2. Yêu cầu
2.5.2.Cơ chế chống chịu hạn
Những ựiều kiện bất thuận ựối với thực vật là những ựiều kiện ngoại cảnh có ảnh hưởng xấu ựến sinh trưởng, phát triển và năng suất thực vật. điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học có thể làm giảm tới 65-87% năng suất cây trồng tuỳ theo loại cây (Mc Laughlin, 2004). Khi gặp ựiều kiện bất thuận cây có nhiều cách phản ứng khác nhau từ biến ựổi kiểu biểu hiện gen ựến những sai khác trao ựổi chất ở trong tế bào, ựến thay ựổi tốc ựộ sinh trưởng và cuối cùng ựến năng suất cây trồng.
Quá trình cải tiến và cải thiện tắnh ổn ựịnh năng suất trong sản xuất ựã có nhiều thành tựu bằng việc ựưa ra những giống có khả năng né tránh hay chống chịu những ựiều kiện bất lợi sinh học (sâu, bệnh, cỏ dại) và phi sinh học (hạn hán, úng, ựất chua, phèn, ựất nghèo dinh dưỡng) (Hash, 2006).
Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội Ờ Luận văn thạc sĩ khoa học nông nghiệp ẦẦẦẦẦẦẦẦ 16 Cơ chế chống chịu hạn của cây trồng chia thành 2 loại như sau: 1) Né tránh, phòng ngừa ựể không gặp ựiều kiện bất thuận; 2) Chịu bất thuận, tạo ựiều kiện cho cây sống chung với ựiều kiện bất thuận (Lê Quý Kha, 2005; Phan Thị Vân, 2006).
Một số cơ chế chống chịu bất thuận như: thắch nghi; tiến hoá trước khi gặp bất thuận. Một số khác khi gặp bất thuận cây có thể biến ựổi khả năng sinh lý ựể thắch nghị
đặc tắnh chống chịu hạn ở cây trồng không phải là phản ứng ựơn giản mà nó ựược hình thành và ựiều khiển bởi một số phản ứng cấu thành và các phản ứng này lại ảnh hưởng lẫn nhau hay ựối với các cây khác nhau thì khác nhau (Becker và Leon, 1988). Sự chống chịu hạn của cây trồng biểu hiện có khả năng sinh trưởng phát triển bình thường dưới ựiều kiện thiếu hụt nước (Arnon, 1992; Turner, 1986).
Phản ứng sinh lý học của cây trồng trong ựiều kiện thiếu nước bao gồm: rụng lá, giảm diện tắch bề mặt lá và thúc ựẩy phát triển rễ câỵ Cây trồng thường dễ bị ảnh hưởng bởi ựiều kiện khô hạn trong giai ựoạn ra hoa và tạo hạt (giai ựoạn sinh sản), vì chất dinh dưỡng ựang ựược ựưa xuống nuôi rễ câỵ Axắt abscisic (ABA) - một loại hooc-môn cây trồng - cũng gây ra sự ựóng lỗ khắ trên bề mặt lá (những lỗ nhỏ tham gia vào quá trình trao ựổi khắ), làm giảm lượng nước mất ựi do bốc hơi, và làm giảm tỷ lệ quang hợp ở cây trồng. Những phản ứng này làm tăng hiệu quả sử dụng nước ở cây trồng trong thời gian ngắn (AgBiotech Việt Nam, 21/6/2011).
Phản ứng của cây trồng ựối với ựiều kiện khô hạn còn có sự tham gia của các gen thúc ựẩy cây trồng nhận biết stress và truyền tắn hiệu stress (stress signal). Một nhóm gen mã hóa các protein bảo vệ tế bào khỏi các tác ựộng của khô hạn, nhóm gen này bao gồm các gen quy ựịnh số lượng các chất tan phù hợp, hệ thống vận chuyển nước bên trong cây trồng, bảo vệ và ổn ựịnh cấu trúc màng tế bào khỏi sự khô hạn và các gốc tự do ôxy hóa (reactive oxygen species - ROS)
Nhóm gen thứ 2 cũng ựược kắch hoạt trong thời kỳ khô hạn bao gồm các gen mã hóa protein kiểm soát quá trình truyền các tắn hiệu stress và kiểm soát sự bộc lộ của gen. Cây trồng có ắt nhất 4 biện pháp ựộc lập ựể ứng phó với ựiều kiện khô hạn, do nhiều gen khác nhau quy ựịnh, tạo ra mạng lưới gen dày ựặc và phức tạp 8, 9. Hai trong số các biện pháp này phụ thuộc vào hooc-mon ABA, 2 biện pháp còn lại ựộc lập hoàn toàn với ABẠ Ngoài ra, các biện pháp này cũng giúp cây ựối phó với các stress
khác từ môi trường bên ngoài, như nhiệt ựộ quá lạnh hoặc quá nóng, ựất có ựộ mặn caọ..(AgBiotech Việt Nam, 21/6/2011).
Luợng ABA có trong cây trồng làm tăng ựáng kể phản ứng của cây với ựiều kiện môi trường khô hạn, cây ựóng các lỗ khắ, làm giảm lượng nước bốc hơi khỏi lá cây và kắch hoạt các gen phản ứng với stress. Phản ứng này của cây trồng có thể ựảo ngược lại: khi lượng nước trở nên sẵn có, luợng ABA giảm ựi, các lỗ khắ lại ựược mở trở lạị Vì thế, một mục tiêu quan trọng trong quá trình tạo ra cây trồng chịu hạn là tăng ựộ nhạy của cây trồng ựối với ABA (AgBiotech Việt Nam, 21/6/2011).
Có nhiều gen quy ựịnh khả năng chịu hạn của cây trồng ựược phân tách ra từ loài cây Arabidopsis. Các nhà khoa học ựã tạo ra một số loại cây tăng cường khả năng chịu hạn, chịu lạnh và chịu mặn, nhờ công nghệ chuyển gen. ERA1, một gen ựược tìm thấy trong Arabidopsis, mã hóa thành phần ư của transferaza farnesyl, có tham gia vào quá trình truyền tắn hiệu ABẠ Các cây trồng thiếu ERA1 có khả năng chịu hạn tốt hơn, nhưng cho năng suất thấp. để có sự giảm ựiều chỉnh (down-regulation) có ựiều kiện và có thể ựảo ngược ựược, nhóm các nhà nghiên cứu Canada ựã sử dụng chất hoạt hóa ựể kắch hoạt sự biểu hiện antisense của ERA1, ở cả cải dầu và Arabidopsis11 (AgBiotech Việt Nam, 21/6/2011).
Cây trồng chuyển gen có khả năng phát triển mạnh trong ựiều kiện khô hạn, cho năng suất cao hơn so với giống cây trồng thường. Quan trọng hơn, không có sự khác biệt nào giữa cây trồng chuyển gen và cây trồng thông thường trong ựiều kiện có ựủ nước, cho thấy công nghệ này không gây ra hiện tượng yield-drag (hiện tượng cây trồng chuyển gen bị giảm năng suất nếu trồng ở ựiều kiện bình thường). Các thử nghiệm hiện ựang ựược tiến hành ở nhiều ựịa ựiểm, kết quả bước ựầu cho thấy năng suất cây trồng tăng từ 15-25% so với cây trồng thường (Công ty Performance Plants Inc, 2011).