Rễ là bộ phận quan trọng của cây, đảm nhiệm vai trò hấp thụ nước và muối khoáng từ đất để cung cấp cho quá trình sống và phát triển của cây. Trên thực tế, rễ cây có nhiều hình thái khác nhau để thích nghi với môi trường sống và chức năng chính của nó.
Rễ là cơ quan hấp thụ nước và ion khoáng của cây
Hình thái của hệ rễ
Tùy thuộc vào môi trường sống, rễ cây có những hình thái khác nhau để thích nghi với chức năng hấp thụ nước và muối khoáng. Có hai loại rễ chính là rễ chùm và rễ cọc. Đa số rễ cây có cấu trúc gồm rễ chính và rễ bên. Rễ cây được chia thành bốn miền chính:
- Miền trưởng thành: thực hiện chức năng dẫn truyền.
- Miền lông hút: có nhiều tế bào biểu bì được biệt hóa thành lông hút giúp rễ tăng diện tích tiếp xúc, hấp thụ nhiều nước và muối khoáng.
- Miền sinh trưởng: giúp rễ cây dài ra hướng tới nguồn nước, hỗ trợ cho quá trình hấp thụ nước và muối khoáng.
- Miền chóp rễ: làm nhiệm vụ che chở, bảo vệ đầu rễ.
Rễ cây phát triển nhanh bề mặt hấp thụ là do
Rễ cây phát triển về chiều dài và chiều rộng. Rễ đâm sâu, lan rộng và phân nhánh nhiều để hướng đến nguồn nước và nguồn dinh dưỡng trong đất. Rễ cây có khả năng sinh trưởng liên tục và hình thành nhiều tế bào lông hút, tăng diện tích tiếp xúc giữa rễ cây và đất, đảm bảo việc hấp thụ ion khoáng và nước diễn ra hiệu quả.
Rễ cây hấp thụ nước và ion khoáng chủ yếu thông qua miền lông hút đối với các cây sống trên cạn. Cấu tạo tế bào lông hút có các đặc điểm sau:
- Bản chất: do các tế bào biểu bì biệt hóa dài ra.
- Thành tế bào mỏng, không có cutin.
- Có một khối lượng lớn ở vị trí trung tâm.
- Áp suất thẩm thấu trong tế bào lông hút rất cao do hoạt động hô hấp mạnh, giúp tăng khả năng hấp thụ nước và trao đổi ion khoáng với môi trường xung quanh.
- Tuy nhiên, tế bào lông hút yếu, dễ gãy và sẽ tiêu biến trong môi trường thiếu oxy hoặc quá axit.
Cơ chế hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây
Rễ cây hấp thụ nước và muối khoáng theo hai hình thức: hấp thụ thụ động (nước và muối khoáng) và hấp thụ chủ động (muối khoáng).
Sau khi nước và muối khoáng được hấp thụ vào rễ, chúng sẽ được vận chuyển qua hai con đường: con đường thành tế bào - gian bào và con đường tế bào chất.
Rễ cây hấp thụ nước và các ion khoáng từ đất vào tế bào lông hút
Hấp thụ nước
Nước được hấp thụ liên tục từ đất vào tế bào lông hút theo cơ chế hấp thụ thụ động (thẩm thấu). Nước di chuyển từ đất (môi trường nhược trương) vào tế bào lông hút (môi trường ưu trương) nhờ sự chênh lệch áp suất thẩm thấu và nồng độ.
Có hai nguyên nhân chính làm cho dung dịch trong tế bào lông hút có áp suất thẩm thấu cao hơn so với dung dịch đất:
- Quá trình thoát hơi nước ở lá đóng vai trò như một bơm nước, là động lực đầu cho quá trình hút nước. Nước được hút lên từ phía dưới, làm giảm lượng nước trong tế bào lông hút.
- Nồng độ các chất tan cao do chúng là các ion khoáng được hấp thụ vào rễ và sản phẩm trong quá trình chuyển hoá vật chất của cây.
Hấp thụ ion khoáng
Rễ cây hấp thụ muối khoáng dưới dạng ion có trong đất. Quá trình hấp thụ ion khoáng diễn ra theo hai cơ chế:
- Cơ chế hấp thụ thụ động: Một số ion khoáng có nồng độ trong đất lớn hơn trong tế bào lông hút. Chúng di chuyển từ đất vào lông hút theo chiều gradien nồng độ, từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp mà không cần tiêu tốn năng lượng.
- Cơ chế hấp thụ chủ động: Một số ion khoáng có nồng độ trong đất ít hơn trong tế bào lông hút. Đối với cây có nhu cầu cao với các ion này (như ion K+), tế bào phải sử dụng năng lượng ATP từ quá trình hô hấp để cho chúng di chuyển từ nơi có nồng độ thấp đến nơi có nồng độ cao.
Dòng nước và ion khoáng di chuyển từ đất vào mạch gỗ của rễ cây
Sau khi được hấp thụ trong rễ, dòng nước và ion khoáng sẽ được vận chuyển vào mạch gỗ của rễ theo hai con đường: con đường thành tế bào - gian bào và con đường tế bào chất.
Con đường thành tế bào - gian bào
Nước và các ion khoáng xen vào không gian giữa các bó sợi xenlulozo trong thành tế bào, sau đó di chuyển đến nội bì của rễ. Tuy nhiên, đai Caspari, một cấu trúc trong rễ, chặn sự di chuyển này và buộc chúng phải chuyển sang con đường tế bào chất và đổ vào mạch gỗ của rễ.
Con đường tế bào chất
Nước và các ion khoáng lần lượt đi qua hệ thống không bào ở giữa các tế bào, qua tế bào nội bì và đi vào mạch gỗ của rễ.
Ảnh hưởng của nhân tố môi trường đối với quá trình hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ cây
Môi trường đất có những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây. Các yếu tố này bao gồm:
- Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hoạt động của rễ. Nhiệt độ cao giúp tăng sự thoát hơi nước, làm tăng sự hấp thụ các chất khoáng.
- Ánh sáng: Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình quang hợp của cây, ảnh hưởng đến hàm lượng các chất hữu cơ và tính thẩm thấu của chất vô cơ trong cây.
- Độ ẩm của đất: Đất có độ ẩm cao giúp rễ sinh trưởng và phát triển tốt, tăng diện tích tiếp xúc của rễ với các hạt keo đất và hấp thụ nước và muối khoáng hiệu quả hơn.
- Độ pH của đất: pH ảnh hưởng đến sự hòa tan của ion khoáng trong đất và ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nước và muối khoáng. Đất có pH từ 6 đến 6,5 phù hợp với việc hấp thụ phần lớn các muối khoáng.
- Đặc điểm lý hóa của đất: Đất tơi xốp và thoáng khí hỗ trợ quá trình hấp thụ nước và muối khoáng. Đất ngập úng tích lũy nhiều CO2, N2, H2S có thể gây ức chế sự hoạt động của hệ rễ.
- Nồng độ oxy trong đất: Nồng độ oxy giảm làm giảm sự sinh trưởng của rễ và tiêu biến các tế bào lông hút, dẫn đến giảm sức hút nước. Môi trường thiếu oxy cũng tăng quá trình hô hấp kị khí, sinh ra nhiều chất độc.
Tổng kết
Trên đây là những thông tin cơ bản về quá trình hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây. Hiểu rõ cơ chế và yếu tố ảnh hưởng sẽ giúp chúng ta hiểu tốt hơn về quá trình cung cấp nước và dinh dưỡng cho cây xanh. Hy vọng bài viết này đã giúp bạn hiểu rõ hơn về quá trình này và chuẩn bị tốt cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới.
