Bài giảng Sinh lý thực vật - Chương III: Dinh dưỡng khoáng của thực vật - Trần Thị Hoài Thu

CHƯƠNG III: DINH DƯỠNG KHOÁNG CỦA THỰC VẬT BÀI 1: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU NHU CẦU DINH DƯỠNG KHOÁNG CỦA THỰC VẬT I. Các phương pháp nghiên cứu dinh dưỡng khoáng của cây: 1. Phương pháp phân tích hàm lượng tro: - Lấy cơ thể thực vật đem khoáng hoá hoàn toàn thấy trong tro thực vật có nhiều nguyên tố khoáng với liều lượng lớn là: P, K, Ca, Mg, S, Si, Na 2. Phương pháp trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng: - Là phương pháp người ta pha sẵn một dung dịch dinh dưỡng có thành phần hàm lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết cho cây. - Sau đó, người ta trồng cây vào trong các bình có chứa dung dịch dinh dưỡng đó, theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của chúng. - Dựa vào đó xác định hàm lượng và thành phần dinh dưỡng đó đáp ứng nhu cầu thực vật chưa, để biết được vai trò của từng nguyên tố đối với cơ thể thực vật. - Người ta dùng thí nghiệm loại trừ từng nguyên tố và theo dõi sự sinh trưởng và phát triển không bình thường. Biết vai trò cần thiết đối với nguyên tố đó. 3. Phương pháp thí nghiệm ngoài đồng ruộng: - Đây là phương pháp người ta trồng ở lô ngoài đồng. Sau đó, đưa vào trong các công thức thí nghiệm, thành phần, hàm lượng các nguyên tố theo một tỉ lệ nhất định theo dõi sự sinh trưởng, phát triển, năng suất ở từng nguyên tố khác nhau. - Từ đó rút ra công thức nào tác động tốt đến sự sinh trưởng của cây trồng với sự có mặt của các thành phần nguyên tố nào hàm lượng bao nhiêu. II. Hàm lượng và thành phần các nguyên tố khoáng trong cây: - Trong thực vật hầu hết có chứa nguyên tố khoáng trong tự nhiên cây sử dụng nhiều nguyên tố. - Cây không phải lúc nào cũng hấp thụ đầy đủ các nguyên tố khoáng trong tự nhiên mà tùy theo nhu cầu mà hấp thụ khác nhau. - Có 4 nguyên tố: C, H, O, N chiếm 95%, còn lại là 5%. - Dựa vào hàm lượng các nguyên tố có trong cơ thể thực vật mà người ta chia các nguyên tố ra 3 nhóm chính: + Nhóm nguyên tố đa lượng: N, P, K, Ca, S, Mg, Fe: chiếm 10-1 – 10-3. + Nhóm nguyên tố vi lượng: Mn, Cu, Zn, Mo, Co: chiếm 10-4 – 10-7. + Nhóm nguyên tố siêu vi lượng: Ag, Au, Hg, Pt chiếm 10-8 – 10-10. Nguyên tố dinh dưỡng khoáng là những nguyên tố được bổ sung từ môi trường ngoài cần thiết cho sự tồn tại sinh trưởng và phát triển của cây. Nhằm duy trì hoạt động sinh lý- sinh hóa hình thành trong mô và tham gia cấu tạo cấu trúc tế bào. Nguyên tố Kí hiệu hóa học Nồng độ (mg/kg) Dạng cây hấp thụ được Hiđrô H - H2O, H+ Oxi O - H2O, O2 Nitơ N 15000 NO-3, NH4+ Photpho P 2000 H2PO4-, HPO42- Kali K 5000 K+ Lưu huỳnh S 1000 SO4- Canxi Ca 5000 Ca2+ Magie Mg 2000 Mg2+ Kẽm Zn 20 Zn2+ Đồng Cu 6 Cu2+ Sắt Fe 100 Fe2+, Fe3+ Mangan Mn 50 Mn2+ Bo B 20 B(OH)3 (axit boric) Môlipđen Mo 0,1 MoO42- Các nguyên tố thiết yếu trong cây BÀI 2: VAI TRÒ CỦA CÁC NGUYÊN TỐ KHOÁNG I. Vai trò của nguyên tố Photpho đối với Thực vật: 1. Hàm lượng P trong đất và trong cây: 1.1 Trong đất: - Tuỳ theo loại đất mà hàm lượng P biến động từ 0,02 đến 0,2% Ở đất ngèo: 0,02 đến 0,04% Ở đất giàu: 0,05 đến 0,2% - P thường ở dạng: PO4- , PO42-, PO43-. 1.2 Trong cây: - P chiếm từ 0,2 đến 0,25% so với trọng lượng khô. Tuỳ theo loại cây trồng mà trọng lượng khác nhau. - P tồn tại ở dạng hợp chất: ATP, axit nucleic, enzim, photpholipit, vitamin B1, B6 - Cung cấp đầy đủ Photpho trong giai đoạn sớm của chu trình phát triển sẽ tạo điều kiện cho tổng hợp nguyên liệu cấu trúc và năng lượng kích thích sinh trưởng. 2. Quá trình đồng hoá và vai trò của P đối với thực vật: 2.1 Quá trình đồng hoá P: - Cây sử dụng P ở dạng: PO4- PO42- PO43- H2PO4- HPO42- PO43- NaH2PO4 Na2HPO4 Na3PO4 - Ở dạng PO43- cây không sử dụng được chỉ sử dụng HPO42- và H2PO4- hấp thụ qua rễ và theo mạch dẫn lên thân và lá. 2.2 Vai trò: - P là thành phần tham gia vào quá trình trao đổi chất của tế bào. - P tăng khả năng giữ nước cho tế bào. - P tăng tính chống chịu của cây (tính chống chịu hạn). 2.3 Triệu chứng thiếu P: - Lá màu xanh thẩm chuyển sang màu đỏ đồng thau hay vàng ở mép lá, trên bề mặt có những vệt màu đỏ huyết dụ. - Lá già, rễ kém phát triển, chín chậm, không có hạt và quả kém phát triển. Ví dụ: Với lúa, khi thiếu P thì lá nhỏ, hẹp, có mùa lục đậm, đẻ nhánh ít, trỗ bông chậm, chín kéo dài, có nhiều hạt xanh và lững Ví dụ: Với ngô, khi thiếu P thì cây sinh trưởng chậm, lá trên có màu lục nhạt còn lá dưới có màu lục đậm rồi chuyển sang màu vàng hay huyết dụ - Thừa P không có biểu hiện gây hại như thùa N. P thuộc loại nguyên tố linh động, tức là nó có khả năng vận động từ cơ quan già sang cơ quan non nên được gọi là nguyên tố dùng lại. II. Vai trò của nguyên tố Kali đối với thực vật: 1. Hàm lượng K trong đất và trong cây: 1.1 Trong đất: - K là nguyên tố chiếm nhiều hơn các nguyên tố khác 0,2 đến 3%. - Trong đất nằm ở dạng K dễ tiêu. Chủ yếu K nằm trong hợp chất muối vô cơ và hợp chất phức. 1.2 Trong cây: - Hàm lượng K trong cây 0,5 đến 1,2%. - Tập trung trong các bộ phận lá non, mô còn đang sinh trưởng mạnh. 2. Quá trình đồng hoá và vai trò của K đối với thực vật: 2.1 Quá trình đồng hoá K: Cây sử dụng K ở dạng ion K+ như muối KCl, K2HPO4, KH2PO4. 2.2 Vai trò: - Làm giảm độ nhớt của tế bào nên quá trình hút nước được thuận lợi và tăng khả năng hút nước cho cây. - Tăng tính chống chịu cho cây (tính chống chịu hạn và rét). - K giúp quá trình tổng hợp diệp lục, duy trì màu xanh của lá. Điều tiết đóng mở khí khổng. - K giúp cây trồng đẻ nhánh, tăng kích thước bông, trọng lượng quả, hạt, giảm tỉ lệ rụng. - Thúc đẩy quá trình vận chuyển đường bột về những cơ quan dự trữ của quả và hạt. 2.3 Triệu chứng thiếu K: - Cây thiếu K xuất hiện vàng lá từ chóp xuống cuống lá có thể bên ngoài mép lá, thiếu nặng hình thành nên chấm màu nâu trên bề mặt lá làm cho cây mềm yếu dễ gãy đỗ. - Cây phát triển còi cọc, thân yếu, hạt và quả không phát triển, giảm khả năng chống chịu bệnh như vi khuẩn, nấm, côn trùng Ví dụ: Với lúa thiếu K sinh trưởng kém, trỗ sớm, chín sớm, hạt lép, lửng, cây dễ bị đỗ, dễ bị bệnh đạo ôn và tiêm lửa. Ví dụ: Với ngô, thiếu K cây sinh trưởng kém, đốt ngắn, mép lá nhạt dần sau chuyển sang màu huyết dụ, lá có gợn sóng, giảm năng suất Bón K vào giai đoạn cây hình thành cơ quan kinh tế sẽ làm tăng quá trình vận chuyển các chất hữu cơ tích lũy về cơ quan dự trữ nên sẽ tăng năng suất kinh tế. Bón K sẽ phát huy hiệu quả phân đạm và phân lân. III. Vai trò của nguyên tố Canxi đối với thực vật: 1. Hàm lượng Ca trong đất và trong cây: 1.1 Trong đất: - Ca trong đất chiếm 0,1 đến 1,5%. Ca nằm ở dạng thạch cao CaSO4 và CaCO3. - Phần lớn đất thường giàu Ca, trừ đất quá chua hay đất mặn, đất than bùn. 1.2 Trong cây: - Ở dạng dễ tiêu: CaHPO4, Ca(HPO4)2 nên cây sử dụng được. - Cây tập trung Ca ở mô, rễ non, hạt, nhưng không nhiều lắm. 2. Vai trò của nguyên tố Ca đối với thực vật: 2.1 Vai trò: - Ca giúp cho bộ rễ hoạt động mạnh, vươn sâu và xa. - Ca tham gia vào cải tạo đất, đặc biệt là cải tạo độ pH của đất chua giúp cho vi sinh vật có ích hoạt động mạnh đặc biệt là vi khuẩn nốt sần, để cải tạo đất bạc màu thường bón vôi. - Giúp cho cây chống đỗ ngã, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh. 2.2 Triệu chứng thiếu Ca: - Đầu lá và mép lá bị hoá trắng sau hoá đen, phiến lá bị uốn cong và xoắn lại. Hệ rễ bị hư hại. Thiếu Ca làm tăng sự xuất hiện rễ phụ và lông hút, rễ sinh trưởng chậm, các chất pectin bị trương phồng lên dẫn đến hiện tượng vách tế bào bị hoá nhầy. Tế bào bị huỷ hoại, rễ, lá và các phần khác của cây bị thối và chết. Biểu hiện ở lá non trước vì Ca không di động trong cây. - Khi thiếu Ca thì các mô phân sinh đỉnh thân và rễ bị hại nghiêm trọng, mô phân sinh ngừng phân chia, sinh trưởng bị ức chế, rễ ngắn, hóa nhầy và chết. Ví dụ: trong thực tế bón vôi có hiệu quả rất cao, nhất là đất chua và đất bạc màu, đất mặn, đất phèn. Hiệu quả quan trọng nhất của vôi là trung hòa độ chua của đất, tạo điều kiện thuận lợi cho sinh trưởng và hoạt động sinh lý của cây. Ví dụ: các cây họ đậu thì bón vôi là biện pháp quan trọng hàng đầu để tăng năng suất và chất lượng hạt. Vôi làm cây học đậu sinh trưởng tốt, cây cứng, hạt chắc, mẩy, vỏ mòng, tăng cường hàm lượng lipit. Ví dụ: Vôi làm tăng hàm lượng đường của mía, tăng chất lượng của thuốc lá IV. Các điều kiện ảnh hưởng đến sự hút khoáng: 1. Tác nhân bên ngoài: 1.1 Nhiệt độ: - Là tác nhân quan trọng ảnh hưởng đến độ hoà tan của các chất khoáng và do đó ảnh hưởng đến độ dễ tiêu đối với cây thông qua sự hút khoáng. - Khi nhiệt độ tăng quá trình hút khoáng sẽ tăng. Tuy nhiên nếu nhiệt độ tăng quá sẽ ngăn cản quá trình hút khoáng. 1.2 Độ pH của môi trường dinh dưỡng: - Độ pH môi trường ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp đến quá trình hút khoáng. Độ dễ hấp thụ của một nguyên tố lại phụ thuộc vào pH của dung dịch đất. Độ pH 6 - 6,5 hấp thu tốt các chất khoáng. Do ảnh hưởng đến độ hòa tan các chất khoáng trong đất. - Độ pH của môi trường lại sự chi phối của dịch tiết rễ cây, sự hoạt động của hệ vi sinh vật vùng rễ. - Đất có tính axit thường ít các nguyên tố dinh dưỡng vì các nguyên tố này bị H+ thay thế trên bề mặt keo đất và khi ở dạng tự do thì dễ bị rửa trôi. - pH ảnh hưởng linh động đến pH kiềm: giảm linh động các nguyên tố vi lượng và P còn pH axit: giảm linh động các nguyên tố Ca, Na, P và linh động Al, Mn gây độc. 1.3 Nước: - Hàm lượng nước tự do trong đất nhiều se giúp hòa tan nhiều ion khoáng và hấp thụ theo dòng nước. Nước trong đất cao sẽ giúp hệ rễ sinh trưởng tốt và tăng diện tích tiếp xúc của rễ với hạt keo đất quá trình hút bám và trao đổi chất giữa rễ và đất tăng cường. - Là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến độ hoà tan của các chất khoáng và do đó ảnh hưởng đến độ dễ tiêu đối với cây thông qua sự hút khoáng. 1.4 Ánh sáng: Là tác nhân ảnh hưởng đến quá trình hút khoáng. Ảnh hưởng đến sự đóng mở khí khổng và quang hợp gây tác động gián tiếp đến quá trình hút khoáng. 2. Tác nhân bên trong: Các đặc điểm sinh học của giống, loại cây, sự hấp thu các chất khoáng trong thời gian phát triển các thể phụ thuộc vào đặc điểm di truyền của cây. V. Nguồn cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng khoáng cho cây: 1. Đất là nguồn cung cấp các nguyên tố dinh dưỡng khoáng cho cây: Các muối khoáng trong đất tồn tại ở dạng không tan hay hoà tan. Rễ cây chỉ hấp thụ được muối khoáng ở dạng hoà tan. Sự chuyển hoá muối khoáng từ dạng không tan thành dạng hoà tan ảnh hưởng của nhiều nhân tố nước, lượng oxi, độ pH, nhiệt độ, vi sinh vật đất. Nhưng các nhân tố này lại chịu ảnh hưởng của cấu trúc đất. 2. Phân bón cho cây: - Phân bón là nguồn quan trọng cung cấp các chất dinh dưỡng cho cây trồng. - liều lượng phân bón cao quá mức cần thiết sẽ không chỉ độc hại đối với cây mà còn gây ô nhiễm nhông phẩm và môi trường. VI. Phân bón với năng suất cây trồng và môi trường: 1. Bón phân hợp lý và năng suất cây trồng: Để cây trồng có năng suất cao cần phải bón phân hợp lý: đúng loại, đử số lượng và tỉ lệ thành phần dinh dưỡng, đúng nhu cầu của giống, loài cây trồng, phù hợp với thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây cũng như điều kiện đất đai, thời tiết mùa vụ. 2. Các phương pháp bón phân: - Bón phân qua rễ (bón vào đất): dựa vào khả năng của rễ hấp thụ các ion khoáng từ đất. Bón phân qua rễ gồm bón lót trước khi gieo trồng và bón thúc sau khi trồng cây. - Bón phân qua lá: là sự hấp thụ các ion khoáng qua khí khổng, dung dịch phân bón qua lá phải có nồng độ các ion khoáng thấp khi trời không mưa.