Con đường vận chuyển nước trong cây

Nước từ rễ lên lá phải trải qua 2 đoạn đường có tính chất và độ dài rất khác nhau. Đó là các quản bào và mạch gỗ chết đóng vai trò như ống dẫn nước, có độ dài rất khác nhau (vài cm hoặc vài chục cm ở cây cỏ, hàng chục hàng trăm mét đối với cây gỗ). Đoạn đường thứ 2 là qua các tế bào sống từ lông hút đến mạch gỗ của trung trụ rễ và từ mạch gỗ đến gân lá qua tế bào nhu mô lá đến các gian bào.

Con đường vận chuyển qua tế bào sống.

Nghiên cứu cho ta thấy chất nguyên sinh có sức cản rất lớn đối với sự chuyển vận nước. Bởi vì, mặc dầu keo nguyên sinh chất ngậm nước rất mạnh nhưng bao nước quanh các phân tử lớn rất ít linh động do lực hấp dẫn tương hỗ mạnh mẽ của nước với các gốc tương ứng trên các phân tử đó. Chất nguyên sinh ngay cả lúc chứa nhiều nước cũng không hề có dạng nước hoàn toàn tự do. Quá trình vận chuyển nước trong tế bào sống như là một  quá  trình  đổi  mới  thành  phần  của  bao  nước  trong  các  mixen (Sabinhin, 1955).

Thực  nghiệm  cho  thấy  rằng,  trung  bình  lực  cản  đối  với  sự  di chuyển nước qua tế bào sống là 1 atm /1mm đường đi.

Con đường đi của nước từ lông rễ (1) tới mạch dẫn của rễ (12) qua nhu mô vỏ (2-6), nội bì (7), trung trụ (8) và nhu ô của hệ mạch (9-11)

Mặt khác, nước có thể di chuyển trong các mao quản của vách tế bào,  song  chúng  chỉ thực  hiện  được  từ  lông  hút  đến  nội  bì  (ở  nội  bì  có khung casprie không cho nước đi qua). Như vậy, ở nội bì sự vận chuyển nước qua chất nguyên sinh và qua vách tế bào được nối liền với nhau. Ở đây sự vận chuyển nước qua chất sống là điều bắt buộc.

Nghiên cứu cho thấy sức hút và tính thấm nói chung của tế bào sống tăng dần từ lông hút tới mạch gỗ của hệ rễ và  từ mạch tới tế bào nhu  mô  lá.  Theo Usprung  tế  bào  thứ  3 

kề  sát  gân  lá cây bần (Hedena) có sức hút từ  12,1 atm,  trong khi tế  bào thứ  210 có sức hút là 32,6 atm  (210-3=207 tế  bào) có sức hút  chênh  lệch  nhau  là 32,6-12,1= 20,5 atm  nghĩa là độ chênh lệch 1 tế bào gần 0,1 atm.

Sức đẩy của rễ nhìn chung   quãng   từ   1-3 atm   do động cơ dưới. Vào đầu xuân sự thủy phân của các chất dự trữ ở rễ, áp suất rễ thường đạt trị số khá cao và lúc ấy bộ lá còn ít phát triển nên động cơ dưới có vai trò chủ yếu.

Khi tế bào lá bốc hơi nước, càng mất nước nhiều càng tạo ra  lực hút càng lớn (động cơ trên) làm tăng cường sự vận chuyển nước từ dưới lên . Trị số hút nước trong lá cây gỗ có thể đạt tới 10-15 atm.

Ngoài ra, theo Lepeskin (1912) dòng nước chuyển qua một chiều là do tính thấm của tế bào ở đầu quay về trung tâm rễ cao hơn phần quay ra phần ngoại biên.

Theo Sabinhin (1955), sự duy trì dòng nước một chiều có thể do sự khác biệt về tính chất trao đổi chất ở 2 cực tế bào sống gây ra. Ở các phần chất nguyên sinh tế bào B tiếp giáp với tế bào A diễn ra những quá trình trao đổi chất dẫn tới sự tăng lượng chứa các chất có hoạt tính thẩm thấu (đường, acid hữu cơ v.v...) do đó làm tăng áp suất thẩm thấu và sức hút. Ở phần đối diện của tế bào (giáp tế bào C) phản ứng tiến hành theo chiều ngược lại, nghĩa là theo hướng làm giảm trị số của áp suất thẩm thấu. Bởi vì, theo định luật thủy tĩnh trị số của sức căng trong mọi phần đều giống nhau, nên  sức hút  của  tế  bào  A  ở phần tiếp  giáp  B  có  trị số dương khá cao khiến nước  chuyển từ A sang B.

Trong khi đó ở đầu bên phải của tế bào sức hút nước có trị số âm (S < P-T) nên không những không hút nước mà còn bị tống nước đi sang tế bào kế tiếp (C) . Do đó sự khác biệt nhau về trao đổi chất trong các cực khác nhau của tế bào tạo điều kiện bảo đảm cho sự duy trì dòng nước một chiều qua chúng. Ở đây ta thấy rằng, quá trình hấp thụ và vận chuyển nước liên quan chặt chẽ với quá trình trao đổi chất phức tạp trong tế bào sống.

3. Qu¸ tr×nh vËn chuyÓn níc trong c©y Níc vËn chuyÓn trong c©y qua c¸c chÆng ®êng sau :+) Tõ tÕ bµo l«ng hót -> líp tÕ bµo nhu m« vá -> tÕ bµo néi b× cã thµnh ho¸ bÇn 4 mÆt -> Líp tÕ bµo nhu m« ruét ->M¹ch dÉn rÔ.+) Tõ m¹ch dÉn rÔ ®Õn m¹ch dÉn l¸ ( vËn chuyÓn xa)+) Tõ m¹ch dÉn l¸ -> tÕ bµo nhu m« l¸( m« dËu vµ m« khuyÕt) -> Qua khÝ khæng ra ngoµi kh«ng khÝ.3.1. Sù vËn chuyÓn níc gÇn +) §Æc trng : - Níc vËn chuyÓn ë kho¶ng c¸ch gÇn ( chØ qua mét sè líp tÕ bµo)

- Níc ®îc vËn chuyÓn trong tÕ bµo sèng cha cã cÊu t¹o chuyªn ho¸. Khi qua nguyªn sinh chÊt bÞ lùc c¶n cña chÊt nguyªn sinh -> vËn chuyÓn khã kh¨n h¬n.

+) C¸c con ®êng ®i cña níc : apoplast, symplast vµ qua kh«ng bµo+) §éng lùc cña sù vËn chuyÓn níc gÇn : Do søc hót níc t¨ng dÇn tõ l«ng hót -> m¹ch dÉn rÔ vµ tõ m¹ch dÉn l¸ ®Õn khÝ khæng.3.2. Sù vËn chuyÓn níc xa+) §Æc trng :- Níc ®i víi kho¶ng c¸ch xa- Níc ®îc vËn chuyÓn trong hÖ thèng cÊu tróc chuyªn ho¸

cho vËn chuyÓn níc.+) CÊu tróc cña hÖ thèng vËn chuyÓn níc ;

- HÖ thèng qu¶n bµo : Gåm c¸c tÕ bµo hÑp dµi, chÊt nguyªn sinh tiªu biÕn, thµnh tÕ bµo dÇy vµ ho¸ gç. C¸c tÕ bµo xÕp chång lªn nhau, gi÷a chóng cã v¸ch ng¨n, trªn v¸ch ng¨n cã nhiÒu lç. CÊu tróc nµy ph¸t triÓn m¹nh ë ë c¸c thùc vËt kho¶ tö nh th«ng, phi lao…

- HÖ thèng m¹ch gç (xylem): Gièng nh qu¶n bµo, ®©y còng lµ nh÷ng tÕ bµo chÊt cã thµnh ho¸ gç. Nhng gi÷a c¸c tÕ bµo kh«ng cã v¸ch ng¨n t¹o nªn c¸c mao qu¶n th«ng suèt trong hÖ thèng dÉn. CÊu tróc nµy ph¸t triÓn m¹nh ë c¸c thùc vËt bÝ tö .

+) §éng lùc cña sù vËn chuyÓn níc trong c©y¸p lùc rÔ : do qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt ®Æc biÖt lµ h«

hÊp cña rÔ g©y nªn. ¸p lùc rÔ ®îc chøng minh b»ng 2 hiÖn tîng sau:+ HiÖn tîng ch¶y nhùa: khi c¾t ngang c©y, ngang cµnh, cã hiÖn tîng ch¶y c¸c dÞch trong c©y cã ¸p lùc ®Èy dßng dÞch ®i lªn.+ HiÖn tîng ø giät: khi nhiÖt ®é thÊp, Èm ®é cao lµm cho tho¸t h¬i níc gi¶m, xuÊt hiÖn c¸c giät dÞch t¹i mÐp l¸ (thuû khæng) cã lùc ®Èy dßng dÞch tõ díi lªn.¸p lùc rÔ phô thuéc vµo qu¸ tr×nh trao ®æi chÊt cña hÖ rÔ. NÕu dïng chÊt øc chÕ h« hÊp sÏ lµm gi¶m ¸p lùc rÔ vµ gi¶m hÝt níc. Th«ng thêng ,¸p lùc rÔ cã ®é lín 1 – 3atm (nªn kh«ng thÓ ®Èy ®îc cét níc lªn cao h¬n 10m).

Søc kÐo cña qu¸ tr×nh tho¸t h¬i níc

Khi ®é Èm kh«ng khÝ <100% th× sù hót níc cña kh«ng khÝ t¨ng lªn rÊt m¹nh ( hµng 100 atm) -> x¶y ra qu¸ tr×nh tho¸t h¬i níc cña l¸ rÊt m¹nh.Do qu¸ tr×nh tho¸t h¬i níc nªn tÕ bµo l¸ mÊt níc, W gi¶m dÇn, nã hót níc cu¶ tÕ bµo bªn c¹nh, cø nh v©þ, sù hót níc lan truyÒn tíi tÕ bµo rÔ vµ tÕ baß rÔ hót níc tõ m«i trêng. §©y lµ ®éng lùc cã ý nghÜa quyÕt ®Þnh, nã cã thÓ ®¹t tíi vµi chôc atm vµ cã thÓ kÐo cét níc lªn cao va× tr¨m mÐt.§éng lùc nµy cã thÓ > 10 atm vµ cã thÓ ®a ®îc cét níc

lªn rÊt cao.§éng lùc bæ trî :gåm lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö níc ( lùc

néi tô ) vµ lùc hót b¸m gi÷a c¸c ph©n tö níc víi thµnh m¹ch dÉn. Hai lo¹i lùc ®ñ lín ®Ó ®¶m b¶o ®é liªn tôc cña cét n-íc -> cét níc cã thÓ lªn ®îc rÊt cao.XÐt trong hÖ thèng ®Êt -> rÔ c©y-> th©n c©y -> l¸ -> kh«ng khÝ cã sù chªnh lÖch thÕ níc nh sau : 0,5->2,0->5,0->15,0->1000.

Con đường vận chuyển nước trong cây

Nước từ rễ lên lá phải trải qua 2 đoạn đường có tính chất và độ dài rất khác nhau. Đó là các quản bào và mạch gỗ chết đóng vai trò như ống dẫn nước, có độ dài rất khác nhau (vài cm hoặc vài chục cm ở cây cỏ, hàng chục hàng trăm mét đối với cây gỗ). Đoạn đường thứ 2 là qua các tế bào sống từ lông hút đến mạch gỗ của trung trụ rễ và từ mạch gỗ đến gân lá qua tế bào nhu mô lá đến các gian bào.

Con đường vận chuyển qua tế bào sống. Nghiên cứu cho ta thấy chất nguyên sinh có sức cản rất lớn đối với sự chuyển vận nước. Bởi vì, mặc dầu keo nguyên sinh chất ngậm nước rất mạnh nhưng bao nước quanh các phân tử lớn rất ít linh động do lực hấp dẫn tương hỗ mạnh mẽ của nước với các gốc tương ứng trên các phân tử đó. Chất nguyên sinh ngay cả lúc chứa nhiều nước cũng không hề có dạng nước hoàn toàn tự do. Quá trình vận chuyển nước trong tế bào sốngnhư là một quá trình đổi mới thành phần của bao nước trong các mixen (Sabinhin, 1955). Thực nghiệm cho thấy rằng, trung bình lực cản đối với sự di chuyển nước qua tế bào sống là 1 atm /1mm đường đi

Mặt khác, nước có thể di chuyển trong các mao quản của vách tế bào, song chúng chỉ thực hiện được từ lông hút đến nội bì (ở nội bì có khung casprie không cho nước đi qua). Như vậy, ở nội bì sự vận chuyển nước qua chất nguyên sinh và qua vách tế bào được nối liền với nhau. Ở đây sự vận chuyển nước qua chất sống là điều bắt buộc. Nghiên cứu cho thấy sức hút và tính thấm nói chung của tế bào sống tăng dần từ lông hút tới mạch gỗ của hệ rễ và từ mạch tới tế bào nhu mô lá. Theo Usprung tế bào thứ 3 kề sát gân lá cây bần (Hedena) có sức hút từ 12,1 atm, trong khi tế bào thứ 210 có sức hút là 32,6 atm (210-3=207 tế bào) có sức hút chênh lệch nhau là 32,6-12,1= 20,5

atm nghĩa là độ chênh lệch 1 tế bào gần 0,1 atm. Sức đẩy của rễ nhìn chung quãng từ 1-3 atm do động cơ dưới. Vào đầu xuân sự thủy phân của các chất dự trữ ở rễ, áp suất rễ thường đạt trị số khá cao và lúc ấy bộ lá còn ít phát triển nên động cơ dưới có vai trò chủ yếu. Khi tế bào lá bốc hơi nước, càng mất nước nhiều càng tạo ra lực hút càng lớn (động cơ trên) làm tăng cường sự vận chuyển nước từ dưới lên . Trị số hút nước trong lá cây gỗ có thể đạt tới 10-15 atm. Ngoài ra, theo Lepeskin (1912) dòng nước chuyển qua một chiều là do tính thấm của tế bào ở đầu quay về trung tâm rễ cao hơn phần quay ra phần ngoại biên. Theo Sabinhin (1955), sự duy trì dòng nước một chiều có thể do sự khác biệt về tính chất trao đổi chất ở 2 cực tế bào sống gây ra. Ở các phần chất nguyên sinh tế bào B tiếp giáp với tế bào A diễn ra những quá trình trao đổi chất dẫn tới sự tăng lượng chứa các chất có hoạt tính thẩm thấu (đường, acid hữu cơ v.v...) do đó làm tăng áp suất thẩm thấu và sức hút. Ở phần đối diện của tế bào (giáp tế bào C) phản ứng tiến hành theo chiều ngược lại, nghĩa là theo hướng làm giảm trị số của áp suất thẩm thấu. Bởi vì, theo định luật thủy tĩnh trị số của sức căng trong mọi phần đều giống nhau, nên sức hút của tế bào A ở phần tiếp giáp B có trị số dương khá cao khiến nước chuyển từ A sang B. Trong khi đó ở đầu bên phải của tế bào sức hút nước có trị số âm (S < P-T) nên không những không hút nước mà còn bị tống nước đi sang tế bào kế tiếp (C) . Do đó sự khác biệt nhau về trao đổi chất trong các cực khác nhau của tế bào tạo điều kiện bảo đảm cho sự duy trì dòng nước một chiều qua chúng. Ở đây ta thấy rằng, quá trình hấp thụ và vận chuyển nước liên quan chặt chẽ với quá trình trao đổi chất phức tạp trong tế bào sống.