Đai Caspari

Đai Caspari là tên gọi của một cấu trúc thực vật trên cạn được phát hiện bởi nhà thực vật học người Đức Robert Caspary (1818-1887). Trong tiếng Đức, cấu trúc này được gọi là Casparische Streifen, với 'streifen' có thể dịch là 'đai', 'dải', 'vòng' hay 'vành đai'. Tiếng Anh gọi cấu trúc này là Casparian strip.

Cấu trúc này bao gồm một lớp hợp chất từ suberin và lignin bao quanh khoảng gian bào của mỗi tế bào nội bì, tạo thành một vành đai không thấm nước và chất tan. Do đó, nước từ môi trường chỉ có thể di chuyển đến rễ qua con đường gian bào rồi dừng lại ở lớp nội bì, bắt buộc nước và khoáng phải chuyển sang chất nguyên sinh để vào các tế bào xylem của mạch gỗ. Điều này giúp ngăn nước từ xylem thẩm thấu ngược và cho phép cây điều chỉnh lượng nước và chất hòa tan. Mặc dù được phát hiện lần đầu ở cây thủy sinh từ thế kỉ XIX, mãi đến thế kỉ XX, các nhà khoa học mới xác định chi tiết về thành phần và chức năng của đai Caspari và xác nhận sự hiện diện phổ biến của nó ở cây trên cạn.

Vị trí

• Nhiều loài thực vật có cấu trúc rễ và thân non bao gồm bốn lớp tế bào chính từ ngoài vào trong: biểu bì, vỏ, nội bì và trung trụ (xem hình minh họa). Trung trụ chứa mạch gỗ, có chức năng vận chuyển nước và khoáng chất từ rễ lên phần cao hơn của cây, được gọi là 'đường đi lên'.
• Đai Caspari nằm ở vùng nội bì, giữa lớp vỏ và trung trụ (chứa mạch gỗ thuộc đường đi lên). Đây không phải là dải liên tục mà là các 'điểm' không thấm nước ở khoảng gian bào của lớp nội bì.

Cấu tạo

• Về mặt hóa học, đai Caspari chủ yếu gồm suberin và lignin, các hợp chất không thấm nước. Khi các mô còn non, đai hình thành nhờ sự lắng đọng cục bộ của các chất béo phenolic và các chất béo không bão hòa ở khoảng gian bào giữa các tế bào nội bì với một phần màng bị oxy hóa. Lớp lắng đọng này dày dần tạo thành lớp 'xi măng' không thấm nước, giữ chặt các tế bào nội bì với nhau. Tế bào chất cũng gắn chặt vào đai, giúp nó không dễ bị tách rời khi tế bào co lại hoặc có sự co nguyên sinh. Điều này ngăn nước thấm ngược và giúp duy trì dòng nước trong mạch gỗ lên cao theo 'đường đi lên'.
• Ở rễ, đai gắn liền với vách tế bào nội bì phía sau chóp rễ. Các nhà khoa học đã xác định rằng yếu tố phiên mã SHORT-ROOT (SHR) là yếu tố điều hòa chính và thúc đẩy sự hình thành đai Caspari thông qua hai cơ chế độc lập: tạo ra sự biểu hiện của enzym ở đai Caspari qua MYB36 và chỉ đạo quá trình hình thành đai qua SCARECROW (SCR).

Chức năng

• Về mặt sinh lý, đai Caspari có vai trò ngăn cản nước và ion khoáng từ ngoài vào mạch gỗ qua con đường gian bào. Nước từ môi trường vào rễ qua gian bào đến đai Caspari sẽ bị chặn lại, buộc phải chuyển qua con đường tế bào chất để vào xylem.
• Đồng thời, đai này cũng ngăn nước trong mạch gỗ thấm ngược lại, tăng cường áp suất rễ và giúp đẩy nước lên các phần trên cao của cây, có thể lên tới hàng chục hoặc hàng trăm mét so với mặt đất.
• Nhờ đai Caspari, cây có khả năng điều chỉnh lượng nước và chất hòa tan.

Hình thành

• Đai Caspari hình thành qua sự lắng đọng dần dần, là cấu trúc thứ cấp trong thực vật có mạch. Đối với các cây không có sự phát triển thứ cấp như hầu hết cây một lá mầm (monocotyledons), nội bì thường phải trải qua biến đổi để hình thành đai này.
• Trong quá trình hình thành, suberin bao phủ toàn bộ thành trong tế bào. Sau đó, đai Casparian được hình thành từ lớp suberin tách khỏi tế bào chất và kết nối giữa các khoảng gian bào. Lớp cellulose sau đó lắng đọng trên suberin, làm cho đai dày lên và tạo thành thành tế bào thứ cấp, tạo ra các vết rỗ quan sát được dưới kính hiển vi.

Sách Giải phẫu học thực vật của Katherine Esau, có thể truy cập tại https://archive.org/details/plantanatom00esau

Nguồn tham khảo