Bài tập tự luận ôn tập Vai trò và quá trình trao đổi nước ở thực vật Sinh học 11

VAI TRÒ VÀ QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT

Câu 1. Trình bày về các thể nước, dạng nước trong đất, trong cây và vai trò của nó?

Hướng dẫn giải

1. Các thể nước:

- Trong đất: Thể lỏng, thể rắn, thể hơi

- Trong cây: Thể lỏng, thể rắn, thể hơi

Đối với đất: Ba thể này đều có vai trò quan trọng trong cấu trúc của đất. Tuy nhiên thể lỏng có vai trò quan trọng nhất trong việc cung cấp nước cho cây trồng.

Đối với cây: Thể rắn sẽ phá vỡ tế bào, mô. Thể hơi trong các mạch thường cản trở sự vận chuyển nước. Chỉ có thể lỏng là giữ vai trò quan trọng bậc nhất trong cấu trúc và trong trao đổi chất của cây.

2. Các dạng nước:

- Trong đất: Nước mao dẫn trong các mao mạch của đât, nước ngầm trong khoảng trống của đât, nước ngậm bám xung quanh các keo đất, nước tẩm nằm trong các keo đất. Nói chung có thể chia nước trong đất thành hai dạng : nước tự do và nước liên kết ( liên kết chặt và không chặt). Dạng nước tự do đóng vai trò cung cấp nước cho cây, dạng nước liên kết đóng vai trò cấu trúc đât.

- Trong cây: Trong tế bào thực vật, nước tồn tại trong ba dạng là nước hydrat hoá, nước dự trữ và nước khe.

+ Nước hidrat hoá

Là một thành phần liên kết hoá học của chất nguyên sinh, nước hydrat hoá kết hợp với các ion, các chất hữu cơ hoà tan và các đại phân tử, choáng hết các kẽ hở giữa các siêu cấu trúc của chất nguyên sinh và thành tế bào. Nhờ tính lưỡng cực mà các phân tử nước tập hợp và tích luỹ ở các bề mặt tích điện dưới dạng chuỗi linh động.

Nước hydrat hoá chỉ chiếm từ 5-10% toàn bộ nước tế bào, nhưng lại rất cần cho sự sống của tế bào. Việc làm giảm không đáng kể hàm lượng nước hydrat hoá sẽ gây nên các biến đổi nghiêm trọng về cấu trúc chất nguyên sinh và từ đó dẫn đến sự chết của tế bào.

+ Nước dự trữ

Nước dự trữ có mặt trong các xoang tích nước và chủ yếu trong không bào. Đó là dạng nước dễ được dẫn truyền nhất.

+ Nước khe

Nước khe có mặt trong các khoảng gian bào giữa các tế bào và trong các yếu tố dẫn truyền của hệ mạch (xylem) và hệ ống rây (phloem).

Chức năng của nước khe như là môi trường dẫn truyền chất hoà tan theo khoảng cách ngắn (hệ apoplast) trong rễ và lá cây và dẫn truyền khoảng cách dài trong xylem và phloem.

Nhìn chung nước trong cây có thể tóm tắt ở hai dạng:

Nước tự do và nước liên kết (liên kết chặt và không chặt). Dạng nước liên kết đóng vai trò quan trọng trong cấu trúc của tế bào, mô, cơ quan, cơ thể. Dạng nước tự do tham gia vào quá trình trao đổi chất của cây như: điều hoà nhiệt độ cơ thể, làm dung môi hoà tan nhiều chất, tham gia trực tiếp vào các phản ứng hoá học...

Câu 2. Hãy trình bày về nước liên kết và nước tự do?

Hướng dẫn giải

- Nước liên kết là nước bị giữ bởi một lực nhất định do quá trình thuỷ hoá hoá học của các ion, các phân tử, các chất trùng hợp hoặc liên kết trong các thành phần cấu trúc. Dạng nước này chiếm khoảng 30% lượng nước trong thực vật. Tuỳ theo mức độ liên kết khác nhau mà dạng nước này mất dần tính chất vật lí, hoá học, sinh học của nước như: khả năng làm dung môi, bay hơi, tham gia vào các phản ứng hoá học. Tuy nhiên dạng nước liên kết có vai trò rất quan trọng trong quá trình chống chịu của cơ thể trước các điều kiện bất lợi của môi trường như khô hạn, nóng, lạnh,…

- Nước tự do là nước không tham gia vào vỏ thuỷ hoá xung quanh các ion, các phân tử, các chất trùng hợp, không tham gia vào các liên kết cấu trúc. Dạng nước này có trong các gian bào, trong không bào, trong mạch dẫn và chiếm một lượng lớn trong cây (70%) . Dạng nước này vẫn giữ được tính chất vật lí, hoá học và sinh học của nước như làm dung môi, khả năng điều nhiệt khi bay hơi, tham gia vào các phản ứng hoá học, tạo độ nhớt của chất nguyên sinh. Như vậy, dạng nước tự do có vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình trao đổi chất, chúng qui định cường độ của các quá trình sinh lí.

Câu 3. Thế nào là thế nước?

Hướng dẫn giải

Đó là đại lượng có giá trị bằng hiệu số giữa năng lượng tự do trên đơn vị thể tích của nước liên kết cơ chất, nước điều hoà áp suất hoặc nước thẩm thấu và năng lượng tự do của nước nguyên chất. Đơn vị của thế nước là năng lượng trên đơn vị khối lượng hay thể tích (Jun/kg hay Jun/cm³). Một nguyên tắc cơ bản là nước luôn luôn được vận chuyển từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp.

Câu 4. Thế nào là thẩm thấu và áp suất thẩm thấu?

Hướng dẫn giải

- Thẩm thấu là sự chuyển dịch của dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao hơn qua màng. Thí dụ nếu dung dịch đường trong nước có nồng độ cao được ngăn cách với dung dịch đường có nồng độ thấp hơn bằng một màng thì các phân tử nước sẽ di chuyển từ dung dịch có nồng độ thấp sang dung dịch có nồng độ cao qua màng. Màng loại này, tức là màng chỉ cho nước đi qua mà không cho các phân tử khác đi qua, gọi là màng bán thấm. Những màng trong hệ thống sống không hoàn toàn là màng bán thấm mà thường là màng thấm chọn lọc.

- Quá trình thẩm thấu giữa hai dung dịch sẽ tiếp tục cho đến khi nồng độ của hai dung dịch bằng nhau. Quá trình thẩm thấu là một đặc trưng rất quan trọng của các quá trình sinh học.

- Áp suất thẩm thấu là lực đẩy của các phân tử dung môi từ dung dịch có nồng độ thấp đến dung dịch có nồng độ cao qua màng. Trong vật lý áp suất thẩm thấu được tính bằng công thức P = RTC (P là áp suất thẩm thấu thường tính theo đơn vị atmôtphe-atm, R là hằng số = 0,082, T là nhiệt độ tuyệt đối = 273 + t⁰C, C là nồng độ dung dịch tính theo nồng độ phân tử gam/lít). Trong quá trình thẩm thấu sự chuyển dịch của dung môi qua màng sẽ dừng lại khi hai dung dịch đạt được sự cân bằng nồng độ, tức là cân bằng áp suất thẩm thấu. Tuy nhiên hiện tượng này thường không xảy ra ở tế bào thực vật.

- Trong quá trình thẩm thấu tế bào thực vật chỉ nhận nước đến mức bão hoà, vì khi đó thành tế bào thực vật sinh ra một lực chống lại sức trương nước gọi là áp suất trương nước có chiều ngược với áp suất thẩm thấu và khi hai áp suất này cân bằng thì nước dừng lại và tế bào chỉ ở mức bão hoà nước chứ không bị phá vỡ.

Câu 5. Biểu thức tính sức hút nước của tế bào thực vật là: S = P – T. Trong đó S là sức hút nước của tế bào, P là áp suất thẩm thấu, T là sức căng trương nước. Khi cho một tế bào thực vật đã phát triển đầy đủ vào trong một dung dịch. Hãy cho biết:

a. Khi nào sức căng trương nước T xuất hiện và tăng lên?

b. Khi nào giá trị T đạt cực đại? Khi đó giá trị T bằng bao nhiêu?

c. Khi nào giá trị T giảm? Khi nào T giảm tới 0 ?

d. Khi nào T đạt giá trị âm?

Hướng dẫn giải

a. T xuất hiện khi nước bắt đầu đi vào tế bào.

T tăng lên khi tế bào tiếp tục nhận nước. T tăng trong các trường hợp sau: đưa cây vào trong tối, bão hoà hơi nước trong không gian trồng cây, tăng hàm lượng AAB làm khí khổng đóng.

b. T đạt cực đại khi tế bào đã bão hoà nước (no nước). Khi đó T = P

c. T giảm khi tế bào bắt đầu mất nước

T đạt giá trị bằng 0 khi tế bào bắt đầu chớm co nguyên sinh.

d. T < 0 khi tế bào mất nước đột ngột do nước bốc hơi qua bề mặt tế bào, làm cho chất nguyên sinh không tách khỏi thành và kéo thành tế bào lõm vào trong, khi đó S = P - (- T ) S =P+T.

Câu 6.

1. Cho một tế bào thực vật có áp suất thẩm thấu là 1,2 atm vào một dung dịch có áp suất thẩm thấu là 0,8 atm. Hỏi nước sẽ dịch chuyển như thế nào?

2. Thành phần cấu trúc nào đóng vai trò chính trong quá trình thẩm thấu của tế bào thực vật trên? Giải thích.

Hướng dẫn giải

1.

- Sức hút n­ớc: Stế bào = P - T = 1,2 - T ; Sđ = Pđ = 0,8 atm

- Nếu S = 1,2 – T > 0,8 tức là T < 0,4 -> S tế bào > Sđ -> n­ước đi vào tế bào

- Nếu S = 1,2 – T < 0,8 tức là T > 0,4 -> S tế bào< Sđ -> nư­ớc đi ra khỏi tế bào

- Nếu S = 1,2 – T = 0,8 tức là T = 0,4 -> S tế bào = Sđ -> n­ước không dịch chuyển

2. Không bào.

- Giải thích: Không bào là nơi chứa các chất hòa tan Tạo ASTT .

Câu 7. Cây trồng trong đất có áp suất thẩm thấu P = 0,3 atm, trong khi áp suất thẩm thấu của rễ cây này là 0,1 atm và sức căng trương nước T = 0,8 atm. Hỏi cây có thể sống được ở đất này không? Giải thích vì sao?

Hướng dẫn giải

P đất = 0,3 atm , S cây = P cây - T cây S = 0,1 - 0,8 = - 0,7 atm. Như vậy, cây đã trồng không sống được ở đất này, vì sức hút nước có giá trị âm, tức là cây không lấy được nước, mà còn bị mất nước.

Câu 8. Cho biết: P: áp suất thẩm thấu; T: Sức căng trương nước; S: Sức hút nước. Tính sức hút nước của tế bào trong các trường hợp sau:

a) Tế bào bão hòa nước.

b) Tế bào ở trạng thái thiếu nước.

c) Khi xảy ra hiện tượng xitoriz.

Từ đó rút ra ý nghĩa của sức hút nước?

Hướng dẫn giải

a) Khi tế bào bão hòa nước: P = T mà S = P - T => S = O

b) Khi tế bào ở trạng thái thiếu nước thì P > T, S = P - T ta có: O < S < P

c) Khi xảy ra hiện tượng xitoriz thì T mang giá trị âm.

Khi thay vào công thức: S = P - T, ta có: S = P - (-T) = P + T có: S > P

Ý nghĩa của S: S biểu thị tình trạng thiếu nước trong tế bào do đó có ý nghĩa lớn trong việc sử dụng chỉ tiêu này để xây dựng chế độ tưới nước cho cây.

Câu 9. Khi nghiên cứu áp suất thẩm thấu của dịch tế bào của một số loài cây người ta thu được số liệu sau:

Rong đuôi chó: 3,14 atm                     Bèo hoa dâu: 3,49 atm

Cây đậu leo: 10,23 atm                       Cây bí ngô: 9,63 atm

Phi lao: 19,68 atm                               Cây sơn: 24,08 atm

a) Em có thể rút ra kết luận gì? Giải thích?

b) Có thể sắp xếp các cây vào các nhóm sinh thái khác nhau như thế nào, tại sao có sự sắp xếp đó?

Hướng dẫn giải

a.

- Kết luận:

+ Áp suất thẩm thấu là một đại lượng biến đổi.

+ Những nhóm cây sinh thái khác nhau thì có P khác nhau.

+ Cây mọc ở đất khô cằn thì có áp suất thẩm thấu của dịch bào lớn, cây thủy sinh thì có áp suất thẩm thấu nhỏ.

- Giải thích:

+ Áp suất thẩm thấu được xác định bằng công thức: P = RTCi trong đó

C là nồng độ dịch bào

i là hệ số điện li của chất tan

R là hằng số khí

T nhiệt độ dung dịch

C và i khác nhau ở mỗi loài sinh vật còn R và T không phụ thuộc vào các loài sinh vật.

+ Ở những môi trường sinh thái khác nhau, thế nước trong đất khác nhau, cây muốn hút được nước thì phải tạo ra một tiềm năng thẩm thấu lớn hơn tiềm năng thẩm thấu trong đất (P dịch bào > P dịch đất). Vì ở môi trường nước, P môi trường nhỏ => P dịch bào thấp, còn ở môi trường đất khô cằn, P dịch đất lớn => P dịch bào lớn.

b. Dựa vào áp suất thẩm thấu của dịch tế bào, ta có thể xếp các cây trên vào các nhóm theo chiều tăng dần của áp suất thẩm thấu:

- cây ưa ẩm hay ẩm sinh (rong đuôi chó, bèo hoa dâu).

- cây trung sinh (cây đậu leo, bí ngô).

- cây ưa hạn hay hạn sinh (cây sơn, phi lao).

Câu 10. Một cây thuộc loài thực vật ẩm sinh mọc trong đất có nồng độ muối cao, mặc dù đã được tưới nước cây này vẫn bị héo.

a. Cho biết 3 giá trị đo được về thế nước của cây trên là: – 5 atm, - 1 atm và – 8 atm. Hãy xếp các giá trị trên tương ứng với thế nước ở lá, rễ và đất?

b. Để cây không bị héo có thể sử dụng phương pháp nào trong các phương pháp sau là hiệu quả nhất, giải thích tại sao?

+ Tăng độ ẩm không khí.

+ Tưới nước tiếp tục cho cây.

+ Phủ một lớp sáp trên bề mặt lá.

+ Đưa cây vào bóng râm.

Hướng dẫn giải

a. Nước đi từ nơi có thế nước cao đến nơi có thế nước thấp. Cây đang bị héo nên thế nước của lá, rễ và đất lần lượt là - 1 atm, - 5 atm, - 8 atm.

b. Sử dụng phương pháp tiếp tục tưới nước cho cây để tăng thế nước cho đất, rửa mặn.

Câu 11. Nước được hấp thụ từ đất vào cây qua rễ theo hai con đường:

a) Đó là hai con đường nào?

b) Nêu những đặc điểm lợi và bất lợi của hai con đường đó?

c) Hệ rễ đã khắc phục đặc điểm bất lợi của hai con đường đó bằng cách nào?

Hướng dẫn giải

a) Đó là hai con đường:

- Con đường qua thành tế bào lông hút vào các khoảng trống gian bào, đến thành tế bào nội bì, gặp vòng đai Caspari, chuyển vào tế bào nội bì rồi vào mạch gỗ của rễ.

- Con đường tế bào: nước vào tế bào chất, qua không bào, sợi liên bào. Nói chung là nước đi qua các phần sống của tế bào, qua tế bào nội bì rồi vào mạch gỗ của rễ.

b) Nêu những đặc điểm lợi và bất lợi của hai con đường:

- Con đường dọc thành tế bào và gian bào: hấp thụ nhanh và nhiều nước (lợi), nhưng lượng nước và các chất khoáng hoà tan không được kiểm tra (bất lợi).

- Con đường tế bào: lượng nước và các chất khoáng hoà tan được kiểm tra bằng tính thấm chọn lọc của tế bào sống (lợi), nhưng nước được hấp thụ chậm và ít (bất lợi).

c) Sự khắc phục của hệ rễ: Đặt vòng đai Caspari trên thành tế bào nội bì. Vòng đai Caspari được cấu tạo bằng chất không thấm nước và không cho các chất khoáng hoà tan trong nước đi qua. Vì vậy nước và các chất khoáng hoà tan phải đi vào trong tế bào nội bì, ở đây lượng nước đi vào được điều chỉnh và các chất khoáng hoà tan được kiểm tra.

Câu 12. Rễ thực vật trên cạn có đặc điểm hình thái gì thích nghi với chức năng tìm nguồn nước và hấp thụ nước và muối khoáng?

Hướng dẫn giải

Rễ thực vật trên cạn sinh trưởng nhanh, đâm sâu, lan toả hướng tới nguồn nước, đặc biệt hình thành liên tục các tế bào lông hút với số lượng khổng lồ đã tạo nên bề mặt tiếp xúc lớn giữa rễ với đất, nhờ vậy sự hấp thụ nước và các ion khoáng được thuận lợi.

Câu 13. Nêu các đặc điểm của lông hút liên quan đế quá trình hấp thụ nước?

Hướng dẫn giải

Để hấp thụ nước, các tế bào lông hút có đặc điểm cấu tạo và sinh lí phù hợp với chức năng nhận nước từ đất:

+ Thành tế bào mỏng, không thấm cutin.

+ Chỉ có một không bào trung tâm lớn chứa nhiều chất hòa tan nên áp suất thẩm thấu rất cao.

+ Có nhiều ti thể, hoạt động hô hấp mạnh cung cấp ATP cho hoạt động hút khoáng.

+ Đầu lông hút nhỏ, thuôn nhọn để len vào mao quản đất.

Vì vậy các dạng nước tự do và dạng nước liên kết không chặt từ đất được lông hút hấp thụ một cách dễ dàng nhờ sự chênh lệch về áp suất thẩm thấu (từ thế nước cao đến thế nước thấp).

Câu 14. Giải thích vì sao cây trên cạn bị ngập úng lâu sẽ chết?

Hướng dẫn giải

Đối với cây trên cạn, khi bị ngập úng rễ cây thiếu ôxy nên phá hoại tiến trình hô hấp bình thường của rễ, tích luỹ các chất độc hại đối với tế bào làm cho lông hút chết và không hình thành được lông hút mới. Không có lông hút cây không hấp thụ được nước, cân bằng nước trong cây bị phá vỡ và cây bị chết.

Câu 15. Giải thích vì sao các loài cây trên cạn không sống được trên đất ngập mặn?

Hướng dẫn giải

- Để sống được trên đất ngập mặn, tế bào của cây phải có áp suất thẩm thấu cao hơn (dịch bào phải ưu trương) so với môi trường đất mặn bao quanh rễ, cây mới hấp thụ được nước từ đất. Dịch bào rễ cây trên cạn nhược trương so với môi trường đất ngập mặn nên không thể hấp thụ được nước từ đất, cân bằng nước trong cây bị phá vỡ và cây bị chết.

- Cây ngập mặn thường có các đặc điểm thích nghi đảm bảo cung cấp ôxy cho quá trình hô hấp của các tế bào rễ như có các rễ hô hấp (các cây thuộc chi Bần, Vẹt, Mắm). Cây trên cạn không có được các đặc điểm đó nên không thể sống được trên đất ngập mặn.

Câu 16. Khi trồng cây trên đất có chứa hàm lượng muối vô cơ cao thì tốc độ sinh trưởng của cây sẽ như thế nào? Giải thích?

Hướng dẫn giải

Khi trồng cây trên đất có chứa hàm lượng muối vô cơ cao thường dẫn đến tốc độ sinh trưởng của cây giảm. Vì:

- Làm giảm khả năng hút nước của rễ do nồng độ dung dịch đất cao.

- Một số ion khoáng của dung dịch môi trường ảnh hưởng xấu lên khả năng hút khoáng của cây do nồng độ của chúng trong dung dịch quá cao.

Câu 17. Quá trình vận chuyển nước trong thân đã diễn ra như thế nào?

Hướng dẫn giải

- Con đường vận chuyển: theo dòng mạch gỗ là chính. Tuy nhiên, nước cũng có thể vận chuyển theo chiều từ trên xuống ở mạch rây hay vận chuyển ngang từ mạch gỗ sang mạch rây hoặc ngược lại.

- Đặc điểm: con đường dài (từ rễ lên lá), qua các tế bào chết (mạch gỗ).

- Động lực: phối hợp của 3 lực:

+ Lực hút của lá do quá trình thoát hơi nước (quan trọng nhất).

+ Lực đẩy của rễ do quá trình hấp thụ nước.

+ Lực trung gian: lực liên kết giữa các phân tử nước với nhau và với thành mạch gỗ.

Câu 18. Nếu một ống mạch gỗ bị tắc, dòng nhựa nguyên trong ống đó có thể tiếp tục đi lên được không?

Hướng dẫn giải

Nếu một ống mạch gỗ bị tắc, dòng nhựa nguyên trong ống đó vẫn có thể tiếp tục đi lên được bằng cách chuyển ngang qua các lỗ bên vào ống bên cạnh và tiếp tục đi lên trên.

Câu 19. Thiết kế thí nghiệm chứng minh hiện tượng áp suất rễ.

Hướng dẫn giải

- Nước bị đẩy từ rễ lên thân do một lực đẩy gọi là áp suất rễ, bằng chứng là hiện tượng rỉ nhựa và ứ giọt:

- Hiện tượng rỉ nhựa: cắt cây thân thảo đến gần gốc, sau vài phút sẽ thấy những giọt nhựa rỉ ra từ phần thân cây bị cắt. Điều đó chứng tỏ có một áp lực đẩy nước lên từ rễ vì khi đó không còn bộ lá nữa nên không còn lực kéo của thoát hơi nước.

- Hiện tượng ứ giọt: úp cây trong chuông thuỷ tinh kín, sau một đêm thấy các giọt nước ứ ra ở mép lá. Như vậy không khí trong chuông thuỷ tinh đã bão hoà hơi nước, nước bị đẩy từ mạch gỗ của rễ lên lá không thoát được thành hơi qua khí khổng đã ứ thành giọt ở mép lá.

Câu 20. Tại sao hiện tượng ứ giọt chỉ xảy ra ở cây thân bụi và cây thân thảo?

Hướng dẫn giải

+ Khi không khí bão hoà hơi nước, sức hút nước của lá bằng không hiện tượng ứ giọt xảy ra do áp suất rễ.

+ Ap suất rễ thường có giới hạn của nó, phụ thuộc vào loài cây và thường chỉ đẩy được cột nước cao vài 3 mét.

+ Những cây thân bụi thấp và thân thảo có chiều cao thấp, dễ bị tình trạng bão hoà hơi nước và áp suất rễ đủ mạnh để đẩy nước từ rễ lên lá gây ra hiện tượng ứ giọt.

{-- Để xem tiếp nội dung đề và đáp án từ câu 21-23 của tài liệu các em vui lòng xem ở phần xem online hoặc Tải về--}