Anion hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp nhưng có vai trò rất quan trọng giúp cây trồng đối phó lại độc chất nhôm trong điều kiện thiếu lân (Lipton et al.,
1987). Nhiều loại cây trồng có khả năng tiết anion hữu cơ từ rễ đáp ứng với độc chất nhôm, bởi vì anion hữu cơ có thể tạo phức để làm hạn chế độc chất nhôm gần vùng rễ cây trồng (Jones, 1998)
Một trong những cơ chế được nghiên cứu anion hữu cơ được tiết ra từ rễ cây trồng tạo chelate được tiết ra từ rễ cây lúa mì (Delhaize et al., 1993; Basu et al.,
1994; Zhang et al., 2003); (2) anion oxalate được tìm thấy ở rễ cây lúa mì đen (Buckwheat) (Miyasaka et al., 1991) và cây khoai môn (Standal, 1983; Ma và Miyasaka et al., 1991; Delhaize et al., 1993), cây thuốc lá và cây đu đủ chuyển gen (Fuente et al., 1997), khóm và đậu nành (Lê Văn Hòa và Masuda, 2004).
Cơ chế kháng độc chất nhôm đã được chia làm hai loại: khả năng loại trừ nhôm và khả năng chịu được nồng độ nhôm. Sự khác nhau chủ yếu của hai cơ chế này là vị trị giải độc nhôm (Taylor, 1991; Koichian, 1995). Al3+ là độc tố quan trọng quan trọng cho hầu hết các loại rễ cây trồng , nhưng một số loại cây khi phân tích ở 1á già thì nồng độ nhôm trên ngưỡng gây độc, như ở lá già của cây chè hàm lượng nhôm trên 30.000 mg/kg chất khô (Matsumoto et al., 1976) và hàm lượng nhôm trên lá đài của cây tú cầu (Hydrangea) trên 3.000 mg/kg chất khô (Ma et al., 1997). Khoảng 90% Al tập trung trong nhựa nguyên của lá thì không độc cho cây do anion oxalate tạo chelate mạnh với nhôm (Hue et al., 1986) và cả hai cơ chế phân giải nhôm bên trong và bên ngoài cây lúa mì đen bởi anion oxalate đã được tổng hợp để nghiên cứu bởi Ma et al., (1986) về tỉ lệ tạo phức giữa Al-oxalate 1:3 và 1:2.
Theo Hue et al., (1986), thì anion malate giải độc chất nhôm thấp hơn citrate và oxalate. Theo Libert và Franceschi (1987), oxalate có mùi rất khó chịu hiện diện khắp nơi trong thực vật, có vai trò bảo vệ cây tránh những độc chất, hàm lượng oxalate trong cây phụ thuộc vào hàm lượng Calcium trong tế bào.
Sự tiết anion hữu cơ từ vùng rễ cây trồng trên đất phèn góp phần giúp cây sinh trưởng và phát triển tốt do cố định được nhôm và hòa tan lân vô cơ.
1.4.3.2. Ảnh hưởng của pH đến sự tiết anion hữu cơ từ rễ cây
Khi pH < 5,0, nhôm hòa tan trong dung dịch đất tăng khi đó pH của dunh dịch đất lại giảm (Ulrich, 1980), Al3+ sẽ trở thành độc chất chính trong dung dịch đất, ngoại trừ đất có hàm lượng chất hữu cơ cao (Berggren, 1990). Khi dung dịch bên trong màng tế bào có pH > 7,0 thì nồng độ nhôm tự do thấp hơn 10-10 M tạo thành Al(OH)3 không hòa tan trong dung dịch, ít ảnh hưởng đến cây trồng (Martin, 1988).
15
Sự thay đổi pH cũng góp phần trong việc tiết anion hữu cơ cân bằng với các cation-anion vô cơ trong thực vật. Phạm vi quan sát sự bài tiết anion citrate từ rễ cây lúa dưới sự thay đổi pH và có liên quan đến sự hòa tan lân đã được đánh giá sự hấp thu lân bằng mô hình toán học (Kirk et al., 1999). Sự hòa tan lân trong đất trồng lúa không thể giải thích bởi sự hoạt động của nấm mycorrihiza mà chủ yếu do anion citrate được tiết ra từ rễ.
1.4.3.2. Ảnh hưởng của lân trong cơ chế tiết anion hữu cơ
Lân là nguyên tố dinh dưỡng chính trong sinh trưởng, phát triển và ảnh hưởng rất lớn đến năng suất cây trồng (Buresh et al., 1997). Mặc dù lân tổng số có rất nhiều trong thạch quyển, nhưng lân hữu dụng thường có giới hạn cho sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng (Abel et al., 2002). P trong thực vật có tính di động cao; chu trình của P thì rất có ý nghĩa cho sự sinh trưởng của thực vật, đặc biệt trong điều kiện stress (Marschner, 1995). Nhiều nghiên cứu cho rằng bó rễ của cây có vai trò quan trọng trong sự huy động P, Fe và các dưỡng chất khác trong vùng rễ. Khi phân tích lân ở hấu hết đầu ngọn rễ cây trồng trên đất chua đều bị thiếu lân, một trong những cơ chế quan trọng để làm tăng hàm lượng lân hòa tan giúp cây hấp thu dễ dàng là sự tiết anion hữu cơ từ đầu ngọn rễ (Dinkerlaker et al., 1989; Hofttland et al., 1989).
16
CHƯƠNG 2
PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP
2.1 Thời gian và địa điểm
Thời gian thực hiện: Từ tháng 09 năm 2012 đến tháng 12 năm 2013
Địa điểm thực hiện: Thí nghiệm được tiến hành tại phòng thí nghiệm Chọn Giống và Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học, Bộ môn Di Truyền - Giống Nông nghiệp, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại Học Cần Thơ.
2.2 Phương tiện
2.2.1 Vật liệu thí nghiệm
Các dòng lúa CTUS4 và PC10 x BN3 do phòng thí nghiệm Chọn Giống và Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học, Bộ môn Di Truyền-Giống Nông Nghiệp, Khoa Nông Nghiệp và Sinh Học Ứng Dụng, Trường Đại học Cần Thơ.
Đất được lấy tại hộ ông Nguyễn Văn Sự, xã Ninh Thạnh Lợi, huyện Hồng Dân, tỉnh Bạc Liêu.
2.2.2 Thiết bị
- 30 chậu đất có đường kính 25cm, cao 35 cm.
- Máy đo độ mặn, máy đo độ ẩm, máy đo pH, cân điện tử và một số dụng cụ khác.
Hình 2.1: Máy đo độ mặn và máy đo pH 2.3 Phươ ng phá p t hí ng hiệ m
Đề tài được thực hiện qua 2 vụ kế tiếp nhau trong điều kiện nhà lưới.
Đất được lấy tại hộ ông Nguyễn Văn Sự, xã Ninh Thạnh Lợi, huyện Hồng Dân, tỉnh Bạc Liêu.
17
Đất được lấy về, sau đó trộn đều và cho vào chậu (30 chậu), mẫu đất được phân tích các thành phần chỉ tiêu tại Phòng Thí Nghiệm Chuyên Sâu, Trường Đại học Cần Thơ.
Giống được ngâm ủ trước một tuần trước khi cấy vào chậu, mỗi chậu cấy 5 cây.
Công thức phân bón: 100N – 60P2O5 – 0K2O (kg/ha) với diện tích mỗi chậu là 0,049 m2.
Phân được chia thành 4 đợt khi bón:
+ Đợt 1: Bón lót 2,45 gram vôi và 0,49 gram P2O5 cho mỗi chậu (trước khi cấy 1-2 ngày).
+ Đợt 2: Bón thúc phân lần 1 với 0,39 gram Ure (10 ngày sau khi cấy). + Đợt 3: Bón thúc phân lần 2 với 0,25 gram Ure (30-35 ngày sau khi cấy). + Đợt 4: Bón nuôi hạt với 0,20 gram Ure (lúa đã trổ đều).
Độ mặn từng chậu được ghi nhận hằng ngày bắt đầu từ lúc cấy lúa vào chậu cho đến khi thu hoạch, thêm nước mỗi ngày để đảm bảo mực nước trong chậu dao động từ 3-5 cm. Thu riêng từng cá thể, ghi nhận thành phần năng suất sau khi thu hoạch.
Cách ghi nhận số liệu trong chậu
Tiến hành đo độ mặn từng chậu bằng máy đo cầm tay Maxtini instrument Mi 306, thời gian đo vào lúc chiều mát. Điều chỉnh máy về chế độ đo EC (mS/cm), đặt điện cực của máy vào chậu sao cho ngập điện cực, quan sát kết quả trên máy, ghi nhận kết quả. Số liệu được quy đổi theo công thức:
‰ muối trong dung dịch = 0,64 x EC (nước) (mS/cm) (Nguyễn Mỹ Hoa và ctv., 2012).
Hình 2.2 Phương pháp đo mặn nước (a) và thêm nước vô chậu thí nghiệm (b)
18
Phương pháp thu thập và đánh giá các chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất
Chiều cao cây
Tiến hành đo chiều cao cây trước lúc thu hoạch. Đo chiều cao từ mặt đất đến chóp bông cao nhất của mỗi bụi.
Thời gian sinh trưởng
Thời gian sinh trưởng được tính từ khi hạt lúa nẩy mầm cho đến khi thu hoạch. Đối với lúa cấy thì thời gian được trừ đi 5 ngày (thời gian cây lúa phục hồi sau khi cấy).
Các chỉ tiêu thành phần năng suất
Các chỉ tiêu thành phần năng suất được phân tích như sau:
- Gặt hết tất cả các bụi trong chậu, ghi nhãn ký hiệu cho từng bụi, mỗi bụi chọn ngẫu nhiên 3 bông.
- Đếm tất cả các bông của bụi, ký hiệu là P. - Lãi hạt, cân tổng số hạt chắc, ký hiệu là W. - Đếm tổng số hạt lép, ký hiệu là L.
- Đếm tổng số hạt chắc, ký hiệu là C.
- Đếm 1.000 hạt chắc, cân trọng lượng, ký hiệu là w.
Tất cả các trọng lượng đều được quy về ẩm độ 14% bằng công thức:
86
100 0
0( H )
W
Trong đó: W0 : Trọng lượng mẫu lúc cân. H0 : Ẩm độ mẫu lúc cân.
19
CHƯƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Kết quả phân tích đất
Ngoài ra, đất thí nghiệm có pH = 3,81 cho nên đất cũng nằm trong nhóm đất phèn, vì theo Brinkman et al., (1993) pH 3,0-3,5 (đất và nước tỷ lệ 1:1 ủ từ vài tuần đến sáu tháng) thì xác định là đất phèn tiềm tàng ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Tuy nhiên theo một số tác giả khác như Van Breemen và Mensvoort (1982) pH 3,5; Dent (1986) lại xác định khoảng pH là bằng 4,0.
Bảng 3.1 Kết quả phân tích đất
Các chỉ tiêu phân loại Giá trị
ECe (mS/cm) 10,55
pH 3,81
Phân loại Đất phèn - mặn vừa
Với kết quả phân tích như trên thì sự sinh trưởng của cây lúa sẽ bị ảnh hưởng do độ mặn và nồng độ Na+ cao trong đất (Nguyễn Mỹ Hoa và ctv., 2012). Năng suất của lúa sẽ bị giảm bởi lúa chỉ có thể sống sót trong điều kiện mặn ở mức 3 mS/cm (1,92‰) đối với giống chống chịu được ngưỡng cao hơn mà không bị ảnh hưởng đến năng suất (Nguyễn Thanh Tường, 2011).
3.2. Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng CTUS4 khi trồng trong điều kiện đất mặn (lần 1) kiện đất mặn (lần 1)
3.2.1. Diễn biến mặn, các chỉ tiêu thành phần năng suất và năng suất của các chậu thí nghiệm (lần 1)
Dựa vào bảng 3.1 trung bình diễn biến độ mặn của 8 chậu trong 9 tuần cho thấy sự biến thiên của độ mặn, độ mặn cao ở giai đoạn đầu khi mới cấy lúa cấy lúa vào chậu và giảm dần vào các giai đoạn sau. Sự biến thiên độ mặn của các chậu có thể lý giải như sau: Vào giai đoạn đầu, do cây lúa còn nhỏ nên mực nước được giữ ở mức thấp để tránh tình trạng lúa bị stress do ngập, mực nước được tăng theo sự phát triển của cây lúa và luôn dao động ở mức từ 3-5 cm. Vào giai đoạn sắp thu hoạch, mực nước được giảm dần cho đến không còn nước trong chậu.
Độ mặn trung bình thấp nhất được ghi nhận là 2,9 ở chậu 13 và cao nhất là 5,17 ở chậu 21. Sự chênh lệch về độ mặn giữa các chậu thí nghiệm có thể giải thích là do lượng đất và lượng nước ở từng chậu không đồng đều với nhau, mặc dù cùng một mẫu đất và được trộn đều với nhau trước khi cho vào chậu.
20
Bảng 3.2 Diễn biến trung bình độ mặn (‰) của 8 chậu trong suốt 9 tuần thí nghiệm (lần 1)
Chậu Tuần Giá trị TB
1 2 3 4 5 6 7 8 9 4 5,10 4,74 5,01 6,15 3,90 5,90 5,10 4,10 3,30 4,48 8 5,05 4,81 4,34 4,70 5,73 5,40 4,60 4,70 2,40 3,91 9 4,46 4,16 3,69 5,00 4,89 4,20 3,20 3,20 2,40 3,91 13 5,83 5,18 4,43 6,12 6,22 4,70 5,90 4,30 4,30 5,17 16 4,84 4,36 4,53 5,42 6,80 5,30 3,90 3,40 3,20 4,61 21 4,64 3,29 3,50 3,67 3,58 3,20 1,20 1,00 1,10 2,90 24 4,06 3,87 3,83 4,89 4,82 4,10 4,40 2,90 2,90 3,94 29 3,44 3,25 4,49 5,30 4,45 3,80 3,80 3,40 2,90 3,90
3.2.2. Đánh giá sơ bộ sự sinh trưởng và phát triển của cây lúa trồng trong điều kiện mặn (lần 1)
Sau chín tuần theo dõi thì chỉ còn 8 chậu lúa còn phát triển. Vào giai đoạn đầu lúc mới cấy vào chậu lúa phát triển tương đối yếu, do bị ảnh hưởng nhiều bởi mặn. Đến giai đoạn đẻ nhánh, cây lúa phát triển khá tốt nhưng khả năng nảy chồi và chồi hữu hiệu là rất thấp, hầu hết lúa trong tất cả các chậu chỉ có từ 4-8 chồi, có một số trường hợp có 10-12 chồi. Do đó chúng ta có thể kết luận rằng mặn đã ảnh hưởng đến sự nảy chồi và cho chồi hữu hiệu của cây lúa (Sajjad, 1984; Grattan và et al., 2002; Shalhevet, 1995 được trích bởi Nguyễn Thanh Tường, 2011). Bước vào giai đoạn trổ, ảnh hưởng của mặn lên cây lúa càng rõ ràng hơn, đa số các bông lúa đều có triệu chứng thoái hóa. Tuy nhiên vẫn có vài cá thể có tỉ lệ hạt chắc cao như các cá thể ở chậu 9, 13, 21, 24.
Hiện tượng hạt lép trên bông nhiều có thể giải thích là do ảnh hưởng của mặn lên sự hình thành hạt phấn (Hasamuzzaman et al., 2009 được trích bởi Nguyễn Thanh Tường, 2011) và làm giảm sức sống hạt phấn (Khatun và Flowers, 1995 được trích bởi Nguyễn Thanh Tường, 2011).
21
3.2.3. Đánh giá và tuyển chọn dòng ưu tú có khả năng chống chịu khi trồng trong điều kiện mặn thông qua các chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất (lần 1)
Bảng 3.3 Chỉ tiêu nông học và thành phần năng suất của 8 dòng thí nghiệm Chậu TGST (ngày) CC (cm) DB (cm) Chồi HH C/B (hạt) TLHC (%) TL 1000 hạt (g) 4 130 66 20,7 6 86 65,6 16,6 8 130 60 18,7 10 92 68,1 16,8 9 130 53 19,2 11 29 80,0 19,2 13 130 81 24,3 12 295 88,3 19,9 16 130 69 17,5 3 44 29,9 21,2 21 130 81 23,5 5 217 87,1 19,0 24 130 64 21,0 1 53 82,8 19,8 29 130 69 21,5 5 49 74,2 19,2
TGST: thời gian sinh trưởng; CC: chiều cao cây; DB: dài bông; Chồi HH: chồi hữu hiệu; TL 1000 hạt: trọng lượng 1000 hạt; C/B: hạt chắc trên bông; TLHC: tỷ lệ hạt chắc
Bảng 3.4 Bảng ghi nhận năng suất lý thuyết và năng suất thực tế của 8 dòng thí nghiệm trên điều kiện đất mặn (lần 1)
Chậu Năng suất lý thuyết (g/chậu) Năng suất trên bụi (g)
4 1,63 0,90 8 2,86 1,79 9 3,22 1,50 13 4,47 2,57 16 2,48 1,53 21 2,06 2,02 24 1,41 1,05 29 1,78 0,98
Dựa vào bảng 3.3 và 3.4 có thể đưa ra một số nhận định sau: đa số các cá thể (dòng) có khả năng chịu mặn và cho năng suất, trong đó cá thể ưu tú nhất ở chậu 13 (dòng 13) có khả năng chịu mặn ở mức 5,17 ‰, có TGST là 130 ngày, chiều cao cây là 81 cm, có 12 chồi hữu hiệu, trọng lượng 1000 hạt là 19,9 g, tỷ lệ hạt chắc là 88,3% và năng suất trên bụi là 2,57 g/chậu. Các dòng ưu tú còn lại cũng có khả năng chịu mặn từ 2,90 đến 4,61‰ và cho năng suất thực tế từ 0,90 đến 2,57 g.
3.3 Đánh giá khả năng chịu mặn của các dòng CTUS4 và chịu phèn của các dòng PC10 x BN3 khi trồng trong điều kiện đất phèn-mặn (lần 2) dòng PC10 x BN3 khi trồng trong điều kiện đất phèn-mặn (lần 2)
Sau khi chọn được cá thể có khả năng chịu mặn tốt và cho năng suất cao, tiếp tục lấy cá thể đó tiến hành thí nghiệm theo dõi sự sinh trưởng và phát triển trong điều kiện mặn (lần 2).
22
3.3.1 Diễn biến mặn của 8 chậu thí nghiệm (lần 2)
Bảng 3.5 Trung bình diễn biến độ mặn (‰) của 8 chậu trong suốt 9 tuần thí nghiệm (lần 2)
Chậu Tuần Giá trị TB
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11,31 10,51 6,89 7,72 9,70 7,20 4,90 4,60 5,0 7,93 12 8,82 9,01 5,02 5,96 6,80 8,20 5,20 3,20 3,60 6,51 15 11,76 8,06 7,09 6,73 8,80 8,20 4,80 8,90 3,50 7,71 17 8,89 10,54 7,53 6,63 8,10 6,70 7,00 9,70 7,00 7,79 19 9,15 9,03 6,62 5,43 6,80 6,30 3,50 8,40 4,30 6,44 23 7,76 9,44 6,97 6,43 7,80 7,10 4,60 6,80 5,70 6,88 28 9,19 5,48 7,74 5,42 6,70 8,40 5,30 6,20 7,30 7,01 29 6,39 8,12 4,77 5,06 5,70 5,50 4,10 8,70 4,90 5,64
Qua 9 tuần theo dõi diễn biến trung bình độ mặn của 8 chậu thí nghiệm cho thấy: độ mặn trung bình của các chậu từ 5,64 đến 7,93‰, độ mặn trung bình theo tuần cao nhất là 7,93‰ ở chậu 10 và thấp nhất là 5,64‰ ở chậu 29. Độ mặn cao vào giai đoạn đầu sau khi cấy lúa, sau đó giảm dần vào giai đoạn tượng khối sơ khởi và trổ chín. Độ mặn cao ở giai đoạn đầu có thể lý giải là vì sau khi đánh giá khả năng chịu mặn (lần 1) mực nước trong chậu không được duy trì nên đất bị khô và có hiện tượng tích lũy muối trên bề mặt đất. Khi tiến hành đưa nước vào để tiếp tục thí nghiệm đánh giá khả năng chịu mặn (lần 2) thì có hiện tượng phóng thích muối ra môi trường bên ngoài nên hầu hết tất cả độ mặn ở các chậu đều tăng, giá trị trung bình cao nhất là 11,76; 11,31 lần lượt ở các chậu 15 và 10. Cũng ở giai đoạn này