Chương 1 SINH LÍ TÊ' BÀO THựC VẬT ■ Hiểu biết tế bào thực vật là đơn vị cơ bản về cấu trúc và thực hiện các chức năng sinh lí của cơ thể thực vật. ■ Tất cả các hoạt động sống diễn ra trong chất nguyên sinh đều có liên quan chặt chẽ đến các thành phần hóa học cấu tạo nên nó, đến các đặc tính vật lí và hóa keo của chất nguyên sinh. ■ Cần nắm *vững hoạt động sinh lí quan trọng nhất của tê bào là quá trình trao đổi nưóc và sự xâm nhập chất tan vào tế bào thực vật. ĐẠI CƯƠNG VỀ TẾ BÀO THựC VẬT Ngày nay, ai cũng biết các cơ thể sống được xây dựng nên từ các tế bào.
Tuy nhiên, cách đây vài thế kỉ, điều đó vẫn còn bí ẩn. Người đặt nền móng cho việc phát hiện và nghiên cứu về tế bào là Robert Hooke (1635-1763). Ông là người đầu tiên phát hiện ra những cấu trúc nhỏ bé mà mắt thường không thể nhìn thấy nhờ kính hiển vi - dụng cụ cho phép nhìn một vật được phóng đại rất nhiều lần. Khi quan sát lát cắt mỏng lie dưới kính hiển vi, ông nhận thấy nó không đồng nhất mà được chia ra nhiều ngăn nhỏ mà ông gọi là "cell" - tức là tế bào.
Sau phát minh của Robert Hooke, nhiều nhà khoa học đã đi sâu vào nghiên cứu cấu trúc hiển vi của tế bào như phát hiện ra chất nguyên sinh, nhân của tế bào. Việc nghiên cứu tế bào học có bước nhảy vọt thực sự khi kính hiển vi điện tử có độ phân giải cao vởi vật liệu sinh học có kích thước vô cùng nhỏ (0,0015-0,002pm), gấp 100 lần so kính hiển vi thường ra đời. Nhò kính hiển vi điện tử mà người ta có thể quan sát thế giới nội tế bào có cấu trúc rất tinh vi, phát hiện ra rất nhiều cấu trúc siêu hiển vi mà kính hiển vi thường không nhìn thấy được. 15 Người ta phân ra hai mức độ tổ chức tế bào: các tế bào nhăn nguyên thủy gọi là các thể procariota (vi khuẩn, tảo lam.) chưa có nhăn định hình và các tế bào có nhân thực gọi là các thể eucariota (tế bào của thực vật, động vật và nấm).
Học thuyết tế bào khẳng định rằng tế bào là đơn vị cấu trúc và chức năng của cơ thể sống. Sự sông của một cơ thể là sự kết hợp hài hòa giữa cấu trúc và chức năng của từng tế bào hợp thành. Theo quan niệm về tính toàn năng của tế bào thì mỗi một tế bào chứa một lượng thông tin di truyền tương đương với một cơ thể hoàn chỉnh. Mỗi tẽ bào tương đương với một cơ thể và có khả năng phát triển thành một cơ thể hoàn chỉnh.
Sự khác nhau ở tê bào động vật và thực vật ở chỗ khả năng tái sinh của tế bào thực vật lớn hơn rất nhiều so với tế bào động vật. Vì vậy, đôi với thực vật thì việc nuôi cấy tế bào in vitro để tái sinh cây, nhân bản chúng dễ dàng thành cống với hầu hết tất cả đối tượng thực vật. KHÁI QUÁT VỀ CẤU TRÚC VÀ CHỨC NĂNG SINH LÍ CỦA TẾ BÀO THỰC VẬT 2. Sơ đồ cãu trúc tế bào thực vật Thế giới thực vật vô cùng đa dạng, vố cùng phức tạp, nhưng chúng cùng có một điểm chung nhất, đó là chúng đều xây dựng từ đơn vị cơ bản là tế bào.
Vói các loài thực vật khác nhau, các mô khác nhau thì các tế bào của chúng cũng khác nhau về hình dạng, kích thước và thực hiện các chức năng khác nhau. Tuy nhiên, tất cả các tếbào thực vật đều giống nhau về mô hình cấu trúc. Chúng được cấu trúc từ ba bộ phận là thành tế bào, không bào và chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh là thành phần sống thực hiện các chức năng cơ bản của tế bào.
Nó bao gồm hệ thống màng, các bào quan và chất nền cơ bản. 16 Tê' bào thực vất Thành tế bào Chất nguyên sinh Không bào Hệ thống màng Các bào quan Chất nền (Nhân, lục lạp. ti thể, (Khuôn tê' bào chất) các cấu trúc siêu hiển vi) Hinh 1. Sơ đó vé cấu n úc cùa tẽ bâo rlỉiíc vát 2.
Thành tẽ bào Đặc trưng khác nhau cơ bản giữa tế bào thực vật và động Vật là cấu trúc thành tế bào. Tế bào thực vật có cấu trúc thành tẽ bào khá vững chắc bao bọc xung quanh. Chức năng của thành tếbào - Làm nhiệm vụ bao bọc, bảo vệ cho cho hệ thống chất nguyên sinh bên trong. 2-GTSLTV 17 - Chổng lại áp lực của áp suất thẩm thấu do không bào trung tâm gây nên.
Không bào chứa dich bào và tạo nên ỊỊỊỘt áp. suất thẩm thấu. Tẽ bào hút nước vào không bào và tạo nên áp lực trương hướng lên trên thành tế bào. Nếu không có thành tế bào bảo vệ thì tế-bàoxiễ bị vỡ tung.
Đặc trưng cơ bản của thành tếbào Để đảm nhiệm hai chức năng đó, thành tê bào cần phải bền vững về cơ học nhưng cũng phải mềm dẻo để có thể sinh trưởng được. - Tính bển vững về cơ học có được là nhờ vật liệu cấu trúc có tính đàn hồi và ổn định của các phân tử xenlulozơ. - Tính mềm dẻo của thành tế bào là do các vật liệu cấu trúc mềm mại dưới dạng khuôn vô định hình của các phân tử protopectin, hemixenlulozơ. Hai loại vật liệu đó cùng cấu trúc nên thành tế bào ở một tỉ lệ nhất định tùy theo giai đoạn phát triển của tế bào.
Thành phần hóa học - Xenlulozơ\ Đây là thành phần cơ bản cấu trúc nên thành tế bào thực vật. Thành phần cấu trúc nên phân tử xenlulozơ là các phân tử glucozơ. Mỗi phân tử xenlulozơ có khoảng 10000 gốc glucozơ. Các phân tử xenlulozơ liên kết với nhau tạo nên các sợi xenlulozơ là đơn vị cấu trúc nên thành tế bào.
Cấu tạo cùa phán tử xenlulozơ 18 - Hemixenlulozơ\ Đây là các polisaccarit gồm các monosaccarit khác nhau liên kết với nhau tạo nên: galactozơ, manozd, xylozơ, arabinozd. - Các chất pectin là thành phần quan trọng cấu trúc nên thành tế bào. Pectin kết dính các tê bào với nhau tạo nên Hình 1. Sơ đồ các lớp khác nhau một khôi vững chắc của các của thảnh tế bào mô.
Đặc biệt quan trọng là các protopectin. Nó gồm chuỗi axit pectinic kết hợp vởi canxi tạo nên pectat canxi. Khi thành tế bào phân hủy thì thành phần trưởc tiên bị phân giải là pectin. Các pectin bị phân giải làm cho các tẽ bào tách khỏi nhau, không dính kết với nhau, như khi quả chín, hoặc lúc xuất hiện tầng rời trưóc khi rụng.
Cấu trúc của thành tê bào Thành tế bào có cấu trúc ba lớp chủ yếu: lớp giữa, lop 1 và lởp 2. Lớp giữa có nhiệm vụ gắn kết các tế bào với nhau nên có cấu trúc chủ yếu là pectin dưới dạng pectat canxi. Hai lớp còn lại rất quan trọng bảo đảm độ bền cơ học của thành tê' bào. Thành phần cơ bản cấu trúc nên chúng là cáC-SƠ1 xenlulozơ.
Tùy theo từng loại mô và tuổi cua tẽ bao mà tỉ lệ của xenlulozd khác nhau; càng nhiều xenlulozd thì thành tế bào càng bền vững (cứng). Những biến đổi của thành tếbào Trong quá trình phát triển của tế bào, tùy theo chức năng đảm nhiệm mà thành tế bào có thê có những biến đổi sau: - HóaJ?ồ: Một sô' mô như mô dẫn truyền có thành tế bào bị hóa gỗ do các lớp xenlulozd ngấm hdp chất lignin làm cho thành tế bào rất rắn 19 chắc. Ó mô dẫn, các tế bào hóa gỗ bị chết tạo nên hệ thông ống dẫn làm nhiệm vụ vận chuyển nước đi trong cây. Hệ thông mạch gỗ này thông suốt từ rễ đến lá tạo nên "mạch máu" lưu thông trong toàn cơ thể.
— Hóa bần:, Một số mô làm nhiệm vụ bảo vệ như mô bì, lởp vỏ củ. thì các tế bào đều hóa bần. như lớp vỏ củ khoai tây, khoai lang. Thành tễ bào của chúng bị ngấm các hợp chất suberin và sáp làm cho chúng nước và khí không thể thấm qua, ngăn cản quá trình trao đổi chất và VI sinh vật xâm nhập.
Tạo lớp bần bao bọc cũng là một trong những nguyên nhân gây nên trạng thái ngủ nghỉ sâu của củ, hạt. Các củ, hạt này cần có thời gian ngủ nghỉ để làm tăng dần tính thấm của lốp bần của chúng thì mới nảy mầm được. - Hóa cutin: Tế bào biểu bì của lá, quả, thân cây. thường được bao phủ bằng một lớp cutin mỏng.
Thành tế bào của các tế bào biểu bì thấm thêm tổ hợp của cutin và sáp. Lốp cutin này không thấm nước và khí nên có thể làm nhiệm vụ che chở, hạn chế thoát hơi nước và ngàn cản vi sinh vật xâm nhập. Tuy nhiên, khi tê bào còn non, lớp cutm còn mỏng thì một phần hơi nước có thể thoát qua lớp cutin mỏng, nhưng ở tế bào trưởng thành, khi lớp cutin đã hình thành đủ thì thoát hơi nước qua cutin là không đáng kể. Quá trình hỉnh thành không bào - Động vật có hệ thông bài tiết nên tê bào của chúng không có không bào.
Thực vật không có hệ thông bài tiết riêng nên trong quá trình trao đổi chất của tế bào, một số sản phẩm thừa được chứa và thải ra trong các túi nằm trong mỗi tế bào gọi là không bào. - Không bào bắt đầu hình thành khi tế bào bước sang giai đoạn dãn để tăng kích thước của chúng. Ban đầu không bào xuất hiện dưới dạng các túi nhỏ rải rác trong chất nguyên sinh. Sau đó, các túi nhỏ liên kết vởi nhau tạo nên các túi lởn hơn và cuối cùng, chúng liên kết với nhau tạo nên một không bào trung tâm.
Không bào trung tâm ngày càng lởn lên và khi tế bào già thì không bào trung tâm chiếm hầu hết thể tích của tế bào, đẩy nhân và chất nguyên sinh thành một lởp mỏng áp sát thành tế bào. Vai trò sinh li của không bào - Không bào chứa các chất bài tiết. Ghúng gồm các chất hữu cơ và vô cơ. Các chất hữu cơ bao gồm các axit hữu cơ, đường, vitamin, các sắc tô dịch bào như antoxian, các chất tanin, alcaloit, các muối của các axit hữu cơ như oxalat canxi.
Các chất vô cơ gồm các muối của kim loại như Na, Ca, K. Các chất tan này tạo nên một dung dịch gọi là dịch bào. Dịch bào có độ pH trong khoảng 3,5 - 5,5, có khi thấp hơn do chúng chứa nhiều axit hữu cơ; trong khi đó pH của tế bào chất thường trung tính (pH - 7). - Dịch bào là một dung dịch chất tan khác nhau có nồng độ thay đôi nhiều trong khoảng 0,2-0,8M.
