Ảnh hưởng nhiệt độ và độ ẩm đến quang hợp, thoát hơi nước và huỳnh quang diệp lục của cây Địa liền

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 NGUYỄN ANH SƠN ẢNH HƯỞNG NHIỆT ĐỘ VÀ ĐỘ ẨM ĐẾN QUANG HỢP, THOÁT HƠI NƯỚC VÀ HUỲNH QUANG DIỆP LỤC CỦA CÂY ĐỊA LIỀN (KAEMPFERIA GALANGA L.) Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 60 42 30 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN VĂN MÃ HÀ NỘI, 2009 2 LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn khoa học, dạy bảo tận tình của PGS. TS Nguyễn Văn Mã. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới Thầy. Tôi xin chân trọng cảm ơn Ban lãnh đạo trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Ban lãnh đạo khoa Sinh – KTNN, Trung tâm Hỗ trợ Nghiên cứu khoa học và Chuyển giao công nghệ trường đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cha mẹ, những người thân và bạn bè của tôi đã hết lòng chia sẻ, giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành luận văn này. Một lần nữa, tôi xin chân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày … tháng … năm 2009 Nguyễn Anh Sơn 3 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1 Kết quả thí nghiệm thăm dò biên độ nhiệt 26 Bảng 3.2 Kết quả thí nghiệm thăm dò biên độ độ ẩm 26 Bảng 3.3 Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí tới cường độ thoát hơi nước 33 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí tới cường độ quang hợp 34 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí lên huỳnh quang diệp lục 35 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến cường độ thoát hơi nước 40 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của độ ẩm không khí tới cường độ quang hợp 43 Bảng 3.8. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí tới huỳnh quang diệp lục 51 4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 3.1 Mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí với cường độ thoát hơi nước 28 Hình 3.2 Mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí với cường độ quang hợp 30 Hình 3.3 Mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí với giá trị huỳnh quang ổn định 36 Hình 3.4 Mối quan hệ giữa nhiệt độ với giá trị huỳnh quang cực đại 37 Hình 3.5 Mối quan hệ giữa nhiệt độ với hiệu suất huỳnh quang biến đổi 38 Hình 3.6 Mối quan hệ giữa độ ẩm không khí với cường độ thoát hơi nước 41 Hình 3.7 Mối quan hệ giữa độ ẩm không khí với cường độ quang hợp 44 Hình 3.8 Mối quan hệ giữa độ ẩm không khí với huỳnh quang ổn định 47 Hình 3.9 Mối quan hệ giữa độ ẩm không khí với huỳnh quang cực đại 48 Hình 3.10 Mối quan hệ giữa độ ẩm không khí với hiệu suất huỳnh quang biến đổi 48 5 MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 5. Phương pháp nghiên cứu 3 6. Giả thuyết khoa học 3 7. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn 3 NỘI DUNG CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Đặc điểm sinh trưởng phát triển, yêu cầu sinh thái và giá trị của cây Địa liền 4 1.2. Huỳnh quang diệp lục ở thực vật 6 1.3. Quá trình quang hợp ở cây xanh 9 1.4. Quá trình thoát hơi nước ở thực vật 14 1.5. Lịch sử nghiên cứu vấn đề ảnh hưởng một số yếu tố sinh thái tới các quá trình sinh lý của thực vật 17 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu 22 2.2. Phương pháp nghiên cứu 22 2.2.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 22 2.2.2. Bố trí thí nghiệm 22 2.2.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 24 2.2.4. Phương pháp xử lý số liệu thống kê 25 6 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả thí nghiệm thăm dò biên độ nhiệt và độ ẩm không khí 26 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí tới quá trình thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục 27 3.2.1. Cường độ thoát hơi nước 27 3.2.2. Cường độ quang hợp 29 3.2.3. Huỳnh quang diệp lục 31 3.3. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí tới quá trình thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục 39 3.3.1. Cường độ thoát hơi nước 39 3.3.2. Cường độ quang hợp 42 3.3.3. Huỳnh quang diệp lục 45 3.3. Đánh giá chung về ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độvà độ ẩm không khí đến quá trình thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục 49 KẾT LUẬN 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC 7 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cây Địa Liền (Kaempferia galanga Linn) thuộc chi Kaempferia họ Gừng (Zingiberaceae) là một loại cây thuốc đã được ghi vào Dược điển Việt Nam (1983), và dược điển Trung Quốc (1963), (1997) với các thành phần hoá học có tinh dầu thơm, trong đó thành phần chủ yếu là bormeol, metyl p.coumaric, acid etyl este, cin-namic acid etyl, cineol, cinnamic aldehyd có giá trị rất lớn trong việc chế tạo dược phẩm [1], [12], [19]. Ở Việt Nam, Địa liền được nhân dân ta trồng và sử dụng từ rất sớm. Nó thường được dùng làm thuốc trợ giúp tiêu hóa, giúp ăn ngon miệng, chóng tiêu và còn dùng làm thuốc xông, ngâm rượu dùng xoa bóp chữa tê phù, tê thấp, nhức đầu, đau nhức… Ngoài ra nó còn có tác dụng ôn trung tán hàn, trừ thấp, tránh uế, chữa ngực bụng lạnh đau, đau răng [12]. Cây Địa liền dễ trồng , có khả năng thích nghi tương đối rộng với các loại đất trồng và nhiều vùng khí hậu khác nhau. Hiện nay, Địa liền được trồng đại trà ở một số tỉnh trong nước như Phú Thọ, Yên Bái, Tuyên Quang, Thái Bình, Hà Nam, Bắc Giang… và được thu mua bán sang Trung Quốc, Ma-lai- xia, Ấn Độ… Do vậy, Địa liền có thể là một trong những mặt hàng nông phẩm đáp ứng được nhu cầu kinh tế của người nông dân [5]. Vấn đề cơ bản hạn chế việc phổ biến đại trà cây Địa liền ở Việt Nam là điều kiện khí hậu. Do nước ta có địa hình đa dạng, diễn biến khí hậu phức tạp nên khó có thể đưa ra trồng đại trà khi chưa nghiên cứu mức ảnh hưởng của các yếu tố sinh thái lên khả năng sinh trưởng, phát triển và khả năng chống chịu của cây trồng. Các nghiên cứu tìm hiểu mối liên hệ giữa các yếu tố sinh thái với các quá trình sinh lý trong cơ thể thực vật trên thế giới nói chung và Việt Nam nói 8 riêng ngày càng được mở rộng. Với sự tiến bộ của kĩ thuật hiện đại, các nhà khoa học có điều kiện đi sâu tìm hiểu bản chất của các mối liên hệ giữa các yếu tố môi trường với cơ thể thực vật như: ảnh hưởng của nhiệt độ, độ ẩm không khí, ánh sáng, lượng nước… đến khả năng quang hợp, sự phát triển của hạt, chất lượng nông phẩm, hô hấp… [32], [33], [53]. Một số cơ chế hóa sinh và sinh học phân tử cũng đã được nghiên cứu như: xác định bản chất protein trong cấu trúc bộ máy quang hợp [10], xác định vị trí của gen liên quan đến quá trình chịu nhiệt, quá trình điều chỉnh áp suất… [46]. Tuy nhiên, việc nghiên cứu một cách hệ thống và sâu sắc về các biến đổi sinh lý, hóa sinh của cây dưới tác động của các yếu tố môi trường và bản chất của các mối liên hệ đó còn chưa đầy đủ. Với tinh thần đó, chúng tôi xác định nhiệm vụ nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý như quá trình thoát hơi nước, quá trình quang hợp, huỳnh quang diệp lục dưới ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ, độ ẩm tới các quá trình thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục của cây Địa liền. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu Xác định sự biến đổi cường độ thoát hơi nước, cường độ quang hợp và khả năng huỳnh quang của Địa liền dưới tác động của hai yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: cây Địa liền, tên khoa học là Kaempferia galanga L. thuộc chi Kaempferia họ Gừng (Zingiberaceae). - Phạm vi nghiên cứu: Có nhiều yếu tố môi trường ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của cây nhưng trong phạm vi đề tài này tôi chỉ nghiên cứu sự ảnh hưởng của yếu tố 9 nhiệt độ và độ ẩm không khí. Tuy nhiên mỗi yếu tố này lại ảnh hưởng tới nhiều quá trình sinh lý của cây, ở đây tôi tập trung nghiên cứu ảnh hưởng tới ba quá trình: thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục của cây Địa liền. 5. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 6. Giả thuyết khoa học Sự biến đổi của các quá trình thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục có mối liên hệ chặt chẽ với sự biến đổi của các yếu tố môi trường nhiệt độ và độ ẩm không khí. 7. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài Tìm hiểu về mối liên hệ giữa các quá trình sinh lý của cây với các nhân tố sinh thái. Kết quả nghiên cứu có thể làm cơ sở khoa học cho việc đưa Địa liền trồng vào vùng sinh thái phù hợp. 10 NỘI DUNG CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Đặc điểm sinh trưởng phát triển, yêu cầu sinh thái và giá trị của cây Địa liền Cây Địa liền còn gọi là Sơn nại, Tam nại, Thiền liền, Sa khương. Tên khoa học là Kaempferia galanga L. thuộc chi Kaempferia họ Gừng (Zingiberaceae). Địa liền được trồng phổ biến tại một số nước như Ấn Độ, Malaysia, Trung Quốc, Lào, Campuchia…Vùng đồi núi ta có nhiều địa liền mọc hoang (Phú Thọ, Yên Bái, Tuyên Quang ) và được trồng nhiều ở Thái Bình, Hà Nam, Bắc Giang… Sở dĩ có tên Địa liền vì lá mọc sát đất. Địa liền là một loại cỏ nhỏ, sống lâu năm, thân rễ hình củ nhỏ bám vào nhau, hình trứng, chứa nhiều chất dự trữ chủ yếu là các loại tinh dầu trong đó thành phần chủ yếu là bormeol, metyl p.coumaric, acid etyl este, cin-namic acid etyl, cineol, cinnamic aldehyd [1], [19]. Lá khá rộng, hai hoặc ba lá mọc sát đất, hình trứng, phía cuống hẹp lại thành một cuống dài độ 1 – 2cm, mặt trên xanh lục và nhẵn, mặt dưới có lông mịn, cả hai mặt đều có những điểm nhỏ, dài rộng gần bằng nhau, chừng 8 – 15cm. Lá cũng gồm có bẹ dài ôm lấy nhau làm thành thân giả, cuống ngắn và phiến lớn, giữa cuống và bẹ lá cũng có phần phụ gọi là lưỡi nhỏ. Thân lá có mùi thơm. Cụm hoa mọc ở giữa, không cuống, gồm 8 – 10 hoa màu trắng với những điểm tím ở giữa. Hoa không đều, đài hình ống, màu lục, tràng hình ống, phía trên chia 3 thùy, thùy giữa lớn hơn hai thùy bên. Chỉ có một nhị sinh sản (ở vòng trong) với hai bao [...]... được biên độ nhiệt độ và độ ẩm để sử dụng trong thí nghiệm thực là 10C nhiệt độ và 8% độ ẩm 33 3.2 ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ KHÔNG KHÍ TỚI QUÁ TRÌNH THOÁT HƠI NƯỚC, QUANG HỢP VÀ HUỲNH QUANG DIỆP LỤC 3.2.1 Cường độ thoát hơi nước Thoát hơi nước là quá trình sinh lý phức tạp chịu ảnh hưởng rất lớn của các yếu tố sinh thái, đặc biệt là nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến áp suất hơi nước bão hòa Nhiệt độ tăng... pha sáng và pha tối của quang hợp đều rất nhạy cảm với nhiệt độ Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ vận chuyển của điện tử trên chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp, ảnh hưởng đến các phản ứng sinh hóa trong pha tối Ngoài ra nhiệt độ còn ảnh hưởng đến quá trình hình thành diệp lục và phân hủy của diệp lục Chúng tôi tiến thành đo cường độ quang hợp của Địa liền ở từng mốc nhiệt độ khi cho tăng nhiệt độ từ 5... tăng Tốc độ tăng của cường độ thoát hơi nước khá đều Khi nhiệt độ tăng từ 50C đến 150C thì cường độ thoát hơi nước tăng từ 0,73 đến 2,05 (≈ 2,8 lần), từ 150C đến 250C cường độ thoát hơi nước tăng từ 2,05 đến 4,1 (≈ 2 lần) còn từ 250C đến 370C nhiệt độ tăng từ 4,1 đến 8,16 (≈ 2) Như vậy có thể thấy quá trình thoát hơi nước cũng tuân theo quy luật của nhiệt động học và Q10 của quá trình thoát hơi nước là... f) tăng và làm tốc độ thoát hơi nước tăng lên như đã nói ở trên Ithn 49 45 41 37 33 29 25 21 17 13 9 5 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 t0 C Hình 3.1 Mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí với cường độ thoát hơi nước của cây Địa liền Tuy nhiên cường độ thoát hơi nước đạt cực thuận ở 370C sau đó khi tiếp tục tăng nhiệt độ thì cường độ thoát hơi nước lại giảm xuống Nhìn vào đồ thị có thể thấy tốc độ thoát hơi nước giảm... tự với độ ẩm, từ 0% đến 100%, ta chia thành 30 các khoảng độ ẩm cách đều nhau với khoảng chênh lệch là 8% Tại mỗi mốc độ ẩm, tiến hành đo các chỉ số quang hợp, thoát hơi nước và huỳnh quang diệp lục Phép đo được thực hiện sau khi điều kiện nhiệt độ, độ ẩm của buồng khí hậu nhân tạo đạt mức ổn định 30 phút 2.2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu - Xác định huỳnh quang diệp lục Huỳnh quang diệp lục được... lên và vận tốc thoát hơi nước của lá cũng tăng lên Ngược lại, nhiệt độ giảm thì F giảm và thoát hơi nước cũng chậm lại Tuy nhiên nếu nhiệt độ quá cao thì khí khổng buộc phải đóng lại nên thoát hơi nước cũng giảm Đây là trường hợp giảm sút thoát hơi nước vào các buổi trưa hè Chúng tôi tiến hành đo cường độ thoát hơi nước tại mỗi điểm nhiệt độ khi cho nhiệt độ không khí tăng từ 50 – 500C nhằm tìm hiểu ảnh. .. chọn ra được biên độ nhiệt độ và độ ẩm phù hợp, tiến hành thí nghiệm như sau: Cây cũng được trồng trong 4 chậu tương ứng với 4 lần nhắc lại với chế độ chăm bón giống nhau và được đặt trong buồng khí hậu nhân tạo Tiến hành đo các chỉ số cường độ thoát hơi nước, cường độ quang hợp, huỳnh quang diệp lục của lá Địa liền như sau: Điều chỉnh nhiệt độ từ 50C tăng dần đến 500C, cứ mỗi một độ ta tiến hành đo... chế lượng nước thoát ra Đây là cơ chế sinh học điều hòa thoát hơi nước bằng cơ chế đóng mở khí khổng 35 Như vậy, cường độ thoát hơi nước có sự phụ thuộc với nhiệt độ không khí và sự phụ thuộc này là có giới hạn Khi nhiệt độ tăng lên thì cường độ thoát hơi nước cũng tăng lên đến giới hạn cực đại ở 370C sau đó cường độ thoát hơi nước giảm xuống khi nhiệt độ tiếp tục tăng lên 3.2.2 Cường độ quang hợp... so với lượng nước mà cây cần cho các hoạt động sống và sinh lý trong cơ thể Người ta đã tính toán cho thấy rằng 99% lượng nước hút vào bị thoát ra ngoài thông qua quá trình thoát hơi nước trong suốt mùa sinh trưởng của cây Sự thoát hơi nước tạo điều kiện cho cây lấy CO2 từ môi trường vào để thực hiện quang hợp Do tính chất đối lập của quá trình thoát hơi nước (vai trò của nó) và ảnh hưởng của cơ chế... độ quang hợp Qua bảng và đồ thị cũng có thể thấy nhiệt độ tối ưu của quang hợp ở cây Địa liền là 250C – 300C Đây là khoảng nhiệt độ mà ở đó cường độ quang hợp của cây có thể đạt ≥ 90% cường độ quang hợp cực đại Khi vượt quá nhiệt độ tối ưu (t0 ≥ 300C) thì cường độ quang hợp giảm dần Tốc độ giảm của cường độ quang hợp là không đều Từ 300C – 400C cường độ quang hợp giảm từ 36,05 đến 17,06 (≈ 2,1 lần), . cường độ quang hợp 34 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của nhiệt độ không khí lên huỳnh quang diệp lục 35 Bảng 3.6 Ảnh hưởng của độ ẩm không khí đến cường độ thoát hơi nước 40 Bảng 3.7 Ảnh hưởng của độ ẩm. Cường độ thoát hơi nước 27 3.2.2. Cường độ quang hợp 29 3.2.3. Huỳnh quang diệp lục 31 3.3. Ảnh hưởng của độ ẩm không khí tới quá trình thoát hơi nước, quang hợp và huỳnh quang diệp lục 39. trình thoát hơi nước, quá trình quang hợp, huỳnh quang diệp lục dưới ảnh hưởng của yếu tố nhiệt độ và độ ẩm không khí. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ, độ ẩm