I. Vai trò của nước và chất khoáng

Vai trò của nước:

• Là thành phần cấu tạo của tế bào.
• Là dung môi hòa tan các chất, tham gia vào quá trình vận chuyển các chất trong cây.
• Là nguyên liệu, môi trường của các phản ứng sinh hóa.
• Điều hòa nhiệt độ.

Vai trò của các nguyên tố: bảng 2.1 SGK trang 10.

• Hình a: thiếu Phosphorus (P)
• Hình b: thiếu Potassium (K)
• Hình c: thiếu Magnesium (Mg)
• Hình d: thiếu Zinc (Zn).

Nguyên tố khoáng thiết yếu là những nguyên tố mà thiếu chúng cây sẽ không hoàn thành được chu kỳ sống của mình.

Vai trò chính của các nguyên tố khoáng thiết yếu: 

• Cấu trúc thành phần của tế bào.
• Điều tiết các quá trình sinh lí.

Kết luận:

• Nước, chất khoáng là những chất dinh dưỡng của thực vật.
• Quá trình dinh dưỡng thực vật là quá trình hấp thụ nước, chất khoáng và đồng hóa chúng thành chất sống.

II. Quá trình trao đổi nước và khoáng ở thực vật

Đáp án câu hỏi câu hỏi 2 mục Dừng lại và suy ngẫm SGK trang 15:

• Hấp thụ nước theo cơ chế thẩm thấu: Dịch tế bào biểu bì lông hút ưu trương so với dich trong đất => Nước di chuyển từ đất vào tế bào lông hút.
• Hấp thụ khoáng ở tế bào lông hút theo 2 cơ chế: thụ động và chủ động.

Cơ chế thụ động: chất khoáng đi từ Đất (nồng độ cao) → Rễ (nồng độ thấp).

Cơ chế chủ động: chất khoáng đi từ (cần năng lượng) Đất (nồng độ thấp) → Rễ (nồng độ cao).

Để nhận biết triệu chứng thiếu khoáng ở cây trồng: quan sát màu lá, hình dạng quả, thân (ví dụ mục I).

Đáp án câu hỏi câu hỏi 3 mục Dừng lại và suy ngẫm SGK trang 15 (bảng bên dưới)

Đáp án câu hỏi câu hỏi 4 mục Dừng lại và suy ngẫm SGK trang 15:

Thực vật điều tiết quá trình thoát hơi nước thông qua: ánh sáng và stress.

Kết luận: Hoạt động trao đổi nước ở thực vật diễn ra theo ba giai đoạn kế tiếp nhau gồm:

• Hấp thụ nước ở hệ rễ
• Vận chuyển nước ở thân
• Thoát hơi nước ở lá

Nguyên tố khoáng hòa tan trong nước => Quá trình trao đổi khoáng đi kèm với trao đổi nước.

III. Các giai đoạn chuyển hóa năng lượng trong sinh giới

Chậu a: xuất hiện vàng lá ở lá trưởng thành, lá nhỏ, cây thấp kém phát triển.

Chậu b: lá xanh, kích thước lá lớn, cây sinh trưởng và phát triển tốt.

=> Vai trò của nitrogen:

• Vai trò cấu trúc: thành phần của các hợp chất hữu cơ (protein, diệp lục…).
• Vai trò điều tiết: tham gia cấu tạo enzyme, hormone thực vật… → điều tiết sinh trưởng và phát triển của thực vật.
• Trong tự nhiên, nitrogen tồn tại ở dạng tự do (N$_{2}$ trong khí quyển) và dạng hợp chất (vô cơ, hữu cơ).
• Thực vật hấp thụ nitrogen ở dạng vô cơ ($NO_{3}^{-}$ và $NH_{4}^{+}$).
• Những con đường tạo ra nguồn nitrogen cây dễ hấp thụ: 

Con đường cố định N$_{2}$ nhờ VSV.

Sự phân giải chất hữu cơ.

Phân bón.

• Khi bón nhiều phân đạm cho một số loại cây ngũ cốc như ngô, lúa thì hay dẫn đến hiện tượng “đổ lốp”. 
• Đạm làm lá phát triển mạnh, nhưng mô cơ giới của thân kém phát triển => Thân không đủ cứng để chống đỡ sức nặng của lá => Cây đổ rạp.

→ Ảnh hưởng đến năng suất của cây.

Kết luận:

• Đất là nguồn cung cấp nitrogen chính cho cây trồng.
• Cây hấp thụ nitrogen ở hai dạng là $NO_{3}^{-}$ và $NH_{4}^{+}$.
• Nitrogen vô cơ ($NO_{3}^{-}$ và $NH_{4}^{+}$) qua quá trình nitrate và đồng hóa ammonium được chuyển thành dạng hữu cơ.

IV. Các nhân tố ảnh hưởng đến hoạt động trao đổi nước và dinh dưỡng khoáng

1. Ánh sáng

Ảnh hưởng đối với thực vật: mở khí khổng, tăng tốc độ thoát hơi nước, tăng cường quang hợp và hô hấp => giải phóng năng lượng.

→ Tạo động lực cho quá trình hấp thụ, vận chuyển nước và khoáng ở rễ và thân.

Cơ sở khoa học: quá trình quang hợp và trao đổi nước ở cây.

Ứng dụng: trồng cây theo hàng, tỉa cây, tỉa cành, chọn khu vực trồng…

2. Nhiệt độ

Ảnh hưởng đối với thực vật: 

• Nhiệt độ giảm => Hô hấp và khả năng hấp thụ khoáng của rễ giảm.
• Nhiệt độ tăng quá cao => Lông hút bị tổn thương hoặc chết.
• Nhiệt độ được đảm bảo => tăng tốc độ hấp thụ khoáng.

Cơ sở khoa học: Nhiệt độ ảnh hưởng trực đến quá trình trao đổi chất, độ nhớt và tính thấm của chất nguyên sinh và sự thoát hơi nước.

Ứng dụng: 

• Khi nhiệt độ thấp: ủ gốc bằng rơm, rạ, bao tải gai…
• Trong phương pháp trồng cây thủy canh: sử dụng vật liệu cách nhiệt để bọc hoặc làm ống trồng cây.

3. Độ ẩm đất và không khí

Ảnh hưởng đối với thực vật: 

• Độ ẩm đất: tỉ lệ thuận với khả năng hấp thụ nước và khoáng ở hệ rễ.
• Độ ẩm không khí: ảnh hưởng gián tiếp đến hoạt động trao đổi nước và khoáng thông qua quá trình thoát hơi nước. 

Cơ sở khoa học: quá trình hô hấp, sự sinh trưởng của hệ rễ và sự thoát hơi nước.

Ứng dụng: tưới tiêu hợp lí.

• Cường độ ánh sáng tăng => Tốc độ thoát hơi nước tăng => Tạo động lực cho quá trình hấp thụ, vận chuyển nước và khoáng ở rễ và thân.
• Cung cấp năng lượng cần thiết cho quá trình hấp thụ và vận chuyển các chất trong cây.

Nhiệt độ ở vùng rễ tăng => Khả năng hấp thụ chất khoáng tăng.

• Độ ẩm thấp => khí khổng hoạt động nhiều => thúc đẩy thoát hơi nước. 

→ Tăng quá trình hấp thụ nước và khoáng.

• Độ ẩm cao => giảm tỉ lệ hoạt động khí khổng => thoát hơi nước giảm.

→ Giảm quá trình hấp thụ nước và khoáng.

Kết luận: Hoạt động trao đổi nước và chất khoáng chịu ảnh hưởng của các yếu tố môi trường như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm đất và không khí…

V. Ứng dụng quá trình trao đổi nước và khoáng ở thực vật trong sản xuất nông nghiệp

• Cần xác định việc tưới tiêu hợp lí cho cây trồng theo tiêu chí: đúng nhu cầu sinh lí của từng loại cây (cây hạn, cây ưa nước, cần nước…), đúng thời điểm cây cần và đúng phương pháp.
• Biến đổi về hình thái, ví dụ xương rồng lá biến thành gai.
• Biến đổi quá trình sinh lí – sinh hóa.
• Biến đổi cấp độ phân tử.

Vườn dâu tây nhà ông Hùng đang gặp tình trạng thừa nhiều chất dinh dưỡng, đặc biệt là nitrogen. 

Biện pháp: tránh tăng thêm phân bón, làm ngập đất trong nước và để cho đất thoát nước.

• Nếu bón phân quá ít => không đáp ứng đủ nhu cầu dinh dưỡng của cây: xuất hiện triệu chứng thiếu khoáng, cây còi cọc, giảm năng suất cây trồng.
• Nếu bón phân quá nhiều => dư thừa gây độc cho cây, ô nhiễm môi trường.

Kết luận: Trong sản xuất, có thể điều khiển các yếu tố ngoại cảnh và áp dụng chế độ bón phân, tưới nước hợp lí để nâng cao năng suất cây trồng.