Bài tập tự luận vận dụng cao ôn tập chủ đề Trao đổi nước ở thực vật Sinh học 11

BÀI TẬP ÔN TẬP TRAO ĐỔI NƯỚC Ở THỰC VẬT

Câu 1.

a. Nếu ngâm 1 tế bào thực vật trong nước cất có thế chất tan là –0,7MPa và thế nước là 0MPa, thế áp suất của tế bào là bao nhiêu? Nếu cho tế bào này vào cốc không đậy nắp, một dung dịch có thế nước là -0,4MPa, thế áp suất của tế bào ở trạng thái cân bằng là bao nhiêu?

b. Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn cho thể nguyên sinh thực vật vào nước cất? Giải thích?           

c. Thành tế bào có cấu trúc phù hợp với chức năng như thế nào?

Hướng dẫn giải

a. Campbell tr769

- Thế nước ψ (psi) – đơn vị đo MPa (mega pascan), 1 MPa ~ 10 atm.

- Nước nguyên chất có ψ = 0 MPa. Cả áp suất và nồng độ chất tan đều có thể tác động lên thế nước: ψ = ψ_s + ψ_p

(ψ_s: thế chất tan của dung dịch – luôn âm; ψ_p: thế áp suất là áp suất vật lí lên dung dịch – có thể + hoặc -.

- Ta có: ψ_s = -0,7 MPa; ψ= 0 MPa è ψ_p= +0,7.

- Cho tế bào vào dd có ψ = -0,4 MPa è -0,4 = -0,7 + ψ_p =>ψ_p=0,3.

b. Thể nguyên sinh (tế bào trần) sẽ vỡ tung vì tế bào chất có nhiều chất tan, nên nước sẽ xâm nhập liên tục vào thể nguyên sinh.

c. Thành tế bào được cấu trúc bởi các thành phần như sau:

* Bó vi sợi xenlulôzơ và xen giữa là các tấm canxi. Vì vậy thành tế bào có cấu trúc bền chắc phù hợp với việc bảo vệ tế bào khỏi các tác động cơ học, tránh ánh sáng trực tiếp, các tác nhân gây bệnh,…

* Giữa các bó sợi xenlulôzơ là các cầu nối hiđrô đảm bảo tính linh động của thành tế bào. Vì vậy tế bào có thể sinh trưởng, phân chia dưới tác dụng của hoocmon sinh trưởng.

* Thành tế bào có thể thấm thêm một số chất:

+ Lynhin → mô dẫn: bền chắc → thực hiện chức năng dẫn truyền

+ Begin → nhu mô: chức năng chuyển hóa vật chất và năng lượng

+ Suberin → hóa bần: tạo chất nguyên sinh ở dạng gel làm tế bào xốp nhẹ thích nghi với môi trường

* Thành tế bào chỉ có nước nên tế bào rất mềm → những cây lấy sợi đay gai và ta có thể ngâm chúng ở trong nước → sợi xenlulôzơ → nguyên liệu cho ngành dệt.

Câu 2.

a. Nếu không có Aquaporin thì sẽ ảnh hưởng ntn lên khả năng của tế bào thực vật trong việc điều chỉnh các điều kiện thẩm thấu mới.

b. Giả định rằng 1 thể đột biến thiếu Aquaporin hoạt động có khối lượng rễ lớn gấp 3 lần khối lượng rễ cây loại hoang dại. Hãy giải thích?

Hướng dẫn giải

a. Đọc Campbell tr711

- Các pr vận chuyển là aquaporin làm cho sự khuếch tán được tăng cường nhiều. Đây là các kênh chọn lọc rất phổ biến ở thực vật làm tăng tốc độ khuếch tán nước xuôi theo gradient thế nước.

- Tốc độ vận chuyển nước thông qua các pr này được điều chỉnh nhờ sự phosphorin hóa các pr aquaporin, mà các pr này có thể bị kích hoạt do tăng ion Ca²⁺ tế bào chất hoặc làm giảm pH tế bào chất. Aquaporin cũng có thể tăng cường sự hấp thu CO₂ ở tế bào thực vật.

Tế bào vẫn sẽ điều chỉnh các biến đổi trong môi trường thẩm thấu, nhưng các phản ứng này sẽ chậm hơn. Mặc dù aquaporin không ảnh hưởng lên gradient thế nước qua màng, chúng cho phép tiến hành các điều chỉnh thẩm thấu nhanh chóng hơn.

b. Khối lượng rễ lớn hơn giúp bù lại tính thấm nước thấp hơn của màng sinh chất.

Câu 3.

a. Nhân tố nào có ảnh hưởng lên sự lưu thông bằng con đường hợp bào?

b. Cầu sinh chất khác với các liên kết hở ntn?

c. Nếu cây biến đổi di truyền không phản ứng với các protein truyền virut, liệu điều này có phải là phương thức tốt để ngăn chặn sự lan truyền bệnh, giải thích?

Hướng dẫn giải

a. Campbell tr781

Điện thế giữa các tế bào, pH tế bào chất, canxi tế bào chất và các protein vận động đều có ảnh hưởng lên dòng thông tin qua symplast, như gây ra các biến đổi phát triển về số lượng cầu sinh chất.

b. Campbell tr781

Các cầu sinh chất không giống như các mối nối hở, có khả năng truyền ARN, protein và virus từ tế bào này đến tế bào khác.

c. Mặc dù phương thức này sẽ ngăn cản sự phát tán VR gây bệnh ra toàn cây, nhưng nó cũng có tác động nghiêm trọng lên sự phát triển của cây.

(Đọc mục tìm hiểu (Campbell tr782): Sự thay đổi trong truyền tin qua con đường hợp bào có ảnh hưởng đến sự phát triển của thực vật không? (thí nghiệm) → Điều gì nếu? Giả sử người ta đã tìm thấy đột biến gây nên sự sản xuất quá mức một enzim phân hủy phân tử huỳnh quang của mẫu dò lớn vào giữa quá trình phát triển của phôi. Bạn có thể giải thích các kết quả đó một cách khác được không? (Không làm thay đổi sự truyền tin của tế bào nên thể đột biến này phát triển bthg).

Câu 4. Trong sự trao đổi nước ở cây xanh, sự thoát hơi nước chủ yếu diễn ra ở khí khổng. Nêu cơ chế đóng-mở khí khổng vào ban ngày của cây xanh và ý nghĩa của sự đóng-mở này trong hoạt động sống của cây.

Hướng dẫn giải

*Về cơ chế:

- Khí khổng mở do quang mở chủ động: ban ngày (khi có ánh sáng), ánh sáng tác động vào lục lạp hình thành các chất hữu cơ tích luỹ trong không bào Þ tạo áp suất thẩm thấu, hấp thụ nước, làm mở khí khổng.                                    

- Khí khổng đóng do thủy đóng chủ động: một phần hay toàn bộ tuỳ thuộc vào mức độ thiếu nước.                     

+ Sự thiếu nước có thể do: đất thiếu nước, vận chuyển nước trong mạch gỗ không kịp hoặc thoát hơi nước quá mạnh.                                 

+ Sự thiếu nước còn do axit absisic hình thành ở rễ và ở lá kéo K⁺ ra khỏi tế bào khí khổng, gây mất nước làm khí khổng khép lại.                                                           

Khí khổng khép còn do ánh sáng quá mạnh vào ban trưa, gió, độ ẩm …     

- Riêng ở thực vật CAM, ban ngày lỗ khí khổng đóng                                       

*Về ý nghĩa: Đóng khí khổng là phản ứng tự vệ tránh tổn thương khi thiếu nước; mở khí khổng tạo sức hút kéo nhựa nguyên (dòng nước và chất khoáng) đi lên (thí sinh có thể viết:  hơi nước thoát ra khi khí khổng mở và khí CO₂  liên tục đi vào dùng cho quang hợp)

Câu 5. Tại sao khi thân của một cây thân gỗ bị tổn thương (bởi các tác nhân khác nhau như tác nhân cơ học, vi khuẩn hoặc nấm), sau một thời gian vết thương lành nhưng phần tổn thương của cây trở nên xù xì và cứng hơn các phần khác của cây?

Hướng dẫn giải

- Khi tế bào thực vật bị tấn công, các lớp bảo vệ không đặc hiệu như cutin hoặc sáp nến bị phá vỡ, các hệ thống bảo vệ khác của cơ thể thực vật được kích hoạt (phytoalexin, PR prôtêin và polysaccharide). (0,25 điểm).

- Phytoalexin tấn công trực tiếp các tác nhân gây bệnh; PR prôtêin tấn công tác nhân gây bệnh và truyền tín hiệu cho các tế bào bên cạnh về sự hiện diện của mầm bệnh (0,25 điểm).

- Polysaccharide được tổng hợp làm cho cấu trúc tế bào được vững chắc hơn, ngăn cản sự lưu thông qua cầu sinh chất với các tế bào xung quanh, ngăn cản sự lây nhiễm của tác nhân gây bệnh. (0,25 điểm).

- Các phân tử polysaccchride mới được tổng hợp là nền vững chắc cho các phân tử lignin bám vào, làm tăng cường sự vững chắc của tế bào và làm thay đổi hình dạng và màu sắc của các tế bào gây ra hiện tượng xù xì và cứng ở phần bị thương.

Câu 6. Điều kiện sống khô hạn gây nên những tác hại đối với hoạt động sống ở cây xanh ưa ẩm như thế nào? Các thực vật thích nghi với điều kiện khô hạn thường có những đặc điểm gì? Nêu các biện pháp nâng cao tính chịu khô hạn của cây xanh trong trồng trọt.

Hướng dẫn giải

1. Những tác hại diễn ra trong cây:

- Giảm độ ưa nước của hệ keo nguyên sinh chất.

- Diệp lục bị phân huỷ, lá biến đổi màu.

- Hoạt động trao đổi nước chậm, tốc độ bốc hơi nước nhanh, hút nước không đáp ứng được sự thoát hơi nước.

- Enzim hoạt động kém, hoạt động phân giải mạnh hơn tổng hợp. Sản sinh axit absisic kéo K⁺ ra khỏi tế bào.

- Năng lượng ở dạng nhiệt làm nóng lá, quang hợp và năng suất giảm.

- Khi thiếu nước, lỗ khí khổng đóng, cây quang hợp yếu, năng suất giảm.

- Khi thiếu nước, khả năng hút khoáng của cây giảm, cây sinh trưởng yếu

2. Các biểu hiện thích nghi của cây:

- Lá nhỏ, lớp cutin dày hoặc lá biến thành gai.

- Khí khổng ẩn sâu được bao phủ bằng lớp lông mịn. Ở các loại cây CAM khí khổng mở vào ban đêm.

- Rụng lá làm giảm bớt sự thoát hơi nước.

- Thân có số lượng mạch gỗ nhiều, nhỏ … tăng sự hút và dẫn nước.

- Tích nước trong các mô nước.

- Rễ đâm sâu, lan rộng và có thể phân nhánh nhiều.

3. Các biện pháp nâng cao tính chịu khô hạn:

- Cải tạo đất, tưới nước và bón phân (chế độ canh tác) hợp lí.

- Chọn cây chịu nóng hạn (cây C4).

- Rèn luyện hạt giống bằng cách để thiếu nước hay bằng nguyên tố vi lượng ...

- Chọn tạo giống

- Ứng dụng công nghệ tế bào, công nghệ sinh học hoặc kỹ thuật di truyền …

Câu 7.

a. Mô tả vị trí, cấu trúc và chức năng của đai caspari trong cơ thể thực vật. Từ chức năng của nó, cho biết thành phần hóa học nào là quan trọng nhất trong cấu tạo của đai caspari? Giải thích.

b. Đai Caspary làm thế nào buộc nước và chất khoáng phải đi qua màng sinh chất của tế bào nội bì.

c. Nhà khoa học cho 1 chất ức chế quang học tan trong nước vào 1 rễ cây, nhưng quang hợp không bị giảm. Tại sao?

Hướng dẫn giải

a. Đọc Campbell tr772 + hình 36.12 tr773

Vị trí: Lớp tế bào nằm trong vành đai nội bì của rễ

Cấu trúc:

- Ở thực vật 2 lá mầm là một vòng tế bào có thành dày theo hướng xuyên tâm, mỏng theo hướng tiếp tuyến cả bên ngoài và bên trong.

- Ở thực vật 1 lá mầm, là một vòng tế bào khép kín, thành tế bào dày và có chứa thành phần không thấm nước, trên vòng tế bào đó một số vị trí chứa các tế bào có thành bình thường, có khả năng cho nước đi qua.

Chức năng:

Ngăn nước và các chất khoáng hòa tan vận chuyển theo con đường thành tế bào – gian bào phải đi vào tế bào nội bì để điều chỉnh lượng nước, tốc độ vận chuyển và các chất khoáng được kiểm tra.

Thành phần hóa học quan trọng nhất:

Các tế bào thuộc đai casparin có thành phần hóa học quan trọng nhất là chất surberin không thấm nước. Chất này có vai trò ngăn chặn dòng nước tự do đi qua các tế bào, lái dòng nước này đi qua tế bào chất sống để kiểm soát.

b. Đai Caspary ngăn chặn nước và chất khoáng di chuyển qua khe giữa các tế bào nội bì hoặc khỏi di chuyển xung quanh tế bào nội bì qua thành tế bào. Do đó nước và các chất khoáng phải di chuyển qua màng sinh chất của tế bào nội bì.

c. Nội bì điều chỉnh sự đi qua của các chất tan trong nước nhờ quy định tất cả các phân tử đó đi qua màng có tính thấm chọn lọc. Chât ức chế không đến được các tế bào quang hợp của cây.

Câu 8. Trong cơ chế trao đổi nước thực vật:

a. Cho biết các lực tham gia trực tiếp vào quá trình vận chuyển nước. Trong các lực nêu trên, lực nào là chủ yếu? Giải thích.

b. Nguyên nhân và đặc điểm của áp suất rễ?

c. Giải thích sự phát sinh lực kéo do thoát hơi nước?

d. Quá trình trao đổi nước ở thực vật CAM có đặc điểm gì? Giải thích tại sao đặc điểm đó lại cần thiết cho nhóm thực vật này?

Hướng dẫn giải

a.

* Các lực quyết định quá trình vận chuyển nước: Lực đẩy của rễ; Lực hút của lá; Lực trung gian

* Trong các lực trên, lực hút của lá là chủ yếu vì nó tạo ra một lực hút rất lớn, có thể kéo cột nước lên cao hàng trăm mét trong khi đó lực đẩy của rễ chỉ đẩy được cột nước lên cao vài ba mét, lực trung gian chỉ làm cho nước liên tục trong mạch và không bị kéo xuống bởi trọng lực.

b. Campbell tr773 - 775

*Nguyên nhân gây as rễ: Về đêm, khi hầu như không có thoát hơi nước, tế bào rễ tiếp tục bơm các ion khoáng vào xylem của trụ giữa. Trong khi đó nội bì ngăn chặn các ion khỏi thấm ra ngoài. Sự tích lũy chất khoáng làm giảm thế nước bên trong trụ giữa ànước di chuyển vào từ vỏ rễ làm phát sinh áp suất rễ-sức đẩy của dịch xylem.

     Đôi khi áp suất rễ làm cho nước thâm nhập vào lá nhiều hơn nước mất đi do thoát hơi nước gây ra htg ứ giọt.

*Đặc điểm:

- Chỉ đẩy nước lên cao một vài mét

- Áp suất dương được tạo ra quá yếu để vượt qua trọng lực của cột nước trong xylem, đặc biệt ở cây cao)

- Nhiều thực vật không phát sinh áp suất rễ hoặc thậm chí trong cây có sự ứ giọt, áp suất rễ không thể theo kịp thoát hơi nước sau khi mặt trời mọc (hoa zinnia).

c. H36.14 - Campbell tr774

Áp suất âm (sức căng) ở bề mặt phân cách giữa không khí – nước trong lá là cơ sở của lực kéo thoát hơi nước để kéo nước ra ngoài xylem:

(1) Trong thoát hơi nước, hơi nước khuếch tán ra khỏi các khoang không khí ẩm của lá đến không khí khô hơn ở ngoài qua lỗ khí.

(2) Lúc đầu, sự mất hơi nước do thoát hơi nước được thay thế bằng sự bay hơi khỏi lớp nước mỏng bao phủ lấy các tế bào thịt lá.

(3) Sự bay hơi của lớp nước mỏng làm cho bề mặt phân cách không khí – nước lõm sâu vào thành tế bào và trở nên cong hơn. Sự uốn cong này làm tăng sức căng bề mặt và vận tốc thoát hơi nước.

(4) Sức căng bề mặt tăng lên kéo theo nước khỏi tế bào bao quanh xylem và các khoang không khí.

(5) Nước từ xylem được kéo vào các tế bào bao quanh xylem và các khoang không khí để thay thế nước bị mất.

d. Thực vật CAM sống trong điều kiện sa mạc hoặc bán sa mạc trong điều kiện thiếu nguồn nước. Ở nhóm thực vật này có hiện tượng đóng khí khổng vào ban ngày để tiết kiệm nước. Do vậy quá trình cố định CO₂ chuyển vào ban đêm.

Câu 9.

a. Sự vận chuyển liên tục của mạch gỗ phụ thuộc vào những yếu tố nào? Yếu tố nào làm ngưng trệ sự liên tục đó?

b. Khí khổng đóng nhằm hạn chế sự thoát hơi nước trong các điều kiện cụ thể nào?

Hướng dẫn giải

a. Sự vận chuyển liên tục nước trong mạch gỗ : Một phân tử nước từ mạch gỗ của lá được tách khỏi lực hút của phân tử nước trong mạch vận chuyển liên tục trong cột nước từ rễ lên lá. Lực hấp dẫn, lực liên kết của các phân tử nước trong mạch gỗ  là kết quả của sự hiện diện các cầu nối hiđrô giữa chúng

- Các yếu tố ảnh hưởng tới sự liên tục của cột nước trong mạch gỗ:

+ Áp suất rễ là lực đẩy phía dưới (khoảng 3−4 atm).

+ Sự thoát hơi nước ở lá là lực hút phía trên cùng (30 − 40 atm), là nhân tố chính kéo cột nước liên tục đi lên.

+ Trong mạch gỗ, cột nước có sự liên kết chặt chẽ giữa các phân tử nước và sự liên kết của các phân tử nước với các phân tử xenlulôzơ của thành mạch.

à Nhờ ba lực phối hợp đó, dòng nước trong mạch gỗ có thể dẫn lên cao hàng chục, hàng trăm mét.

- Một bọt khí trong mạch sẽ làm đứt gãy sự liên tục của dòng nước, một số phân tử nước bị tách xa khỏi cầu hiđrô. Nước ở phần trên của bọt khí có thể dâng cao lên nhưng sẽ không có các phân tử nước thay thế vào, các phân tử nước ở dưới bọt khí bị gẫy do lực kết bám bị ngừng trệ. Dòng nước qua mạch gỗ không thể vận chuyển xa hơn nữa, nước từ đất không lên lá được.

b. Các yếu tố làm đóng mở khí khổng trong điều kiện môi trường bất lợi:

- Ở đa số thực vật, khí khổng đóng vào ban đêm, mở vào ban ngày. Ion K⁺ thẩm thấu ra khỏi tế bào hạt đậu, tế bào hạt đậu mềm và duỗi ra làm khí khổng đóng lại. Cơ chế này ngăn lá không bị héo nhưng vẫn giữ được lượng CO₂ cho quá trình quang hợp.

- Tế bào khí khổng đóng lại sẽ hạn chế sự mất nước trong lúc thoát hơi nước mạnh. Cây bị héo tạm thời (hạn hán ban trưa) sẽ được phục hồi vào ban đêm lúc nhiệt độ thấp và thiếu ánh sáng. Nước dự trữ trong cây sẽ được rễ lấy vào bù đắp sự mất nước ban trưa, cây lại có sự trương nước, lá trở lại trạng thái bình thường. Tuy nhiên sự đóng mở khí khổng sẽ hạn chế, làm ngưng trệ sự trao đổi khí CO₂ và O₂ trong quang hợp và hô hấp.

- Khi nồng độ CO₂ cao, hô hấp mạnh hơn quang hợp làm cho khí khổng đóng lại.

- Nhiệt độ không khí cao (t^o > 30^oC)gây nên sự mất nước mạnh vào ban trưa, khí khổng đóng chủ động ngăn chặn sự mất nước. Trường hợp này cũng thể hiện khi nồng độ CO₂ cao do hoạt động hấp diễn ra mạnh mẽ.

- Sự xuất hiện nhiều axit abxixic là hoocmon kìm hãm sinh trưởng gây nên sự vận chuyển ra ngoài nhanh các ion K⁺ làm cho khí khổng đóng lại.

- Một số nhân tố khác có tác động đến nồng độ bên trong, đó là sự thay đổi mùa và độ dài ngày. Ánh sáng màu xanh giữ cho khí khổng mở ban ngày bằng cách vận chuyển K⁺ vào bên trong tế bào khí khổng.

Câu 10.

a. Trình bày cấu tạo của hệ mạch trong cây thích nghi với chức năng vận chuyển nước. Hãy cho biết động lực giúp vận chuyển dòng nước di chuyển trong thân cây cao hàng chục mét?

b. Sự vận chuyển đường dài của nước sẽ bị tác động ntn nếu các yếu tố mạch và quản bào còn sống lúc trưởng thành, giải thích?

c. Tế bào xylem hỗ trợ sự vận chuyển đường dài như thế nào?

Hướng dẫn giải

Đọc Campbell tr745 (Cấu tạo mạch gỗ và mạch rây)

a.

- Cấu tạo mạch gỗ: Gồm các tế bào chết, mất vách tạo hệ thống ống rỗng từ rễ lên lá và đi khắp cơ thể

→ giảm ma sát, tăng khả năng di chuyển một lượng nước lớn, liên tục à vận chuyển dễ dàng ...

- Động lực: lực đẩy của rễ, lực hút của lá, lực liên kết giữa các phân tử nước-phân tử nước – thành mạch.

b. Nội bì điều chỉnh sự đi qua của các chất tan trong nước nhờ quy định tất cả các phân tử đó đi qua màng có tính thấm chọn lọc. Chât ức chế không đến được các tế bào quang hợp của cây.

c. Do tế bào xylem dẫn nước là tế bào trưởng thành bị chết tạo nên các ống rỗng nên sức cản nước của chúng là thấp và thành tế bào của chúng dày nên tế bào không bị xẹp bởi áp suất âm bên trong.

Câu 11.

a. So sánh và nêu bật sự khác biệt giữa các lực dùng để vận chuyển đường dài dịch floem và xylem

b. Hãy xác định cơ quan thực vật là nơi nguồn đường, các cơ quan là nơi chứa đường và cơ quan có thể thực hiện cả 2 chức năng. Giải thích.

c. Tại sao xylem có thể vận chuyển nước và chất khoáng nhờ các tế bào chết, trong khi đó floem lại cần các tế bào sống?

Hướng dẫn giải

a. Trong cả 2 trường hợp, dẫn truyền khoảng cách dài là dòng khối được thúc đẩy nhờ chênh lệch áp suất ở các đầu đối diện của ống. Áp suất được phát sinh từ đầu nguồn của ống rây do sự tải đường và dẫn đến dòng nước thẩm thấu vào floen và áp suất này đẩy dịch bào từ đầu nguồn đến đầu chứa vỏ ống. Ngược lại, sự thoát hơi nước phát sinh 1 thế áp suất âm (sức căng) như 1 động lực có tác dụng kéo làm dâng dịch xylem lên cao

b. Các nguồn là những lá đã sinh trưởng đầy đủ (nhờ quang hợp) và các cơ quan dự trữ đã hoàn toàn phát triển (nhờ phân giải tinh bột). Rễ, mầm chồi, thân, lá đang tăng trưởng và quả là các bể chứa tiềm năng do chúng đang sinh trưởng mạnh mẽ. 1 cơ quan dự trữ có thể là 1 bể chứa trong mùa hè khi đang tích lũy cacbohydrat nhưng là 1 nguồn trong mùa xuân khi phân giải tinh bột thành đường cho các đỉnh chồi đang sinh trưởng.

c. Áp suất dương, bất luận nó ở trong xylem khi áp suất rễ chiếm ưu thế hay trong các yếu tố ống của floen đều cần sự vận chuyển chủ động. Phần lớn sự dẫn truyền khoảng cách dài trong xylem phụ thuộc vào dòng khối được thúc đẩy nhờ thế áp suất phát sinh chủ yếu nhờ sự bay hơi nước từ lá và không đòi hỏi tế bào sống.

{-- Để xem nội dung đề và đáp án từ câu 12-19 của tài liệu các em vui lòng xem ở phần xem online hoặc tải về --}