Sinh trưởng và phát triển ở thực vật SVIP

I. Sự sinh trưởng và phát triển ở thực vật

1. Đặc điểm

- Sự sinh trưởng và phát triển của thực vật được bắt đầu tại vị trí có mô phân sinh.

- Quá trình sinh trưởng và phát triển có thể diễn ra trong suốt vòng đời của thực vật nhờ sự phân chia liên tục của các tế bào của mô phân sinh, sự kéo dài và biệt hoá tế bào dẫn đến sự hình thành, gia tăng kích thước và thay mới các cơ quan dinh dưỡng và cơ quan sinh sản. Đây là sự sinh trưởng không giới hạn, gồm sinh trưởng sơ cấp và sinh trưởng thứ cấp.

2. Một số yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển ở thực vật

a. Nước và độ ẩm không khí

- Nước là thành phần cấu tạo nên tế bào thực vật, là nguyên liệu của các quá trình sinh lí trao đổi chất trong cây nên có ảnh hưởng đến hầu hết các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của thực vật: nảy mầm, đẻ nhánh, ra hoa, tạo quả,...

- Chế độ tưới nước có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của cây.

b. Nhiệt độ

- Mỗi loài thực vật sinh trưởng và phát triển trong một giới hạn nhiệt độ nhất định.

• Các loài ưa nhiệt thường phân bố ở vùng nhiệt đới.
• Các loài chịu lạnh phân bố ở ôn đới và các vùng núi cao.

- Trong khoảng nhiệt độ thích hợp, cường độ của các quá trình sinh lí tăng lên theo nhiệt độ. Quá trình ra hoa của cây chịu sự cảm ứng bởi nhiệt độ. Những nơi có điều kiện nhiệt độ, độ ẩm, nước thuận lợi thì thực vật sinh trưởng phát triển tốt.

c. Ánh sáng

- Ánh sáng là yếu tố có ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật, là điều kiện cần thiết cho quá trình quang hợp của cây xanh cũng như có tác động đến sự nảy mầm, tính hướng động, sự ra hoa, sự phát sinh hình thái thực vật,...

- Cây sinh trưởng phát triển tốt ở nơi có ánh sáng phù hợp.

d. Đất và dinh dưỡng khoáng

- Các đặc tính lí, hoá của đất có ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Nếu trong đất thiếu các nguyên tố dinh dưỡng thiết yếu, cây sẽ sinh trưởng chậm lại và có thể bị chết. Trong trồng trọt nếu bón phân không đầy đủ và không cân đối sẽ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng nông sản thu hoạch.

- Chẳng hạn, khi trồng cà chua, nếu thiếu calcium, lá thường mỏng, ngắn, bị rủ xuống và bắt đầu chết từ đỉnh lan vào; nửa quả phía dưới bị héo khô.

3. Mô phân sinh

a. Khái niệm và vai trò của mô phân sinh

- Mô phân sinh là mô gồm những tế bào còn non, chưa phân hoá, duy trì được khả năng nguyên phân trong suốt đời sống của cây để tạo ra những tế bào mới.

- Mô phân sinh hình thành nên tất cả các loại mô khác trong cây. Nhờ sự hoạt động của mô phân sinh, thực vật sinh trưởng và phát triển.

b. Các loại mô phân sinh

- Mô phân sinh đỉnh: Có ở đầu ngọn thân, ngọn cành, chồi nách, chóp rễ. Sự hoạt động của mô phân sinh đỉnh giúp cây tăng trưởng theo chiều dài.

- Mô phân sinh bên: Gặp ở cây Hai lá mầm, nằm ở phần vỏ và trụ của thân, rễ. Sự hoạt động của mô phân sinh bên giúp cây tăng trưởng theo đường kính.

- Mô phân sinh lóng: Gặp ở cây Một lá mầm, nằm ở gốc của lóng. Sự hoạt động của mô phân sinh lóng giúp lóng cây dài ra và sẽ ngừng hoạt động khi lóng đạt đến kích thước tối đa.

4. Sinh trưởng sơ cấp

- Sinh trưởng sơ cấp là sự sinh trưởng của cây do hoạt động phân chia của mô phân sinh đỉnh đảm bảo cho thân và rễ dài ra cũng như hoạt động của mô phân sinh lỏng giúp lóng dài ra.

- Sinh trưởng sơ cấp gặp ở cây Một lá mầm và cây Hai lá mầm.

5. Sinh trưởng thứ cấp

- Sinh trưởng thứ cấp là sự sinh trưởng của cây do hoạt động phân chia của mô phân sinh bên gồm tầng phát sinh vỏ (tầng sinh bần) và tầng phát sinh trụ (tầng sinh mạch), đảm bảo cho thân và rễ to ra theo đường kính.

- Sinh trưởng thứ cấp chỉ gặp ở cây Hai lá mầm.

Tầng phát sinh vỏ nằm ở miền vỏ của thân và rễ. Hoạt động phân chia của tầng này tạo ra lớp bần bảo vệ cây khỏi mất nước và ngăn cản sự xâm nhập của các sinh vật gây hại.

Tầng phát sinh trụ nằm ở miền trụ của thân và rễ. Hoạt động phân cấp của tầng này cho ra mạch rây thứ cấp ở mặt ngoài và mạch gỗ thứ cấp ở mặt trong.

II. Hormone thực vật

1. Khái niệm và vai trò của hormone thực vật

- Hormone thực vật (phytohormone) là các phân tử hữu cơ được tổng hợp với một lượng rất nhỏ trong cơ thể thực vật và vận chuyển đến các cơ quan, bộ phận của cây để điều hoà hoạt động sinh lí, quá trình sinh trưởng, phát triển của cây.

- Ngoài ra, còn có nhiều hormone nhân tạo được tổng hợp để sử dụng trong nông nghiệp nhằm tăng năng suất, chất lượng cây trồng.

Ví dụ: 2,4D, gibberellin tổng hợp, 6-benzyl aminopurine (BA), chloro choline chloride (CCC),...

- Hormone thực vật có vai trò điều hoà các quá trình sinh trưởng, phát triển và các hoạt động sinh lí của thực vật theo hai hướng:

• Kích thích (như auxin, cytokinin, gibberellin,...).
• Ức chế (như abscisic acid, ethylene,...).

- Ở mức tế bào, hormone thực vật có vai trò điều hoà sự phân chia tế bào, dãn dài, phân hoá tế bào hoặc thay đổi áp suất thẩm thấu của tế bào,...

- Ở mức cơ thể, hormone có vai trò tăng cường hoặc hạn chế sự sinh trưởng, phát triển của cơ thể thực vật hoặc tham gia điều khiển các phản ứng của thực vật trả lời kích thích từ môi trường.

2. Hormone kích thích sinh trưởng

- Auxin (IAA):

• Vị trí sinh ra: Mô phân sinh đỉnh chồi và lá non, có nhiều trong hạt đang nảy mầm.
• Ảnh hưởng:
  • Kích thích sự kéo dài thân, kích thích sự hình thành các rễ bên và rễ phụ, điều khiển sự phát triển của quả và tăng cường ưu thế ngọn.
  • Gây ra tính hướng động của cây.
  • Kích thích sự sinh trưởng của quả.
  • Làm chậm sự rụng lá, hoa, quả.

- Gibberellin (GA):

• Vị trí sinh ra: Mô phân sinh đỉnh chồi, rễ, lá non và hạt đang phát triển.
• Ảnh hưởng:
  • Kích thích sự sinh trưởng kéo dài của thân, lóng.
  • Phát triển hạt phấn.
  • Kích thích sự phát triển và nảy mầm của hạt, củ.
  • Kích thích sự ra hoa.

- Cytokinin:

• Vị trí sinh ra: Chủ yếu ở rễ.
• Ảnh hưởng:
  • Kích thích sự phân chia tế bào ở chồi.
  • Kích thích chồi bên phân chia mạnh mẽ tạo ra sự phân hóa chồi.
  • Kích thích sự nảy mầm của hạt, làm chậm sự hóa già của lá.
  • Làm thay đổi ưu thế ngọn.

3. Hormone ức chế sinh trưởng

- Abscisic acid (ABA):

• Vị trí sinh ra: Hầu hết mọi tế bào của cây.
• Ảnh hưởng:
  • Ức chế sinh trưởng, kích thích đóng khí khổng khi cây bị khô hạn, kích thích trạng thái ngủ của hạt.
  • Ức chế sự nảy mầm, kích thích lá hóa già, kích thích sự chịu hạn.

- Ethylene:

• Vị trí sinh ra: Hầu hết mọi tế bào của cây; được tạo ra với nồng độ cao trong quá trình già hóa, sự rụng lá, sự chín của một số loại quả.
• Ảnh hưởng:
  • Kích thích sự chín của quả, kích thích sự rụng của lá, quả.
  • Ức chế kéo dài thân, kích thích sự giãn của vách tế bào và sinh trưởng ngang; kích thích sự hình thành rễ và lông hút.

4. Tương quan các hormone thực vật

Tương quan hormone bao gồm 2 mức độ:

• Tương quan chung: Sự tương quan giữa nhóm chất kích thích sinh trưởng và nhóm chất ức chế sinh trưởng trong toàn bộ cơ thể thực vật.
  • Đối với cây hằng năm, các hormone kích thích được tổng hợp nhiều lúc còn non sau đó giảm dần khi về già, còn hormone ức chế thì ngược lại.
  • Đối với cây lâu năm, sự tương quan hormone cũng giống như cây một năm, ngoài ra còn được thể hiện trong mỗi chu kì ra hoa. Giai đoạn trước khi ra hoa hormone kích thích được tổng hợp mạnh sau đó giảm dần ở giai đoạn sau ra ra hoa, còn hormone ức chế thì ngược lại.
• Tương quan riêng: Sự tương quan giữa hai hoặc một số hormone quyết định đến một biểu hiện sinh trưởng, phát triển của cây (như sự hình thành rễ, thân, chồi, lá, hoa, quả; sự nảy mầm; sự chín; sự già hoá; sự ngủ nghỉ;...). Tương quan giữa các hormone kích thích sinh trưởng. Ví dụ: Nếu auxin nhiều thì kích thích ra rễ, còn cytokinin nhiều thì kích thích hình thành chồi. Tương quan giữa hormone kích thích sinh trưởng và hormone ức chế sinh trưởng. Ví dụ: nếu ABA nhiều sẽ ức chế sinh trưởng của hạt và rơi vào trạng thái ngủ nghỉ, còn GA nhiều thì sẽ kích thích sự nảy mầm của hạt.

5. Ứng dụng hormone thực vật trong thực tiễn

- Với những hiểu biết về cơ chế tác động của hormone thực vật, con người đã có nhiều ứng dụng vào thực tiễn đời sống như:

• Ngắt chồi ngọn để các chồi nách phát triển, nhằm tạo ra nhiều nhánh để tăng năng suất của một số cây trồng lấy quả, ngọn.
• Sử dụng ethrel để giải phóng ethylene kích thích quả chín nhanh hoặc đặt các quả chín gần quả xanh nhằm kích thích cho quả mau chín.
• Sử dụng trong nhân giống vô tính cây trồng: Dùng auxin để kích thích ra rễ trong giâm, chiết cành; dùng cytokinin để kích thích sự mọc chồi trong nuôi cấy mô tế bào;...

- Các hormone nhân tạo không được phân giải hết nên bị tích luỹ trong nông phẩm có thể gây độc hại. Do đó, không nên quá lạm dụng các hormone nhân tạo trong trồng trọt, đặc biệt là các nông phẩm được sử dụng làm thức ăn.

III. Sự phát triển ở thực vật có hoa

1. Quá trình phát triển

- Quá trình phát triển của thực vật có hoa là những biến đổi về hình thái, cấu tạo, chức năng sinh lí diễn ra từ khi hạt nảy mầm thành cây con cho đến khi cây già, chết.

- Quá trình này gồm các giai đoạn sau: (1) hạt → (2) cây con → (3) cây trưởng thành → (4) sinh sản → (5) cây già chết.

- Đối với cây một năm, toàn bộ quá trình này diễn ra trong thời gian khoảng một năm.

- Đối với cây lâu năm, giai đoạn sinh sản lặp lại một số lần nhất định trong vòng đời tuỳ thuộc vào đặc tính của loài và điều kiện môi trường.

2. Các nhân tố chi phối quá trình phát triển ở thực vật có hoa

a. Nhân tố bên trong

- Nhân tố di truyền: Mỗi loài thực vật ra hoa khi ở độ tuổi nhất định, phụ thuộc vào đặc điểm di truyền loài đó. Ví dụ: Các loài cây lâu năm trồng bằng hạt, như xoài, cam, mít,... thường ra hoa sau 3 - 5 năm.

- Hormone: Có tác dụng kích thích sự ra hoa ở thực vật, được sản xuất trong lá và hoạt động trong mô phân sinh ngọn của chồi và các mẫu đang lớn. Ngoài ra, sự tương quan về nồng độ giữa các hormone với nhau làm cho thực vật chuyển từ giai đoạn sinh trưởng sang giai đoạn ra hoa.

b. Nhân tố bên ngoài

- Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng đến sự ra hoa của nhiều loài thực vật, nhất là các cây hai năm. Hiện tượng cây chỉ ra hoa khi trải qua (tiếp xúc) một giai đoạn nhiệt độ lạnh tự nhiên hoặc nhân tạo gọi là xuân hoá. Ví dụ: Khi xử lí củ của cây hoa loa kèn ở nhiệt độ lạnh từ 5 - 8 ^oC trong thời gian 15 - 20 ngày, sau đó mang đi trồng thì cây sẽ ra hoa đúng vụ. Hiện tượng xuân hoá thường gặp ở các cây trồng có nguồn gốc từ vùng ôn đới (ví dụ: cà rốt, bắp cải,...). Ở một số cây, điều kiện nhiệt độ lạnh là bắt buộc, nghĩa là chỉ ra hoa khi có một giai đoạn phát triển trong điều kiện nhiệt độ thích hợp (nhiệt độ xuân hoá). Nếu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xuân hoá thì chúng không ra hoa. Ví dụ: củ cải đường, rau cần tây, bắp cải, su hào,... Một số cây điều kiện nhiệt độ lạnh là không bắt buộc, nghĩa là nếu nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xuân hoá thì cây vẫn ra hoa nhưng muộn hơn.

- Ánh sáng

3. Ứng dụng sinh trưởng và phát triển ở thực vật trong thực tiễn

- Bảo quản hạt giống, củ giống.

- Tính tuổi của cây.

- Thắp đèn cho cây.