Quá trình lão hóa lá cây

Thân cây thân thảo thẳng đứng luôn mọc hướng lên trên, liên tục ra lá mới. Khi những chiếc lá đã phát triển, chúng cố định vào vị trí và chẳng bao lâu những chiếc còn lại sẽ chuyển sang màu vàng và khô héo.

Trong quần xã thực vật, tình trạng thiếu lá là do lá bị héo, được gọi là hiện tượng lão hóa lá.

Quá trình này giống như quá trình lão hóa và cái chết cuối cùng được thấy ở động vật. Tuy nhiên, sự lão hóa của lá cây không nhất thiết có liên quan trực tiếp đến cái chết của cây; nó có thể được coi là một chiến lược mà thực vật áp dụng để nâng cao khả năng thích ứng của chúng.

Sinh lý học của sự lão hóa lá:

Chức năng quan trọng nhất của lá là thu được carbon thông qua quá trình quang hợp. Tốc độ quang hợp tăng khi cường độ ánh sáng tăng cho đến khi đạt đến điểm bão hòa.

Khả năng quang hợp ở điều kiện ánh sáng bão hòa khác nhau giữa các loài thực vật và thậm chí giữa các lá khác nhau của cùng một cây. Nói chung, khả năng quang hợp tăng lên khi diện tích bề mặt lá tăng lên. Khi quá trình mở rộng của lá hoàn tất, khả năng quang hợp đạt cực đại rồi giảm dần theo thời gian cho đến khi lá chết.

Quang hợp là một quá trình trao đổi chất có sự tham gia của nhiều protein. Nguyên nhân dẫn đến khả năng quang hợp giảm sau khi đạt cực đại là do lượng protein tổng hợp trong quá trình quang hợp giảm dần. Khoảng 16% trọng lượng protein bao gồm ni-tơ và khả năng quang hợp cao đòi hỏi một lượng ni-tơ đáng kể. Một nửa lượng ni-tơ trong lá được chứa trong các protein được tổng hợp trong quá trình quang hợp.

Vì vậy, khả năng quang hợp của lá có liên quan mật thiết đến lượng ni-tơ chứa trong lá. Các protein đã bị phân hủy chủ yếu được chuyển dưới dạng axit amin đến các cơ quan mới. Vì ni-tơ thường là yếu tố hạn chế đối với cây trồng nên ngay cả những lá cây già cỗi vẫn chứa ni-tơ.

Thực vật lấy lại ni-tơ từ lá già và lá già cung cấp ni-tơ cho các cơ quan mới để tái sử dụng. Nhiều nhà máy đạt hiệu quả cao trong việc tái sử dụng ni-tơ.

Giống như hàm lượng ni-tơ trong lá, đạt đỉnh điểm khi quá trình mở rộng của lá hoàn tất, 80-90% lượng ni-tơ được chuyển giao vào thời điểm này, 10-20% còn lại được tái sử dụng nhiều lần để duy trì sự sống và cuối cùng được chuyển sang quả.

Sự lão hóa của thực vật thường được ví như “sự chết tế bào theo chương trình” ở động vật. Sự chết tế bào theo chương trình đề cập đến hiện tượng các tế bào không còn cần thiết nữa sẽ chết đi trong quá trình phát triển.

Đây là hiện tượng phổ biến ở nhiều loại mô của nhiều loài động vật, chẳng hạn như sự biến mất của đuôi nòng nọc. Tuy nhiên, sự chết tế bào theo chương trình cũng được quy định bởi các yếu tố di truyền và đó không phải là sự chết tế bào ngẫu nhiên. Đặc biệt ở các sinh vật như một số tuyến trùng nhất định, thời điểm tế bào chết đã được xác định trước.

Sự lão hóa của lá cũng bị ảnh hưởng bởi yếu tố di truyền. Các phương pháp thường được sử dụng trong nghiên cứu sinh lý, sinh hóa và sinh học phân tử về quá trình lão hóa của lá bao gồm việc cắt lá nổi từ thực vật trên mặt nước, nơi chúng chuyển sang màu vàng trong bóng tối sau 2-30 ngày. Hiện tượng này cho thấy rằng nếu quá trình tổng hợp protein hạt nhân bị ức chế ở giai đoạn này thì quá trình lão hóa của lá có thể bị ức chế.

Điều này cũng hàm ý một tín hiệu cho sự bắt đầu lão hóa của lá và gợi ý rằng các yếu tố di truyền tạo ra các enzym phân hủy protein nằm ở nhân. Như vậy, quá trình lão hóa của lá là biểu hiện của nhiều yếu tố di truyền khác nhau và là một quá trình được điều hòa chặt chẽ.

Sự tổng hợp protein của hệ thống quang học tăng lên rất nhiều trong quá trình mở rộng của lá và khi quá trình mở rộng hoàn tất, quá trình tổng hợp của chúng bị ức chế, thúc đẩy quá trình thoái hóa. Có nhiều lý thuyết khác nhau về cơ chế phân hủy protein nhưng vẫn chưa được làm sáng tỏ hoàn toàn.

Trong quá trình lão hóa lá, một sự thay đổi hình thái phổ biến là giảm lượng chất diệp lục hoặc giảm thể tích của từng chất diệp lục. Khi lá già đi, lượng diệp lục giảm đi đáng kể, nhưng ở lúa mì, lượng giảm rõ rệt hơn.

Hiện tượng này cho thấy cấu trúc phân hủy protein có thể khác nhau tùy theo loài. Mặc dù sự giảm thể tích chất diệp lục có thể được suy đoán là do sự phân hủy protein trong chất diệp lục, nhưng lý do làm giảm số lượng chất diệp lục vẫn chưa rõ ràng.