I. LÝ THUYẾT TRỌNG TÂM

1. Sự hấp thụ nước và chất khoáng từ môi trường ngoài vào rễ

Ở đa số thực vật, nước và chất khoáng hoà tan trong đất được cây hấp thụ chủ yếu qua các tế bào lông hút thuộc miền lông hút của rễ. Tế bào lông hút là tế bào biểu bì rễ biến dạng, có thành tế bào mỏng và kéo dài ra giúp tăng diện tích tiếp xúc với đất.

Con đường đi của nước và chất khoáng: Nước và chất khoáng từ đất → tế bào lông hút → các tế bào vỏ rễ → mạch gỗ của rễ → tiếp tục vận chuyển lên thân và lá (dòng đi lên).

Sự phát triển của bộ rễ ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hấp thụ nước và chất khoáng. Rễ càng phát triển, có nhiều lông hút thì cây hấp thụ nước và khoáng chất càng tốt.

2. Sự vận chuyển các chất trong cây

Trong thân cây có hai hệ thống mạch dẫn chạy song song, đảm nhận việc vận chuyển các chất khác nhau:

a) Mạch gỗ (dòng đi lên)

Mạch gỗ vận chuyển nước và các ion khoáng hoà tan từ rễ lên thân, cành và lá cây. Hướng vận chuyển chủ yếu là từ dưới lên trên (từ rễ lên lá). Nguồn gốc của các chất được vận chuyển là nước và khoáng chất hấp thụ từ đất.

b) Mạch rây (dòng đi xuống)

Mạch rây vận chuyển các chất hữu cơ (đường, axit amin,…) do lá tổng hợp được trong quá trình quang hợp. Hướng vận chuyển chủ yếu là từ trên xuống dưới (từ lá xuống thân, rễ), đưa chất hữu cơ đến các nơi cần sử dụng hoặc các bộ phận dự trữ như hạt, củ, quả.

Bảng so sánh mạch gỗ và mạch rây:

3. Quá trình thoát hơi nước ở lá

a) Hoạt động đóng, mở khí khổng

Thoát hơi nước ở thực vật diễn ra chủ yếu qua khí khổng ở lá. Tác nhân chủ yếu điều tiết sự thoát hơi nước là hàm lượng nước trong tế bào khí khổng, thông qua cơ chế đóng mở khí khổng.

Mỗi khí khổng gồm hai tế bào hình hạt đậu, trong đó thành phía trong (quay vào nhau) dày, thành phía ngoài mỏng.

• Khi cây đủ nước: Tế bào khí khổng trương nước (no nước), thành mỏng căng phồng ra kéo theo thành dày cong theo → khí khổng mở rộng → hơi nước thoát ra nhiều.
• Khi cây thiếu nước: Tế bào khí khổng mất nước, xẹp xuống, thành mỏng hết căng và thành dày duỗi thẳng lại → khí khổng đóng lại → hơi nước thoát ra ít.

b) Ý nghĩa của sự thoát hơi nước ở lá

Quá trình thoát hơi nước có ba ý nghĩa quan trọng:

Đối với cây:

• Thoát hơi nước tạo ra động lực đầu trên (lực kéo) của dòng đi lên, giúp vận chuyển nước và chất khoáng từ rễ lên lá và đến các bộ phận trên mặt đất.
• Khi khí khổng mở để thoát hơi nước, khí $CO_2$ khuếch tán vào bên trong lá, cung cấp nguyên liệu cho quá trình quang hợp, đồng thời $O_2$ được giải phóng ra ngoài.
• Hơi nước thoát ra mang theo nhiệt, giúp hạ nhiệt độ của lá vào những ngày nắng nóng, bảo vệ lá không bị tổn thương do nhiệt.

Đối với môi trường:

• Làm mát và tăng độ ẩm không khí xung quanh.
• Hấp thụ $CO_2$ và giải phóng $O_2$ giúp điều hoà khí hậu.

4. Một số yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến trao đổi nước và chất dinh dưỡng ở thực vật

Quá trình trao đổi nước và chất dinh dưỡng ở thực vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố:

a) Đặc điểm của đất:

• Độ ẩm đất: Cây chỉ hút được chất khoáng khi chúng hoà tan trong nước, nên cần đảm bảo đủ độ ẩm cho đất.
• Độ thoáng khí: Đất tơi xốp, thoáng khí (có nhiều $O_2$) giúp rễ hô hấp tốt, tăng khả năng hấp thụ nước và khoáng chất.
• Ví dụ: Đất đỏ bazan có tầng đất dày, tơi xốp, giàu dinh dưỡng, rất thuận lợi cho cây trồng.

b) Ánh sáng: Chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước ở lá, vì ánh sáng là tác nhân gây mở khí khổng.

c) Nhiệt độ: Ảnh hưởng đến cả ba quá trình: hấp thụ nước ở rễ, vận chuyển nước trong thân và thoát hơi nước ở lá.

d) Độ ẩm không khí: Liên quan chặt chẽ đến thoát hơi nước ở lá. Độ ẩm không khí càng thấp thì thoát hơi nước càng mạnh (và ngược lại).

5. Vận dụng vào thực tiễn

Nhu cầu nước, ánh sáng và chất dinh dưỡng khác nhau tuỳ loài cây, giai đoạn phát triển và điều kiện thời tiết. Một số ứng dụng thực tiễn:

• Trước khi trồng cây hoặc gieo hạt: Cày bừa đất cho tơi xốp, thoáng khí (giúp rễ hấp thụ nước và khoáng tốt hơn), đồng thời bón lót phân để bổ sung chất dinh dưỡng cho đất.
• Khi di chuyển cây đi trồng nơi khác: Thường cắt bớt một phần cành, lá để giảm diện tích thoát hơi nước, tránh cho cây mất nước quá nhiều khi bộ rễ chưa hoạt động bình thường. Nên trồng vào ngày trời râm, mát.
• Những ngày khô hanh, nắng nóng: Cần tưới nhiều nước cho cây vì cây thoát hơi nước mạnh, dễ bị thiếu nước.
• Rau sử dụng thân, lá (rau cải, rau muống,…) cần bón nhiều phân đạm (chứa nitrogen) để cây phát triển thân lá tốt.

II. PHƯƠNG PHÁP GIẢI CÁC DẠNG BÀI TẬP

Dạng 1: Phân biệt mạch gỗ và mạch rây – Sự vận chuyển các chất trong cây

Phương pháp chung:

Ghi nhớ nguyên tắc cốt lõi:

• Mạch gỗ: vận chuyển nước + khoáng, chiều từ rễ LÊN lá.
• Mạch rây: vận chuyển chất hữu cơ, chiều từ lá XUỐNG rễ (và đến khắp cây).
• Thành phần dịch mạch gỗ: nước và các ion khoáng.
• Thành phần dịch mạch rây: các chất hữu cơ.

Ví dụ 1

Đề bài: Thành phần chủ yếu của dịch mạch gỗ là gì?

A. Nước B. Các hợp chất hữu cơ tổng hợp ở rễ C. Các ion khoáng D. Nước và các ion khoáng

Lời giải:

Mạch gỗ vận chuyển dòng đi lên từ rễ đến lá. Dịch chảy trong mạch gỗ bao gồm nước mà rễ hấp thụ từ đất cùng với các ion khoáng hoà tan trong nước đó.

Đáp án A chỉ có nước (thiếu khoáng), đáp án C chỉ có ion khoáng (thiếu nước), đáp án B sai vì chất hữu cơ đi trong mạch rây. Đáp án D đầy đủ nhất.

Đáp án: D. Nước và các ion khoáng

Ví dụ 2

Đề bài: Trong một thí nghiệm chứng minh dòng mạch gỗ và dòng mạch rây, người ta tiêm vào mạch rây thuộc phần giữa thân của một cây đang phát triển mạnh một dung dịch màu đỏ; đồng thời, một dung dịch màu vàng được tiêm vào mạch gỗ ở cùng độ cao. Hiện tượng nào dưới đây có xu hướng xảy ra sau khoảng một ngày?

A. Ngọn cây chỉ có thuốc nhuộm đỏ, chóp rễ chỉ có thuốc nhuộm vàng.

B. Ngọn cây chỉ có thuốc nhuộm vàng; chóp rễ chỉ có thuốc nhuộm đỏ.

C. Ngọn cây có cả thuốc nhuộm đỏ và vàng; chóp rễ chỉ có thuốc nhuộm đỏ.

D. Ngọn cây chỉ có thuốc nhuộm đỏ; chóp rễ có cả thuốc nhuộm đỏ và vàng.

Lời giải:

Phân tích chiều vận chuyển của từng dung dịch:

• Thuốc nhuộm vàng tiêm vào mạch gỗ → mạch gỗ vận chuyển từ rễ lên ngọn → thuốc nhuộm vàng đi lên ngọn cây.
• Thuốc nhuộm đỏ tiêm vào mạch rây → mạch rây vận chuyển chất hữu cơ đến khắp cây (chủ yếu từ lá xuống rễ, nhưng cũng đi đến các bộ phận cần dùng) → thuốc nhuộm đỏ đi khắp cây, bao gồm cả ngọn và rễ.

Kết quả: Ngọn cây có cả thuốc nhuộm đỏ (từ mạch rây) và vàng (từ mạch gỗ). Chóp rễ chỉ có thuốc nhuộm đỏ (từ mạch rây đi xuống), không có thuốc nhuộm vàng (vì mạch gỗ đi lên, không đi xuống rễ).

Đáp án: C

Dạng 2: Cơ chế đóng mở khí khổng và vai trò thoát hơi nước

Phương pháp chung:

• Khí khổng mở khi tế bào no nước (thành mỏng căng → thành dày cong theo → lỗ khí mở).
• Khí khổng đóng khi tế bào mất nước (thành mỏng hết căng → thành dày duỗi thẳng → lỗ khí đóng).
• Thoát hơi nước có 3 vai trò: tạo lực kéo vận chuyển nước lên, mở khí khổng cho $CO_2$ vào, hạ nhiệt cho lá.

Ví dụ 1

Đề bài: Khi tế bào khí khổng no nước thì điều gì xảy ra?

A. Thành mỏng căng ra, thành dày co lại làm cho khí khổng mở ra.

B. Thành dày căng ra làm cho thành mỏng căng theo, khí khổng mở ra.

C. Thành dày căng ra làm cho thành mỏng co lại, khí khổng mở ra.

D. Thành mỏng căng ra làm cho thành dày căng theo, khí khổng mở ra.

Lời giải:

Tế bào khí khổng có thành ngoài mỏng, thành trong dày. Khi tế bào no nước, nước làm tế bào trương lên. Thành mỏng (phía ngoài) dễ căng phồng hơn, khi nó căng ra sẽ kéo theo thành dày (phía trong) cong theo, làm lỗ khí giữa hai tế bào mở rộng.

Đáp án: D. Thành mỏng căng ra làm cho thành dày căng theo, khí khổng mở ra

Ví dụ 2

Đề bài: Cây sống ở vùng khô hạn, mặt trên của lá thường không có khí khổng. Hiện tượng này có tác dụng gì?

A. Tránh nhiệt độ cao làm hư hại các tế bào bên trong lá. B. Giảm sự thoát hơi nước của cây. C. Giảm ánh nắng gay gắt của mặt trời. D. Tăng số lượng khí khổng ở mặt dưới của lá.

Lời giải:

Ở vùng khô hạn, nguồn nước rất khan hiếm. Mặt trên của lá tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng, nếu có khí khổng thì hơi nước sẽ thoát ra rất nhanh. Việc không có khí khổng ở mặt trên giúp cây giảm bớt sự thoát hơi nước, hạn chế mất nước trong điều kiện khô hạn, giúp cây tồn tại được.

Đáp án: B. Giảm sự thoát hơi nước của cây

Dạng 3: Vận dụng giải thích các biện pháp kĩ thuật trong trồng trọt

Phương pháp chung:

Dựa vào kiến thức về:

• Rễ hấp thụ nước và khoáng qua lông hút → đất cần tơi xốp, đủ ẩm.
• Thoát hơi nước ở lá → cắt bớt lá giảm mất nước, tưới nước khi nắng nóng.
• Mạch gỗ vận chuyển nước lên, mạch rây vận chuyển chất hữu cơ xuống.
• Các yếu tố ảnh hưởng: ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm đất, độ ẩm không khí.

Ví dụ 1

Đề bài: Vì sao trước khi trồng cây hoặc gieo hạt, người ta thường cày, bừa đất rất kĩ và bón lót một số loại phân?

Lời giải:

Việc cày bừa đất kĩ có hai tác dụng:

• Làm cho đất trở nên tơi xốp, thoáng khí, giúp rễ cây dễ dàng phát triển lông hút và tăng khả năng hấp thụ nước, chất khoáng. Đất thoáng khí cũng giúp rễ hô hấp tốt hơn (cần $O_2$).
• Thúc đẩy quá trình hoà tan các chất khoáng trong đất, giúp cây dễ hấp thụ hơn.

Việc bón lót phân nhằm bổ sung thêm chất dinh dưỡng cho đất, cung cấp đầy đủ nguyên liệu khoáng chất cho cây ngay từ giai đoạn đầu phát triển.

Hai biện pháp này kết hợp tạo điều kiện tốt nhất cho cây con hoặc hạt giống phát triển.

Ví dụ 2

Đề bài: Vì sao khi di chuyển cây đi trồng ở nơi khác, người ta thường cắt bớt một phần cành, lá?

Lời giải:

Khi đào cây lên để di chuyển, bộ rễ bị tổn thương, nhiều lông hút bị đứt gãy. Do đó, khả năng hấp thụ nước của rễ giảm mạnh.

Trong khi đó, lá cây vẫn tiếp tục thoát hơi nước. Nếu lượng nước thoát ra ở lá lớn hơn lượng nước rễ hấp thụ được, cây sẽ bị mất nước nghiêm trọng, héo và chết.

Việc cắt bớt cành, lá giúp giảm diện tích thoát hơi nước, cân bằng lại giữa lượng nước hấp thụ (ít do rễ bị tổn thương) và lượng nước mất đi (giảm nhờ bớt lá), giúp cây sống sót và phục hồi bộ rễ.

Ví dụ 3

Đề bài: Vì sao dưới bóng cây mát hơn dưới mái che bằng vật liệu xây dựng?

Lời giải:

Dưới bóng cây mát hơn vì hai lí do chính:

Thứ nhất, cây thoát hơi nước qua khí khổng ở lá (khoảng 90% lượng nước cây hút được). Hơi nước thoát ra mang theo nhiệt, làm giảm nhiệt độ không khí phía dưới tán cây khoảng 6 – 10°C so với môi trường xung quanh.

Thứ hai, khi khí khổng mở để thoát hơi nước, $O_2$ cũng được giải phóng ra môi trường và $CO_2$ khuếch tán vào lá. Không khí dưới tán cây giàu $O_2$ và ít $CO_2$, khiến ta cảm thấy dễ chịu hơn.

Mái che bằng vật liệu xây dựng không có khả năng thoát hơi nước hay giải phóng $O_2$, hơn nữa vật liệu còn hấp thu nhiệt từ môi trường và khó giải phóng nhiệt. Vì vậy, đứng dưới mái che sẽ nóng hơn so với đứng dưới bóng cây.

III. SƠ ĐỒ TƯ DUY

1. Hấp thụ nước và khoáng ở rễ

• 1.1. Qua tế bào lông hút (miền lông hút của rễ)
• 1.2. Con đường: đất → lông hút → tế bào vỏ rễ → mạch gỗ
• 1.3. Bộ rễ phát triển → hấp thụ tốt hơn

2. Vận chuyển các chất trong cây

• 2.1. Mạch gỗ (dòng đi lên):
  • Nước + ion khoáng
  • Từ rễ lên lá
• 2.2. Mạch rây (dòng đi xuống):
  • Chất hữu cơ (do lá tổng hợp)
  • Từ lá xuống rễ và đến nơi cần dùng, nơi dự trữ

3. Thoát hơi nước ở lá

• 3.1. Diễn ra chủ yếu qua khí khổng
• 3.2. Cơ chế: đóng mở khí khổng phụ thuộc hàm lượng nước
  • No nước → thành mỏng căng → thành dày cong → khí khổng mở
  • Mất nước → thành mỏng hết căng → thành dày duỗi thẳng → khí khổng đóng
• 3.3. Ý nghĩa:
  • Tạo lực kéo vận chuyển nước từ rễ lên lá
  • Mở khí khổng cho $CO_2$ vào, $O_2$ ra
  • Hạ nhiệt độ lá

4. Yếu tố ảnh hưởng

• 4.1. Đặc điểm đất: độ ẩm, độ thoáng khí
• 4.2. Ánh sáng: tác nhân gây mở khí khổng
• 4.3. Nhiệt độ: ảnh hưởng hấp thụ, vận chuyển, thoát hơi nước
• 4.4. Độ ẩm không khí: thấp → thoát hơi nước mạnh

5. Vận dụng thực tiễn

• 5.1. Cày bừa đất tơi xốp, bón lót phân trước khi trồng
• 5.2. Cắt bớt cành lá khi di chuyển cây
• 5.3. Tưới nhiều nước ngày nắng nóng, khô hanh
• 5.4. Bón phân đạm cho rau ăn lá

IV. SAI LẦM THƯỜNG GẶP

Cô Trần Thị Thanh Thảo

(Người kiểm duyệt, ra đề)

Chức vụ: Trưởng ban biên soạn môn Khoa Học Tự Nhiên THCS

Trình độ: Cử nhân Sư phạm KHTN, Chứng chỉ hạng II, Chứng chỉ Tin học, Ngoại ngữ B1

Kinh nghiệm: 6+ năm kinh nghiệm tại Trường THCS Nguyễn Siêu