Bài giảng Sinh lý thực vật

Nội dung text: Bài giảng Sinh lý thực vật

1. Bùi Trang Việt Bộ mơn Sinh lý thực vật, Khoa Sinh học Trường ĐH KHTN TP. Hồ Chí Minh Ơn tập tuyển sinh cao học sinh học, 4-2012 (6 phần) • Phần 4. Đa dạng sinh học • Phần 5. Sinh học thực vật Tài liệu tham khảo • Tài liệu ơn tập Đa dạng sinh học • Sinh học tế bào • Sinh lý thực vật đại cương
2. Phần 4. Đa dạng sinh học 1. Các khái niệm và nguồn gốc của sự sống 2. Đa dạng sinh học ● Đa dạng của sinh vật nhân sơ ● Đa dạng của nguyên sinh vật ● Đa dạng ở thực vật ● Đa dạng ở nấm ● Đa dạng ở động vật
3. Phần 4. Đa dạng sinh học 1. Các khái niệm và nguồn gốc của sự sống 1.1. Đa dạng sinh học  Thường chỉ sự đa dạng của các lồi, nhưng cũng ở mọi mức độ tổ chức, từ gene tới hệ sinh thái.  Sản phẩm của gần 3,5 tỉ năm tiến hĩa, cực kỳ phong phú, khĩ cĩ thể biết hết mọi lồi đã và hiện sống.  “Vũ điệu” sinh vật trong khơng gian và thời gian.
4. Tính đa dạng lớn nhất thuộc về cơn trùng (gần một triệu lồi); hữu nhũ nhỏ nhất (hơn năm ngàn lồi). Phần lớn các ngành động vật được tìm thấy trong đại dương. Virus (dạng sống đặc biệt), vi khuẩn, nấm và nguyên sinh vật khĩ xác định hơn động vật cĩ xương sống và cơn trùng.
5. 1.2. Các giới sinh vật Hệ thống 5 giới: * Monera (vi khuẩn, nhân sơ) * Protista (Nguyên sinh vật) * Plantae (Thực vật) * Fungi (Nấm) * Animalia (Động vật)
6. Hai hệ thống gần đây hơn: • Hệ thống sáu giới (six-kingdom system): như hệ thống năm giới, nhưng Monera (Prokaryota) được tách ra thành hai giới: vi khuẩn và vi khuẩn cổ. Thực vật bao gồm tảo lục, gọi chung là giới Thực vật xanh (Viridiplantae, green plant kingdom). • Hệ thống ba liên giới (three-domain system): Vi khuẩn, Vi khuẩn cổ, và Nhân thực.
7. Sáu giới Ba liên giới Vi khuẩn cổ khác biệt về trình tự base của tRNA và rRNA so với vi khuẩn, khơng nhất thiết “cổ” hơn vi khuẩn, và cĩ liên hệ gần với sinh vật nhân thực hơn vi khuẩn.
8. 1.3. Sinh vật được xếp theo thứ bậc (7 bậc chính) Giới Động vật (Animalia) Ngành Dây sống (Chordata) Lớp Hữu nhũ (Mammalia) Bộ Linh trưởng (Primates) Họ Hominidae Giống Homo Lồi Homo sapiens • Lồi (sinh học) gồm các thành viên cĩ thể giao phối và sinh con cĩ khả năng sinh sản. • Khơng cĩ hai lồi cùng tên (tên kép theo Linnaeus)
9. 1.4. Cây phát sinh chủng loại (sơ đồ phân nhánh) minh họa mối liên hệ tiến hĩa giữa các nhĩm sinh vật Cây phát sinh chủng loại của 12 lồi khỉ (dựa theo vẻ mặt, tiếng gọi, sự phân bố và protein máu).
10. 1.5. Tương đồng và tương tự Trong phân loại học, cần tránh nhầm lẫn: • Tương đồng (homology) chỉ sự giống nhau về đặc điểm cấu trúc giữa các sinh vật cĩ tổ tiên chung, như chi cá voi, cánh dơi, chân mèo và tay người • Tương tự (analogy) chỉ sự giống nhau về chức năng của các cấu trúc cĩ nguồn gốc tiến hĩa rất khác nhau, như cánh chim và cánh cơn trùng.
11. 1.6. Tuyệt diệt hàng loạt và đa dạng sinh học Đa dạng sinh học giảm mạnh sau tuyệt diệt, nhưng bùng nổ sau đĩ. Đa dạng sinh học theo dịng thời gian địa chất (các mũi tên chỉ năm lần tuyệt diệt hàng loạt ).
12. 1.7. Nguồn gốc của sự sống Trái đất cĩ tuổi 4,54 tỉ năm, 3,8 tỉ năm trước, nhiệt độ đại dương giảm tới 49-88 0C, 3 ,8 - 2,5 tỉ năm trước, sự sống xuất hiện: khí quyển? bờ đại dương? ống thơng thủy nhiệt?
13. Miller-Urey (1953): C ở dạng CH4 trong hỗn hợp khí (cùng với H2 và NH3) tạo các acid amin. Các chất hữu cơ “tự sinh” từ các chất vơ cơ, và các monomer liên kết để thành các polymer: polypeptide, polysacaride, polynucleotide.
14. Thành lập màng là bước quan trọng dẫn tới tế bào nguyên thủy (tế bào độc lập với mơi trường xung quanh). 14
15. Thuyết “bĩng” (bubble hypothesis) do Oparin đề nghị vào những năm 1930: Sự sống phát sinh ở “bờ đại dương”, nơi phơi ra khí quyển, dễ sủi bọt (tạo các bĩng) và bị tấn cơng bởi tia UV. Oparin gọi các bĩng (hình cầu với màng phospholipid) chứa vật chất đậm đặc là protobiont. Giả thuyết được Urey ủng hộ, và khuyến khích Miller làm thí nghiệm. Sau Oparin, “bĩng” được gọi bởi nhiều tên tùy thành phần hĩa học và cấu trúc: microspheres, protocells, protobionts, micelles, liposomes, coacervates.
16. 2.1. Đa dạng của sinh vật nhân sơ Sinh vật nhân sơ đơng đảo và đơn giản nhất, được xem là xưa nhất trên Trái đất. Tế bào nhân sơ Đường kính 1-10 µm (tế bào nhân thực: 10-100 µm) với các bào quan : - Các màng nội (lõm vào trong) cĩ chức năng hơ hấp hay quang hợp. - Vùng giống nhân và plasmid (chứa DNA). - Ribosome. (Mesosome khơng cĩ thật, chỉ do sự cố định hĩa học)
17. Sự đa dạng của vi khuẩn (1) Vi khuẩn thích nhiệt (cĩ thể tới 85 0C). (2) Vi khuẩn Gram-dương cĩ lượng G/C thấp. (3) Vi khuẩn Gram-dương cĩ lượng G/C cao. (4) Sirochaetes dạng xoắn, sống trong nước. (5) Vi khuẩn lam (cyanobacteria) : Anabaena cĩ khả năng cố định N, và Spirulina. (6) Chlamydiae vừa cĩ đặc điểm vi khuẩn (nhạy với kháng sinh), vừa cĩ đặc điểm virus (ký sinh bắt buộc trong tế bào chủ để tái bản). (7) Proteobacteria (Gram-âm, rất đa dạng, theo tên Proteus, vị thần hay thay đổi hình dạng): vi khuẩn đất, vi khuẩn S quang hợp, E. coli, Helicobacter
18. Sự đa dạng của vi khuẩn cổ (1) Nhĩm sinh methane, kỵ khí nghiêm ngặt (bị ngộ độc bởi những vết O2) (2) Nhĩm thích điều kiện khắc nghiệt: mặn, nhiệt, pH rất acid hay rất kiềm, áp suất cao. (3) Nhĩm tăng trưởng trong các mơi trường bình thường như vi khuẩn.
19. 2.2. Sự đa dạng của nguyên sinh vật Sự tiến hĩa của tế bào nhân thực Màng tự xếp nếp Nội cộng sinh (*)
20. Hệ thống phân loại ba nhĩm nguyên sinh vật (1) Động vật nguyên sinh (dị dưỡng): amip, Trypanosoma (gây bệnh buồn ngủ), Plasmodium (gây sốt rét), Paramecium. (2) Mốc nhầy như Dictyostellium. (3) Tảo (đơn bào và đa bào) quang hợp.
21. Hệ thống phân loại sáu nhĩm nguyên sinh vật Vị trí phân loại của nguyên sinh vật
22. (1) Euglenozoa (tiếng Hy Lạp: eu, thực; glene, nhãn cầu; zoon, sinh vật) di chuyển nhờ roi, sống tự do hay ký sinh. Tiêu biểu là Euglena, đơn bào, sống trong nước ngọt, cĩ hai roi, khơng bào co rút (điều hịa ), nướm nhạy sáng (cũng cĩ ở tảo lục) giúp sinh vật quang hợp di chuyển về phía ánh sáng. (2) Alveolata (Plasmodium, Paramecium ) với một alveoli (khoảng trống do các bĩng dẹp bị nén chặt ) dưới màng nguyên sinh chất bảo vệ màng.
23. (3) Stramenopila (nhiều thành viên cĩ cấu trúc giống lơng gắn trên roi, Latin: "stramen" = flagellum + "pilos" = hair) - Tảo nâu (đa bào): lục lạp với diệp lục tố bị che khuất bởi các sắc tố nâu và vàng. - Tảo silic (đơn bào): vỏ silica, lục lạp chứa diệp lục tố a và c và các carotenoid. - Mốc nước: khơng quang hợp, hoại sinh (sống trên xác bã) hay ký sinh. (4) Rhodophyta (tảo đỏ) cĩ kích thước từ mức hiển vi tới rất lớn.
24. (5) Chlorophyta và Streptophyta: hai nhĩm tảo lục cĩ lục lạp chứa diệp lục tố a và b và carotenoid, và dự trữ tinh bột (giống thực vật). Streptophyta và Chlorophyta họp thành giới Thực vật xanh (Virdiplantae), và thực vật trên đất liền là thành viên của Streptophyta. Cây phát sinh chủng loại mới
25. (6) Choanoflagellida, Foraminifera và Mốc nhầy Choanoflagellida là tổ tiên chung của hải miên (bọt biển) và động vật. Foraminifera cĩ vỏ cứng được tạo bởi các chất hữu cơ được làm rắn nhờ các hạt calcium carbonate, cát tạo nên các khối đá vơi lớn trên thế giới. Mốc nhầy sống trên gỗ hay chất hữu cơ mục nát. Mốc nhầy Dictyostellium cĩ chu trình sống qua trạng thái “đa bào”.
26. 2.3. Sự đa dạng ở thực vật Lịch sử tiến hĩa ° Cách nay 3-1,5 tỉ năm: Cyanobacteria (tảo lam) phủ lớp áo lục, tạo cuộc cách mạng oxygen, gây “nở hoa” ở ao, hồ và biển nhiệt đới. ° 700 triệu năm: xuất hiện sinh vật đa bào (tảo biển & động vật thân mềm). ° 500 triệu năm: động vật, nấm và tảo đa bào cịn sống trong nước; vài tảo (cùng nấm) bắt đầu tiến lên đất liền thành thực vật nguyên thủy.
27. Chu trình sống theo kiểu luân phiên các thế hệ Xảy ra ở nhiều tảo biển và mọi thực vật: thế hệ thể giao tử (n) luân phiên với thế hệ thể bào tử (2n). Lợi ích tiến hĩa: tạo hai cơ hội sinh sản.
28. Chu trình sống của tảo biển Ulva • Thể giao tử qua nguyên phân sinh giao tử (đực và cái). • Giao tử dung hợp cho hợp tử, bắt đầu thế hệ thể bào tử. • Tế bào trong thể bào tử giảm phân cho bào tử (cĩ roi). • Bào tử lắng xuống đáy và phát triển thành thể giao tử.
29. Bốn nhĩm thực vật
30. Cooksonia: thực vật đơn giản nhất (hĩa thạch 415 triệu năm tuổi): thân thẳng và phân nhánh, mạch sơ khai, chưa cĩ lá, nhánh mang túi bào tử ở ngọn.
31. Chu trình sống của rêu (1) Giao tử (tinh trùng cĩ roi & trứng) phát triển trong túi giao tử trên thể giao tử. (2) Thụ tinh (hợp tử vẫn trong túi giao tử) (3) Hợp tử thành thể bào tử trên thể giao tử. (4) Giảm phân, phĩng thích bào tử. (5) Bào tử thành thể giao tử. Rêu cĩ thể giao tử ưu thế
32. Chu trình sống dương xỉ (1) Thể giao tử hình tim nhỏ cho trứng & tinh trùng cĩ roi (như rêu). (2) Thụ tinh tạo hợp tử (trên thể giao tử). (3) Hợp tử phát triển thành thể bào tử. (4) Tế bào trong túi bào tử giảm phân, tạo bào tử. (5) Bào tử thành giao tử. Từ dương xỉ, thực vật cĩ thể bào tử ưu thế.
33. Chu kỳ sống của thực vật hột trần (thơng) (1) Nĩn cái mang nỗn (2) Nĩn đực sản xuất hạt phấn (3) Thụ phấn (4) Nỗn cho giao tử cái chứa trứng (5) Ống phấn tăng trưởng tới trứng, phĩng thích tinh trùng (6) Thụ tinh, hợp tử thành phơi (nỗn thành hột). (7) Hột nảy mầm, phơi thành cây. • Phơi hay cây thơng là thể bào tử; thế hệ thể giao tử trong nĩn • Hột rời nĩn 2 năm sau thụ phấn
34. Hai thích ứng của thực vật hột trần (cây cĩ nĩn như thơng): • Hột = phơi + chất dự trữ + vỏ mỏng (khơng cĩ trái) • Phấn hoa (theo giĩ và động vật) mang tế bào tạo tinh trùng khơng roi (khơng bơi trong nước) tới giao tử cái.
35. Chu kỳ sống của cây hột kín (1) Giảm phân trong bao phấn tạo thể giao tử đực (hạt phấn) (2) Giảm phân trong nỗn tạo thể giao tử cái mang trứng (3) Thụ phấn (4) Ống phấn tới trứng, thụ tinh (5) Hột từ nỗn, hợp tử thành phơi (thể bào tử) (6) Trái từ (vách) bầu nỗn (7) Hột nảy mầm, phơi thành cây
36. Hoa (phơ trương nhất trong các giới) là thân rút ngắn với bốn bộ lá biến đổi: đài, hoa, nhị (mang bao phấn) và lá nỗn (mang bầu nỗn). Phơi và cây là thể bào tử; hoa (bầu nỗn) thành trái, nỗn thành hột, hợp từ thành phơi.
37. Ba thích nghi của thực vật hột kín: (1) Lá rộng, dẹp: thu ánh sáng và CO2 (2) Mạch cĩ vách dày hơn thực vật hột trần (3) Cĩ hoa & sinh sản nhanh: thụ tinh khoảng 12 giờ sau thụ phấn, tạo hột vài ngày tới vài tuần (hồn tất chu trình sống trong mùa thuận lợi) Bốn thích nghi đánh dấu bốn dịng thực vật: (1) Túi giao tử bảo vệ giao tử và hợp tử khỏi khơ (rêu) (2) Mơ mạch (thực vật cĩ mạch) (3) Hột (thực vật hột trần) (4) Hoa (thực vật hột kín: cây cĩ hoa)
38. 2.4. Sự đa dạng ở nấm Nấm (fungi): * Meo hay mốc (molds) (đa bào) * Nấm mũ (mushrooms) (đa bào) * Nấm men (yeasts) (đơn bào, cĩ lẽ tiến hĩa từ tổ tiên đa bào) Nấm mũ Đặc tính của nấm: • Sợi nấm cĩ vách chitin, tiết enzyme thủy giải thực phẩm. • Khơng cĩ tế bào mang roi. • Hệ sợi tăng trưởng nhanh phi Hệ sợi mốc trên lá mục thường (bổ sung 1 km sợi/ngày).
39. Bốn nhĩm nấm chính • Chytridiomycota: thủy sinh, túi bào tử cĩ dạng chậu nhỏ (chytridion). • Zygomycota (nấm hợp tử) như mốc bánh mì, cĩ túi bào tử tiếp hợp do sự dung hợp của hai túi giao tử (của hai sợi nấm khác nhau). • Basidiomycota (nấm đảm) cĩ cấu trúc sinh sản hữu tính gọi là đảm (basidium). • Ascomycota (nấm nang) cĩ cấu trúc sinh sản gọi là nang trong thể quả: men bánh mì, Penicillium
40. Chu trình sống của nấm mũ (1) Nấm mũ: thể quả. (2) Vơ số hợp tử (2n) ở mặt dưới mũ giảm phân cho bào tử (n). (3) Phĩng thích bào tử. (4) Bào tử nảy mầm cho hệ sợi (n). (5) Hai sợi dung hợp cho hệ sợi lưỡng nhân. (6) Hệ sợi tăng trưởng, tạo thể quả lưỡng nhân Nấm mũ: chu trình sống qua 3 giai đoạn 2n, n và lưỡng nhân; hợp tử giảm phân trực tiếp (khơng qua nguyên phân); phần lớn đời sống phái tính xảy ra dưới đất. Nấm men sinh sản đơn giản nhờ nguyên phân.
41. Địa y (lichens) = liên kết cộng sinh nấm (thu chất dinh dưỡng) - tảo (quang hợp), cĩ màu vàng hay đỏ, bám trên vách đá Phát triển trên đá, đường nứt, tăng xĩi mịn, mở đường cho thực vật (sinh vật tiên phong trên đất mới).
42. • Nấm và tảo sinh sản độc lập, hữu tính hay vơ tính, trước sự liên kết. • Địa y cũng sinh sản vơ tính bằng cách phát tán các đơn vị sinh sản (vài sợi nấm với các tế bào tảo).
43. Đặc tính của địa y: • Chịu băng giá, tạo thảm địa y trên các vùng băng vĩnh cửu rộng lớn ở bắc cực. • Chịu hạn: khử nước, ngừng quang hợp, nhưng sống cịn gần như bất định và bộc phát khi gặp mưa. • Vài địa y ngàn năm tuổi (cạnh tranh với thực vật / nấm già nhất). • Sợ khí quyển ơ nhiễm (lấy chất khống hịa tan trong giọt nước mưa) → Sự chết địa y là dấu hiệu ơ nhiễm khí quyển.
44. Liên kết nấm-rễ (mycorrhiza) thường gặp ở thực vật Mycorrhiza Thực vật và nấm thường liên kết để cùng vào đất liền (nấm thu chất khống, thực vật tạo đường), điều thiết yếu để tảo lục tiến hĩa thành thực vật.
45. 2.5. Đa dạng ở động vật Sáu đặc tính căn bản của động vật • Dị dưỡng • Đa bào, tế bào khơng cĩ vách và hợp thành mơ • Cĩ khả năng di chuyển • Rất đa dạng và cĩ nhiều nơi ở khác nhau • Thường sinh sản hữu tính • Kiểu phát triển phơi đặc trưng qua các giai đoạn: - Morula: khối cầu đặc, - Blastula: khối cầu rỗng, và - Gastrula: túi rỗng do blastula xếp vào trong. Sau đĩ, sự tăng trưởng và di chuyển tế bào ở gastrula rất khác nhau ở các ngành động vật.
46. Cây họ hàng truyền thống 5 lần phân nhánh (5 tiến bộ then chốt của tổ chức cơ thể): 1. Tiến hĩa mơ (phân biệt parazoa & eumetazoa) 2. Tiến hĩa cơ thể đối xứng hai bên. 3. Tiến hĩa khoang 4. Tiến hĩa miệng sinh sau 5. Tiến hĩa phân đoạn (di chuyển uyển chuyển, )
47. Sự “bùng nổ Cambri” Tính đa dạng phong phú của động vật tiến hĩa rất nhanh qua các thời kỳ địa chất, bắt đầu từ kỷ Cambri (545-490 triệu năm trước). Sinh học phân tử: các thay đổi của cơ thể động vật gọi là “bùng nổ Cambri” do những thay đổi về vị trí và thời gian biểu hiện của các gen Hox, nhĩm gen kiểm sốt sự phát triển của các cơ quan phơi trong sự phát triển phơi.
48. Đặc điểm chính của các nhĩm động vật • Parazoa (cận động vật) Hải miên (bọt biển, ngành Porifera): khơng mơ, đa bào với vài kiểu tế bào phối hợp lỏng lẻo. • Radiata Gồm các sinh vật đối xứng tỏa trịn trong hai ngành: Cnidaria và Ctenophore. • Động vật đối xứng hai bên khơng khoang Bilateria đơn giản nhất, thuộc về hai ngành: Giun dẹt và Giun vịi.
49. • Các động vật cĩ khoang giả Gồm ba ngành: Giun trịn (Nematoda), Rotifera và Cycliophora. Dịch lỏng di chuyển trong khoang giả (hệ tuần hồn chưa rõ rệt), là “bộ xương thủy tĩnh” (tạo một áp suất thủy tĩnh). • Động vật khơng xương sống cĩ khoang Gồm năm ngành: thân mềm, giun đốt, lophophorate, chân khớp và da gai.
50. • Động vật cĩ dây sống (ngành Chordata) Gồm các động vật cĩ dây sống khơng xương sống và các động vật cĩ xương sống (ngành phụ Vertebrata). Dây sống mềm dẻo; sự dính của các cơ vào dây sống cho phép cử động dẻo dai hay bơi trong nước (tiến bộ then chốt dẫn tới động vật cĩ xương sống cĩ kích thước lớn thực sự). • Động vật cĩ dây sống khơng xương sống, gồm các tunicate (đơn giản như các ống truyền nước vào, ra) và lancelet (dạng cá, dài vài cm) sống ở biển.
51. • Động vật cĩ xương sống đầu tiên tiến hĩa trong các đại dương, cách nay chừng 470 triệu năm, là cá khơng hàm. • Hàm là một tiến bộ quan trọng, nên cá cĩ hàm chiếm ưu thế trong đại dương. • Con cháu của cá cĩ hàm là lưỡng cư sống thành cơng trên đất liền. • Lưỡng cư sinh ra các bị sát, và bị sát thay lưỡng cư chiếm ưu thế trên đất liền.
52. Động vật cĩ xương sống hiện nay (bảy lớp): Ba lớp cá sống trong nước (1) Cá khơng hàm (lớp Agnata) (2) Cá sụn (lớp Chondrichthyes, với các lồi cá mập và cá đuối) (3) Cá xương (lớp Osteichthyes, gồm các lồi cá ưu thế hiện nay) Bốn lớp động vật bốn chân trên đất liền (1) Lưỡng cư (lớp Amphibia) (2) Bị sát (lớp Reptilia) (3) Chim (lớp Aves) (4) Hữu nhũ (lớp Mammalia)
53. Liên hệ tiến hĩa ở bị sát, và nguồn gốc tiến hĩa của chim và hữu nhũ Lưỡng cư: phác thảo rời mơi trường nước. Bị sát (hiện sống: rùa, thằn lằn, rắn, tuatura và sấu): quyển sách hồn thành, đặc biệt là khủng long. Trong triều đại 150 triệu năm của khủng long, hữu nhũ lớn nhất cũng khơng hơn một con mèo! Nhưng chừng 65 triệu năm trước, mọi khủng long biến mất và được thay bởi các hậu duệ hữu nhũ và chim.