Giải Sinh học 11 Bài 2 (Cánh diều): Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Giải Sinh học 11 Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Mở đầu trang 9 Sinh học 11: Quan sát hình 2.1, cho biết cây có biểu hiện như thế nào khi không được cung cấp đủ nước và dinh dưỡng khoáng? Nên làm gì để tránh xảy ra các hiện tượng này?

Lời giải:

- Biểu hiện của cây khi không được cung cấp đủ nước: Lá cây héo rũ và rụng dần, thân và rễ suy yếu, cây sinh trưởng và phát triển chậm, thậm chí là chết.

- Biểu hiện của cây khi không được cung cấp đủ dinh dưỡng khoáng: Lá thường có màu sắc bị thay đổi, sinh trưởng và phát triển chậm, thậm chí là chết.

- Để tránh xảy ra các hiện tượng trên cần cung cấp nước và dinh dưỡng khoáng cho cây trồng một cách đầy đủ và hợp lí.

I. Vai trò của nước và một số nguyên tố khoáng đối với thực vật

Luyện tập trang 11 Sinh học 11: Quan sát hình 2.3, xác định nguyên tố dinh dưỡng khoáng bị thiếu theo gợi ý ở bảng 2.2.

Bảng 2.2: Mô tả triệu chứng thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng ở cây ngô

Lời giải:

Mô tả triệu chứng thiếu một số nguyên tố dinh dưỡng khoáng ở cây ngô.

II. Sự hấp thụ nước, khoáng và vận chuyển các chất trong cây

Giải Sinh học 11 trang 12

Câu hỏi trang 12 Sinh học 11: Quan sát hình 2.3 và cho biết sự trao đổi nước trong cây gồm những quá trình nào?

Lời giải:

Sự trao đổi nước trong cây gồm 3 quá trình:

- Hấp thụ nước (chủ yếu ở rễ)

- Vận chuyển nước trong cây (trong mạch gỗ)

- Thoát hơi nước (chủ yếu ở lá)

Câu hỏi trang 12 Sinh học 11: Quan sát hình 2.3, cho biết:

- Cây hấp thụ nước và khoáng nhờ cơ quan nào?

- Nước và khoáng được hấp thụ vào rễ cây nhờ cơ chế nào?

Lời giải:

• Cơ quan hấp thụ nước và khoáng của cây: Cây sống trên cạn hấp thụ nước và khoáng chủ yếu nhờ các tế bào lông hút ở rễ. Ngoài ra, thực vật sống trên cạn cũng có thể hấp thụ nước và khoáng qua tế bào khí khổng trên bề mặt lá.

• Cơ chế hấp thụ nước và khoáng vào rễ của cây:

- Sự hấp thụ nước vào rễ cây nhờ cơ chế thẩm thấu (thụ động): Nước di chuyển từ dung dịch đất (môi trường nhược trương) vào tế bào lông hút (môi trường ưu trương).

- Sự hấp thụ khoáng vào rễ cây theo hai cơ chế: thụ động và chủ động.

+ Cơ chế thụ động: Ion khoáng từ dung dịch đất (nơi có nồng độ cao) khuếch tán đến dịch tế bào lông hút (nơi có nồng độ thấp); hoặc xâm nhập vào rễ cây theo dòng nước liên kết; hoặc từ bề mặt hạt keo đất trao đổi với ion khoáng trên bề mặt rễ khi có sự tiếp xúc trực tiếp giữa lông hút và hạt keo đất.

+ Cơ chế chủ động: Phần lớn ion khoáng xâm nhập từ dung dịch đất vào rễ cây ngược chiều nồng độ, đòi hỏi tiêu tốn năng lượng ATP.

Câu hỏi trang 13 Sinh học 11: Quan sát hình 2.4, mô tả con đường di chuyển của nước và khoáng từ tế bào lông hút vào trong rễ.

Lời giải:

Con đường di chuyển của nước và khoáng từ tế bào lông hút vào trong rễ theo con đường gian bào và con đường tế bào chất:

- Con đường gian bào: Nước và các ion khoáng di chuyển hướng tâm trong khoảng trống giữa các tế bào và khoảng trống giữa các bó sợi cellulose trong thành tế bào. Khi đến lớp nội bì, nước và các ion khoáng bị đai Caspary trong thành tế bào nội bì chặn lại. Dòng nước và các ion khoáng chuyển sang con đường tế bào chất.

- Con đường tế bào chất: Nước và khoáng di chuyển hướng tâm qua tế bào chất của các lớp tế bào vỏ rễ đến mạch gỗ thông qua cầu sinh chất.

Giải Sinh học 11 trang 14

Câu hỏi trang 14 Sinh học 11: Quan sát hình 2.5, cho biết nước và khoáng hấp thụ ở rễ được đưa đến các cơ quan khác như thế nào?

Lời giải:

Nước và khoáng hấp thụ ở rễ được vận chuyển một chiều trong mạch gỗ (xylem) của thân cây lên lá và các cơ quan phía trên.

Luyện tập trang 14 Sinh học 11: Mô tả đặc điểm dòng vận chuyển trong mạch gỗ và mạch rây theo gợi ý ở bảng 2.3.

Lời giải:

Đặc điểm dòng vận chuyển trong mạch gỗ và mạch rây:

III. Sự thoát hơi nước ở thực vật

Giải Sinh học 11 trang 15

Câu hỏi trang 15 Sinh học 11: Quá trình thoát hơi nước ở thực vật diễn ra như thế nào?

Lời giải:

Quá trình thoát hơi nước ở thực vật diễn ra chủ yếu ở lá qua hai con đường:

- Thoát hơi nước qua lớp cutin: Nước có thể khuếch tán từ khoảng gian bào của thịt lá qua lớp cutin để ra ngoài. Lớp cutin càng dày thì sự khuếch tán qua lớp cutin càng nhỏ và ngược lại.

- Thoát hơi nước qua khí khổng: Khí khổng là con đường thoát hơi nước chủ yếu ở thực vật. Gồm ba giai đoạn: nước chuyển thành dạng hơi đi vào gian bào, hơi nước từ gian bào khuếch tán qua lỗ khí vào khí quyển xung quanh bề mặt lá, hơi nước khuếch tán từ không khí quanh bề mặt lá ra không khí xa hơn. Tốc độ thoát hơi nước qua khí khổng do độ mở của khí khổng điều tiết.

Câu hỏi trang 15 Sinh học 11: Quan sát hình 2.6 và giải thích cơ chế đóng mở của khí khổng

Lời giải:

Cơ chế đóng mở của khí khổng dựa trên sự biến đổi sức trương nước trong các tế bào khí khổng:

- Khi tế bào khí khổng tích lũy các chất thẩm thấu (K⁺, malate, sucrose) sẽ trương nước, thành mỏng phía ngoài bị căng mạnh và đẩy ra xa khỏi lỗ khí, thành dày phía trong bị căng yếu hơn làm khí khổng mở.

- Ngược lại, sự giải phóng các chất thẩm thấu khỏi tế bào khí khổng làm giảm sự hút nước, lỗ khí đóng lại.

Giải Sinh học 11 trang 16

Câu hỏi trang 16 Sinh học 11: Thoát hơi nước có vai trò gì đối với thực vật?

Lời giải:

Vai trò của quá trình thoát hơi nước đối với thực vật:

- Tạo động lực đầu trên cho quá trình hấp thụ, vận chuyển vật chất ở rễ lên lá và cơ quan phía trên.

- Duy trì sức trương và liên kết các cơ quan của cây thành một thể thống nhất.

- Đảm bảo CO₂ có thể khuếch tán vào lá cung cấp cho quang hợp.

- Giảm nhiệt độ bề mặt lá trong những ngày nắng nóng, bảo vệ các cơ quan khỏi bị tổn thương bởi nhiệt độ và duy trì các hoạt động sống bình thường.

Câu hỏi trang 16 Sinh học 11: Giải thích tại sao quá trình thoát hơi nước có ích với thực vật dù tiêu tốn phần lớn lượng nước cây hấp thụ được

Lời giải:

Quá trình thoát hơi nước có ích với thực vật dù tiêu tốn phần lớn lượng nước cây hấp thụ được vì quá trình thoát hơi nước đóng vai trò rất quan trọng đối với hoạt động sống của cây:

- Tạo động lực đầu trên cho quá trình hấp thụ, vận chuyển vật chất ở rễ lên lá và cơ quan phía trên.

- Duy trì sức trương và liên kết các cơ quan của cây thành một thể thống nhất.

- Đảm bảo CO₂ có thể khuếch tán vào lá cung cấp cho quang hợp.

- Giảm nhiệt độ bề mặt lá trong những ngày nắng nóng, bảo vệ các cơ quan khỏi bị tổn thương bởi nhiệt độ và duy trì các hoạt động sống bình thường.

Câu hỏi trang 16 Sinh học 11: Quan sát hình 2.7 và cho biết cây có thể lấy nitrogen từ đâu?

Lời giải:

Cây hấp thụ nitrogen chủ yếu ở hai dạng NO₃^- và NH₄⁺ từ các nguồn sau:

- Quá trình hóa lí trong tự nhiên: sự phóng tia lửa điện trong khí quyển làm oxi hóa N₂ thành NO₃^-.

- Quá trình cố định nitrogen tự do thành NH₄⁺ nhờ một số vi sinh vật sống tự do hay cộng sinh với thực vật (nguồn chủ yếu).

- Quá trình vi sinh vật phân giải hợp chất nitrogen hữu cơ.

- Con người bổ sung phân bón chứa nitrogen cho cây trồng.

Câu hỏi trang 16 Sinh học 11: Nitrate và ammonium được biến đổi trong cây như thế nào?

Lời giải:

- Quá trình khử nitrate (NO₃^-) trong cây: NO₃^- sau khi được hấp thụ cần được chuyển hóa thành NH₄⁺ trong các cơ quan thực vật. Quá trình khử nitrate diễn ra trong rễ cây và cành cây qua hai giai đoạn:

- Quá trình đồng hóa ammonium (NH₄⁺) trong cây: NH₄⁺ sau khi được hấp thụ hoặc hình thành từ quá trình khử nitrate sẽ nhanh chóng kết hợp với các keto acid sinh ra các amino acid sơ cấp hoặc có thể kết hợp với glutamic acid, aspartic tạo thành các amide là glutamine và asparagine.

Giải Sinh học 11 trang 17

Luyện tập trang 17 Sinh học 11: Hãy cho biết ý nghĩa của sự hình thành amide trong cơ thể thực vật.

Lời giải:

Ý nghĩa của sự hình thành amide trong cơ thể thực vật:

- Tránh sự tích lũy NH₄⁺ ở nồng độ cao sẽ gây kiềm hóa dịch bào và gây độc cho tế bào.

- Giúp dự trữ NH₄⁺ cho cơ thể thực vật khi cần sinh tổng hợp amino acid.

Vận dụng trang 17 Sinh học 11: Molybdenum tham gia cấu tạo enzyme nitrogenase. Giải thích cơ sở sinh học của việc thường xuyên bổ sung molybdenum cho cây họ Đậu.

Lời giải:

Cơ sở sinh học của việc thường xuyên bổ sung molybdenum cho cây họ Đậu: Cây họ Đậu hình thành mối quan hệ cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm. Mà molybdenum tham gia cấu tạo enzyme nitrogenase – loại enzyme xúc tác cho phản ứng cố định đạm của các vi khuẩn cố định đạm. Bởi vậy, việc thường xuyên bổ sung molybdenum cho cây họ Đậu sẽ giúp các vi sinh vật cố định đạm phát triển, tăng hiệu quả cố định đạm để cung cấp đạm cho cây trồng, nhờ đó, giúp tăng năng suất của các cây họ Đậu.

Lý thuyết Sinh học 11 Bài 2: Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

I. Vai trò của nước và chất khoáng

1. Vai trò của nước là gì?

- Là thành phần cấu tạo của tế bào

- Là dung môi hòa tan các chất, tham gia vào quá trình vận chuyển các chất trong cây

- Điều hòa nhiệt độ của cơ thể thực vật

- Là nguyên liệu, môi trường của các phản ứng sinh hoá.

2. Vai trò của các nguyên tố khoáng là gì?

II. Quá trình trao đổi nước và khoáng ở thực vật

1. Quá trình hấp thụ khoáng và nước ở rễ diễn ra như thế nào?

- Hấp thụ nước ở tế bào lông hút: theo cơ chế thẩm thấu (nước di chuyển từ đất vào tế bào lông hút)

- Hấp thụ khoáng ở tế bào lông hút: theo 2 cơ chế: thu động (từ đất vào rễ theo gradien nồng độ) và chủ động (ngược gradien nồng độ).

- Vận chuyển nước và khoáng từ lông hút vào mạch gỗ của rễ: theo 2 con đường là con đường gian bào và con đường tế bào chất

- Vận chuyển nước và các chất trong thân: dòng mạch gỗ và dòng mạch rây

2. Quá trình thoát hơi nước ở lá diễn ra như thế nào?

Thoát hơi nước là sự bay hơi của nước qua bề mặt cơ thể thực vật vào khí quyển. Thoát hơi nước diễn ra theo 2 con đường:

- Thoát hơi nước qua bề mặt lá:

+ Phụ thuộc độ dày tầng cutin và diện tích lá

+ Lớp cutin ở cây trưởng thành dày hơn cây non

- Thoát hơi nước qua khí khổng:

+ Phụ thuộc số lượng, hoạt động đóng mở khí khổng

+ Khí khổng là khe hở trên bề mặt lớp tế bào biểu bì lá được tạo nên giữa 2 tế bào khí khổng

3. Vai trò của thoát hơi nước

- Thoát hơi nước tạo lực hút kéo nước và các chất hòa tan đi theo một chiều từ rễ lên lá

- Trong quá trình thoát hơi nước, khí khổng mở để tạo điều kiện để CO₂ từ môi trường khuếch tán vào lá, cung cấp nguyên liệu cho quang hợp.

- Thoát hơi nước làm giảm nhiệt độ bề mặt của lá, đảm bảo cho lá không bị hư hại, đặc biệt là những ngày nắng nóng.

III. Dinh dưỡng nitrogen

1. Vai trò của nitrogen là gì?

Vai trò cấu trúc: nitrogen là thành phần của các hợp chất hữu cơ quan trọng như protein, nucleic acid, diệp lục,...

Vai trò điều tiết: nitrogen tham gia cấu tạo nên enzyme, các hormone thực vật,... qua đó điều tiết các quá trình sinh trưởng, phát triển của thực vật.

2. Nguồn cung cấp nitrogen của thực vật từ đâu?

3. Quá trình biến đổi nitrate và ammonium ở thực vật diễn ra như thế nào?

• Khử nitrate:

• Đồng hóa ammonium:

IV. Các nhân tố ảnh hưởng đến hoạt động trao đổi nước gà dinh dưỡng khoáng là gì?

- Ánh sáng: ánh sáng thúc đẩy khí khổng mở, làm tăng thoát hơi nước tạo động lực cho hấp thụ, vận chuyển khoáng và nước

- Nhiệt độ: tốc độ hấp thụ nước và khoáng tỉ lệ thuận với sự tăng nhiệt độ

- Độ ẩm đất và không khí: độ ẩm đất tỉ lệ thuận với khả năng hấp thụ nước và khoáng

V. Ứng dụng quá trình trao đổi nước và khoáng ở thực vật trong sản xuất nông nghiệp

1. Tuới nuớc hợp lí cho cây trồng

- Cân bằng nước trong cơ thể thực vật đạt được khi lượng nước cây hấp thụ vào bằng hoặc lớn hơn lượng nước thoát ra.

- Hiện tượng mất cân bằng nước sẽ xảy ra khi lượng nước thoát ra môi trường cao hơn lượng nước cây hấp thụ được, triệu chứng héo ở lá và thân non xuất hiện.

- Trạng thái mất cân bằng nước có thể xuất hiện khi thực vật sinh trưởng trong các điều kiện như hạn, mặn, ngập úng...

- Thực vật có các phản ứng để chống chịu với các điều kiện bất lợi này thông qua một số biến đổi về hình thái, giải phẫu, quá trình sinh lí - sinh hoá hoặc biến đổi ở cấp độ phân tử.

- Các biến đổi này có tác dụng hạn chế thoát hơi nước, tăng cường khả năng hấp thụ nước và khoảng, từ đó thiết lập trạng thái cân bằng nước mới, đảm bảo cho thực vật có thể chống chịu được trong một thời gian nhất định.

- Con người có thể chủ động tiến hành các biện pháp chọn lọc, lai tạo chuyển gene để tạo ra các giống cây có khả năng chống chịu hạn, mặn, ngập úng. Các kĩ thuật canh tác cũng được áp dụng nhằm hạn chế ảnh hưởng bất lợi của môi trường đến cây trồng.

- Để duy trì trạng thái cân bằng nước trong cây, cần tưới tiêu nước hợp lí, tức là cung cấp vừa đủ lượng nước cần thiết, đáp ứng nhu cầu của cây trồng. Lượng nước này thay đổi theo loài, giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây và cách tuổi.

2. Phân bón và năng suất cây trồng

- Trong sản xuất nông nghiệp, phân bón là một trong những nguồn cung cấp chất khoáng quan trọng nhất là phân bón

- Bón phân quá nhiều gây độc cây và làm ô nhiễm đất, nước ngầm.

- Cần bón phân hợp lí theo từng giai đoạn sinh trưởng của cây trồng để nâng cao năng suất.

- Việc bón phân cần tuân thủ 4 nguyên tắc: đúng loại, đúng lượng, đúng thời điểm và đúng phương pháp.

Sơ đồ tư duy Trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Xem thêm các bài giải SGK Sinh học 11 Cánh diều hay, chi tiết khác:

Bài 3: Nhân tố ảnh hưởng đến trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Bài 4: Quang hợp ở thực vật

Bài 5: Hô hấp ở thực vật

Bài 6: Dinh dưỡng và tiêu hóa ở động vật

Bài 7: Hô hấp ở động vật