Lý Thuyết Sự Hấp Thụ Nước Và Muối Khoáng Ở Rễ Cây & Câu Hỏi Trắc Nghiệm

1. Rễ là cơ quan hấp thụ nước và ion khoáng của cây

1.1. Hình thái của hệ rễ

Tùy thuộc vào môi trường sống mà rễ cây có những hình thái khác nhau để thích nghi với chức năng chính của nó là hấp thụ nước và muối khoáng.

2 dạng rễ cây chính: rễ chùm, rễ cọc

Đa số rễ có cấu trúc gồm rễ chính và rễ bên.

Rễ cây gồm 4 miền chính:

• Miền trưởng thành: thực hiện chức năng dẫn truyền.

• Miền lông hút: có nhiều tế bào biểu bì được biệt hóa trở thành lông hút giúp rễ tăng diện tích tiếp xúc, hấp thụ được 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.

1.2. Rễ cây phát triển nhanh bề mặt hấp thụ là do

Rễ cây phát triển cả về chiều dài và chiều rộng. Rễ đâm sâu, lan rộng phân nhánh nhiều, hướng đến nguồn nước và nguồn dinh dưỡng trong đất. Rễ sinh trưởng liên tục hình thành một số lượng khổng lồ các tế bào lông hút. Từ đó làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa rễ cây và đất giúp rễ hấp thụ ion khoáng và nước đạt hiệu quả tốt nhất.

Rễ cây hấp thụ nước và ion khoáng chủ yếu qua miền lông hút đối với các cây sống trên cạn.

Dưới đây là liệt kê một số đặc điểm cấu tạo của tế bào lông hút:

• Bản chất: do các tế bào biểu bì biệt hóa dài ra.

• Thành tế bào mỏng, thành không thấm cutin.

• Có 1 không bào lớn ở vị trí trung tâm.

• Áp suất thẩm thấu trong tế bào lông hút rất cao do hoạt động hô hấp của rễ mạnh → tăng khả năng hấp thụ nước và trao đổi khoáng với môi trường xung quanh.

• Tế bào lông hút yếu, rất dễ gãy và sẽ tiêu biến trong môi trường thiếu oxy quá axit hay quá ưu trương.

2. Cơ chế hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây

Rễ cây hấp thụ nước và muối khoáng theo 2 hình thức:

• Hấp thụ thụ động (hấp thụ nước và hấp thụ muối khoáng)

• Hấp thụ chủ động (hấp thụ muối khoáng)

Sau khi nước và muối khoáng được đưa vào rễ, chúng sẽ được vận chuyển theo 1 trong 2 con đường:

• Con đường thành tế bào - gian bào.

• Con đường tế bào chất.

2.1. Rễ cây hấp thụ nước và các ion khoáng từ đất vào tế bào lông hút

2.1.1. 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 là môi trường nhược trương (ít ion khoáng, nhiều nước) vào tế bào lông hút là môi trường ưu trương (nhiều ion khoáng, ít nước) nhờ sự chênh lệch về áp suất thẩm thấu/ gradient nồng độ.

2 nguyên nhân làm dịch của tế bào lông hút ở rễ cây ưu trương hơn so với dung dịch đất là:

• Quá trình thoát hơi nước ở lá đóng vai trò như bơm nước, là động lực đầu trên của quá trình hút nước, nước được hút lên phía trên, làm lượng nước trong tế bào lông hút giảm.

• 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 (axit hữu cơ, đường saccarozơ…. là sản phẩm của các quá trình chuyển hóa vật chất trong cây).

2.1.2. Hấp thụ ion khoáng

Vậy rễ cây hấp thụ muối khoáng ở dạng nào? Đó là dạng ion có trong đất.

Các ion khoáng được hấp thụ vào tế bào lông hút ở rễ cây một cách chọn lọc theo 2 cơ chế:

• Cơ chế hấp thụ thụ động: Một số ion khoáng có nồng độ trong đất lớn hơn trong tế bào lông hút. Khi đó, chúng sẽ đi từ đất vào lông hút theo thuận theo chiều gradien nồng độ, nghĩa là đi 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 những cây có nhu cầu cao với chúng (ion K+). Vậy nên để chúng đi ngược chiều gradien nồng độ đòi hỏi tế bào phải sử dụng năng lượng ATP từ quá trình hô hấp.

2.2. Dòng nước và ion khoáng di chuyển từ đất vào mạch gỗ của rễ cây

Sau khi diễn ra sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ, dòng nước và ion khoáng sẽ được vận chuyển vào mạch gỗ của rễ theo 2 con đường: con đường thành tế bào - gian bào và con đường tế bào chất.

Con đường gian bào

Con đường tế bào chất

Đường đi

Nước và các ion khoáng xen vào giữa không gian giữa các bó sợi xenlulozo trong thành tế bào → đi đến nội bì, bị chặn lại bởi đai Caspari nên phải chuyển sang con đường tế bào chất và đổ vào mạch gỗ của rễ.

- Lông hút → khoảng gian bào → đai Caspari chặn → chuyển sang con đường tế bào chất → mạch gỗ.

Nước và các ion khoáng lần lượt đi qua hệ thống không bào từ tế bào này sang tế bào khác nhờ các sợi liên bào nối giữa các không bào, qua tế bào nội bì đi vào mạch gỗ của rễ.

- Lông hút → tế bào chất các tế bào → mạch gỗ.

Đặc điểm

- Nhanh, không được kiểm soát, chọn lọc.

Chậm, được kiểm soát, chọn lọc.

Vai trò của đai Caspari:

• Đai Caspari chặn phía cuối con đường gian bào có chức năng điều chỉnh, chọn lọc các chất được đưa vào tế bào. Có thể coi đai caspari là một đai ngăn cản sự di chuyển tự do của nước và muối theo chiều ngang trong cây.

• Có vai trò chọn lọc các chất cần thiết, ngăn cản các chất độc hại hay nói cách khác nó là “cơ quan kiểm dịch” các chất đi vào mạch dẫn.

3. Ảnh hưởng của nhân tố môi trường đối với quá trình hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ cây

Các nhân tố ngoại cảnh như: áp suất thẩm thấu trong dung dịch đất, pH, độ thoáng của đất,… ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ. Cụ thể:

• Nhiệt độ: nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình hô hấp của bộ rễ → ảnh hưởng đến nồng độ các chất và lượng ATP được tạo ra. Nhiệt độ tăng ở mức độ giới hạn cho phép làm tăng sự thoát hơi nước kéo theo tăng sự hấp thụ các chất khoáng.

• Ánh sáng: Ánh sáng ảnh hưởng trực tiếp lên quá trình quang hợp của cây → ảnh hưởng đến hàm lượng các chất hữu cơ được tổng hợp, ảnh hưởng đến hô hấp và tính thẩm thấu của nguyên sinh chất. Ví dụ để cây trong tối sẽ không có khả năng hấp thụ photpho.

• Độ ẩm của đất: đất có độ ẩm cao nằm trong giới hạn giúp hệ rễ sinh trưởng, phát triển tốt và tăng diện tích tiếp xúc của rễ với các hạt keo đất, lượng nước tự do trong đất cao sẽ hòa tan được nhiều muối khoáng kéo theo sự hấp thụ nước và muối khoáng hiệu quả hơn.

• Độ pH của đất: pH ảnh hưởng đến sự hòa tan các ion khoáng trong đất. Từ đó ảnh hưởng đến sự 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. Đất quá axit (quá chua) hay quá kiềm đều không tốt cho việc hấp thụ các chất khoáng vì các chất khoáng dễ bị rửa trôi hoặc gây ngộ độc cho cây.

• Đặc điểm lý hóa của đất: đất tơi xốp, thoáng khí hỗ trợ cho việc hấp thụ nước và muối khoáng thuận lợi hơn. Đất ngập úng tích lũy nhiều CO2, N2, H2S,... thường gây ức chế sự hoạt động của hệ rễ.

• Nồng độ oxy trong đất giảm làm giảm sự sinh trưởng của rễ và đồng thời làm tiêu biến các tế bào lông hút dẫn đến giảm sức hút nước. Ngoài ra, ở môi trường thiếu oxy làm tăng quá trình hô hấp kị khí → sinh ra nhiều chất độc với cây.

4. Tổng hợp các câu hỏi liên quan đến sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây

4.1. Rễ cây hấp thụ muối khoáng ở những dạng nào?

Trong đất, muối khoáng tồn tại ở cả 2 dạng tan và không tan nhưng cây chỉ hấp thụ được muối khoáng dưới dạng tan (ion), không hấp thụ được muối khoáng không hòa tan.

4.2. Thực vật hấp thụ nước và muối khoáng bằng cách nào?

Thực vật hấp thụ nước bằng cơ chế hấp thụ thụ động, nước di chuyển từ đất là môi trường nhược trương vào tế bào lông hút là môi trường ưu trương nhờ sự chênh lệch về áp suất thẩm thấu/ gradient nồng độ.

Thực vật hấp thụ muối khoáng bằng 2 cơ chế hấp thụ chủ động và hấp thụ thụ động.

• Cơ chế hấp thụ thụ động: Một số ion khoáng có nồng độ trong đất lớn hơn trong tế bào lông hút. Khi đó, chúng sẽ đi từ đất vào lông hút theo thuận theo chiều gradien nồng độ.

• Cơ chế hấp thụ chủ động: Một số ion khoáng có nồng độ trong đất ít hơn trong tế bào lông hút những cây có nhu cầu cao với chúng (ion K+). Vậy nên để chúng đi ngược chiều gradien nồng độ đòi hỏi tế bào phải sử dụng năng lượng ATP từ quá trình hô hấp.

5. Một số câu hỏi trắc nghiệm về sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây

Câu 1: Trong cây, tế bào biểu bì trong rễ thường có áp suất thẩm thấu cao hơn so với mặt đất. Dưới đây có bao nhiêu nguyên nhân là đúng?

1. Quá trình thoát hơi nước ở lá là động lực phía trên để hút hơi nước từ rễ.

2. Tế bào lông hút có không bào chứa chất tan ở nồng độ cao làm tăng áp suất thẩm thấu.

3. Hoạt động hô hấp ở rễ mạnh làm tăng hàm lượng chất tan trong tế bào chất của rễ.

4. Dung dịch đất chứa nhiều chất tan làm tăng áp suất thẩm thấu của dung dịch đất.

A. 4

B. 3

C. 2

D. 1

→ Đáp án B.

Câu 2: Đối với các loài thực vật không có lông hút ở rễ cây, nước và muối khoáng được hấp thụ bằng cách

A. Cây thủy sinh hấp thụ các nước và muối khoáng qua toàn bộ bề mặt cơ thể.

B. Một số thực vật sống trên cạn (thông, sồi...) hấp thụ các chất nhờ cộng sinh với nấm rễ.

C. Nhờ rễ chính.

D. Cả A và B.

→ Đáp án D.

Câu 3: Trong các nguyên nhân sau:

1. Các phân tử muối ngay sát bề mặt đất gây cản trở cho các cây con xuyên qua mặt đất.

2. Cân bằng nước trong cây bị phá vỡ.

3. Thế năng nước của đất quá thấp.

4. Hàm lượng oxi của đất quá thấp.

5. Các ion khoáng có độc đối với cây.

6. Rễ cây thiếu oxy nên hô hấp không bình thường.

7. Lông hút bị tiêu biến.

Những nguyên nhân khiến cho cây trên cạn ngập úng lâu sẽ chết là:

A. (1), (2) và (6)

B. (2), (6) và (7)

C. (3), (4) và (5)

D. (3), (5) và (7)

→ Đáp án B.

Câu 4: Khi gặp tình trạng ngập úng lâu ngày, cây trồng trên cạn thường bị chết. Nguyên nhân chính là do:

A. rễ hút quá nhiều khoáng chất.

B. rễ cây thiếu oxi.

C. rễ hút quá nhiều nước.

D. hệ vi sinh vật đất phát triển mạnh gây thối rễ.

→ Đáp án B.

Câu 5: Những yếu tố nào của môi trường dưới đây ảnh hưởng tới quá trình hút nước và ion khoáng của rễ cây?

A. pH, hàm lượng H2O trong dịch đất, nồng độ của các chất khoáng trong dung dịch đất so với rễ cây và độ thoáng khí.

B. Áp suất thẩm thấu của dung dịch đất và hàm lượng CO2 trong đất.

C. Áp suất thẩm thấu của dung dịch đất, độ thoáng khí, hàm lượng CO2 trong đất và pH của đất.

D. pH, hàm lượng CO2 trong đất và độ thoáng khí trong đất.

→ Đáp án A.

Câu 6: Trong rễ, miền quan trọng nhất có chức năng giúp cây hút nước và muối khoáng là

A. miền lông hút.

B. miền sinh trưởng.

C. miền chóp rễ.

D. miền trưởng thành.

→ Đáp án A.

Câu 7: Rễ cây có bao nhiêu đặc điểm trong các đặc điểm sau đây để hấp thụ nước và ion khoáng đạt hiệu quả cao?

1. Phát triển mạnh, đâm sâu, lan rộng, số lượng lông hút lớn.

2. Tăng nhanh về số lượng lông hút.

3. Phát triển hướng về nguồn nước.

4. Có thể tiết ra một số chất có tác dụng hòa tan các chất khó tan.

5. Phát triển tránh xa các chất hóa học.

A. 2

B. 3

C. 5

D. 4

→ Đáp án D.

Câu 8: Sự xâm nhập chất khoáng chủ động phụ thuộc vào:

A. Gradient nồng độ chất tan.

B. Hiệu điện thế màng.

C. Trao đổi chất của tế bào.

D. Năng lượng được cung cấp .

→ Đáp án D.

Câu 9: Khả năng hút nước chủ động của tế bào lông hút của rễ cây là nhờ?

A. Có áp suất thẩm thấu lớn để nước thẩm thấu từ đất vào rễ.

B. Vận chuyển nước qua màng tế bào nhờ bơm ATP.

C. Vận chuyển bằng con đường ẩm bào.

D. Tế bào có nhiều ti thể tạo nhiều ATP giúp hút nước chủ động

→ Đáp án A.

Câu 10: Cho các đặc điểm sau:

1. Thành tế bào mỏng, thành không có cutin → dễ thấm nước.

2. Kích thước không bào trung tâm nhỏ → tạo áp suất thẩm thấu cao.

3. Kích thước không bào trung tâm lớn → tạo áp suất thẩm thấu cao.

4. Tế bào nhiều ti thể → hoạt động hô hấp mạnh → tạo nhiều chất tan làm tăng áp suất thẩm thấu.

Các đặc điểm cấu tạo làm tế bào lông hút phù hợp với chức năng hút nước là:

1. (1), (3), (4)

2. (1), (2), (3)

3. (2), (3), (4)

4. (1), (2), (3), (4)

→ Đáp án A.

Trên đây là toàn bộ những thông tin cần thiết liên quan đến sự hấp thụ nước và muối khoáng ở rễ cây. Đây là một phần rất quan trọng trong chương trình Sinh học lớp 11 và đòi hỏi các em phải nắm thật chắc, chúc các em ôn tập tốt. Ngoài ra, em có thể truy cập ngay Vuihoc.vn để xem thêm các bài giảng bộ môn Sinh Học hoặc liên hệ trung tâm hỗ trợ để nhận thêm bài giảng các môn học khác và chuẩn bị được kiến thức tốt nhất cho kỳ thi THPT quốc gia sắp tới nhé!