Áp suất rễ là gì?

 Áp suất rễ là một quá trình sinh lý đóng vai trò quan trọng sự chuyển động của nước ở thực vật. Chúng giúp vận chuyển nước và khoáng chất đi lên thông qua các mạch gỗ. Vậy áp suất rễ là gì? Áp suất rễ có vai trò như thế nào đối với cây trồng? Mời các bạn cùng chúng tôi đi tìm câu trả lời ở bài viết dưới đây nhé!

Áp suất rễ là gì?

   Áp suất rễ hay còn gọi là áp lực rễ là lực sinh ra trong rễ cây giúp đẩy chất lỏng và các các ion khác từ đất theo hướng đi lên vào mô mạch của cây – Xylem. Quá trình này được tạo ra bởi áp suất thẩm thấu, là áp suất được tạo ra bởi sự chênh lệch nồng độ chất hòa tan (chất hòa tan) giữa hai dung dịch.

   Áp suất rễ trong sinh học được định nghĩa là là một lực hoặc áp suất thủy tĩnh được tạo ra trong rễ giúp đẩy chất lỏng và các ion khác từ đất theo hướng đi lên vào mô mạch của cây – Xylem

   Áp lực rễ được thể hiện qua hiện tượng rỉ nhựa và ứ giọt. Chúng ta có thể quan sát được bằng thực nghiệm qua việc cắt thân cây được tưới nước tốt vào một ngày ẩm ướt. Khi cắt thân cây, dung dịch sẽ chảy ra từ đầu cắt. Hoặc có thể  được đo bằng áp kế trong đó cột thủy tinh chứa đầy thủy ngân được đặt trên gốc cây đã cắt. Mức thủy ngân trong cột thủy tinh sẽ cho biết độ lớn áp suất rễ.

Áp lực rễ được tạo ra nhưng thế nào?

Áp lực rễ là một hiện tượng sinh học trong thực vật, nơi nước và các chất khoáng từ đất được đẩy lên cây thông qua rễ mà không có sự giúp đỡ của lực hút nước của cây (transpiration) hay lực hút của cấu trúc trên mặt đất.

Có 2 nguyên nhân chính gây ra áp lực rễ là:

Do lực hút bên trên của quá trình hấp thụ nước

Khi cây cối hấp thụ nước từ đất thông qua rễ, nước sẽ di chuyển từ vùng có nồng độ cao đến vùng có nồng độ thấp. Quá trình này xảy ra nhờ vào sự tồn tại của lực hút nước bên trên, gọi là cực trương. Lực hút này là do sự tương tác giữa các phân tử nước và thành tế bào trong mô rễ. Khi cây cối hấp thụ nước, áp suất rễ sẽ tạo ra để đảm bảo sự di chuyển liên tục của nước từ đất vào cây.

Do sự tăng dần áp suất thẩm thấu của mô rễ từ tế bào lông hút vào bó mạch gỗ của rễ

Quá trình này xảy ra khi nước được hấp thụ qua tế bào lông rễ và di chuyển vào bó mạch gỗ, sau đó nước sẽ tiếp tục di chuyển lên xương rễ và cây cối. Áp suất rễ tăng lên nhờ vào sự tăng dần của nước trong bó mạch gỗ, tạo ra một lực đẩy lên tới các phần trên của cây.

Như vậy áp suất rễ đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sự cân bằng nước và chất dinh dưỡng của cây cối. Chúng giúp cây cối có thể hấp thụ nước và chất dinh dưỡng từ môi trường xung quanh và di chuyển chúng lên đến phần trên của cây.

Cơ chế của áp suất dễ là gì?

Áp suất rễ là lực đẩy nước và các khoáng chất hòa tan từ rễ vào mô Xylem của thực vật có mạch. Cơ chế phát triển áp suất rễ được nhìn nhận từ ba góc độ sau:

Thẩm thấu

Từ góc độ thẩm thấu, muối và đường tích tụ trong các thành phần khí quản của Xylem. Khi nồng độ chất tan tăng lên, nước sẽ bị rút khỏi các tế bào xung quanh và khỏi con đường hấp thụ nước điển hình. Qua đó giúp tạo ra áp lực dương trong nhựa của Xylem.

Điện thẩm thấu

Từ góc độ điện thẩm thấu, các kênh Xylem và các tế bào xung quanh có tiềm năng điện sinh học tạo điều kiện thuận lợi cho dòng nước chảy vào chúng.

Không thẩm thấu

Từ góc độ không thẩm thấu, các thành phần Xylem khác biệt tiết ra các hormone hoạt động như các bể trao đổi chất, khiến nước chảy về phía chúng. Nước cũng có thể được bơm tích cực vào Xylem thông qua các tế bào sống bao quanh nó.

Áp lực rễ hoạt động như thế nào?

Áp suất rễ không thể tự hình thành bên trong rễ cây mà phụ thuộc vào cả quá trình thẩm thấu và thoát hơi nước .

Thẩm thấu đề cập đến sự chuyển động của các phân tử nước khuếch tán từ vùng có nồng độ khoáng thấp đến vùng có nồng độ khoáng cao. Điều này tạo ra áp suất thủy tĩnh trong rễ và nước đi tự do qua các mô của rễ nhưng không đi qua các khoáng chất . Đây được gọi là mô hình lực hút cố kết-sức căng-thoát hơi nước của quá trình vận chuyển nước trong đó nước được ‘kéo’ qua nhà máy.

Khi kết hợp với sự thoát hơi nước, dòng nước chảy vào cây thông qua quá trình thẩm thấu và tạo ra sức căng của nước sẽ tạo ra các lực liên quan đến áp suất rễ trong cây. Trong quá trình thoát hơi nước, nước bị mất vào khí quyển thông qua các lỗ trên bề mặt thực vật được gọi là khí khổng hoặc khí khổng . Tốc độ thoát hơi nước cao khi không khí khô và độ ẩm thấp. Khi hơi nước thoát ra khỏi lá của cây do thoát hơi nước, sự mất nước này kéo theo cột nước chứa trong hệ thống mạch dẫn, do đó tạo ra áp lực rễ ở cây thấp.

Do tầm quan trọng của sự thoát hơi nước trong sự chuyển động của nước qua thực vật, các nhà nghiên cứu thường coi sự thoát hơi nước đóng vai trò quan trọng hơn trong việc vận chuyển nước so với chỉ riêng áp lực của rễ.

Áp suất rễ đạt mức tối đa vào thời điểm nào?

Áp suất rễ là áp suất dương phát triển trong rễ cây nhờ sự hấp thụ tích cực các chất dinh dưỡng từ đất. Sự hấp thụ tích cực phụ thuộc vào sự tích lũy tích cực của chất tan trong nhựa xylem.

Áp suất của rễ đạt tối đa khi sự thoát hơi nước thấp và khả năng hấp thụ cao vì thoát hơi nước là lượng nước đầu ra từ cây và sự hấp thụ là lượng nước đầu vào của cây. Nếu đầu ra thấp và đầu vào cao thì áp suất sẽ ở mức lớn nhất. Như vậy áp suất rễ sẽ đạt mức tối đa khi sự thoát hơi nước thấp và khả năng hấp thụ cao.

Áp suất rễ hoạt động mạnh nhất vào ban đêm và sáng sớm, khi khí khổng trên lá đóng lại, lúc này sự thoát hơi nước ở mức tối thiểu. Áp suất rễ cũng có thể cao vào những ngày nhiều mây hoặc mưa, khi sự thoát hơi nước giảm. Giá trị tối đa của áp lực rễ thay đổi tùy theo loài thực vật cũng như điều kiện môi trường. Tuy nhiên, nó thường ở khoảng 0,1-0,3 MPa (megapascal), tương đương với áp suất khoảng 1-3 atm.

Áp lực rễ cao nhất vào mùa xuân khi nhựa ưu trương mạnh với nước trong đất, nhưng tốc độ thoát hơi nước thấp. Còn mùa hè, khi lượng thoát hơi nước cao và nước di chuyển nhanh qua xylem, thường không thể phát hiện được áp lực của rễ.

Các loại áp lực rễ ở thực vật

Áp lực rễ tích cực

Loại áp lực rễ này được tạo ra bởi sự hấp thu tích cực của các ion khoáng từ đất. Khi các ion khoáng được hấp thụ bởi lông rễ, nước sẽ được thẩm thấu theo sau. Dòng nước này tạo ra áp suất dương trong xylem, giúp đưa nước đi lên qua cây.

Áp suất rễ thụ động

Loại áp lực rễ này được tạo ra bởi áp suất thẩm thấu của dung dịch đất. Khi nồng độ nước trong đất cao hơn nồng độ nước trong tế bào rễ, nước sẽ khuếch tán vào tế bào rễ bằng thẩm thấu. Dòng nước này tạo ra áp suất dương trong xylem, giúp đưa nước đi lên qua cây.

Áp suất rễ dương

Vào ban đêm, khi độ ẩm của đất cao, áp lực của rễ gây ra hiện tượng rút ruột hoặc tiết ra những giọt nhựa xylem từ đầu hoặc mép lá. Các ion trong đất được hấp thụ tích cực vào thân cây do áp suất dương của rễ. Vì nó gây ra sự tích tụ tích cực của chất tan trong nhựa xylem.

Như vậy áp lực dương của rễ là áp lực phát triển trong xylem khi nước được hút lên từ rễ. Áp suất này là do trọng lượng của cột nước và sự liên kết của các phân tử nước.

Áp suất rễ âm

Vào ban ngày, khi sự thoát hơi nước ở mức tối đa, sức căng được tạo ra trong các mạch gỗ từ bề mặt của lá đến ngọn rễ, xuyên qua thân. Điều này gây mất nước dẫn đến các tế bào bảo vệ và các tế bào biểu bì khác trở nên chảy xệ. Do đó, áp suất âm lần lượt lấy nước từ cây.

Như vậy áp suất âm của rễ là áp suất phát triển trong xylem khi nước thoát ra từ lá. Áp suất này là do trọng lượng của cột nước và độ bám dính của các phân tử nước.

Tầm quan trọng của áp suất rễ đối với cây trồng

Áp lực rễ có vai trò quan trọng đối với cây trồng bởi:

Giúp hấp thụ nước và khoáng chất

Cây trồng cần nước và khoáng chất để sinh trưởng. Áp lực rễ giúp cây hút nước và các chất dinh dưỡng từ đất thông qua các lỗ nhỏ trên rễ được gọi là lông rễ.

Duy trì cân bằng nước

Áp lực rễ giúp cây duy trì cân bằng nước bên trong cơ thể cây. Khi cây hút nhiều nước hơn là cần thiết, áp lực rễ giúp ngăn chặn sự mất nước quá mức, điều này rất quan trọng trong việc ngăn chặn mất nước cho cây trồng.

Hỗ trợ cơ cấu cây

Rễ cũng giữ cho cây trồng ổn định trong đất. Các rễ cây tạo ra một mạng lưới chặt chẽ dưới đất, giữ cho cây trồng không bị đổ đứng hoặc bị cuốn đi bởi gió mạnh hay mưa lũ.

Trao đổi khí

Ngoài việc hấp thụ nước và chất dinh dưỡng, rễ còn giúp trao đổi khí trên mặt đất, đặc biệt là khí oxi và khí cacbonic. Điều này quan trọng trong quá trình quang hợp, khi cây sử dụng ánh nắng mặt trời để chuyển đổi khí cacbonic thành đường và nước.

Lưu trữ chất dinh dưỡng

Rễ cũng chứa các tế bào chất dự trữ như tinh bột, protein và khoáng chất, giúp cây trồng có thể sử dụng chúng khi cần thiết, đặc biệt là trong điều kiện khắc nghiệt hoặc khi không có nguồn nước và dinh dưỡng dồi dào.

Như vậy, áp suất rễ là một phần quan trọng trong hệ thống vận chuyển nước của cây. Nó giúp đảm bảo cây trồng có đủ nước và khoáng chất cần thiết để sinh trưởng và phát triển cũng như giúp đẩy lượng nước dư thừa ra khỏi cây, để ngăn ngừa thối rễ.

Các yếu tố ảnh hưởng đến áp suất rễ ở thực vật

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến áp suất rễ ở thực vật, tiêu biểu như:

Hàm lượng nước trong đất

Nước có sẵn trong đất sẽ được hấp thụ bởi rễ cây và tăng áp suất rễ. Khi thế năng nước trong đất càng cao thì áp lực rễ càng lớn. Bởi rễ sẽ có khả năng hấp thụ nhiều nước hơn khi tiềm năng nước trong đất cao.

Lực hấp thụ nước

Cây thực hiện quá trình hấp thụ nước thông qua rễ. Lực này giúp nước di chuyển từ đất vào trong cây và tăng áp suất rễ.

Lông rễ

Lông rễ làm tăng diện tích bề mặt của rễ, giúp chúng hấp thụ nhiều nước và khoáng chất hơn. Vì vậy, cây có nhiều rễ sẽ có áp lực rễ cao hơn.

Cấu trúc rễ

Cấu trúc của rễ, bao gồm diện tích bề mặt và khả năng hấp thụ, ảnh hưởng đến khả năng cây hấp thụ nước và do đó ảnh hưởng đến áp suất rễ. Cụ thể như rễ gỗ có áp lực rễ cao hơn rễ xơ.

Loại cây

Các loại cây có các hệ thống rễ khác nhau, và điều này ảnh hưởng đến khả năng hấp thụ nước và áp suất rễ.

Tính chất của đất

Đất có thể là cát, sét, hoặc loại đất đa dạng khác, và các loại đất này có khả năng giữ nước và cung cấp chất dinh dưỡng khác nhau. Điều này ảnh hưởng đến áp suất rễ.

Điều kiện khí hậu

Điều kiện khí hậu có tác động lớn đến mức độ hấp thụ nước của Xylem khi tốc độ áp lực của rễ giảm xuống.

Nhiệt độ

Cùng với điều kiện khí hậu, nhiệt độ cũng có vai trò quan trọng đối với áp suất rễ. Khi nhiệt độ giảm do tự nhiên hoặc do bất kỳ sự mất cân bằng nào, áp suất rễ sẽ ít hơn.

Thoát hơi nước

Thoát hơi nước là quá trình bốc hơi nước từ lá. Khi thoát hơi nước cao, thế năng nước của lá giảm. Điều này tạo ra một áp suất âm trong xylem, kéo nước từ rễ lên. Kết quả là áp suất rễ giảm.

Chất dinh dưỡng khoáng

Các chất dinh dưỡng khoáng như nitơ, phốt pho và kali rất cần thiết cho sự phát triển và chức năng của rễ. Cây thiếu chất dinh dưỡng khoáng sẽ có áp lực rễ thấp hơn.

So sánh áp suất rễ và lực thoát hơi nước

Áp suất rễ và thoát hơi nước đều là những lực làm cho nước và khoáng chất dâng lên qua thân cây đến lá.

Tuy nhiên giữa áp suất rễ và thoát hơi nước lại có sự khác biệt. Cụ thể mời các bạn cùng chúng tôi theo dõi ở bảng dưới đây.

Đặc điểm	Áp suất rễ	Lực thoát hơi nước
Định Nghĩa	Áp suất rễ là áp suất thẩm thấu phát triển trong tế bào rễ do sự di chuyển của nước từ đất đến tế bào rễ thông qua quá trình thẩm thấu. Hiểu đơn giản áp suất rễ là áp suất nước trong lòng rễ cây.	Lực thoát hơi nước là lực phát triển ở phần ngọn của cây do sự bay hơi của nước qua khí khổng của tế bào trung điệp vào khí quyển. Hiểu đơn giản lực thoát hơi nước là lực đẩy giúp nước thoát ra khỏi cây.
Hướng tác động	Tác động từ nước và chất dinh dưỡng đi vào cây qua rễ.	Tác động từ nước bị hút ra khỏi cây thông qua lá và các cấu trúc khác.
Nguyên nhân	Dựa trên hoạt động hút nước của rễ cây.	Dựa trên quá trình hơi nước từ lá cây và các bề mặt khác của cây.
Đơn vị đo lường	Được đo bằng pascal (Pa) hay bar.	Được đo bằng pascal (Pa) hay kilopascal (kPa).
Chức năng chính	Hỗ trợ việc hút nước và chất dinh dưỡng từ đất.	Giữ nước và các chất dinh dưỡng trong cây, và giúp tạo ra lực hút nước từ đất lên cây.
Tác động đến cây	Áp suất rễ giúp cây duy trì turgor (sự căng tròn) và hỗ trợ cơ học.	Lực thoát hơi giúp cây giảm nhiệt độ và duy trì sự tươi tắn của lá.
Yếu tố ảnh hưởng	Tiềm năng nước trong đất, nồng độ khoáng chất trong đất, tốc độ thoát hơi nước, nhiệt độ, thời gian trong ngày, loài thực vật và sức khỏe thực vật.	Độ ẩm không khí, nhiệt độ, độ ẩm của môi trường xung quanh.
Quan hệ	Có mối quan hệ nghịch với lực thoát hơi nước. Khi áp suất rễ tăng lên, lực thoát hơi nước giảm và ngược lại.	Có mối quan hệ nghịch với áp suất rễ. Khi lực thoát hơi nước tăng, áp suất rễ giảm và ngược lại.
Ví dụ	Nếu bạn cắt thân cây ngay trên mặt đất, sau đó đặt một túi nhựa lên trên thân cây đã cắt, bạn có thể thấy những giọt nước ngưng tụ ở bên trong túi. Điều này là do áp lực của rễ đẩy nước lên các mạch gỗ và ra khỏi thân cây bị cắt.	Nếu bạn đặt cây vào chậu có nắp trong suốt, bạn có thể thấy những giọt nước ngưng tụ ở bên trong nắp. Điều này là do nước đang bốc hơi từ lá cây và ngưng tụ trên lớp phủ.

Áp suất rễ và lực thoát hơi nước đều là những lực quan trọng thúc đẩy sự chuyển động của nước ở thực vật. Áp suất rễ đặc biệt quan trọng trong việc vận chuyển nước và khoáng chất lên ngọn cây cao.Còn lực thoát hơi nước là động lực chính thúc đẩy sự chuyển động của nước ở thực vật và nó chịu trách nhiệm vận chuyển nước và khoáng chất từ ​​​​rễ đến lá.

Trên đây là những chia sẻ của Van nhập khẩu về áp suất rễ cũng như tầm quan trọng của áp lực rễ đối với cây trồng. Như vậy áp suất rễ là một quá trình sinh lý quan trọng giúp cây tồn tại và phát triển. Hi vọng những chia sẻ này giúp bạn đọc có thêm những kiến thức bổ ích về sự hình thành và phát triển ở cây trồng đặc biệt là những cây như lúa, ngô…

Cập nhật lúc 08:16 – 18/10/2023