Phản ứng của cây vừng đối với điều kiện thiếu nước

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 PHẠM THỊ THANH HUYỀN PHẢN ỨNG CỦA CÂY VỪNG ĐỐI VỚI ĐIỀU KIỆN THIẾU NƯỚC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Mã HÀ NỘI, 2012 2 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn, sự kính trọng sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Mã đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới khoa Sinh – KTNN và Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ - Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em thực hiện tốt đề tài này. Hà Nội, tháng 5 năm 2012 Học viên Phạm Thị Thanh Huyền 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Học viên Phạm Thị Thanh Huyền 4 MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn MỞ ĐẦU 1 1.Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn 3 Chương I. Tổng quan tài liệu nghiên cứu 4 1.1 Giới thiệu khái quát về cây vừng. 4 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố. 4 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây vừng 4 1.1.3.Đặc điểm sinh thái, sinh trưởng và phát triển của cây vừng. 6 1.1.4. Giá trị của cây vừng. 8 1.1.5. Tình hình sản xuất vừng trên thế giới và ở Việt Nam. 10 1.2 Ảnh hưởng của hạn hán tới vừng và tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây vừng 12 1.2.1 Ảnh hưởng của hạn đối với thực vật nói chung và vừng nói riêng 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây vừng. 15 1.3. Prolin và vai trò của prolin. 17 1.4. Huỳnh quang diệp lục 19 1.5 Một số enzym trong hạt nảy mầm 23 Chương II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 25 2.1. Đối tượng nghiên cứu 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu 25 5 2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 25 2.2.2 Phương pháp xác định chỉ tiêu nghiên cứu 26 2.2.3 Phương pháp xử lý thống kê các kết quả thực nghiệm 31 Chương III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 33 3.1. Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến sinh trưởng của mầm và hàm lượng proline trong mầm 33 3.1.1.Khả năng nảy mầm của hạt 33 3.1.2. Sinh trưởng rễ mầm, thân mầm 34 3.1.3. Khối lượng tươi và khối lượng khô của mầm. 37 3.1.4. Hàm lượng proline trong mầm 39 3.2. Hoạt độ của các enzym phân giải chất dự trữ trong mầm vừng trong điều kiện gieo hạt trong dung dich đường saccarozo 41 3.2.1. Hoạt độ của enzym protease 41 3.2.2. Hoạt độ của enzym lipase 43 3.2.3. Hoạt độ của enzym amilase 44 3.3 Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến cây vừng trong thời kì ra hoa và tạo quả. 45 3.3.1 Chiều cao cây. 45 3.3.2. Diện tích lá. 47 3.3.3. Hàm lượng proline của rễ trong thời kì ra hoa và tạo quả 48 3.3.4 Huỳnh quang diệp lục của lá. 51 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 6 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vừng (Sesamum indicum L.) là một loại cây thuộc chi Vừng (Sesamum), họ Vừng (Pedaliaceae). Hạt vừng chứa 40-55% dầu màu vàng, 5- 8% nước, 20-22% protein, 5% tro (trong đó có 1,7 mg đồng) 1% canxi oxalat, 6,3-8,8% chất không có nitơ gồm: sesamin, sesamolin, sesamol, pedaliin planteose, sesamose. Dầu Vừng chứa khoảng 12-16% acid đặc và 75-80% acid loãng, 0,9-1,7% phần không xà phòng hóa; khoảng 1% lexitin. Trong dầu có chất sesamin với tỷ lệ chừng 0,25-1% và chất sesamol là một phenol, chừng 0,1%. Vừng là loại cây trồng có giá trị dinh dưỡng được sử dụng nhiều trong đời sống hàng ngày, ngoài ra vừng còn là một dược liệu quý được biết đến như là một vị thuốc “trường sinh” trong vừng có chứa rất nhiều các chất chống lão hóa như vitamin E ; có các chất mà cơ thể cần như protein, chất béo, đường, khoáng chất, có các chất phòng chống bệnh xơ cứng động mạch như axit béo không bão hòa, vitamin PP, vitamin B1, những thứ này đều là cơ sở cho việc kéo dài tuổi thọ. Nhiệt độ thích hợp cho vừng sinh trưởng phát triển tốt là từ 25- 30 0 C; nhu cầu nước của vừng phụ thuộc vào từng thời kì, tổng lượng mưa trong cả thời gian sinh trưởng phát triển của cây vừng là 500- 600mm. Tuy nhiên với những vùng có nhiệt độ quá cao, lượng mưa thấp thì ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng phát triển của vừng. Hiện nay, vừng đã được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới với tổng diện tích hơn 7,7 triệu ha, năng suất: 3,5-4,5 tạ/ha. Sản lượng vừng của thế giới trong 10 năm gần đây đạt khoảng trên 3 triệu tấn/ năm. Diện tích vừng của Việt Nam đạt khoảng 45 ngàn ha, năng suất 4,8 tạ/ha và sản lượng 22 ngàn tấn [23], [32]. Được trồng chủ yếu ở các vùng đồng bằng như Sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long, Duyên hải Nam Trung bộ, Đông Nam bộ… 7 Trên thế giới cây vừng đã được các nhà khoa học nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau như: những biến đổi sinh lý, hóa sinh trước và sau khi nảy mầm, ảnh hưởng của điều kiện hạn đến sự nảy mầm, sinh trưởng và phát triển, năng suất của cây vừng, các chỉ tiêu hóa sinh và sự đa dạng di truyền [58], [61], [63]. Việt Nam, đất đai khí hậu thích hợp cho cây vừng phát triển. Vừng được gieo trồng khắp nơi từ Bắc vào Nam bởi khả năng thích ứng rộng, có thể trồng trên nhiều loại đất, đồng thời vừng là loại cây có khả năng chịu hạn khá, trong cả thời kì sinh trưởng cần lượng nước mưa khoảng 500 -600mm. Nhưng cho đến nay các công trình và các hướng nghiên cứu về vừng còn rất ít. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung và chọn tạo giống vừng mới như V6, V36, VĐ10 cho năng suất cao, chất lượng tốt [28], [30], hay những nghiên cứu về các chỉ tiêu sinh hóa thực phẩm, thành phần dinh dưỡng trong hạt, việc khai thác sử dụng các chế phẩm từ vừng song một trong những ưu điểm của cây vừng là khả năng chịu hạn, những biến đổi sinh lý, hóa sinh trong điều kiện hạn lại chưa được nghiên cứu sâu. Trong khi đó đối với cây trồng như ngô, lúa, đậu tương, lạc thì có rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng chịu hạn của những nhóm cây này. Chính vì thế, việc tìm hiểu ảnh hưởng của hạn đối với các cây trồng nói chung và vừng nói riêng là cần thiết để đánh giá được các giống cây trồng, và chọn lọc được những giống vừng, có khả năng chịu hạn, cho năng suất cao, phẩm chất tốt, và giúp cho người sản xuất gieo các giống vừng ở những vùng đất phù hợp. Xuất phát từ lí do nêu trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phản ứng của cây vừng đối với điều kiện thiếu nước”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu phản ứng của cây vừng trong điều kiện thiếu nước ở giai đoạn nảy mầm, ra hoa, tạo quả. 8 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định khả năng nảy mầm, sinh trưởng của mầm trong điều kiện gieo hạt trong dung dịch đường saccarozo. - Xác định hàm lượng prolin, hoạt độ các enzym protease, lipase và amylase trong mầm vừng ở điều kiện thiếu nước. - Xác định chỉ tiêu sinh trưởng của cây ở thời kì ra hoa và tạo quả trong điều kiện đủ nước và thiếu nước. - Xác định hàm lượng prolin rễ, huỳnh quang diệp lục lá ở thời kì ra hoa và tạo quả trong điều kiện đủ nước và thiếu nước. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu trên 2 giống vừng: vừng vàng và vừng đen Sơn La, được trồng phổ biến ở khu vực Xuân Hòa - Phúc Yên - Vĩnh Phúc. Các giống vừng này được cung cấp từ Trung tâm tài Nguyên Thực Vật, Viện KHKTNN Việt Nam. 4.2 Phạm vi nghiên cứu Tiến hành xác định chỉ tiêu nghiên cứu trên đối tượng vừng trong giai đoạn nảy mầm ở điều kiện phòng thí nghiệm và giai đoạn ra hoa, tạo quả ở vườn thí nghiệm dưới ảnh hưởng của điều kiện thiếu nước. 5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là dẫn liệu khoa học về các phản ứng sinh lý, sinh hóa liên quan đến khả năng chịu hạn của vừng. Qua kết quả nghiên cứu giúp chọn lọc được giống chịu hạn tốt, chọn được nơi trồng vừng phù hợp đối với các giống. 9 Chương I. Tổng quan tài liệu 1.1 Giới thiệu khái quát về cây vừng. 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố. Cây vừng (Sesamum indicum L.), thuộc chi Sesamum, họ Pedaliaceae bộ Tubiflorae, lớp Mộc lan Magnoliopsida, ngành Mộc lan Magnoliophyta. Cây vừng có nguồn gốc có từ Châu Phi. Vừng là loại cây có dầu được trồng lâu đời (khoảng 2000 năm trước công nguyên). Sau đó được đưa vào vùng tiểu Á (Babylon) và được di về phía tây - vào châu Âu và phía nam vào châu Á dần dần được phân bố đến Ấn Độ và một số nước nam Á. Trung Quốc, Ấn Độ được xem như là trung tâm phân bố của cây vừng. Cho đến nay vừng được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, nhưng tập chung chủ yếu vẫn là ở Châu Á và Châu Phi . Hiện nay trên thế giới đang gieo trồng khoảng 300 giống vừng, sản lượng vừng hàng năm vào khoảng 2,2 triệu tấn với năng suất tương ứng 3,5 ta/ha [5]. Theo tài liệu công bố trên tạp chí “Dầu thực vật thế giới” thì có khoảng 30 nước trên thế giới trồng vừng với quy mô tối thiểu trên 10000ha và dành một lượng nhất định để xuất khẩu. Điển hình là các nước: Ấn Độ, Trung Quốc, Miến Điện Ở các nước này, ngoài việc cung cấp các sản phẩm cho tiêu dùng thì vừng còn có giá trị xuất khẩu rất lớn, chiếm khoảng 68% tổng sản lượng vừng trên thế giới [57], [58]. Ở Việt Nam, vừng là cây trồng có từ lâu đời, thích nghi rộng nên được trồng ở khắp các vùng sinh thái trong cả nước nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Nam và Bắc Trung Bộ. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây vừng Đặc điểm của rễ Thuộc loại rễ cọc, rễ chính ăn sâu. Đồng thời hệ rễ bên của vừng cũng rất phát triển về bề ngang. Rễ vừng phân bố chủ yếu ở lớp đất từ 0 – 25 cm. 10 Đối với vùng đất cát, vùng khô hạn, rễ cái có thể ăn sâu từ 1m đến 1,2 m để tìm nguồn nước ngầm. Trên đất cát, rễ mọc tốt hơn trên đất sét và không chịu ngập trong thời gian ngắn. [27] Đặc điểm của thân. Thân vừng thuộc thân thảo, thân thường có hình 4 cạnh với những tiết diện vuông và những rãnh dọc. Tuy nhiên, có những dạng thân rất rỗng hình chữ nhật. Thân có thể tròn, trên thân có nhiều lóng hoặc ít lóng. Đặc tính này cũng để phân biệt giống. Màu sắc của thân thay đổi từ màu xanh nhạt đến màu tím, phổ biến nhất là màu xanh đậm. Thân cao từ 60-120 cm. Trong điều kiện hạn, thân có thể thấp hơn, nhưng cũng có giống đạt đến 3m.[27] , [32] Số lượng cành trên cây phụ thuộc chủ yếu vào giống, thường có khoảng 2 – 6 cành. Cành mọc từ các nách lá gần gốc. Đặc điểm của lá: Lá vừng rất biến đổi về dạng và kích thước trên cùng một cây và giữa các giống. Lá dưới thường rộng đôi khi có thùy, mép (rìa) hình răng cưa hướng ra ngoài lá giữa thường nguyên hình móc, đôi khi răng cưa lá trên hẹp hơn. Lá mọc đối hay luân phiên tùy giống, cách sắp xếp lá ảnh hưởng đến số hoa mang trên nách lá và năng suất hạt trên cây. Lá mọc đối tạo diều kiện có nhiều hoa. Kích thước của lá thay đổi từ 3 -17,5 cm chiều dài và 1-1,5 cm chiều rộng. Lá có màu xanh đậm, xanh nhạt tùy thuộc vào giống. Mặt trên của lá có lông tơ bao phủ. [27], [32] Đặc điểm của cành. Xuất phát từ thân chính, cành có thể mọc cách hay mọc đối nhau, cành sẽ mang hoa và trái, trên các cành chính còn có cành cấp hai. Sự phân cành trên thân chính cũng là một yếu tố để phân biệt các giống vừng , thường màu của cành trên thân giống như thân chính. [26], [32] [...]... ra khi cây bị thiếu nước Do thiếu nước, lượng nước hút vào cây không bù đắp được lượng nước bay hơi đi qua các bộ phận trên mặt đất, làm cho cây mất cân bằng nước và bị héo Có ba loại hạn: Hạn đất xảy ra khi lượng nước dự trữ cho cây hấp thu trong đất bị cạn kiệt nên cây không hút đủ nước và mất cân bằng nước trong cây và xuất hiện dấu hiệu héo Mức độ khô hạn của đất tùy thuộc vào sự bốc hơi nước trên... vì có thể trồng ở điều kiện nhiệt độ tương đối cao, lượng nước thấp Vừng được đánh giá là cây trồng cạn, trong chu kì sinh trưởng và phát triển cây vừng cần lượng mưa 500 -600 mm/năm, tốt nhất là từ 500 - 1000 mm/năm Trong điều kiện khô hạn, lượng mưa < 600 mm/ năm nhiều cây trồng khó có khả năng sinh trưởng, ra hoa, kết quả nhứng vừng vẫn cho thu hoạch Điều đó cho thấy cây vừng là cây trồng chịu hạn... khí thấp… Đối với thực vật, hạn không khí thường gây nên hiện tượng héo tạm thời vì rễ cây không hút đủ nước mà quá trình thoát hơi nước xảy ra quá nhanh Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp đến các bộ phận của cây trên mặt đất như hóa, lá, chồi [25] Hạn sinh lý xảy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút được nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước Rễ cây không lấy được nước trong... thế giới quan tâm Vừng là cây trồng thích hợp với khí hậu ẩm và khô cằn nên cây luôn phải đối mặt với sự thiếu nước Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của hạn đến sự nảy mầm, hàm lượng protein, hàm lượng lipit, các enzim oxi hóa trong hạt vừng; hàm lượng nước liên kết và hàm lượng diệp lục trong lá vừng; quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây vừng [ 46], [ 51],... hàm lượng nước liên kết trong điều kiện đất khô cằn và bán khô cằn [50] Đối với cây trồng cạn nói chung và vừng nói riêng, hạn ảnh hưởng nhiều và rõ rất ở giai đoạn nảy mầm của hạt Chính vì vậy sự thiếu nước trong giai đoạn nảy mầm có ảnh hưởng đến sự phát triển năng suất cây sau này Trong các yếu tố bất lợi của môi trường gây nên sự mất nước ở thực vật thì ngoài hạn ra độ mặn cũng là điều kiện không... năng giữ nước của đất Hạn đất thường xảy ra với các vùng có lượng mưa trung bình rất thấp và kéo dài nhiều tháng trong năm như các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên…vào mùa khô Đối với cây trồng cạn, hạn đất ảnh hưởng nghiêm trọng tới thời kì mầm [25] Hạt của một số loài cây chỉ nảy mầm khi lượng nước không ít hơn 125mm Lượng nước đó là mức khởi đầu cho sinh trưởng tiếp của cây. Khi lượng nước không đủ, cây mầm... tấn/năm Nước ứng đầu sản lượng vừng là Ấn Độ với 700.000 tấn/năm, tiếp đó là Trung Quốc với 500.000 tấn/năm, Sudan với 300.000 tấn/năm và Mexico với 250.000 tấn/năm Những nước có sản lượng vừng thấp hơn 250.000 tấn/năm tập trung chủ yếu ở khu vực Tây và Đông Nam Á, Châu Phi, Châu Úc, Châu Mỹ [5] Ở Việt Nam, đất đai và khí hậu thích hợp cho cây vừng sinh trưởng và phát triển Tuy nhiên, so với một số cây. .. hạt giảm 8% nếu cường độ ánh sáng giảm xuống 7.000 lux - Nước : Là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất vừng Vừng tương đối chịu hạn nhưng cho năng suất thấp, khi đất có ẩm độ dưới 70% Vừng ít cần nước mưa, vừng cho năng suất cao ở lượng mưa 500 650mm Trong điều kiện có tưới tổng lượng nước cần lên tới 900 - 1000mm Cây vừng yêu cầu lượng nước phân bố đều trong vụ: Thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng... nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nước Ví dụ khi đất yếm khí, rễ cây thiếu oxy để hô hấp nên không có không có năng lượng cho hút nước; hoặc khi nồng độ muối trong đất quá cao vượt quá nồng độ dịch bào của rễ làm rễ cây không hút nước được, hay trường hợp nhiệt độ của đất quá thấp cũng xảy ra hạn sinh lý…Hạn sinh lý kéo dài cũng tác hại như hạn đất và hạn không khí 19 * Ảnh hưởng của hạn đối với. .. đó làm giảm số hoa [26] - Ánh Sáng: Vừng là cây ngắn ngày Trong điều kiện thời gian chiếu sáng dưới 10 giờ/ngày sẽ rút ngắn thời gian sinh trưởng dinh dưỡng của vừng Vừng sẽ ra hoa sớm hơn 15 - 20 ngày trong điều kiện tự nhiên (12giờ/ngày) Cường độ ánh sáng trong ngày ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của vừng Trong thời gian sinh trưởng, nhất là sau khi trổ hoa, vừng cần khoảng 200 300 giờ nắng/tháng . tiến hành nghiên cứu đề tài: Phản ứng của cây vừng đối với điều kiện thiếu nước . 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu phản ứng của cây vừng trong điều kiện thiếu nước ở giai đoạn nảy mầm, ra. về cây vừng. 4 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố. 4 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây vừng 4 1.1.3.Đặc điểm sinh thái, sinh trưởng và phát triển của cây vừng. 6 1.1.4. Giá trị của cây vừng. . TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 PHẠM THỊ THANH HUYỀN PHẢN ỨNG CỦA CÂY VỪNG ĐỐI VỚI ĐIỀU KIỆN THIẾU NƯỚC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 01 14