Chúng ta thường không nghĩ đến việc cây cối "hít thở" giống như con người, nhưng trên thực tế, chúng trải qua một quá trình trao đổi khí đầy kỳ diệu – điều cốt lõi giúp cây tồn tại và phát triển.

Thực vật sử dụng những cấu trúc chuyên biệt gọi là khí khổng (stomata) để tương tác với môi trường bên ngoài, cho phép hấp thụ khí carbon dioxide (CO₂) và thải ra khí oxygen (O₂).

Nhưng cơ chế này hoạt động ra sao? Hãy cùng khám phá vai trò của khí khổng và khoa học đằng sau quá trình hô hấp và quang hợp ở thực vật.

Khí Khổng Là Gì?

Khí khổng là những lỗ nhỏ li ti, chủ yếu xuất hiện trên bề mặt lá và thân cây. Chúng hoạt động như những "cánh cửa" giúp các loại khí như oxy và carbon dioxide ra vào bên trong cơ thể cây.

Mỗi khí khổng (số ít: stoma) được bao quanh bởi hai tế bào đặc biệt gọi là tế bào bảo vệ, chịu trách nhiệm điều khiển việc đóng – mở lỗ khí. Hệ thống linh hoạt này đóng vai trò điều phối quá trình trao đổi khí và giúp cây duy trì sự cân bằng nội môi.

Chức năng chính của khí khổng là hỗ trợ quá trình trao đổi khí. Trong quá trình quang hợp, cây cần hấp thụ CO₂ để tổng hợp đường glucose, đồng thời thải ra O₂ như một sản phẩm phụ. Khí khổng chính là “cầu nối” cho quá trình này, cho phép CO₂ đi vào và O₂ đi ra ngoài hệ thống của cây.

Khí Khổng Kiểm Soát Trao Đổi Khí Thế Nào?

Việc khí khổng mở hay đóng được điều chỉnh bởi các yếu tố môi trường như ánh sáng, độ ẩm, nhiệt độ và nhu cầu bên trong của cây.

Ban ngày, khi có ánh sáng mặt trời, khí khổng mở rộng để hấp thụ CO₂ phục vụ cho quang hợp — quá trình sử dụng ánh sáng để tổng hợp đường từ CO₂. Vào ban đêm, khi không còn ánh sáng để quang hợp, khí khổng thường đóng lại để tiết kiệm nước và năng lượng.

Bởi cây mất nước chủ yếu qua thoát hơi nước (nước bốc hơi qua khí khổng), nên việc điều chỉnh độ mở của khí khổng là cách cây hạn chế tình trạng mất nước quá mức.

Trao Đổi Khí: Cơ Chế Của Sự Sống

Hai loại khí chủ yếu được trao đổi qua khí khổng là carbon dioxide và oxygen — cả hai đều đóng vai trò sống còn với cây.

Khi cây “hít vào”, CO₂ đi qua khí khổng và được sử dụng trong quang hợp để tạo ra glucose — nguồn năng lượng nuôi dưỡng cây. Đồng thời, O₂ – sản phẩm phụ của quá trình quang hợp – được “thở ra” qua chính những lỗ khí nhỏ này.

Tuy nhiên, trao đổi khí không chỉ phục vụ cho quang hợp. Trong quá trình hô hấp, cây cũng cần hấp thụ O₂ và thải ra CO₂ — tương tự như động vật. Trong khi quang hợp sử dụng CO₂ và tạo ra O₂, thì hô hấp diễn ra ngược lại: sử dụng O₂ và tạo ra CO₂. Cả hai quá trình đều dựa vào khí khổng để điều tiết dòng khí ra – vào, duy trì sự sống cho cây.

Tại Sao Trao Đổi Khí Lại Quan Trọng?

Trao đổi khí đóng vai trò sống còn vì nó liên quan trực tiếp đến nhiều quá trình thiết yếu của cây.

Trước hết, việc hấp thụ CO₂ là điều kiện tiên quyết cho quá trình quang hợp – phương thức mà thực vật tạo ra “thức ăn” nuôi sống mình. Nếu không có CO₂, cây không thể tạo glucose, dẫn đến suy yếu và chết dần. Thứ hai, việc thải O₂ không chỉ quan trọng với cây mà còn với môi trường sống xung quanh. Oxygen là thành phần sống còn của khí quyển, và cây là một trong những nguồn cung cấp O₂ lớn nhất cho Trái Đất.

Vì vậy, cây thường được ví như “lá phổi xanh” của hành tinh. Cuối cùng, việc điều tiết khí khổng còn giúp cây giữ cân bằng nước. Nếu mất nước quá nhiều qua thoát hơi nước, cây có thể bị héo và ngừng phát triển. Thông qua cơ chế đóng – mở khí khổng tùy theo điều kiện môi trường, cây có thể kiểm soát lượng nước mất đi và tránh tình trạng mất nước trầm trọng.

Ảnh Hưởng Của Các Yếu Tố Môi Trường

Hành vi của khí khổng không cố định — nó thay đổi linh hoạt dựa trên điều kiện bên ngoài. Ví dụ, ánh sáng là yếu tố quan trọng điều khiển khí khổng. Vào ban ngày, khí khổng mở ra để hấp thụ CO₂. Khi trời tối hoặc cây gặp điều kiện khô hạn, khí khổng sẽ đóng lại để tránh mất nước. Độ ẩm cũng ảnh hưởng đến hoạt động của khí khổng. Trong môi trường ẩm, cây mất ít nước qua thoát hơi nước nên khí khổng có thể mở lâu hơn. Ngược lại, trong điều kiện khô, cây sẽ đóng khí khổng để bảo toàn lượng nước quý giá. Nhiệt độ là yếu tố nữa cần lưu ý. Khi trời nóng, cây có thể đóng khí khổng để hạn chế mất nước; trong điều kiện mát mẻ, khí khổng có thể mở lâu hơn để tăng hiệu quả trao đổi khí.

Kết Luận: Một Cơ Chế Tinh Vi Và Thiết Yếu

Tóm lại, khí khổng là một phần không thể thiếu giúp cây thực hiện các chức năng sống quan trọng như quang hợp và hô hấp.

Thông qua việc điều tiết CO₂ vào và O₂ ra, khí khổng giúp cây tạo năng lượng để phát triển và sinh trưởng. Đồng thời, chúng còn góp phần kiểm soát lượng nước mất đi qua thoát hơi nước.

Lần tới khi bạn ngắm nhìn một chiếc lá xanh mướt, hãy nhớ rằng nó không chỉ đơn thuần hấp thụ ánh sáng mặt trời – mà còn đang âm thầm “trò chuyện” với môi trường xung quanh qua những cánh cửa nhỏ bé ấy. Thiên nhiên quả thật là kỳ diệu, phải không?