Lý thuyết Sinh học 11 Bài 15: Cảm ứng ở thực vật

1. Khái niệm

- Cảm ứng ở thực vật là sự tiếp nhận và trả lời của thực vật đối với các kích thích từ môi trường.

2. Vai trò của cảm ứng

- Cảm ứng ở thực vật đảm bảo cho thực vật có thể thích ứng tốt hơn với những biến đổi thường xuyên của môi trường sống, tạo điều kiện cho thực vật sinh trưởng và phát triển bình thường.

- Ví dụ:

+ Ngọn cây hướng về phía có ánh sáng giúp cây thu nhận đủ nguồn ánh sáng cần thiết để thực hiện quang hợp, đảm bảo cho cây sinh trưởng và phát triển bình thường.

+ Khí khổng của cây xương rồng mở ra vào ban đêm và đóng lại vào ban ngày để hạn chế tình trạng thoát hơi nước trong điều kiện nóng hạn của vùng sa mạc.

3. Đặc điểm của cảm ứng

- Tác nhân gây ra cảm ứng ở thực vật là các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, nước, hoá chất, trọng lực,...

- Cảm ứng ở thực vật thường diễn ra chậm và khó nhận biết bằng mắt thường trong thời gian ngắn. Tuy nhiên, cũng có vận động cảm ứng diễn ra nhanh như phản ứng cụp lá của cây trinh nữ hay phản ứng bắt mồi của cây gọng vó.

- Cảm ứng ở thực vật có thể liên quan đến sinh trưởng hoặc không liên quan đến sinh trưởng của tế bào.

1. Các hình thức cảm ứng

a. Hướng động (vận động định hướng)

- Khái niệm: Hướng động là hình thức phản ứng của cây (thể hiện qua vận động của cơ quan, bộ phận) đối với tác nhân kích thích từ một hướng xác định.

- Hướng động của cây phụ thuộc vào hướng của tác nhân kích thích. Khi vận động về phía tác nhân kích thích gọi là hướng động dương, ngược lại, khi vận động tránh xa tác nhân kích thích gọi là hướng động âm.

- Hướng động gồm: hướng sáng, hướng hoá, hướng nước, hướng trọng lực và hướng tiếp xúc.

•Hướng sáng

- Tác nhân: Ánh sáng.

- Đặc điểm: Hướng sáng là phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với ánh sáng. Trong đó, thân hướng sáng dương còn rễ hướng sáng âm.

- Vai trò: Đảm bảo cho cây nhận được nhiều ánh sáng cung cấp cho quang hợp.

•Hướng hoá

- Tác nhân: Các chất hoá học như chất khoáng, chất hữu cơ, hormone thực vật, chất độc,...

- Đặc điểm: Hướng hoá là phản ứng sinh trưởng của cơ quan, bộ phận thực vật đối với các chất hoá học. Trong đó, rễ cây luôn sinh trưởng hướng đến nguồn chất dinh dưỡng (hướng hóa dương) và sinh trưởng tránh xa kim loại nặng, chất độc trong đất (hướng hóa âm).

- Vai trò: Đảm bảo cho cây lấy được các chất dinh dưỡng cần thiết cung cấp cho các hoạt động sống của cây.

• Hướng nước

- Tác nhân: Nước.

- Đặc điểm: Hướng nước là một trường hợp đặc biệt của hướng hoá. Trong đó, rễ cây sinh trưởng mạnh về phía nguồn nước.

- Vai trò:Đảm bảo cho cây lấy được đủ lượng nước cần thiết cung cấp cho các hoạt động sống của cây.

•Hướng trọng lực

- Tác nhân: Trọng lực.

- Đặc điểm: Hướng trọng lực là phản ứng sinh trưởng của thực vật đối với trọng lực (lực hút của Trái Đất). Trong đó, thân hướng trọng lực âm, rễ hướng trọng lực dương.

- Vai trò: Đảm bảo cây đứng vững được trên giá thể.

•Hướng tiếp xúc

- Tác nhân: giá thể tiếp xúc.

- Đặc điểm: Hướng tiếp xúc là phản ứng sinh trưởng đối với tác động cơ học (tiếp xúc) đến từ một phía.Hướng tiếp xúc thường gặp ở thực vật thân leo và thân bò, biểu hiện dễ thấy là hiện tượng thân, các tua cuốn quấn quanh cọc rào, bờ tường hay giàn leo.

- Vai trò: Giúp cây leo bám vào giá thể để vươn lên cao thu nhận được nhiều ánh sáng.

b. Ứng động (vận động cảm ứng)

- Khái niệm: Ứng động là hình thức phản ứng của cây đối với tác nhân kích thích không định hướng (không có hướng).

- Phân loại: Căn cứ vào đặc điểm liên quan đến sinh trưởng, ứng động được chia thành hai kiểu là ứng động sinh trưởng và ứng động không sinh trưởng.

•Ứng động không sinh trưởng

- Khái niệm: Ứng động không sinh trưởng là những vận động thuận nghịch do sự biến đổi sức trương nước của cơ quan, bộ phận đáp ứng hoặc do xuất hiện sự lan truyền của kích thích trong các tế bào, mô chuyên hoá dưới tác dụng của các tác nhân cơ học, hoá học.

- Nguyên nhân: Kích thích cơ học, hoá học.

- Ví dụ: Hiện tượng cụp lá ở cây trinh nữ (Mimosa pudica), bắt mồi ở cây gọng vó (Drosera burmannii) và cây bắt ruồi (Dionaea muscipula) là những ví dụ điển hình cho kiểu ứng động không sinh trưởng.

•Ứng động sinh trưởng

- Khái niệm: Ứng động sinh trưởng là những vận động xuất hiện do tốc độ sinh trưởng và phân chia tế bào không đều ở các cơ quan, bộ phận đáp ứng, dưới tác động của các kích thích không định hướng trong môi trường.

- Tuỳ thuộc vào tác nhân gây ứng động, có thể chia thành các kiểu: quang ứng động, nhiệt ứng động,…

- Nguyên nhân: Kích thích không có hướng như nhiệt độ, ánh sáng (thường mang tính chu kì).

- Ví dụ:

+ Vận động nở hoa khi cảm ứng với ánh sáng ở cây bồ công anh: Hoa nở khi có ánh sáng và cụp lại lúc chạng vạng tối.

+ Vận động ngủ, thức của chồi cây theo mùa như ở cây bàng, cây phượng.Đây là kiểu vận động theo chu kì mùa, liên quan đến chu kì đồng hồ sinh học, dưới tác động của điều kiện môi trường như ánh sáng, nhiệt độ.

2. Cơ chế của cảm ứng

a. Cơ chế hướng động

- Tác nhân kích thích (ánh sáng, nước, chất khoáng, trọng lực,...) tác động theo một hướng xác định lên các thụ thể của bộ phận tiếp nhận kích thích, thông tin sau đó được truyền đến bộ phận đáp ứng, làm thay đổi hàm lượng auxin ở hai phía đối diện nhau (so với hướng kích thích) của bộ phận này, dẫn đến tốc độ dãn dài không đồng đều giữa các tế bào ở hai phía. Kết quả là sự uốn cong của bộ phận đáp ứng.

- Các tế bào rễ có độ nhạy cảm cao hơn đối với auxin so với các tế bào ở thân. Hàm lượng auxin cao sẽ ức chế sự dẫn dài của các tế bào rễ trong khi kích thích các tế bào thân sinh trưởng. Điều này dẫn đến thân và rễ uốn cong theo hai hướng ngược nhau so với hướng kích thích.

b. Cơ chế ứng động

• Cơ chế ứng động không sinh trưởng:

- Do sự biến đổi sức trương nước của cơ quan, bộ phận chuyên hoá: Tác nhân kích thích (cơ học, hoá học) tác động lên thụ thể trên màng tế bào của bộ phận tiếp nhận kích thích, sau đó kích thích được truyền đến tế bào của bộ phận đáp ứng làm hoạt hoá các bơm ion (K⁺, Cl^-,...), qua đó làm thay đổi sức trương nước của bộ phận đáp ứng dẫn đến phản ứng tương ứng.

- Do sự lan truyền của kích thích: Sự vận động của bộ phận đáp ứng cũng có thể do kích thích được lan truyền dưới dạng sóng, xuất hiện trong các phản ứng đóng nắp của cây bắt ruồi hay chuyển động của các lông tuyến ở cây gọng vó.

• Cơ chế ứng động sinh trưởng: Tác nhân nhiệt độ, ánh sáng mang tính chu kì (ngày đêm, mùa) tác độnglàm thay đổi tương quan hàm lượng giữa các hormonehoặc do sự phân bố lại hormone dẫn đến thay đổi tốc độ sinh trưởng của các cơ quan, bộ phận đáp ứng.

1. Ứng dụng của hướng động

- Tăng kích thước bộ rễ bằng cách làm đất tơi xốp, thoáng khí, bón phân và tưới nước xung quanh gốcđể kích thích rễ sinh trưởng theo cả chiều rộng và chiều sâu, từ đó hấp thụ được đầy đủ nước và chất khoáng.

- Thúc đẩy cây mầm vươn dài, tăng chiều cao bằng cách hạn chế chiếu sáng trong thời gian đầu khi hạt nảy mầm, gieo trồng với mật độ cao (trồng dày) khi cây còn non và tỉa thưa để đảm bảo đủ ánh sáng khi cây đã lớn.

- Thúc đẩy các cây thân leo sinh trưởng, phát triển bằng cách làm giàn, mở rộng giàn để kích thích thân cây vươn dài.

2. Ứng dụng của ứng động

- Kéo dài thời gian ngủ của hạt, củ giống bằng cách giảm nhiệt độ, độ ẩm trong môi trường bảo quản (bảo quản trong kho lạnh, phơi khô hạt giống), hạn chế tiếp xúc ánh sáng hoặc sử dụng các chất ức chế nảy mầm.

- Kích thích hạt giống, củ giống nảy mầm, đánh thức chồi ngủ bật mầm bằng cách cung cấp thêm nước, tăng nhiệt độ môi trường, sử dụng các chất kích thích sinh trưởng,...

- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ra hoa, nở hoa của các loài cây trồng bằng cách bố trí vùng trồng hợp lí, đảm bảo các yêu cầu về ánh sáng, nhiệt độ,...