khảo sát khả năng chịu mặn của cây tràm chua melaleuca leucadendra l

Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật của rễ tràm chua sau 2 tuần nuôi cấy trên môi trường MS ở các nồng độ NaCl khác nhau .... Tính chất của các tác nhân gây stress Các dạn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

_

Nguyễn Kiều Thu

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA CÂY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH

_

Nguyễn Kiều Thu

KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS TS Bùi Trang Việt

TS Lê Thị Trung

Thành phố Hồ Chí Minh – 2014

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình nào

Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định

TP Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 09 năm 2014

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Nguyễn Kiều Thu

LỜI CẢM ƠN Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:

- PGS TS Bùi Trang Việt, người đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức

quý báu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn Thầy đã gợi ý đề tài, hướng dẫn nghiên cứu và cho tôi những lời khuyên bổ ích trong thời gian tôi thực hiện đề tài

- TS Lê Thị Trung, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá

trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này Cô đã truyền đạt cho tôi nhiều kinh nghiệm quý báu trong học tập, nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc sống

Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, đóng góp ý kiến, động viên và giúp đỡ của:

- Các thầy cô giảng dạy Cao học ngành Sinh học thực nghiệm trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh

- Các thầy cô quản lý Phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật và Phòng thí nghiệm Hình thái - Giải phẫu - Phân loại thực vật của trường Đại học

Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh

- Các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm sinh lý thực vật của trường Đại học Khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh

- Khoa Sinh học, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh

- Phòng Sau đại học, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh

- Chị Hồ Thị Mỹ Linh – Cán bộ Phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh

- Anh Trần Minh Trang – Giám đốc vườn ươm Thùy Linh, huyện Hóc Môn

- Anh Đặng Tiến Dũng – Cán bộ Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Thành phố Hồ Chí Minh

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những người đã động viên và giúp đỡ tôi hết mình trong thời gian tôi thực hiện đề tài này

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

DANH MỤC CÁC BẢNG

DANH MỤC CÁC HÌNH

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

3 Đối tượng nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

5 Phạm vi nghiên cứu 2

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 2

6.1 Ý nghĩa khoa học 2

6.2 Ý nghĩa thực tiễn 2

Chương 1 TỔNG QUAN 3

1.1 Sơ nét về cây tràm chua 3

1.1.1 Phân loại 3

1.1.2 Mô tả 4

1.1.3 Phân bố 4

1.1.4 Thành phần hóa học 5

1.1.5 Đặc điểm thích nghi 5

1.1.6 Công dụng 5

1.1.7 Xuất xứ 5

1.2 Stress ở thực vật 6

Thuật ngữ 6

1.2.2 Tính chất của các tác nhân gây stress 6

1.2.3 Cách đáp ứng của thực vật đối với stress 7

1.2.4 Acid abscisic và khả năng chống chịu với stress 8

1.3 Các vấn đề liên quan đến nồng độ muối cao 14

1.3.1 Sự tích tụ muối làm hư hại cấu trúc đất và chức năng thực vật 15

1.3.2 Sự nhiễm mặn cản tăng trưởng và quang hợp 18

1.3.3 Nồng độ muối cao tác động lên sự thẩm thấu 18

1.3.4 Kiểm soát sinh tổng hợp glycerol khi cây chống chịu với stress nồng độ muối cao 18

1.3.5 Thực vật có nhiều cách tránh tổn hại do muối 19

1.3.6 Các phản ứng và biểu hiện của thực vật khi bị stress mặn 20

1.3.7 Stress mặn cảm ứng sự tổng hợp các protein mới 22

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về cây tràm chua 22

1.4.1 Nghiên cứu phản ứng của cây con với các kim loại 22

1.4.2 Nghiên cứu kỹ thuật trồng, lai giống tràm Melaleuca leucadendra L 24

1.4.3 Nghiên cứu công dụng của tràm Melaleuca leucadendra L 25

1.5 Các nghiên cứu nước ngoài về khả năng chống chịu với stress của thực vật 26

Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 32

2.1 Vật liệu 32

2.2 Thời gian, địa điểm 33

2.2.1 Thời gian nghiên cứu 33

2.2.2 Địa điểm nghiên cứu 33

2.3 Phương pháp nghiên cứu 33

2.3.1 Quan sát thực địa 33

Quan sát hình thái giải phẫu 35

2.3.3 Khảo sát khả năng chịu mặn 35

2.3.4 Xác định trọng lượng tươi, trọng lượng khô 37

2.3.5 Đo cường độ hô hấp, quang hợp 38

2.3.6 Đo hàm lượng diệp lục tố tổng số 38

2.3.7 Đo hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật 38

2.3.8 Ứng dụng 42

2.3.9 Xử lý thống kê 45

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 46

KẾT QUẢ 46

3.1 Hình thái 46

3.2 Cấu trúc giải phẫu 51

3.3 Độ mặn của nước 57

3.4 Khả năng chịu mặn của rễ 59

3.5 Trọng lượng tươi, trọng lượng khô của lá sau khi nuôi cấy 59

3.6 Cường độ hô hấp, quang hợp của lá sau khi nuôi cấy 60

3.7 Hàm lượng diệp lục tố tổng số của lá sau khi nuôi cấy 61

3.8 Khả năng chịu mặn của lá 61

3.9 Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng của lá và rễ sau khi nuôi cấy62 3.10.Ứng dụng 63

3.9.1 Trong vườn 63

3.9.2 Trong tự nhiên 68

THẢO LUẬN 69

Về khả năng chịu mặn của cây tràm chua 69

Về hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật 71

Về xử lý các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây tràm chua 73

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 75

KẾT LUẬN 75 KIẾN NGHỊ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABA Abscisic acid ADH Alcohol dehydrogenase ALDH Aldehyde dehydrogenase GLYDH Glycerol dehydrogenase G3P Glycerol 3-phosphate G3PP G3P phosphatase IAA 3- indolacetic acid

D ANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2 1 Bố trí nghiệm thức khảo sát ảnh hưởng của các chất điều hòa tăng

trưởng thực vật trên cây con có xử lý NaCl 2,5% 43

Bảng 3 1 Độ mặn của nước ở mười khu vực trên địa bàn Huyện Nhà Bè 58 Bảng 3 2 Chiều dài và số rễ con của rễ tràm chua sau 2 tuần nuôi cấy 59 Bảng 3 3 Trọng lượng tươi, trọng lượng khô của lá tràm chua trưởng thành sau

7 ngày nuôi cấy 60

Bảng 3 4 Cường độ hô hấp, quang hợp của lá tràm chua trưởng thành sau bảy

ngày nuôi cấy 60

Bảng 3 5 Hàm lượng diệp lục tố tổng số của của lá tràm chua trưởng thành sau

bảy ngày nuôi cấy 61

Bảng 3 6 Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật của lá tràm chua sau

1 tuần nuôi cấy trên môi trường MS 62

Bảng 3 7 Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật của rễ tràm chua sau

2 tuần nuôi cấy trên môi trường MS ở các nồng độ NaCl khác nhau 63

Bảng 3 8 Tỷ lệ lão suy của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực

vật trên cây con bốn tháng tuổi 64

Bảng 3 9 Sự thay đổi diện tích của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng

trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi 65

Bảng 3 10 Cường độ hô hấp và quang hợp của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa

tăng trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi 66

Bảng 3 11 Hàm lượng diệp lục tố tổng số của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa

tăng trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi 66

Bảng 3 12 Trọng lượng tươi và trọng lượng khô của cây con bốn tháng tuổi sau

2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực vật 68

độ mặn trung bình 2,5% thuộc Huyện Nhà Bè 68

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Cây tràm chua Melaleuca leucadendra L 3

Hình 1.2 Hình thái các cơ quan của cây tràm chua 4

Hình 1.3 Quá trình sinh tổng hợp và điều hòa Acid abscisic 12

Hình 1.4 Điều hòa hoạt động gen của thực vật trong các điều kiện stress 14

Hình 1.5 Ảnh hưởng của stress mặn đối với thực vật 16

Hình 1.6 Các biến đổi sinh lý của cơ thể thực vật khi bị stress mặn 17

Hình 1.7 Sự thích ứng của thực vật đối với stress mặn 20

Hình 1.8 Các phản ứng của thực vật khi bị stress mặn 21

Hình 1.9 Tỷ lệ nảy mầm của hạt ở các điều kiện stress mặn khác nhau 27

Hình 2.1 Cây tràm chua ba tháng tuổi lấy từ vườn ươm Thùy Linh, huyện Hóc Môn, TP HCM 32

Hình 2.2 Vị trí địa lý của các xã thuộc khu vực Huyện Nhà Bè 34

Hình 2.3 Vị trí lấy mẫu rễ 35

Hình 2.4 Vị trí lấy mẫu lá 37

Hình 2.5 Sơ đồ ly trích các chất điều hòa tăng trưởng thực vật 39

Hình 3.1 Cây tràm chua con ba tháng tuổi được lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP HCM 46

Hình 3.2 Thân cây tràm chua con ba tháng tuổi được lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP HCM 47

Hình 3.3 Cây tràm chua trưởng thành bốn năm tuổi được quan sát ở Huyện Nhà Bè, TP HCM 48

Hình 3.4 Thân cây tràm chua trưởng thành bốn năm tuổi được quan sát ở Huyện Nhà Bè, TP HCM 49

Bộ rễ của cây tràm chua con ba tháng tuổi lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP HCM 50

Hình 3.6 Các giai đoạn phát triển của lá cây tràm chua con ba tháng tuổi lấy từ

vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP HCM 50

Hình 3.7 Cấu trúc giải phẫu lá trưởng thành của cây tràm chua được quan sát

qua lát cắt ngang 52

Hình 3.8 Lát cắt ngang qua bó mạch ở gân chính lá trưởng thành của cây tràm

chua 52

Hình 3.9 Lớp biểu bì mặt trên lá trưởng thành của cây tràm chua 53

Hình 3.10 Lớp biểu bì mặt dưới lá trưởng thành của cây tràm chua 53

Hình 3.11 Cấu trúc giải phẫu thân non của cây tràm chua được quan sát qua lát

cắt ngang 54

Hình 3.12 Lát cắt ngang qua nhu mô vỏ thân non của cây tràm chua 54

Hình 3.13 Cấu trúc bó mạch thân non của cây tràm chua được quan sát qua lát

MỞ ĐẦU

1 L í do chọn đề tài

Hiện nay, thiên tai, bão lụt xuất hiện ngày càng nhiều trên thế giới cũng như

ở Việt Nam Chính vì thế, vấn đề bảo vệ môi trường đang được đặt lên hàng đầu Bảo vệ và phát triển rừng, mảng xanh thành phố là một vấn đề cấp thiết đang được nhiều người quan tâm Chính vì lẽ đó, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn thành phố đang kết hợp với các địa phương ở huyện ngoại thành, trong đó có Huyện Nhà Bè để thực hiện đề án “Trồng rừng và cây xanh thành

phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2011 – 2015” Trong số các loài cây được chọn để

trồng trong dự án thì tràm chua là loài được đánh giá cao

Tràm là nhóm cây trồng quan trọng cho vùng đất ngập nước, trong lúc loài tràm Cajuputi của nước ta sinh trưởng chậm, thì tràm Melaleuca leucadendra có

xuất xứ từ Úc lại có khả năng sinh trưởng rất nhanh, thân cây thẳng đẹp Đặc biệt, khi trồng các loài tràm trong điều kiện ngập phèn thì loài có tỷ lệ sống cao

nhất là M leucadendra L với 97,0 - 98,8%, và đây cũng là loài sinh trưởng nhanh nhất, sau 5 năm có thể cho thể tích thân cây 24,0 - 50,5 dm3

(trung bình là 39,8 dm3) (Lê Đình Khả và cộng sự, 2006)

Vì vậy giống tràm Melaleuca leucadendra L đã được chọn để trồng trong

dự án Thế nhưng, hiện tại ở Huyện Nhà Bè đang gặp phải tình trạng xâm lấn của nước biển, làm cho một số khu vực bị nhiễm mặn Vậy, vấn đề đặt ra là phải làm tăng khả năng chịu mặn của cây tràm chua, giúp cây chống chịu với điều kiện bất lợi này

Từ những lí do trên, đề tài “Khảo sát khả năng chịu mặn của cây tràm

chua Melaleuca leucadendra L.” được thực hiện

2 Mục tiêu nghiên cứu

Khảo sát khả năng chịu mặn của cây tràm chua, giúp cây phát triển tốt ở khu vực ven sông của Huyện Nhà Bè

3 Đối tượng nghiên cứu

Cây tràm chua Melaleuca leucadendra L ở vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn và khu vực Huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Tìm hiểu khả năng chịu mặn của cây tràm chua trên cơ quan tách rời (lá, rễ) trong phòng thí nghiệm

Tìm phương pháp giúp cây tràm chua chống chịu với điều kiện nồng độ muối cao trong vườn ươm và vùng ngập mặn khu vực ven sông ở Huyện Nhà

Bè

5 Phạm vi nghiên cứu

Phân tích biến đổi hình thái, cấu trúc và sinh lý của cây tràm chua chủ yếu

ở các cơ quan tách rời và cây nguyên vẹn

Khu vực trồng tràm chua ở Huyện Nhà Bè – Thành phố Hồ Chí Minh

6 Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn

Chương 1 TỔNG QUAN 1.1 Sơ nét về cây tràm chua

Hình 1 1 Cây tràm chua Melaleuca leucadendra L

(Wrigley and Fagg, 1993)

1.1.1 Phân loại

Giới : Thực vật (Plantae)

Phân giới : Thực vật có mạch (Tracheobionta) Liên ngành : Thực vật có hạt (Spermatophyta) Ngành : Thực vật hạt kín (Magnoliophyta) Phân lớp : Hoa hồng (Rosidae)

Bộ : Sim (Myrtales)

Họ : Sim (Myrtaceae)

Phân họ : Đào kim nương (Myrtoideae)

Loài : Melaleuca leucadendra L

(Wrigley and Fagg, 1993) Tên gọi khác là: Tràm chua, Tràm Úc, Tràm lá dài, Tràm lơca

1.1.2 Mô tả

Tràm Melaleuca leucadendra L là cây thân gỗ, cây trưởng thành có thể cao 25 – 45m Cây to, thân thẳng, vỏ mềm trắng, dễ tróc Lá mọc so le, phiến dày, gân lá hình cung Lá non và ngọn non có lông dày màu trắng Hoa nhỏ, màu vàng ngà mọc thành bông ở đầu cành Khi hoa kết quả, cành mang hoa lại

ra lá non ở đỉnh Quả nang, hình trụ tròn, không cuống mọc thành cụm dọc theo nhánh cây, chứa nhiều hạt (hình 1.2) Mùa ra hoa: khoảng tháng 3 đến tháng 5 (Wrigley and Fagg, 1993)

Hình 1 2 Hình thái các cơ quan của cây tràm chua

(Wrigley and Fagg, 1993)

1.1.3 Phân bố

Tràm chua được trồng nhiều ở vùng ngập phèn đồng bằng sông Cửu Long

và một số tỉnh, thành phố khu vực Đông Nam Bộ Điều kiện khí hậu phù hợp

với Melaleuca leucadendra L.: lượng mưa trung bình năm 1500 - 2000 mm,

nhiệt độ trung bình năm 270C, tháng nóng nhất là 290C, tháng lạnh nhất là 260

C; đất phèn, độ chua cao, pH từ 3,2 – 3,5 Mức độ ngập úng không cao, từ 0,6 –

0,8m, có thể kéo dài khoảng 2 – 3 tháng (Phùng Cẩm Thạch, 2003)

Tràm Melaleuca leucadendra L là loài cây phát triển nhanh, chịu được đất

phèn và ngập nước tại các vùng nhiệt đới thấp Những vùng ngập nước hình

thành nên các rễ tràm tự sinh Chúng có khả năng tái sinh chồi, chịu lửa (Phùng

Cẩm Thạch, 2003)

Tràm Melaleuca leucadendra L được chứng minh là tốt hơn tràm

M cajuputi về khả năng tăng trưởng trên đất phèn (Phùng Cẩm Thạch, 2003)

M leucadendra L có khả năng chịu được môi trường có tính axit và ngập úng

(Doran và Gunn, 1994)

1.1.6 Công dụng

Tràm Melaleuca leucadendra L được sử dụng để cải tạo đất, bảo vệ đất

chống sạc lở, cũng như góp phần cải tạo môi trường (Phùng Cẩm Thạch, 2003)

Tinh dầu của tràm Melaleuca leucadendra L có nhiều công dụng trong

điều trị bệnh (www.vienduoclieu.org.vn/melaleuca leucadendra)

Gỗ tràm chua có nhiều công dụng trong xây dựng, nhiên liệu và trang trí

nội thất (Đỗ Văn Bản, 2009)

1.1.7 Xuất xứ

Tại Việt Nam, loài tràm bản địa M cajuputi ở đồng bằng sông Cửu Long

là loài đã và đang được sử dụng để trồng rừng song hiệu quả kinh tế chưa cao

Từ năm 1992, được sự giúp đỡ về nguồn hạt giống của Trung tâm giống cây Lâm ngiệp Úc (thuộc CSIRO), Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã đưa

vào thử nghiệm trồng 12 loài Tràm Úc tại Long An và một số điểm thuộc đồng bằng sông Cửu Long (Lê Ðình Khả và cộng sự, 2006)

Vụ Khoa học Công nghệ và Chất lượng sản phẩm thuộc Bộ Nông nghiệp

và Phát triển nông thôn đã chọn được loài Melaleuca leucadendra L là có sinh

trưởng nhanh nhất, sau 5 năm loài này có thể tích thân cây là 10.4 dm3

– 18.0

dm3/cây Ngoài ra, lá của loài tràm này còn có chất lượng tinh dầu lớn và giá trị

hơn hẳn tinh dầu của M cajuputi Việt Nam Còn đối với loài M cajuputi Việt

Nam thì có sinh trưởng kém hơn rõ rệt (thể tích thân cây 5.8 – 9.8 dm3

/cây), lá của loài này có hàm lượng tinh dầu cũng thấp hơn (Lê Ðình Khả và cộng sự, 2006)

1.2 Stress ở thực vật

1.2.1 Thuật ngữ

Stress (sự căng thẳng) được dùng để chỉ một yếu tố ngoại sinh gây ảnh hưởng cho thực vật Stress cũng được dùng để chỉ toàn bộ các phản ứng (sinh lý, biến dưỡng, tập tính) đối với một tác nhân gây stress Dưới các điều kiện thiên nhiên và trồng trọt, thực vật không ngừng chịu các stress Các tác nhân gây stress có thể là: thiếu nước, lạnh và đóng băng, nhiệt độ cao, nồng độ muối cao (nhiễm mặn), thiếu oxygen trong vùng rễ, hay sự ô nhiễm không khí Phản ứng với sốc nhiệt là phản ứng stress được biết rõ nhất ở động vật và thực vật Trong trường hợp này, sốc nhiệt (sự đặt sinh vật vào nhiệt độ cao nhưng chưa tới mức gây chết) là một tác nhân gây stress (Bùi Trang Việt, 2002)

1.2.2 Tính chất của các tác nhân gây stress

Các dạng stress thường gặp ở thực vật như: stress nồng độ muối cao (stress mặn), nhiệt độ lạnh, nhiệt độ cao, thiếu nước là nguyên nhân làm giảm mạnh năng suất cây trồng Trong số các dạng stress thì stress mặn gây hậu quả nghiêm trọng nhất, làm giảm năng suất ít nhất là 20% tổng số cây trồng trên toàn thế

giới Ngoài ra, việc tăng độ mặn của đất trồng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến toàn cầu, làm cho khoảng 50% diện tích đất bị mất khả năng canh tác vào giữa thế kỷ 21 (Mahajan và Tuteja, 2005)

Stress thường làm giảm mạnh sự tăng trưởng và phát triển thực vật, năng suất thu hoạch Do đó, tìm hiểu cơ chế gây hại của các tác nhân gây stress, cũng như các quá trình sinh lý xảy ra trong sự thích nghi và thích ứng của thực vật có tầm quan trọng đặc biệt cho nông nghiệp và trồng trọt Vài yếu tố môi trường (như nhiệt độ không khí) có thể trở thành các tác nhân gây stress nhanh chóng chỉ trong vài phút, trong khi những yếu tố khác phải cần nhiều ngày tới nhiều tuần (nước trong đất), thậm chí nhiều tháng (vài chất dinh dưỡng khoáng) Các tác nhân gây stress có thể tác động riêng rẽ hay phối hợp nhau Ví dụ stress thiếu nước thường liên kết với stress nhiễm mặn ở vùng rễ và stress nhiệt độ cao ở lá Một yếu tố môi trường gây stress cho thực vật này có thể không gây stress cho thực vật khác (Bùi Trang Việt, 2002)

Ngoài ra, khả năng chống chịu với stress tăng lên cùng với sự tăng mức độ ảnh hưởng của stress Sự thay đổi khả năng chống chịu với stress muối cao đã được nghiên cứu liên quan đến sự tích lũy của Na+

và K+ trong lá (Nguyen và cộng sự, 2009)

1.2.3 Cách đáp ứng của thực vật đối với stress

Thực vật có khả năng thích ứng và thích nghi với các điều kiện stress Nếu

sự kháng stress gia tăng do thực vật chịu stress trước đó, ta nói thực vật thích nghi Khác với thích nghi, thích ứng là sự kháng được xác định về mặt di truyền, cần qua nhiều thế hệ chọn lọc Thực vật thường có khả năng kháng chéo, nói cách khác, sự kháng một stress có thể cảm ứng sự thích nghi một stress khác Cây được xử lý trước bởi các điều kiện thế nước thấp, cường độ ánh sáng cao, thiếu đạm….có thể trở nên chịu hạn so với cây cùng loài Tập tính này cho thấy các cơ chế của sự kháng đối với vài stress có những đặc tính chung; mặc khác,

sự thích nghi với stress khô hạn như vậy rất đáng chú ý trong nông nghiệp (Bùi Trang Việt, 2002)

Thực vật có thể chống chịu với stress ở từng tế bào riêng lẽ hoặc trên toàn

bộ cơ thể Các tín hiệu stress ngoại bào được tiếp nhận bởi các thụ thể màng, kênh ion, các thụ thể giống như kinase (RLK) hoặc histidine kinase (HK)… và sau đó kích thích các tín hiệu thứ cấp trong tế bào như Ca2+

, inositol phosphate

và ABA Các tín hiệu stress sau đó được chuyển vào nhân để kích thích khởi động các gen đáp ứng với stress Các gen này sẽ tổng hợp các sản phẩm giúp thực vật thích nghi với stress một các trực tiếp hoặc gián tiếp (Mahajan và Tuteja, 2005) Nhìn chung, sự đáp ứng với stress là nhờ sự phối hợp của nhiều gen Các sản phẩm của gen tạo ra do stress cũng tham gia vào việc điều chỉnh sự tổng hợp ABA, acid salicylic và ethylene Các phân tử nhỏ như ABA đóng vai trò quan trọng trong quá trình thực vật chống chịu với stress (Chinnusamy và cộng sự, 2004)

Nhìn chung, khả năng chống chịu của thực vật đối với các tác nhân gây stress cần sự tham gia của rất nhiều gen, ngoài ra còn có các thành phần khác tham gia vào con đường truyền tín hiệu stress Khả năng chống chịu của thực vật với stress phụ thuộc vào mức độ tác động của các tác nhân gây stress và khả năng trao đổi chất của cây (Tuteja, 2007)

Điều đáng lưu ý là các gen chống chịu với khô hạn, nhiệt độ lạnh và độ mặn đã được xác định Cặp NST số 22 đã được phát hiện để chống chịu với các dạng stress trên (Seki và cộng sự, 2002)

1.2.4 Acid abscisic và khả năng chống chịu với stress

Acid abscisic (ABA) là một phytohormone quan trọng giúp cho sự tăng trưởng và phát triển của cây trồng, đồng thời đóng vai trò quan trọng trong việc tích hợp các tín hiệu stress khác nhau và kiểm soát phản ứng của cây với stress Thực vật phải điều chỉnh mức ABA liên tục để đáp ứng với sự thay đổi điều

kiện sinh lý và môi trường Các cơ chế để thực vật đáp ứng với stress bao gồm hai con đường cơ bản là ABA phụ thuộc và ABA độc lập Các yếu tố phiên mã khác nhau như DREB2A/2B, AREB1, RD22BP1 và MYC/MYB giúp điều chỉnh sự biểu hiện gen ABA thông qua sự tương tác với các yếu tố dẫn xuất tương ứng của chúng như DRE/CRT, ABRE và MYCRS/MYBRS Hiểu được những cơ chế quan trọng này giúp cải thiện khả năng chống chịu của cây trồng với stress (Tuteja, 2007)

Quá trình thích ứng của cây với các stress thường được kiểm soát bởi ABA Phytohormone này hoạt động như một tín hiệu nội sinh trong việc điều hòa lượng nước của cây (Swamy và Smith, 1999) ABA được xem như một tín hiệu kiểm soát sự nảy mầm và phát triển của cây Hoạt động của ABA nhằm bảo vệ các tế bào bằng cách kiểm soát sự đóng mở khí khổng, điều hòa lượng nước trong tế bào khi cây thiếu nước (Mahajan và Tuteja, 2005) Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng ABA được tổng hợp để đáp ứng với các stress của cây và được xem là hormone stress ở thực vật (Xiong và cộng sự, 2002) Các gen đáp ứng với stress có thể được biểu hiện thông qua hai con đường ABA độc lập và ABA phụ thuộc (Chinnusamy và cộng sự, 2004)

ABA giúp đáp ứng hiệu quả với các tín hiệu stress khác nhau, do đó, ABA thường được sử dụng để giúp thực vật chống chịu với stress Các dạng stress thường gây hậu quả làm khô tế bào và mất cân bằng thẩm thấu ở thực vật, có sự biểu hiện của các gen ABA khi cây bị lạnh, hạn hán hay nồng độ muối cao Với các tín hiệu stress khác nhau sẽ có các yếu tố ABA khác nhau tham gia vào con đường truyền tín hiệu và các yếu tố này có liên quan mật thiết với nhau (Shinozaki và Yamaguchi, 2000; Thomashow, 1999) ABA giúp hạt giống vượt qua các điều kiện stress và đến khi gặp điều kiện thuận lợi, hạt nảy mầm và phát triển ABA giúp đóng khí khổng trong điều kiện hạn hán, ngăn cản sự mất nước trong tế bào và do đó ABA được gọi là hormone stress (Tuteja, 2007)

Chức năng chính của ABA là giúp cân bằng nước và khả năng thẩm thấu

của tế bào Một số Đột biến ABA cụ thể là aba1, aba2 và aba3 đã được thực hiện trên Arabidopsis (Koornneef và cộng sự, 1998) Đột biến ABA ở thuốc lá,

cà chua và ngô cũng đã được báo cáo (Swamy và Smith, 1999) Trong điều kiện hạn hán, đột biến thiếu ABA làm cây bị héo và chết Khi cây bị stress mặn, đột biến thiếu ABA làm chậm quá trình phát triển của cây Ngoài ra, ABA cũng rất cần thiết cho khả năng chịu lạnh, đồng thời liên quan đến gen cảm ứng sự mất nước (Xiong và cộng sự, 2001)

Các nghiên cứu cho thấy stress muối cao hay hạn hán được truyền qua ít nhất hai con đường: con đường ABA độc lập và con đường ABA phụ thuộc Điều kiện nhiệt độ lạnh gây ảnh hưởng đến sự biểu hiện gen thông qua con đường ABA độc lập (Shinozaki và Yamaguchi, 2000; Thomashow, 1999) ABA biểu hiện theo con đường ABA độc lập thường có sự hiện diện của yếu tố cis-acting, còn gọi là yếu tố ABRE (yếu tố ABA đáp ứng) (Uno và cộng sự, 2000) Phân tích di truyền cho thấy không có sự phân định rõ ràng giữa con đường ABA phụ thuộc và ABA độc lập Các thành phần có liên quan thường tham gia vào cả hai con đường tín hiệu trên Calcium được xem như là một thành phần quan trọng tham gia vào các dạng stress khác nhau Một số nghiên cứu đã chứng minh rằng trong điều kiện hạn hán, muối cao, nhiệt độ lạnh, ABA làm gia tăng nhanh chóng nồng độ calcium trong tế bào thực vật (Chinnusamy và cộng sự, 2004; Mahajan và Tuteja, 2005)

Gen RD29A tham gia vào cả hai con đường ABA độc lập và ABA phụ thuộc ở thực vật (Yamaguchi và Shinozaki, 1993) Proline có thể là trung gian cho các con đường truyền tín hiệu này (Mahajan và Tuteja, 2005) Vai trò của calcium trong con đường ABA phụ thuộc có sự cảm ứng của gen P5CS trong

stress mặn (Knight và cộng sự, 1997) Theo các nghiên cứu, sự biểu hiện của

gen RD29A, RD22, COR15A, COR47 và P5CS bị hạn chế khi los5 bị đột biến

(Xiong và cộng sự, 2001) Các phospholipase D (PLD) cùng với ABA và hoạt động của calcium như là một điều kiện giúp điều hòa sinh tổng hợp proline ở

Arabidopsis (Thiery và cộng sự, 2004) Đối với stress độ mặn cao, có sự gia tăng các DNA helicase 45 (PDH45) theo con đường ABA phụ thuộc (Sanan và cộng sự, 2005), trong khi ở họ đậu, protein calcineurin B – like (CBL) và CBL tương tác protein kinase (CIPK) theo con đường ABA độc lập (Mahajan và cộng

sự, 2006) Hoạt động của AtBG1 polyme (β-glucosidase, enzyme thủy phân glucose liên hợp) giúp kích hoạt ABA có thể là một cơ chế điều chỉnh mức độ ABA nhanh chóng và đáp ứng với sự thay đổi của các yếu tố môi trường (Lee và cộng sự, 2006)

Mức ABA trong cơ thể thực vật có sự thay đổi rõ rệt trong điều kiện stress, chủ yếu là do sự cảm ứng của enzyme sinh tổng hợp ABA Một số thành phần tham gia vào quá trình sinh tổng hợp ABA đã được tìm thấy bao gồm Zeathanxin epoxidase (được mã hóa bởi ABA1 trong Arabidopsis), 9-cis-

epoxycarotenoid dioxygenase (được mã hóa bởi NCED), ABA aldehyde oxidase và ABA3 còn được gọi là LOS5 (Xiong và cộng sự, 2001; Xiong và cộng

sự, 2002) ABA được tổng hợp từ β-carotene nhờ một số enzyme (Hình 1.3) Việc đáp ứng stress nhờ hoạt động các gen sinh tổng hợp các chất như zeaxanthin oxidase (được mã hóa bởi ZEP), 9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase

(được mã hóa bởi NCED), ABA-aldehyde oxidase (được mã hóa bởi AAO) và

molypden cofactor sulphurase (được mã hóa bởi MCSU) được quy định thông

qua quá trình phosphoryl hóa phụ thuộc calcium (Zhu, 2002; Chinnusamy và cộng sự, 2004) Ngoài ra, có thể phản hồi kích thích sự biểu hiện của gen sinh tổng hợp ABA thông qua con đường calcium báo hiệu và kích hoạt các enzyme catabolic ABA để làm giảm lượng ABA Sự thay đổi quá trình trao đổi chất làm thay đổi nồng độ hydrogen peroxide cũng có thể ảnh hưởng đến sự tích lũy và

sự nhạy cảm của ABA (Verslues và cộng sự, 2007)

Quá trình sinh tổng hợp và điều hòa ABA diễn ra với nhiều giai đoạn (hình 1.3) β-carotene bị oxy hóa thành neoxanthin và chuyển đổi thành xanthoxin, tạo thành ABA-aldehyde và sau cùng là ABA Các dạng stress (mất nước, nhiệt độ lạnh, độ mặn cao) kích thích sinh tổng hợp và tích lũy ABA bằng cách kích hoạt các gen tham gia vào con đường sinh tổng hợp ABA, hoặc có thể qua trung gian

là con đường phosphoryl hóa cascade phụ thuộc calcium Quá trình sinh tổng hợp ABA cũng có thể được điều hòa thông qua con đường tín hiệu calcium (Xiong và cộng sự, 2002; Zhu, 2002)

Hình 1 3 Quá trình sinh tổng hợp và điều hòa acid abscisic (Tuteja, 2007)

Điều hòa phiên mã các yếu tố cis-acting và các yếu tố liên quan đến ABA trong quá trình đáp ứng với stress gồm nhiều giai đoạn (Hình 1.4) Các vùng

khởi động của các gen stress như DRE/CRT (A/GCCGAC), ABRE

(PyACGTGGC), trình tự nhận biết MYC (MYCRS; CANNTG) và trình tự nhận biết MYB (MYBRS; C/TAACNA/G), được quy định bởi các yếu tố phiên mã

khác nhau (Hình 1.4) (Zhu, 2002) Stress phụ thuộc ABA có sự tham gia của yếu tố phiên mã gọi là AREB, giúp kích hoạt leucine, và liên kết với yếu tố

ABRE trên gen RD29B Các nhân tố phiên mã như DREB2A và DREB2B kích hoạt yếu tố DRE của các gen stress và duy trì sự cân bằng thẩm thấu của tế bào (Mahajan và Tuteja, 2005) Một số gen như RD22 thiếu yếu tố CRT/DRE điển

hình trong vùng khởi động thì được quy định bởi một số cơ chế khác RD22 là

gen mã hóa một protein chưa rõ nguồn gốc Các tín hiệu stress khô hạn được quy định bởi con đường ABA phụ thuộc Protein DREB1D có thể phản ứng chậm với các tín hiệu stress khô hạn và phụ thuộc vào hàm lượng ABA (Hình 1.4) Các yếu tố phiên mã MYC/MYB, RD22BP1 và AtMYB2, có kết hợp với MYCRS và các yếu tố MYBRS, phức hợp này giúp kích hoạt các gen RD22

(Hình 1.4) Những protein MYC và MYB được tổng hợp sau khi lượng ABA nội sinh tăng lên, do đó cho thấy vai trò của chúng trong giai đoạn cuối của stress (Mahajan và Tuteja, 2005) Các Clp protease điều hòa hoạt động của gen

ERD1 (khi cây bị mất nước), giúp cây phản ứng với tình trạng mất nước và stress mặn trước khi lượng ABA tăng lên, con đường ABA độc lập cũng được

thể hiện trong các phản ứng với stress khô hạn ở Arabidopsis (Nakashima và

cộng sự, 1997) Hai protein ZF-HD và NAC kích hoạt sự biểu hiện của gen

ERD1 trong điều kiện phát triển bình thường của cây Arabidopsis chuyển gen

Nhìn chung, các yếu tố phiên mã có sự liên hệ mật thiết với nhau để đáp ứng với các tín hiệu stress (Kim và cộng sự, 2004)

Hình 1 4 Điều hòa hoạt động gen của thực vật trong các điều kiện stress

(Tuteja, 2007)

Nhìn chung, các tín hiệu stress làm giảm năng suất cây trồng Sự tham gia của các gen phản ứng stress trong quá trình trao đổi chất giúp tăng cường khả năng chống chịu với stress của thực vật Các tín hiệu stress kích hoạt các gen sinh tổng hợp ABA, thể hiện vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng và phát triển của cây trong điều kiện stress Nhiều tác giả đã nghiên cứu sản phẩm của các gen tổng hợp ABA và các yếu tố tham gia vào con đường dẫn truyền tín hiệu stress độ mặn cao (Tuteja, 2007)

1.3 Các vấn đề liên quan đến nồng độ muối cao

Trong số các dạng stress ở thực vật, stress nồng độ muối cao là nghiêm trọng nhất, làm suy giảm chức năng cây trồng (Tuteja, 2007)

Stress nồng độ muối cao là thuật ngữ dùng để chỉ sự hiện diện của các chất khoáng hòa tan trong đất ở nồng độ cao, gây hại cho nhiều loại cây trồng nông nghiệp (Hillel và cộng sự, 2005)

1.3.1 Sự tích tụ muối làm hư hại cấu trúc đất và chức năng thực vật

Nồng độ Na+ cao trong đất không chỉ gây tổn hại trực tiếp cho thực vật mà còn phá hủy cấu trúc đất, làm giảm tính xốp và sự thấm nước Một đất sét nhiễm mặn cứng đến nổi người ta phải dùng thuốc nổ để cày xới chúng Ngoài đồng, sự nhiễm muối của dịch đất hay nước tưới được đo nhờ độ dẫn điện hay thế thẩm thấu Nước tinh khiết có độ dẫn điện rất kém; độ dẫn điện của nước là do các ion hòa tan trong nước, nồng độ muối của nước càng cao thì độ dẫn điện của nước càng cao Nước tưới có phẩm chất tốt khi nồng độ Na+ dưới 2mM và các muối hoàn tan tổng cộng dưới 500mg/l (Bùi Trang Việt, 2002)

Độ mặn trong đất làm ảnh hưởng lớn đến năng suất cây trồng, đặc biệt là ở các vùng khô hạn và bán khô hạn, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sản xuất nông nghiệp Tác hại của độ mặn gây ảnh hưởng đến tăng trưởng thực vật do khả năng thẩm thấu thấp của dung dịch đất, mất cân bằng dinh dưỡng, do tác dụng của các ion hoặc do sự kết hợp của những yếu tố này (Alexandre và cộng

sự, 2013)

Hình 1 5 Ảnh hưởng của stress mặn đối với thực vật

(Alexandre và cộng sự, 2013) Stress nồng độ muối cao cũng gần giống như stress thiếu nước, đều gây ảnh hưởng đến sự tăng trưởng thực vật, nhưng stress mặn có các ion có khả năng gây độc cho cây (Taiz và Zeiger, 2009)

Nồng độ cao Na+

và Cl– trong bào tương gây ảnh hưởng đến tế bào Nồng

độ muối cao bên ngoài tế bào, có thể chỉ ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu Tuy nhiên, trong bào tương, các ion thường tác động đơn lẻ hoặc kết hợp, ảnh hưởng đến toàn bộ cơ thể thực vật (Munns và Tester, 2008)

Sự gia tăng các chất hoà tan trong môi trường, chủ yếu là các ion, có thể thúc đẩy làm giảm sự hấp thu nước của hệ thống rễ cây Do đó, thực vật sẽ hấp thu ít nước, dẫn đến tỷ lệ thoát hơi nước cao hơn so với tỷ lệ hấp thụ nước, và kết quả là thực vật bị thiếu nước, làm giảm tỷ lệ quang hợp và giảm tốc độ tăng trưởng (Alexandre và cộng sự, 2013)

Những biến đổi sinh lý của cơ thể thực vật để thích ứng với stress mặn (hình 1.6) thể hiện đầu tiên trong sự cân bằng dinh dưỡng và nước, thúc đẩy

những thay đổi trong quá trình chuyển hóa, cân bằng nội tiết, trao đổi khí và sản xuất các sản phẩm liên quan đến oxygen Tất cả những thay đổi trên làm thúc đẩy quá trình tăng trưởng và phân chia tế bào, dẫn đến đẩy nhanh quá trình lão hóa của lá, kết quả là cây bị chết (Taiz và Zeiger, 2009)

Hình 1 6 Các biến đổi sinh lý của cơ thể thực vật khi bị stress mặn

(Taiz và Zeiger, 2009)

1.3.2 Sự nhiễm mặn cản tăng trưởng và quang hợp

Độ mặn cao gây sức tác động xấu đến thực vật bằng cách phá vỡ sự cân bằng ion và sự thẩm thấu của tế bào Trong đất mặn, nồng độ cao của các ion natri dẫn đến ức chế sự tăng trưởng và thậm chí gây chết cho thực vật Do đó, cơ chế chịu mặn liên quan đến sự cô lập ion Na+

và Cl- trong không bào của các tế bào thực vật, ngăn Na+ đi vào tế bào và một số cơ chế khác (Tuteja, 2007)

Thực vật được phân thành hai nhóm dựa vào sự kháng muối: cây ưa muối sống ở các đất muối và hoàn toàn chu trình phát triển trong môi trường đó; cây không ưa muối không có khả năng kháng muối Thông thường, có nồng độ muối ngưỡng, trên nồng độ này các cây không ưa muối có hiện tượng giảm tăng trưởng, giảm trọng lượng khô và mất màu lá (Bùi Trang Việt, 2002)

1.3.3 Nồng độ muối cao tác động lên sự thẩm thấu

Hiệu ứng của nồng độ chất hòa tan cao tương tự như hiệu ứng thiếu nước trong đất: hạ thấp thế nước bên ngoài hệ thống thực vật Vài thực vật điều chỉnh

áp suất thẩm thấu khi tăng trưởng trong các đất muối; theo cách này, thực vật tăng trưởng chậm nhưng tế bào có thế nước âm hơn để duy trì sức trương (Bùi Trang Việt, 2002)

1.3.4 Kiểm soát sinh tổng hợp glycerol khi cây chống chịu với stress nồng độ muối cao

Glycerol được tổng hợp trong thời gian cây chịu stress nồng độ muối cao

và có vai trò quan trọng trong khả năng chịu mặn ở cây Arabidopsis

Arabidopsis hoang dại có sự biểu hiện gen GPD1 (tương tự gen Arabidopsis

GLY1) Khi gây đột biến gen GLY1 (ức chế glycerol 3-phosphate dehydrogenase), hoặc đột biến gen GLI1 (ức chế glycerol kinase), và đột biến gen ACT1 (ức chế G3P acyltransferase) Sau đó, đánh giá mức độ khả năng chịu mặn của cây khi có mặt glycerol, glycerol 3-phosphate (G3P) và hoạt động của

các enzym G3PDH, ADH (alcohol dehydrogenase), ALDH (aldehyde dehydrogenase), GK, G3PP (G3P phosphatase) và GLYDH (glycerol

dehydrogenase) Gen GPD1 giúp tạo nhanh enzyme G3PDH, một enzyme quan trọng phụ thuộc vào NAD+

giúp tế bào sinh tổng hợp glycerol cần thiết cho sự

tăng trưởng của tế bào khi phản ứng với stress Những cây chuyển gen GPD1 và những cây có hai đột biến GLI1 và ACT1 có sự tăng khả năng chịu mặn trong các giai đoạn phát triển khác nhau so với cây đột biến GLY1 Những kết quả này

chỉ ra rằng có sự tham gia của glycerol, chứ không phải là G3P, trong khả năng

chịu mặn ở cây Arabidopsis (Bahieldin và cộng sự, 2013)

1.3.5 Thực vật có nhiều cách tránh tổn hại do muối

Thực vật có thể tránh tổn hại do các muối ở nồng độ cao, bằng cách loại muối qua lá hay phân ngăn các ion trong không bào Thực vật nhạy muối có thể cản sự hấp thu các ion gây hại có trong dịch đất loãng Các ion Na+có thể vào rễ theo cách thụ động, do đó tế bào rễ phải dùng năng lượng để bơm Na+ trở ra ngoài Ngược lại, Cl- bị chặn bên ngoài do tính thấm chọn lọc của màng nguyên sinh chất Khi muối được loại ở lá, thực vật dùng các chất hữu cơ để làm hạ thấp thế nước của tế bào chất và không bào Nhiều cây ưa muối hấp thu và tích tụ ion trong lá, thay vì loại trừ Tuy nhiên, các ion này bị cô lập trong không bào, tham gia vào thế thẩm thấu của tế bào, nhưng không làm tổn hại các enzyme nhạy với muối của cytosol và diệp lạp (Bùi Trang Việt, 2002)

Đối với thực vật, nồng độ muối cao không những làm thay đổi áp suất thẩm thấu mà còn gây độc cho cây Các loài thực vật khác nhau có các cơ chế khác nhau để đối phó với stress dạng này (Munns và Tester, 2008) Việc điều chỉnh quá trình thẩm thấu của tế bào bằng cách tích lũy chất tan, đã được coi là một cơ chế quan trọng để làm giảm stress muối ở thực vật Sự giảm khả năng thẩm thấu muối ở thực vật đối với các ion vô cơ (Na+

, Cl-, K+) và chất tan hữu

cơ tương thích (carbohydrate hòa tan, axit amin, proline, betain,….) được tích lũy (Hasegawa và cộng sự, 2000)

Hình 1 7 Sự thích ứng của thực vật đối với stress mặn

độ NaCl tăng trong môi trường, làm giảm mạnh sự tăng trưởng Tiếp theo, một phản ứng chậm hơn do sự tích tụ các ion độc trong các mô (giai đoạn ion hóa), làm cho lá bị nhiễm độc, cụ thể là sự nhiễm độc của diệp lạp, biểu hiện là lá bị

úa vàng (hình 1.8) Sự tổn thương ở lá và lão suy có thể là do lượng muối cao trong lá vượt quá sức chứa của khoang muối trong không bào, làm muối tích tụ trong tế bào chất và lá bị ngộ độc (Munns và Tester, 2008; Munns, 2002) Ngoài

ra, còn có những phản ứng khác mạnh hơn giữa kiểu gen, độ mặn, đất và các yếu tố khác (Munns và Tester, 2008)

Hình 1 8 Các phản ứng của thực vật khi bị stress mặn

(Munns và Tester, 2008) Thực vật có những biểu hiện đặc trưng do stress mặn cho đến khi chúng trưởng thành Các ion gây ảnh hưởng đến quá trình thẩm thấu và kết quả là ức chế sự tăng trưởng của thực vật Các loài thực vật khác nhau có các cơ chế khác nhau để chống chịu với những tác động này Các loài có các cách phản ứng với stress mặn, độ mặn và thời gian biểu hiện khác nhau Khi bị stress mặn, chỉ

trong vài ngày, các tế bào lá trưởng thành sẽ bị tổn thương Tiếp đến, các lá này

bị chết sau khoảng một tuần Và sau khoảng một hoặc vài tháng, một số lượng

lớn lá non bị tổn thương và cây chết hoàn toàn (Munns, 2002)

1.3.7 Stress nồng độ muối cao cảm ứng sự tổng hợp các protein mới

Trong phản ứng của cây với stress nồng độ muối cao, các gen khác nhau được khởi động, các protein tạo ra có liên quan trực tiếp hoặc gián tiếp đến quá trình chống chịu với stress dạng này Một số gen mã hóa tạo các kênh ion, các thụ thể, các thành phần của tín hiệu calcium và một số yếu tố tín hiệu khác hoặc các enzym giúp chuyển hóa các chất khi nồng độ muối cao Nói chung, khả năng chống chịu với stress nồng độ muối cao cần sự phối hợp của rất nhiều gen (Tuteja, 2007)

NaCl (ở nồng độ cao) hay acid abcisic cảm ứng sự tổng hợp các protein liên quan trong sự kháng muối Trong nuôi cấy tế bào, nếu tế bào được xử lý acid abcisic trước xử lý muối, khả năng thích nghi của tế bào được cải thiện rõ rệt Trong cây nguyên, nồng độ muối cao làm tăng nồng độ acid abcisic trong lá Phần lớn acid abcisic có nguồn gốc từ rễ (Bùi Trang Việt, 2002)

Khi cây ở điều kiện nồng độ muối cao, các chất oxy hóa như H2O2, TBARS, glutathione, acid ascorbic, và proline tăng cao Đồng thời, enzyme chống oxy hóa, guaiacol cụ thể peroxidase (POX) được nâng lên đáng kể Hoạt động enzyme khác như β-amylase và acid phosphatase (AP) tăng ít (Babu và cộng sự, 2008)

1.4 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về cây tràm chua

1.4.1 Nghiên cứu phản ứng của cây con với các kim loại

Khảo sát khả năng thích ứng của 3 loài cây bản địa Acacia holosericea,

Eucalyptus camaldulensis và Melaleuca leucadendra với nồng độ Zn khác nhau

Nhằm mục đích cải tạo môi trường thừa Zn bằng cách xây dựng một hệ sinh thái

có khả năng thích ứng với nồng độ Zn cao Các loài keo, tràm, bạch đàn nêu trên được nuôi trong môi trường nuôi cấy với thời gian 10 tuần Thu hoạch cây con (42 ngày tuổi) để thực hiện 6 nghiệm thức với nồng độ Zn khác nhau (0.5, 5, 10,

25, 50 và 100 µM) Kết quả thu được cho thấy khả năng thích ứng với nồng độ

Zn dư thừa của các loài theo trình tự E camaldulensis, A holosericea, M

leucadendra Vậy M leucadendra có khả năng thích ứng kém nhất với nồng độ

Zn cao trong môi trường với các biểu hiện ngộ độc như lá chuyển sang màu đỏ

và sau đó bị hoại tử Ngoài ra, kết quả nghiên cứu cũng cho thấy rằng khi tăng nồng độ Zn trong môi trường thì nồng độ Zn trong mô cũng tăng theo tương ứng Nồng độ Zn trong rễ luôn cao hơn nồng độ Zn trong mô khác ở tất cả các nồng độ Zn trong nghiệm thức (Reichman và cộng sự, 2001)

Ngoài ra, nhóm tác giả này cũng đã nghiên cứu khả năng phản ứng của cây với nồng độ kim loại dư thừa (Mn), từ đó có biện pháp để quản lý các khu vực

bị ô nhiễm kim loại – nơi có nhiều cây trồng Các loài keo, tràm, bạch đàn nêu trên được nuôi trong môi trường nuôi cấy với thời gian 10 tuần Thu hoạch cây

con (42 ngày tuổi) để thực hiện 6 nghiệm thức với nồng độ Mn khác nhau (1, 8,

32, 128, 512 và 2048 muM) Kết quả thu được cho thấy khả năng thích ứng với

nồng độ Mn dư thừa của các loài theo trình tự A holosericea, E crebra, M

leucadendra, E camaldulensis Kết quả cho thấy rằng khả năng chịu đựng stress

(nồng độ Mn cao) của E camaldulensis là rất tốt (trái ngược với sự nhạy cảm của E crebra) Điều này làm các nhà nghiên cứu lo ngại cho các loài động vật

ăn lá cây của loài này Ngoài ra, kết quả cũng chứng tỏ M leucadendra có khả năng chống chịu khá tốt với nồng độ Mn cao trong môi trường Còn A

holosericea và E crebra chống chịu khá kém (Reichman và cộng sự, 2004)

Nhóm tác giả khác đã nghiên cứu khả năng thích ứng của M leucadenra L

với stress (do sự kết hợp giữa Al và muối NaCl) Nghiên cứu khả năng thích ứng

của 16 cây tràm M leucadenra L với môi trường có Al, môi trường có muối

NaCl và môi trường kết hợp Al và NaCl Cây con 2 tháng tuổi được nuôi trong các môi trường có hoặc không có Al 10 mM, NaCl 50 mM, kết hợp Al 10mM

và NaCl 50 mM ở pH 3,8 trong 3 tháng Kết quả thu được cho thấy sự tăng trưởng của cây theo thứ tự các môi trường: kết hợp Al 10 mM và NaCl 50 mM, NaCl 50 mM, Al 10mM Khả năng chống chịu với stress của cây tăng lên theo mức độ ảnh hưởng của stress Kết quả cho thấy rằng môi trường kết hợp Al 10mM và NaCl 50 mM làm tăng stress, trong lá: Na+ tăng lên và nồng độ K+

giảm đáng kể (Nguyen và cộng sự, 2009)

1.4.2 Nghiên cứu kỹ thuật trồng, lai giống tràm Melaleuca leucadendra L

Để cây tràm chua phát triển tốt trên đất ngập phèn thì ta cần chú đến kỹ

thuật làm đất, chọn cây con, mật độ trồng, thời vụ trồng, kỹ thuật trồng, kỹ thuật chăm sóc, thiết kế mô hình đồng tràm phòng chống cháy rừng, cách phòng chống sâu bệnh (Phùng Cẩm Thạch, 2003)

Nghiên cứu thời kỳ nở hoa của các loài tràm Leucadendra (Melaleuca

leucadendra), tràm Cajuputi (Melaleuca cajuputi), tràm Viridiflora (Melaleuca viridiflora), tràm Quinquenervia (Melaleuca quinquenervia) cho thấy các loài này có thời gian nở hoa và quả chín khác nhau khá rõ rệt Hạt phấn của các loài tràm cất trữ thích hợp ở nhiệt độ ẩm 300

C Nghiên cứu về lai giống tràm đã thu

được hơn 300 tổ hợp lai của 4 loài là M cajuputi (Ca), M leucadendra (L), M

viridiflora (V), M quinquenervia (Q) Tuỳ thuộc vào bố mẹ mà cho tỉ lệ đậu

quả khác nhau giữa các tổ hợp lai Nghiên cứu khảo nghiệm giống lai tại Long

An cho thấy sinh trưởng của các tổ hợp tràm lai nhanh hơn các giống đối chứng

và các giống sản xuất Loài M leucadendra làm mẹ trong các tổ hợp lai khác

loài thường có sinh trưởng nhanh hơn loài M cajuputi, M viridiflora, M

quinquenervia được sử dụng làm mẹ Từ những số liệu nghiên cứu cho thấy khi

cất ở nhiệt độ trong phòng 20 - 300

C thì chỉ sau 1 tuần hạt phấn của tràm chua

đã giảm tỷ lệ nẩy mầm rất nhiều (còn 8,8% - 6,2%), đến tuần thứ hai đã hoàn toàn mất sức nẩy mầm Ở nhiệt độ -300

C, hạt phấn của Tràm chua sau 1 năm

cất trữ tỉ lệ nẩy mầm giảm 14,2% (từ 83,8% xuống 69,4%), sau 3 năm cất trữ

vẫn giữ được tỉ lệ nẩy mầm tương đối cao 54,6% (Nguyễn Việt Cường và Đỗ Thị Minh Hiển, 2007)

1.4.3 Nghiên cứu công dụng của tràm Melaleuca leucadendra

L

Kết quả nghiên cứu cho thấy tràm chua (Melaleuca leucadendra L.) là loài sinh trưởng nhanh, năng suất cao hơn tràm ta (Melaleuca cajuputi) và có khả năng sử dụng làm cọc cừ trong xây dựng Về tính chất cơ lý, M leucadendra ở

giai đoạn 6,5 – 7 tuổi đều có khối lượng riêng, hệ số co rút, sức bền chịu nén dọc

và chịu tải trọng cực đại tương đương hoặc tốt hơn M cajuputi ở giai đoạn 10 –

11 tuổi Khả năng chống chịu bệnh mục của tràm chua (6,5 – 7 tuổi) không kém tràm ta (10 – 11 tuổi), tuy ở giai đoạn tuổi khác nhau và sau khi chôn làm cừ ba

năm Khả năng sử dụng cừ của M leucadendra (6,5 – 7 tuổi) tương đương hoặc cao hơn so với M cajuputi (10 – 11 tuổi) (Nguyễn Thị Bích Thủy, 2005)

Sau khi nghiên cứu một số tính chất gỗ của các loài tràm, tác giả đã kết

luận rằng sự chênh lệch về giá trị trung bình của các tính chất gỗ giữa ba loài tràm không đáng kể chứng tỏ giá trị của gỗ ba loài tràm tương tự nhau Gỗ tràm ngoài việc sử dụng làm cọc đóng móng nhà rất hiệu quả, còn có thể sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau Khi sử dụng gỗ tràm cần chú trọng đến việc bảo

quản gỗ để nâng cao độ bền tự nhiên Kích thước cây gỗ, chất lượng gỗ tràm là điều đáng quan tâm nhất Nếu muốn mở rộng khả năng sử dụng gỗ tràm vào

những mục đích khác nhau thì nhất thiết phải có những biện pháp kỹ thuật lâm sinh tác động để ít nhất có được những cây gỗ có kích thước lớn hơn Xác định

tuổi thành thục tự nhiên và công nghệ của tràm cũng như tiếp tục nghiên cứu

tính chất gỗ tràm ở các cấp tuổi cao hơn là việc hết sức cần thiết và có ý nghĩa trong việc phát triển mở rộng rừng tràm trong vùng đất chua phèn ở Đồng bằng sông Cửu Long (Đỗ Văn Bản, 2009)

1.5 Các nghiên cứu nước ngoài về khả năng chống chịu với stress của thực vật

Nghiên cứu về ảnh hưởng của stress mặn và stress nước đối với sự tăng

trưởng của cây Jatropha curcas Cây được đặt trong tình trạng thiếu nước, lá

cây bị giảm tốc độ tăng trưởng mạnh hơn khi bị stress muối Kể từ khi cây chống chịu với stress thiếu nước và stress muối nhẹ, cây phục hồi nhanh chóng

và gần như hoàn toàn Những thay đổi sinh lý này có thể là tập hợp các cơ chế

thích nghi ở J curcas để chống chịu với những điều kiện stress (Benzona và

cộng sự, 2009)

Hạt thông nảy mầm được đặt trong các điều kiện khác nhau: stress nước, stress mặn sử dụng natri clorua (NaCl) và nước biển pha loãng, stress nhiệt Sự nảy mầm và các hoạt động của các enzym tham gia vào việc sử dụng các chất dự trữ trong hạt giống (enzyme chu trình glyoxylate) giảm với sự gia tăng stress nước, nồng độ NaCl và nồng độ nước biển Ngoài ra, việc xử lý nước biển là ít nghiêm trọng đối với hạt nảy mầm (Silva và cộng sự, 2010)

Stress mặn ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật, ảnh hưởng đến tất cả các cơ quan thân, lá, rễ, chồi, quả, hạt Stress mặn thường làm giảm tốc độ tăng trưởng và phát triển của chồi hơn so với rễ, và có thể làm giảm ra hoa Sự hiểu biết stress mặn ảnh hưởng đến các cơ quan sinh dưỡng và

cơ quan sinh sản là rất quan trọng trong việc tìm ra giải pháp giảm thiểu stress mặn tại các thời điểm thích hợp Và stress mặn có thể ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự nảy mầm (Wang và cộng sự, 2011)