Bài học

Thoát hơi nước và vai trò của nó

Mục tiêu bài học

Sau bài này, em giải thích được vì sao lá cây thoát hơi nước, nêu được hai vai trò chính của quá trình này, và dự đoán được cây phản ứng ra sao khi thoát hơi nước vượt quá khả năng hút nước của rễ.

Kiến thức nền cần nhớ

Bài trước em đã biết khí khổng đóng mở nhờ nước ra vào tế bào hạt đậu, và phần lớn khí khổng nằm ở mặt dưới lá (same-grade bridge). Chính những lỗ khí đó, ngoài việc cho carbon dioxide và oxygen đi qua, còn là con đường chính để hơi nước thoát khỏi cây.

Khởi động

Một chậu cây để trong phòng kín, không tưới suốt một tuần, lá bắt đầu héo rũ. Nhưng một chậu cây tương tự để ngoài nắng, dù đất vẫn còn ẩm, lại mất nước nhanh hơn hẳn cây trong phòng. Nước trong đất đi đâu, và vì sao ánh nắng lại khiến cây 'khát' nhanh hơn?

Kiến thức trọng tâm

Thoát hơi nước là quá trình hơi nước bay ra khỏi lá, chủ yếu qua khí khổng — chính những lỗ khí vừa học ở bài trước. Khi khí khổng mở để trao đổi carbon dioxide và oxygen, hơi nước bên trong lá cũng tranh thủ thoát ra ngoài qua cùng những lỗ đó, giống như mở một cánh cửa vừa cho không khí ra vào vừa làm hơi ẩm trong phòng bay bớt. Phần lớn lượng nước mà rễ hút vào không được cây giữ lại để tạo nên cơ thể, mà mất trở lại không khí qua con đường thoát hơi nước này.

Thoát hơi nước có hai vai trò quan trọng. Vai trò thứ nhất là làm mát lá: nước bay hơi cần hấp thụ nhiệt, và nhiệt đó được lấy ngay từ phiến lá đang hứng ánh nắng. Nhờ vậy, dù lá hấp thụ rất nhiều năng lượng ánh sáng mặt trời để quang hợp, nhiệt độ của lá vẫn không tăng quá cao tới mức làm hỏng các tế bào bên trong.

Vai trò thứ hai là tạo lực kéo nước đi lên. Khi hơi nước thoát ra ở lá, các phân tử nước bên trong mạch dẫn của cây bám chặt vào nhau; phân tử nước mất đi ở đầu trên kéo theo cả dòng nước phía dưới nó dịch chuyển lên, giống như kéo một sợi dây liên tục từ đầu trên. Nhờ lực kéo này, nước cùng các chất khoáng hoà tan trong đó được vận chuyển từ rễ, qua thân, lên tới tận những chiếc lá cao nhất mà không cần một 'máy bơm' nào bên trong cây.

Lực kéo tạo ra ở bước cuối cùng — thoát hơi nước — là động lực chính kéo cả dòng nước phía dưới đi lên.

Nhưng thoát hơi nước quá nhanh cũng là một rủi ro. Nếu tốc độ mất nước qua lá vượt quá tốc độ rễ hút nước bù lại, tế bào trong cây mất nước, lá mềm rũ xuống — hiện tượng héo. Đây chính là lý do khí khổng phải đóng bớt khi cây thiếu nước nghiêm trọng, như đã học ở bài trước: đóng khí khổng vừa hạn chế thoát hơi nước, vừa tạm dừng bớt quang hợp, đổi lấy việc giữ cho cây khỏi héo hẳn.

Ví dụ

So sánh mất nước giữa hai cành lá được bôi và không bôi vaseline

1
Hai cành lá cùng loại, cùng kích thước được cắm trong hai ống nghiệm chứa lượng nước bằng nhau. Cành A được bôi một lớp vaseline mỏng lên toàn bộ mặt dưới lá; cành B để nguyên, không bôi gì. Sau một ngày để ngoài nắng, ống nào còn nhiều nước hơn?
2
Vaseline là lớp chất béo không thấm nước và không khí, bôi lên mặt dưới lá sẽ bịt kín phần lớn khí khổng ở đó — vì như đã học, phần lớn khí khổng của lá tập trung ở mặt dưới.
3
Khí khổng bị bịt kín không thể mở ra để hơi nước thoát ra ngoài, nên cành A thoát hơi nước chậm hơn hẳn cành B — cành B vẫn thoát hơi nước bình thường qua khí khổng mặt dưới đang mở.
4
Cành nào thoát hơi nước ít hơn sẽ hút ít nước hơn từ ống nghiệm để bù lại, nên ống chứa cành đó còn lại nhiều nước hơn sau một ngày.
5
Vậy ống chứa cành A (bôi vaseline mặt dưới) còn nhiều nước hơn ống chứa cành B, vì cành A đã bị hạn chế thoát hơi nước qua khí khổng.

Ví dụ

Vì sao cây con mới bứng trồng cần được che nắng vài ngày đầu (dạng đề kiểm tra)

1
Khi bứng cây con từ vườn ươm ra trồng ở ruộng, người trồng thường dựng giàn che nắng cho cây trong vài ngày đầu, dù cây vẫn cần ánh sáng để quang hợp. Giải thích vì sao.
2
Khi bứng cây, một phần rễ và đặc biệt là các lông hút — nơi hấp thụ nước chính — bị đứt hoặc tổn thương, khiến khả năng hút nước của cây giảm hẳn so với bình thường trong vài ngày đầu.
3
Nếu để cây con dưới nắng trực tiếp ngay, khí khổng mở rộng theo ánh sáng mạnh, tốc độ thoát hơi nước qua lá vẫn cao như một cây bình thường, trong khi rễ chưa đủ khả năng hút nước bù lại.
4
Che bớt ánh sáng làm khí khổng không mở rộng hết cỡ, giảm tốc độ thoát hơi nước xuống mức thấp hơn — vừa đủ để cân bằng với khả năng hút nước còn hạn chế của bộ rễ đang hồi phục.
5
Vậy che nắng vài ngày đầu giúp cân bằng lại thoát hơi nước với khả năng hút nước của rễ đang tổn thương, tránh cho cây con bị héo và chết trước khi rễ kịp phục hồi.

Sai lầm thường gặp

Một nhầm lẫn thường gặp là nghĩ thoát hơi nước chỉ gây hại, nên càng ít càng tốt. Thực ra thoát hơi nước vừa làm mát lá vừa tạo lực kéo đưa nước và khoáng chất lên khắp cây — thiếu nó, cây không có cách nào vận chuyển nước lên những lá ở trên cao. Vấn đề chỉ nảy sinh khi tốc độ thoát hơi nước vượt quá tốc độ rễ hút nước bù lại, chứ không phải bản thân quá trình này có hại.

Luyện tập có hướng dẫn

Luyện tập độc lập

Kiểm tra nhanh

Ghi nhớ

Thoát hơi nước là hơi nước bay ra chủ yếu qua khí khổng, làm mát lá và tạo lực kéo đưa nước, khoáng chất từ rễ lên khắp cây. Thoát hơi nước quá nhanh so với khả năng hút nước của rễ gây héo — đó là lý do cần che nắng cho cây mới bứng trồng và vì sao khí khổng đóng bớt khi cây thiếu nước.

Khí khổng chỉ giải quyết bài toán trao đổi khí và thoát hơi nước ở thực vật. Bài tiếp theo chuyển sang thế giới động vật — nơi mỗi nhóm loài lại có một cơ quan trao đổi khí rất khác nhau, dù tất cả đều phải tuân theo cùng một nguyên tắc vật lí.