của sợi càng cao, gỗ càng tốt.

Sợi gỗ chỉ có ở thực vật hạt kín.

- Mô mềm gỗ: Mô mềm gỗ gồm các tế bào sống, có vách hóa gỗ hoặc vẫn bằng

xenluloza, có khả tích lũy chất hữu cơ, tinh dầu…mô mềm gỗ làm chức năng dự trữ.

            2.2. Thành phần của dịch mạch gỗ

Chủ yếu là nước, các ion khoáng; ngoài ra còn có hợp chất hữu cơ (axit amin,

vitamin…).

            2.3. Chu trình các chất khoáng trong cây

Các chất đi theo dòng mạch gỗ từ rễ qua thân lên lá, sau đó di chuyển đến các tế bào vỏ rồi

đến khí khổng ra ngoài.

                   Cơ chế vận chuyển theo mạch gỗ

Cơ chế vận chuyển theo hướng đi lên vừa có tính thụ động vừa có tính chủ động.

2.4. Động lực đẩy dòng mạch gỗ

Nước và các ion khoáng được vận chuyển trong mạch gỗ nhờ các động lực: áp suất rễ tạo

ra sức đẩy nước từ dưới đi lên, lực hút do thoát hơi nước ở lá, lực liên kết giữa các phân tử nước

với nhau và với thành mạch gỗ tạo nên dòng vận chuyển liên tục từ rễ đến lá. 

3. Dòng vận chuyển theo mạch libe (floem)

            3.1. Cấu tạo của libe

Libe có chức năng dẫn nhựa luyện. Nhựa luyện là sản phẩm hữu cơ đã được tổng hợp ở lá,

nhờ mạch libe nó được chuyển tới các bộ phận khác của cây.

Libe bao gồm các yếu tố sau: mạch rây, tế bào kèm, mô mềm libe và sợi libe.

- Mạch rây: được cấu tạo bởi các tế bào sống chuyên hóa cao có cấu tạo rất đơn giản,

không có chất nguyên sinh, không nhân, không ti thể và ít các cơ quan khác gọi là các tế bào rây.

Vách tế bào rây mỏng bằng xenluloza, trên vách có vùng thủng lỗ đặc biệt gọi là vùng rây, nhiều

vùng hợp lại trên vách gọi là phiến rây….

- Tế bào kèm: là những tế bào sống, dài, có nhân, vách tế bào mỏng bằng xenluloza.

- Mô mềm libe: gồm những tế bào sống có vách mỏng bằng xenluloza, có chức năng tích

lũy tinh bột, dầu và các sản phẩm khác.

- Sợi libe: gồm các tế bào hình thoi dài, vách dày hóa gỗ hoặc không hóa gỗ, có chức năng

nâng đỡ.

            3.2. Thành phần của dịch libe

Khi phân tích hóa học dịch nhựa cây, ta thu được các dẫn liệu sau:

- Gluxit: Có khoảng 90% các chất tham gia vận chuyển là gluxit, trong đó đường sacarozơ

chiếm đến 95-98% tổng số đường vận chuyển. Ngoài ra còn có một lượng nhỏ đường glucozơ và

fructozơ.

- Các chất hữu cơ khác: Ngoài gluxit là thành phần chính còn có một số chất khác cũng

tham gia vào vận chuyển như một số axit amin (a.glutaric, a.asparagic), một số axit hữu cơ (a.

xitric, a.α-cetoglutaric), các nguyên tố khoáng (P, K, Mg, Ca, Na, Fe, Zn, Mn, Mo…), một số

protein, a.nucleic, các vitamin, enzym…

            3.3. Dòng dẫn chất đồng hóa từ lục lạp

                        3.3.1. Sự vận chuyển giữa các tế bào nhu mô

Các chất đồng hóa từ tế bào quang hợp trước khi đi vào mạch libe phải đi qua một số lớp tế

bào nhu mô lá. Sự vận chuyển các chất hữu cơ trong tế bào này được thực hiện theo phương thức

symplas (qua hệ thống chất nguyên sinh) và apoplas (qua các khoảng gian bào) tương tự như sự

vận chuyển các ion khoáng trong tế bào chất.

Sự vận chuyển các chất đồng hóa qua các tế bào nhu mô rất cần năng lượng của quá trình

trao đổi chất cung cấp. Tuổi của lá và của các tế bào nhu mô lá cũng ảnh hưởng đến tốc độ vận

chuyển, tốc độ vận chuyển giảm dần theo tuổi của lá, lá càng già tốc độ vận chuyển càng chậm;

ngoài ra tốc độ này còn phụ thuộc vào nhu cầu và khả năng sử dụng của các mô lân cận.

                        3.3.2.  Sự vận chuyển theo mô libe

Các tế bào nhu mô libe cũng là một trong những thành viên của hệ thống dẫn, nằm cạnh tế

bào kèm và liên hệ với tế bào kèm bằng các sợi liên bào. Nhu mô libe là nơi chuyển tiếp các chất

đồng hóa trước khi đi vào mạch dẫn.

Sacarozơ được vận chuyển chủ động vào floem và nước đi theo nhờ thẩm thấu. Nước và

sacarozơ đi qua các tế bào mạch rây đến tận rễ, đến rễ sacarozơ được chuyển chủ động ra khỏi tế

bào ống rây vào rễ.

Sự vận chuyển sacarozơ và các hidratcacbon khác thông qua ống rây là không dùng năng

lượng, tuy nhiên khâu tải các chất này vào tế bào ống rây và ra khỏi tế bào ống rây đều dùng năng

lượng.

            3.4. Cơ chế vận chuyển theo libe

Cơ chế vận chuyển theo hướng đi xuống nhờ cơ chế chủ động, đồng thời ít nhiều cũng

mang tính thụ động

3.5. Động lực đẩy dòng mạch rây: Là sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan

nguồn (lá) và cơ quan chứa (rễ).

* Phân biệt những điểm khác nhau giữa dòng mạch gỗ và dòng mạch rây

  Mạch gỗ Mạch libe (mạch rây)

Cấu tạo

 

- Là những tế bào chết

- Thành tế bào chứa lignin

- Các tế bào nối vơi nhau

thành những ống dài từ rễ

đến lá

- Là những tế bào sống gồm ống

rây và tế bào kèm

- Các ống rây nối đầu với nhau

thành những ống dài đi từ lá

xuỗng rễ

Thành phần dịch Nước, muối khoáng và các

chất được tổng hợp ở rễ

 

Là các sản phẩm được đồng hóa

ở lá: Sacarozơ, axit amin…;

một số ion khoáng được sử

dụng lại

Động lực Là sự phối hợp của 3 lực:

- Áp suất rễ

- Lực hút do thoát hơi nước

Là sự chênh lệch áp suất thẩm

thấu giữa cơ quan nguồn (lá) và

cơ quan chứa (rễ)

ở lá

- Lực liên kết giữa các phân

tử nước với nhau và với

vách tế bào mạch gỗ

  Hình 4.2. Sự lưu thông giữa mạch gỗ và mạch gây