Bài giảng Sinh lý thực vật - Chương VI: Sinh trưởng và phát triển của thực vật - Trần Thị Hoài Thu

CHƯƠNG VI: SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT BÀI 1: CÁC PHA SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT I. Khái niệm chung về sinh trưởng và phát triển của thực vật: 1. Khái niệm chung về sinh trưởng: - Sinh trưởng là quá trình tăng lên về khối lượng, kích thước, thể tích trong mô tế bào, mô, cơ quan của cơ thể thực vật, kèm theo sự đổi mới về cấu trúc. - Quá trình này tăng lên một cách không thuận nghịch. Ví dụ: từ cây con lớn lên thành cây trưởng thành (cây con có đầy đủ rễ, thân, lá và cây trưởng thành cũng có rễ, thân, lá) 2. Khái niệm chung về phát triển: - Phát triển là xuất hiện những biến đổi về chất bên trong của mô, tế bào và cơ quan trong cấu trúc và chức năng sinh lý di truyền. - Quá trình phát triển bao gồm phân hoá và biến đổi về tuổi. + Khái niệm phân hoá: là sự xuất hiện những sai khác trong qua trình sinh trưởng và phát triển của cơ thể thực vật ở mức tế bào, mô, cơ quan. + Khái niệm biến đổi về tuổi: là toàn bộ những biến đổi sinh lý sinh hoá trong chu trình sống của cơ thể thực vật. Ví dụ: sự ra hoa của cây, quả chín rụng chuyển sang trạng thái nghỉ. II. Các pha sinh trưởng ở thực vật: Gồm 3 pha: Pha phân chia Pha kéo dài Pha phân hóa 1. Pha phân chia: - Phân bào: từ hợp tử bước vào quá trình phân chia nguyên phân để tạo ra vô số tế bào con gọi là phân chia tế bào. - Phân bào nguyên phân gồm 4 kì: trước, giữa, sau, cuối. 2. Pha kéo dài: - Sau khi tế bào được hình thành nó sẽ lớn lên về mặt kích thước bằng cách kéo dài tế bào ban đầu. Trong quá trình này tăng cường hút nước tổng hợp một số hợp chất trong nguyên sinh chất. Làm thể tích nước của không bào tăng lên gấp hàng trăm lần so với pha phân chia, đồng thời dưới tác dụng của auxin làm vách tế bào mềm ra và giản về chiều dài. - Trong pha kéo dài tế bào thì kích thích kéo dài về chiều dài lớn hơn chiều ngang. - Sinh trưởng kéo dài là cơ chế quan trọng biến đổi tăng diện tích mặt lá, tăng chiều dài của thân và hệ thống rễ. - Auxin ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp ARN, protein 3. Pha phân hóa: - Xuất hiện những sai khác trong cấu trúc và chức năng của tế bào từ những tế bào gốc có cùng nguồn gốc và chức năng như nhau nhưng khi đạt đến một kích thước nào đó thì nó chuyển sang thay đổi sinh lý riêng biệt. III. Các pha phát triển của thực vật: Gồm 4 pha: Pha phôi thai Pha non trẻ Pha trưởng thành Pha sinh sản 1. Pha phôi thai: tính từ lúc tế bào trứng được thụ tinh cho đến khi hình thành hạt. 2. Pha non trẻ: tính từ lúc hạt đuợc hình thành cho đến khi nảy mầm. 3. Pha trưởng thành: tính từ lúc cây mầm được hình thành đến khi ra hoa. 4. Pha sinh sản: tính từ lúc ra hoa cho đến khi hình thành hạt. - Căn cứ vào sự lặp lại chu kì sinh trưởng và phát triển chúng ta có thể chia giới thực vật thành các nhóm: + Nhóm cây một năm: chỉ ra hoa, quả một lần rồi chết. (đậu, lúa, ngô) + Nhóm cây hai năm: năm đầu sinh trưởng, năm sau ra hoa, quả. (cà rốt, bắp cải) + Nhóm cây nhiều năm: một số cây tuy sống nhiều năm nhưng chỉ ra hoa đậu quả một lần rồi chết. (tre, nứa) + Nhóm cây nhiều đời quả: chu kì sinh trưởng phát triển được lặp lại nhiều lần. (me, vú sữa, nhãn) - Mối quan hệ giữa sinh trưởng và phát triển: + Sinh trưởng và phát triển là hai quá trình không tách biệt nhau và bao hàm lẫn nhau. + Tuy nhiên có những giai đoạn sinh trưởng không bao hàm phát triển và những giai đoạn phát triển không bao hàm sinh trưởng. + Phát triển không bao hàm sinh trưởng: từ cây trưởng thành ra hoa, hoa phát triển thành phôi. + Sinh trưởng không bao hàm phát triển: cây con thành cây trưởng thành. IV. Điều kiện ngoại cảnh ảnh hưởng tới sinh trưởng và phát triển của thực vật: 1. Ánh sáng: - Ánh sáng ngoài tác động đến quang hợp còn quyết định đến mọi hoạt động trao đổi trong cây, nó còn là một yếu tố điều chỉnh sự sinh trưởng và phát triển của cây. 1.1. Cường độ ánh sáng: - Cường độ ánh sáng yếu kích thích sự giản của tế bào làm cho cây mọc vống, hàm lượng diệp lục tạo ra không đầy đủ. Vì vậy, dễ đỗ ngã, thường thấy cây ở dưới tán rừng hay trong vườn. - Cường độ ánh sáng mạnh kimg hãm sự sinh trưởng, mô cơ phát triển mạnh làm cây thấp, lùn nhưng cứng cáp. 1.2 Chất lượng ánh sáng: - Trong một số các loại tia sáng của ánh sang mặt trời thì tia đỏ có bước sóng 660nm, có hiệu quả rõ nhất đối với sự sinh trưởng và kích thích sự vươn cao của cây, sự ra hoa của cây. - Bước sóng xanh tím kìm hãm sự sinh trưởng làm cây lùn nhưng cứng cáp. 1.4 Độ dài ngày: - Mỗi loại cây để sinh trưởng và phát triển đầy đủ đòi hỏi phải trải qua quang chu kì nhất định. - Độ dài ngày là thời gian chiếu sáng trong ngày, nó tuỳ theo mùa, vĩ độ địa lý, do sự thích ứng của thực vật với sự dài ngày đã hình thành, có 3 nhóm thực vật mà quá trình sinh trưởng và phát triển đặc biệt là ra hoa phụ thuộc vào độ dài ngày. + Cây ngày ngắn: có thể sinh trưởng trong bất kỳ độ dài ngày nào, chỉ ra hoa trong điều kiện ngày ngắn (độ dài chiếu sáng nhỏ hơn 12giờ/ngày). Phần lớn cây nhiệt đới còn ôn đới ở mùa thu. Ví dụ: cà phê, khoang lang, lúa, mì, cúc, thược dược, lạc, đậu tương + Cây ngày dài: có thể sinh trưởng bất kỳ độ dài ngày nào, chỉ ra hoa trong điều kiện ngày dài (độ dài chiếu sáng lớn hơn 12-14giờ/ngày). Phần lớn cây ôn đới ra hoa ở cuối mùa xuân, đầu mùa hè. Ví dụ: lúa mì,phượng vĩ, sen, lúa mạch, lay ơn, ngô phương bắc + Cây trung tính: ra hoa không phụ thuộc vào độ dài ngày, có thể ra hoa bất kỳ thời điểm nào trong năm. Ví dụ: dưa chuột, cà chua, cẩm chướng, mùi tàu 2. Nhiệt độ: - Mỗi loại cây chỉ sống trong giới hạn nhiệt độ nhất định. - Trong phạm vi đó gồm: + Nhiệt độ tối thấp: là nhiệt độ thấp nhất mà cây có thể sống được. + Nhiệt độ tối cao: là nhiệt độ cao nhất mà cây chưa chết nóng. + Nhiệt độ tối thích: là nhiệt độ thích hợp mà cây sinh trưởng và phát triển thuận lợi. - Trong giới hạn đó nếu cây sống trong điều kiện nhiệt độ càng gần tối thấp thì thời gian sinh trưởng càng dài (chậm ra hoa) ngược lại trong điều kiện càng gần nhiệt độ tối cao thì thời gian sinh trưởng càng nhanh (cây ra hoa sớm) Ví dụ: cây ngô sinh trưởng chậm ở 10-370C, sinh trưởng nhanh ở 37-440C, ngừng sinh trưởng ở nhiệt độ thấp 5-100C và cao hơn 44-500C. - Hiện tượng ra hoa của cây phụ thuộc vào nhiệt độ thấp gọi là xuân hoá. 3. Nước: - Sinh trưởng của cơ thể thực vật phụ thuộc vào độ no nước của các tế bào mô phân sinh, nơi diễn ra quá trình phân chia và sinh trưởng dãn dài của tế bào. Tế bào chỉ sinh trưởng trong điều kiện độ no nước không thấp hơn 95%. 4. Hàm lượng oxi: - Rất cần cho sinh trưởng của thực vật. Nồng độ oxi giảm xuống dưới 5% thì sinh trưởng bị ức chế. 5. Dinh dưỡng khoáng: - Thiếu các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu, đặc biệt là nitơ, sinh trưởng của cây bị ức chế, thậm chí bị chết. 6. Các nhân tố bên trong: - Đặc điểm di truyền, các thời kỳ sinh trưởng, sự ra hoa của cây phụ thuộc vào giống cây, loài cây. - Hoocmon thực vật điều tiết tốc độ sinh trưởng của cây. V. Ứng dụng kiến thức về sinh trưởng và phát triển của thực vật trong đời sống: 1. Ứng dụng kiến thức sinh trưởng: - Xử lý hạt, củ nảy mầm. - Trong việc điều tiết sinh trưởng của cây gỗ trong rừng, khi cây còn non, các chủ rừng để mật độ cây dày nhằm thúc cây gỗ non mọc vống nhanh nhờ điều kiện ánh sáng yếu của tán rừng. Về sau, khi sinh trưởng của cây đã đạt đến chiều cao cần thiết, tuỳ thuộc vào đặc điểm giống, loài cây và mục đích sử dụng của con người, người ta chặt tỉa bớt, để lại số lượng cây cần thiếtnhằm tăng lượng ánh sáng lọt xuống tán rừng giúp làm chậm sinh trưởng theo chiều cao, nhưng tăng về đường kính, bảo đảm cây gỗ to, khoẻ và đáp ứng đòi hỏi của thị trường. 2. Ứng dụng về kiến thức phát triển: - Về tác động của nhiệt độ, ánh sáng được sử dụng t rong công tác chọn cây trồng, theo mùa, xen canh, gối vụ cây nông nghiệp, trồng rừng hỗn loài. BÀI 2: CÁC CHẤT ĐIỀU HOÀ SINH TRƯỞNG VÀ PHÁT TRIỂN CỦA THỰC VẬT I. Các chất điều hoà sinh trưởng: 1. Khái niệm chung: Trong cơ thể thực vật ngoài những chất dinh dưỡng như prôtein, gluxit, lipit còn có một số chất với hàm lượng rất thấp, nó điều tiết quá trình sinh trưởng của cây, chất đó gọi là chất điều hoà sinh trưởng hay hoocmon. 2. Hoocmon sinh trưởng của thực vật: 2.1. Auxin: (IAA, AIA) - Là một nhóm chất kích thích được biết đến rất sớm. - Trong cơ thể thực vật, Auxin tạo ra ở mô phân sinh ngọn, nội nhũ, lá non, hạt phấn - Trong cây Auxin tồn tại ở hai dạng là trạng thái hoạt động (trạng thái tự do) và trạng thái không hoạt động (trạng thái liên kết) và cũng dễ làm mất tác nhân của Auxin như ánh sáng, oxi - Vai trò sinh lý của Auxin: + Kích thích sự sinh trưởng của tế bào. + Làm cho tế bào tăng lên về kích thước chủ yếu theo chiều ngang, dẫn đến tăng kích thước của lá, quả, củ + Auxin gây tính hướng địa, hướng thuỷ, hướng quang + Auxin tham gia duy trì ưu thế ngọn. Khi chồi ngọn đang sinh trưởng sẽ ức chế chồi bên, nếu chặt bỏ ngọn thì chồi bên sẽ sinh trưởng mạnh. + Auxin kích thích sự hình thành rễ ở giâm cành, chiết cành. + Auxin ngăn ngừa rụng lá, hoa, quả, tạo ra quả không hạt cho một số cây như bầu, bí, đu đủ + Auxin còn tăng cường quá trình quang hợp và hô hấp. 2.2 Gibbrellin: (GA) - Được tổng hợp ở trong lá, trong rễ và trong các cơ quan đang sinh trưởng như hạt, quả, chồi. - Gibbrellin trong cây cũng có thể ở dạng tự do hay dạng liên kết với các hợp chất khác. - Ánh sang kích thích sự tổng hợp gibbrellin. - Vai trò sinh lý của Gibbrellin: + Chống lại các đột biến lùn trong cây, kích thích tăng trưởng chiều cao. + Kích thích sự nảy mầm của hạt, quả, củ. Kích thích sự ra hoa và điều chỉnh giới tính, làm tăng tỉ lệ hoa đực. + Tạo ra quả không hạt 2.3 Xytokinin: - Phát hiện thấy ở vi sinh vật, tảo, dương xỉ, rêu và các thực vật bậc cao khác. - Có nhiều trong hạt, quả đang lớn, trong mô phân sinh đang hoạt động. - Vai trò sinh lý của Xytokinin: + Kích thích sự phân chia tế bào, tăng cường tổng hợp axit nuclêic và prôtein + Ảnh hưởng đến sự phân hoá chồi: Tỉ lệ Xytokinin/Auxin cao kích thích tạo chồi, còn Xytokinin/Auxin thấp sẽ dẫn đến phân hoá rễ. + Kích thích sự nảy mầm, kìm hãm hoá già, duy trì trạng thái trẻ của mô, cơ quan toàn cơ thể. 3. Hoocmon ức chế sinh trưởng của thực vật: 3.1 Axit abxixic: (AAB) - Có mặt trong các mô đang hoá già,lá, chóp rễ, trong các cơ quan dự trữ như củ, quả, hạt... - Nó tồn tại 2 dạng: dạng tự do có hoạt tính và dạng dự trữ không có hoạt tính. - Vai trò sinh lý: + Duy trì trạng thái nghỉ, ức chế sự nảy mầm. + Gây hiện tượng rụng lá, rụng hoa, rụng quả. + Gây đóng khí khổng, ức chế hoạt tính amilaza làm tích lũy tinh bột gây đóng khí khổng. 3.2 Etylen: (C2H4) - Khí Etylen được sản sinh ra trong hầu hết các phần khác nhau của hầu hết thực vật. Tốc độ hình thành Etylen phụ thuộc vào loại mô và giai đoạn phát triển thực vật. - Phân bố ở một số vi sinh vật, nấm, nhiều loài thực vật sản sinh ra. Etylen diễn ra mạnh ở mô lá già và quả đang chín, khi mô bị tổn thương hay bị tác động của điều kiện bất lợi (ngập úng, rét, hạn, nóng và bị bệnh). - Vai trò sinh lý : + Tồn tại ở trang thái khí, xúc tiến quá trình chín của quả. + Gây rụng lá, hoa, quả, thúc đẩy sự ra hoa của cây. + Etylen cũng kìm hãm sự tổng hợp và vận chuyển Auxin trong cây nên có vai trò đối kháng với Auxin. 3.3 Các hợp chất phenol: - Trong cây các hợp chất phenol rất phong phú, thường được tổng hợp ở mô già, dự trữ hay bị bệnh. - Kìm hãm sự sinh trưởng, là yếu tố gây già hóa cơ quan. II. Một số ứng dụng các chất điều hòa sinh trưởng : - Ứng dụng làm tăng sinh khối chiều cao của cây hay cơ quan nào đó người ta dùng Auxin và Gibbrellin với nồng độ tương đối thấp. - Kích thích sự ra rễ trong giâm và chiết cành, ghép cành thường sử dụng Auxin bằng phương pháp chấm nhanh hay ngâm trong nồng độ thấp. - Điều chỉnh sự ngủ của thực vật, có thể rút ngắn thời gian nghỉ để bắt nó nảy mầm thường dùng Gibbrellin. - Điều chỉnh sự ra hoa của cây thường dùng Gibbrellin và etylen. - Điều chỉnh giới tính của cây trong công tác chọn giống dùng Gibbrellin và etylen. - Hạn chế rụng quả, tạo quả không hạt thường dùng Auxin và Gibbrellin. - Kích thích sự chín của quả hạt thường dùng Etylen. - Ngăn chặn sự rụng lá, hoa dùng Auxin và Gibbrellin. III. Tương quan hoocmon thực vật: - Tương quan giữa hoocmon điều tiết sinh trưởng và hoocmon điều tiết phát triển của thực vật gồm: - Tương quan giữa hoocmon kích thích và hoocmon ức chế sinh trưởng của thực vật. Ví dụ: Chất kích thích và chất ức chế là Gibbrellin/Axit abxixic điều tiết trạng thái sinh lý của hạt. Trong hạt khô, Gibbrellin rất thấp nhưng Axit abxixic đạt cực đại. Trong hạt nảy mầm, Gibbrellin tăng nhanh và đạt cực đại nhưng Axit abxixic giảm xuống mạnh. - Tương quan giữa các hoocmon kích thích với nhau. Ví dụ: Tương quan giữa Auxin và Xitôkinin điều tiết sự phát triển của mô. Khi ưu thế nghiêng về Auxin, kích thích mô ra rễ. Khi ưu thế nghiêng về Xitkinin, kích thích chồi xuất hiện.