CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài Cây đậu tương (Glycine max (L) Merill) là cây công nghiệp ngắn ngày có tác dụng rất nhiều mặt và là cây có giá trị kinh tế cao Sản phẩm của nó được sử dụng hết sức[.]
MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cây đậu tương (Glycine max (L) Merill) công nghiệp ngắn ngày có tác dụng nhiều mặt có giá trị kinh tế cao Sản phẩm sử dụng đa dạng sử dụng trực tiếp hạt thô qua chế biến ép thành dầu, làm bánh kẹo, đậu phụ, sữa… đáp ứng nhu cầu tăng thêm chất đạm cấu bữa ăn hàng ngày nhân dân tham gia xuất Ngoài ra, đậu tương trồng ngắn ngày thích hợp luân canh, xen canh, gối vụ với nhiều loại trồng khác có tác dụng cải tạo đất tốt [1], [2], [16] Sản xuất đậu tương phát triển mạnh Mỹ, Brazil, Trung Quốc nhiều nước khác Sản lượng đậu tương giới đạt hàng trăm triệu tấn/năm Trong đó, Việt Nam sản lượng đạt trăm nghìn tấn/năm [1], [5] Điều chứng tỏ tình hình sản xuất đậu tương nước ta so với khu vực mức thấp Để thúc đẩy sản xuất đậu tương vấn đề quan trọng chọn tạo giống không cho suất cao, phẩm chất tốt mà cịn phải thích hợp với điều kiện địa hình khí hậu Nước ta có hệ sinh thái đa dạng, khí hậu cỏc vựng, miền lại khơng giống Địa hình có đến ắ đồi núi bạc màu thường có mùa khơ hanh miền Bắc, mùa khơ nóng Tõy Nguyờn… Hơn nữa, năm gần diễn biến khí hậu ngày phức tạp, lượng mưa phân bố không cỏc vựng thời kỳ năm nên hạn hán nắng nóng kéo dài Hạn hán đất bạc màu gõy khơng khó khăn cho sinh trưởng đậu tương vi sinh vật cộng sinh với chúng Hạn hán ảnh hưởng đến trình sinh lý, sinh hóa ảnh hưởng đến hoạt động enzyme, gia tăng phân giải hợp chất phân tử cao, đặc biệt gây tổn thương máy quang hợp làm trình quang hợp giảm… hạn hán yếu tố hạn chế suất chủ yếu đậu tương vùng đất Bên cạnh đó, nhu cầu xã hội đậu tương ngày lớn Vì vậy, việc lai tạo, đánh giá, tuyển chọn giống đậu tương có suất chất lượng, có khả chống chịu cao yêu cầu thực tiễn đặt cho ngành chọn giống Từ lý trờn, tụi tiến hành đề tài: “Nghiờn cứu biến đổi huỳnh quang diệp lục hàm lượng diệp lục số giống đậu tương pha hạn pha phục hồi đất bạc màu” nhằm đánh giá khả chịu hạn số giống đậu tương Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu biến đổi huỳnh quang diệp lục hàm lượng diệp lục giống đậu tương gây hạn nhân tạo phục hồi trồng đất bạc màu 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định huỳnh quang diệp lục hàm lượng diệp lục a, diệp lục b, diệp lục tổng số đậu tương gây hạn phục hồi giai đoạn hoa - Xác định huỳnh quang diệp lục hàm lượng diệp lục a, diệp lục b, diệp lục tổng số đậu tương gây hạn phục hồi giai đoạn non Ý nghĩa lý luận thực tiễn Nghiên cứu góp phần tìm hiểu biến đổi hàm lượng diệp lục a, diệp lục b diệp lục tổng số điều kiện thiếu nước phục hồi sau hạn Nghiên cứu góp phần tìm hiểu biến đổi huỳnh quang diệp lục điều kiện thiếu nước phục hồi sau gây hạn NỘI DUNG CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu đậu tương Đậu tương có tên la tinh Glycine max (L) Merr thuộc Phaseoleae Đậu tương hóa Trung Quốc từ năm 1700 – 1100 trước Cụng nguyên Đậu tương có tổ tiên hoang dại Glycine Soja Trong Phaseoleoe, chi Glycine chi mà lồi có số nhiễm sắc thể nhị bội 2n = 40 80, mà 20 chi khác [2] Đậu tương trồng cạn ngắn ngày có giá trị kinh tế cao Khó có tìm thấy trồng có tác dụng nhiều mặt đậu tương Sản phẩm làm thực phẩm cho người, thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp, hàng xuất cải tạo đất tốt Vì đậu tương gọi "Ơng Hồng loại cõy họ Đậu" Sở dĩ đậu tương đánh lẽ đậu tương có giá trị tồn diện [5] Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, hàm lượng protein trung bình khoảng 38 - 40%, lipid từ 18 - 20%, giàu sinh tố muối khoáng Đậu tương loại hạt mà giá trị đánh giá đồng thời protein lipid Protein đậu tương có phẩm chất tốt số protein thực vật Hàm lượng protein từ 38 – 40% cao cá, thịt cao gấp hai lần hàm lượng protein có loại đậu đỗ khác Hàm lượng axit amin có chứa lưu huỳnh methionine, cysteine, serin… đậu tương gần với hàm lượng chất trứng Hàm lượng cazein, đặc biệt lizin cao, gần gấp rưỡi trứng Vì nói giá trị protein đậu tương cao nói hàm lượng lớn với đầy đủ cân đối loại axit amin cần thiết Protein đậu tương dễ tiêu hóa thịt khơng có thành phần tạo thành colesteron, cú cỏc dạng axit uric… Hàm lượng dầu béo đậu tương cao loại đậu đỗ khỏc nờn coi cung cấp dầu thực vật Ngoài hạt đậu tương cũn cú nhiều loại vitamin, đặc biệt hàm lượng vitamin B B2, cựng loại vitamin PP, A, E, K, D, C… loại muối khống khác Khơng đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, nguồn cung cấp thực phẩm ngun liệu cho cơng nghiệp chế biến, đậu tương cịn có khả tích lũy đạm khí trời để tự túc làm giàu đạm cho đất nhờ vào cộng sinh vi khuẩn nốt sần rễ Trong điều kiện thuận lợi, vi khuẩn nốt sần tích lũy lượng đạm tương đương từ 20 – 25 kg ure/ha Do nói nốt sần “nhà máy phân đạm tí hon”, nên trồng đậu tương khơng tốn phân đạm mà cịn làm cho đất tốt lên, có tác dụng tích cực việc cải tạo bồi dưỡng đất [1], [2], [5], [16] 1.2 Nghiên cứu khả chịu hạn đậu tương 1.2.1 Tác hại hạn hán thể thực vật Nước thành phần bắt buộc tế bào sống, khơng có nước khơng có sống Lượng nước cần thiết cho giai đoạn, loài thực vật khác Hạn thực vật thiếu nước môi trường gây suốt trình sống hay giai đoạn làm ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển Có ba dạng hạn cây: Hạn đất: Xảy lượng nước dự trữ cho hấp thu đất bị cạn kiệt nờn cõy không đủ nước cân nước Hạn đất thường xảy với cỏc vựng cú lượng mưa trung bình thấp kéo dài nhiều tháng năn tỉnh miền Trung, Tõy Nguyờn… vào mùa khô Hạn không khí: Xảy độ ẩm tương đối khơng khí giảm xuống q thấp, làm cho q trình nước mạnh dẫn đến cân nước Hạn khơng khí thường xảy cỏc vựng có gió khơ nóng mùa có gió Tây Nam tỉnh miền Trung, mùa khơ Tõy Nguyờn đơi lúc gió mùa Đơng Bắc có độ ẩm khơng khí thấp… Hạn sinh lý: Xảy trạng thái sinh lý không cho phép hút nước môi trường không thiếu nước Do rễ khơng lấy nước q trình nước diễn nờn cõy cân nước Ví dụ đất yếm khí, rễ thiếu oxi để hơ hấp nên khơng có đủ lượng cho hút nước… Hạn sinh lý nghiêm trọng kéo dài tác hại hạn đất hạn khơng khí Hạn hán gây nhiều mức độ tổn thương khác cho trồng chậm phát triển, phát triển khơng bình thường, chí gây chết Hạn hán làm giảm hàm lượng nước tự do, lớp nước màng bao quanh gốc mang điện tích phân tử protein tế bào chất bị giảm sút gây ảnh hưởng đến hoạt động protein – enzym Hạn kéo dài làm giảm hoạt tính enzym tổng hợp hoạt hóa enzym thủy phân, gia tăng phân giải hợp chất phân tử cao protein, cacbohydrat [4], [12] Hệ thống màng (màng sinh chất, màng ty thể, màng lục lạp…) bị hư hại, máy quang hợp, hô hấp bị tổn thương, quang hợp giảm bị ngưng trệ, hô hấp trở nên vô hiệu mặt lượng, rối loạn trao đổi chất, tích lũy nhiều hợp chất trung gian độc hại tế bào NH 3, oxalat…[7], [10], [11] Khi màng tế bào bị tổn thương, vai trị bảo vệ khơng bào bị ảnh hưởng, gây hư hại cho tế bào Khi bị hạn kéo dài, hàm lượng ARN giảm xuống, dòng vận chuyển chất đồng hóa khỏi bị chậm lại Polyriboxom tế bào bị phân rã Nếu hạn nặng kéo dài, ADN bị hư hại Hư hại hạn gây nên làm giảm suất, phẩm chất nông phẩm chí làm chết Những trồng có khả trì phát triển cho suất ổn định điều kiện khô hạn gọi chịu hạn khả thực vật giảm mức độ tổn thương thiếu hụt nước gây gọi tính chịu hạn 1.2.2 Tính chịu hạn đậu tương Nghiên cứu nhu cầu sử dụng nước cho thấy: Quá trình sinh trưởng phát triển đậu tương cần nhiều nước, vụ, nhu cầu nước đậu tương dao động từ 330 – 766mm Nhu cầu nước đậu tương phụ thuộc vào độ dài thời gian sinh trưởng phát triển trước phủ kín mặt đất lượng nước có sẵn đất [1] Khả chịu hạn giống đậu tương khác Khả giống liên quan đến phát triển nhanh rễ, tính chín sớm chất di truyền khả sử dụng nước cách tiết kiệm trình sinh trưởng phát triển Bộ rễ phát triển điều kiện để tăng tính chịu hạn cõy, cỏc rễ phụ với bề mặt hút phát triển mạnh có khả hút nước tốt Diện tích đậu tương giảm gặp hạn nhằm giảm thoát nước [5] Ở đậu tương, phản ứng gặp hạn khí khổng đóng lại để ngăn chặn nước ngồi Sự đóng mở khí khổng liên quan đến nhiều q trình quang hợp, hô hấp, trao đổi ion, hấp thu dinh dưỡng… Do trồng khác, đậu tương với biến đổi hình thái, phản ứng sinh lý hô hấp, cường độ quang hợp, cường độ thoát nước đậu tương biến đổi phù hợp để giảm nước gặp hạn Các thay đổi hóa sinh thường liên quan đến chế chịu nước nhằm sinh tổng hợp chất bảo vệ nhanh chóng bù đắp lại thiếu nước Điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào thơng qua tích lũy chất hòa tan, protein axit amin proline, glycine, enzyme thủy phõn… chế trì lượng nước tối thiểu Cơ chế phân tử khả chịu hạn đậu tương có liên quan đến chất gen tương ứng Chúng có vai trị bảo vệ phức enzyme, cấu trúc tế bào, đồng thời đào thải chất bị biến tính có khả gây độc gặp yếu tố cực đoan Những nhóm quan tâm protein sốc nhiệt (HSP – heat shock protein), protein dehydrin (LEA – D11) Các gen liên quan đến tính chịu hạn nghiên cứu phân lập, chất tính chịu hạn đậu tương dần sáng tỏ Ở Việt Nam, năm qua có nhiều cơng trình nghiên cứu tính chịu hạn trồng lạc, lúa, đậu tương, đậu xanh… Chẳng hạn Nguyễn Văn Mã, Cao Bá Cường nghiên cứu quang hợp số giống lạc chịu hạn [10], Vũ Thị Thu Thủy phân lập gen cystatin liên quan đến tính chịu hạn lạc [19], Lê Thị Bích Thủy, Nguyễn Đức Thành nghiên cứu đặc điểm phân tử tính chịu hạn cỏc dũng lỳa đột biến nghiên cứu liên kết số thị phân tử với yếu tố cấu thành suất lúa điều kiện hạn [17], [18], Phạm Xuân Hội, Trần Tuấn Tú phân lập phân tích trình tự gen mã hóa nhân tố phiờn mó thuộc phân nhóm Dreb lúa liên quan đến tính chịu hạn [8], Phạm Thu Hằng, Phạm Xuân Hội phân lập thiết kế vector chuyển gen mang gen điều khiển chịu hạn OsNAC1 lúa [6], Chu Hoàng Mậu đánh giá suất, chất lượng hạt khả chịu hạn cỏc dũng đậu xanh đột biến [13]… Tính chịu hạn đậu tương quan tâm nghiên cứu Nguyễn Huy Hoàng nghiên cứu đặc tính giải phẫu hình thái lá, thời gian sinh trưởng, diện tớch lỏ, chiều cao đậu … [7], Nguyễn Văn Mó nghiên cứu khả chịu hạn đậu tương suất cao đất bạc màu [11], Nguyễn Văn Mã, Phan Hồng Quân nghiên cứu số tiêu sinh lý, sinh hóa đậu tương điều kiện gây hạn [12], Trần Thị Phương Liên CS nghiên cứu hoạt độ enzyme hạt số giống đậu tương chịu nóng số giống đậu tương chịu hạn [9], Chu Hoàng Mậu, Nguyễn Thu Hiền đánh giá khả chịu hạn tỏch dũng gen mã hóa protein dehydrin số dịng đậu tương [14],… Như với tiến ngành khoa học bản, sinh học có bước tiến dài nghiên cứu chất tính chịu hạn Những cơng trình nghiên cứu tính chịu hạn đậu tương Việt Nam chủ yếu sâu phương diện hình thái, di truyền, chọn giống, sinh học phân tử, khả cộng sinh cố định đạm số dòng vi khuẩn đậu tương Kết nghiên cứu ứng dụng sản xuất chọn tạo nhiều giống đậu tương có suất cao, phẩm chất tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu DT84, ĐT96, AK02… 1.3 Diệp lục Thực vật bậc cao có hai nhóm sắc tố tham gia quang hợp diệp lục (chlorophyll) carotenoit, diệp lục sắc tố chớnh cú vai trò quan trọng quang hợp vỡ có khả hấp thụ lượng ánh sáng mặt trời biến lượng thành dạng lượng hóa học, sắc tố khác khơng làm chức cách đầy đủ trực tiếp Diệp lục có loại a, b, c, d, e, thực vật bậc cao có hai loại diệp lục a b Các loại diệp lục có phần cấu trúc giống nhau, nhân porphyrin gốc rượu Mỗi loại diệp lục đặc trưng riêng cỏc nhúm bờn khác tạo nên số tính chất khác Cơng thức hóa học diệp lục a b: Diệp lục a: C55H7205N4Mg Diệp lục b: C55H70O6N4Mg Hình Cấu tạo diệp lục Về công thức cấu tạo, phân tử diệp lục chia làm hai phần: nhân diệp lục (vịng Mg - porphirin) diệp lục + Nhân diệp lục phần quan trọng phân tử diệp lục, gồm nguyên tử Mg trung tâm liên kết với nguyên tử N vòng pyrol tạo nên vòng Mg - porphirin linh hoạt Đặc biệt hệ thống nối đôi cách (nối đôi liên hợp) tạo nên phân tử diệp lục có hoạt tính quang hóa mạnh Khả hấp thu ánh sáng phụ thuộc số lượng liên kết đôi phân tử + Đuôi diệp lục dài, gồm gốc rượu phytol có 20 nguyên tử cacbon Nó có tính ưa lipit nờn cú vai trị định vị phân tử diệp lục màng thilacoit màng quang hợp có tính lipid Các sắc tố diệp lục thường không tồn biệt lập mà phức hợp diệp lục - protein Do làm cho sắc tố bền môi trường, nhiệt độ cao, ánh sáng mạnh, hạn hán ảnh hưởng nặng nề đến cấu trúc protein làm phức hợp diệp lục - protein bị suy yếu cấu trúc diệp lục bị phá vỡ Diệp lục có tính huỳnh quang lân quang, biểu hoạt tính quang hóa phân tử diệp lục giai đoạn trình hấp thu lượng ánh sáng phân tử diệp lục quang hợp Huỳnh quang diệp lục thông số phản ánh trạng thái sinh lý máy quang hợp điều kiện mơi trường bất lợi Phương pháp phân tích huỳnh quang diệp lục có ưu điểm cho phép xác định nhanh tính chống chịu thực vật tác động điều kiện bất lợi trạng thái invitro mà không gây tổn thương cho trồng trình nghiên cứu Nghiên cứu huỳnh quang diệp lục thực vật điều kiện căng thẳng nước khẳng định: thiếu nước trầm trọng có ảnh hưởng tiêu cực đến hàm lượng diệp lục, làm hư hại protein quang hệ II trực tiếp làm biến đổi tham số huỳnh quang diệp lục [4] Ở Việt Nam, có nhiều cơng trình nghiên cứu huỳnh quang diệp lục điều kiện môi trường bất lợi số loài như: lạc, lúa, đậu xanh … [7], [10], [28] Trên đối tượng đậu tương cú nhiều cơng trình nghiên cứu huỳnh quang diệp lục [4], [11], [12] Chất diệp lục hấp thu mạnh vùng ánh sáng xanh tím (λ = 430 460nm) vùng ánh sáng đỏ (λ = 620 - 700nm) Ánh sáng xanh lục diệp lục không hấp thu mà phản xạ lại nên ta thấy cõy cú màu xanh Trong ánh sáng mặt trời có ánh sáng diệp lục hấp thu – ánh sáng đỏ xanh tím có khả biến đổi thành lượng hóa học quang hợp mà thơi Để xác định hàm lượng diệp lục lá, đo quang phổ hấp thụ bước sóng xanh tím đỏ Nhưng carotenoit hấp thụ ánh sáng tốt 10 ... giống đậu tương pha hạn pha phục hồi đất bạc màu” nhằm đánh giá khả chịu hạn số giống đậu tương Mục tiêu nhiệm vụ nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu biến đổi huỳnh quang diệp lục hàm lượng. .. diệp lục giống đậu tương gây hạn nhân tạo phục hồi trồng đất bạc màu 2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định huỳnh quang diệp lục hàm lượng diệp lục a, diệp lục b, diệp lục tổng số đậu tương gây hạn. .. hiểu biến đổi hàm lượng diệp lục a, diệp lục b diệp lục tổng số điều kiện thiếu nước phục hồi sau hạn Nghiên cứu góp phần tìm hiểu biến đổi huỳnh quang diệp lục điều kiện thiếu nước phục hồi sau