6. Đóng góp mới của đề tài
1.6.2. Hàm lượng nước liên kết
Nước liên kết là dạng nước bị các phân tử tích điện hút bởi một lực nhất định hoặc trong các liên kết hoá học ở các thành phần của tế bào. Nước liên kết có tính chất vật lí biến đổi do sự tương tác giữa các thành phần khác nhau trong tế bào [13]. Nước bị giữ bởi một lực nhất định do quá trình thuỷ hoá hoá học của các ion, các phân tử, các chất trùng hợp hoặc liên kết trong các thành phần cấu trúc. Dạng nước này chiếm khoảng 30% lượng nước trong thực vật, nước liên kết tồn tại 3 dạng cơ bản:
- Nước liên kết thẩm thấu: Là dạng nước bao quanh các ion và các phân tử hòa tan (các ion khoáng, đường, axit hữu cơ,…)
19
- Nước liên kết keo: Bao gồm nước thủy hóa các tiểu phần keo, trước hết là các phân tử protein. Nước liên kết ở bên trong các mixen (nước ở trên bề mặt các keo và giữa các keo).
- Nước liên kết mao dẫn: Trong vách tế bào và các ống mạch dẫn [13]. Tuỳ theo mức độ liên kết khác nhau mà nước liên kết có thể mất dần tính chất vật lí, hoá học, sinh học như khả năng làm dung môi, bay hơi, tham gia vào các phản ứng hoá học, nhưng lại có vai trò đảm bảo độ bền vững của hệ thống keo trong chất nguyên sinh của tế bào. Nước liên kết có vai trò quan trọng trong quá trình chống chịu của cơ thể thực vật trước các điều kiện bất lợi của môi trường. Vì vậy, hàm lượng nước liên kết trong cây là một chỉ tiêu sinh lí để đánh giá khả năng chịu nóng và chịu hạn của cây trồng. Trong các cơ thể non, hàm lượng nước liên kết thấy nhỏ hơn trong các cơ thể già. Khi thực vật gặp điều kiện khô hạn, hàm lượng nước liên kết tăng lên. Như vậy, hàm lượng nước liên quan tới tính chống chịu chống chịu của thực vật như chịu hạn, chịu rét, chịu mặn của cây trồng. Người ta đã dùng tỷ lệ hàm lượng nước liên kết và nước tự do để đánh giá khả năng chống chịu của thực vật và ứng dụng trong việc chọn các giống cây có khả năng chống chịu tốt nhất. Ở thành tế bào thực vật chủ yếu gồm nước liên kết, việc xác định các dạng nước trong chất nguyên sinh gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp và tính không ổn định về thành phần và cấu trúc của nó. Tuy nhiên, người ta cũng xác định rằng, trong chất nguyên sinh nước bị liên kết bởi sự thủy hóa hóa học của các phân tử protein và các chất cao phân tử khác như xenluloz, hemixenluloz, các chất pectin.
1.6.3. Độ ẩm cây héo
Độ ẩm cây héo là giới hạn độ ẩm nhỏ nhất trong đất mà cây trồng không còn khả năng hút nước được dẫn đến hiện tượng cây bị héo và không hồi phục được. Độ ẩm này phụ thuộc vào loại cây trồng, thành phần cơ giới đất và điều kiện khí hậu tự nhiên của từng vùng. Trong cùng một loại cây các giai đoạn
20
sinh trưởng và giống khác nhau cũng có độ ẩm cây héo là không giống nhau, chẳng hạn độ ẩm cây héo đối với cây cà phê con trong vườn ươm khoảng 26 - 27%, ở giai đoạn tạo quả là 28 - 30%. Độ ẩm cây héo là một chỉ tiêu sinh lí quan trọng để đánh giá mức độ chịu hạn của cây trồng. Đối với cây sống ở vùng sa mạc thì có độ ẩm cây héo là thấp, nghĩa là khả năng chịu hạn là cao, ví dụ như cây xương rồng. Để xác định được độ ẩm cây héo cần tiến hành gây hạn đến khi cây héo không còn khả năng phục hồi. Độ ẩm cây héo liên quan tới hệ số héo, khi cây trồng không được tưới nước đầy đủ sẽ tới lúc cây thiếu nước và bị héo, lượng nước trong đất còn lại khi cây không hút được tính theo tỷ lệ trên khối lượng đất khô tuyệt đối gọi là hệ số héo [16]. Hệ số héo của các loại đất khác nhau rất lớn, ví dụ đất cát là 2,2%; đất thịt 12,6%; đất sét 26,2 % v.v.., đối với cà chua xác định hệ số héo cây là rất cần thiết, nó cho phép chúng ta đánh giá mức độ giới hạn mà cây trồng có thể chịu hạn được trong những điều kiện stress môi trường.
1.7. Một số nghiên cứu đặc điểm sinh lí, hóa sinh liên quan đến tính chịu thiếu nƣớc ở cà chua thiếu nƣớc ở cà chua
Trong những năm gần đây một số tác giả nghiên cứu trên đối tượng cây cà chua tập chung chủ yếu vào các hướng như lai tạo, đánh giá năng suất, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Các chỉ tiêu nghiên nghiên cứu về sinh lí, hóa sinh liên quan tới chịu áp suất thẩm thấu cao, khả năng sinh trưởng và nảy mầm trong dung dịch sorbitol, hàm lượng prolin, hàm lượng diệp lục. Những chỉ tiêu này có liên quan mật thiết với tính chịu hạn của thực vật, đã được các nhà khoa học khẳng định thông qua nhiều công trình khoa học đã được công bố.
Một số đáp ứng sinh lí, hóa sinh của bốn giống cà chua Savior, Chanoka, TV-05, VNS-585 khi nảy mầm trong môi trường áp suất thẩm thấu cao của tác giả Điêu Thị Mai Hoa, Nguyễn Thị Hân cho thấy, khi gieo hạt trong nồng
21
độ sorbitol 0,6%; 0,7%; 0,8%; 0,9%; 1%. Tác giả đã đã lựa chọn nồng độ dung dịch sorbitol 0,8%, đây là nồng độ thích hợp có thể phân loại rõ rệt hơn cả về khả năng nảy mầm giữa các giống để tiếp tục gieo hạt và thực hiện các nghiên cứu sâu hơn. Khi kéo dài thời gian sinh trưởng trong dung dịch đường, sinh trưởng của mầm ở lô thí nghiệm ngày càng chậm hơn, điều này diễn biến ngược lại ở lô đối chứng nên sự chênh lệch chiều dài mầm so với đối chứng ngày càng nhiều. Những giống có khả năng duy trì sinh trưởng nhanh hơn sẽ có khả năng thích nghi tốt hơn các giống khác. Kết quả nghiên cứu về hàm lượng prolin mầm cho thấy, vào ngày thứ 4 sau gieo, tỷ lệ % hàm lượng prolin lô thí nghiệm so với đối chứng không có sự khác biệt lớn (102,0% -
104,8%). Sang đến ngày thứ 6, tỷ lệ này ở giống TV-05 và VNS-585 tiếp tục tăng nhẹ, hai giống Chanoka và Savior thể hiện mức độ tăng tích lũy prolin rất rõ rệt (115,0% và 137,3% so với đối chứng). Đến ngày thứ 8 giống TV-05 và Savior vẫn duy trì được hàm lượng prolin ở lô thí nghiệm cao hơn so với lô đối chứng, trong khi hai giống còn lại chỉ tiêu này lại giảm đáng kể [10].
Một số tác giả khác khi đánh giá khả năng chịu mặn ở cây cà chua chuyển gen ectoin (chất có khả năng tan tốt trong nước và điều chỉnh thẩm thấu cho cây). Kết quả cho thấy rằng trong điều kiện mặn tổng hợp ectoin được đẩy mạnh trong những gốc rễ của cây chuyển gen, dẫn đến sự gia tăng của hoạt động của bộ máy quang hợp thông qua tăng cường sự ổn định màng tế bào trong điều kiện cây trồng bị stress về muối. Quá trình tổng hợp ectoin được kích thích trong lá và rễ giúp cây trồng cải thiện tình trạng thiếu nước. Trong phản ứng với stress mặn, cây chuyển gen tích lũy ectoin liên tục tăng với sự gia tăng nồng độ NaCl, thực vật tăng cường khả năng tích lũy axit amin prolin, các phân tử đường và một số rượu đa chức [32].
Cùng với nghiên cứu về tác động của stress mặn lên tăng trưởng cây, các chất dinh dưỡng khoáng và diệp lục tổng số của một số giống cà chua chịu
22
sốc về muối trong quá trình sinh trưởng. Khi phun dung dịch muối NaCl ở nồng độ 50 mM, 100 mM và 200 mM. Kết quả cho thấy khi nồng độ muối tăng lên thì nồng độ Na+
trong rễ, thân và lá cây cũng tăng lên đáng kể, trong khi nồng độ ion K+ và Ca2+ và tỷ lệ K+/ Na+ lại giảm. Điều này cho thấy sự cạnh tranh giữa nồng độ ion Na+
và K+ hấp thụ trong cây cà chua, kết quả là Na+/ K+ có tính chất đối kháng kháng (Siegel và cộng sự, 1980) [33].
Trong đất mặn, muối gây ra tình trạng thiếu nước là một trong những trở ngại chính cho sự tăng trưởng thực vật (Zadeh và cộng sự, 2008; Taffouo và cộng sự, 2010). Tác động có hại của muối trên cây là kết quả của sự thiếu nước, nồng độ của các chất tan tương đối cao trong đất làm thay đổi các đặc điểm sinh lí, hóa sinh dẫn đến quá trình sinh trưởng của thực vật bị ức chế, các protein, glycin, betain và pinitol tổng hợp tăng cường hình thành giúp cây trồng kéo dài thời gian thích nghi [14]. Mức độ chịu mặn của các giống cà chua có thể chịu đựng được là dưới 50 mM NaCl (Levitt, 1980). Độ mặn đã làm giảm chiều cao cây, hàm lượng diệp lục tổng số và trọng lượng khô, do đó hạn chế việc cung cấp cacbon-hydrat cần thiết cho sự tăng trưởng của cây trồng [33].
23
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Các giống cà chua
- Cây cà chua, là các giống Quốc gia do Trung tâm nghiên cứu và phát triển giống rau chất lượng cao của trường Đại Học Nông Nghiệp I cung cấp.
- Đặc điểm 4 giống cà chua như sau:
TÊN GIỐNG ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC
HT126
- Giống lai F1, là giống ngắn ngày (khoảng 70 - 75 ngày cho thu hoạch lứa đầu), thuộc nhóm quả nhỏ, tròn, nhanh cho thu quả, sai quả, mang quả tập trung, quả chắc, có khả năng kháng bệnh tốt, phục hồi sau úng cao.
- Năng suất cao đạt từ 48,5 - 53 tấn/ha.
HT144
- Giống lai F1, sinh trưởng khoẻ, cây cao trung bình,
nhiều hoa, quả nhỏ có dạng thuôn dài, vai quả xanh, nhanh chín, chín đỏ đẹp. Thích hợp trồng ở chính vụ và trái vụ.
- Năng suất cao đạt từ 45 - 55 tấn/ha. Khả năng chịu
nóng, chịu bệnh tốt.
HT152
- Giống lai F1, là giống ngắn ngày (khoảng 75 - 90
ngày cho thu hoạch lứa đầu), chất lượng cao (thịt quả dày, chắc mịn, khẩu vị ngọt dịu, có hương thơm), sinh trưởng khoẻ, nhiều hoa, sai quả, quả dạng thuôn dài, nhanh chín. Thích hợp trồng ở chính vụ và trái vụ.
- Năng suất cao đạt từ 50 - 60 tấn/ha. Khả năng chịu
24
HT160
- Giống lai F1, là giống ngắn ngày (khoảng 70 - 85 ngày cho thu hoạch lứa đầu), chất lượng cao (thịt quả dày, chắc mịn, khẩu vị ngọt dịu, có hương thơm, quả cứng), sinh trưởng khoẻ, nhiều hoa, sai quả, quả dạng thuôn dài, nhanh chín. Thích hợp trồng ở chính vụ và trái vụ.
- Năng suất cao đạt từ 45 - 60 tấn/ha. Khả năng chịu
nóng, chịu bệnh tốt.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
2.2.1.1. Thí nghiệm giai đoạn nảy mầm
Bố trí thí nghiệm
- Thí nghiệm: Gieo hạt trong phòng thí nghiệm
- Chuẩn bị hạt giống:
+ Chọn hạt giống: Hạt đồng đều, khỏe, có tỷ lệ nảy mầm trên 85%, lấy hạt trong một năm, một nơi nhân ra.
+ Xử lí hạt giống: Ngâm hạt giống trong dung dịch KMnO4 1% trong 3 phút để khử trùng, sau đó rửa lại bằng nước sôi để nguội.
+ Chuẩn bị dụng cụ: Chuẩn bị khay gieo hạt kích thước tương đối của khay là 25 x 15 x 5 cm, giấy thấm gấp nếp. Khay gieo hạt được khử trùng bằng cồn, giấy thấm để đặt lên khay gieo được khử trùng ở nhiệt độ 1300C trong 1h, khi dùng mới lấy.
+ Chuẩn bị hóa chất: Pha dung dịch sorbitol với các nồng độ tương ứng là 3%, 5%, 7%. Xem xét sự biến động các chỉ tiêu ở nồng độ đường khác nhau.
25
+ Tiến hành gieo hạt và xác định các chỉ tiêu liên quan đến khả năng chịu áp suất thẩm thấu cao.
Cách tiến hành thí nghiệm
- Ngâm hạt giống trong nước khoảng 1h sau đó đem gieo hạt giống lên khay đã để sẵn giấy thấm gấp nếp. Gieo vào mỗi khay 3 hàng, mỗi hàng gieo 10 hạt, nhắc lại 3 lần cho mỗi giống. Tổng số khay gieo là 16 trong đó có 12 khay thí nghiệm và 4 khay đối chứng.
- Bổ sung 5ml nước cất vào mỗi khay đối chứng và 5 ml dung dịch
sorbitol tương ứng 3%, 5%, 7% vào khay thí nghiệm hàng ngày. Để các khay đã gieo hạt trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Sau 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày xác định một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh liên quan tới khả năng nảy mầm của hạt, bao gồm những chỉ tiêu sau:
• Xác định khả năng nảy mầm của hạt trong dung dịch sorbitol
Những hạt nảy mầm là những hạt có chiều dài rễ mầm đạt từ 3 mm trở lên. Khả năng nảy mầm của hạt được tính theo công thức sau:
P =
b a
x 100%
Trong đó:
P: Khả năng nảy mầm của hạt trong dung dịch sorbitol so với đối chứng a: Là số hạt nảy mầm trong lô thí nghiệm
b: Số hạt nảy mầm ở lô đối chứng
• Khả năng sinh trưởng của mầm trong dung dịch sorbitol
- Sinh trưởng chiều dài mầm (mm): Dùng thước chia đến mm đo chiều dài của mầm từ chóp rễ đến chồi mầm. Thời gian đo sau khi gieo là 5 ngày, 7 ngày, 9 ngày.
- Khối lượng tươi của mầm (g): Rửa sạch mầm bằng nước cất, dùng giấy thấm thấm sạch nước, tách bỏ phần vỏ hạt, sau đó cân bằng cân phân tích ở thời điểm sau khi gieo 5 ngày, 7 ngày, 9 ngày.
26
2.2.1.2. Thí nghiệm trồng cây trong chậu
Bố trí thí nghiệm
- Chậu trồng cây bằng nhựa, mỗi chậu chứa khoảng 25 kg đất, đường
kính chậu 30 cm, cao 40 cm.
- Chia các chậu ra làm 2 lô: Lô thí nghiệm gây hạn khi cây bắt đầu ra
hoa và lô đối chứng không gây hạn.
- Tổng số chậu trồng cây là 60 chậu, mỗi chậu trồng 1 cây, mỗi giống
trồng 10 chậu thí nghiệm, và 5 chậu đối chứng. Các chậu thí nghiệm được đặt tại khu nhà lưới, vườn thực nghiệm khoa Sinh học - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2.
- Đảm bảo chế độ chăm sóc thông thường từ khi gieo hạt đến khi cây bắt
đầu ra hoa thì tiến hành gây hạn, lấy mẫu tiến hành xác định các chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh vào ngày thứ 5, thứ 7 và thứ 9 sau khi gây héo. Sau đó tưới nước cho những cây còn lại phục hồi.
- Khi quả chín, thu hoạch, xác định một số chỉ tiêu về năng suất
Cách gây hạn
- Các cây trồng được đảm bảo chế độ chăm sóc thông thường đến khi
cây bắt đầu ra hoa, tiến hành gây hạn nhân tạo bằng cách không tưới nước cho đến khi đôi lá cuối cùng bắt đầu héo. Trong quá trình gây hạn, các chậu được che không cho nước mưa có thể vào chậu thí nghiệm, lô đối chứng tưới nước bình thường.
- Tiến hành theo dõi trong vòng 5 ngày kể từ khi lô thí nghiệm bắt đầu có
cây bị héo. Đánh giá tỷ lệ cây không héo, tỷ lệ cây phục hồi sau 5, 7, 9 ngày.
2.2.2. Phương pháp xác định một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh
2.2.2.1. Khả năng giữ nước của lá
- Phương pháp: Sử dụng theo phương pháp Kozushko N.N (1984), [10], [22].
27
nhiên.Cắt lá buổi sáng, cùng tầng thứ 3 từ trên xuống, mỗi giống lấy số lượng lá như nhau cho vào túi nilon, đưa nhanh về phòng thí nghiệm.
- Cách tiến hành:
+ Cân nhanh mẫu lá vừa lấy mẫu về bằng cân phân tích có độ chính xác 10-4. Để héo lá tự nhiên 4 giờ, nơi không có ánh nắng chiếu trực tiếp, ở nhiệt độ phòng, để cho chúng mất nước đến trên 40%.
+ Cân lá để xác định khối lượng sau héo và lượng nước đã mất. Sau đó sấy khô lá ở 1050C cho đến khối lượng không đổi (khoảng 3 đến 4 giờ) để tính khối lượng khô.Khả năng giữ nước của lá được tính theo công thức: