Đề tài này nghiên cứu về ảnh hưởng của điều kiện dinh dưỡng N, P lên sự sinh trưởng và quang hợp của cây Sơn ta trong điều kiện stress Cd. Nghiên cứu sẽ tiến hành điều tra hiệu quả dinh dưỡng của N, P lên các đặc điểm tăng trưởng chính và các thông số trao đổi khí liên quan đến quá trình quang hợp của cây Sơn ta trong ứng phó với stress Cd. Mời các bạn cùng tham khảo!
Công nghệ sinh học & Giống trồng HIỆU QUẢ CỦA PHÂN BÓN NITƠ VÀ PHỐT PHO TRONG SINH TRƯỞNG CỦA CÂY SƠN TA (Toxicodendron succedaneum (L.) Kuntze) TIẾP XÚC VỚI STRESS CADMIUM Bùi Thị Tuyết Xuân1*, Nguyễn Văn Sinh1, Đặng Thị Thu Hương1, Nguyễn Hùng Mạnh1, Nguyễn Tiến Dũng1, Vũ Đình Duy2* Viện Sinh thái Tài nguyên Sinh vật, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Sinh thái Nhiệt đới, Trung tâm Nhiệt đới Việt - Nga TÓM TẮT Ảnh hưởng phân bón nitơ (N) phốt (P) lên tính trạng tăng trưởng quang hợp Sơn ta (Toxicodendron succedaneum (L.) Kuntze) tiếp xúc với stress Cd nghiên cứu Các công thức dinh dưỡng khác N và/hoặc P kết hợp với hai mức xử lý Cd, Cd- (0 mg) Cd (50 mg kg-1 đất khô) Stress Cd gây ảnh hưởng đáng kể hầu hết tiêu tăng trưởng Sự khác biệt chiều cao trồng tiếp xúc với stress Cd điều kiện thiếu N (PN-) đủ N (NP- NP) cho thấy ảnh hưởng stress Cd lên chiều cao phụ thuộc vào dinh dưỡng P Hiệu tương tác N P đem lại tiềm cao để cải thiện sinh khối Sơn ta bị stress Cd Sự kết hợp điều kiện N thiếu với stress Cd khiến cho có phản ứng tăng tích lũy sinh khối rễ cao phận khác Khi tiếp xúc với stress Cd, thiếu hụt N khiến cho thể tích đường kính rễ bị ức chế đáng kể cải thiện N bổ sung đầy đủ Ảnh hưởng Cd stress lên khả quang hợp Sơn ta phụ thuộc vào điều kiện dinh dưỡng N, vai trò P khơng đáng kể Có thể kết luận, dinh dưỡng N đầy đủ điều cần thiết cho tăng trưởng quang hợp Sơn ta điều kiện bị stress Cd Từ khóa: Sơn ta, ni tơ, phốt pho, sinh trưởng, stress cadmium ĐẶT VẤN ĐỀ Sự dư thừa thiếu hụt hàm lượng chất dinh dưỡng thiết yếu đất, bón phân áp lực mơi trường lý khiến cho sản lượng chất lượng trồng thấp Phân bón nitơ (N) chất dinh dưỡng quan trọng cho phát triển trồng góp mặt N đóng vai trị quan trọng việc cải thiện sản xuất nông nghiệp (Chen et al., 2011; Zong et al., 2014; Singh et al., 2016) Phốt (P) coi chất dinh dưỡng cho phát triển thực vật (Hinsinger, 2001; Kim Li, 2016) cần thiết để trì chất lượng sản lượng tối ưu trồng (Zapata Zaharah, 2002) Cadmium (Cd) kim loại nặng phổ biến có thời gian bán hủy sinh học dài bền bỉ mơi trường, độc người động vật, dễ dàng bị trồng hấp thụ, mối đe dọa hệ sinh thái rừng (Banni et al., 2010; Li et al., 2013) Vì mà Cd xem chất gây ô nhiễm nghiêm trọng tầng sinh thái mối * Corresponding author: tuyetxuansttv@gmail.com; duydinhvu87@gmail.com 22 quan tâm lớn mơi trường kim loại độc hại tồn đất Nhiều nghiên cứu chứng minh thích nghi thực vật với áp lực mơi trường kiểm soát chất khoáng đa lượng vi lượng N, Si, Zn (Malčovská et al., 2014; Dresler et al., 2015; Liu et al., 2016) Sự kết hợp N với P cải thiện tăng trưởng suất trồng (Gan et al., 2015; Razaq et al., 2017) Do đó, thực nghiên cứu hiệu việc bổ sung N P lên khả sinh trưởng quang hợp thực vật điều kiện trồng tiếp xúc với stress kim loại nặng, cụ thể xử lý với Cd Cây Sơn ta (Toxicodendron succedaneum (L.) Kuntze) lồi thực vật có hoa họ Đào lộn hột (Anacardiaceae), lồi có giá trị kinh tế cao cho nhựa nguồn nguyên liệu quý cần thiết cho nhiều ngành công nghiệp thủ công nghiệp làm đồ mỹ nghệ (sơn, gắn mặt hàng chắp tre nứa, sản phẩm thủ công, hàng sơn mài, sơn dầu ), sơn tàu thuyền, sản xuất vật liệu cách điện Rễ, lá, vỏ dùng làm thuốc TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Công nghệ sinh học & Giống trồng chữa số bệnh theo kinh nghiệm dân gian Lồi có phân bố chủ yếu vùng đồi núi trung du phía Bắc Việt Nam, nhân giống phát triển thành nghề sơn tập trung tỉnh Phú Thọ Hiện nay, diện tích đất trồng Sơn ta dần bị hạn chế bị khai thác mức nên ngày trở nên nghèo kiệt, bạc màu dẫn tới Sơn ta cho suất thấp, chu kỳ khai thác ngắn, sản lượng nhựa không cao giá trị thấp Thêm vào đó, tình trạng nhiễm mơi trường Việt Nam nói chung địa bàn tỉnh Phú Thọ nói riêng ngày phức tạp mà nguyên nhân chất thải nước thải chưa qua xử lý xử lý chưa triệt để tồn dư lượng lớn kim loại nặng, phân bón hóa học, loại thuốc bảo vệ thực vật, nước thải từ chăn nuôi từ hoạt động sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, hoạt động khai khống, từ làng nghề thị Việc nghiên cứu ảnh hưởng tác nhân gây stress phi sinh học lên Sơn ta chế phản ứng thích nghi sở áp dụng để cải thiện giống, tăng cường khả chống chịu Sơn ta với điều kiện môi trường bất lợi, hỗ trợ thúc đẩy trình sinh trưởng phát triển, đồng thời góp phần cải thiện suất chất lượng tiềm trồng điều kiện môi trường khác việc cần thiết Trên sở đó, chúng tơi nghiên cứu ảnh hưởng điều kiện dinh dưỡng N, P lên sinh trưởng quang hợp Sơn ta điều kiện stress Cd Nghiên cứu tiến hành điều tra hiệu dinh dưỡng N, P lên đặc điểm tăng trưởng thơng số trao đổi khí liên quan đến q trình quang hợp Sơn ta ứng phó với stress Cd PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm nghiên cứu Thí nghiệm tiến hành xã Dị Nậu, huyện Tam Nơng, Phú Thọ, nơi có điều kiện khí hậu thổ nhưỡng phù hợp cho Sơn ta sinh trưởng phát triển 2.2 Phương pháp nghiên cứu Trồng thiết kế thí nghiệm - Cây giống Sơn ta thu thập từ vườn giống công ty cung cấp giống trồng lâm nghiệp xã Dị Nậu, huyện Tam Nông, Phú Thọ, sau xử lý tạo hom - Hom (rễ cành) có kích thước dài 15 cm, đường kính cm, kích thích rễ trồng chậu, cung cấp dung dịch dinh dưỡng LA (Long Ashton) Sau trồng khoảng 20 tuần nhà kính, phát triển tương đối đồng lựa chọn cho bố trí thí nghiệm - Các thí nghiệm thực vườn giống Sơn ta địa bàn xã Dị Nậu Thí nghiệm tiến hành nhà kính bán mở tuần Một thiết kế giai thừa điều kiện N P bao gồm: thiếu N đủ P (PN-), đủ N thiếu P (NP-), đủ N đủ P (NP), kết hợp với mức độ xử lý Cd Cd- Cd+ (50 mg·kg−1 CdSO4) Liều 50 mg·kg-1 CdSO4 thơng qua thí nghiệm sơ bộ, cho thấy Sơn ta chịu đựng nồng độ Cd Đối với phương pháp thí nghiệm kết hợp thiếu N đủ N, chậu nhận mM 1,0 mM NH4NO3, tương ứng, thiếu P đủ P, chậu nhận mM 0,65 mM KH2PO4, tương ứng - Đối với tất cơng thức thí nghiệm xem xét ảnh hưởng N, áp dụng với dung dịch LA (Long Ashton) sửa đổi khơng có N (0.5 mM KCl, 0.9 mM CaCl2, 0.3 mM MgSO4, 0.6 mM KH2PO4, 42 μM K2HPO4, 10 µM Fe-EDTA, µM MnSO4, 10 µM H3BO3, µM Na2MoO4, 0.05 µM CoSO4, 0.2 µM ZnSO4, 0.2 µM CuSO4) Với cơng thức thí nghiệm xem xét ảnh hưởng P áp dụng với dung dịch LA sửa đổi khơng có P (1.0 mM NH4NO3, 0.5 mM KCl, 0.9 mM CaCl2, 0.3 mM MgSO4, 10 µM Fe-EDTA, µM MnSO4, 10 µM H3BO3, µM Na2MoO4, 0.05 µM CoSO4, 0.2 µM ZnSO4, 0.2 µM CuSO4) Dung dịch dinh dưỡng định kỳ ngày thêm vào 100 mL cho chậu Thí nghiệm bao gồm tổng số 48 (2 công thức xử lý N × công thức xử lý P × CT xử lý Cd × khối) Đối với cơng thức xử lý kết hợp N, P Cd, khối có Sơ đồ bố trí thí nghiệm: TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 23 Công nghệ sinh học & Giống trồng CdN-P1-1 1-2 1-3 1-4 N3-1 3-2 3-3 3-4 P5-1 5-2 5-3 5-4 NP 7-1 7-2 7-3 7-4 N-: mM NH4NO3 (Không bổ sung) P-: mM KH2PO4 (Không bổ sung) Cd+: 50 mg·kg-1 CdSO4 Cd+ 1-5 1-6 2-1 2-2 3-5 3-6 4-1 4-2 5-5 5-6 6-1 6-2 7-5 7-6 8-1 8-2 N: 1.0 mM NH4NO3 P: 0,65 mM KH2PO4 Đo đếm tiêu tăng trưởng thơng số trao đổi khí Kết thúc đợt thí nghiệm, thơng số trao đổi khí đo trực tiếp bao gồm hiệu suất quang hợp (A), tốc độ thoát (E), độ dẫn khí (gs), nồng độ CO2 tế bào (CO2int) nhiệt độ (Tl) hệ thống đo quang hợp di động (Yaxin1102) Tất thu hoạch sử dụng để nghiên cứu đặc điểm tăng trưởng gồm chiều cao cây, thông số rễ, sinh khối đặc điểm sinh lý quan Các thông số rễ phân tích hệ thống phân tích rễ Win/MacRHIZO 2.3 Xử lý số liệu Phân tích thống kê thực phần mềm SAS v.9.1.3 Tính quy phạm tất liệu kiểm tra cách sử dụng quy trình UNIVARIATE phần mềm SAS v.9.1.3 Các số liệu thể biểu đồ thông qua phần mềm Origin 10.5 Để kiểm tra ảnh hưởng phương pháp xử lý N, P biến thực nghiệm, tất 8-3 4-3 6-3 8-3 8-4 4-4 6-4 8-4 8-5 4-5 6-5 8-5 8-6 4-6 6-6 8-6 biến phân tích ANOVA hai chiều Phân tích ANOVA chiều sử dụng để nghiên cứu khác biệt tính trạng tăng trưởng tương đối phương pháp xử lý khác Sự khác biệt coi có ý nghĩa giá trị P F -test nhỏ 0,05 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Sinh trưởng sinh khối Sơn ta Kết cho thấy, đường kính thân tỉ lệ R/S không bị ảnh hưởng yếu tố dinh dưỡng (N, P) hay stress Cd, không bị ảnh hưởng tương tác hai yếu tố (N×Cd) Trong đó, yếu tố dinh dưỡng gây ảnh hưởng đáng kể tiêu chiều cao sinh khối thân mà không gây ảnh hưởng đáng kể tiêu khác Tuy nhiên, stress Cd gây ảnh hưởng đáng kể hầu hết tiêu tăng trưởng như: chiều cao, sinh khối lá, sinh khối thân, sinh khối rễ, tống sinh khối số lá/cây Ngoài ra, kết hợp yếu tố dinh dưỡng stress Cd (N×Cd) gây mức ảnh hưởng đáng kể tiêu sinh khối Các kết trình bày bảng Bảng Giá trị F phân tích ANOVA hai yếu tố đặc điểm tăng trưởng Chiều Đường SK Tổng Số Yếu tố R/S SK SK rễ cao kính thân SK lá/cây N (dinh dưỡng N, P) 4,03* 1,93 0,37 1,06 3,14* 0,69 1,87 0,84 Cd (Cadmium) 9,77** 0,10 1,43 9,48** 5,35* 3,54* 5,71* 6,00* N×Cd 1,50 0,83 0,03 8,84** 1,81 1,44 2,86 0,63 Ghi chú: *, P < 0,05; **, P < 0,01; ***, P < 0,001; ****, P < 0,0001 Ảnh hưởng dinh dưỡng N, P tương tác chúng lên đặc điểm tăng trưởng Sơn ta tiếp xúc với stress Cd thể qua hình Tính trạng chiều cao giảm mạnh stress Cd thiếu P mà không thay đổi đáng kể điều kiện đủ P (PN- PN) Trong đó, xem xét tiêu đường kính thân, R/S số lá/cây không ghi nhận thay đổi đáng kể 24 gây stress Cd điều kiện dinh dưỡng Tổng sinh khối sinh khối phần (lá, thân, rễ) có xu hướng giảm (tuy mức độ giảm sinh khối rễ tổng sinh khối biểu không đáng kể) stress Cd điều kiện dinh dưỡng thiếu yếu tố N P (PN- NP-) cải thiện phản ứng với stress Cd điều kiện bổ sung đầy đủ dinh dưỡng N P (NP) TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ LÂM NGHIỆP SỐ - 2020 Công nghệ sinh học & Giống trồng Nghiên cứu Waraich et al (2015) rằng, bổ sung P đất làm tăng chiều dài chồi, chiều dài rễ, sinh khối khô tươi rễ Trong nghiên cứu này, chiều cao bị giảm mạnh thiếu P (NP-) phản ứng với stress Cd, nguồn cung P (PN-, NP) thay đổi đáng kể tác động bất lợi stress Cd lên chiều cao Khi so sánh, khơng thấy có khác biệt chiều cao trồng tiếp xúc với stress Cd điều kiện thiếu N (PN-) đủ N (NP- NP) Điều rằng, ảnh hưởng stress Cd lên chiều cao phụ thuộc vào dinh dưỡng P Mặt khác, Drew Saker (1978) chứng minh rằng, P khơng đủ dẫn đến suy giảm suất sản lượng trồng, gây phản ứng đáp trả thực vật cách tăng phân bổ sinh khối P cho rễ, khiến cho sinh khối rễ hàm lượng P rễ tăng cao so với phận khác (thân, lá) Hình Ảnh hưởng dinh dưỡng N, P tương tác chúng lên đặc điểm tăng trưởng Sơn ta tiếp xúc với stress Cd (Các chữ khác (a, b, c) cho thấy khác biệt có ý nghĩa thống kê Thanh bar mức ý nghĩa ± SE (n=6) Các mức ý nghĩa (ANOVA): N, xử lý với dinh dưỡng N, P; Cd, xử lý Cd kết hợp chúng (N × Cd) * P