Khi tế bào khí khổng no nước thì thành mỏng căng ra, làm cho thành dày cong theo, khí khổng mở ra. Đây là đáp án chuẩn trong chương trình Sinh học 11, Bài 3: Thoát hơi nước. Cơ chế này giúp cây điều chỉnh lượng hơi nước thoát ra và lượng CO₂ đi vào lá phục vụ quang hợp.
Khi tế bào khí khổng no nước thì điều gì xảy ra?
Khi tế bào khí khổng hút no nước và trương lên, thành mỏng phía ngoài của tế bào căng ra, kéo theo thành dày phía trong cong theo về một phía, làm cho khe hở giữa hai tế bào khí khổng mở rộng — khí khổng mở. Ngược lại, khi tế bào khí khổng mất nước, thành mỏng hết căng và thành dày duỗi thẳng trở lại, khí khổng đóng lại. Lưu ý quan trọng: khí khổng không bao giờ đóng hoàn toàn, luôn có một khoảng hở nhỏ giữa hai tế bào.
Cấu tạo tế bào khí khổng — cơ sở của cơ chế đóng mở
Để hiểu vì sao trạng thái no nước lại làm khí khổng mở, cần nắm rõ cấu trúc đặc biệt của tế bào khí khổng, vốn được thiết kế tối ưu cho chức năng đóng mở linh hoạt.
Tế bào hình hạt đậu và hai loại thành tế bào
Mỗi khí khổng gồm hai tế bào hình hạt đậu nằm áp sát nhau, tạo thành lỗ khí ở giữa. Bên trong mỗi tế bào có chứa lục lạp, nhân và ti thể — cho phép tế bào tự thực hiện quang hợp và hô hấp. Hai tế bào hình hạt đậu có cấu trúc thành tế bào không đều nhau: thành mỏng nằm ở phía ngoài (hướng ra xa lỗ khí), thành dày nằm ở phía trong (hướng vào lỗ khí). Chính thành dày tạo nên lỗ nhỏ ở giữa — lỗ khí khổng.
Vai trò của sự chênh lệch độ dày thành tế bào
Sự chênh lệch độ dày giữa thành trong và thành ngoài là yếu tố cơ học quyết định cơ chế đóng mở. Khi tế bào hút nước, áp suất trương nước tăng lên, đẩy vào các thành tế bào. Do thành mỏng đàn hồi hơn, thành mỏng căng phồng và đẩy ra ngoài trước. Sự căng phồng này kéo thành dày cong theo — làm lỗ khí giữa hai tế bào mở rộng. Đây là cơ chế hoàn toàn thụ động về mặt cơ học, không cần năng lượng trực tiếp để thực hiện chuyển động.
So sánh trạng thái no nước và mất nước của khí khổng
Bảng dưới đây tóm tắt sự khác biệt giữa hai trạng thái trái ngược của tế bào khí khổng, giúp ghi nhớ nhanh cho ôn thi:
Tiêu chíTế bào khí khổng no nướcTế bào khí khổng mất nướcÁp suất trương nướcTăng caoGiảm xuốngThành mỏngCăng ra, phình toHết căng, xẹp xuốngThành dàyCong theo thành mỏngDuỗi thẳng trở lạiTrạng thái lỗ khíMở raĐóng lại (không hoàn toàn)Hậu quảThoát hơi nước tăng, CO₂ vào nhiều hơnThoát hơi nước giảm, hạn chế mất nước
Cần phân biệt rõ: đáp án đúng trong SGK Sinh học 11 là “thành mỏng căng ra làm cho thành dày cong theo, khí khổng mở” — không phải “thành mỏng căng ra, thành dày co lại” hay “thành dày căng ra”. Đây là điểm dễ nhầm trong các bài trắc nghiệm.
Các tác nhân điều tiết độ mở khí khổng
Trạng thái no nước hay mất nước của tế bào khí khổng không chỉ phụ thuộc vào lượng nước trong đất mà còn bị điều tiết bởi nhiều tác nhân môi trường và sinh lý.
- Ánh sáng: Khi có ánh sáng, tế bào khí khổng thực hiện quang hợp, phân giải tinh bột thành đường, tăng nồng độ chất tan → tế bào hút nước → khí khổng mở. Độ mở của khí khổng tăng dần từ sáng đến trưa và nhỏ nhất lúc chiều tối; ban đêm khí khổng vẫn hé mở một phần.
- Ion K⁺: Ion kali làm tăng nồng độ dung dịch trong tế bào khí khổng, tăng sức hút nước → tế bào trương nước → khí khổng mở rộng hơn. Đây là cơ chế điều tiết quan trọng trong điều kiện bình thường.
- Abscisic acid (ABA): Trong điều kiện hạn hán hoặc đất nhiễm mặn, cây tăng tổng hợp ABA (axit abscisic). ABA ức chế enzyme amylase (ngăn phân giải tinh bột thành đường) và kích hoạt bơm ion K⁺ ra khỏi tế bào → giảm sức trương → khí khổng đóng lại.
- Độ ẩm không khí: Độ ẩm không khí thấp làm tăng chênh lệch thế nước giữa lá và môi trường → thoát hơi nước mạnh hơn. Độ ẩm không khí cao làm giảm tốc độ thoát hơi nước.
Vai trò của quá trình thoát hơi nước khi khí khổng mở
Khi tế bào khí khổng no nước và khí khổng mở ra, cây không chỉ thoát hơi nước mà còn thực hiện nhiều chức năng sinh lý quan trọng đồng thời.
Theo SGK Sinh học 11, thoát hơi nước qua khí khổng chiếm khoảng 80-90% tổng lượng nước thoát ra từ lá, trong khi thoát qua lớp cutin chỉ chiếm phần còn lại. Đây là con đường chủ yếu và được điều chỉnh chủ động bởi cơ chế đóng mở. Thoát hơi nước đóng ba vai trò chính: tạo lực hút kéo nước và ion khoáng từ rễ lên lá (động lực đầu trên của dòng mạch gỗ); hạ nhiệt độ lá vào những ngày nắng nóng, đảm bảo quá trình sinh lý diễn ra bình thường; và tạo điều kiện để CO₂ khuếch tán vào lá cung cấp cho quang hợp. Vì lý do này, các nhà sinh học gọi thoát hơi nước là “tai họa tất yếu của thực vật”: cây phải mất đi khoảng 98% lượng nước hấp thụ qua con đường này, chỉ giữ lại khoảng 2% cho chuyển hóa vật chất.
Câu hỏi thường gặp về khi tế bào khí khổng no nước
Khí khổng có đóng hoàn toàn không?
Không. Khí khổng không bao giờ đóng hoàn toàn — luôn tồn tại một khoảng hở nhỏ giữa hai tế bào, ngay cả khi cây bị thiếu nước nghiêm trọng.
Ion K⁺ ảnh hưởng thế nào đến trạng thái của khí khổng?
Ion K⁺ tăng làm tế bào khí khổng hút nước → trương nước → khí khổng mở. K⁺ giảm thì ngược lại, khí khổng đóng.
Abscisic acid (ABA) tác động vào khí khổng theo cơ chế nào?
ABA tăng tổng hợp khi cây bị hạn, kích hoạt bơm K⁺ ra khỏi tế bào khí khổng, giảm sức trương nước → khí khổng đóng lại để hạn chế mất nước.
Khí khổng mở nhiều nhất vào thời điểm nào trong ngày?
Khí khổng mở rộng nhất vào buổi trưa khi cường độ ánh sáng cao nhất, sau đó thu hẹp dần về chiều tối và hé mở vào ban đêm.
Vì sao thoát hơi nước qua khí khổng có vận tốc lớn hơn qua cutin?
Vì thoát hơi qua khí khổng là lỗ mở trực tiếp ra ngoài, trong khi cutin là lớp sáp không phân cực tạo trở lực khuếch tán lớn.
Tóm lại, khi tế bào khí khổng no nước thì thành mỏng căng ra, thành dày cong theo và khí khổng mở ra — đây là cơ chế cơ học thuần túy dựa trên cấu trúc thành tế bào không đều nhau của tế bào hình hạt đậu. Cơ chế này chịu sự điều tiết của nhiều tác nhân như ánh sáng, ion K⁺, ABA và độ ẩm, giúp cây cân bằng giữa nhu cầu lấy CO₂ cho quang hợp và giảm thiểu mất nước trong điều kiện khô hạn.
