Nghiên cứu một số đáp ứng sinh lý, hóa sinh liên quan đến phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương nam đàn (glycine max (l ) merr ) đối với rệp muội đen (aphis craccivora koch)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRẦN NGỌC TOÀN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐÁP ỨNG SINH LÝ, HÓA SINH LIÊN QUAN ĐẾN PHẢN ỨNG TỰ BẢO VỆ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG NAM ĐÀN (Glycine max (L.) Merr.) ĐỐI VỚI RỆP MUỘI ĐEN (Aphis craccivora Koch) LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC HÀ NỘI - 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRẦN NGỌC TOÀN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐÁP ỨNG SINH LÝ, HÓA SINH LIÊN QUAN ĐẾN PHẢN ỨNG TỰ BẢO VỆ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG NAM ĐÀN (Glycine max (L.) Merr.) ĐỐI VỚI RỆP MUỘI ĐEN (Aphis craccivora Koch) Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật Mã số: 9420112 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trần Thị Thanh Huyền PGS.TS Mai Văn Chung HÀ NỘI - 2023 i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết có luận án trung thực Các tài liệu tham khảo, trích dẫn có nguồn gốc xuất xứ rõ ràng Tơi xin chịu trách nhiệm hồn tồn cơng trình nghiên cứu Tác giả Trần Ngọc Tồn ii LỜI CẢM ƠN Luận án hoàn thành phịng thí nghiệm trường Đại học Vinh số đơn vị phối hợp Trong q trình nghiên cứu, tơi nhận giúp đỡ vô quý báu từ tập thể cá nhân Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy cô hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Thị Thanh Huyền PGS.TS Mai Văn Chung tận tâm giúp đỡ, hướng dẫn tơi q trình nghiên cứu, thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô, nhà khoa học Tổ Bộ môn Sinh lý thực vật ứng dụng, Ban Chủ nhiệm Khoa Sinh học; Phòng Sau đại học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội giúp đỡ tơi q trình học tập hồn thành luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Viện Hóa học hợp chất thiên nhiên Viện Công nghệ Sinh học trực thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Trường Đại học Khoa học sống POZNAN (Ba Lan) phối hợp phân tích số tiêu sinh hóa Tơi xin chân thành cảm ơn Trung tâm khuyến nông huyện Nam Đàn; Viện Sinh thái Tài nguyên Sinh vật (Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam) cung cấp giống đậu tương Nam Đàn nguồn rệp muội đen làm vật liệu nghiên cứu cho thí nghiệm liên quan đến đề tài Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Nông nghiệp Tài nguyên; Trung tâm thực hành thí nghiệm thuộc trường Đại học Vinh thầy cô giáo giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập nghiên cứu đề tài Cuối cùng, xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, người thân, em cựu sinh viên bạn bè giúp đỡ, động viên tơi q trình học tập hoàn thành luận án Hà Nội, tháng năm 2023 Tác giả luận án Trần Ngọc Toàn iii MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đóng góp luận án Cấu trúc luận án CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cây đậu tương 1.1.1 Đặc điểm sinh học 1.1.2 Giá trị kinh tế đậu tương 1.1.3 Tình hình sản xuất đậu tương giới Việt Nam 1.1.4 Giống đậu tương Nam Đàn 1.2 Rệp muội đen ảnh hưởng sản xuất nông nghiệp 1.2.1 Rệp muội đen (Aphis craccivora Koch) 1.2.2 Ảnh hưởng rệp lồi trùng chích hút khác trồng 1.3 Sự tương tác chế tự bảo vệ trồng rệp 1.3.1 Tác động rệp lên trồng 1.3.1.1 Qúa trình xâm nhập 1.3.1.2 Thành phần nước bọt rệp 1.3.2 Các phân tử tín hiệu chế tự bảo vệ trồng rệp tác động 1.3.2.1 Các chất kích kháng nước bọt rệp 1.3.2.2 Các gen kháng 1.3.2.3 Phản ứng thực vật trước công rệp 1.3.2.4 Các chế phòng vệ họ Đậu 1.3.3 Q trình chuyển hóa/tổng hợp phân tử tín hiệu trồng rệp tác động 1.3.3.1 Jasmonic acid 1.3.3.2 Salicylic acid 1.3.3.3 Hydrogen peroxide iv 1.3.3.4 Gốc tự superoxide CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2.1.1 Cây giống đậu tương Nam Đàn 2.1.2 Rệp muội đen 2.2 Phạm vi nghiên cứu 2.3 Nội dung nghiên cứu 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 2.4.2 Phương pháp phân tích tiêu 2.4.2.1 Phương pháp phân tích tiêu ảnh hưởng rệp muội đen đến tế bào đậu tương Nam Đàn 2.4.2.2 Phương pháp phân tích tiêu hàm lượng phân tử tín hiệu đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 2.4.2.3 Phương pháp phân tích tiêu hoạt độ số enzyme tổng hợp/chuyển hóa phân tử tín hiệu đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 2.4.2.4 Phương pháp xác định protein 2.4.2.5 Hóa chất dùng cho phân tích 2.4.3 Xử lý số liệu CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng rệp muội đen đến tế bào đậu tương Nam Đàn 3.1.1 Tổn thương tế bào đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.1.2 Sự peroxide hóa lipid màng tế bào đậu tương Nam Đàn tác động rệp muội đen 3.2 Sự thay đổi hàm lượng phân tử tín hiệu đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.2.1 Các dạng oxy hoạt hóa đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.2.1.1 Gốc tự superoxide đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.2.1.2 Hydrogen peroxide đậu tương Nam Đàn rệp muội đen v tác động 3.2.2 Salicylic acid đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.2.3 Jasmonic acid đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3 Hoạt độ số enzyme tổng hợp/chuyển hóa phân tử tín hiệu đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3.1 Enzyme chuyển hóa dạng oxy hoạt hóa đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3.1.1 Enzyme superoxide dismutase đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3.1.2 Enzyme catalase đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3.2 Enzyme tổng hợp salicylic acid đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3.2.1 Enzyme phenylalanine ammonia-lyase biểu gene PAL 3.3.2.2 Enzyme benzoic 2-hydroxylase đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động 3.3.3 Enzyme tổng hợp jasmonic acid đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động (enzyme lipoxygenase) KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 1.PL vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt ABA BA2H CAT CT ET FW GA HR JA KH & CN LOX MeJA O2.OPDA PAL PFI POX ROS R (R1 … Rn) SA SAR SOD TG UBND V (V1 … Vn) VE VC NBT TBARS TCA Viết đầy đủ Abscisic acid Benzoic 2-hydroxylase Catalase Công thức Ethylene Fresh weight Gibberellic acid Hypersensitive response Jasmonic acid Khoa học & Công nghệ Lipoxygenase Methyl jasmonate Superoxide anion 12-oxo – phytodienoic acid Phenylalanine ammonialyase Phloem feeding insects Peroxidase Reactive oxygen species Reproductive stages Salicylic acid Systemic acquired resistance Superoxide dismutase Thời gian Ủy ban nhân dân Vegetative stages Nghĩa tiếng Việt Abscisic acid Enzyme benzoic 2-hydroxylase Enzyme catalase Công thức Ethylene Khối lượng tươi Gibberellin Phản ứng siêu nhạy cảm Jasmonic acid Khoa học công nghệ Enzyme lipoxygenase Methyl jasmonate Gốc tự superoxide 12-oxo – phytodienoic acid Enzyme phenylalanine ammonia-lyase Cơn trùng chích hút nhựa Enzyme peroxidase Các dạng oxy hoạt hóa Giai đoạn sinh trưởng sinh thực Salicylic acid Tính kháng tập nhiễm hệ thống Enzyme superoxide dismutase Thời gian Ủy ban nhân dân Giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng từ V1 đến Vn Vegetative stage emerges Giai đoạn nảy mầm (xuất mầm) Vegetative stage cotyledon Giai đoạn mọc (xuất đơn nguyên) Nitro blue tetrazolium Dung dịch nitro blue tetrazolium chloride chloride Thiobarbituric Thiobarbituric acid Trichloroacetic Trichloroacetic acid vii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1 Sản xuất đậu tương giới theo khu vực (năm 2020) Bảng 1.2 Một số quốc gia sản xuất đậu tương lớn giới (năm 2020) Bảng 1.3 Nhập đậu tương Việt Nam qua năm Bảng 1.4 Diện tích, suất sản lượng đậu tương Việt Nam (từ 2015 đến 2020) Bảng 1.5 Diện tích, suất sản lượng đậu tương Nghệ An Bảng 3.1 Tổn thương tế bào đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động Bảng 3.2 Hàm lượng thiobarbituric acid đậu tương Nam Đàn Bảng 3.4 Hàm lượng hydrogen peroxide đậu tương Nam Đàn Bảng 3.5 Hàm lượng salicylic acid đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động Bảng 3.6 Hàm lượng jasmonic acid đậu tương Nam Đàn Bảng 3.7 Hoạt độ enzyme superoxide dismutase đậu tương Nam Đàn Bảng 3.8 Hoạt độ enzyme catalase đậu tương Nam Đàn Bảng 3.9 Hoạt độ enzyme phenylalanine ammonia-lyase đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động Bảng 3.10 Hoạt độ enzyme benzoic 2-hydroxylase đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động Bảng 3.11 Hoạt độ enzyme lipoxygenase đậu tương Nam Đàn rệp muội đen tác động viii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Biểu đồ 3.1 Biểu đồ 3.2 Biểu đồ 3.3 Biểu đồ 3.4 Biểu đồ 3.5 Biểu đồ 3.6 Biểu đồ 3.7 Biểu đồ 3.8 Biểu đồ 3.9 Biểu đồ 3.10 Biểu đồ 3.11 Biểu đồ 3.12 Biểu đồ 3.13 Biểu đồ 3.14 Biểu đồ 3.15 Biểu đồ 3.16 Tổn thương tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 20 rệp giai đoạn sinh trưởng Tổn thương tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 30 rệp giai đoạn sinh trưởng Sự peroxide hóa lipid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 10 rệp giai đoạn sinh trưởng Sự peroxide hóa lipid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 20 rệp giai đoạn sinh trưởng Sự peroxide hóa lipid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 30 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng gốc tự superoxide tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 10 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng gốc tự superoxide tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 20 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng gốc tự superoxide tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 30 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng hydrogen peroxide tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 10 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng hydrogen peroxide tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 20 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng hydrogen peroxide tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 30 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng salicylic acid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 10 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng salicylic acid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 20 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng salicylic acid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 30 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng jasmonic acid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 10 rệp giai đoạn sinh trưởng Hàm lượng jasmonic acid tế bào đậu tương Nam Đàn gây nhiễm 20 rệp giai đoạn sinh trưởng