Nguyễn Duy Minh - Nguyễn Văn Mã CÂY XANH TIÊU ĐIỂM CỦA SỰ SỐNG (Sách tham khảo dùng cho sinh viên đại học, cao đẳng, giáo viên và học sinh phổ thông) Hà Nội 2014 Lời mở đầu Cây xanh có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự sống của sinh vật. Với khả năng quang hợp thu nhận các chất vô cơ, dưới tác động của sắc tố màu xanh và ánh sáng mặt trời,cây xanh tạo nên các chất hữu cơ nuôi sống mọi sinh vật. Cây xanh là sinh vật sản xuất thức ăn đứng vị trí hàng đầu của hệ thống sinh giới. Tìm hiểu sự hoàn thiện về cấu trúc và chức năng những bí mật và sự kỳ diệu giúp thấy rõ vai trò của cây xanh, sự liên quan của cây với môi trường sống, với động vật và con người. Các tư liệu trong cuốn sách “Cây xanh tiêu điểm của sự sống” bao gồm tế bào thực vật, các quá trình sinh lý, sự sinh trưởng phát triển của cây xanh. Sách giới thiệu các hoạt động sống và các ứng dụng thực tế của cây xanh trong đời sống và sản xuất nhằm giúp bạn đọc bổ sung, củng cố kiến thức có liên quan với cây xanh. Hy vọng cuốn sách góp phần vào kho kiến thức Sinh học. Rất mong nhận được sự góp ý của bạn đọc để chúng tôi hoàn thiện hơn nữa nội dung của cuốn sách này. Tập thể tác giả MỤC LỤC Lời mở đầu MỤC LỤC Phần I TẾ BÀO THỰC VẬT 1. Tế bào thực vật là cấu trúc cơ bản của cây xanh 9 2. Nhân tế bào - trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống trong tế bào 10 3. Diệp lục có thể là chất hữu cơ lý thú nhất trên trái đất 12 4. Lục lạp là nhà máy sản xuất thức ăn cho sinh giới 12 5. Ty thể - trạm năng lượng của sự sống 13 6. Riboxom - trung tâm cực nhỏ chuyên sản xuất protein 14 7. Không bào - cấu trúc đặc biệt tạo nên hệ thẩm thấu sinh học 14 8. Vách tế bào thực vật có kiến trúc bê tông cốt thép 15 9. Bằng cách nào làm cho tế bào phân chia nhanh hay chậm 16 10. Một cây mới sinh ra từ tế bào 17 11. Từ kỹ thuật truyền thống đến vi nhân giống tế bào thực vật 18 12. Chế phẩm sinh học quí từ tế bào thực vật 19 13. Thực vật truyền thông tin như thế nào 19 14. Dòng điện ở cây được sinh ra như thế nào 20 Phần II TRAO ĐỔI NƯỚC VÀ DINH DƯỠNG KHOÁNG 1. Những hiểu biết về nước 21 2. Nước có tính chất dị thường 21 3. Thoát hơi nước là một “tai họa cần thiết” 23 4. Lá có cấu tạo phù hợp với chức năng thoát hơi nước 24 5. Khí khổng điều tiết sự thoát hơi nước của lá 24 6. Vì sao nước từ lá ứ đọng thành giọt 24 7. Tiết kiệm nước cho cây trồng 25 8. Tại sao hái quả để cả lá thì lá lâu héo 27 9. Tưới cây bằng nước ấm 27 10. Làm giảm sự mất nước trong cây và trong đất 27 11. Làm cho nước ngầm mặn thành ngọt cần cho cây 28 12. Bơm mặt trời tưới nước cho cây 29 13. Việc tưới nước và năng suất ngô 29 14. Rễ cây-phần dưới mặt đất của cây 30 15. Tác dụng lâu dài của phân chuồng 32 16. Bón phân cung cấp thức ăn cho rễ chừng nào là đủ 32 17. Phân bón tác dụng chậm 33 18. Tro, bồ hóng và cây trồng 34 19. Phân hỗn hợp lỏng và việc trồng cây không cần đất 34 20. Dẫn nước thải và phân chuồng lỏng ra ruộng 36 21. Chất dẻo cũng làm cho đất tơi xốp 36 22. Lá cây lấy phân bón dùng ngay cho hoạt động sống 36 23. Dinh dưỡng nitơ ở cây xanh - sự thích nghi đặc biệt 37 24. Triển vọng sử dụng ni tơ khí quyển ở thực vật 38 25. Tín hiệu cộng sinh ở thực vật và vi khuẩn nốt sần 39 26. Cuộc sống của cây xanh không thể thiếu nguyên tố vi lượng 39 27. Đặc điểm trao đổi chất ở rễ cây 39 28. Trồng cây không cần đất 40 29. Sản phẩm cuối cùng của cây - đất mầu mỡ 41 30. Tại sao đất mặn sợ mưa phùn 43 31. Rễ cây gặm được đá 44 32. Trời hạn người ta cuốc xới đất mà trời mưa cũng cuốc xới 44 33. Người ta thường bón vôi xuống ruộng 45 34. Làm tơi xốp đất trồng bằng “cày hóa học” 46 Phần III QUANG HỢP VÀ HÔ HẤP Ở THỰC VẬT 1. Lá cây vừa tiến hành quang hợp, vừa tiến hành hô hấp 48 2. Từ lá nhọn đến lá phẳng 49 3. Cây xếp lá trên thân cũng theo công thức toán học 50 4. Ánh sáng xuất hiện - các tế bào ra đời có màu xanh 50 5. Diệp lục cổ nhất có tự bao giờ nay đang hoạt động 51 6. Lá cây nhiều màu và màu sắc của cây 52 7. Lá cây xanh có cấu trúc phù hợp với chức năng quang hợp 53 8. Carotenoit bảo vệ diệp lục 53 9. Cây xanh - một nhà máy sống 53 10. Mặt trời trong các nhà kính nhân tạo 54 11. Đèn huỳnh quang dùng ở vườn cây 55 12. Bí mật của những tia không nhìn thấy 56 13. Tia laze 58 14. Thích nghi của quang hợp cây C4 và CAM 58 15. Photphorin hóa quang hợp không vòng 59 16. Đi tìm mẫu cây lý tưởng có năng suất cao 59 17. Lúa mì – cây lương thực quan trọng 60 18. Cây ngô – cây lương thực phụ số một 61 19. Khoai tây vừa là cây lương thực - cây rau - cây công nghiệp 63 20. Năng lượng ATP tạo ra như thế nào 64 21. Tại sao quả bị sâu lại chóng chín 65 22. Ôxy ở rừng mưa nhiệt đới 66 Phần IV SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN Ở THỰC VẬT 1. Một thế giới khổng lồ 67 2. Thế giới thực vật là một sự sáng tạo mới mẻ, hiện đại 68 3. Cây xấu hổ 70 4. Tuổi thọ của hạt được bao nhiêu. Khi nào thì hạt thức dậy 71 5. Quả rơi rắc hạt ra ngoài 73 6. Âm thanh và hạt giống 76 7. Các trận mưa hạt phấn - nhiều tỷ tấn hàng năm 76 8. Đồng hồ sinh học 77 9. Làm cho cây cao lên hay thấp đi theo ý muốn 79 10. Quả không hạt 79 11. Chất ức chế sinh trưởng 80 12. Tạo cây cảnh theo ý muốn 81 13. Các hóa chất dùng để bảo quản quả, rau, hạt 83 14. Cafein là một vị thuốc quý - cafein trong nước chè 84 15. Tỏi càng tươi càng tốt 85 16. Solanin trong củ khoai tây 86 17. Hoa hồng vừa đẹp vừa chữa được nhiều bệnh 86 18. Thuốc lá không có nicotin 87 19. Cây ngọt - cây béo 88 20. Cây cối giúp các nhà địa chất 89 21. Phương hướng của việc săn lùng nguồn protein hiện nay 89 22. Cây xanh che bóng và chống ô nhiễm 90 23. Thực vật bị tổn thương do ô nhiễm không khí 92 24. Phép nhiệm màu của các nguyên tử đánh dấu 92 25. Nhà nông học điện tử 94 26. Hệ thống tên lửa chống mưa đá bảo vệ cây trồng 94 27. Sóng vô tuyến diệt được cỏ dại và sâu bọ 95 28. Các chất trùng hợp dùng trong nông nghiệp 95 29. Làm thế nào để quả chín cuống không rụng 96 30. Cuộc sống ở phòng thí nghiệm sinh học vũ trụ 96 31. Trồng mãi một loại cây trên cùng một miếng đất thì thu hoạch thường kém 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO 99 9 Phần I TẾ BÀO THỰC VẬT 1. Tế bào thực vật là cấu trúc cơ bản của cây xanh Một trong những người đầu tiên tìm thấy tế bào là Robe Húc. Ông là trợ lý của nhà vật lý nổi tiếng Bôi-lơ. Chuyện xảy ra ở nước Anh vào khoảng năm 1665. Hồi bấy giờ người ta rất thích quan sát mọi vật trong tự nhiên bằng kính lúp và kính hiển vi, họ tự làm hay tự mua những dụng cụ có độ khuếch đại lớn để giải trí. Robe Húc tự làm lấy kính hiển vi. Ông đã xem xét và phát hiện được đặc tính của một thế giới mới mà mắt thường không nhìn thấy được. Ông là người đầu tiên nhìn thấy cấu tạo của một cơ thể phức tạp so với hình ảnh mà mắt thường nhìn thấy. Về sau ông kể lại những điều đó trong quyển “Vi đồ họa”. Có lần nhặt được một cái nút chai, ông đem cắt vật đó thành những lát mỏng và đặt vào ống kính quan sát, thấy những hàng ô rất đều, ông gọi là tế bào. Những phát minh của Robe Húc cũng như các hình vẽ của ông không gây một ấn tượng gì lớn lao cho người đương thời. Thời gian qua đi, mãi 200 năm sau, tới năm 1839 người ta mới có được một học thuyết về cấu tạo tế bào. Học thuyết do Matial Slâyđen và Têôđô Soan lập nên. Hai ông chứng minh tất cả các mô của thực vật và động vật, tất cả mọi sinh vật trên hành tinh, không kể đó là một loại nấm xoàng xĩnh hay một cây chò sống hàng thế kỉ mà tán lá dày có thể che đỡ gió mưa cho hàng trăm người, một con sâu có kích thước nhỏ bé hay cả một con cá voi dài vài chục mét… đến cấu tạo tinh tế của con người, cũng đều bắt đầu cuộc sống của mình từ một tế bào nhỏ bé. Nói chung kích thước tế bào rất bé, chỉ vài micromet. Quan sát tế bào, người ta thường dùng kính hiển vi, những kính hiển vi quang học loại tốt nhất cũng chỉ cho ta độ phóng đại tới 2000 lần. Không thể đòi hỏi hơn được nữa. Các nhà vật lý đã chứng minh rằng dù với bất cứ máy phóng đại nào trong ánh sáng nhìn thấy cũng chỉ nhìn thấy rõ các vật hay các chi tiết lớn hơn 3/4 chiều dài của sóng ánh sáng, tức gần 2/10 micromet. Hình 1. Tế bào thực vật Tế bào thực vật là yếu tố sống thu nạp năng lượng Mặt Trời. Lục lạp chứa chất diệp lục nhờ tiếp nhận ánh sáng Mặt Trời đã tạo nên tinh bột và hợp chất protit, xuất phát từ các chất vô cơ đơn giản (quang hợp)[21] 10 Năm 1932 hai nhà khoa học Đức tên là Quynlơ và Ruxki đã phát minh ra kính hiển vi điện tử. Trong các kính này thấu kính hiển vi đã được thay thế bằng các thấu kính điện tử. Các luồng điện tử đã thay thế ánh sánh bình thường, các vật mà người ta định xét nghiệm sẽ hiện lên màn ảnh giống như màn ảnh nhỏ của vô tuyến truyền hình. Chiều dài của sóng điện tử chuyển động trong chân không ngắn hơn sóng ánh sáng 100 nghìn lần. Vì thế kính hiển vi điện tử nâng độ phóng đại hiệu quả lên tới 300.000 lần. Thế là nhờ được trang bị bằng kính hiển vi điện tử mà các nhà sinh vật học đã phát hiện được một số bộ phận quan trọng trong tế bào, thấy rõ hình dạng và cấu trúc bên trong của nó mà trước đây chỉ thấy như các chấm nhỏ, hay không nhìn thấy gì. Gần đây ở Anh người ta đã chế tạo được một kính hiển vi cực nhỏ, có thể bỏ túi được. Các thấu kính đặc biệt trong kính hiển vi có một khoảng cách rất nhỏ đảm bảo tia sáng đi qua chế độ phóng đại của kính đạt được 100 lần. Kính hiển vi này hoạt động được nhờ một nguồn năng lượng riêng, đó là một bộ pin. Kính làm việc hoàn toàn tự động, nó giống như các đài thu bán dẫn, dễ dàng bỏ túi và sử dụng. Kính chỉ cân nặng 225g, với chiếc kính này các nhà sinh vật học có thể nghiên cứu thuận tiện mỗi khi đi khảo sát ở tự nhiên. 2. Nhân tế bào - trung tâm điều khiển mọi hoạt động sống trong tế bào Nhân là một trong những bào quan được phát hiện sớm nhất và đã thu hút sự chú ý của nhiều nhà khoa học. Dưới kính hiển vi ta quan sát được trong khối chất của nhân (còn gọi là dịch nhân, có một số cấu trúc như nhân con, sợi và hạt nhiễm sắc). Nhân con chứa ARN và photpholipit. Theo một số tác giả thì vai trò của nhân con là một trung tâm tổng hợp protein trong tế bào, ngoài ra nó còn là nơi tạo thành các riboxom của tế bào chất. Nhân con cũng có vai trò quan trọng trong quá trình phân bào. Nhà tế bào học Đức Flemminh lần đầu tiên phát hiện được trong nhân tế bào có những hạt nhỏ phân tán và dễ nhuộm màu. Hình 2. Sơ đồ tế bào thực vật [31] [...]... lại của cây nằm trong đất Phần nằm trong đất tùy theo loài, có một dạng riêng biệt do tính chất khác nhau của đặc điểm di truyền, nơi sống, kiểu sống của cây Sống trong lòng đất, rễ cây phân chia điều hòa phần dự trữ nước trong đất Trong các vùng cây mọc nhiều, lòng đất chứa đầy rễ, thành từng khối hoàn chỉnh Các cây gỗ giữ một khoảng cách giữa cây này với cây khác, không chỉ ngọn cây mà cả rễ cây. .. hệ rễ của cây lớn còn có chỗ cho những cây nhỏ, cây bụi, các loại cỏ, các cây họ hòa thảo, cây hoa…tất cả tạo nên một hệ thực vật tự nhiên Nước là yếu tố quan trọng cho sự sinh trưởng Ở đầu mút của các rễ ta thấy ở đó có nguồn nước Sự sinh trưởng dừng lại ở đó Mỗi khi mưa rơi trên cây, nước chảy từng giọt từ bờ của tán lá, rơi xuống đất, nơi đó cây được vây quanh bằng một rãnh Trong đất, rễ cây vươn... Lá cây đã làm thoát đi một lượng khá lớn dự trữ nước trong cây, cây sẽ chết Quả là một “tai họa cần thiết”, vì nhờ có lượng nước đi qua thân, lá thoát ra ngoài sẽ làm mát dịu nhiệt độ cây, Hình 11 Cây sinh ra và bảo vệ đất màu mỡ [21] 31 đảm bảo nhiệt độ bình thường của cây Mặt khác, sự thoát hơi nước xem như một lực đầu mút phía trên cùng của cây hỗ trợ cho sự hút nước ở đầu mút phía tận cùng của. .. suất cây trồng Người ta đã xác nhận rằng cây chỉ lấy trong đất một khối lượng nhỏ chất dinh dưỡng để sống, còn đất chủ yếu là chỗ dựa cho rễ cây bám chắc và phát triển Muốn cho cây trồng thoát khỏi ảnh hưởng của đất khi đất không đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của cây người ta đã có nhiều công trình nghiên cứu tìm “nền nhân tạo” có khả năng ngậm nước và chất dinh dưỡng cung cấp cho hoạt động sống của cây. .. hợp ở lá Như vậy, sự tích luỹ K+ và axit absisic ở tế bào khí khổng là kết quả của sự nhận biết tình trạng lượng nước trong cây và là cơ chế điều khiển sự đóng mở khí khổng để điều tiết sự thoát hơi nước của lá 6 Vì sao nước từ lá ứ đọng thành giọt Sự thoát hơi nước liên tục ở lá cây làm dịu mát lá và tạo một dòng liên tục từ rễ đẩy lên và thoát ra ngoài dưới dạng hơi qua lỗ khí 24 Sự thoát hơi nước... lại sự mất nước do thoát hơi nước ở lá, rễ cây hút và dâng lên ở các mạch, trung bình một ngày tới 200 lít nước, ví dụ như cây Chà là ở ốc đảo thuộc sa mạc Sahara (Châu Phi) Nếu tính ở các ốc đảo ở sa mạc này, 10 triệu cây Chà là mỗi ngày cần tới 2 tỷ lít nước Trên Trái Đất cần bao nhiêu nước cho cây vì có biết bao nhiêu cây ngũ cốc? Bao nhiêu cây ăn quả? Bao nhiêu cây rừng? Bao nhiêu cây rau và cây. .. cầu nước của cây ngô thuộc loại thấp so với những cây ngũ cốc khác Để sản xuất 1 gam chất khô ngô chỉ cần 368 g nước, so với 597 g của yến mạch, 578 g của hắc mạch, 513 g của lúa mì, 434 g của đại mạch và 710 g của lúa nước Tuy nhiên tiềm lực tăng năng suất của ngô do việc tưới nước lại lớn hơn bất cứ loại cốc nào khác Các thí nghiệm nhiều năm đã xác định rằng, vào thời kì phát triển đầu của ngô, nước... trình sinh tổng hợp) và cũng là trung tâm trao đổi năng lượng của tế bào sống 3 Diệp lục trong lục lạp có thể là chất hữu cơ lý thú nhất trên trái đất Đó là câu nói đầy ý nghĩa của Đacuyn khi nói về vai trò của lục lạp trong quá trình quang hợp của cây xanh Chính phần mang màu xanh này ở thực vật đã chứa các chất màu kì diệu trong từng tế bào của chúng Ở các loài tảo phần mang màu này được gọi là sắc... nấm rễ, sống và hút nước Các nấm còn xâm nhập vào trong mô rễ, bảo vệ và cung cấp cho rễ các hợp chất nitơ mà nó dễ dàng hấp phụ và nhường các chất chủ yếu Các sợi nấm nhỏ hút nước Do đó mà các cây có nấm rễ sống được trong đất khô, trong khi đó rễ cây thiếu nấm rễ thì chết Trong nghề trồng rừng nấm rễ có lợi cho cây phát triển Quan sát hoạt động hiển vi của rễ cây Bên trái, mỗi đầu mút của rễ cây, rễ... mặt trời không phải mượn năng lượng của ti thể Các enzim, ADN, ARN… Hơn 50% lượng protit trong tế bào thành tạo tại cơ quan bé nhỏ này Timiriadep, nhà sinh lý học thực vật Nga đã viết cách đây hàng thế kỉ: “Lá xanh hay đúng hơn các hạt lục lạp là tiêu điểm của không gian vũ trụ, mà một đầu là năng lượng của mặt trời dồn tới còn đầu kia xuất hiện mọi biểu hiện của sự sống trên trái đất Ở đây các tia sáng . diệu giúp thấy rõ vai trò của cây xanh, sự liên quan của cây với môi trường sống, với động vật và con người. Các tư liệu trong cuốn sách Cây xanh tiêu điểm của sự sống bao gồm tế bào thực. đầu Cây xanh có vai trò đặc biệt quan trọng trong sự sống của sinh vật. Với khả năng quang hợp thu nhận các chất vô cơ, dưới tác động của sắc tố màu xanh và ánh sáng mặt trời ,cây xanh tạo. thực vật, các quá trình sinh lý, sự sinh trưởng phát triển của cây xanh. Sách giới thiệu các hoạt động sống và các ứng dụng thực tế của cây xanh trong đời sống và sản xuất nhằm giúp bạn đọc