Bài giảng Sinh lý thực vật - Chương I: Sinh lý tế bào thực vật - Trần Thị Hoài Thu

CHƯƠNG I: SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT BÀI 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO THỰC VẬT I. Đại cương về tế bào: 1. Lịch sử phát triển các nghiên cứu về tế bào: - Lịch sử phát triển tế bào gần như là lịch sử phát minh ra kính hiển vi. Galileo (1564 - 1642) tình cờ khám phá ra những vật rất nhỏ khi quan sát bầu trời bằng cách lật ngược đầu kính lại. - Antoni Van leeuwenhoek (1632 - 1732) người Hà lan, do yêu cầu kiểm tra tơ lụa, ông mài ra thấu kính để quan sát chất lượng vải, nhờ đó quan sát những vật nhỏ li ti quanh môi trường sống và khám phá ra sự hiện diện của vi sinh vật. - Robert Hooke (1635 - 1703) người Anh, lần đầu tiên mô tả các lỗ nhỏ có vách bao bọc của miếng bấc (nút bần) cắt ngang dưới kính hiển vi năm 1665 và Hooke dùng thuật ngữ tế bào có nghĩa là phòng, buồng nhỏ, vì ý nghĩa lịch sử từ này vẫn còn được dùng cho đến ngày nay để chỉ các lỗ đó. 2. Học thuyết tế bào: - Mãi đến thế kỷ 19 khái niệm sinh vật có cấu tạo tế bào của Hooke mới được chú ý từ nhiều công trình nghiên cứu. Học thuyết này là kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả: - Lamack cho rằng, cơ thể sống chỉ có được trong trường hợp các hợp phần của nó được cấu tạo từ tế bào. Học thuyết tế bào khẳng định rằng mọi cơ thể sống (động vật, thực vật, những cơ thể đơn giản nhất) đều được cấu tạo từ tế bào và các hoạt động sống của nó. - Dutrose khẳng định rằng, mô của tất cả các cơ thế đều gồm những tế bào hình cầu rất nhỏ gắn lại với nhau. Và ông cho rằng sự sinh trưởng là kết quả của việc tăng khối lượng của các tế bào riêng biệt và việc bổ sung thêm tế bào mới.Tế bào mới hình thành từ sự phân chia tế bào cũ trước nó. - Braun thì xác định rằng nhân là một thành phần bất biến và quan trọng nhất tế bào. Các tác giả khác, như Sunxe Punkinhe đã nghiên cứu chất chứa trong tế bào và gọi nó là chất nguyên sinh trong đó khối chất nguyên sinh ở giữa thành tế bào và nhân thì gọi là tế bào chất, còn lại trong nhân thì gọi là chất nhân. II. Thành phần hoá học của tế bào thực vật: 1. Thành phần nguyên tố vô cơ: - Trong tế bào thực vật có mặt tất cả các nguyên tố của hệ thống tuân hoàn. Như C, H, O, N, P, S, K, Mg, Ca, Fe, Mn, Cu, Zn, Na, Si, Co, Mo, Cl - Có 4 nguyên tố chiếm 95% là C, H, O, N, các nguyên tố khoáng 5% là P, Cu, Ca, K. - 4 nguyên tố trên tham gia cấu tạo nên các đại phân tử hữu cơ. 2. Thành phần hợp chất: Nước: 85% Protein: 10% Gluxit, lipit, vitamin: 4% Axit nucleic:1% III. Các phương pháp nghiên cứu tế bào: 1. Hiển vi quang học: - Độ phóng đại của kính hiển vi quang học từ vài trăm đến vài ngàn lần cho phép quan sát các tế bào. 2. Hiển vi điện tử: - Độ phóng đại từ 100 - 250 ngàn lần cho phép quan sát được kính thước ở mức độ đại phân tử và các hệ sợi có kích thước từ 3-15 A0 3. Hoá học tế bào: - Nhằm xác định sự chuyển hoá của tế bào, các cấu trúc và các đặc điểm của trao đổi chất 4. Nuôi cấy tế bào: - Tế bào, mô tách khỏi cơ thể nuôi cấy trong môi trường nhân tạo đặc biệt, từ đó nghiên cứu về hình thái, sự chuyển động, sự phân chia và các đặc tính khác của tế bào sống. Ví dụ: Nhân giống vô tính: khoai tây, mía, dứa, một số phong lannhằm bảo tồn một số nguồn gen thực vật quý hiếm. IV. Hình dạng và kích thước của tế bào thực vật: 1. Hình dạng: 1.1 Nhóm tế bào nhu mô: Là những tế bào mà đường kính của chúng về mọi phía như nhau, có màng bao bọc. Ví dụ: mô phân sinh ngọn: ở chồi ngọn, đầu rễ, phần vỏ của thân, có khả năng phân hoá, phân chia thành các bộ phận của cây. Nhờ mô phân sinh mà cây lớn lên và to ra. 1.2 Nhóm tế bào hình sợi: Là những tế bào mà chiều dài hơn gấp hàng chục, hàng trăm lần chiều rộng Ví dụ: mô cơ, mô dẫn Hình thân cây bông bụt 2. Kích thước: Từ 1-100 mircômet (µm) rất nhỏ trừ một số tế bào làm chức năng dự trữ có kích thước lớn. V. Cấu tạo của tế bào thực vật: 1. Vách tế bào: 1.1 Cấu tạo: - Khác với tế bào động vật, tế bào thực vật có lớp vỏ cứng bao bọc ngoài gọi là vách tế bào, làm cho tế bào và mô thực vật có độ bên cơ học. - Vách tế bào có khả năng sinh trưởng, ngăn cản sự xâm nhập tự do, tham gia một phần vào sự hấp thu chất khoáng vào tế bào. - Vách tế bào được xây dựng từ những vật liệu đặc trưng là vật liệu ổn định có tính đàn hồi và vật liệu mềm dẻo ở dạng khuôn vô định hình, ngoài ra còn có sự tham gia của lipit và prôtein. - Vách tế bào có nhiều lớp hợp lại, ngoài cùng là phần tiếp giáp giữa các tế bào với nhau gọi là lớp giữa, tiếp sau là lớp vách sơ cấp, lớp vách thứ cấp, lớp vách tam cấp. 1.2 Chức năng: - Trao đổi ion - Vách tế bào đã suberin hoá tức là tham gia điều tiết chế độ nước và nhiệt của cây. - Vách tế bào ở cạnh nhau liên kết lại thành hệ thống gian bào có vai trò lớn trong sự vận chuyển vật chất. - Vách tế bào có các sợi liên bào xuyên qua nhờ đó các tế bào tiếp xúc được với nhau hình thành nên hệ thống sinh chất có ý nghĩa trong sự vận chuyển và truyền thông tin. - Vách tế bào duy trì hình dạng tế bào nhờ áp suất nước và quy định kích thước của tế bào. 2. Không bào: 2.1 Cấu tạo: - Khi TB còn non, không bào là những giọt nhỏ nằm rải rác trong chất nguyên sinh. - Khi TB trưởng thành, các giọt đó hợp lại tạo thành một túi lớn ở trung tâm TB chất chiếm hầu hết thể tích của TB (90%) thể tích hay lớn hơn. - Không bào chủ yếu chứa nước và một số chất khác gọi là dịch tế bào. - Trong không bào có dung dịch các muối, các chất hữu cơ và các sản phẩm bài tiết của trao đổi chất. 2.2 Chức năng: - Không bào là không gian thẩm thấu của TB, đóng vai trò quyết định trong việc đưa nước ra và vào màng TB. 3. Tế bào chất: - Là phần tiếp cận ngay với thành tế bào. - Thành phần hóa học của sinh chất rất đa dạng và biến động. + Nước: 80-85% sinh khối của tế bào chất, ngoài ra là prôtein, lipit + Tính chất keo của tế bào chất có khả năng chuyển dịch từ trạng thái sol (lỏng) sang gel (nửa lỏng). Tính keo do các phân tử prôtein và axit nucleic và chất hữu cơ ưa nước gây ra. + Tế bào chất thể hiện đầy đủ tính chất của mình vì trong nó xảy ra qua trình sống của tế bào là đồng hoá, dị hoá, sinh tổng hợp + Độ nhớt là ma sát nội, lực cản xuất hiện khi các lớp vật chất trượt bên nhau. (phụ thuộc hàm lượng nước, lực liên kết của các phân tử prôtein) + TBC chứa nhiều nước và có tính vận động, khả năng vận động phụ thuộc nhiệt độ, hàm lượng oxi. + Tính đàn hồi chứng tỏ sự phân bố không gian của các phân tử theo một trật tự nhất định. Cần có năng lượng. 4. Nhân tế bào: 4.1 Cấu tạo: - Là cơ quan quan trọng nhất của TB, có hình dáng khác nhau tùy thuộc theo từng loại TB, có thể hình tròn, hình bầu dục, hình que - Kích thước: 70 -80 nm. - Bao quanh nhân là màng nhân có cấu trúc 2 lớp, mỗi lớp dày khoảng 80 Antron. Trên màng nhân có các lỗ, có tác dụng điều hòa sự vận chuyển các chất từ nhân vào TBC và ngược lại. - Trong nhân chứa a.Nu (ADN, ARN), prôtein (histon, lipit, dịch nhân, hạch nhân) 4.2 Chức năng: - Lưu giữ thông tin di truyền của TB và là nơi tái bản của ADN - Truyền thông tin di truyền. 5. Ty thể: 5.1 Cấu tạo: - Hình dạng: hình sợi, hình que, hình hạt, quả bí đao, nằm rãi rác trong tế bào chất. - Số lượng ty thể ở các tế bào khác nhau thì khác nhau, một tế bào có vài nghìn ty thể. - Hình dạng và kích thước cũng khác nhau tuỳ từng loại tế bào. - Ty thể là một bào quan có hai lớp màng bao bọc. + Màng ngoài không gấp khúc nhưng màng trong lại gấp khúc thành các gờ trên đó có nhiều enzim tham gia hô hấp cho tế bào. + Bên trong ty thể có chứa chất nền có ADN và ribôxom Hình cấu tạo ty thể Ghi chú: 1: Màng ngoài 2: Màng trong 3: Khoảng cách hai màng 4: Chất nền 5.2 Chức năng: - Là nơi cung cấp năng lượng cho tế bào dưới dạng các phân tử ATP. - Tạo ra nhiều sản phẩm trung gian có vai trò cung cấp các chất cho cơ thể. 6. Lục lạp: 6.1 Cấu tạo: - Là bào quan điển hình của tế bào thực vật, có hình bầu dục, ôvan kéo dài, hình tròn - Mỗi lục lạp được bao bọc bởi một màng kép, bên trong là khối cơ chất không màu gọi là chất nền vavf các hạt nhỏ. - Lục lạp có 3 loại: Vô sắc lạp, Sắc lạp, Lục lạp - Số lượng lục lạp trong mỗi tế bào không giống nhau, phụ thuộc vào điều kiện chiếu sáng, môi trường sống, loài. - Mỗi hạt nhỏ có dạng một chồng tiền gồm các túi dẹp gọi là tilacôit. Trên bề mặt của màng tilacôit có hệ sắc tố (chất diệp lục và sắc tố vàng). Hình cấu tạo lục lạp 6.1 Chức năng: - Lục lạp chứa diệp lục có khả năng chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hoá học tích trữ dưới dạng tinh bột. BÀI 2: ĐẶC TÍNH CỦA TẾ BÀO THỰC VẬT I. Đặc tính vật lý của tế bào thực vật: Do hàm lượng nước của tế bào thực vật nhiều nên qui định những tính chất: Tính lỏng, độ nhớt, tính đàn hồi. 1. Tính lỏng: - Sự vận động làm cho vật chất di chuyển từ tế bào này đến tế bào khác. - Tốc độ di chuyển của nguyên sinh chất có liên quan chặt chẽ với quá trình trao đổi chất và năng lượng. - Nhờ có tính lỏng của nguyên sinh chất làm cho sự xâm nhập các chất từ môi trường vào tế bào dễ dàng. 2. Độ nhớt: - Độ nhớt do sự hoà tan của prôtein, axit nucleic và một số chất hữu cơ gây ra. - Độ nhớt là khả năng đặc trưng cho chất lỏng, ngăn cản sự di chuyển, sự đổi chỗ của các ion, các phân tử trong môi trường lỏng. - Độ nhớt của chất nguyên sinh phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh. 3. Tính đàn hồi: - Là khả năng của chất trở về trạng thái ban đầu sau khi đã bị làm biến dạng. - Tính đàn hồi phản ánh khả năng linh hoạt của chất sống. - Cây non, mô non có tính đàn hồi cao hơn mô già, cây già. Vì vậy, độ nhớt và tính đàn hồi nguyên sinh chất là một trong những chỉ tiêu quan trọng đặc trưng cho khả năng chống chịu của thực vật với điều kiện ngoại cảnh bất lợi. II. Đặc tính hoá keo của tế bào thực vật: 1. Sự ngưng kết : - Mỗi phân tử trong hệ keo đều tích điện. Nếu các phân tử keo mang điện cùng dấu thì đẩy nhau, nếu khác thì hút nhau. - Sự hút đẩy càng lớn thì hệ keo bền. 2. Hiện tượng chuyển Sol- Gel: - Trạng thái Sol: các hạt keo được hấp phụ ở mặt ngoài nhiều nước các hạt keo dễ di chuyển, các ion hấp phụ linh động dễ di chuyển và thuận lợi cho quá trình trao đổi chất. - Trạng thái Gel: hạt keo mất tính linh động, các hạt keo dính với nhau tạo thành lưới 3 chiều. Nước giảm khả năng hoạt động tự do. - Hoá Gel và hoá Sol là 2 hiện tượng mang tính chất thuận nghịch. Keo ưa nước khi mất nước thì co lại làm giảm thể tích nhưng khi đủ nước hạt keo hút nhanh chóng và trở về trạng thái Sol. 3. Hiện tượng Coaxecva: - Là trạng thái trung gian giữa hai trạng thái trên. - Hiện tượng Coaxecva trong chất nguyên sinh có liên quan đến sự hình thành các bào quan. - Trạng thái Coaxecva và gel tuy hoạt động trao đổi chất giảm nhưng khả năng chống chịu của thực vật tăng. III. Sự trao đổi nước của tế bào thực vật: 1. Sự trao đổi nước của tế bào thực vật theo cơ chế hút trương: - Sự trương là hút chất lỏng hay hơi nước của các cao phân tử. Các cao phân tử hút nước được gọi là thể trương. Sự trương kéo theo sự tăng thể tích của thể trương. - Có ý nghĩa rất quan trọng trong việc duy trì cấu trúc bình thường của keo nguyên sinh chất và thành tế bào. 2. Sự trao đổi nước của tế bào thực vật theo cơ chế thẩm thấu: - Hiện tượng khuyếch tán: là hiện tượng vận động của các phân tử nước từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp. - Hiện tượng thẩm thấu: là sự khuyếch tán của nướcqua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ các chất tan hai bên màng gây ra.