Sự thích nghi
Ngoài nhiệm vụ giữ chặt cây vào đất, hấp thu nước và muối khoáng hòa tan cần thiết cho quá trình sinh dưỡng; trong nhiều trường hợp, rễ còn chịu tác động trực tiếp của môi trường nên để tồn tại và phát triển nhứt là trong những điều kiện ...
Ngoài nhiệm vụ giữ chặt cây vào đất, hấp thu nước và muối khoáng hòa tan cần thiết cho quá trình sinh dưỡng; trong nhiều trường hợp, rễ còn chịu tác động trực tiếp của môi trường nên để tồn tại và phát triển nhứt là trong những điều kiện khắc nghiệt đó, các cơ quan của thực vật phải biến đổi về mặt hính thái để thích nghi về mặt sinh lý.
Câu hỏi: 1. Giải thích "mạc lan" ở rễ cây họ Lan (Orchidaceae)
2. Trong môi trường ngập mặn, nồng độ muối bên ngoài môi trường bằng hay khác
nồng độ muối trong cây? Tại sao?
Rễ cây sống trong môi trường nước
Các cây gỗ, cây bụi được giữ thẳng đứng trong không gian với vòm lá rất lớn, chủ yếu nhờ có hệ rễ trụ phát triển mạnh cùng với hệ thống rễ bên các cấp, trong đó cương mô chiếm khối lượng lớn trong khối lượng của gỗ, thường đường kính của rễ tương đương với thân và giảm dần khi càng đi sâu xuống bên dưới, chiều dài của rễ có khi phát triển dài hơn thân. Cây đơn tử diệp có hệ rễ chùm phát triển, rễ thường nằm cạn hơn nhưng số lượng rễ rất nhiều và chiếm diện tích bề mặt đất rất lớn. Cả hai hệ thống rễ đều đảm bảo giữ chặt cây vào đất.
Ở các cây như cây đước (Rhizophora) có những rễ mọc từ bên dưới đất nhô ra ngoài không khí gọi là phế căn (pneumotophore) có chức năng trao đổi khí cho sự hô hấp hiếu khí. Sự trao đổi khí nầy thực hiện được là nhờ trong phế căn có vùng vỏ chứa mô khí (aerenchyma) xuyên suốt trong vỏ, khi thủy triều xuống, O2 tự khuếch tán từ không khí đi vào trong phần rễ bị chôn sâu trong bùn. Những cây sống chìm trong nước có cơ cấu rất đơn giản: mô dẫn truyền kém phát triển, mô gỗ thường ít tẩm mộc tố, mô nâng đở cũng kém phát triển do yêu cầu về dẫn truyền nước không quan trọng, không mất nước qua sự thoát hơi nước và sự nâng đở một phần nhờ sức đẩy Archimède.
Rễ khí sinh của loài lan bì sinh (epiphyte), biểu bì của rễ có lớp mạc lan (velamen) bao phủ lấy phần chót hấp thu của rễ lan; mạc lan rất dày với nhiều lớp tế bào giúp giảm bớt sự mất nước.
Rễ cây sống trong môi trường ngập mặn
Việc hấp thu nước và các muối khoáng hòa tan do phần rễ non đang phát triển đảm nhận. Đó là vùng ở cách mô phân sinh đầu rễ vài cm, nơi đó gỗ sơ cấp đã trưởng thành, nôị bì có khung Caspary nhưng vẫn chưa có những biến đổi khác làm giảm bớt tính thẩm thấu của nó. Lông rễ làm tăng diện tích hấp thu của rễ và như vậy vùng lông rễ phát triển nhiều cũng là vùng hấp thu nhiều nhất.
Có hai thuyết về cơ chế sự vận chuyển vật chất trong rễ cho đến nay vẫn còn tồn tại:
Vận chuyển chủ động
Sự vận chuyển chủ động qua chất tế bào và không bào được thực hiện nhờ năng lượng của quá trình hô hấp trong các nhu mô của rễ. Hệ thống gian bào thông khí là yếu tố quan trọng đảm bảo cho sự thông khí.
Vận chuyển bị động
Sự vận chuyển bị động dựa vào "khoảng không tự do"; đó là những phần mô mà ở đấy vật chất chuyển vận theo quy luật khuếch tán tự do. Trong phần vỏ của rễ, khoảng trống tự do của sự vận chuyển là các khoảng gian bào, vách tế bào và cả tế bào chất của các tế bào nhu mô.
Khung Caspary ở nội bì như là lớp ngăn cách cản trở dòng vật chất tự do vào trụ trung tâm qua vách tế bào, nên phải qua chất nguyên sinh của tế bào nội bì và chính ở đây có sự kiểm tra chọn lọc chất nào mới đi vào mô dẫn truyền.
Không phải tất cả các chất hòa tan đều khuếch tán tự do theo các mô của rễ đi vào gỗ mà một phần được giữ lại trong nhu mô vỏ; đây được xem như là sự tích lũy có chọn lọc mà các chất hấp thụ được sử dụng ngay vào quá trình trao đổi chất.
Tuy nhiên một số cây rất mẫn cảm với môi trường mặn, nơi có nồng đô muối cao, mà chính rễ có vai trò quan trọng trong sự xác định mức chịu đựng của rễ đối với độ mặn thích hợp cho cây. Ví dụ: rễ của cây khuynh diệp (Eucalyptus camaldulensis) có ngoại bì (exodermis) là vài lớp tế bào ngấm suberin nằm bên dưới biều bì ở những cây trưởng thành. Ở những cây chịu mặn, lớp ngấm suberin ở chu bì phát triển rất sớm và ở gần chóp rễ, lớp nầy như một màng chắn giúp cây chống lại nồng độ muối cao.
H.4.15. Sơ đồ sự vận chuyển nước và muối khoáng theo các mô của rễ
Rễ là cơ quan dự trữ
Thường do rễ cái phồng to lên, ở mì, lang … nhiều rễ con mọc từ rễ chính và phù to thành củ, đó là do hoạt động của tượng tầng libe gỗ. Tượng tầng nầy hoạt động chỉ cho ra một gỗ đặc biệt gồm toàn nhu mô chứa dưỡng liệu.
Ví dụ: ở mì, lúc ta lột vỏ, nơi vỏ tróc ra là tượng tầng libe gỗ, phần ăn được là gỗ II và trong cùng là sợi chỉ của bó mạch gỗ I hướng tâm của rễ. Ở rễ khoai lang (Ipomoeabatatas) có thêm một tầng phát sinh gỗ chỉ cho ra nhu mô gỗ chứa chất dinh dưỡng. Ở carrot (Daucus carota), tượng tầng libe gỗ cho ra libe II chứa carotenoid có màu cam, một ít gỗ thứ cấp là phần màu cam dợt hay xanh xanh gồm toàn nhu mô chứa đầy dưỡng liệu. Ở củ cải đường, sự tăng trưởng xảy ra do nhiều tượng tầng libe gỗ đồng tâm kế tiếp nhau cho ra libe, gỗ và nhu mô.
Rễ củ phân biệt với thân củ ở chỗ: rễ củ không cho chồi bất định (sái vị), thân củ cho ra các nhánh khác. Trồng khoai ngọt hay khoai tây từ củ; trồng lang hay mì từ thân.
Rễ thích nghi để cung cấp chất dinh dưỡng
Nốt rễ (root nodules)
Trên rễ cây họ Đậu (Fabaceae) và một số những cây khác như keo bông vàng (họ Mimosaceae), vi khuẩn (Frankia) ở rễ các cây phi lao (Casuarina) hay cây Alloecasuarina có những nốt sần sùi như là biến dạng của các rễ bên, đó là nốt sần hay nốt rễ. Trong nốt sần có vi khuẩn (Rhizobium) thâm nhập từ trong đất qua lông hút hoặc các khe nứt nhỏ trên rễ vào các tế bào nhu mô vỏ của rễ. Đây là hiện tượng cộng sinh giữa vi khuẩn cố định đạm với rễ, vi khuẩn cố định đạm biến đổi N2 từ khí quyển thành hợp chất chứa nitơ hữu cơ hay vô
Các nốt sần trên rễ một cây đậu non
cơ mà cây chủ có thể sử dụng được. Ngược lại, vi khuẩn sống nhờ các hydrat carbon có sẵn trong tế bào nhu mô vỏ thứ cấp của rễ.
Hơn nữa, trong rễ các cây họ Đậu còn chứa những chất có khả năng làm sinh trưởng và phát triển vi khuẩn cố định đạm đồng thời có những chất hạn chế sự sinh trưởng và phát triển các loài vi khuẩn khác.
Mỗi loài cây họ Đậu có vài vi khuẩn (Rhizobium)nhất định mặc dù trong đất cũng có những vi khuẩn cố định đạm khác như Azotobacter hiếu khí, Clostridium kỵ khí. Một số tảo lam như Oscillatoria, Spirulina, Anabaena cũng có khả năng cố định đạm làm giàu N2 cho đất. Nốt rễ có màu hồng là do sự hiện diện của protein vận chuyển haemoglobin được tạo ra trong tế bào chủ để duy trì một lượng vừa đủ O2 tránh làm bất hoạt enzyme nitrogenaz cần thiết cho sự cố định đạm.
Rễ san hô (coralloid root)
Được tìm thấy ở rễ các cây sồi, cây Alnus, cây thiên tuế (Cycas) do rễ bị nhiễm vi khuẩn (Frankia) và tảo lam tạo nên kiểu rễ "san hô" có đặc điểm phân nhánh lưỡng phân. Các tế bào ở miền vỏ bị những sợi tảo hay vi khuẩn xâm nhập sẽ phát triển thành những túi, nơi đó xảy ra hiện tượng cố định đạm.
Nấm rễ (mycorrhirae)
Nấm rễ là sự cọng sinh giữa rễ của thực vật bậc cao với nhiều loại nấm trong đất, một dạng những thích nghi đặc biệt có lợi đối với các cây mọc tên đất nghèo và hầu như mọi loại cây đều có thể hình thành kiểu quan hệ cộng sinh nầy nếu rễ chúng được xử lý bằng cách cho tiếp xúc với các loại sợi nấm thích hợp. Một số họ như Đỗ quyên (Ericaceae), họ Lan (Orchidaceae), họ Pirolaceae … thường có nấm rễ, người ta phân biệt các kiểu nấm rễ sau:
* Nấm rễ ngoài (ectomycorrhizae) khi nấm tạo thành một mô (bao nấm = fungal sheath) bao quanh các rễ non và chỉ thâm nhập vào các gian bào của các lớp ngoài cùng của vỏ. Trong trường hợp này, nấm rễ ngoài có thể thay thế cho các lông rễ vì khi sợi nấm phát triển dày đặc thì không thấy lông rễ; gặp ở các cây gỗ và cây bụi.
* Nấm rễ trong (endomycorrhizae) khi các sợi nấm thâm nhập vào tế bào của vỏ và tạo nên những nốt lồi nhỏ. Gặp ở cây cả cây gỗ và cây thân cỏ.
* Nấm rễ trong - ngoài khi nấm có cả ở trong và ngoài rễ. Loại nấm rễ này thường gặp ở các cây gỗ và cây bụi. Loại rễ nấm nầy thường gặp hơn cả.
Nấm rễ bám trên rễ một cây bạch đàn
Câu hỏi: 1. Mô tả hình thái ngoài của rễ. Có thể dựa vào đặc điểm nào để phân biệt rễ của lớp
song tử diệp và đơn tử diệp.
2. Bằng hình vẽ, so sánh cấu tạo sơ cấp của rễ song tử diệp và rễ đơn tử diệp qua lát
cắt ngang.
3. Có đặc điểm nào chung trong cấu tạo hậu lập của thân và rễ song tử diệp không?
Nếu khác thì ở những đặc điểm nào?
4. Sự biến thái để thích nghi của rễ.
