Bài 3: Nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nước và khoáng ở thực vật

I. NHÂN TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN TRAO ĐỔI NƯỚC, DINH DƯỠNG KHOÁNG Ở THỰC VẬT

Sự hấp thụ nước, khoảng và sự thoát hơi nước chịu tác động bởi nhiều nhân tố khác nhau. Cụ thể:

- Nhiệt độ: Nhiệt độ của đất ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển và trao đổi chất của rễ nên ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước, khoáng ở rễ cây. Ví dụ: Nhiệt độ thấp làm tăng hấp thụ và vận chuyển K ở rễ cà chua. Nhiệt độ không khí tăng trong ngưỡng nhiệt độ nhất định sẽ làm tăng tốc độ thoát hơi nước, tạo động lực đầu trên cho sự hấp thụ và vận chuyển nước, dinh dưỡng khoáng. Trong thực tiễn, khi trời rét cần che chắn cho cây trồng hoặc bón phân giàu K. Khi nhiệt độ phù hợp, cần tăng cường cung cấp nước và bón phân cho cây.

- Ánh sáng: Ánh sáng tác động đến quá trình hấp thụ khoáng của thực vật thông qua ảnh hưởng đến quang hợp, trao đổi nước của cây. Ví dụ: Cường độ ánh sáng tăng trong ngưỡng xác định làm tăng cường độ thoát hơi nước, tăng cường độ quang hợp từ đó làm tăng sự hấp thụ và vận chuyển nước và dinh dưỡng trong cây. Ánh sáng ở cường độ cao làm tăng hấp thụ P, K, Mg ở cây dưa chuột. Trong thực tiễn, có thể sử dụng ánh sáng với cường độ và phổ khác nhau để điều khiển sự hấp thụ khoáng của cây trồng.

- Nước trong đất: Hàm lượng nước trong đất thấp làm giảm sự xâm nhập của nước vào rễ, thậm chí rễ cây không hút được nước khi đất quá khô, do đó hạn chế quá trình thoát hơi nước ở lá. Độ ẩm đất thấp làm giảm độ hoà tan của các chất khoáng trong đất, làm giảm sự hút các ion khoáng của rễ cây. Trong thực tiễn, cần tưới đủ nước cho cây trồng.

- Độ thoáng khí của đất: Giảm độ thoáng khí trong đất dẫn đến giảm sự xâm nhập của nước vào trong rễ cây, giảm hấp thụ các ion khoáng vào rễ. Trong thực tiễn, cần làm đất tơi xốp, tăng độ thoáng khí cho đất.

- Hệ vi sinh vật vùng rễ: Hệ vi sinh vật vùng rễ tham gia vào quá trình khoảng hoá các hợp chất hữu cơ cũng như có ảnh hưởng đến độ hoà tan của các chất khoáng. Một số nấm rễ còn giúp cây hấp thụ nước và khoáng. Ngược lại, một số vi sinh vật gây bệnh ở rễ hoặc cạnh tranh dinh dưỡng với thực vật. Trong thực tiễn, sử dụng phân bón hoặc chế phẩm vi sinh bổ sung vi sinh vật có lợi vào đất hoặc thúc đẩy vi sinh vật vùng rễ phát triển.

II. ỨNG DỤNG TRONG THỰC TIỄN

1. Cân bằng nước và tưới tiêu hợp lí cho cây trồng

- Cân bằng nước là tương quan giữa lượng nước do rễ cây hút vào và lượng hơi nước thoát ra.

- Cây sinh trưởng phát triển bình thường khi lượng nước hút vào lớn hơn hoặc bằng lượng nước thoát ra, ngược lại cây sẽ rơi vào trạng thái thiếu nước (héo). Thời gian héo kéo dài gây ra các tổn thương trong mô, cơ quan, từ đó làm giảm sinh trưởng, phát triển của cây, thậm chí gây chết cây.

- Để cây có thể sinh trưởng, phát triển tốt và có năng suất cao cần có chế độ tưới nước hợp lí về thời gian tưới, lượng nước cần tưới và phương pháp tưới.

- Việc tưới nước cần căn cứ vào đặc điểm di truyền, trạng thái sinh lí của cây cũng như các điều kiện thổ nhưỡng, khí hậu mà cây chịu tác động.

- Tưới không đủ nước hoặc tưới thừa nước đều gây ra các hậu quả làm giảm sinh trưởng, phát triển và năng suất cây trồng.

- Khi cây chịu tác động của hạn, mặn hoặc ngập úng sẽ hình thành phản ứng chống chịu.

- Đặc điểm trao đổi nước của cây có thể là một căn cứ để chọn giống và sử dụng giống cây trồng chống chịu với các điều kiện hạn, mặn, ngập úng trong thực tiễn sản xuất.

2. Vai trò của phân bón đối với năng suất cây trồng

- Phân bón cung cấp chất dinh dưỡng bổ sung cho cây trồng trên những vùng đất không cung cấp đủ chất dinh dưỡng hoặc đã bị mất đi qua nhiều mùa thu hoạch.

- Ngoài dinh dưỡng khoáng, phân bón có thể bổ sung chất hữu cơ, vi sinh vật làm tăng độ màu mỡ của đất. Từ đó, phân bón có tác dụng thúc đẩy sinh trưởng, phát triển và tăng năng suất cây trồng.

- Tuy nhiên, bón phân hợp lí mới có tác dụng nâng cao năng suất cây trồng và chất lượng nông sản, tăng hiệu quả trồng trọt.

III. THỰC HÀNH TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ DINH DƯỠNG KHOẢNG Ở THỰC VẬT

1. Quan sát cấu tạo của khí khổng ở lá cây

Cơ sở lí thuyết

Tế bào khí khổng có hình dạng đặc trưng, thường phân bố nhiều ở lớp biểu bì bề mặt dưới của lá. Khi ở trạng thái no nước, tế bào khí khổng sẽ trương lên và lỗ khí mở ra, từ đó dễ dàng quan sát được dưới kính hiển vi.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: kim mũi mác hoặc lưỡi dao lam, lam kính, lamen, kính hiển vi, pipet.

- Hoá chất: nước cất.

- Mẫu vật: lá thài lài tía, lá thài lài xanh, lá hành. Tiến hành

- Dùng kim mũi mác hoặc lưỡi dao lam tách biểu bì lá, đặt lên lam kính, nhỏ một giọt nước cất, đây lamen.

- Quan sát tiêu bản dưới kính hiển vi.

Báo cáo

Vẽ hình, mô tả hình dạng tế bào khí khổng.

2. Thí nghiệm chứng minh sự hút nước của rễ cây, sự vận chuyển nước ở thân cây

Cơ sở lí thuyết

Nước và một số chất tan trong nước được rễ cây hấp thụ và vận chuyển lên các cơ quan phía trên theo mạch gỗ trong thân cây. Khi rễ cây được đặt trong ống đong chứa nước, rễ hút nước sẽ làm giảm lượng nước trong ống đồng. Đồng thời, các chất màu tan trong nước như mực đỏ hoặc eosin được rễ hấp thụ và vận chuyển theo mạch gỗ trong thân có thể được nhận biết khi quan sát lát cắt ngang của rễ và thân cây.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: hai ống đong 50 mL hoặc cốc đong 50 mL, pipet, lưỡi dao lam, thiết bị chụp ảnh.

- Hoá chất: nước sạch, mực đỏ hoặc dung dịch eosin, dầu thực vật.

- Mẫu vật: hai cây cần tây con có đầy đủ thân, lá và bộ rễ khoẻ mạnh.

Tiến hành

- Lấy hai cây cần tây con, nhẹ nhàng rửa sạch bộ rễ dưới vòi nước chảy, đặt mỗi cây vào một ống đong chứa 40 mL nước sạch sao cho bộ rễ ngập trong nước.

- Nhỏ 10 - 15 giọt mực đỏ hoặc dung dịch eosin vào ống đong thứ hai.

- Nhỏ dầu thực vật sao cho bao phủ kín bề mặt nước trong mỗi ống đong. Dùng bút đánh dấu mực nước trong mỗi ống đong.

- Đặt các ống đong chứa cây trên bàn thí nghiệm khoảng 3 giờ.

- Quan sát sự thay đổi mực nước trong ống dong và sự thay đổi của cây sau 3 giờ, chụp ảnh.

- Lấy cây ra khỏi ống đong, dùng dao lam cắt ngang rễ và thân cây, quan sát.

Báo cáo

Mô tả và giải thích sự thay đổi mực nước trong mỗi ống dong. So sánh sự khác nhau giữa màu sắc của hai cây và lát cắt ngang rễ, thân của chúng.

Viết báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu dưới đây:

3. Thí nghiệm chứng minh sự thoát hơi nước ở lá cây

Cơ sở lí thuyết

Giấy tẩm CoCl₂ khô có màu xanh sẽ chuyển sang màu hồng khi gặp nước. Khi đặt giấy CoCl₂ khô lên sát bề mặt lá, nếu giấy CoCl₂ chuyển sang màu hồng chứng tỏ đã tiếp xúc với nước thoát ra từ bề mặt lá.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: giấy lọc tẩm CoCl₂ 5% sấy khô, hai lam kính, kẹp nhựa hoặc kẹp gỗ.

- Hoá chất: dung dịch CoCI₂ 5%.

- Mẫu vật: cây có lá to, khoẻ mạnh, ví dụ: cây xoài, cam, thiết mộc lan.

Tiến hành

- Đặt đối xứng hai mảnh giấy tẩm CoCl₂ khô lên mặt trên và mặt dưới của lá cây, đặt hai lam kính ép đẻ lên giấy tẩm CoCl₂ ở cả hai mặt lá, cố định hai lam kính và giấy tẩm CoCl₂ ở hai bề mặt lá bằng kẹp hoặc băng dính.

- Quan sát sự chuyển màu của hai mảnh giấy tâm CoCl₂ ở hai mặt trên và dưới của lá.

Báo cáo

- Nhận xét sự chuyển màu và giải thích sự khác nhau về tốc độ chuyển màu của hai mảnh giấy CoCl₂, ở hai mặt trên và dưới của lá.

- Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu báo cáo ở mục 2.

4. Thực hành tưới nước, chăm sóc cây

Cơ sở lí thuyết

Cây sử dụng nước cho các hoạt động sống của mình. Việc tưới nước cho cây sẽ giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt, nhưng cần tưới cây hợp lí, đảm bảo cân bằng nước cho cây.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: chậu trồng cây (hoặc túi trồng cây) thể tích 100 mL, khay lót chậu cao bằng 2/3 chậu trồng cây, cốc đong 50 mL có chia vạch, thước đo chính xác đến 1 mm.

- Hoá chất: nước sạch.

- Mẫu vật: 12 cây đậu xanh hoặc đậu tương có hai là thật.

Tiến hành

- Trồng cây đậu xanh hoặc đậu tương vào chậu trồng cây. Đặt chậu đã trồng cây vào khay và để ra ngoài sáng.

- Chia các cây thành bốn lộ, mỗi lô gồm ba cây, đánh số thứ tự theo từng lô.

- Tưới 50 mL nước vào mỗi chậu trồng cây. Từ ngày thứ hai trở đi tưới nước cho các cây ở các lô theo mức sau:

+ Lô 1: không tưới nước.

+ Lô 2: tưới 20 mL/cây, tưới hai ngày một lần.

+ Lô 3: tưới 40 mL/cây, tưới hai ngày một lần.

+ Lô 4: tưới 80 mL/ cây, tưới một ngày một lần.

- Quan sát cây hằng ngày, theo dõi sinh trưởng của cây trong ba tuần bằng cách đo (dùng thước) chiều cao cây, chiều dài và chiều rộng lá (đánh dấu một lá để đo), đếm số lá cây sau mỗi ba ngày.

Báo cáo

- Nhận xét trạng thái của lá cây ở các lô thí nghiệm.

- Vẽ biểu đồ sinh trưởng của cây (theo từng chỉ tiêu chiều cao cây, chiều dài và chiều rộng lá, số lá cây).

- Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu báo cáo ở mục 2.

5. Thực hành trồng cây theo phương pháp thuỷ canh, khí canh

Cơ sở lí thuyết

Cây hút các chất dinh dưỡng khoáng ở dạng hoà tan. Có thể trồng cây không cần đất theo phương pháp thuỷ canh hoặc khí canh.

Các bước tiến hành

Chuẩn bị

- Dụng cụ: bình trồng cây (tối màu) dựng dung dịch thuỷ canh hoặc bình trồng cây (tối màu) có gắn thiết bị phun sương (khi canh), rọ trồng cây thuỷ canh, xơ dừa, thước đo chính xác đến 1 mm.

- Hoá chất: dung dịch Knop (thành phần gồm Ca(NO₃)₂ 1 g/L, KH₂PO₄ 0,25 g/L, KCl 0,125 g/L, MgSO₄.7H₂O 0,51 g/L, FeCl₃ 0,015 g/L) hoặc dung dịch dinh dưỡng thuỷ canh.

- Mẫu vật: cây non của một số loại như xả lách, cải xoăn,...

Tiến hành

- Trồng cây xà lách hoặc cải xoăn vào rọ trồng cây, cố định cây trong rọ bằng xơ dừa.

- Đặt rọ đã trồng cây vào bình trồng cây.

- Bổ sung dung dịch Knop hoặc dung dịch dinh dưỡng vào bình trồng cây sao cho ngập hết bộ rễ (thuỷ canh) hoặc đến mức dung dịch để vòi phun sương hoạt động mà không ngập rễ cây (khí canh).

- Đặt bình trồng cây ra ngoài sáng, theo dõi sự sinh trưởng của cây trong ba tuần bằng cách đo chiều cao cây, chiều dài và chiều rộng lá (đánh dấu một lá để đo), đếm số lá cây sau mỗi ba ngày.

- Bổ sung dung dịch Knop hoặc dung dịch dinh dưỡng đến mức ban đầu sau mỗi ba ngày.

- Vẽ biểu đồ sinh trưởng của cây (theo từng chỉ tiêu chiều cao cây, chiều dài và chiều rộng lá, số lá cây).

Báo cáo

Báo cáo kết quả thí nghiệm theo mẫu ở thí nghiệm 2.