Trình bày cơ chế hấp thụ khoáng ở rễ cây.

Cây hấp thụ khoáng qua rễ theo một quá trình phức hợp, gồm các bước và cơ chế chính sau: 1. Di chuyển ion đến sát bề mặt rễ - Khối động (mass flow): Dung dịch đất (chứa chất khoáng) bị hút lên cùng với dòng nước do quá trình thoát hơi nước qua lá (transpiration), mang ion đến gần rễ. - Khuếch tán (diffusion): Khi nồng độ ion trong dung dịch đất xa rễ cao hơn sát bề mặt rễ, ion sẽ khuếch tán ngược chiều gradien nồng độ để tới gần rễ. - Tiếp xúc trực tiếp (root interception): Chân rễ phát triển mở rộng sang các vùng đất mới, chạm tới các hạt khoáng. 2. Vận chuyển ion qua các hàng rào sinh chất Rễ cây có hai con đường chính để đưa ion từ môi trường đất vào mạch gỗ (gọi chung là quá trình hấp thu): a. Đường apoplast (khoảng gian tế bào) – Ion di chuyển qua không gian giữa các tế bào (qua thành tế bào và điểm tiếp giáp giữa tế bào) đến nội bì. – Tại nội bì, dải Caspary chắn (Casparian strip) bắt buộc ion phải vào sinh chất (symplast) để vượt qua hàng rào này. b. Đường symplast (qua tế bào chất) – Ion đi vào vào tế bào biểu bì hoặc tế bào lông hút bằng cơ chế khuếch tán đơn thuần (đối với các ion có nồng độ cao) hoặc vận chuyển tích cực (đối với ion cần chọn lọc và vận chuyển ngược gradien). 3. Vận chuyển tích cực qua màng tế bào Đa số ion (như K+, NO3–, PO4³–, Ca2+, Mg2+) được đưa vào tế bào biểu bì và tế bào vỏ rễ thông qua các protein chuyên biệt: - Bơm H⁺-ATPase (bơm proton): tiêu tốn ATP để bơm H+ ra ngoài tế bào, tạo ra gradien điện hóa (màng trong tế bào mang điện tích âm hơn phía ngoài). - Sự chênh lệch điện tích và pH này được dùng để đồng vận chuyển (co-transport) hoặc đối vận chuyển (antiport) ion khoáng: + Cotransporter H+–solute (như đồng vận chuyển H+ với NO3–, PO4³–, sucrose…) + Antiporter H+–cation (như trao đổi H+ ra ngoài lấy K+ hoặc Ca2+ vào trong) 4. Vận chuyển xuyên nội bì và vào mạch gỗ - Sau khi vào sinh chất các tế bào vỏ rễ, ion tiếp tục di chuyển từ tế bào này sang tế bào khác qua các cầu nối plasmodesmata (đường symplast) đến nội bì. - Qua dải Caspary, toàn bộ dòng ion phải đi vào sinh chất nội bì rồi xuất bào vào mạch gỗ (mạch gỗ là hệ thống dẫn nước và ion đi lên thân, lá). 5. Các cơ chế hỗ trợ và điều tiết - Cây điều chỉnh hoạt tính của H+-ATPase và các kênh/hood co-transporter theo nhu cầu khoáng và điều kiện môi trường. - Mối quan hệ cộng sinh với nấm mycorrhiza giúp tăng diện tích hấp thụ và hòa tan khoáng khó tan (P, micronutrient). - Cơ chế trao đổi cation (cation exchange): rễ cây có thể nhả H+ hoặc các acid hữu cơ vào đất, giúp giải phóng Ca2+, K+, Mg2+ bám trên hạt đất. Tóm lại, hấp thụ khoáng ở rễ cây là kết quả phối hợp giữa các quá trình vật lý (dòng khối, khuếch tán), hóa học (điện thế màng, trao đổi ion) và sinh học (protein vận chuyển, mycorrhiza), giúp cây thu được đa dạng các nguyên tố cần thiết cho sinh trưởng.