CHƯƠNG 1 SINH LÝ TẾ BÀO THỰC VẬT Giới thiệu: Giới thiệu về cấu tạo, tổ chức của đơn vị cơ bản nhất tạo nên thực vật – tế bào thực vật Mục tiêu: Kiến thức: + Trình bày được các khái niệm cơ bản trong sinh lý tế bào, đặc tính lý, hoá của tế bào thực vật. + Trình bày được cấu trúc và chức năng của các thành phần cấu tạo nên tế bào thực vật. Kỹ năng: + Sử dụng hiệu quả kính hiển vi. + Có kỹ năng làm tiêu bản.
+ Nhận biết được thành phần cấu tạo tế bào thực vật. Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, chính xác, ham học hỏi. Ý nghĩa của việc nghiên cứu sinh lý tế bào Sinh lý tế bào học là môn khoa học nghiên cứu các quá trình sống của cây như sự hấp thu nước và chất dinh dưỡng của cây, sự vận chuyển và đường hướng vận chuyển nước và các chất hòa tan từ đất qua rễ, thân, cành tới lá rồi sau đó thoát ra ngoài không khí. Một quá trình quan trọng chỉ xảy ra trong thực vật xanh là quang hợp (quá trình tổng hợp Carbohydrate từ nước và CO 2 trong không khí diễn ra tại diệp lục tố dưới tác dụng của ánh sáng).
Sự sinh trưởng và phát triển của cây bao gồm hàng trăm phản ứng trong cây như sự hình thành hoa, trái, sự chín của trái,… Sinh lý thực vật nghiên cứu tất cả các quá trình này. Tổ chức cấu trúc và đặc điểm lí hóa của tế bào Sơ lược về cấu trúc của thực vật 1 Hình 1.1: Cấu tạo tổng quát của cơ thể thực vật. Mặt cắt: (a) lá, (b) thân, (c) rễ. * Về mặt hình thái cây vào giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng gồm 3 cơ quan chính: - Rễ: giúp cây đứng vững và hấp thu khoáng, nước.
- Thân: liên kết lá – rễ, vận chuyển các chất dự trữ. - Lá: làm nhiệm vụ quang hợp và thoát hơi nước. * Về mặt giải phẫu Mô phân sinh là nơi phân cắt tế bào, có 3 vùng chính: mô phân sinh ngọn, mô phân sinh rễ và mô phân sinh chồi non. Mô dinh dưỡng có 3 loại chính: - Mô biểu bì: lông hút (rễ) và khí khẩu (lá) là cơ quan nằm trên những mô biểu bì.
- Mô bao quanh: Nhu mô: thực hiện dự trữ, quang hợp,… 2 Giao mô: gần phía ngoài của thân, cuống lá, loại mô này có khả năng kéo dài. Cương mô: giúp cơ quan cứng cáp, chống đỡ. Mô này không có khả năng kéo dài. - Mô mạch: có mô gỗ và mô libe.
+Mô gỗ: tế bào mô gỗ có vách dày và chết đi khi già. Nhiệm vụ dẫn nước, muối khoáng và các chất khác. +Mô libe: vách tề bào mô libe tẩm Lignin. Tế bào trong mô libe gọi là ống libe hay ống sàng.
Ống sàng liên kết với tế bào nhu mô có tế bào chất đậm đặc hơn gọi là tế bào kém. Tổ chức cấu trúc của một tế bào: Thực vật là sinh vật đa bào được cấu tạo bởi hàng triệu tế bào với những chức năng riêng biệt. Tất cả các tế bào thực vật đều có một tổ chức chung bao gồm thành tế bào, nguyên sinh chất và không bào. Tế bào thực vật khi nằm trong các mô thì chúng thường có hình đa giác, có kích thước rất nhỏ (khoảng 1 triệu tế bào mới tạo nên một hình khối có thể tích 1 cm3).2: Mô tả cấu trúc của một tế bào thực vật 2.
Thành tế bào a/ Cấu trúc thành tế bào Cấu trúc thành tế bào là một đặc trưng để phân biệt tế bào thực vật với tế bào động vật. Thành tế bào tạo nên sự cứng chắc cho tế bào, có khả năng sinh trưởng, và có 2 chức năng chính: 3 - Bao bọc, bảo vệ tế bào chống lại các áp lực bên ngoài và bên trong do áp suất thủy tĩnh của không bào gây ra. - Ngăn cản sự thâm nhập tự do, giúp vận chuyển nước và các ion khoáng ra ngoài hay vào trong tế bào nhờ hiện tượng khuếch tán. Thành tế bào thực vật bào gồm vách sơ lập (lớp nhất), vách hậu lập (lớp hai) và lớp chung (lớp giữa).
Lớp giữa (Middle Lamella): được hình thành khi tế bào phân chia để phân cách ranh giới giữa hai tế bào và gắn kết các tế bào với nhau. Thành phần chủ yếu là Pectin. Pectin cũng có thể bị phá vỡ bởi các enzyme (khi trái chín). Lớp nhất (Primary cell wall): được hình thành trong quá trình sinh trưởng dãn của tế bào.
Thành phần cấu tạo từ các chất liệu vừa mềm dẻo, vừa đàn hồi để điều tiết sự sinh trưởng của tế bào gồm khoảng 30% cellulose (gồm 2000- 25.000 các phân tử 1-4 -D-glucan liên kết với nhau để tạo thành một cấu trúc sợi dài từ 1-5 µm). Từ 40-70 chuỗi được kết chặt bởi liên kết hydrogen giữa các nhóm OH của phân tử đường để hình thành cấu trúc tinh thể gọi là vi sợi với đường kính 3nm. Cellulose rất ổn định và hầu như không hòa tan. Ngoài ra, lớp nhất còn có thêm thành phần vật liệu nền là pectin và hemincellulose.
Lớp hai ( Secondary cell wall): được hình thành khi tế bào ngừng sinh trưởng để tăng độ bền vững cơ học của thành tế bào. Lớp 2 thường dày hơn lớp nhất, với hàm lượng cellulose nhiều hơn lớp nhất (khoảng 60%). Lớp 2 có ít pectin hơn do đó kết hợp ít nước và đậm đặc hơn lớp nhất. Thành phần quan trọng của lớp 2 là lignin chiếm 15-30% trong lượng khô của mô gỗ.
Lignin có vai trò quan trọng trong việc giữ cho lớp tế bào cứng chắc. Lignin không hòa tan trong các dung môi, có trọng lượng phân tử cao và có hương thơm.3: Cấu tạo vách tế bào 4 b/ Những biến đổi của thành tế bào Trong qua trình phát triển của tế bào, tùy theo chức năng đảm nhiệm của tế bào mà thành tế bào có thể có những biến đối sau: - Hóa gỗ: một số mô như mô dẫn có thành tế bào bị hóa gỗ do các lớp Cellulose ngấm hợp chất Lignin làm cho thành tế bào rất rắn chắc. Tế bào hóa gỗ tạo nên hệ thống ống dẫn làm nhiệm vụ vận chuyển nước đi trong cây. - Hóa bần: một số mô làm nhiệm vụ bảo vệ như mô bì, lớp vỏ củ… thì các tế bào đều hóa bần, như lớp vỏ củ khoai tây, khoai lang… Thành tế bào của chúng bị ngấm các hợp chất suberin và sáp làm cho chúng không thể thấm được nước và khí, ngăn cản quá trình trao đổi chất và vi sinh vật xâm nhập.
- Hóa Cutin: Tế bào biểu bì của lá, quả, thân cây… thường được bao phủ bằng một lớp Cutin mỏng. Thành tế bào của tế bào biểu bì có thêm thành phần Cutin và sáp. Lớp Cutin không thấm nước và khí làm nhiệm vụ che chở, hạn chế thoát hơi nước và ngăn cản vi sinh vật xâm nhập. Sự Cutin hóa Sự hóa gỗ Sự hóa bần Hình 1.4: Những biến đổi của thành tế bào 2.
Chất nguyên sinh a/ Màng tế bào (Plasma membrane) Màng tế bào có 2 lớp lipid phân cực (Phospholipids). Màng Phospholipid có 2 đầu, đầu kị nước hướng vào nhau, đầu kia ưa nước hướng vào trong tế bào chất và ra môi trường bên ngoài để hấp thu và vận chuyển nước vào trong tế bào.Nhiệm vụ của 2 lớp lipid này là vận chuyển nước vào ra tế bào. Màng tế bào còn là một màng chọn lọc do trên màng tế bào có protein được chen vào giữa Phospholipid. Một số Protein xuyên qua khuôn lipid hoàn toàn, hình thành nên con đường thông giữa bên trong tế bào và môi trường bên ngoài.
Số lượng protein trên màng khác nhau, có những màng có protein chiếm 50% 5 trọng lượng như màng ty thể. Sự hiện diện các protein trên màng tế bào đóng vai trò như một enzyme, hay một chất nhận hoặc một chất xúc tác chuyển vận các chất tan từ môi trường ngoài vào trong tế bào. Vì vậy, nhiệm vụ của các Protein trên màng tê bào là vận chuyển các chất hòa tan có trọng lượng phân tử lớn một cách chọn lọc.5: Màng tế bào b/Tế bào chất Tế bào chất bao gồm những thể (Ribosomes), hạt (lục lạp = Chloroplast), hệ thống ống (mạng lưới nội chất = Endoplasmic Reticulum, ER), không bào (Vacuole). Không bào Khi tế bào còn non, không bào chỉ là những giọt nhỏ nằm rải rác trong nguyên sinh chất hiện dưới dạng túi nhỏ.
Khi tế bào trưởng thành các giọt liên kết với nhau tạo nên các túi lớn và cuối cùng, chúng liên kết với nhau tạo nên một không bào trung tâm hơn chiếm 80% thể tích tế bào. Không bào trung tâm này ngày càng lớn lên và khi tế bào già thì không bào trung tâm chiếm gần hết thể tích của tế bào, đẩy nhân và chất nguyên sinh thành một lớp mỏng áp sát thành tế bào. Ở các mô dự trữ thì ngược lại, không bào sẽ thu hẹp lại để chứa các chất dự trữ. 6 Không bào chứa các chất bài tiết do quá trình hoạt động trao đổi chất của tế bào sản sinh ra.
Chúng gồm các chất hữu cơ và vô cơ: các acid hữu cơ, đường, vitamin, sắc tố dịch bào, các muối của các acid hữu cơ, các muối của kim loại như Na, Ca, K… Các chất này tạo nên mọt dung dịch gọi là dịch bào. Dịch bào có nồng độ thay đổi nhiều trong khoảng 0,2 – 0,8M, phụ thuộc vào cường độ trao đổi chất của tế bào, phụ thuộc vào loại tế bào Hình1.6: Sự phát triển của không bào và tuổi tế bào. Dịch bào sẽ gây nên một áp suất thẩm thấu lớn, đó là động lực để tế bào có thể trao đổi nước và muối khoáng với môi trường bên ngoài. Ngoài ra, không bào có vai trò như một cái kho chứa chất bài tiết của tế bào.
Lượng chất bài tiết và thể tích không bào ngày càng tăng lên theo tuổi, cho đến khi chúng chiếm toàn bộ thể tích tế bào thì tế bào sẽ chết. Mạng lưới nội chất (ER) Bao gồm những mạng hình ống và dĩa được gọi là ER. Hệ thống ống này nối các bào quan với nhau hay từ tế bào này đến tế bào khác xuyên qua cá lỗ nhỏ trên màng tế bào lân cận để trao đổi chất và nước. Trên bề mặt ngoài của mạng lưới nội chất có những thể nhỏ hình cầu là Ribisome.
Lạp thể (Chloroplast) Là cơ quan quan trọng trong tế bào thực vật. Chức năng sinh lý là tổng hợp Carbohydrate.