CƠ CHẾ HẤP THỤ VÀ VẬN CHUYỂN DINH DƯỠNG CỦA CÂY TRÔNG

Nước và dinh dưỡng là hai yếu tố thiết yếu quyết định đến sự sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây trồng. Để cây sinh trưởng khỏe mạnh, bộ rễ phải hấp thụ được nước và các chất dinh dưỡng từ môi trường, sau đó vận chuyển đến các cơ quan khác thông qua hệ thống mạch dẫn. Hiểu rõ cơ chế hấp thụ dinh dưỡng và vận chuyển trong cây sẽ giúp người trồng lựa chọn đúng phương pháp tưới nước, bón phân và chăm sóc cây, từ đó nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón cũng như tăng năng suất cây trồng.

1. Cây hấp thụ nước và dinh dưỡng từ môi trường như thế nào?

Hình 1. Mô phỏng sơ lược cấu tạo của rễ

1.1. Hấp thu ion khoáng từ đất vào tế bào lông hút

• Nước trong đất là dung môi hòa tan các muối khoáng, tạo thành dung dịch đất. Rễ cây hấp thụ các chất dinh dưỡng khi chúng tồn tại dưới dạng các ion hòa tan trong dung dịch này. Vì vậy, quá trình hấp thụ các ion khoáng luôn gắn liền với quá trình hấp thụ nước. 
• Ở hầu hết các loài thực vật, sự hấp thụ nước và chất dinh dưỡng diễn ra chủ yếu tại vùng lông hút của rễ. Do đó, sự phát triển của hệ rễ có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng hút nước và dinh dưỡng của cây.
• Bộ rễ có cấu tạo vững chắc, mềm dẻo, và nhờ sự phân nhánh, ăn sâu và lan rộng trong đất mà nó có thể giúp cây bám chặt vào đất, chống lại các tác động cơ học bất lợi, mở rộng vùng tiếp xúc với dung dịch đất, từ đó tăng khả năng hấp thụ nước và các nguyên tố khoáng.
• Các ion khoáng xâm nhập vào tế bào lông hút thông qua hai cơ chế:

a. Hấp thu thụ động

• Một số ion khoáng di chuyển từ nơi có nồng độ cao (trong đất)  đến nơi có nồng độ thấp (tế bào lông hút) theo cơ chế khuếch tán.
• Quá trình này không tiêu tốn năng lượng ATP, không liên quan đến hoạt động trao đổi chất và không có tính chọn lọc cao.

b. Hấp thu chủ động

• Phần lớn các ion khoáng được cây hấp thụ theo cơ chế chủ động.
• Một số ion khoáng mà cây có nhu cầu cao, di chuyển ngược chiều gradient nồng độ đi vào rễ. Quá trình này cần tiêu tốn năng lượng ATP và có tính chọn lọc.

1.2. Dòng nước và ion khoáng đi từ đất vào mạch gỗ của rễ

Sau khi được lông hút hấp thụ, nước và các ion khoáng sẽ đi qua các tế bào của vỏ rễ rồi vào mạch gỗ vận chuyển lên thân, cành và lá (dòng đi lên)

Vận chuyển dinh dưỡng vào mạch gỗ của rễ có hai con đường chính:

a. Con đường gian bào

• Nước và chất khoáng đi từ lông hút qua các khoảng gian bào giữa các tế bào.
• Khi đến đai Caspary của nội bì, dòng vận chuyển buộc phải chuyển sang con đường tế bào chất trước khi đi vào mạch gỗ rồi được vận chuyển cùng nước từ rễ lên thân, lá. Đây là con đường vận chuyển nhanh nhưng ít có tính chọn lọc.

b. Con đường tế bào chất

• Nước và ion khoáng đi từ tế bào này sang tế bào khác thông qua chất nguyên sinh và cầu sinh chất cho đến khi vào mạch gỗ.
• Con đường này diễn ra chậm hơn nhưng có tính chọn lọc cao, giúp cây kiểm soát tốt hơn các chất được hấp thụ.

2. Hấp thu dinh dưỡng qua lá

Ngoài việc hấp thụ dinh dưỡng qua rễ, cây còn có khả năng hấp thụ dinh dưỡng trực tiếp qua lá.

Các chất dinh dưỡng có thể xâm nhập vào lá thông qua:

• Khí khổng.
• Lớp cutin trên bề mặt lá.

Trong điều kiện thích hợp, hiệu quả hấp thụ dinh dưỡng qua lá có thể đạt khoảng 90–95%, vì vậy phương pháp phun phân bón lá thường được áp dụng để bổ sung nhanh các nguyên tố dinh dưỡng khi cây cần.

Hình 2. Hấp thu nước và dinh dưỡng qua lá 

3. Sự vận chuyển nước và dinh dưỡng trong cây

Sau khi được hấp thụ, nước và các chất dinh dưỡng sẽ được vận chuyển đến các bộ phận khác của cây thông qua hai hệ thống mạch dẫn là mạch gỗ và mạch rây.

3.1. Mạch gỗ

Dòng mạch gỗ chủ yếu vận chuyển nước và các ion khoáng từ rễ lên thân, cành và lá. Đây là dòng vận chuyển theo chiều đi lên, ngược với trọng lực và có lực cản thấp.

Quá trình vận chuyển trong mạch gỗ được tạo nên bởi sự phối hợp của ba lực:

• Lực đẩy (Áp suất rễ): được hình thành do hoạt động trao đổi chất ở rễ, tạo lực đẩy nước từ rễ đi lên.
• Lực hút do thoát hơi nước ở lá: khi nước bốc hơi qua khí khổng sẽ tạo lực hút kéo  dinh dưỡng từ rễ lên lá.
• Lực liên kết giữa các phân tử nước và thành mạch gỗ: giúp hình thành cột nước liên tục trong mạch, cho phép nước và các chất khoáng được vận chuyển lên phía trên.

Nhờ sự phối hợp của ba lực này, nước và các chất khoáng được phân bố đến toàn bộ cơ thể cây.

3.2. Mạch rây

• Mạch rây có nhiệm vụ vận chuyển các sản phẩm của quá trình quang hợp từ lá đến các cơ quan đang sinh trưởng hoặc dự trữ như rễ, thân, hoa, quả, hạt và củ.
• Các chất được vận chuyển chủ yếu là đường, axit amin và nhiều hợp chất hữu cơ khác.
• Ngoài vai trò vận chuyển chất hữu cơ, mạch rây còn tham gia truyền tín hiệu hóa học giữa các cơ quan trong cây và góp phần phân bố lại một số ion khoáng cũng như các hợp chất khác.
• Sự vận chuyển trong mạch rây diễn ra nhờ sự chênh lệch áp suất thẩm thấu giữa cơ quan nguồn (lá) và cơ quan chứa hoặc cơ quan tiêu thụ (rễ, quả, hạt, củ...).

Hình 3. Cơ chế hấp thu và vận chuyển dinh dưỡng bên trong cây

4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và dinh dưỡng của cây

Khả năng hấp thụ nước và chất dinh dưỡng của cây chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường.

4.1 Độ ẩm đất

• Các chất dinh dưỡng chỉ được cây hấp thụ khi hòa tan trong nước. Vì vậy, duy trì độ ẩm đất thích hợp sẽ giúp tăng khả năng hấp thụ nước và dinh dưỡng của bộ rễ.

4.2 Hàm lượng oxy trong đất

• Đất tơi xốp và thông thoáng giúp rễ hô hấp tốt, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình hấp thu nước và các chất khoáng.

4.3 Ánh sáng

• Ánh sáng ảnh hưởng đến quá trình thoát hơi nước của lá thông qua sự đóng mở khí khổng.
• Thoát hơi nước càng mạnh thì lực hút trong mạch gỗ càng lớn, giúp tăng khả năng vận chuyển nước và chất khoáng.

4.4 Nhiệt độ

• Nhiệt độ thích hợp giúp rễ hoạt động hiệu quả, đồng thời ảnh hưởng đến quá trình hấp thu nước, vận chuyển trong thân và thoát hơi nước ở lá.

4.5 Độ ẩm không khí

• Độ ẩm không khí có mối liên hệ chặt chẽ với quá trình thoát hơi nước.
• Khi độ ẩm không khí thấp, tốc độ thoát hơi nước tăng lên, từ đó thúc đẩy quá trình vận chuyển nước trong cây.

Hình 4. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hấp thu nước và dinh dưỡng 

5. Khả năng di động của các nguyên tố khoáng trong cây

Không phải tất cả các nguyên tố dinh dưỡng đều có khả năng di chuyển giống nhau trong cây.

5.1 Các nguyên tố di động

• Đây là những nguyên tố có thể được vận chuyển từ lá già đến các cơ quan non khi cây thiếu dinh dưỡng, bao gồm Đạm (N), Lân (P), Kali (K), Magiê (Mg), Clo (Cl), Natri (Na), Kẽm (Zn), Molypden (Mo)
• Khi thiếu các nguyên tố này, triệu chứng thường xuất hiện trước trên các lá già.

5.2 Các nguyên tố không di động

• Đây là những nguyên tố hầu như không được tái phân bố từ lá già sang lá non, gồm:Canxi (Ca), Lưu huỳnh (S), Sắt (Fe), Bo (B), Đồng (Cu)
• Do không thể tái sử dụng, khi cây thiếu các nguyên tố này, triệu chứng thường xuất hiện trước ở lá non, đỉnh sinh trưởng hoặc các mô đang phát triển.

Hình 5. Khả năng di động của các nguyên tố khoáng bên trong cây 

6. Kết luận

• Sự hấp thụ và vận chuyển nước, dinh dưỡng là nền tảng cho mọi hoạt động sinh lý của cây trồng. Từ quá trình hấp thụ tại rễ, vận chuyển qua mạch gỗ và mạch rây cho đến sự phân bố các nguyên tố khoáng trong cây đều ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng sinh trưởng, phát triển và năng suất.
• Hiểu rõ cơ chế này sẽ giúp người trồng lựa chọn đúng thời điểm tưới nước, bón phân qua gốc hoặc qua lá, đồng thời xây dựng chế độ chăm sóc phù hợp để nâng cao hiệu quả sử dụng phân bón và tối ưu năng suất cây trồng.

Nguồn: Tham khảo

Liên hệ tư vấn: Zalo Dona Sài Gòn