Mục lục bài họcĐang ở d03-b1
Transport in plants: xylem, phloem and transpiration
Two separate pipelines
| xylem | phloem | |
| carries | water and mineral ions | sucrose and amino acids |
| direction | upward only, roots → leaves | both ways, source → sink |
| cells | dead, hollow, no end walls | living, with sieve plates |
| process name | transpiration stream | translocation |
The one-way / two-way difference is the point. Water always moves up from where it enters. Sugar moves from wherever it is made or stored (the source) to wherever it is used or stored (the sink) — which in spring may be downward from a leaf to a root, and in autumn upward from a root to a new bud.
Root hair cells
Water enters a root hair cell by osmosis: the soil water is a more dilute solution than the cell sap, so water moves down its concentration gradient through the partially permeable cell membrane.
Mineral ions usually enter by active transport, because their concentration in the soil is lower than inside the cell — moving them in goes against the gradient and needs energy from respiration.
The root hair itself is a long, thin extension of one cell, which gives a large surface area for absorption.
Transpiration
Transpiration is the loss of water vapour from the leaves, mostly by evaporation from the mesophyll cell surfaces and diffusion out through the stomata.
It is not just a loss — it also pulls the whole column of water up the xylem (the transpiration pull), and it cools the leaf.
Four factors change the rate:
- light intensity up → stomata open wider → rate up;
- temperature up → faster evaporation and diffusion → rate up;
- wind speed up → water vapour blown away, gradient stays steep → rate up;
- humidity up → gradient less steep → rate down.
Humidity is the only one of the four that works the other way, and it is the one most often written wrongly.
Hai đường ống tách biệt.
- Mạch gỗ — chở nước và ion khoáng, chỉ đi lên, từ rễ tới lá. Tế bào đã chết, rỗng, không có vách ngăn ngang.
- Mạch rây — chở đường saccarozơ và axit amin, đi cả hai chiều, từ nơi tạo ra tới nơi dùng. Tế bào sống, có bản rây. Quá trình này gọi là vận chuyển chất hữu cơ.
Chỗ khác nhau một chiều — hai chiều mới là điểm mấu chốt. Nước luôn đi lên từ nơi nó vào. Đường thì đi từ nơi được tạo ra hoặc dự trữ (nguồn) tới nơi được dùng hoặc cất (đích) — mùa xuân có thể đi xuống từ lá tới rễ, mùa thu lại đi lên từ rễ tới chồi mới.
Tế bào lông hút. Nước vào tế bào lông hút bằng thẩm thấu: nước trong đất là dung dịch loãng hơn dịch tế bào, nên nước đi theo chiều chênh lệch nồng độ qua màng bán thấm.
Ion khoáng thường vào bằng vận chuyển chủ động, vì nồng độ của chúng trong đất thấp hơn trong tế bào — đưa chúng vào là đi ngược chiều chênh lệch, nên cần năng lượng từ hô hấp.
Bản thân lông hút là một phần kéo dài, mảnh, của một tế bào, cho diện tích bề mặt lớn để hấp thụ.
Thoát hơi nước. Thoát hơi nước là sự mất hơi nước ở lá, chủ yếu do bay hơi từ bề mặt tế bào mô mềm rồi khuếch tán ra ngoài qua khí khổng.
Nó không chỉ là một sự mất mát: nó còn kéo cả cột nước đi lên trong mạch gỗ (lực kéo do thoát hơi nước), và nó làm mát lá.
Bốn yếu tố làm đổi tốc độ:
- cường độ ánh sáng tăng → khí khổng mở rộng hơn → tốc độ tăng;
- nhiệt độ tăng → bay hơi và khuếch tán nhanh hơn → tốc độ tăng;
- tốc độ gió tăng → hơi nước bị thổi đi, chênh lệch được giữ lớn → tốc độ tăng;
- độ ẩm tăng → chênh lệch nhỏ đi → tốc độ giảm.
Độ ẩm là yếu tố duy nhất trong bốn yếu tố đi ngược chiều, và nó cũng là yếu tố hay bị viết sai nhất.
Nêu tác dụng của việc tăng cường độ ánh sáng, nhiệt độ, tốc độ gió và độ ẩm lên tốc độ thoát hơi nước, và giải thích vì sao độ ẩm có tác dụng ngược lại.
Ba yếu tố làm tăng tốc độ.
Ánh sáng mạnh hơn → khí khổng mở rộng hơn để lấy $\ce{CO2}$ cho quang hợp → lối thoát của hơi nước rộng hơn → tốc độ tăng.
Nhiệt độ cao hơn → phân tử nước có nhiều động năng hơn → bay hơi và khuếch tán đều nhanh hơn → tốc độ tăng.
Gió mạnh hơn → hơi nước vừa thoát ra bị thổi đi ngay → không khí sát bề mặt lá luôn khô → tốc độ tăng.
Yếu tố làm giảm tốc độ.
Độ ẩm cao hơn → tốc độ giảm.
Vì sao ngược lại. Thoát hơi nước là khuếch tán hơi nước từ trong lá ra ngoài không khí, và khuếch tán chỉ diễn ra khi có chênh lệch nồng độ.
Bên trong lá, các khoang khí luôn bão hoà hơi nước. Nếu không khí bên ngoài khô, chênh lệch rất lớn và hơi nước đi ra nhanh. Nếu không khí bên ngoài đã ẩm sẵn, chênh lệch nhỏ đi, và hơi nước đi ra chậm.
Cách nhìn thống nhất bốn yếu tố. Cả bốn đều tác động qua đúng một cơ chế: chênh lệch nồng độ hơi nước giữa trong và ngoài lá.
Gió làm chênh lệch lớn hơn bằng cách dọn sạch hơi nước bên ngoài; độ ẩm làm chênh lệch nhỏ hơn bằng cách bơm thêm hơi nước vào bên ngoài. Hai yếu tố này là hai mặt của cùng một điều — và đó là lý do chúng đi ngược nhau.
Giải thích vì sao nước vào tế bào lông hút bằng thẩm thấu nhưng ion khoáng lại phải vào bằng vận chuyển chủ động.
Nước — đi theo chiều chênh lệch.
Nước trong đất là dung dịch rất loãng; dịch trong tế bào lông hút chứa nhiều chất tan nên đặc hơn.
Nước vì thế đi từ nơi loãng tới nơi đặc, qua màng bán thấm của tế bào. Đây đúng là định nghĩa của thẩm thấu, và nó là quá trình thụ động — không tốn năng lượng nào, vì nước đang đi theo chiều chênh lệch.
Ion khoáng — đi ngược chiều chênh lệch.
Nồng độ ion khoáng như nitrat trong đất thường thấp hơn nồng độ đã có sẵn bên trong tế bào rễ.
Nếu để chúng tự đi, khuếch tán sẽ đưa ion ra khỏi rễ chứ không phải vào. Muốn đưa chúng vào, cây phải chuyển chúng ngược chiều chênh lệch nồng độ.
Việc đó cần năng lượng, lấy từ hô hấp, và cần các protein mang trên màng tế bào. Đó là vận chuyển chủ động.
Bằng chứng kiểm chứng được. Nếu ngâm rễ vào môi trường thiếu oxy, hô hấp hiếu khí giảm, và cây ngừng hấp thụ được ion khoáng — trong khi việc hấp thụ nước vẫn tiếp tục.
Đó chính là cách phân biệt một quá trình chủ động với một quá trình thụ động: cắt nguồn năng lượng và xem cái nào dừng lại.
Đây cũng là lý do đất bị úng nước lâu ngày làm cây héo và vàng lá: rễ ngập nước thiếu oxy nên không hấp thụ được khoáng.
Đọc xong rồi — làm thử ngay
Bài tập của chương Transport in Plants and Animals gồm 14 câu trắc nghiệm và 3 đề tự luận. Đáp án hiện ngay khi chọn, miễn phí.