SINH HỌC 11 · Hệ thống sinh học thực vật: quang chu kì, thích nghi nước và sinh trưởng
Đặc huấn hệ thống khái niệm Sinh học 11: quang chu kì và đêm tới hạn, phytochrome, florigen, ba nhóm thực vật thủy sinh và mô khí, thế nước, hai dòng mạch gỗ…
THPT AI LUKATO · SINH HỌC 11 · ĐẶC HUẤN HỆ THỐNG KHÁI NIỆM
Hệ thống sinh học thực vật: quang chu kì, thích nghi nước và sinh trưởng
Cây không có thần kinh mà vẫn "biết" đêm dài hay ngắn để ra hoa đúng mùa, sống chìm dưới nước mà rễ không thối, kéo nước lên ngọn cao hàng chục mét. Bài này dựng ba cột ra hoa, nước, sinh trưởng thành một hệ thống với năm công cụ LUKATO. Học xong, em tự giải mọi thí nghiệm che lá, gián đoạn đêm, ghép, khoanh vỏ, đọc biểu đồ các nhóm thủy sinh và lập luận chặt về thế nước, hormone, vòng năm.
14 SƠ ĐỒ TỰ DỰNG 5 CÔNG CỤ LUKATO 10 DẠNG BÀI 2 CA MẪU 8 BÀI LUYỆN 3 BẬC MỌI SUY LUẬN ĐÃ KIỂM BẰNG MÁY
01 Bản đồ 02 Khái niệm 03 Công cụ 04 Dạng bài 05 Ca mẫu 06 Biến thể 07 Phòng luyện 08 Bẫy 09 Tổng kết 10 Tự kiểm tra
01 · TOÀN CẢNH
Bản đồ tư duy
Cả đơn vị quy về một câu: cây nhận tín hiệu ở một cơ quan, truyền qua một con đường, đáp ứng ở cơ quan khác . Lá đo đêm, tín hiệu đi trong libe, đỉnh chồi ra hoa. Rễ hút nước, mạch gỗ dẫn lên, lá thoát hơi. Hormone sinh ra nơi này, tác động nơi khác.
Ma trận tín hiệu tổng
Tín hiệu · Cơ quan nhận · Chất truyền tin, đường đi · Đáp ứng
Độ dài đêm · Lá (phytochrome) · Florigen, trong libe · Đỉnh chồi tạo hoa
Thiếu nước · Rễ, lá · Abscisic acid (ABA) · Khí khổng đóng
Ngập úng kéo dài · Rễ, thân ngập · Ethylene tích lũy tại chỗ (một số loài) · Tạo thêm mô khí
Ánh sáng một phía · Đỉnh ngọn · Auxin dồn về phía tối · Ngọn cong về phía sáng
Hạt hút nước · Phôi · Gibberellin · Tổng hợp amylase, nảy mầm
Vì sao đơn vị này quyết định điểm ở mức chuyên
- Câu ra hoa có bẫy hai lớp: nhầm ngày với đêm (khóa bằng Bảng Đêm Tới Hạn ) và nhầm nơi nhận với nơi đáp ứng (khóa bằng Chuỗi Ba Trạm Ra Hoa ).
- Câu thủy sinh ra dạng biểu đồ nhóm giấu tên: suy từ vật lí, không học thuộc, bằng Thước Ba Tầng Nước .
- Nước và đường đi hai dòng theo hai luật: lẫn là sai cả câu khoanh vỏ, đất mặn. La Bàn Hai Dòng tách bạch.
- Câu dữ liệu luôn có một kết luận vượt dữ liệu làm mồi: Kính Đọc Ba Lớp dạy dừng đúng chỗ.
Học xong em làm được
- Phân loại nhóm cây quang chu kì và suy khoảng đêm tới hạn từ số liệu.
- Dự đoán ra hoa khi đêm bị chớp sáng cắt, ngày bị bóng tối chen, chu kì khác 24 giờ, chuỗi đỏ và đỏ xa.
- Từ thí nghiệm che lá, cắt lá, ghép, khoanh vỏ, chỉ ra nơi cảm nhận và đường tín hiệu, loại trừ từng giả thuyết.
- Nhận diện nhóm thủy sinh, giải thích vì sao rễ trong bùn không thối, nhóm nào chịu cạn.
- Tính thế nước, xác định chiều nước; phân biệt dòng mạch gỗ và libe.
- Nêu chuẩn chức năng năm hormone; đọc sinh trưởng sơ cấp, thứ cấp, vòng năm.
02 · MƯỜI MỘT KHÁI NIỆM GỐC
Nền tảng khái niệm
Mỗi khái niệm có định nghĩa, ví dụ đối lập, hình hoặc bảng, và một hiểu lầm phổ biến.
Khái niệm 1. Quang chu kì và ba nhóm cây
Định nghĩa Quang chu kì là tương quan độ dài thời gian chiếu sáng và bóng tối trong chu kì ngày đêm, ảnh hưởng tới nhiều hoạt động của cây, rõ nhất là ra hoa. Cây ngày ngắn ra hoa khi đêm đủ dài (cúc, đậu tương); cây ngày dài ra hoa khi đêm đủ ngắn (lúa mì, thanh long); cây trung tính ra hoa khi đủ tuổi, không phụ thuộc quang chu kì (cà chua, hướng dương).
Ví dụ đối lập Mùa đông đêm dài: cúc ra hoa, thanh long không ra hoa nếu không chiếu đèn ban đêm. Cà chua mùa nào cũng ra hoa khi đủ lớn.
Hiểu lầm phổ biến. "Cây ngày ngắn cứ ngày ngắn là ra hoa." Tên gọi có từ khi người ta chỉ đo ngày; thứ cây thật sự đo là đêm liền (khái niệm 2).
Khái niệm 2. Đêm tới hạn: đêm quyết định, không phải ngày
Định nghĩa Đêm tới hạn D_c là độ dài bóng tối liên tục làm ranh giới giữa ra hoa và không ra hoa của một loài. Gọi D_{max} là đoạn tối liên tục dài nhất trong mỗi chu kì:
Ngày ngắn ra hoa khi D_{max} > D_c; ngày dài ra hoa khi D_{max} < D_c
Bằng chứng đêm quyết định: (1) chớp sáng ngắn giữa đêm dài làm cây ngày ngắn không ra hoa và cây ngày dài ra hoa, dù tổng giờ sáng gần như không đổi; (2) bóng tối chen giữa ngày không đổi kết quả; (3) chu kì khác 24 giờ : ngày ngắn mà đêm cũng ngắn thì cây ngày ngắn không ra hoa.
Ví dụ đối lập Thanh 2 và 3 cùng 8 giờ sáng; chỉ một chớp đỏ đưa D_{max} từ 16 xuống 8 giờ và đảo kết quả của cả hai cây. Thanh 4 có tối chen giữa ngày nhưng đêm vẫn liền 16 giờ nên giống thanh 2.
Hiểu lầm phổ biến. "Cây ngày ngắn và ngày dài luôn cho kết quả ngược nhau." Sai: với S (12 giờ) và L (10 giờ), chế độ 13 giờ sáng, 11 giờ tối làm cả hai không ra hoa (11 không dài hơn 12, không ngắn hơn 10).
Khái niệm 3. Phytochrome: công tắc đỏ và đỏ xa
Định nghĩa Phytochrome là sắc tố protein cảm nhận ánh sáng, có hai dạng chuyển đổi thuận nghịch: Pr (còn kí hiệu Pđ) hấp thụ ánh sáng đỏ khoảng 660 nm thành Pfr (Pđx); Pfr hấp thụ đỏ xa khoảng 730 nm thành Pr; trong tối Pfr chuyển dần về Pr. Pfr là dạng có hoạt tính sinh học; ban ngày Pfr chiếm ưu thế.
Quy tắc chớp cuối Chớp đỏ giữa đêm gián đoạn đêm; chớp đỏ xa ngay sau đó xóa tác dụng. Chuỗi xen kẽ đỏ, đỏ xa: chớp cuối quyết định . Các chuỗi đỏ; đỏ, đỏ xa; đỏ, đỏ xa, đỏ; đỏ, đỏ xa, đỏ, đỏ xa cho cây ngày ngắn ở đêm dài lần lượt: không, ra hoa, không, ra hoa.
Ví dụ đối lập Hạt rau diếp: chiếu đỏ thì nảy mầm, đỏ rồi đỏ xa thì không. Cùng công tắc, cùng quy tắc, khác đáp ứng.
Hiểu lầm phổ biến. "Chớp sáng có tác dụng vì cây quang hợp thêm." Sai: vài phút sáng gần như không thêm sản phẩm quang hợp, và đỏ xa xóa được tác dụng; đó là tín hiệu qua phytochrome.
Khái niệm 4. Florigen: lá cảm nhận, libe vận chuyển, đỉnh chồi đáp ứng
Định nghĩa Quang chu kì được lá cảm nhận, không phải đỉnh chồi. Lá nhận chu kì cảm ứng tạo tín hiệu ra hoa (florigen) , đi trong libe tới mô phân sinh đỉnh , làm đỉnh chuyển từ tạo lá sang tạo hoa. Ở các cây được nghiên cứu kĩ, thành phần chủ yếu của florigen là một protein (protein FT) tạo ở lá.
Bằng chứng (1) Cho một phần lá nhận chu kì cảm ứng là đủ; che đỉnh chồi vô ích. (2) Cắt lá ngay sau đêm cảm ứng thì không ra hoa; để vài giờ mới cắt thì ra hoa. (3) Ghép cành đã cảm ứng vào cây chưa cảm ứng làm cây nhận ra hoa, kể cả giữa cây ngày ngắn và cây ngày dài có quan hệ gần. (4) Khoanh vỏ hay làm chết libe giữa lá và đỉnh chặn tín hiệu.
Hiểu lầm phổ biến. "Tín hiệu ra hoa theo mạch gỗ lên ngọn." Sai: khoanh vỏ (bỏ libe, giữ gỗ) chặn được tín hiệu mà cây không héo.
GIA SƯ HỎI Cây bị cắt trụi lá đặt trong đêm dài có ra hoa không? Gợi ý: không có lá thì không có trạm cảm nhận, đỉnh chồi ở trong đêm dài bao lâu cũng vậy.
Khái niệm 5. Ba nhóm thực vật thủy sinh
Định nghĩa Theo vị trí so với mặt nước: ngoi lên (rễ trong bùn, thân lá vươn lên không khí; sen, lúa nước), lá nổi (lá trên mặt nước; bám bùn như súng hoặc trôi nổi như bèo tây), chìm (cả cơ thể trong nước; rong đuôi chó). Mọi đặc điểm suy ra từ ba điều kiện: nước nâng đỡ, nước rất nghèo oxygen so với không khí, phần trong nước hấp thụ nước trực tiếp.
Đặc điểm · Ngoi lên · Lá nổi · Chìm · Lí do
Khí khổng · Thường ở hai mặt · Chỉ mặt trên · Không có (hoặc không hoạt động) · Chỉ có ích ở mặt tiếp xúc không khí
Cutin, sáp · Như cây cạn · Mặt trên phủ sáp, không thấm nước · Rất mỏng hoặc không có · Trong nước không sợ mất nước; cutin mỏng dễ hấp thụ
Mạch gỗ · Khá phát triển · Kém · Tiêu giảm mạnh · Cây chìm hấp thụ qua bề mặt, không thoát hơi nước
Mô cơ học · Có · Ít · Rất ít · Nước nâng đỡ phần chìm
Rễ, lông hút · Rễ bám bùn, có lông hút · Ít · Tiêu giảm, chủ yếu để neo; có loài không có rễ · Nơi lấy nước, khoáng
Lá · Như cây cạn · Phiến rộng, cuống dài xốp · Mỏng, dạng dải hoặc xẻ nhỏ · Tăng diện tích hấp thụ khí, khoáng
Mô khí · Phát triển ở cả ba nhóm · Dự trữ, dẫn khí, giúp nổi
Hiểu lầm phổ biến. "Lá nổi có khí khổng mặt dưới như cây cạn." Sai: mặt dưới áp nước, không trao đổi khí với không khí được.
Khái niệm 6. Mô khí và vì sao rễ trong bùn không thối
Định nghĩa Mô khí là mô mềm có các khoang khí lớn thông nhau, tạo đường dẫn khí liên tục từ phần tiếp xúc không khí xuống rễ (ngó sen, cuống lá súng, thân lúa).
Cơ chế Bùn ngập nước gần như không có oxygen. Rễ cây cạn ngập lâu phải hô hấp kị khí: rất ít ATP, tích lũy chất độc (như ethanol), lông hút chết, rễ thối, cây héo dù đứng giữa nước. Ở cây thủy sinh, oxygen từ không khí và từ quang hợp khuếch tán theo mô khí xuống rễ, rễ vẫn hô hấp hiếu khí; rễ không thối và chủ yếu làm nhiệm vụ neo.
Ví dụ đối lập Ruộng ngô ngập vài ngày có thể chết hàng loạt; ruộng lúa ngập quanh năm vẫn xanh nhờ mô khí.
Hiểu lầm phổ biến. "Cây ngập úng chết vì thừa nước." Bản chất là thiếu oxygen ở rễ; rễ ngừng hút nước nên cây ngập lại héo như thiếu nước.
GIA SƯ NHẮC Nhóm nào sống lâu nhất khi thủy vực cạn? Hỏi: khi mất nước nâng đỡ và nước bao quanh, nhóm nào đã sẵn lông hút, mạch gỗ, mô cơ học, cutin, khí khổng điều chỉnh được? Đó là nhóm ngoi lên.
Khái niệm 7. Thế nước và con đường hút nước ở rễ
Định nghĩa Thế nước (MPa) đo khả năng di chuyển của nước; nước nguyên chất bằng 0, chất tan làm thế nước âm. Với tế bào:
thế nước = thế thẩm thấu (không dương) + thế áp suất (áp suất trương)
Nước đi thụ động từ nơi thế nước cao hơn (ít âm) tới nơi thấp hơn (âm hơn) ; dọc đường đất, lông hút, vỏ rễ, mạch gỗ, lá, khí quyển, thế nước giảm dần.
Vào mạch gỗ rễ Nước qua vỏ rễ theo con đường gian bào (thành tế bào, khoảng gian bào) và con đường tế bào chất . Ở nội bì , đai Caspari không thấm chặn đường gian bào, buộc nước và ion đi qua tế bào chất: rễ kiểm soát chất vào mạch gỗ.
Ví dụ đối lập Tế bào có thế thẩm thấu -0{,}9 MPa, thế áp suất 0{,}3 MPa: thế nước -0{,}6 MPa. Đất -0{,}2 MPa: nước vào tế bào. Đất mặn -1{,}1 MPa: nước ra khỏi tế bào; cây trên đất mặn, bón phân quá đậm bị héo.
Hiểu lầm phổ biến. "Nước luôn đi từ nơi ít chất tan sang nơi nhiều chất tan." Chỉ đúng khi áp suất như nhau; tế bào trương căng có thể mất nước vào dung dịch loãng hơn nó. Luôn so thế nước .
Khái niệm 8. Thoát hơi nước và khí khổng
Định nghĩa Thoát hơi nước là mất nước dạng hơi, chủ yếu qua lá: qua khí khổng (lượng lớn, điều chỉnh được) và qua cutin (lượng nhỏ, không điều chỉnh; lá non cutin mỏng thoát qua cutin nhiều hơn). Vai trò: tạo lực hút đầu trên, hạ nhiệt lá, và khí khổng mở cho CO 2 vào.
Đóng mở Tế bào hạt đậu có thành phía lỗ dày, thành ngoài mỏng; trương nước thì thành mỏng giãn nhiều, tế bào cong ra, lỗ mở; mất nước thì lỗ khép. Ánh sáng làm mở; thiếu nước tăng ABA làm đóng. Động lực dòng mạch gỗ: áp suất rễ (ứ giọt, rỉ nhựa), lực hút do thoát hơi nước, lực liên kết giữa các phân tử nước và lực bám vào thành mạch.
Ví dụ đối lập Trưa nắng gắt, cây thiếu nước đóng khí khổng: giữ được nước nhưng CO 2 vào ít, quang hợp giảm.
Hiểu lầm phổ biến. "Thoát hơi nước là lãng phí." Sai: mất nó là mất động lực đầu trên, lá nóng lên, CO 2 bị chặn.
Khái niệm 9. Hai dòng vận chuyển: mạch gỗ và libe
Tiêu chí · Mạch gỗ · Libe (mạch rây)
Cấu tạo · Quản bào, mạch ống: tế bào chết · Ống rây, tế bào kèm: tế bào sống
Chất · Nước, ion khoáng, một số chất hữu cơ tạo ở rễ · Chủ yếu sucrose, amino acid, hormone, tín hiệu ra hoa
Chiều · Một chiều, từ rễ lên · Từ nguồn tới chứa, lên hoặc xuống
Động lực · Áp suất rễ, thoát hơi nước, lực liên kết · Chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa nguồn (nạp đường) và chứa (dỡ đường)
Nguồn và chứa Cơ quan nguồn là lá trưởng thành, củ đang nảy mầm; cơ quan chứa là rễ, quả, hạt, đỉnh chồi, lá non. Củ khoai là chứa khi lớn, là nguồn khi mọc mầm.
Ví dụ đối lập Khoanh vỏ quanh thân: libe đứt, gỗ còn. Lá vẫn tươi, mép trên vết khoanh phình to do chất hữu cơ ứ lại, rễ dần thiếu chất hữu cơ. Chiết cành dùng đúng điều này: rễ mọc từ mép trên vết khoanh.
Hiểu lầm phổ biến. "Khoanh vỏ làm cây héo ngay." Sai: mạch gỗ còn nguyên; cây chỉ suy dần.
Khái niệm 10. Năm hormone và hai cặp đối kháng
Định nghĩa Hormone thực vật là chất hữu cơ do cây tạo ra, lượng rất nhỏ, điều tiết hoạt động sống, thường tác động xa nơi tạo ra. Nhóm kích thích: auxin, gibberellin, cytokinin; nhóm ức chế: abscisic acid, ethylene.
Hormone · Nơi tạo chủ yếu · Tác dụng chuẩn · Ứng dụng
Auxin · Đỉnh chồi, lá non · Kéo dài tế bào, hướng động, ưu thế ngọn, ra rễ phụ, phát triển quả · Giâm, chiết; quả không hạt; nồng độ cao diệt cỏ lá rộng
Gibberellin · Lá non, rễ, hạt nảy mầm · Kéo dài lóng; phá ngủ, kích thích nảy mầm (tổng hợp amylase) · Tăng chiều cao cây lấy sợi; quả không hạt
Cytokinin · Chủ yếu ở rễ, lên theo mạch gỗ · Phân chia tế bào, tạo chồi, kích thích chồi bên, chậm già hóa lá · Nuôi cấy mô
Ethylene · Hầu hết các mô, nhiều ở quả chín, mô già, mô tổn thương · Thúc quả chín; gây rụng lá, quả · Thúc chín quả