Nghiên cứu đặc điểm hình thái và giải phẫu của một số loài thực vật thủy sinh

Nguyễn Thị Thu Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 180(04): 105 - 110 105 NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI VÀ GIẢI PHẪU CỦA MỘT SỐ LOÀI THỰC VẬT THỦY SINH Nguyễn Thị Thu Hà, Nguyễn Thị Luyến, Cao Thị Phương Thảo, Lê Phương Dung* Trường Đại học Sư phạm - ĐH Thái Nguyên TÓM TẮT Một số loài thực vật thủy sinh như rau Rút (Neptunia oleracea Lour.), rau Dừa nước (Ludwidgia adscendens L.) và Bèo tây (Eichhornia crassipes Solms) là những loài cây sống phổ biến trong nước ao, hồ. Chúng có nhiều công dụng khác nhau như dùng làm thuốc chữa bệnh, làm rau ăn và có vai trò làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm. Vì vậy, chúng là đối tượng được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu. Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu về đặc điểm hình thái, cấu tạo giải phẫu thích nghi với môi trường sống ở nước ao, hồ của ba loài thực vật thủy sinh nói trên. Sử dụng phương pháp làm tiêu bản hiển vi, quan sát và mô tả theo tài liệu của Hoàng Thị Sản, Nguyễn Phương Nga (2008). Kết quả đã mô tả được đặc điểm hình thái, cấu tạo giải phẫu thích nghi của các loài rau Rút, rau Dừa nước và Bèo tây sống trong môi trường nước ao, hồ, nhằm cung cấp những dữ liệu phục vụ trong học tập và nghiên cứu. Từ khóa: Rau Rút, rau Dừa nước, Bèo tây, rễ, thân. MỞ ĐẦU* Việt Nam thuộc vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng, ẩm nên hệ thực vật rất phong phú và đa dạng. Theo Phạm Hoàng Hộ (2003) [2], ở nước ta hiện nay có gần 13.000 loài thực vật bậc cao có mạch sống trong các môi trường trên cạn và dưới nước. Những loài thực vật thủy sinh như cây rau Rút (Neptunia oleracea Lour.), rau Dừa nước (Ludwidgia adscendens L.) và Bèo tây (Eichhornia crassipes Solms) là những loài cây sống phổ biến trong các ao, hồ ở nước ta. Mặc dù có nhiều công trình nghiên cứu về tác dụng làm thuốc chữa bệnh, làm rau ăn hoặc dùng làm sạch môi trường nước bị ô nhiễm của cây rau Rút, rau Dừa nước và cây Bèo tây [3], [4], [5], [7], nhưng chưa có công trình nào nghiên cứu một cách đầy đủ, có hệ thống về đặc điểm hình thái, cấu tạo giải phẫu thích nghi của các loài cây này trong môi trường sống ở nước ao, hồ. Vì vậy, kết quả thu được nhằm cung cấp những dữ liệu phục vụ trong học tập, nghiên cứu và giải thích mối quan hệ thích nghi của các loài thực vật với môi trường sống. * Tel: 0971 338385, Email: lephuongdung@dhsptn.edu.vn ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu Là ba loài thực vật rau Rút (Neptunia oleracea Lour.), rau Dừa nước (Ludwidgia adscendens L.) và cây Bèo tây (Eichhornia crassipes Solms.) được thu thập tại Thái Nguyên. Phương pháp nghiên cứu Xác định tên khoa học theo phương pháp hình thái so sánh, đối chiếu với khóa phân loại và mô tả loài theo Phạm Hoàng Hộ (2003) [2], Nguyễn Tiến Bân và cộng sự (2003, 2005) [1]. Nghiên cứu cấu tạo giải phẫu hiển vi rễ, thân, lá theo phương pháp của Hoàng Thị Sản, Nguyễn Phương Nga (2008) [6], quan sát và chụp ảnh tiêu bản trên kính hiển vi quang học kết nối với phần mềm Microscope Manager. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đặc điểm hình thái Cây rau Rút (Neptunia oleracea Lour.) Rau Rút được trồng ở các ao, hồ, làm rau ăn, rau có mùi thơm đặc trưng. Rau Rút là loài cây thân thảo xốp sống dưới nước, mọc lan trên mặt nước. Thân thường mềm, xốp, rỗng ruột, cọng non được bao bọc bởi một lớp phao trắng xốp. Lá kép lông chim hai lần, Nguyễn Thị Thu Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 180(04): 105 - 110 106 phiến lá chét nhỏ 2 x 5 mm và mọc đối. Rễ chùm, có rễ gốc bám vào đất, rễ đốt mọc thành chùm từ đốt thân phát triển ở trong nước. Hoa tập hợp thành cụm hoa hình đầu, màu vàng, quả có 6 hạt dẹt, nhẵn. Rau Dừa nước (Ludwidgia adscendens L.) Rau Dừa nước thường sinh sống tự nhiên ở các ao, hồ và đầm lầy. Thân có tiết diện tròn, phân cành nhiều, cành nằm được mọc ra từ các kẽ lá, về sau các cành hơi đứng. Lá đơn nguyên, hầu hết đều mọc cách, phiến lá hình xoan ngược, mép lá thẳng, gân lông chim, cuống lá thường dài bằng một nửa phiến lá. Có hai loại lá, lá chìm trong nước có màu đỏ tím, lá nổi trên mặt nước có màu xanh. Cây sống ở nước có rễ phát triển từ các mấu thân và tạo thành các chùm phao chứa khí giúp cây ngập trong nước nhưng vẫn đảm bảo chức năng sinh lý bình thường và giúp ngọn cây hướng lên khỏi mặt nước. Rau Dừa nước có hoa to màu trắng, lá đài hình tam giác, tràng hoa rời, quả hình trụ, hạt nhỏ và nhiều. Cây Bèo tây (Eichhornia crassipes Solms) Bèo tây là loài dễ sống, có thể ở ao, hồ, kênh mương hay nơi đất ẩm. Cây Bèo tây mọc cao khoảng 30 cm hay hơn, cây thân thảo với phiến lá dạng hơi tròn, màu xanh lục, láng và mặt nhẵn. Cuống lá phồng lên thành phao trông giống như chiếc lọ lục bình giúp cây nổi trên mặt nước. Lá mọc hình hoa thị, gân lá hình cung dài, hẹp. Hoa không đều, mọc thành chùm ở ngọn, màu tím nhạt, đài và tràng cùng màu, dính liền với nhau ở gốc. Cánh hoa trên có một đốm màu vàng, 6 nhị, quả nang. Rễ Bèo tây màu đen buông rủ trong nước. Từ đặc điểm hình thái của các loài cây rau Rút, rau Dừa nước, Bèo tây, cho thấy cả ba loài đều có những đặc điểm phù hợp thích nghi với môi trường sống nổi trên mặt nước như cây thân thảo, thường xốp, nhẹ, thân có sự biến đổi tạo thành các phao trắng bao quanh phía ngoài thân (rau Rút), hoặc ở các đốt phần thân bị ngập nước có các chùm phao xốp (rau Dừa nước) hay có cuống lá phình to, xốp tựa như phao (Bèo tây). Đặc điểm cấu tạo giải phẫu Cây rau Rút (Neptunia oleracea Lour.) Cấu tạo giải phẫu thân Cấu tạo sơ cấp thân cây rau Rút gồm các phần như sau (Hình 1): Hình 1. Cấu tạo sơ cấp thân rau Rút Ngoài cùng là một lớp tế bào biểu bì hình chữ nhật, kích thước đồng đều xếp sít nhau, có chức năng bảo vệ. Dưới biểu bì là hệ thống mô dày rất phát triển, chủ yếu là mô dày góc và mô dày xốp, gồm 15 - 16 lớp tế bào có vách dày bằng xenluloz đảm nhiệm chức năng cơ học. Mô cứng gồm 6 - 7 lớp tế bào rất khác nhau về hình dạng và tính chất, các tế bào này sắp xếp chủ yếu ở phía ngoài các bó dẫn, thực hiện vai trò cơ học đảm bảo cấu trúc vững chắc của cây. Hệ dẫn ở thân cây là các bó dẫn kiểu chồng chất hở xếp thành vòng trong thân thực hiện chức năng dẫn truyền. Libe sơ cấp gồm nhiều lớp tế bào sống, có hình đa giác, kích thước nhỏ, sắp xếp sít nhau. Giữa gỗ và libe là tầng trước phát sinh gồm các tế bào sống có hình dẹt, màng mỏng. Gỗ sơ cấp gồm 5 - 7 lớp tế bào, phân hóa theo hướng li tâm. Phần chiếm diện tích chủ yếu trong thân là hệ thống mô mềm, gồm 20 - 25 lớp tế bào, các tế bào có hình hơi tròn, kích thước khá đồng đều, màng mỏng bằng xenluloz, sắp xếp thưa nhau để chừa ra nhiều khoảng gian bào lớn chứa khí. Chính những khoảng trống này giúp thân cây rau Rút nhẹ, xốp và nổi trên mặt nước. Cấu tạo giải phẫu cuống lá Phía ngoài của cuống lá cây rau Rút là một lớp tế bào biểu bì hình chữ nhật, xếp xít nhau Nguyễn Thị Thu Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 180(04): 105 - 110 107 làm nhiệm vụ bảo vệ. Tiếp theo là mô dày với chức năng cơ học gồm 2- 3 lớp tế bào sống, có màng sơ cấp dày bằng xenluloz, sắp xếp sít nhau. Mô mềm rất phát triển chiếm phần lớn diện tích của cuống lá gồm nhiều lớp tế bào, các tế bào hình tròn cạnh xếp thưa để chừa ra những khoang trống lớn chứa khí. Mô cứng gồm 5 - 7 lớp tế bào có hình đa giác và kích thước không đồng đều, các tế bào có màng dày hóa gỗ và sắp xếp theo hình vòng cung bao quanh bên ngoài bó dẫn để nâng đỡ phiến lá. Các bó dẫn nằm trong khối mô mềm thường xếp thành hình cung, mặt lõm của cung quay vào phía trong, bó lớn nhất nằm trên mặt phẳng đối xứng, các bó khác nhỏ hơn nằm đối xứng ở hai bên. Cấu tạo một bó dẫn gồm libe sơ cấp có 8 - 9 lớp tế bào sống, màng mỏng, hình đa giác nhỏ, kích thước không giống nhau, xếp sít nhau. Gỗ sơ cấp nằm phía trong libe sơ cấp, có 10 - 12 lớp tế bào với hình dạng và kích thước không đồng đều (Hình 2). Hình 2. Cấu tạo cuống lá cây rau Rút Rau Dừa nước (Ludwidgia adscendens L.) Cấu tạo giải phẫu thân cây Cấu tạo sơ cấp thân rau Dừa nước từ ngoài vào trong bao gồm các phần như sau: biểu bì có một lớp tế bào sống không chứa diệp lục, tế bào dạng hình phiến xếp sít nhau, thường có vách ngoài dày hơn vách trong làm nhiệm vụ bảo vệ. Mô dày nằm dưới biểu bì, chủ yếu là mô dày góc gồm 1 - 2 lớp tế bào sống, các tế bào mô dày có hình đa giác, kích thước không đều nhau, có vách dày bằng xenluloz, đảm nhận chức năng cơ học. Mô mềm vỏ nằm ở phía trong mô dày, gồm 14 - 16 lớp tế bào, mỗi tế bào có hình hơi tròn sắp xếp không sít nhau để chừa ra các khoảng trống lớn chứa khí. Vách tế bào mỏng, kích thước không đồng đều. Các tế bào mô mềm vỏ ở phía ngoài có lục lạp nên thân non có màu lục, đảm nhiệm chức năng quang hợp. Vỏ trong có cấu tạo từ 1-2 lớp tế bào, kích thước các tế bào khá đồng đều, xếp sít nhau, nhỏ hơn các tế bào mô mềm và hơi kéo dài theo hướng tiếp tuyến. Vỏ trụ là miền ngoài cùng của phần trụ nằm phía trong lớp nội bì gồm các tế bào sống, hình chữ nhật nhỏ, có màng mỏng. Hệ dẫn của thân có kiểu bó chồng chất với libe nằm ngoài, gỗ nằm trong. Libe sơ cấp gồm những tế bào sống có hình đa giác nhỏ, xếp sít nhau, phân hóa hướng tâm. Gỗ sơ cấp gồm 5 - 6 lớp tế bào, các mạch gỗ có vách dày hóa gỗ, cứng. Phần mô mềm ruột gồm các tế bào màng mỏng bằng xenluloz, hình hơi tròn, kích thước tăng dần từ ngoài vào trong, mô mềm chứa nhiều chất dự trữ cho cây (Hình 3). Hình 3. Cấu tạo sơ cấp thân rau Dừa nước Cấu tạo giải phẫu lá cây Bên ngoài lá có biểu bì trên (mặt trên lá) và biểu bì dưới (mặt dưới lá) gồm các tế bào hình chữ nhật, xếp sít nhau làm nhiệm vụ bảo vệ. Biểu bì mặt dưới lá có nhiều lỗ khí giúp lá thực hiện việc trao đổi khí giữa cây và môi trường. Giữa hai lớp biểu bì trên và biểu bì dưới là phần thịt lá gồm có mô giậu, mô xốp. Mô giậu gồm 1-2 lớp tế bào hình chữ nhật dài, xếp vuông góc với lớp biểu bì, tế bào mô giậu có rất nhiều diệp lục đảm nhiệm chức năng quang hợp. Mô xốp nằm tiếp giáp với Nguyễn Thị Thu Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 180(04): 105 - 110 108 lớp biểu bì dưới, gồm những tế bào tròn cạnh, kích thước không đều, sắp xếp rời rạc tạo ra những khoang trống là nơi dự trữ khí giúp cho quá trình trao đổi khí tiến hành thuận lợi. Hệ dẫn gồm các bó dẫn kiểu bó chồng chất đảm nhiệm chức năng dẫn truyền. Libe sơ cấp gồm 2 - 3 lớp tế bào hình đa giác nhỏ. Gỗ sơ cấp nằm phía trong gồm 5 - 6 lớp tế bào hình tròn cạnh. Phần gân lá gồm: Mô dày nằm sát dưới biểu bì, gồm 2 lớp tế bào có màng dày bằng xenluloz đảm nhận chức năng cơ học. Tiếp đến là mô mềm gồm 15-17 lớp tế bào có hình đa giác hơi tròn xếp rời rạc để lại nhiều khoang trống lớn chứa khí. Bó dẫn xếp thành dải hình vòng cung theo gân lá, thuộc bó chồng chất, đảm nhiệm chức năng dẫn truyền. (Hình 4). Hình 4. Cấu tạo lá rau Dừa nước Cấu tạo giải phẫu rễ cây Cấu tạo sơ cấp của rễ gồm các phần như sau (Hình 5). Hình 5. Cấu tạo sơ cấp rễ rau Dừa nước Bên ngoài là biểu bì có một lớp tế bào có hình chữ nhật, màng mỏng, xếp sít nhau làm nhiệm vụ bảo vệ. Phần vỏ sơ cấp có vỏ ngoài nằm ngay dưới biểu bì gồm một lớp tế bào có nhiều cạnh, hơi kéo dài, màng mỏng và xếp sít nhau. Mô mềm vỏ gồm 13 - 14 lớp tế bào, các tế bào có màng mỏng bằng xenluloz xếp thưa nhau, để hở nhiều khoảng gian bào nhỏ chứa khí. Vỏ trong có một lớp tế bào nằm phía trong cùng của vỏ sơ cấp, có đai caspari tại các vách xuyên tâm nên việc dẫn truyền nước và chất dinh dưỡng được thực hiện theo một chiều nhất định. Phần trụ giữa có vỏ trụ nằm ngay sát vỏ trong, gồm một lớp tế bào sống có màng mỏng. Hệ dẫn gồm các bó gỗ và bó libe riêng biệt, xếp xen kẽ nhau dưới vỏ trụ và vòng quanh trụ giữa. Libe sơ cấp phân hóa hướng tâm, gồm các tế bào hình đa giác. Gỗ sơ cấp cũng phân hóa hướng tâm, gồm 2 - 3 lớp tế bào có hình hơi tròn. Phần trong cùng là mô mềm ruột gồm các tế bào có màng mỏng bằng xenluloz, kích thước tăng dần từ ngoài vào trong có chức năng dự trữ. Cây Bèo tây (Eichhornia crassipes Solms) Cấu tạo giải phẫu cuống lá Bèo tây là cây một lá mầm, có cuống lá phình to, phía ngoài là biểu bì gồm 1-2 lớp tế bào hình chữ nhật xếp sít nhau có kích thước khá đồng đều và thực hiện chức năng bảo vệ. Mô mềm gồm các tế bào có hình tròn cạnh, kích thước tăng dần từ ngoài vào trong. Các tế bào mô mềm này sắp xếp thưa nhau tạo thành các khoang trống lớn chứa khí. Chính nhờ khoảng gian bào này làm cho cuống lá phình to chứa khí như chiếc phao giúp cây nổi trên mặt nước. Giữa các tế bào mô mềm là các tinh thể canxi oxalate hình kim. Số lượng các bó dẫn nhiều, nằm rải rác khắp cuống lá, bó dẫn kiểu chồng chất kín (libe ở phía ngoài, gỗ nằm phía trong). Trong cuống lá các bó dẫn nhỏ nằm phía ngoài, bó dẫn lớn hơn nằm phía trong (Hình 6). Hình 6. Cấu tạo cuống lá Bèo tây Nguyễn Thị Thu Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 180(04): 105 - 110 109 Cấu tạo giải phẫu phiến lá Phiến lá được bao bọc bởi hai lớp biểu bì, biểu bì trên và biểu bì dưới đều có một lớp tế bào hình chữ nhật có vách dày xếp sít nhau làm nhiệm vụ bảo vệ. Lỗ khí có cả ở biểu bì trên và biểu bì dưới của lá giữ vai trò trao đổi khí cho cây. Cấu tạo lá Bèo tây có sự phân hóa thành mô giậu và mô xốp. Mô giậu có 2 - 3 lớp tế bào, hình dạng tế bào dài, xếp vuông góc với biểu bì. Tế bào mô giậu có màng mỏng chứa nhiều diệp lục, xếp khá sít nhau để chừa ra các khoảng gian bào nhỏ cho không khí đi qua. Mô xốp gồm 10 - 12 lớp tế bào, hình dạng tế bào đồng đều (tròn hay bầu dục), xếp không sát nhau để chừa ra những khoảng gian bào lớn chứa khí, các tế bào mô xốp có ít diệp lục hơn ở tế bào mô giậu. Số lượng các bó dẫn ở lá thường nhiều (Hình 7). Hình 7. Cấu tạo phiến lá Bèo tây Cấu tạo giải phẫu rễ Ở bên ngoài rễ Bèo tây là biểu bì có một lớp tế bào kích thước đồng đều, màng hóa bần xếp sít nhau làm nhiệm vụ bảo vệ. Dưới biểu bì là lớp vỏ ngoài gồm 3 - 4 lớp tế bào có hình đa giác không đều, màng mỏng và xếp sít nhau. Tiếp theo là 10 - 12 lớp tế bào mô mềm vỏ có kích thước không đồng đều, các tế bào mô mềm nằm phía ngoài lớn hơn và xếp không sít nhau để lại những khoảng gian bào lớn chứa khí. Ở phía trong mô mềm vỏ với các tế bào nhỏ hơn hình tròn cạnh, gồm 3 - 4 lớp tế bào xếp thành các vòng đồng tâm. Vỏ trong chỉ có một lớp tế bào và thường có đai caspari hình chữ U. Nhờ có đai này mà các chất được lông hút hút vào qua phần mô mềm vỏ chỉ được tiếp tục dẫn vào theo một chiều nhất định. Phần trụ giữa gồm vỏ trụ có một lớp tế bào có màng mỏng nằm sát với lớp vỏ trong. Hệ dẫn với các bó gỗ, bó libe riêng rẽ nhau và xếp xen kẽ nhau, bó gỗ phân hóa hướng tâm. Bó libe gồm các tế bào hình đa giác nhỏ, chiếm tỷ lệ nhỏ nằm xen kẽ với các bó gỗ. Phần ruột cấu tạo bởi các tế bào mô mềm hình tròn cạnh, xếp không sít nhau để hở những khoảng gian bào nhỏ chứa chất dự trữ (Hình 8). Hình 8. Cấu tạo rễ Bèo tây KẾT LUẬN Đặc điểm hình thái và cấu tạo giải phẫu cơ quan sinh dưỡng (rễ, thân, lá, cuống lá) của ba loài thực vật thủy sinh là cây rau Rút, rau Dừa nước và cây Bèo tây đã thể hiện sự thích nghi cao với môi trường sống ở nước. Các cơ quan, bộ phận của cây thường xốp hoặc biến đổi trở thành những phao chứa nhiều không khí, giúp cây nhẹ và sống nổi trên mặt nước. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Tiến Bân và cộng sự (2003-2005), Danh lục các loài thực vật Việt Nam, tập 2-3, Nxb Nông nghiệp, Hà Nội. 2. Phạm Hoàng Hộ (2003), Cây cỏ Việt Nam, Nxb Trẻ Tp. Hồ Chí Minh. 3. Võ Thị Mai Hương, Trần Thanh Tùng (2008), “Nghiên cứu chỉ tiêu sinh lý-hóa sinh và khả năng xử lý nước thải lò mổ của rau Dừa nước (Ludwidgia adscendens L.)”, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế, số 48, tr. 75-84. 4. Đỗ Tất Lợi (2004), Những cây thuốc và vị thuốc Việt Nam, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 5. Vũ Thị Nguyệt, Trần Văn Tựa, Nguyễn Trung Kiên, Đặng Đình Kim (2014), “Nghiên cứu sử dụng Bèo tây Eichhornia crassipes Solms để xử lý nitơ và phôtpho trong nước thải chăn nuôi lợn sau công nghệ biogas”, Tạp chí Sinh học, 37(1), tr. 53-59. Nguyễn Thị Thu Hà và Đtg Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 180(04): 105 - 110 110 6. Hoàng Thị Sản, Nguyễn Phương Nga (2008), Thực tập hình thái - giải phẫu học thực vật, Nxb Đại học Sư phạm, Hà Nội. 7. El Zawahry M. M., Kamel M. M. (2004), “Removal of azo and anthraquinone dyes from aqueous solutions by Eichhornia crassipes”, Water Research, 38, pp. 2967-2972. SUMMARY STUDY OF MORPHOLOGICAL AND ANATOMICAL CHARACTERISTICS OF SOME AQUATIC PLANTS Nguyen Thi Thu Ha, Nguyen Thi Luyen, Cao Thi Phuong Thao, Le Phuong Dung * TNU – University of Education Several aquatic plants species such as Neptunia oleracea, Ludwidgia adscendens and Eichhornia crassipes are common species in ponds and lakes. They can be used for different purposes such as medicine, food as well as cleaning the contaminated water environment. Accordingly, many scientists have chosen them as subjects in recent studies. In this paper, we present the research results on morphological and anatomical characteristics of the above three aquatic plants in order to see how they adapt to the ponds and lakes water environment. The study findings have described the morphological and anatomical characteristics of Neptunia oleracea, Ludwidgia adscendens and Eichhornia crassipes adapted to their living in ponds and lakes water environment to provide data for study and research. Keywords: Neptunia oleracea, Ludwidgia adscendens, Eichhornia crassipes, roots, stems Ngày nhận bài: 12/3/2018; Ngày phản biện: 22/3/2018; Ngày duyệt đăng: 27/4/2018 * Tel: 0971 338385, Email: lephuongdung@dhsptn.edu.vn