Mở đầu trang 78 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD Quan sát hình 12.1, cho biết khi tay chạm vào cây trinh nữ, cây có phản ứng như thế nào?
Khi tay chạm vào cây trinh nữ (Mimosa pudica), cây sẽ có phản ứng đặc trưng là cuốn lại các lá và chóp của lá khép lại. Phản ứng này được gọi là phản ứng cảm ứng ở thực vật, là một dạng phản ứng của cây đối với tác động của môi trường bên ngoài. Cây trinh nữ có khả năng cảm nhận sự tiếp xúc cơ học, như khi tay chạm vào, và điều này kích hoạt một loạt các phản ứng sinh lý bên trong cây.
Cây trinh nữ thuộc họ Đậu (Fabaceae) và là một trong những loài thực vật điển hình cho hiện tượng cảm ứng. Khi chạm vào lá cây, tín hiệu từ sự tiếp xúc sẽ được truyền đến các tế bào ở vùng cuống lá, gọi là các tế bào cảm ứng. Tại đây, có sự thay đổi nồng độ ion và các chất dẫn truyền tín hiệu hóa học, dẫn đến sự thay đổi áp suất trong các tế bào mô mềm, làm cho các tế bào này co lại. Điều này làm cho các lá cây cuốn lại, tạo ra một phản ứng phòng vệ của cây đối với các tác nhân gây hại như động vật ăn lá hoặc các điều kiện môi trường không thuận lợi.
Phản ứng của cây trinh nữ đối với sự tiếp xúc có thể được giải thích thông qua cơ chế cảm ứng điện sinh học, mà cơ bản là do sự thay đổi điện thế màng của tế bào. Khi có sự tác động từ bên ngoài, như khi tay người chạm vào, một sự thay đổi điện thế xảy ra ở các tế bào cảm ứng của lá. Sự thay đổi này lan truyền nhanh chóng qua các tế bào khác trong cuống lá và các bộ phận khác của cây, kích thích các tế bào co lại và gây ra sự khép lại của lá cây. Điều này giúp cây giảm thiểu sự tiếp xúc với tác nhân gây hại, từ đó bảo vệ chính mình.
Tuy nhiên, phản ứng cảm ứng này không chỉ diễn ra trong cây trinh nữ mà còn xuất hiện ở một số loài thực vật khác, như cây cỏ xước (Dionaea muscipula), loài có phản ứng tương tự nhưng theo một cơ chế khác, như việc nắp của lá bắt đầu đóng lại khi có sự tiếp xúc với con mồi. Tuy nhiên, sự phản ứng của cây trinh nữ chỉ mang tính tạm thời và không phải lúc nào cũng kéo dài. Sau khi sự tác động từ tay người kết thúc, các lá của cây sẽ mở ra lại sau một khoảng thời gian ngắn, có thể từ vài phút đến một giờ.
Phản ứng cảm ứng ở cây trinh nữ là một ví dụ điển hình cho thấy khả năng của thực vật trong việc phản ứng lại các yếu tố kích thích từ môi trường, mặc dù chúng không có hệ thần kinh như động vật. Điều này chứng minh rằng thực vật có các cơ chế sinh lý rất phức tạp để cảm nhận và ứng phó với những thay đổi trong môi trường xung quanh. Phản ứng này còn được coi là một cơ chế sinh tồn của cây, giúp chúng tự bảo vệ khỏi những tác động nguy hiểm, đặc biệt là những loài động vật có thể phá hoại cây cối.
Cơ chế sinh lý của sự cảm ứng ở thực vật, bao gồm các phản ứng như ở cây trinh nữ, đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các nghiên cứu chỉ ra rằng, cảm ứng này liên quan đến sự thay đổi nồng độ ion trong các tế bào thực vật. Cụ thể, khi có sự kích thích cơ học, các kênh ion trong màng tế bào của cây sẽ mở ra hoặc đóng lại, dẫn đến sự thay đổi nồng độ ion, tạo ra các tín hiệu điện sinh học. Các tín hiệu này lan truyền từ tế bào này sang tế bào khác, khiến cây phản ứng lại tác động bên ngoài bằng cách thay đổi hình thái, ví dụ như khép lại lá cây.
Các nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, ngoài tác động cơ học như sự chạm vào tay, cây trinh nữ còn có thể phản ứng với các yếu tố khác như ánh sáng, nhiệt độ, và các yếu tố môi trường khác. Đây là một ví dụ cho thấy thực vật không chỉ có khả năng cảm nhận các tác động từ các sinh vật khác mà còn có thể nhận thức được những thay đổi từ môi trường xung quanh. Những nghiên cứu này không chỉ giúp chúng ta hiểu hơn về khả năng sinh tồn của thực vật mà còn mở ra hướng đi mới trong việc nghiên cứu và ứng dụng các cơ chế cảm ứng trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là trong việc chọn lọc giống cây trồng có khả năng chống chịu tốt hơn với các yếu tố môi trường.
Cây trinh nữ là một minh chứng rõ ràng về sự kỳ diệu và phức tạp của hệ sinh thái thực vật. Phản ứng cảm ứng ở cây trinh nữ không chỉ là một phản ứng sinh lý đơn giản mà còn là một quá trình tinh vi giúp cây duy trì sự sống và phát triển trong môi trường tự nhiên đầy thử thách.
Giải Câu hỏi 1 trang 78 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Phân tích vai trò cảm ứng đối với thực vật. Cho ví dụ.
Cảm ứng là khả năng của các sinh vật, bao gồm cả thực vật, phản ứng với những tác động từ môi trường xung quanh. Đối với thực vật, cảm ứng đóng vai trò quan trọng trong việc giúp chúng thích nghi và tồn tại trong các điều kiện môi trường thay đổi. Các phản ứng cảm ứng của thực vật có thể là tạm thời hoặc lâu dài, tùy thuộc vào loại kích thích và tác động đến cơ thể thực vật. Cảm ứng ở thực vật không chỉ giúp cây sinh trưởng khỏe mạnh mà còn giúp bảo vệ chúng khỏi những yếu tố gây hại.
Ví dụ điển hình về cảm ứng ở thực vật là phản ứng của cây trinh nữ (Mimosa pudica) khi bị kích thích. Khi chúng ta chạm vào lá cây trinh nữ, lá của cây này sẽ cuộn lại, đây là một phản ứng cảm ứng nhanh, giúp cây tránh khỏi những tác động vật lý hoặc sự tấn công của côn trùng ăn lá. Đây là một ví dụ về cảm ứng trong sinh lý học của thực vật, cụ thể là cảm ứng do tác động cơ học.
Cảm ứng ở thực vật cũng có thể là phản ứng với ánh sáng, gọi là cảm ứng hướng sáng. Cây hướng dương là ví dụ điển hình của cảm ứng này, khi hoa của chúng luôn quay về phía mặt trời để nhận được nhiều ánh sáng hơn, phục vụ cho quá trình quang hợp.
Một ví dụ khác là cây bắt ruồi (Dionaea muscipula), với khả năng bắt và tiêu hóa côn trùng. Khi con mồi chạm vào các lông cảm ứng trên lá, các lá của cây sẽ đóng lại để bắt lấy con mồi. Đây là một dạng phản ứng cảm ứng giúp cây bổ sung dưỡng chất, vì những côn trùng này cung cấp protein cho cây.
Như vậy, cảm ứng giúp thực vật phản ứng kịp thời với các yếu tố bên ngoài như ánh sáng, nhiệt độ, sự va chạm hoặc tác động của sinh vật khác, góp phần vào quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.
Luyện tập 1 trang 78 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Nêu ví dụ về phản ứng của thực vật với sự thay đổi môi trường?
Thực vật có khả năng phản ứng linh hoạt đối với những thay đổi của môi trường sống. Những phản ứng này không phải lúc nào cũng ngay lập tức, nhưng đều là những phương thức giúp cây duy trì sự sống và sinh trưởng trong môi trường thay đổi.
Một trong những ví dụ rõ ràng nhất là phản ứng của thực vật đối với ánh sáng. Quá trình này được gọi là quang hợp. Cây cối sẽ luôn hướng về nguồn sáng mạnh nhất để tối ưu hóa quá trình quang hợp. Ví dụ, cây hướng dương là một ví dụ điển hình, luôn quay mặt về phía mặt trời suốt cả ngày để hấp thụ tối đa ánh sáng.
Thực vật cũng phản ứng với sự thay đổi nhiệt độ. Khi nhiệt độ môi trường quá cao hoặc quá thấp, cây có thể thay đổi hình dạng của lá, đóng hoặc mở các khí khổng để giảm sự mất nước hoặc hấp thụ nhiều khí CO2. Ví dụ, vào mùa hè nóng bức, nhiều loài cây như xương rồng có thể giảm diện tích bề mặt lá để hạn chế mất nước qua thoát hơi nước.
Cây cối cũng phản ứng với sự thay đổi trong đất. Nếu đất thiếu dinh dưỡng, cây sẽ điều chỉnh sự phát triển của rễ để tìm kiếm những nguồn dinh dưỡng còn lại, như rễ sẽ mọc sâu xuống đất hoặc lan rộng ra các vùng có nguồn dinh dưỡng phong phú hơn.
Giải Câu hỏi 2 trang 79 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Quan sát hình 12.2, nêu cơ chế phản ứng hướng sáng ở thực vật.
Phản ứng hướng sáng ở thực vật là hiện tượng cây cối thay đổi hướng mọc của các bộ phận, đặc biệt là lá và hoa, để hướng về phía nguồn sáng mạnh nhất. Cơ chế này là kết quả của sự phát triển không đều ở hai bên của cây, giúp cây tối ưu hóa quá trình quang hợp bằng cách hấp thụ tối đa ánh sáng. Quá trình này chủ yếu liên quan đến sự hoạt động của auxin, một loại hormon thực vật có vai trò quan trọng trong việc điều khiển sự phát triển của các mô thực vật.
Cơ chế phản ứng hướng sáng được giải thích qua sự phân bổ auxin không đều ở các bộ phận của cây. Khi ánh sáng chiếu vào một mặt của cây, auxin sẽ tích tụ nhiều hơn ở mặt tối của cây. Auxin kích thích các tế bào ở mặt tối của cây kéo dài ra nhanh hơn so với mặt có ánh sáng, làm cho cây nghiêng về phía nguồn sáng. Phản ứng này giúp cây nhận được ánh sáng tối ưu cho quá trình quang hợp, giúp cây phát triển tốt hơn.
Luyện tập 2 trang 79 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Đặt hạt đậu nảy mầm vào chậu có nhiều lỗ nhỏ có đặt lưới thép phủ mạt cưa ẩm cho kín hạt. Treo nghiêng chậu một thời gian (hình 12.3). Quan sát và giải thích hiện tượng.
Khi thực hiện thí nghiệm này, hạt đậu sẽ bắt đầu nảy mầm và phát triển theo chiều hướng của ánh sáng, mặc dù chúng bị giới hạn trong không gian nhỏ hẹp của chậu. Trong trường hợp này, nếu chậu được treo nghiêng, cây con sẽ phát triển theo hướng thẳng đứng, dù có sự thay đổi về góc độ của chậu. Hiện tượng này là một ví dụ về hướng động, trong đó cây phản ứng với ánh sáng và điều chỉnh sự phát triển của mình để hướng tới nguồn sáng.
Phản ứng này là do cơ chế hướng sáng đã được giải thích ở câu trước, trong đó auxin sẽ phân bố không đều ở các bộ phận của cây, gây ra sự kéo dài không đều của tế bào và khiến cây mọc nghiêng về phía có ánh sáng mạnh hơn.
Giải Câu hỏi 3 trang 80 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Quan sát hình 12.4, nêu hình thức cảm ứng ở thực vật trong mỗi hình. Nêu thêm ví dụ về hướng động.
Hình thức cảm ứng ở thực vật có thể là sự phản ứng với các yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, trọng lực và sự tiếp xúc vật lý. Ví dụ, trong hình 12.4, nếu là sự phản ứng của cây đối với ánh sáng, cây sẽ có hiện tượng hướng sáng, tức là cây nghiêng hoặc quay về phía nguồn sáng để tăng cường quá trình quang hợp.
Ngoài ra, còn có thể là các hình thức cảm ứng hướng trọng lực (hướng trọng lực) và cảm ứng tiếp xúc (như trong trường hợp cây trinh nữ). Ví dụ, khi cây cỏ bị nghiêng hoặc có sự thay đổi trong trọng lực, cây sẽ thay đổi hướng phát triển của các bộ phận của mình để thích nghi với trọng lực.
Hướng động là sự chuyển động hoặc phát triển của cây trong phản ứng với các kích thích từ bên ngoài như ánh sáng, trọng lực hoặc sự tiếp xúc. Ví dụ, cây mầm có thể mọc theo hướng thẳng lên (hướng trọng lực) hay cây sẽ mọc nghiêng về phía có ánh sáng (hướng sáng).
Giải Câu hỏi 4 trang 80 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Vận động hướng động của thực vật có đặc điểm gì?
Hướng động là phản ứng của cây đối với một kích thích môi trường như ánh sáng, trọng lực, nước hoặc sự tiếp xúc với vật thể. Đặc điểm chính của hướng động là sự thay đổi hướng của các bộ phận cây để tối ưu hóa sự sống và phát triển. Trong đó, cây có thể phát triển theo chiều hướng của một yếu tố môi trường, như ánh sáng, hoặc chống lại sự tác động của trọng lực. Hướng động có thể chia thành hai loại chính: hướng sáng và hướng trọng lực.
Trong hướng sáng, cây sẽ phát triển theo chiều có ánh sáng mạnh để tối ưu hóa quang hợp. Trong hướng trọng lực, cây sẽ điều chỉnh sự phát triển của rễ và thân để hướng rễ xuống dưới và thân mọc lên trên, giúp cây có thể duy trì sự sống trong môi trường đất.
Luyện tập 3 trang 81 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Hoàn thành bảng 12.1 theo mẫu.
Để hoàn thành bảng 12.1, học sinh cần xác định và ghi rõ các hình thức cảm ứng ở thực vật, mô tả rõ về từng loại cảm ứng (như cảm ứng hướng sáng, cảm ứng hướng trọng lực, cảm ứng tiếp xúc, v.v.).
Giải Câu hỏi 5 trang 82 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Quan sát hình 12.5, nêu hình thức cảm ứng ở cây trinh nữ và cây bắt ruồi.
Ở cây trinh nữ, cảm ứng chủ yếu là cảm ứng tiếp xúc, khi lá của cây cuộn lại khi bị chạm vào. Cây bắt ruồi cũng có một loại cảm ứng tiếp xúc tương tự, khi lá của cây đóng lại để bắt côn trùng sau khi chúng chạm vào các lông cảm ứng trên lá.
Luyện tập 4 trang 82 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Hướng động khác với ứng động ở đặc điểm nào?
Hướng động là sự thay đổi hướng phát triển của cây để phản ứng với các yếu tố môi trường như ánh sáng hoặc trọng lực. Trong khi đó, ứng động là sự thay đổi hình dạng hoặc chuyển động của tế bào, giúp cây thích nghi với các yếu tố như sự thay đổi nhiệt độ hoặc sự tiếp xúc vật lý.
Giải Câu hỏi 6 trang 82 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Những hiểu biết về cảm ứng ở thực vật được áp dụng như thế nào trong thực tiễn sản xuất?
Hiểu biết về cảm ứng ở thực vật có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực sản xuất nông nghiệp, như trong việc chăm sóc cây trồng. Ví dụ, kỹ thuật tỉa thưa cây, vun gốc hay tạo giàn đều là những biện pháp giúp cây phát triển tốt hơn bằng cách kích thích cây thích nghi với ánh sáng, trọng lực và các yếu tố môi trường khác.
Vận dụng trang 84 SGK Sinh học 11 Cánh diều - CD: Một số loại cây trồng thường được chăm sóc bằng một trong những biện pháp sau: vun gốc, làm giàn, bón phân ở gốc, làm rãnh tưới nước, tỉa thưa cây để có năng suất cao. Dựa vào hiểu biết về cảm ứng, giải thích cơ sở khoa học của những biện pháp trên.
Cơ sở khoa học của những biện pháp chăm sóc này là nhằm tối ưu hóa điều kiện môi trường cho cây trồng. Vun gốc giúp cây phát triển rễ mạnh mẽ hơn để hấp thụ nước và dưỡng chất tốt hơn. Làm giàn giúp cây leo phát triển theo hướng có ánh sáng tốt nhất, đồng thời hạn chế sự cạnh tranh về không gian. Bón phân ở gốc giúp cung cấp dưỡng chất trực tiếp cho rễ cây, làm tăng khả năng phát triển của cây. Tỉa thưa cây giúp cây nhận được đủ ánh sáng và dinh dưỡng để phát triển khỏe mạnh.
