Đây là bản xem thử. Phiên bản đầy đủ trong ứng dụng có bài tập, AI chấm ngay và theo dõi tiến độ học.
Bài học
Phát triển ở thực vật có hoa và quang chu kì
Mục tiêu bài học
Sau bài này, em phân biệt được cây ngày ngắn, cây ngày dài và cây trung tính theo phản ứng ra hoa với độ dài đêm, nêu được vai trò của phytochrome trong việc "đo" thời gian tối, và giải thích được kĩ thuật chiếu sáng bổ sung ban đêm dùng trong trồng thanh long trái vụ.
Kiến thức nền cần nhớ
Bài trước em đã học các hormone thực vật (same-grade bridge). Ra hoa là bước ngoặt lớn nhất của phát triển ở thực vật có hoa. Hormone quyết định tốc độ sinh trưởng, nhưng thời điểm chuyển sang ra hoa lại phụ thuộc thêm một tín hiệu khác: độ dài ngày và đêm trong năm.
Khởi động
Cúc thường chỉ nở rộ vào cuối thu, đầu đông, dù được chăm sóc và bón phân quanh năm. Ngược lại, nhiều loại rau cải lại trổ hoa đúng vào mùa xuân, khi ngày bắt đầu dài ra. Cùng đủ nước, đủ phân, cùng đủ tuổi trưởng thành, vì sao mỗi loại cây lại "chọn" một mùa riêng để ra hoa?
Kiến thức trọng tâm
Phát triển ở thực vật có hoa trải qua hai giai đoạn lớn: sinh trưởng sinh dưỡng — cây chỉ lớn thân, lá, rễ — rồi chuyển sang giai đoạn sinh sản, bắt đầu bằng việc ra hoa. Thời điểm chuyển giai đoạn đó chịu chi phối bởi tuổi cây, nhiệt độ, và đặc biệt là quang chu kì — tỉ lệ thời gian sáng và tối trong một ngày đêm.
Tên gọi "quang chu kì" dễ khiến em nghĩ cây đang đo độ dài BAN NGÀY, nhưng thực nghiệm cho thấy điều cây thật sự đo là độ dài của ĐÊM TỐI LIÊN TỤC. Dựa vào phản ứng với độ dài đêm đó, thực vật chia thành ba nhóm.
Cây ngày ngắn ra hoa khi đêm dài hơn một ngưỡng tới hạn nhất định của loài — trong điều kiện tự nhiên ở nước ta, nhóm này thường ra hoa vào cuối hạ hoặc mùa thu, khi đêm bắt đầu dài ra, ví dụ cúc và đậu tương. Cây ngày dài thì ngược lại, ra hoa khi đêm NGẮN hơn ngưỡng tới hạn, thường ra hoa vào cuối xuân hoặc đầu hạ khi đêm ngắn lại. Cây trung tính ra hoa không phụ thuộc quang chu kì mà phụ thuộc chủ yếu vào tuổi và kích thước của cây, ví dụ cà chua.
Tên nhóm gọi theo "ngày" nhưng cơ chế thật sự dựa trên độ dài ĐÊM liên tục — điều cần nhớ khi đọc tên hai nhóm đầu.
Bộ phận "đo" thời gian tối đó là phytochrome — một sắc tố hấp thụ ánh sáng tồn tại ở hai dạng chuyển hoá qua lại. Dạng Pr hấp thụ ánh sáng đỏ (khoảng 660nm) và chuyển thành dạng Pfr; dạng Pfr hấp thụ ánh sáng đỏ xa (khoảng 730nm) và chuyển ngược lại thành Pr, hoặc tự chuyển chậm về Pr khi ở trong bóng tối kéo dài. Ánh sáng mặt trời ban ngày giàu ánh sáng đỏ hơn đỏ xa, nên Pfr tích luỹ dần suốt ngày; trong đêm tối, Pfr giảm dần theo thời gian. Mức Pfr còn lại vào cuối một đêm chính là "đồng hồ" mà cây dùng để suy ra đêm đó đã kéo dài bao lâu.
Chính vì cơ chế dựa trên phytochrome, một loé sáng ngắn giữa một đêm dài có thể lật ngược kết quả: ánh sáng chuyển ngay Pr thành Pfr, khiến "đồng hồ" của cây coi như đêm vừa bị chia thành hai đoạn tối ngắn hơn, dù tổng thời gian tối trong ngày hôm đó không đổi. Đây gọi là thí nghiệm ngắt đêm, và nó chứng minh điều cây thật sự quan tâm là độ dài đoạn tối LIÊN TỤC, không phải tổng thời gian tối cộng dồn.
Nhà vườn thanh long ở Bình Thuận và nhiều tỉnh Nam Bộ khai thác chính nguyên lí ngắt đêm này. Thanh long phản ứng ra hoa theo kiểu cây ngày dài — cần đêm đủ ngắn mới ra hoa. Vào mùa khô, đêm tự nhiên dài hơn ngưỡng đó nên cây không tự ra hoa; nhà vườn bật đèn chiếu sáng vài giờ vào giữa đêm suốt nhiều tuần liên tiếp, ngắt đêm dài thành các đoạn tối ngắn hơn ngưỡng tới hạn, khiến cây "tưởng" đêm đã đủ ngắn và ra hoa trái vụ — cho thu hoạch gần như quanh năm thay vì chỉ đúng một vụ tự nhiên.
Kĩ thuật này không thêm hormone hay dinh dưỡng nào — chỉ can thiệp đúng một tín hiệu ánh sáng để "đánh lừa" đồng hồ phytochrome của cây.
Bên cạnh quang chu kì, một số loài ở vùng ôn đới — như lúa mì mùa đông — còn cần trải qua một giai đoạn lạnh kéo dài trước khi có khả năng ra hoa dù quang chu kì đã phù hợp, gọi là xuân hoá. Cơ chế này gần như không xuất hiện ở khí hậu nhiệt đới của Việt Nam nên em chỉ cần biết tên và ý nghĩa của nó để hoàn chỉnh bức tranh chung về các nhân tố chi phối sự ra hoa.
Ví dụ
Dự đoán phản ứng ra hoa của cây ngày ngắn khi bị ngắt đêm
1
Một cây ngày ngắn giả định cần đêm liên tục dài hơn 10 giờ mới ra hoa. Người ta cho cây trải qua một đêm dài 14 giờ, nhưng bật một loé sáng đỏ ngắn đúng vào giữa đêm, ở giờ thứ 7. Cây có ra hoa không?
2
Ta có loé sáng đỏ giữa đêm chuyển ngay Pr thành Pfr, đặt lại trạng thái phytochrome giống như lúc đêm vừa bắt đầu.
3
Đêm 14 giờ vì thế bị chia thành hai đoạn tối liên tục, mỗi đoạn khoảng 7 giờ — ngắn hơn hẳn ngưỡng 10 giờ mà cây cần.
4
Do đó không đoạn tối liên tục nào đủ dài để kích hoạt ra hoa ở cây ngày ngắn này. (1)
5
Vậy cây sẽ KHÔNG ra hoa, dù tổng thời gian tối trong 24 giờ vẫn là 14 giờ như bình thường — điều quyết định là độ dài đoạn tối liên tục, không phải tổng thời gian tối cộng dồn.
Ví dụ
Giải thích kĩ thuật xông đèn cho thanh long ra hoa trái vụ (dạng đề kiểm tra)
1
Vào mùa khô, nhà vườn thường bật đèn chiếu sáng vườn thanh long liên tục vài giờ vào ban đêm suốt nhiều tuần liên tiếp, sau đó thấy cây ra hoa dù đây không phải mùa ra hoa tự nhiên. Hãy giải thích cơ chế của kĩ thuật này.
2
Ta có thanh long ra hoa theo kiểu cây ngày dài — cần đêm đủ ngắn, ngắn hơn ngưỡng tới hạn, mới ra hoa.
3
Vào mùa khô, đêm tự nhiên dài hơn ngưỡng tới hạn đó, nên nếu không can thiệp, thanh long không tự ra hoa vào mùa này. (1)
4
Chiếu sáng vài giờ giữa đêm chuyển Pr thành Pfr, chia đêm dài thành các đoạn tối ngắn hơn ngưỡng tới hạn — đúng nguyên lí ngắt đêm vừa học ở cây ngày ngắn, nhưng lần này lại có lợi cho một cây ngày dài. (2)
5
Kết hợp (1) và (2), vậy ánh sáng đèn "đánh lừa" thanh long tưởng đêm đã đủ ngắn như điều kiện nó cần để ra hoa, nhờ đó nhà vườn tạo được vụ thanh long trái mùa.
Sai lầm thường gặp
Sai lầm phổ biến nhất là nghĩ cây ngày ngắn ra hoa vì "ngày ngắn" và cây ngày dài ra hoa vì "ngày dài" — thực ra cơ chế cảm nhận thật sự nằm ở độ dài đêm liên tục, không phải độ dài ban ngày. Một loé sáng nhỏ giữa đêm đủ sức thay đổi hoàn toàn kết quả ra hoa, dù tổng thời gian tối trong 24 giờ gần như không đổi.
Luyện tập có hướng dẫn
Luyện tập độc lập
Kiểm tra nhanh
Ghi nhớ
Ba nhóm cây theo quang chu kì: ngày ngắn (ra hoa khi đêm dài hơn ngưỡng), ngày dài (ra hoa khi đêm ngắn hơn ngưỡng), trung tính (không phụ thuộc quang chu kì). Phytochrome (Pr và Pfr) là bộ phận "đo" độ dài đêm liên tục — một loé sáng giữa đêm đủ sức đổi kết quả ra hoa, như kĩ thuật xông đèn cho thanh long.
Thực vật ra hoa theo tín hiệu ánh sáng và hormone — nhưng động vật lại phát triển theo một cách hoàn toàn khác, đôi khi phải "biến" thành một cơ thể trông rất khác chính mình. Chương sau chuyển sang tìm hiểu phát triển ở động vật.
Cây ngày ngắn ra hoa khi đêm dài hơn một ngưỡng tới hạn nhất định của loài — trong điều kiện tự nhiên ở nước ta, nhóm này thường ra hoa vào cuối hạ hoặc mùa thu, khi đêm bắt đầu dài ra, ví dụ cúc và đậu tương. Cây ngày dài thì ngược lại, ra hoa khi đêm NGẮN hơn ngưỡng tới hạn, thường ra hoa vào cuối xuân hoặc đầu hạ khi đêm ngắn lại. Cây trung tính ra hoa không phụ thuộc quang chu kì mà phụ thuộc chủ yếu vào tuổi và kích thước của cây, ví dụ cà chua.
Bộ phận "đo" thời gian tối đó là phytochrome — một sắc tố hấp thụ ánh sáng tồn tại ở hai dạng chuyển hoá qua lại. Dạng Pr hấp thụ ánh sáng đỏ (khoảng 660nm) và chuyển thành dạng Pfr; dạng Pfr hấp thụ ánh sáng đỏ xa (khoảng 730nm) và chuyển ngược lại thành Pr, hoặc tự chuyển chậm về Pr khi ở trong bóng tối kéo dài. Ánh sáng mặt trời ban ngày giàu ánh sáng đỏ hơn đỏ xa, nên Pfr tích luỹ dần suốt ngày; trong đêm tối, Pfr giảm dần theo thời gian. Mức Pfr còn lại vào cuối một đêm chính là "đồng hồ" mà cây dùng để suy ra đêm đó đã kéo dài bao lâu.
Chính vì cơ chế dựa trên phytochrome, một loé sáng ngắn giữa một đêm dài có thể lật ngược kết quả: ánh sáng chuyển ngay Pr thành Pfr, khiến "đồng hồ" của cây coi như đêm vừa bị chia thành hai đoạn tối ngắn hơn, dù tổng thời gian tối trong ngày hôm đó không đổi. Đây gọi là thí nghiệm ngắt đêm, và nó chứng minh điều cây thật sự quan tâm là độ dài đoạn tối LIÊN TỤC, không phải tổng thời gian tối cộng dồn.
Nhà vườn thanh long ở Bình Thuận và nhiều tỉnh Nam Bộ khai thác chính nguyên lí ngắt đêm này. Thanh long phản ứng ra hoa theo kiểu cây ngày dài — cần đêm đủ ngắn mới ra hoa. Vào mùa khô, đêm tự nhiên dài hơn ngưỡng đó nên cây không tự ra hoa; nhà vườn bật đèn chiếu sáng vài giờ vào giữa đêm suốt nhiều tuần liên tiếp, ngắt đêm dài thành các đoạn tối ngắn hơn ngưỡng tới hạn, khiến cây "tưởng" đêm đã đủ ngắn và ra hoa trái vụ — cho thu hoạch gần như quanh năm thay vì chỉ đúng một vụ tự nhiên.
Bên cạnh quang chu kì, một số loài ở vùng ôn đới — như lúa mì mùa đông — còn cần trải qua một giai đoạn lạnh kéo dài trước khi có khả năng ra hoa dù quang chu kì đã phù hợp, gọi là xuân hoá. Cơ chế này gần như không xuất hiện ở khí hậu nhiệt đới của Việt Nam nên em chỉ cần biết tên và ý nghĩa của nó để hoàn chỉnh bức tranh chung về các nhân tố chi phối sự ra hoa.