Khái niệm về sinh trưởng và phát triển ở thực vật là gì? Những ví dụ cụ thể về quá trình này ở thực vật

1. Sinh trưởng và phát triển ở thực vật có nghĩa là gì?

Sinh trưởng là quá trình hình thành các yếu tố cấu trúc mới một cách không thể đảo ngược ở tế bào, mô và toàn cây, dẫn đến sự gia tăng về số lượng, kích thước, thể tích và sinh khối. Tóm lại, sinh trưởng là sự tăng trưởng về mặt số lượng.

Phát triển là quá trình thay đổi chất bên trong tế bào, mô và toàn cây, dẫn đến sự thay đổi về hình dạng và chức năng. Nói chung, phát triển là sự biến đổi về chất lượng.

2. Những chất điều chỉnh sinh trưởng và phát triển của thực vật

- Khái niệm: các chất điều chỉnh sinh trưởng và phát triển của thực vật là những hợp chất hữu cơ với các cấu trúc hóa học khác nhau, nhưng đều có tác dụng điều chỉnh quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.

- Các chất điều chỉnh sinh trưởng và phát triển ở thực vật bao gồm cả các phytohormone và các chất tổng hợp nhân tạo. Phytohormone được sản sinh với lượng rất nhỏ tại các bộ phận cụ thể của cây và được vận chuyển đến các cơ quan khác để điều hòa các hoạt động liên quan đến sự sinh trưởng và phát triển, đảm bảo sự cân bằng giữa các bộ phận và toàn cây.

- Về mặt sinh lý, các chất điều chỉnh sinh trưởng và phát triển có thể được phân loại thành hai nhóm với tác dụng đối kháng nhau: các chất kích thích sinh trưởng và các chất ức chế sinh trưởng.

2.1. Auxin

Auxin được tổng hợp chủ yếu ở ngọn chồi của cây. Từ đó, nó được vận chuyển theo hướng từ trên xuống dưới một cách phân cực, không thể di chuyển ngược lên. Do đó, hàm lượng auxin giảm dần khi càng xa đỉnh ngọn. Auxin điều chỉnh nhiều quá trình sinh trưởng của tế bào, cơ quan và toàn cây, kích thích sự dãn nở của tế bào chủ yếu theo hướng ngang, dẫn đến sự tăng trưởng của các cơ quan và toàn cây.

2.2. Giberelin (Gb)

Giberelin được tổng hợp chủ yếu trong các lá non và các cơ quan non đang phát triển như phôi hạt đang nảy mầm, quả non, và rễ non. Vận chuyển của Giberelin trong cây diễn ra qua hệ thống mạch dẫn và không theo hướng phân cực như auxin. Nó có thể tồn tại dưới dạng tự do hoặc liên kết với các hợp chất khác.

Giberelin có tác dụng rõ rệt trong việc kích thích sự sinh trưởng và kéo dài chiều cao của thân, cành, và rễ, cũng như sự kéo dài của lóng cây thảo. Hiệu quả này được tạo ra nhờ vào khả năng kích thích sự dãn nở theo chiều dọc của tế bào.

Giberelin còn kích thích sự nảy mầm của hạt và củ, đồng thời hoạt hóa sự hình thành các enzyme thủy phân trong hạt, như α-amylase. Enzyme này giúp chuyển đổi tinh bột thành đường, tạo điều kiện thuận lợi cho sự nảy mầm.

2.3. Xytokinin

Xytokinin được sản sinh chủ yếu tại hệ thống rễ của cây. Từ đây, nó được vận chuyển lên các bộ phận trên mặt đất theo chiều ngược lại với auxin, tuy nhiên không có tính phân cực rõ ràng như auxin. Ngoài rễ, một số cơ quan non đang phát triển cũng có thể tổng hợp một lượng nhỏ xytokinin bổ sung.

Xytokinin có đặc tính nổi bật nhất là kích thích sự phân chia tế bào. Là một hormone giúp trẻ hóa, xytokinin có tác dụng làm chậm quá trình lão hóa và kéo dài tuổi thọ của cây. Nó cũng ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính cái ở các cây đơn tính như họ bí bầu và các cây có hoa đực, hoa cái riêng biệt như cây nhãn, vải... Sự phân hóa giới tính cái cũng có thể bị điều chỉnh bởi etilen.

Xytokinin kích thích sự nảy mầm của hạt và củ, và có tác dụng tương tự như Giberelin trong việc phá vỡ trạng thái ngủ, nhưng không mạnh mẽ như Giberelin.

2.4. Axit absixic (ABA)

ABA chủ yếu được tổng hợp ở các cơ quan sinh sản như rễ, lá, hoa, quả và củ. Sau khi hoa hình thành, nồng độ ABA gia tăng nhanh chóng. Loại hormone này tích tụ nhiều trong các cơ quan đang trong giai đoạn nghỉ ngơi, dự trữ hoặc sắp rụng, giúp kìm hãm quá trình trao đổi chất, giảm hoạt động sinh lý và có thể đưa cây vào trạng thái nghỉ sâu.

ABA điều chỉnh quá trình rụng, trạng thái ngủ nghỉ và sự đóng mở khí khổng. Đây là một hormone liên quan đến quá trình lão hóa.

2.5. Etylen

Etylen được tổng hợp trong tất cả các tế bào và mô, nhưng nhiều nhất ở các mô già và quả chín. Khác với các phytohormone khác được vận chuyển qua hệ thống mạch dẫn, etylen là khí nên được vận chuyển bằng khuếch tán, dẫn đến phạm vi vận chuyển hạn chế.

Etylen là hormone điều chỉnh sự chín, rụng và kích thích sự ra hoa, đặc biệt là hoa trái vụ ở nhiều loài thực vật. Nó cũng có ảnh hưởng đến sự phân hóa giới tính, kết hợp với xytokinin.

2.6. Cân bằng hormone trong cây

Cân bằng hormone tổng quát: là sự cân bằng giữa các chất kích thích sinh trưởng và các chất ức chế sinh trưởng. Ở giai đoạn cây còn non, các chất kích thích sinh trưởng được sản xuất nhiều ở các cơ quan như lá, rễ và chồi, thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của các cơ quan này. Khi cây trưởng thành, các chất ức chế sinh trưởng như ABA và etylen bắt đầu được tổng hợp, làm giảm tốc độ sinh trưởng của cây. Cuối cùng, sự cân bằng giữa các tác nhân này đánh dấu sự chuyển tiếp từ giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng sang giai đoạn sinh trưởng thực, thể hiện qua sự hình thành hoa. Sau khi cơ quan sinh sản được hình thành, các chất ức chế sinh trưởng chiếm ưu thế, làm cây già đi nhanh chóng.

Cân bằng hormone riêng biệt: là sự cân bằng giữa hai hoặc nhiều hormone ảnh hưởng đến các biểu hiện sinh trưởng và phát triển cụ thể của cây.

3. Tương quan sinh trưởng của cây.

3.1. Tương quan kích thích

- Tương quan kích thích xảy ra khi một bộ phận sinh trưởng kích thích sự phát triển của bộ phận sinh trưởng khác.

- Nguyên nhân của sự tương quan kích thích: Về dinh dưỡng, rễ cung cấp nước và khoáng chất cho các bộ phận trên mặt đất, trong khi các bộ phận trên mặt đất chuyển các sản phẩm quang hợp từ lá xuống rễ. Về hormone, rễ tổng hợp xytokinin và vận chuyển lên các chồi, giúp chúng phát triển và làm trẻ hóa các bộ phận trên mặt đất. Ngược lại, chồi ngọn và lá non sản xuất auxin và các hormone khác để hỗ trợ sự hình thành và phát triển của hệ rễ.

3.2. Tương quan ức chế

Hiện tượng ưu thế ngọn: là một đặc điểm phổ biến ở thực vật, nơi chồi ngọn luôn ức chế sự phát triển của các chồi bên. Đây là một dạng ức chế tương quan. Khi chồi ngọn bị loại bỏ, các chồi bên ngay lập tức được giải phóng khỏi sự ức chế và bắt đầu phát triển.

Nguyên nhân của ưu thế ngọn: Về dinh dưỡng, chồi non là trung tâm sinh trưởng mạnh, thu hút nhiều chất dinh dưỡng, khiến các chồi bên thiếu dinh dưỡng và không thể phát triển. Về hormone, chồi ngọn tổng hợp auxin với nồng độ cao, khi được vận chuyển xuống, sẽ ức chế sự phát triển của các chồi bên.

4. Sinh trưởng sơ cấp và sinh trưởng thứ cấp

* Sinh trưởng sơ cấp

Là quá trình sinh trưởng theo chiều cao, giúp cây cao lên, xảy ra tại mô phân sinh ngọn.

* Sinh trưởng thứ cấp

Là quá trình sinh trưởng theo chiều rộng, làm cây to ra, diễn ra tại tầng phát sinh mạch.

Sinh trưởng sơ cấp và sinh trưởng thứ cấp có sự khác biệt rõ rệt giữa cây một lá mầm và cây hai lá mầm.

5. Các yếu tố bên ngoài ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật

Điều kiện tự nhiên và các biện pháp canh tác là các yếu tố bên ngoài quan trọng ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.

- Nước là yếu tố quan trọng quyết định hầu hết các giai đoạn như nảy mầm, ra hoa, tạo quả và hoạt động hút nước của cây. Nước cũng là nguyên liệu chính trong quá trình trao đổi chất ở cây.

- Nhiệt độ là điều kiện sống thiết yếu đối với thực vật. Nó ảnh hưởng lớn đến giai đoạn nảy mầm của hạt và chồi. Nhiệt độ lý tưởng cho sự sinh trưởng dao động từ 25 - 35 °C, với mức tối thiểu từ 5 - 15 °C và tối đa từ 45 - 50 °C.

- Ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình hình thành lá, rễ, chồi, hoa, sự rụng lá và xác định tính chất của cây như cây ưa sáng hay cây ưa bóng râm.

- Phân bón cung cấp nguyên liệu cần thiết cho cấu trúc tế bào (ADN, ARN, ATP, enzym) và hỗ trợ các quá trình sinh lý trong cây.

6. Phát triển ở thực vật có hoa

6.1. Vai trò của các yếu tố điều hòa sinh trưởng

Sự phân hóa giới tính ở hoa liên quan đến hormon. Cây non với nhiều lá, ít rễ và nhiều gibberellin thường phát triển thành cây đực chiếm 85 - 90%. Ngược lại, cây có nhiều rễ phụ và nhiều cytokinin chủ yếu là cây cái.

Khi cây có sự phát triển đồng đều giữa rễ và lá, cân bằng hormon sẽ được duy trì, dẫn đến tỷ lệ hoa đực và hoa cái bằng nhau.

6.2. Tác động của môi trường xung quanh

Trong điều kiện ngày ngắn, ánh sáng xanh, nhiệt độ thấp, hàm lượng CO2 cao, độ ẩm cao và nhiều nito, cây sẽ sản sinh nhiều hoa cái.

Với ngày dài, ánh sáng đỏ, nhiệt độ cao, hàm lượng CO2 thấp và nhiều kali, cây sẽ phát triển nhiều hoa đực.

Chế độ dinh dưỡng hợp lý với tỷ lệ C/N cân bằng sẽ giúp cây phát triển khỏe mạnh và thúc đẩy sự ra hoa.

6.3. Nguyên lý quang chu kỳ

Quang chu kỳ đề cập đến sự thay đổi giữa thời gian ánh sáng và tối (độ dài của ngày và đêm) ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây.

Quang chu kỳ ảnh hưởng đến các quá trình như ra hoa, rụng lá, hình thành củ và di chuyển các hợp chất quang hợp.

Cây được phân loại theo quang chu kỳ thành bốn nhóm chính.

• Cây không cần ánh sáng: ra hoa trong điều kiện tối liên tục như khoai tây trồng từ mầm củ, hoa huệ, hoa dạ hương.
• Cây trung tính: ra hoa trong cả ngày dài và ngày ngắn như cà chua, lạc, đậu, ngô.
• Cây ngắn ngày: ra hoa trong điều kiện ngày ngắn và đêm dài như thược dược, đậu tương, cúc, gai dầu.
• Cây dài ngày: ra hoa trong điều kiện ngày dài và đêm ngắn như hành, cà rốt, dâu diếp, lúa mì, sen cạn, củ cải đường.

Phytocrom: là một loại sắc tố enzim có mặt tại chồi mầm và đỉnh của lá mầm. Nó tồn tại dưới hai dạng là P660 (P đỏ) và P730 (P đỏ xa). Hai dạng này có thể chuyển đổi qua lại. Phytocrom ảnh hưởng đến các quá trình như ra hoa, nảy mầm, tổng hợp sắc tố, enzym và các hoạt động cảm ứng như đóng mở khí khổng.

7. Ví dụ về sự sinh trưởng và phát triển của thực vật

- Trong nông nghiệp, người ta sử dụng gibberellin để kích thích hạt hoặc củ nảy mầm sớm khi chúng đang trong trạng thái ngủ.

- Trong ngành công nghiệp rượu bia, hormon sinh trưởng gibberellin được dùng để tăng cường quá trình phân giải tinh bột thành mạch nha.

- Việc chọn giống cây trồng cần căn cứ vào vùng địa lý và mùa vụ.

- Xen canh, chuyển vụ, và gối vụ trong trồng trọt cây nông nghiệp và rừng hỗn loài.

Trên đây là bài viết của Mytour về sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Hy vọng thông tin trong bài sẽ mang lại giá trị hữu ích cho các bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn!