Bạn đã bao giờ dừng lại và tự hỏi thực vật "thở" như thế nào chưa? Không giống như động vật có phổi, thực vật không có cơ quan hô hấp rõ ràng, nhưng chúng vẫn liên tục trao đổi khí với không khí xung quanh.

Quá trình này xảy ra thông qua các lỗ chân lông cực nhỏ trên lá gọi là khí khổng - những cổng nhỏ mở và đóng để điều chỉnh dòng khí cần thiết cho quá trình quang hợp và sự sống còn.

Nhưng chính xác thì khí khổng hoạt động như thế nào và tại sao chúng lại quan trọng đến vậy? Hãy cùng khám phá thế giới hấp dẫn của quá trình trao đổi khí ở thực vật và hệ thống thông minh giúp cây phát triển mạnh mẽ.

Khí khổng là gì và chúng được tìm thấy ở đâu?

Khí khổng (số ít: stoma) là những lỗ nhỏ chủ yếu nằm ở mặt dưới của lá cây, mặc dù chúng cũng có thể xuất hiện trên thân và các bộ phận xanh khác. Mỗi khí khổng được bao quanh bởi một cặp tế bào chuyên biệt gọi là tế bào bảo vệ, có chức năng điều khiển việc đóng mở của khí khổng.

Những lỗ nhỏ này đóng vai trò như lá phổi của cây, cho phép:

• Cacbon dioxit (CO₂) đi vào lá để quang hợp

• Ôxy (O₂) được tạo ra trong quá trình quang hợp thoát ra

• Hơi nước thoát ra ngoài thông qua một quá trình gọi là thoát hơi nước

Sự trao đổi này rất quan trọng vì nó thúc đẩy quá trình quang hợp - quá trình thực vật chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học - và giúp điều chỉnh nhiệt độ và cân bằng nước của cây.

Khí khổng kiểm soát dòng khí như thế nào?

Điều kỳ diệu nằm ở các tế bào bảo vệ bao quanh mỗi khí khổng. Những tế bào này có thể thay đổi hình dạng bằng cách hấp thụ hoặc giải phóng nước, giúp lỗ khí mở hoặc đóng.

Cơ chế hoạt động như sau:

1. Khi cây có nhiều nước, các tế bào bảo vệ hấp thụ nước và nở ra, uốn cong ra ngoài. Điều này làm mở lỗ khí khổng.

2. Khi thiếu nước, các tế bào bảo vệ mất nước và trở nên mềm nhũn, khiến khí khổng đóng lại.

Cơ chế điều hòa này là một cơ chế sinh tồn thông minh - việc giữ cho khí khổng mở cho phép CO₂ đi vào để quang hợp nhưng cũng có nguy cơ mất quá nhiều nước. Khí khổng đóng lại giúp bảo tồn nước nhưng hạn chế lượng CO₂ hấp thụ, do đó cây liên tục cân bằng nhu cầu này tùy thuộc vào môi trường.

Tại sao trao đổi khí lại quan trọng đối với cây?

Trao đổi khí qua khí khổng là thiết yếu vì hai lý do chính:

1. Lượng carbon dioxide hấp thụ cho quang hợp:

Quang hợp cần CO₂ để tạo ra glucose - nguồn năng lượng mà thực vật sử dụng cho sự sinh trưởng và sinh sản. Nếu khí khổng mở để hấp thụ CO₂, quá trình quang hợp sẽ chậm lại hoặc dừng lại.

2. Giải phóng oxy và kiểm soát nhiệt độ:

Oxy được tạo ra như một sản phẩm phụ thoát ra qua khí khổng, ngăn ngừa sự tích tụ độc tố bên trong lá. Ngoài ra, quá trình thoát hơi nước - mất hơi nước qua khí khổng - làm mát cây, giống như đổ mồ hôi làm mát cơ thể người.

Nếu khí khổng không hoạt động bình thường, cây sẽ bị ngạt thở bên trong hoặc quá nóng và mất nước.

Thực vật điều chỉnh hành vi khí khổng dựa trên môi trường

Không phải tất cả các loài thực vật đều có hành vi giống nhau. Chúng điều chỉnh kiểu khí khổng và chiến lược mở khí khổng tùy thuộc vào khí hậu, môi trường sống và lượng nước sẵn có.

Ví dụ:

• Thực vật sa mạc thường có ít khí khổng hơn hoặc đóng chúng vào thời điểm nóng nhất trong ngày để giảm mất nước.

• Thực vật thủy sinh có thể chỉ có khí khổng ở mặt trên của lá để trao đổi khí với không khí.

• Một số loài thực vật tuân theo nhịp điệu ngày-đêm, mở khí khổng vào ban ngày để quang hợp và đóng lại vào ban đêm.

Khả năng thích nghi này giúp thực vật tồn tại và phát triển trong các môi trường đa dạng.

Tác động của khí khổng đến nông nghiệp và môi trường

Khí khổng không chỉ giúp cây khỏe mạnh mà còn ảnh hưởng đến các hệ thống lớn hơn:

1. Hiệu quả cây trồng: Các nhà lai tạo tìm kiếm những cây trồng có đặc điểm khí khổng giúp tối ưu hóa việc sử dụng nước, đặc biệt là ở những vùng dễ bị hạn hán.

2. Chu trình cacbon: Hoạt động của khí khổng ảnh hưởng đến lượng CO₂ mà cây trồng hấp thụ trên toàn cầu, tác động đến việc điều hòa khí hậu.

3. Sử dụng nước:Việc hiểu rõ về khí khổng giúp cải thiện các biện pháp tưới tiêu, tiết kiệm nước đồng thời hỗ trợ cây trồng sinh trưởng.

Các nghiên cứu gần đây, chẳng hạn như các nghiên cứu được công bố trên tạp chí Plant Physiology, đang khám phá các phương pháp biến đổi gen cây trồng có khí khổng có thể phản ứng nhanh hơn hoặc chính xác hơn với những thay đổi của môi trường, tăng cường khả năng phục hồi trước các thách thức của khí hậu.

Nhìn gần hơn vào những cánh cổng nhỏ bé của sự sống

Lần tới khi bạn cảm nhận được làn gió xào xạc qua những tán lá, hãy nhớ đến những khí khổng cực nhỏ đang lặng lẽ làm nhiệm vụ của chúng. Những lỗ khí nhỏ xíu này—nhỏ hơn cả một hạt cát—là trung tâm của đời sống thực vật, kiểm soát sự trao đổi khí tinh tế, thúc đẩy sự sinh trưởng và duy trì sự sống trên Trái Đất.

Nếu bạn trồng cây tại nhà, việc quan sát cách chúng phản ứng với nước tưới và ánh sáng mặt trời có thể cho bạn manh mối về hoạt động của khí khổng. Bạn có nhận thấy lá cây quăn lại trong những ngày nắng nóng hoặc lấp lánh hơi ẩm vào buổi sáng không? Những dấu hiệu tinh tế này liên quan đến hệ thống khí khổng đáng kinh ngạc hoạt động âm thầm từ trước đến nay.

Vậy, điều gì khiến bạn ngạc nhiên nhất về cách thực vật "thở" qua lá?