Mục đích của nghiên cứu là xác định sự biến động hàm lượng một số chất có hoạt tính thẩm thấu trong lá non đậu xanh ĐX 208 và ĐX 14 sau 3, 5 và 7 ngày gây hạn. Kết quả nghiên cứu cho thấy 2 giống đậu xanh nghiên cứu phản ứng với hạn bằng cách tăng hàm lượng đường tan, proline và glycine betaine đồng thời giảm hàm lượng protein tan qua các ngày xử lý hạn.
BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ DOI: 10.15625/vap.2020.00072 ẢNH HƯỞNG CỦA HẠN ĐẾN CÁC CHẤT CĨ HOẠT TÍNH THẨM THẤU TRONG CÂY ĐẬU XANH ĐX 14 ĐX 208 Ở GIAI ĐOẠN CÂY NON Trương Thị Huệ*, Nguyễn Thị Hịa Tóm tắt: Hạn stress phi sinh học chủ yếu làm giảm suất phẩm chất trồng, có đậu xanh Để tồn điều kiện thiếu nước môi trường, trồng phải có chế thích nghi Một phản ứng thích nghi khả tạo áp suất thẩm thấu cao tế bào để cạnh tranh nước với môi trường xung quanh, dẫn đến xuất tích lũy nhiều chất hịa tan, protein, axit amin đặc hiệu Mục đích nghiên cứu xác định biến động hàm lượng số chất có hoạt tính thẩm thấu non đậu xanh ĐX 208 ĐX 14 sau 3, ngày gây hạn Kết nghiên cứu cho thấy giống đậu xanh nghiên cứu phản ứng với hạn cách tăng hàm lượng đường tan, proline glycine betaine đồng thời giảm hàm lượng protein tan qua ngày xử lý hạn Từ khóa: Chất thẩm thấu, đậu xanh, ĐX 14, ĐX 208, hạn hán MỞ ĐẦU Cây đậu xanh (Vigna radiata (L.) Wilczek) loại đậu đỗ quan trọng, có giá trị kinh tế cao, mang lại hiệu mặt dinh dưỡng mà cịn có tác dụng cải tạo đất (Điêu Thị Mai Hoa nnk., 2011; Nguyễn Vũ Thanh Thanh nnk., 2006) Hạn hán ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển làm giảm suất đậu xanh Hiện nay, mưa nguồn cung cấp nước chủ yếu cho sản xuất đậu xanh, có số vùng có khả chủ động nguồn nước tưới Trong đó, lượng mưa nước ta thường phân bố không vùng tháng năm Do vậy, vụ gieo trồng đậu xanh gặp hạn giai đoạn sinh trưởng, phát triển định Vì vậy, việc nghiên cứu khả chống chịu hạn đậu xanh ngày trở nên cấp thiết Để tồn điều kiện thiếu nước môi trường, đậu xanh phải có biến đổi sinh lý, sinh hóa để thích nghi Một phản ứng thích nghi khả tạo áp suất thẩm thấu cao tế bào để cạnh tranh nước với môi trường xung quanh, dẫn đến xuất tích lũy chất hòa tan, protein, axit amin đặc hiệu… Điều có ý nghĩa để tìm biện pháp tăng cường tính chống chịu điều kiện thiếu nước cho đậu xanh Tuy nhiên, giống mức độ tác động điều kiện thiếu nước đến tiêu hóa sinh sinh trưởng, phát triển đậu xanh có khác Trường Đại học Quy Nhơn *Email: truongthihue@qnu.edu.vn BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 586 NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nguyên liệu hóa chất Hai giống đậu xanh dùng nghiên cứu gồm ĐX 208 ĐX 14 Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Duyên hải Nam Trung Bộ cung cấp ĐX 208 tuyển chọn từ giống địa phương miền Nam giống ĐX 14 Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Đậu đỗ, Viện Cây lương thực Cây thực phẩm Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Duyên hải Nam Trung Bộ chọn lọc Hóa chất sử dụng cho nghiên cứu gồm: glycine betaine chuẩn, coomassie brilliant blue R-250 mua từ Sigma (Mỹ); ethanol, tris-base, β-mercaptoethanol, 1,2 dichloroethane mua từ Merck (Đức); ninhydrin, prolin chuẩn mua từ Biobasic (Canada) 2.2 Phương pháp nghiên cứu 2.2.1 Bố trí thí nghiệm Cây non trồng chậu nhỏ kích thước 20 x 20 cm (Hình 1) để khu nhà lưới có che chắn mưa thuộc khoa Sinh-KTNN Trường Đại học Quy Nhơn Thí nghiệm gây hạn nhân tạo tiến hành theo mơ tả Lê Trần Bình (1998) Số lượng cây/chậu 15 cây, công thức lặp lại lần Cây đảm bảo chế độ chăm sóc thơng thường, đến ngày thứ sau gieo, có thật, gây héo lơ thí nghiệm cách không tưới nước cách li với nước, lơ đối chứng tưới nước bình thường Sau 3, ngày gây hạn, thu mẫu để phân tích hàm lượng đường khử, hàm lượng proline, hàm lượng protein hàm lượng glycine betaine Hình Đậu xanh giai đoạn non 2.2.2 Chỉ tiêu nghiên cứu phương pháp xác định Hàm lượng đường khử phân tích theo phương pháp Bertrand Hàm lượng proline xác định theo phương pháp Bates (1973) Hàm lượng protein xác định theo phương pháp Bradford (1976) Hàm lượng glycine betaine xác định theo phương pháp Grieve Grattan (1983) PHẦN II NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 587 2.2.3 Xử lý số liệu Số liệu xử lý theo phương pháp thống kê toán học qua thơng số: Giá trị trung bình mẫu ( X ), độ lệch chuẩn (δ), sai số trung bình (m) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng hạn đến hàm lượng đường khử đậu xanh giai đoạn non Các chất đường tế bào có vai trị điều chỉnh áp suất thẩm thấu (ASTT) dịch bào, gặp điều kiện bất lợi nóng, lạnh, hạn, Chúng tương tác với màng tế bào, hình thành cầu nối hydro gốc hydroxyl đường với nhóm phospholipid Bằng cách chúng thay vị trí nước màng tế bào, bảo vệ phức enzyme Vì khảo sát hàm lượng đường khử non đậu xanh để tìm mối tương quan khả chịu hạn cần thiết Hàm lượng đường khử non đậu xanh trình bày Bảng Số liệu Bảng cho thấy cơng thức thí nghiệm có hàm lượng đường khử tăng so với đối chứng qua ngày nghiên cứu (sau 3, ngày gây hạn) Sau ngày hạn, hàm lượng đường khử cao so với đối chứng 9,15% (ĐX 208) 11,4% (ĐX 14) Sau ngày hạn, giống ĐX 208 có hàm lượng đường cao 12,84%, ĐX 14 cao 13,6% Sau ngày hạn, hàm lượng đường khử ĐX 208 cao 8,67% ĐX 14 cao 12,67% Bảng Hàm lượng đường khử giống đậu xanh giai đoạn non tác động hạn (%) Hàm lượng đường khử (%) Giống CTTN Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC ĐC 2,84±0,16 100,00 3,97±0,08 100,00 4,27±0,13 100,00 ĐX 208 TN 3,1±0,15 109,15 4,48 ±0,15 112,84 4,64±0,10 108,67 ĐC 3,07±0,10 100,00 4,19±0,12 100,00 4,42±0,11 100,00 ĐX 14 TN 3,42±0,14 111,4 4,76±0,07 113,6 4,98± 0,12 112,67 Sự gia tăng hàm lượng đường khử điều kiện thiếu nước cho thấy non đậu xanh có phản ứng tích cực chống lại điều kiện ngoại cảnh bất lợi Kết nghiên cứu hàm lượng đường khử giai đoạn non giống đậu xanh điều kiện thiếu nước phù hợp với nhận định trước khả điều chỉnh ASTT tế bào thông qua phân tử đường tan làm tăng khả chịu hạn (Đinh Thị Vĩnh Hà nnk., 2009; Nguyễn Vũ Thanh Thanh nnk., 2006) 3.2 Hàm lượng proline giống đậu xanh giai đoạn non điều kiện thiếu nước Proline axit amin có khả hịa tan mạnh nước, giữ nước lấy nước cho tế bào Do gia tăng hàm lượng proline xem chế chống hạn cho trồng (Điêu Thị Mai Hoa nnk., 2011) Hàm lượng proline lá, rễ sống điều kiện khô hạn hay mô nuôi cấy mơi trường có áp suất thẩm thấu cao tăng lên nhiều lần so với sống điều kiện bình thường (Kishor et al., 1995) Do 588 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM vậy, việc xác định hàm lượng proline điều kiện gây hạn nhân tạo cần thiết để đánh giá khả chịu hạn đậu xanh Hàm lượng proline non đậu xanh trình bày Bảng Hàm lượng proline đậu xanh non điều kiện khô hạn tăng lên gấp nhiều lần so với điều kiện bình thường (Bảng 2) Sau ngày hạn, giống ĐX 208 có hàm lượng proline cao so với đối chứng 245,83%, giống ĐX 14 cao 254,9% Sau ngày hạn, hàm lượng proline cao 291,3% (ĐX 208) cao 293,07% (ĐX 14) Sau ngày hạn, hàm lượng proline cao 352,15% (ĐX 208) 365,12% (ĐX 14) Như vậy, qua ngày nghiên cứu (3, 5, ngày hạn), hàm lượng proline tăng dần, đặc biệt giai đoạn từ ngày hạn đến ngày hạn; hàm lượng proline giống ĐX 208 tăng 3,77 µg, giống ĐX 14 tăng 4,03 µg Bảng Hàm lượng proline giống đậu xanh nghiên cứu giai đoạn non Hàm lượng proline (µg/g khối lượng tươi) Giống CTTN Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC ĐC 0,48±0,02 100,00 0,92±0,03 100,00 1,63±0,03 100,00 ĐX 208 TN 1,66±0,02 345,83 3,60±0,03 391,30 7,37±0,04 452,15 ĐC 0,51±0,03 100,00 1,01±0,03 100,00 1,72±0,03 100,00 ĐX 14 TN 1,81±0,04 354,90 3,97±0,05 393,07 8,00±0,03 465,12 Nghiên cứu trước Nguyễn Vũ Thanh Thanh nnk (2006), Điêu Thị Mai Hoa nnk (2011) rằng, giống đậu xanh chịu hạn tốt có hàm lượng proline cao so với giống chịu hạn Nhiều cơng trình nghiên cứu đậu xanh loài thực vật khác đậu tương, ngơ, lúa mì, cà chua cho thấy tích lũy proline tác động hạn làm tăng khả sinh trưởng, phát triển thực vật Như vậy, tích lũy proline trồng bị stress hạn phản ứng chống lại thiếu nước Proline đóng vai trị quan trọng chất thẩm thấu dạng trung tính để làm ổn định protein màng tế bào bảo tồn lượng thực vật tiếp xúc với stress phi sinh học (Ashraf Foolad, 2007) 3.1.3 Ảnh hưởng hạn đến hàm lượng protein tan đậu xanh giai đoạn non Các phân tử protein tan với đoạn peptide ngắn yếu tố tham gia vào trình điều chỉnh áp suất thẩm thấu tế bào Phản ứng thông thường thực vật chịu tác động bất lợi ngoại cảnh biến đổi hàm lượng thành phần protein (Alderfasi et al., 2014) Vì vậy, tiêu protein tan thể phản ứng đậu xanh điều kiện thiếu nước Sự biến động hàm lượng protein tan đậu xanh giai đoạn non trình bày Bảng Dưới tác động hạn, hàm lượng protein giống đậu xanh ĐX 14 ĐX 208 giảm so với đối chứng Sau ngày gây hạn, hàm lượng protein đậu xanh ĐX 208 giảm 7,84%, giống ĐX 14 có hàm lượng protein giảm 7,24% Sau ngày gây hạn, giống PHẦN II NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 589 ĐX 208 có hàm lượng protein giảm 11,82%; giống ĐX 14 hàm lượng protein giảm 9,03% Sau ngày gây hạn, hàm lượng protein ĐX 208 giảm 19,79%, hàm lượng protein giống ĐX 14 giảm 16,11% Bảng Hàm lượng protein tan đậu xanh ĐX 208 ĐX 14 giai đoạn non (µg/ml dịch chiết) Hàm lượng protein tan (µg/ml ) Giống CTTN Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC ĐC 22,20±0,57 100,00 24,03±0,24 100,00 23,45±0,20 100,00 ĐX 208 TN 20,46±0,29 92,16 21,19±0,25 88,18 18,81±0,22 80,21 ĐC 21,82±0,27 100,00 20,71±0,24 100,00 22,10±0,19 100,00 ĐX 14 TN 20,24±0,35 92,76 18,84±0,26 90,97 18,54±0,21 83,89 Như vậy, giống đậu xanh nghiên cứu phản ứng với điều kiện thiếu nước cách giảm hàm lượng protein non Kết phù hợp với nghiên cứu Alderfasi et al (2014) 3.4 Ảnh hưởng hạn đến hàm lượng glycine betaine đậu xanh giai đoạn non Glycine betaine chất có hoạt tính thẩm thấu tích lũy nhiều lồi thực vật để chống lại điều kiện khắc nghiệt môi trường mặn, hạn hán, nhiệt độ cao, xạ UV, Glycine betaine có vai trị bảo vệ enzyme, bảo vệ màng tế bào, điều hòa áp suất thẩm thấu chống lại tác động tiêu cực stress môi trường (Jitender, 2011) Kết nghiên cứu hàm lượng glycine betaine đậu xanh ĐX 14 ĐX 208 trình bày Bảng Kết cho thấy hàm lượng glycine betaine đậu xanh tăng lên rõ rệt qua ngày gây hạn Giống ĐX 208 có hàm lượng glycine betaine tăng 24,21% (sau ngày hạn), tăng 40,32% (sau ngày hạn) tăng 56,15% (sau ngày hạn) so với đối chứng; giống ĐX 14 có hàm lượng glycine betaine tăng 30,05% (sau ngày hạn), tăng 47,99% (sau ngày hạn) tăng 64,57% (sau ngày hạn) Như vậy, có gia tăng đáng kể hàm lượng glycine betaine giống đậu xanh sau xử lý hạn, chứng tỏ giống đậu xanh phản ứng tích cực trước điều kiện ngoại cảnh bất lợi Trong điều kiện thiếu nước, mức độ tăng hàm lượng glycine betaine mẫu đậu xanh ĐX 14 cao so với ĐX 208, cao 4,15 µg/g sau ngày hạn, cao 5,58 µg/g sau ngày hạn 6,46 µg/g sau ngày hạn Bảng Hàm lượng glycine betaine đậu xanh ĐX 208 ĐX 14 giai đoạn non Giống ĐX 208 ĐX 14 CTTN ĐC TN ĐC TN Hàm lượng glycine betaine (µg/g khối lượng tươi) Sau ngày % so ĐC Sau ngày % so ĐC Sau ngày 34,95±0,09 100,00 36,68±0,13 100,00 39,68±0,14 43,41±0,16 124,21 51,47±0,14 140,32 61,95±0,13 36,34±0,15 100,00 38,55±0,11 100,00 41,57±0,13 47,26±0,10 130,05 57,05±0,11 147,99 68,41±0,39 % so ĐC 100,00 156,12 100,00 164,57 590 BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM Như vậy, gia tăng hàm lượng glycine betaine hướng biến đổi thích nghi đậu xanh với điều kiện thiếu nước Điều giải thích glycine betaine hợp chất làm tăng áp suất thẩm thấu, giúp tế bào hút phân tử nước ỏi từ mơi trường bên ngồi trì sức trương tế bào điều kiện hạn (Ashraf, Foolad, 2007) Nghiên cứu cho thấy gặp điều kiện thiếu nước hàm lượng glycine betaine với proline non đậu xanh tăng cao giúp tế bào chống chịu điều kiện bất lợi từ môi trường Kết phù hợp với kết nghiên cứu trước khả chịu mặn, hạn hán thực vật (Đinh Thị Vĩnh Hà nnk., 2009; Điêu Thị Mai Hoa nnk., 2011; Jittender, 2011) KẾT LUẬN Trong điều kiện gây hạn nhân tạo, hàm lượng đường khử non đậu xanh giống ĐX 208 ĐX 14 tăng nhẹ so với đối chứng, tăng 8,67% giống ĐX 208 tăng 12,67% giống ĐX 14 sau ngày hạn Hàm lượng proline non đậu xanh tăng mạnh theo thời gian xử lý hạn, giống ĐX 14 tăng nhiều giống ĐX 208 đặc biệt sau ngày hạn, hàm lượng proline tăng 352,15% (ĐX 208) tăng 365,12% (ĐX 14) Hạn làm giảm hàm lượng protein tan non đậu xanh, giống ĐX 208 giảm nhiều giống ĐX 14; giảm 19,79% ĐX 208 giảm 16,11% ĐX 14 sau ngày hạn Trong điều kiện thiếu nước, hàm lượng glycine betaine non đậu xanh tăng, giống ĐX 14 tăng nhiều ĐX 208 Hàm lượng glycine betaine tăng cao sau ngày xử lý hạn, tăng 56,12% ĐX 208 64,57% ĐX 14 TÀI LIỆU THAM KHẢO Alderfasi A A., Mohamed S M., Ahmad A., Abdullah A and Alhammad B A., (2014), “Screening of Mungbean (Vigna radiata) genotypes for drought tolerance in arid climate of Saudi Arabia”, ASA, CSSA & SSSA International Annual Meeting, 381-386 Ashraf, M and Foolad M R (2007), “Improving plant abiotic stress resistance by exogenous application of osmoprotectants glycinebetaine and proline”, Env Exp Bot., 59: 206-216 Bates L S (1973), “Rapid determination of free protein for water-stress studies”, Plant and Soil, 39: 205-207 Lê Trần Bình, Lê Thị Muội (1998), Phân lập gen chọn dòng chống chịu ngoại cảnh bất lợi lúa, Nhà Xuất Đại học Quốc gia, Hà Nội Phạm Thị Trân Châu, Nguyễn Thị Hiền, Phùng Gia Tường (1998), Thực hành hóa sinh, Nhà xuất Giáo dục Grieve, C M., and S R Grattan 1983 “Rapid assay for the determination of water soluble quaternary ammonium compounds”, Plant Soil, 70: 303-307 Đinh Thị Vĩnh Hà, Nguyễn Văn Mã, Lê Thị Phương Hoa (2009), “Ảnh hưởng điều kiện thiếu nước lên số tiêu sinh lý, hóa sinh đậu tương thời kỳ hoa, Tạp chí Sinh học, 31 (4), tr 89-94 PHẦN II NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG SINH HỌC PHỤC VỤ ĐỜI SỐNG VÀ PHÁT TRIỂN XÃ HỘI 591 Điêu Thị Mai Hoa, Nguyễn Phương Thảo Lê Thị Thanh Hiếu (2011), “Ảnh hưởng áp suất thẩm thấu cao đến nảy mầm, hoạt tính enzyme α-amylase tích lũy proline mầm đậu xanh (Vigna radiata)”, Tạp chí Khoa học Đại học Sư phạm Hà Nội, 56 (3), tr 106-114 Jitender G (2011), “Glycine betaine and abiotic stress tolerance in plants”, Plant signaling & behavior, 6(11): 1746-1751 Kishor P B K., Hong Z., Miao G., Hu C., Verma D P S (1995) “Overexperssion of pyrroline - - carboxylate synthetase increase proline production and confers osmotolarance in transgenic plants”, Plants Physiol 108: 138-1394 Phan Tuấn Nghĩa (2012), Giáo trình Hóa sinh học thực nghiệm, Nxb Giáo dục Nguyễn Vũ Thanh Thanh, Chu Hoàng Mậu, Lê Trần Bình (2006), Nghiên cứu khả chịu hạn hàm lượng proline, đường tan số giống đậu xanh, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Đại học Thái Nguyên, (39), tr 58-64 INFLUENCE OF DROUGHT ON OSMOTIC COMPOUND OF MUNG BEAN SEEDLINGS OF DX 14 AND DX 208 *Truong Thi Hue*, Nguyen Thi Hoa Abstract: Drought is one of the major abiotic stresses that reduce crop productivity and quality, including Mung bean In order to survive the environment’s lack of water, plants must have adaptive mechanisms One of the adaptive reactions is the ability to create high osmotic pressure in cells to compete with water in the surrounding environment, leading to accumulation of specific solvents, proteins, amino acids, etc The purpose of this study was to determine the variation of some substances with osmotic activity in leaves DX 208 and DX 14 after 3, 5, days of drought treatment The results showed that varieties of Mung bean responded to drought by increasing the content of soluble sugar, proline and glycine betaine while reducing the content of soluble protein through days of drought treatment Keywords: Drought, DX 14, DX 208, mung bean, osmotic substances University of Quy Nhon *Email: truongthihue@qnu.edu.vn ... tan non đậu xanh, giống ĐX 208 giảm nhiều giống ĐX 14; giảm 19,79% ĐX 208 giảm 16,11% ĐX 14 sau ngày hạn Trong điều kiện thiếu nước, hàm lượng glycine betaine non đậu xanh tăng, giống ĐX 14 tăng... 208, cao 4,15 µg/g sau ngày hạn, cao 5,58 µg/g sau ngày hạn 6,46 µg/g sau ngày hạn Bảng Hàm lượng glycine betaine đậu xanh ĐX 208 ĐX 14 giai đoạn non Giống ĐX 208 ĐX 14 CTTN ĐC TN ĐC TN Hàm lượng... bình (m) KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Ảnh hưởng hạn đến hàm lượng đường khử đậu xanh giai đoạn non Các chất đường tế bào có vai trị điều chỉnh áp suất thẩm thấu (ASTT) dịch bào, gặp điều