Mục lục bài họcĐang ở d07-b1
← A-Level Biology
0/24 bài đã học xong
Chương 7 · Transport in Plants and Mammals · Bài 1/2 của chương · bài 13/24 của A-Level Biology

Transport in Plants

Vận chuyển ở thực vật
← Mục lục bài học
Lý thuyết · English

Two tissues, two jobs, two mechanisms

Xylem carries water and dissolved mineral ions upwards only. A mature xylem vessel is dead: the end walls have gone, the cytoplasm has broken down and the wall is thickened with lignin. The result is a continuous hollow tube of low resistance that can withstand the tension inside it without collapsing. Phloem carries sucrose and amino acids from source to sink, in either direction. A sieve tube element is living but has almost no organelles; it depends on its companion cell, which is packed with mitochondria and carries out active loading of sucrose.

How water gets to the top of a tree

Water evaporates from the wet cell walls of mesophyll cells and diffuses out through the stomata — this is transpiration. Loss of water lowers the water potential of those cells so they draw water from the xylem, putting the water column under tension. Because water molecules attract each other by hydrogen bonding, the column has cohesion and does not break; adhesion to the lignified walls holds it in place. This is the cohesion–tension theory: water is pulled from the top, not pushed from the bottom. Across the root, water travels through the cell walls by the apoplast pathway until the Casparian strip of suberin in the endodermis blocks it and forces it into the symplast, which allows the plant to control which ions enter.

Translocation

At a source such as a photosynthesising leaf, companion cells use ATP to pump hydrogen ions out and then bring sucrose in by co-transport. Sucrose passes into the sieve tube, lowering its water potential, so water follows from the xylem by osmosis and raises the hydrostatic pressure. At a sink, sucrose is removed, water leaves and pressure falls. Sap therefore flows down a pressure gradient — mass flow. Evidence includes ringing experiments, aphid stylet studies and the observation that translocation stops when respiration is inhibited.

Giải thích tiếng Việt

Hai loại mô, hai nhiệm vụ, hai cơ chế

Xylem chở nước và ion khoáng hoà tan, và chỉ đi một chiều lên trên. Mạch gỗ trưởng thành là tế bào chết: vách ngang đã tiêu biến, bào tương đã phân huỷ, thành được dày lên bằng lignin. Kết quả là một ống rỗng liên tục, lực cản thấp, và đủ cứng để không bị bẹp dưới sức căng bên trong. Phloem chở sucrose và amino acid từ nguồn tới đích, và đi được cả hai chiều. Tế bào ống rây còn sống nhưng gần như không còn bào quan; nó dựa vào companion cell bên cạnh — tế bào này đầy ti thể và lo khâu bơm sucrose vào bằng vận chuyển chủ động.

Nước lên tới ngọn cây bằng cách nào

Nước bay hơi khỏi thành ẩm của tế bào mô giậu rồi khuếch tán ra ngoài qua khí khổng — đó là transpiration. Mất nước làm thế nước của các tế bào đó giảm, nên chúng kéo nước từ xylem ra, đặt cột nước vào trạng thái căng. Vì các phân tử nước hút nhau bằng hydrogen bond nên cột nước có cohesion và không đứt; adhesion vào thành hoá gỗ giữ cột nước không tụt. Đó là cohesion–tension theory: nước bị kéo từ trên xuống, không phải bị đẩy từ dưới lên. Trong rễ, nước đi theo thành tế bào bằng con đường apoplast cho tới khi Casparian strip bằng suberin ở nội bì chặn lại và ép nó vào con đường symplast — nhờ đó cây kiểm soát được ion nào được vào.

Vận chuyển đường

Ở nguồn, ví dụ lá đang quang hợp, companion cell dùng ATP bơm ion hydrogen ra ngoài rồi kéo sucrose vào bằng co-transport. Sucrose đi tiếp vào ống rây làm thế nước ở đó giảm, nên nước từ xylem theo vào bằng thẩm thấu và làm áp suất thuỷ tĩnh tăng. Ở đích, sucrose bị lấy đi, nước ra theo và áp suất giảm. Nhựa vì thế chảy xuôi theo chênh lệch áp suất — mass flow. Bằng chứng gồm thí nghiệm bóc vòng vỏ, dùng vòi chích của rệp, và việc vận chuyển dừng lại khi hô hấp bị ức chế.

LAT CAT NGANG MOT BO MACH A long rong, thanh day, khong co chat song ben trong B vach ngang co lo C nhieu ti the, co nhan D thanh rat day, khong long Ba cau hoi: cau truc nao cho nuoc di len, cau truc nao cho duong di ca hai chieu, cau truc nao chi chong do
Bốn cấu trúc, và mỗi cấu trúc lộ chức năng qua đúng một chi tiết. $A$ là các ống tròn lòng rộng, thành dày và không có chất sống bên trong — không có bào tương thì không cản dòng, nên đây là đường đi của nước. $B$ có vách ngang thủng lỗ, tức dòng chảy qua được nhưng vẫn còn ranh giới giữa các tế bào; đó là dấu hiệu của ống rây. $C$ nhỏ, nằm sát $B$, có nhân và rất nhiều ti thể — nhiều ti thể nghĩa là nó làm việc tốn ATP, và việc đó là bơm sucrose. $D$ có thành cực dày và không có lòng, nên không chở gì được; nó chỉ chống đỡ cơ học. Câu hỏi hay ra: 'cấu trúc nào chở đường theo cả hai chiều' — phải là $B$, không phải $A$.
Ví dụ — vì sao mạch gỗ phải là tế bào chết

Giải thích ba đặc điểm cấu tạo của mạch gỗ và nối mỗi đặc điểm với một yêu cầu cụ thể của việc vận chuyển nước lên cao.

Giải.

Đặc điểm 1 — không còn bào tương và không có vách ngang. Yêu cầu tương ứng: dòng nước phải liên tục và gặp lực cản thấp. Nếu còn màng và bào tương chắn ngang thì nước phải qua thẩm thấu ở từng tế bào, chậm hơn nhiều bậc. Chính vì thế mạch gỗ phải là tế bào chết mới làm được việc của nó.

Đặc điểm 2 — thành dày lên bằng lignin. Yêu cầu tương ứng: chịu được sức căng. Cột nước bị kéo từ trên nên áp suất bên trong âm; một ống thành mỏng sẽ bị bẹp lại. Lignin cũng chống thấm nên nước không rò ngang ra ngoài, và nó giữ vai trò chống đỡ cho cả cây.

Đặc điểm 3 — lỗ nhỏ trên thành bên. Yêu cầu tương ứng: nước phải ra vào được ở hai đầu hành trình, tức đi vào từ rễ và ra ở lá; ngoài ra nếu một mạch bị tắc bởi bọt khí thì nước đi vòng sang mạch bên cạnh được.

Điểm cần cẩn thận khi trả lời. Câu hỏi kiểu này luôn đòi nối cấu tạo với chức năng. Viết 'mạch gỗ là tế bào chết' rồi dừng lại thì không có điểm; phải viết tiếp 'nên lòng ống rỗng hoàn toàn, dòng nước không bị chắn'.

Ví dụ — potometer đo cái gì

Một potometer bọt khí ghi được bọt khí dịch $60$ mm trong $5$ phút. Ống mao quản có đường kính trong $1{,}0$ mm. Tính tốc độ hút nước theo $\text{mm}^3$ mỗi phút, và giải thích vì sao con số này không hoàn toàn bằng tốc độ thoát hơi nước.

Giải.

Bước 1 — thể tích nước đã đi qua. Cột nước dịch chuyển là một hình trụ. Bán kính $r = 0{,}5$ mm, chiều dài $l = 60$ mm.

$V = \pi r^2 l = 3{,}14 \times 0{,}25 \times 60 = 47{,}1\ \text{mm}^3$.

Bước 2 — chia cho thời gian. $47{,}1 \div 5 = 9{,}4\ \text{mm}^3$ mỗi phút.

Vì sao đây không phải tốc độ thoát hơi nước. Potometer đo lượng nước cây hút vào, không đo lượng nước bay ra. Hai con số khác nhau vì một phần nước hút vào bị giữ lại trong cây: dùng làm nguyên liệu quang hợp, dùng để duy trì trương nước cho tế bào, và tích lại khi cây đang lớn.

Nhưng vì sao vẫn dùng được. Phần nước bị giữ lại chiếm chưa tới $1\%$ lượng hút vào, nên tốc độ hút là ước lượng tốt cho tốc độ thoát hơi nước — miễn là mọi nghiệm thức được so sánh trong cùng điều kiện.

Ba việc phải làm khi lắp máy: cắt cành dưới nước để bọt khí không lọt vào mạch gỗ, lắp kín mọi mối nối bằng vaseline, và để cây ổn định vài phút trước khi bắt đầu đo.

Bẫy hay mất điểm — Nước bị KÉO lên, không bị đẩy lên. Viết 'áp suất rễ đẩy nước lên tới ngọn' là sai về độ lớn: áp suất rễ chỉ tạo được vài chục kPa, không đủ cho một thân cây cao vài chục mét, và nó biến mất hẳn khi cây thoát hơi nước mạnh. Cơ chế chính là cohesion–tension, và áp suất trong mạch gỗ ban ngày là áp suất âm. Bẫy kèm: nói mạch rây chở nước — mạch rây chở nhựa chứa sucrose, và nước đi vào đó là hệ quả của thẩm thấu chứ không phải nhiệm vụ của nó.
Phải nhớ — Xylem: tế bào chết, không vách ngang, thành lignin, chở nước một chiều lên. Phloem: tế bào sống, vách ngang có lỗ, cần companion cell nhiều ti thể, chở sucrose hai chiều từ nguồn tới đích. Cohesion–tension: thoát hơi nước tạo lực kéo, cohesion giữ cột nước không đứt, adhesion giữ cột nước bám thành. Casparian strip chặn apoplast và ép nước vào symplast. Mass flow chạy theo chênh lệch áp suất thuỷ tĩnh giữa nguồn và đích.

Đọc xong rồi — làm thử ngay

Bài tập của chương Transport in Plants and Mammals gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.

Làm bài tập chương →