Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến huỳnh quang diệp lục, hàm lượng prolin và tương quan của chúng ở cây đậu tương

Ở Việt Nam, đậu tương được trồng ở nhiều nơi, tuy nhiên n ng suất chưa cao ch yếu do k thuật canh tác còn lạc hậu và đậu tương thường bị một số bệnh như bệnh rỉ sắt, lở cổ r , bệnh khảm

-∞ -

NGUYỄN THỊ MẬU

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THẤP ĐẾN HUỲNH QUANG DIỆP LỤC, HÀM LƯỢNG PROLIN VÀ TƯƠNG QUAN CỦA CHÚNG

Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật

HÀ NỘI, 2014

-∞ -

NGUYỄN THỊ MẬU

ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ THẤP ĐẾN HUỲNH QUANG DIỆP LỤC, HÀM LƯỢNG PROLIN VÀ TƯƠNG QUAN CỦA CHÚNG

Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp này

Xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ Trung tâm Hỗ trợ và Chuyển giao Công nghệ - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã nhiệt tình giúp đỡ, truyền đạt những kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian thực hiện

đề tài tốt nghiệp

Tôi c ng xin cảm ơn S TS Nguy n V n ã đã đọc và g p ý cho tôi trong quá trình phát triển và hoàn thiện đề tài này in gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo trong Khoa Sinh - KTNN, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã hướng dẫn và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới bạn bè và gia đình đã không ngừng giúp đỡ, chia sẻ và động viên tôi trong suốt quá trình học tập c ng như thực hiện đề tài này

Hà Nội, 15 tháng 5 n m 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Mậu

thấp đến huỳnh quang diệp lục, hàm lượng prolin và tương quan của chúng ở cây đậu tương” là kết quả nghiên cứu c a riêng tôi và không trùng

l p với kết quả c a tác giả khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 05 n m 2014

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Mậu

Bảng 3 1 Hàm lượng prolin µg/g) 33

Bảng 3 2 Huỳnh quang ổn định (F0) 36

Bảng 3 3 Huỳnh quang cực đại (Fm) 36

Bảng 3 4 Huỳnh quang biến đổi Fvm) 37

Hình 1 2 Đoạn thân cây đậu tương 6

Hình 1 3 uá trình phát triển c a cây đậu tương 11

Hình 1 4 Nguồn gốc huỳnh quang diệp lục 19

Hình 1 5 hổ hấp thụ c a chlorophyll a đường liền) và chlorophyll b đường nét đứt) 20

Hình 1 Cấu trúc phân tử prolin 23

Hình 2 1 Các bước chính c a quá trình định lượng prolin tự do 30

bằng phương pháp so màu 30

Hình 2 2 Biểu đồ biểu di n đường chuẩn prolin 32

Hình 3 1 Hàm lượng prolin trong lá đậu tương 34

Hình 3.2 Huỳnh quang ổn định 36

Hình 3 3 Huỳnh quang cực đại 37

Hình 3.4 Huỳnh quang biến đổi 38

Hình 3 5, 3 , 3 7 hương trình hồi quy tuyến tính giữa prolin và F0 c a giống ĐT22, T84 và ĐVN14 40

Hình 3 8, 3 9, 3 10 hương trình hồi quy tuyến tính giữa prolin và Fm c a giống ĐT22, T84 và ĐVN14 40

Ở ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 ục đích và nội dung nghiên cứu 3

2 1 ục đích nghiên cứu 3

2 2 Nội dung nghiên cứu 3

3 ngh a lí luận và thực ti n 3

CHƯƠN 1 TỔN UAN TÀI LIỆU 4

1 1 Tổng quan về cây đậu tương 4

1 1 1 Đ c điểm thực vật học 4

1 1 2 Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển c a cây đậu tương 8

1 1 3 Điều kiện sinh trưởng và phát triển c a cây đậu tương 11

1 1 4 Vai trò cây đậu tương 12

1 2 Những tác động bất lợi c a nhiệt độ thấp tới thực vật 14

1 3 K thuật huỳnh quang diệp lục và ứng dụng trong đánh giá khả n ng chịu nhiệt độ thấp c a cây trồng 18

1 3 1 K thuật huỳnh quang diệp lục 18

1 3 2 Huỳnh quang diệp lục trong điều kiện nhiệt độ thấp 21

1 4 rolin và vai trò đối với thực vật 23

1 4 1 Cấu trúc phân tử prolin 23

1 4 2 Vai trò c a prolin và tính chịu nhiệt độ thấp ở thực vật 23

CHƯƠN 2 ĐỐI TƯỢN VÀ HƯƠN HÁ N HIÊN CỨU 28

2 1 Đối tượng thực vật 28

2 2 hương pháp nghiên cứu 28

2 2 1 hương pháp bố trí thí nghiệm 28

2 2 2 hương pháp xác định chỉ tiêu nghiên cứu 28

3 1 Hàm lượng prolin trong lá đậu tương ở điều kiện nhiệt độ thấp 33

3 2 Huỳnh quang diệp lục c a lá đậu tương trong điều kiện nhiệt độ thấp 35

3 2 1 Huỳnh quang ổn định 35

3 2 2 Huỳnh quang cực đại 36

3 2 3 Huỳnh quang biến đổi 37

3 3 Sự tương quan giữa hàm lượng prolin và các chỉ số huỳnh quang diệp lục c a lá đậu tương trong điều kiện nhiệt độ thấp 38

3 3 1 Sự tương quan giữa hàm lượng prolin và huỳnh quang ổn định 39

3 3 2 Sự tương quan giữa hàm lượng prolin và huỳnh quang cực đại 40

3.3 3 Sự tương quan giữa hàm lượng prolin và huỳnh quang biến đổi 41

K T LU N VÀ KI N N H 42

K T LU N 42

KI N N H 43

TÀI LIỆU THA KH 44

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Đậu tương hay đỗ tương (Glycine max (L.) Merill) là cây công nghiệp

ngắn ngày c giá trị dinh dưỡng và kinh tế cao Hạt đậu tương là nguồn prot in thực vật quan trọng 40 - 50%), lipit (18 - 25%), hydratcacbon (36 - 40%) [2], nhiều loại vitamin và các loại axit amin cần thiết cho con người và động vật Đậu tương c giá trị rất toàn diện, được trồng làm thức n cho con người, gia súc, làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp, cải tạo đất và

t ng n ng suất các cây trồng khác [3]

uê hương c a đậu tương là Đông Nam Á, nhưng 45% diện tích trồng đậu tương và 55% sản lượng đậu tương c a thế giới nằm ở Nước sản xuất 75 triệu tấn đậu tương n m 2000, trong đ hơn 1/3 được xuất khẩu Các nước sản xuất đậu tương lớn khác là Brasil, Arg ntina, Trung uốc và Ấn Độ [54]

ỗi loài cây c yêu cầu nhiệt độ nhất định, đ là nhiệt độ tối ưu cho sự

t ng trưởng và phát triển Nhiệt độ thấp là một trong những str ss phi sinh học, nguyên nhân chính gây mất mùa trên toàn thế giới, giảm n ng suất trung bình c a hầu hết các cây trồng Nhiều loài thực vật c nguồn gốc từ môi trường sống ấm áp bị tổn thương khi tiếp xúc với nhiệt độ thấp Những thực vật này bao gồm ngô, đậu tương, bông, cà chua và chuối Chúng đ c biệt nhạy cảm với nhiệt độ dưới 10 C và c dấu hiệu c a tổn thương Các tổn thương do str ss gây ra ở những thực vật này xuất hiện sau 48 - 72h, tuy nhiên thời gian này thay đổi giữa các thực vật và c ng phụ thuộc vào sự nhạy cảm c a từng loài thực vật với str ss nhiệt độ thấp [28]

Ngày nay, người ta biết rằng một số thực vật nhạy cảm với nhiệt độ thấp như ngô và cà chua, khi tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn ngưỡng nhiệt tối thiểu sẽ làm giảm tổn thương Nhiệt độ môi trường hạ thấp làm giảm trao đổi

chất, chậm tốc độ sinh trưởng, gây tổn thương màng thylacoit nhưng đồng thời c ng g p phần t ng cường, hình thành một số chất dự trữ, bảo vệ ột số yếu tố ảnh hưởng đến sự thích nghi trong điều kiện nhiệt độ thấp, chẳng hạn như các hormon thực vật đ c biệt là axit abscisic (ABA), etylen (ET) và axit gibberellic (GA), protein và cacbohydrat [8]

Ở Việt Nam, đậu tương được trồng ở nhiều nơi, tuy nhiên n ng suất chưa cao ch yếu do k thuật canh tác còn lạc hậu và đậu tương thường bị một

số bệnh như bệnh rỉ sắt, lở cổ r , bệnh khảm vàng, bệnh thối thân, bệnh đốm

đ ảnh hưởng đến n ng suất và phẩm chất c a chúng Chính vì vậy mà việc nghiên cứu khả n ng chịu nhiệt độ thấp để c những giải pháp phù hợp nhằm nâng cao tính chịu nhiệt độ thấp là một vấn đề cần thiết đối với nhiều loại cây trồng đ c biệt là cây đậu tương

Đã c rất nhiều công trình nghiên cứu về khả n ng chịu nhiệt độ thấp

c a thực vật thông qua hàm lượng prolin ở cây đậu tương [50], hồ tiêu [28], ngô [19],…

Ngày nay, k thuật huỳnh quang diệp lục được thực hiện với sự hỗ trợ

c a các loại thiết bị hiện đại cho phép đánh giá nhanh hoạt động c a bộ máy quang hợp ở thực vật Với ưu điểm là mẫu thực vật không bị phá vỡ, thao tác

đo đơn giản, kết quả c độ tin cậy cao, đánh giá nhanh được hoạt động sinh lý

c a thực vật,… o đ , việc nghiên cứu mối tương quan giữa hàm lượng prolin và các chỉ số huỳnh quang diệp lục trong điều kiện nhiệt độ thấp sẽ cho

phép đánh giá nhanh được khả n ng chịu nhiệt độ thấp c a cây đậu tương

c ng như đối tượng thực vật khác bằng k thuật này Từ những lý do trên

chúng tôi chọn đề tài “Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp đến huỳnh quang diệp

lục, hàm lượng prolin và tương quan của chúng ở cây đậu tương”

2 Mục đích và nội dung nghiên cứu

2.1 Mục đích nghiên cứu

hân tích sự tương quan giữa hàm lượng prolin và các tham số huỳnh quang diệp lục trong điều kiện nhiệt độ thấp, qua đ đánh giá nhanh khả n ng chịu nhiệt độ thấp ở cây đậu tương và thực vật bằng k thuật huỳnh quang diệp lục

2.2 Nội dung nghiên cứu

- ác định các tham số huỳnh quang diệp lục (F0, Fm, Fvm) ở giai đoạn ra hoa c a cây đậu tương

- ác định hàm lượng prolin trong lá cây đậu tương ở giai đoạn ra hoa

- hân tích sự tương quan giữa hàm lượng prolin và các tham số huỳnh quang diệp lục

3 ngh a lí luận và thực tiễn

- Nghiên cứu g p phần tìm hiểu mối quan hệ giữa hàm lượng prolin và các chỉ số huỳnh quang diệp lục ở lá đậu tương trong điều kiện nhiệt độ thấp

- Đánh giá nhanh khả n ng chống chịu nhiệt độ thấp c a cây đậu tương

c ng như các loại cây trồng khác bằng k thuật huỳnh quang diệp lục

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tổng quan về cây đậu tương

1.1.1 Đặc điểm thực vật học

Đậu tương Glycine max (L.) Merill) là một loại cây trồng cạn ngắn

ngày c giá trị kinh tế cao [3] Ở Việt Nam, đậu tương là cây trồng quan trọng

vì n d trồng, nhanh thu hoạch, c giá trị toàn diện, đ m lại hiệu quả kinh tế cao

ạng sống và sinh thái: thân thảo 1 n m, lùn C rất nhiều giống trồng khác nhau; tùy th o giống mà chiều cao cây thay đổi từ 40 - 0 cm, chu kỳ sống từ 90 - 120 ngày [1] Cây đậu tương c các đ c điểm thực vật học như sau:

+ đậu tương bao gồm r chính và r phụ

chính c thể n sâu 30 - 50 cm và c thể trên 1 m Trên r chính mọc ra nhiều r phụ phụ cấp 2, cấp 3 tập trung nhiều ở tầng đất 7 - 8 cm, rộng 30 - 40 cm Trên r chính và r phụ c nhiều nốt sần Bộ r phân bố nông sâu, rộng hẹp, số lượng nốt sần ít hay nhiều phụ thuộc vào giống, đất đai, khí hậu và k thuật trồng [3]

H nh 1.1 Rễ cây đậu tương

+ Thân:

Thân cây đậu tương thuộc dạng thân thảo, c hình tròn, trên thân c nhiều lông nhỏ Thân khi còn non c màu xanh ho c màu tím; khi về già chuyển sang màu nâu nhạt àu sắc c a thân khi còn non c liên quan ch t chẽ với màu sắc c a hoa sau này Nếu thân lúc còn non màu xanh thì hoa màu trắng và nếu khi còn non thân c màu tím thì hoa c màu tím đỏ

Thân có trung bình 14 - 15 l ng, các l ng ở phía dưới thường ngắn, các

l ng ở phía trên thường dài vì những l ng phía trên phát triển vào lúc cây đang sinh trưởng nhanh nên thường dài hơn) Tuỳ th o giống và thời vụ gi o

mà chiều dài l ng c sự khác nhau thường biến động từ 3 - 10 cm Cây đậu tương trong vụ hè thường c l ng dài hơn vụ xuân và vụ đông Chiều dài c a

l ng g p phần quyết định chiều cao c a thân Thân cây đậu tương thường cao

từ 0,3 m - 1,0 m [3]

iống đậu tương dại cao 2 - 3 m Những giống thân nhỏ, l ng dài d bị

đổ hay mọc bò thường làm thức n cho gia súc Những giống thân to thường

là thân đứng, c nhiều hạt và chống được gi bão Toàn thân c một lớp lông

tơ ngắn, mọc dày bao ph từ gốc lên đến ngọn và cả cuống lá Những giống

c mật độ lông tơ dày, màu sẫm c sức kháng bệnh, chịu hạn và chịu rét khoẻ Ngược lại, những giống không c lông tơ thường sinh trưởng không bình thường, sức chống chịu kém Thân c lông tơ nhiều ít, dài ngắn, dày thưa là một đ c điểm phân biệt giữa các giống với nhau [3]

H nh 1.2 Đo n thân cây đậu tương

uá trình phát triển c a thân từ lúc mọc đến khi cây c 5 lá thật 3 lá kép) khoảng 25 - 30 ngày sau khi gi o, thân sinh trưởng với tốc độ bình thường Khi cây đã c - 7 lá thật 4 - 5 lá kép) thân bắt đầu phát triển mạnh, tốc độ mạnh nhất vào lúc ra hoa rộ

Sự khác biệt c a cây đậu tương với cây trồng khác là khi cây ra hoa rộ lại là lúc thân cành phát triển mạnh nhất Đây là giai đoạn 2 quá trình sinh trưởng sinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực cạnh tranh nhau dẫn đến kh ng hoảng thiếu dinh dưỡng, cho nên cần phải cung cấp đầy đ dinh dưỡng trước khi vào thời kỳ này và tạo điều kiện cho bộ r phát triển thuận lợi Trong k thuật ch m s c, ta phải vun xới kết hợp với b n thúc phân cho đậu tương vào giai đoạn 3 - 5 lá kép, lúc cây c đầy đ hoa thì sinh trưởng chậm dần rồi dừng hẳn [3]

+ Lá cây đậu tương c 3 loại lá

Lá mầm: lá mầm mới mọc c màu vàng hay xanh lục, khi tiếp xúc với ánh sáng thì chuyển sang màu xanh Hạt giống to thì lá mầm chứa nhiều dinh dưỡng nuôi cây mầm, khi hết chất dinh dưỡng lá mầm khô héo dần, cho nên trong k thuật trồng đậu tương nên làm đất tơi nhỏ và chọn hạt to cây sẽ mọc khoẻ, sinh trưởng tốt

Lá nguyên lá đơn) xuất hiện sau khi cây mọc từ 2 - 3 ngày và mọc phía trên lá mầm Lá đơn mọc đối xứng nhau Lá đơn to, màu xanh bóng là

biểu hiện cây sinh trưởng tốt Lá đơn to, xanh đậm biểu hiện c a một giống c khả n ng chịu rét Lá đơn nhọn, gợn s ng là biểu hiện cây sinh trưởng không bình thường [3]

Lá kép: mỗi lá kép c 3 lá chét, c khi 4 - 5 lá chét Lá kép mọc so le, lá kép thường c màu xanh tươi khi già biến thành màu vàng nâu C ng c giống khi quả chín lá vẫn giữ được màu xanh, những giống này thích hợp trồng làm thức n gia súc hần lớn trên lá c nhiều lông tơ Lá c nhiều hình dạng khác nhau tuỳ th o giống, những giống lá nhỏ và dài chịu hạn khoẻ nhưng thường cho n ng suất thấp [3]

Những giống lá to chống chịu hạn kém nhưng thường cho n ng suất cao hơn Nếu 2 lá kép đầu to và dày thường biểu hiện giống c khả n ng chống chịu rét Số lượng lá kép nhiều hay ít, diện tích lá to hay nhỏ chi phối rất lớn đến n ng suất và phụ thuộc vào thời vụ gi o trồng Các lá nằm cạnh chùm hoa nào ch yếu cung cấp dinh dưỡng cho chùm hoa ấy Nếu vì điều kiện nào đ mà lá bị úa vàng thì quả ở vị trí đ thường bị rụng ho c lép + Hoa đậu tương nhỏ, không hương vị, thuộc loại cánh bướm

àu sắc c a hoa thay đổi tuỳ th o giống và thường c màu tím, tím nhạt ho c trắng Đa phần các giống c hoa màu tím và tím nhạt Hoa phát sinh

ở nách lá, đầu cành và đầu thân [3]

Hoa mọc thành từng chùm, mỗi chùm c từ 1 - 10 hoa và thường c 3 -

5 hoa Hoa đậu tương ra nhiều nhưng tỷ lệ rụng rất cao, khoảng 30% c khi lên tới 80% Hoa đậu tương thuộc loại hoa lưỡng tính trong hoa c nhị và nhụy, mỗi hoa gồm 5 lá đài, 5 cánh hoa c 10 nhị và 1 nhụy

- Đài hoa c màu xanh, nhiều bông

- Cánh hoa: một cánh to gọi là cánh cờ, 2 cánh bướm và 2 cánh thìa

- Nhị đực 9 nhị đực cuốn thành ống ôm lấy vòi nhụy cái và 1 nhị riêng

lẻ

- Nhụy cái bầu thượng, một ng n c 1 - 4 tâm bì noãn) nên thường quả đậu tương c 2 - 3 hạt [3]

Các cánh hoa vươn ra khỏi lá đài từ ngày hôm trước và việc thụ phấn xảy ra vào sáng ngày hôm sau lúc 8 - 9 giờ sáng trước khi nụ ho c hoa chưa

nở hoàn toàn ùa hè hoa thường nở sớm hơn mùa đông và thời gian nở hoa rất ngắn sáng nở, chiều tàn Hoa đậu tương thường thụ phấn trước khi hoa nở Đậu tương là cây tự thụ phấn, tỷ lệ giao phấn rất thấp, chiếm 0,5 - 1%

+ uả và hạt:

Số quả biến động từ 2 đến 20 quả ở mỗi chùm hoa và c thể đạt tới 400 quả trên một cây ột quả chứa từ 1 tới 5 hạt, nhưng hầu hết các giống quả thường từ 2 đến 3 hạt uả đậu tương thẳng ho c hơi cong, c chiều dài từ 2 -

7 cm ho c hơn uả c màu sắc biến động từ vàng trắng tới vàng sẫm, nâu

ho c đ n Lúc quả non c màu xanh nhiều lông c khả n ng quang hợp do c diệp lục), khi chín c màu nâu Hoa đậu tương ra nhiều nhưng tỷ lệ đậu quả thấp 20 - 30%

Hạt c nhiều hình dạng khác nhau hình tròn, hình bầu dục, tròn dẹt, iống màu vàng có giá trị thương phẩm cao Trong hạt, phôi thường chiếm 2%, lá mầm chiếm 90% và vỏ hạt 8% tổng khối lượng hạt Hạt to, nhỏ khác nhau tuỳ th o giống, khối lượng 1000 hạt thay đổi từ 20 - 400 g trung bình từ l00 g - 200 g [3]

1.1.2 Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương

Người ta chia chu kì sống c a cây đậu tương ra 5 thời kì giai đoạn) phát triển như sau

 iai đoạn nảy mầm - cây con:

iai đoạn này được tính từ khi gi o hạt giống xuống đất, hạt hút ẩm trương lên, r mọc ra, thân vươn lên đẩy hai lá mầm lên khỏi m t đất, lá mầm

xò ra, thân mầm tiếp tục phát triển thành thân chính Trong giai đoạn này,

cây con ch yếu sống dựa vào nguồn chất dinh dưỡng dự trữ ở hai lá mầm, đến khi hết chất dinh dưỡng các lá mầm này chuyển dần sang màu vàng rồi rụng Đồng thời, bộ r phát triển đ khả n ng hút nước và chất dinh dưỡng để nuôi cây iai đoạn này, cây dài hay ngắn tùy thuộc ở điều kiện ngoại cảnh Nếu gi o vào vụ hè thì giai đoạn này ngắn hơn giai đoạn ở vụ đông Thông thường, thời gian này khoảng 15 - 20 ngày sau khi gieo Thời kì này quyết định mật độ c a cây con c ng như sức sinh trưởng c a cây đậu tương sau này

 iai đoạn sinh trưởng thân, lá

Thời kỳ này kể từ khi cây con ra được 1 - 2 lá kép tới khi cây bắt đầu ra hoa Thời kỳ đầu c a giai đoạn này cây con sinh trưởng rất chậm, trong khi đ

r c a n lại phát triển nhanh cả về chiều sâu lẫn chiều ngang, các nốt sần được hình thành và phát triển, mở đầu cho hoạt động cố định đạm từ không khí để cung cấp cho cây Đến thời kì cây chuẩn bị ra nụ, ra hoa thì tốc độ sinh trưởng c a cây t ng lên Chính lúc này là mấu chốt để tạo ra thân cây to, mập, các đốt ngắn iai đoạn này dài hay ngắn c ng tùy thuộc vào giống, thời vụ, điều kiện ngoại cảnh, nhưng n i chung vào khoảng 20 - 40 ngày

 iai đoạn ra hoa

iai đoạn này được bắt đầu kể từ khi hoa đầu tiên ra cho đến khi ra hoa cuối cùng Khác với một số cây khác, cây đậu tương khi đã ra hoa thì các

bộ phận khác như r , thân, lá vẫn tiếp tục sinh trưởng và phát triển iai đoạn này sinh trưởng dài hay ngắn tùy thuộc vào đ c tính c a giống là chín sớm hay muộn Thời kì này, cây đậu tương rất mẫn cảm với điều kiện khí hậu thời tiết bất thuận như mưa to, gi lớn, khô, n ng, Lúc đ , m c dù số hoa c a mỗi cây c rất nhiều nhưng số hoa được thụ phấn và kết quả sẽ rất ít, vì thông thường 75% số hoa thường bị thối và rụng

 iai đoạn hình thành quả và hạt

Thời kì c quả non được bắt đầu từ giai đoạn ra hoa uả đầu tiên được hình thành trong vòng 7 - 8 ngày kể từ lúc hoa nở Trong điều kiện bình thường, sau khoảng 3 tuần l là quả phát triển đầy đ Lúc các chùm quả non

đã xuất hiện thì các chất dinh dưỡng trong lá được vận chuyển về nuôi hạt làm cho hạt nảy mầm Vào thời kì này, sự sinh trưởng c a cây chậm lại dần Các yếu tố nhiệt độ, độ ẩm, trong giai đoạn này sẽ c tác động rất lớn đến tốc độ phát triển c a quả và hạt [3]

độ ẩm, dinh dưỡng, đều ảnh hưởng trực tiếp đến hàm lượng prot in

Thời kì này ngắn hơn các thời kì trên và chịu tác động nhiều c a các yếu

tố môi trường Khi vỏ quả c màu vàng ho c vàng nâu là thu hoạch được [3]

H nh 1.3 Qu tr nh ph t tri n của cây đậu tương

1.1 Đi u iện sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương

 Đất:

Cây đậu tương không yêu cầu cao về đất trồng, n i chung loại đất nào trồng được các cây hoa màu, nhất là ngô đều trồng được cây đậu tương Loại đất thích hợp nhất đối với cây đậu tương là loại đất c tầng canh tác sâu, giàu chất hữu cơ Ca, K và pH trung tính, mực nước ngầm sâu, giữ ẩm tốt, d thoát nước, trong đ khả n ng giữ nước, thoát nước c ảnh hưởng nhiều nhất đến khả n ng sinh trưởng, phát triển và n ng suất cây đậu tương Đậu tương chịu

m n và chịu chua kém hơn nhiều cây trồng khác; độ pH c thể phát triển bình thường được là từ 5,0 - 8,0; độ pH thích hợp nhất là ,0 - 7,0 ưới 4,0 và trên 9,5 đậu tương không sống được Ở nước ta, đậu tương c thể trồng trên nhiều loại đất như đất phù sa sông suối, đất đỏ bazan, đất xám, đất vàng đỏ Tây Nguyên và miền núi đông Nam Bộ), đất lúa thịt nhẹ và trung bình), đất nương, đồi bãi [3]

 Nhiệt độ:

Đậu tương c nguồn gốc ôn đới, nhưng không phải là cây trồng chịu rét Từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển c a cây đậu tương c yêu cầu nhiệt độ khác nhau: thời kỳ mọc, nhiệt độ thích hợp nhất là 18 - 22ºC, phạm vi nhiệt

độ tối thiểu và tối đa cho thời kỳ mọc là 10ºC và 40ºC Nhiệt độ thích hợp nhất cho sự sinh trưởng cành lá là 20 - 23ºC, thấp nhất là 15ºC, cao nhất là 37ºC Nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến ra hoa, kết quả; nhiệt độ dưới 10ºC ng n cản sự phân h a hoa, dưới 18ºC đã c khả n ng làm cho quả không đậu Nhiệt

độ thích hợp nhất cho thời kỳ ra hoa là 22 - 25ºC Nhiệt độ thích hợp nhất cho thời kỳ hình thành quả và hạt là 21 - 23ºC, thấp nhất là 15ºC, cao nhất là 35ºC Thời kỳ chín, nhiệt độ thích hợp nhất là 19 - 20ºC Nhiệt độ 25 - 27ºC phù hợp nhất cho vi khuẩn nốt sần [3]

 Độ m, lượng mưa:

Hạt nảy mầm đòi hỏi độ ẩm đất 0 - 5% Nhu cầu nước c a cây đậu tương thay đổi tuỳ th o điều kiện khí hậu, k thuật trồng trọt và thời gian sinh trưởng Cần lượng mưa từ 350 - 600 mm cho cả quá trình sinh trưởng [3]

 Ánh sáng:

Đậu tương c phản ứng với độ dài ngày, các giống khác nhau phản ứng với độ dài ngày khác nhau Ánh sáng ảnh hưởng đến sinh trưởng c a cây trồng ch yếu qua quang hợp và quang phát sinh hình thái [3]

1.1.4 ai tr cây đậu tương

Các giống đậu tương khác nhau ở màu sắc đ n, vàng, đỏ, xanh lục, nâu, đốm), n ng suất và phẩm chất c a hạt C những giống được trồng để n hạt (hạt màu vàng ho c xanh), để n quả non như rau xanh, nhưng c ng c 1 số giống được trồng ch yếu để lấy thân, lá làm thức n cho động vật nuôi hạt màu đ n ho c nâu) [1]

Đậu tương là một cây thực phẩm, cây công nghiệp ngắn ngày, cây làm thức n cho vật nuôi và cây phân xanh cải tạo đất quý Hạt c hàm lượng prot in và lipit rất cao, dùng để ép dầu sử dụng trong công nghiệp và làm thực phẩm, chế biến thành nhiều dạng thức n cho người làm tương, đậu phụ, xì dầu, tào phớ, sữa bột, bánh kẹo, giá) [1]

hân tích thành phần sinh hoá cho thấy, trong hạt đậu tương đang nảy mầm, ngoài hàm lượng vitamin C cao, còn c các thành phần khác như vitamin PP và nhiều chất khoáng khác như Ca, , F , Chính vì thành phần dinh dưỡng cao như vậy nên đậu tương c khả n ng cung cấp n ng lượng khá cao khoảng 4700 cal/kg Hiện nay, từ hạt đậu tương người ta đã chế biến ra được trên 00 sản phẩm khác nhau, trong đ c hơn 300 loại làm thực phẩm được chế biến bằng cả phương pháp cổ truyền, th công và hiện đại dưới dạng tươi, khô và lên m n như làm giá, đậu phụ, tương, xì dầu,… đến các sản phẩm cao cấp khác như cà phê đậu tương, bánh kẹo và thịt nhân tạo, Đậu tương còn là vị thuốc để chữa bệnh, đ c biệt là đậu tương hạt đ n, c tác dụng tốt cho tim, gan, thận, dạ dày và ruột Đậu tương là thức n tốt cho những người

bị bệnh đái đường, thấp khớp, thần kinh suy nhược và suy dinh dưỡng

Ngoài ra, đậu tương còn làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau, làm thức n gia súc và cải tạo đất

Đậu tương là nguyên liệu c a nhiều ngành công nghiệp như chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, dầu bôi trơn trong ngành hàng không, nhưng ch yếu đậu tương được dùng để

ép dầu Hiện nay, trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật Đ c điểm

c a dầu đậu tương khô chậm, chỉ số iốt cao: 120 - 127; ngưng tụ ở nhiệt độ -

15 đến 18oC Từ dầu này, người ta chế ra hàng tr m sản phẩm công nghiệp khác như làm nến, xà phòng, ni lông, [3]

Đậu tương là nguồn thức n tốt cho gia súc, 1 kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức n ch n nuôi Toàn cây đậu tương thân, lá, quả, hạt) c hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân lá tươi c thể làm thức n cho gia súc rất tốt ho c nghiền khô làm thức n tổng hợp c a gia súc Sản phẩm phụ công nghiệp như khô dầu c thành phần dinh dưỡng khá cao: N: 6,2%, P2O5: 0,7%, K2 2,4%, vì thế làm thức n cho gia súc rất tốt

Ngoài ra, đậu tương là cây luân canh cải tạo đất tốt 1 ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng, phát triển tốt để lại trong đất từ 30 - 60 kg Nitơ Trong hệ thống luân canh, nếu bố trí cây đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng tốt đối với cây trồng sau, g p phần t ng n ng suất cả hệ thống cây trồng mà giảm chi phí cho việc b n N Thân, lá đậu tương dùng b n ruộng thay phân hữu cơ rất tốt bởi hàm lượng N trong thân chiếm 0,05%, trong lá: 0,19% [3]

1.2 Những t c động bất lợi của nhiệt độ thấp tới thực vật

Đối với thực vật, nhiệt độ c ảnh hưởng đến hình thái, chức n ng sinh lý

và khả n ng sinh sản N ảnh hưởng tới chức n ng quang hợp, do lục lạp là

cơ quan chịu tác động trực tiếp và nhiều nhất bởi điều kiện nhiệt độ thấp Nhiệt độ thấp làm cho lá cây bị héo m c dù môi trường vẫn đ nước do

nó ức chế sự hút nước c a hệ r và sự vận chuyển nước c a hệ mạch Đồng thời, nhiệt độ thấp c ng gây ức chế quá trình quang hợp c a lá, làm giảm hô hấp, ức chế các quá trình tổng hợp nhất là tổng hợp prot in do các nzim hoạt động yếu Trong điều kiện nhiệt độ thấp, màng nguyên sinh chất bị tổn hại làm t ng tính ngoại thấm, làm thất thoát chất dinh dưỡng c a tế bào [6]

Nhiệt độ thấp ảnh hưởng đến cấu trúc và chức n ng bộ r Sự hút nước

và chất khoáng bị giảm mạnh làm cho cây thiếu nước và chất dinh dưỡng Nhiệt độ thấp làm tổn hại đến màng tế bào, màng các bào quan như: lục lạp,

ty thể, từ đ ảnh hưởng sâu sắc đến các quá trình sinh lý c a cây như: quang hợp, hô hấp Ở các cây chịu nhiệt độ thấp kém, lipid c a màng c tỷ lệ chuỗi axit béo bão hoà cao hơn cây chịu nhiệt độ thấp; do đ khi g p nhiệt độ thấp, màng c khuynh hướng chuyển sang trạng thái bán tinh thể Khi tính lỏng c a màng kém, các prot in c a màng không hoạt động bình thường sẽ ảnh hưởng tới sự vận chuyển các chất, sự biến đổi n ng lượng và hoạt động nzim

Parlovscaia G.I (1948) đã làm thí nghiệm với cây Cốc - xa - ghi

(Taraxacum koksaghyz), thấy rằng trong điều kiện ánh sáng và độ ẩm giống

nhau, nếu để cây ở nhiệt độ oC thì lá xẻ thuỳ sâu, ở nhiệt độ 15 – 18o

C lá không xẻ thuỳ sâu nhưng mép lá có r ng cưa nhỏ Những thí nghiệm đối với một số cây n quả vùng ôn đới như táo, lê cho thấy khi nhiệt độ xuống thấp thì r cây c màu trắng, ít h a gỗ, mô sơ cấp phân h a chậm; ở nhiệt độ thích hợp r c màu, tầng phát sinh hoạt động mạnh tạo nhiều gỗ, b mạch dài; ở nhiệt độ quá cao thì r c màu, gỗ dày cứng và cây chết dần [56]

Tùy th o nơi sống c nhiệt độ cao hay thấp mà cây hình thành nên những bộ phận bảo vệ Cây mọc ở nơi trống trải, cường độ ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao thì cây c vỏ dày, màu nhạt, tầng bần phát triển nhiều lớp c tác dụng cách nhiệt, lá nhỏ, c tầng cutin dày giúp hạn chế sự bốc hơi nước Những cây có thân ngầm dưới đất, khi các phần trên m t đất bị tổn thương, bị chết, từ thân ngầm mọc lên những chồi mới và cây phục hồi Ho c ở những vùng ôn đới, mùa đông cây c hiện tượng rụng lá nhờ đ hạn chế diện tích tiếp xúc với nhiệt độ thấp; cây hình thành nên các vảy bảo vệ chồi, các lớp bần phát triển để cách nhiệt [56]

Thực vật là “cơ thể” biến nhiệt, vì thế các hoạt động sinh lý c a n đều chịu ảnh hưởng c a nhiệt độ môi trường Cây quang hợp tốt ở nhiệt độ 20 -

30oC, nhiệt độ quá thấp hay quá cao đều ảnh hưởng đến quá trình này

Ở nhiệt độ 0o

C, cây nhiệt đới ngừng quang hợp vì diệp lục bị biến dạng, ở nhiệt độ từ 40oC trở lên, sự hô hấp bị ngưng trệ Các cây ôn đới c khả n ng hoạt động trong điều kiện nhiệt độ thấp hơn 0o

C, ví dụ như một số loài tùng, bách, mầm cây vẫn hô hấp khi nhiệt độ xuống - 22oC Quá trình thoát hơi nước c a thực vật c ng chịu ảnh hưởng c a nhiệt độ Khi nhiệt độ không khí càng cao, độ ẩm không khí càng xa độ bão hòa; cây thoát hơi nước mạnh Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt c a nguyên sinh chất t ng lên, áp suất thẩm thấu giảm nên r hút nước kh kh n, không đ cung cấp cho cây Để thích nghi với điều kiện này, cây rụng lá [56]

Nhiệt độ có ảnh hưởng đến quá trình sống c a thực vật Trong những giai đoạn phát triển cá thể khác nhau, nhu cầu nhiệt độ c ng khác nhau Chẳng hạn như ở giai đoạn nảy mầm, hạt cần nhiệt độ thấp hơn thời kỳ nở hoa, vào thời kỳ quả chín đòi hỏi nhiệt độ cao hơn cả Khả n ng chống chịu nhiệt độ bất lợi ở các bộ phận c a thực vật không giống nhau Lá là cơ quan tiếp xúc nhiều và trực tiếp với không khí, do đ chịu sự thay đổi c a nhiệt độ thấp tốt hơn các cơ quan khác

Nhiệt độ xuống thấp thường làm cho vận chuyển nước, chất dinh dưỡng trong cây bị giảm Các tế bào trong cây c ng bị ảnh hưởng, đ doạ sự ổn định

và hoạt động bình thường c a màng tế bào, sinh ra các chất oxi hoá hoạt tính (reactive oxygen species - ROS) rất c hại, tạo ra một số chất gây độc khác cho cây,… và làm thay đổi một số quá trình sinh lý, sinh hoá trong cây, hậu quả là ảnh hưởng tiêu cực tới sự phát triển c a cây trồng [29]

ức độ ảnh hưởng phụ thuộc vào mức độ và thời gian chịu nhiệt độ thấp Khi nhiệt độ trên 0o

C và dưới 20oC, cây trồng bắt đầu phải chịu nhiệt

độ thấp, còn nhiệt dưới 0oC thì cây đã bị ảnh hưởng c a b ng giá Đa số cây trồng ở Việt Nam là cây ưa n ng, chỉ c một số cây c nguồn gốc ôn đới mới

c khả n ng chịu rét như su hào, bắp cải, khoai tây o vậy chúng ch yếu bị

ảnh hưởng bởi nhiệt độ thấp, nhiều loại cây trồng rất nhạy cảm với nhiệt độ thấp như lúa, ngô, đỗ tương, bông và cà chua, nhưng các cây trồng này lại gần như không c khả n ng thích nghi với sự thay đổi c a nhiệt độ xuống thấp này

Cho tới nay, đã c nhiều nghiên cứu tập trung làm rõ cơ chế chống chịu nhiệt độ thấp và b ng giá c a cây trồng để tìm giải pháp hạn chế ảnh hưởng

c a nhiệt độ thấp tới sự phát triển c a cây Các nghiên cứu tập trung vào tác động c a nhiệt độ thấp tới biểu hiện g n, sự hình thành các chất hữu cơ hoà

tan tương ứng trong cây, đường, axit amin, quá trình tổng hợp và biến đổi

trong cây,… từ đ xác định được các đối tượng cần thiết phải tác động để cây

c thể phát triển bình thường trong điều kiện nhiệt độ thấp

Tại Ukrain , một phân tích dữ liệu từ 100 n m qua cho thấy, thực vật chết trong mùa đông do nhiệt độ thấp chiếm 35% [38] Wisniewski và cộng

sự, 1997) cho rằng yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến sự sống s t c a thực vật trong mùa đông ở Ba Lan là nhiệt độ thấp, đ ng b ng và nhi m trùng do nấm gây bệnh [49] Olien (1967) đã phát hiện ra rằng thực vật chết trong mùa đông

do nhiệt độ thấp sau khi b ng tại các mô thực vật tan ra [37]

Bản thân nhiệt độ thấp ho c các yếu tố thứ cấp khác (ABA, các axit béo sucrose và hàm lượng nước) t ng lên để đáp lại với các tín hiệu c a cây, dẫn đến những thay đổi trong màng tế bào, prot in ho c thụ thể hormon ABA, các quy định g n liên quan đến sức chống chịu nhiệt độ thấp [23]

Những cây chịu nhiệt độ thấp c độ nhớt giảm, trao đổi chất mạnh, các quá trình tổng hợp nhất là tổng hợp prot in xảy ra mạnh hơn cây không chịu nhiệt độ thấp Cùng một loại cây nhưng sống ở các vùng địa lý khác nhau hay các cơ quan trong cùng một cây c khả n ng chịu nhiệt độ thấp khác nhau

1.3 Kỹ thuật huỳnh quang diệp lục và ứng dụng trong đ nh gi khả năng chịu nhiệt độ thấp của cây trồng

1.3.1 Kỹ thuật huỳnh quang diệp lục

K thuật huỳnh quang là phương pháp lý sinh khai thác hiện tượng huỳnh quang Trong nhiều thập kỷ, huỳnh quang đã được sử dụng rộng rãi trong sinh học tế bào để nghiên cứu cấu trúc và quá trình c a tế bào, đ c biệt

là trong các tế bào sống [55]

Huỳnh quang diệp lục là một thông số phản ánh trạng thái sinh lý c a bộ máy quang hợp trong điều kiện môi trường bất lợi như hạn hán, lạnh, n ng, nhiệt độ thấp, ánh sáng và str ss muối [12]

hương pháp phân tích huỳnh quang diệp lục cho phép xác định nhanh

tính chống chịu c a thực vật dưới tác động c a điều kiện bất lợi ở trạng thái in

vivo mà không gây tổn thương cho cây trồng trong quá trình nghiên cứu

Huỳnh quang được sử dụng ch yếu để ước tính hàm lượng chất diệp lục

và sắc tố prot in, sự ổn định c a màng thylakoid, Tuy nhiên, mối quan hệ giữa chất diệp lục và huỳnh quang trong cơ thể thay đổi th o thời gian và không gian Các quá trình này bao gồm những thay đổi mức độ loài, nồng độ chất dinh dưỡng, bức xạ, [21]

Áp dụng những k thuật hiện đại giúp người ta thu được những kết quả quan trọng cho phép giải thích nguồn gốc và hiểu sâu sắc về cơ chế c a hiện tượng huỳnh quang Nghiên cứu về huỳnh quang diệp lục cho biết việc các prot in trong quang hệ II bị hư hại và trực tiếp làm biến đổi tham số huỳnh quang diệp lục

Cơ ở khoa học của phương ph p huỳnh quang diệp lục:

Khi một lá cây hấp thụ ánh sáng, một chuỗi phản ứng bắt đầu hoạt động uá trình này được gọi là quang hợp Trong quá trình quang hợp, n ng lượng bức xạ được chuyển thành n ng lượng h a học nhờ một số cơ chế vật

lý và h a học uá trình này bắt đầu với chất diệp lục hấp thụ ánh sáng bởi các phân tử ng - t n Trong bước tiếp th o n ng lượng bức xạ được chuyển thành n ng lượng cho phản ứng quang h a, ho c bị mất đi ch yếu ở dạng nhiệt và bức xạ ối quan hệ giữa “bẫy” n ng lượng photon, n ng lượng oxy

h a khử gây ra dòng điện tử và quá trình quang h a), bức xạ hồng ngoại và huỳnh quang được thể hiện ở hình 1.4

Hình 1.4 Nguồn gốc huỳnh quang diệp lục

Lá thực vật chứa 2 loại diệp lục chính là: diệp lục a và diệp lục b Trong ánh sáng trắng, chúng xuất hiện màu xanh lá cây gr n) vì chúng hấp thụ bước s ng c a ánh sáng màu xanh (blue) và đỏ c a quang phổ mà không hấp thụ ánh sáng xanh lá cây gr n) (hình 1.5)

Hệ thống ánh sáng diệp lục a Bức xạ kích thích quang hợp

N ng lượng

Hình 1.5 Phổ hấp thụ của chlorophyll a (đường liền) và chlorophyll b

(đường nét đứt)

Khi ánh sáng chiếu sáng trên lá thực vật, chỉ c n ng lượng c a ánh sáng màu xanh lục và đỏ sẽ được hấp thụ bởi các diệp lục này ột phần n ng lượng sẽ được sử dụng cho các phản ứng h a học trong quang hợp N ng lượng không được sử dụng sẽ được “tiêu phí” N ng lượng bị mất đi là ánh sáng chứa n ng lượng thấp hơn so với ánh sáng hấp thụ, c bước s ng dài hơn gọi là bức xạ huỳnh quang (theo định luật lanck) Vì vậy, bước s ng phát xạ huỳnh quang dài hơn bước s ng c a ánh sáng hấp thụ bởi bộ lá thực vật

Trong thực vật bậc cao, phần lớn huỳnh quang từ phân tử diệp lục a, có liên quan đến hệ thống ánh sáng II, một phát xạ huỳnh quang cao cho một bước s ng 710 nm và liên quan đến hệ thống ánh sáng I S I) o đ , hiệu quả hoạt động c a cả hai hệ thống ánh sáng c thể đánh giá bằng tỷ lệ huỳnh quang

Thông ố huỳnh quang diệp lục và tre thực vật

 F 0 : bị ảnh hưởng bởi các str ss c a môi trường, gây biến đổi sắc tố c a S

II

 F v : sự khác biệt Fm - F0 gọi là huỳnh quang biến đổi Thông thường giá trị này được hạ xuống do str ss môi trường, mà nguyên nhân là gây hư hại trên thylakoid