1.1.1. Vai trò của nước

– Là thành phần cấu tạo của tế bào.

– Là dung môi hòa tan các chất, tham gia vào quá trình vận chuyển các chất trong cây.

– Điều hòa nhiệt độ của cơ thể thực vật.

– Là nguyên liệu, môi trường của các phản ứng sinh hoá.

1.1.2. Vai trò của các nguyên tố khoáng là gì?

Trong thành phần cầu tạo của cơ thể thực vật có hơn nguyên tố, nhưng chỉ có khoảng 17 nguyên tố được xem là thiết yếu với cây. Đó là những nguyên tố mà khi thiếu chúng cây sẽ không hoàn thành được chu kì sống của mình.

Bảng. Vai trò của một số nguyên tố khoáng thiết yếu đối với thực vật

1.2.1. Hấp thụ khoáng và nước ở rễ

Thực vật trên cạn hấp thụ nước và khoáng từ đất chủ yếu qua rễ nhờ các lông hút. Thực vật thuỷ sinh hấp thụ nước và khoáng từ môi trường nước qua tế bào biểu bì của hầu hết các cơ quan

– Hấp thụ nước ở tế bào lông hút: theo cơ chế thẩm thấu (nước di chuyển từ đất vào tế bào lông hút).

– Hấp thụ khoáng ở tế bào lông hút: theo 2 cơ chế: thu động (từ đất vào rễ theo gradien nồng độ) và chủ động (ngược gradien nồng độ).

– Vận chuyển nước và khoáng từ lông hút vào mạch gỗ của rễ: theo 2 con đường là con đường gian bào và con đường tế bào chất.

Hình 1. Hai con đường vận chuyển của nước và chất khoáng từ lông hút vào mạch gỗ của rễ

1.2.2. Vận chuyển nước và các chất trong thân

– Vận chuyển nước và các chất trong thân: dòng mạch gỗ và dòng mạch rây.

– So sánh cấu tạo và quá trình vận chuyển của nước và các chất trong thân ở dòng mạch gỗ và dòng mạch rây như hình dưới đây:

Hình 2. Cấu tạo của mạch gỗ (a) và các động lực của dòng mạch gỗ (b)

Hình 3. Cấu tạo mạch rây (a) và chiều vận chuyển các chất trong mạch rây (b)

1.2.3. Thoát hơi nước ở lá

Thoát hơi nước là sự bay hơi của nước qua bề mặt cơ thể thực vật vào khí quyển. Thoát hơi nước diễn ra theo 2 con đường:

– Thoát hơi nước qua bề mặt lá:

+ Phụ thuộc độ dày tầng cutin và diện tích lá

+ Lớp cutin ở cây trưởng thành dày hơn cây non

– Thoát hơi nước qua khí khổng:

+ Phụ thuộc số lượng, hoạt động đóng mở khí khổng  

+ Khí khổng là khe hở trên bề mặt lớp tế bào biểu bì lá được tạo nên giữa 2 tế bào khí khổng

Hình 4. Khí khổng mở khi tế bào trương nước (a) và đóng khi tế bào mất nước (b)

Vai trò của thoát hơi nước:

– Thoát hơi nước tạo lực hút kéo nước và các chất hòa tan đi theo một chiều từ rễ lên lá

– Trong quá trình thoát hơi nước, khí khổng mở để tạo điều kiện để CO₂ từ môi trường khuếch tán vào lá, cung cấp nguyên liệu cho quang hợp.

– Thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ bề mặt của lá, đảm bảo cho lá không bị hư hại, đặc biệt là những ngày nắng nóng.

1.3.1. Vai trò của nitrogen

– Vai trò cấu trúc: nitrogen là thành phần của các hợp chất hữu cơ quan trọng như protein, nucleic acid, diệp lục,…

– Vai trò điều tiết: nitrogen tham gia cấu tạo nên enzyme, các hormone thực vật,… qua đó điều tiết các quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật.

1.3.2. Nguồn cung cấp nitrogen cho thực vật

Hình 5. Nguồn nitrogen cung cấp cho thực vật

1.3.3. Quá trình biến đổi nitrate và ammonium ở thực vật

– Khử nitrate:

– Đồng hóa ammonium:

Ví dụ:

NH₄⁺ + Pyruvic acid -> Alanine

NH₄⁺ + Glutamic acid -> Glutamin

– Ánh sáng: ánh sáng thúc đẩy khí khổng mở, làm tăng thoát hơi nước tạo động lực cho hấp thụ, vận chuyển khoáng và nước

– Nhiệt độ: tốc độ hấp thụ nước và khoáng tỉ lệ thuận với sự tăng nhiệt độ

– Độ ẩm đất và không khí: độ ẩm đất tỉ lệ thuận với khả năng hấp thụ nước và khoáng

– Tưới nước hợp lí cho cây

– Phân bón và năng suất cây trồng

– Nước, chất khoáng là những chất dinh dưỡng của thực vật. Quá trình dinh dưỡng thực vật là quá trình hấp thụ nước, chất khoáng và đồng hoá chúng thành chất sống của cơ thể thực vật. – Hoạt động trao đổi nước ở thực vật diễn ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau gồm: hấp thụ nước ở hệ rễ, vận chuyển nước ở thân và thoát hơi nước ở lá. Nguyên tố khoáng hoà tan trong nước, do vậy, quá trình trao đổi khoáng đi kèm với trao đổi nước. – Rễ hấp thụ nước theo cơ chế thụ động, trong khi hấp thụ khoáng theo cả cơ chế chủ động và thụ động. – Trong cây tồn tại hai con đường vận chuyển vật chất là dòng mạch gỗ vận chuyển nước, muối khoáng tử rễ lên lá và dòng mạch rây vận chuyển chất hữu cơ từ lá xuống rễ hoặc theo chiều ngược lại. – Thoát hơi nước diễn ra theo hai con đường: qua bề mặt lá hoặc qua khí khổng. Trong đó, lượng nước bay hơi khỏi lá được điều tiết chủ yếu bởi cơ chế đóng mở khí khổng. – Đất là nguồn cung cấp nitrogen chính cho cây trồng. Cây hấp thụ nitrogen ở hai dạng là NH4+ và NO3–, nhờ quá trình khử nitrate và đồng hoá ammonium, nitrogen vô cơ được chuyển thành dạng hữu cơ. – Hoạt động trao đổi nước và chất khoáng chịu ảnh hưởng của các yếu tố mỗi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm đất và không khí, … Trong sản xuất có thể điều khiển các yếu tố ngoại cảnh và áp dụng chế độ bón phân, tưới nước hợp lí để nâng cao năng suất cây trồng.