5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1.3. Phân nhóm 10 giống ngô nếp nghiên cứu theo mức độ chịu hạn
Khả năng chịu hạn của thực vật là tính trạng đa gen. Mỗi giống có một kiểu gen quy định mức phản ứng đối với các tác nhân từ môi trƣờng. Do vậy, các giống khác nhau có mức phản ứng khác nhau. Trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành phân tích mối tƣơng quan giữa các đối tƣợng nghiên cứu thông qua các chỉ tiêu thu đƣợc trong điều kiện hạn nhân tạo và hạn sinh lý giai đoạn hạt nảy mầm thông qua hệ số tƣơng đồng về mức phản ứng của kiểu gen theo chƣơng trình NTSYS version 2.02i. Hệ số tƣơng đồng phản ánh mối quan hệ di truyền của các giống ngô. Các giống càng gần nhau về mặt di truyền thì hệ số giống nhau càng lớn, và ngƣợc lại, các giống có hệ số giống nhau càng thấp thì mối quan hệ di truyền giữa chúng càng xa. Kết quả đƣợc trình bày ở Bảng 3.3 và Hình 3.5.
Bảng 3.3. Hệ số tƣơng đồng về mức phản ứng của các giống trƣớc hạn Giống BN BS1 DG2 ĐX2 KL Mo NH PT TB VK2 BN 1,00 BS1 0,11 1,00 DG2 0,19 0,11 1,00 ĐX2 0,08 0,14 0,11 1,00 KL 0,11 0,14 0,14 0,17 1,00 Mo 0,11 0,08 0,14 0,14 0,17 1,00 NH 0,08 0,08 0,14 0,11 0,14 0,14 1,00 PT 0,17 0,11 0,19 0,11 0,11 0,14 0,14 1,00 TB 0,11 0,08 0,17 0,14 0,11 0,19 0,14 0,17 1,00 VK2 0,08 0,19 0,11 0,14 0,14 0,11 0,19 0,11 0,14 1,00 Bảng 3.3 trình bày hệ số giống nhau về sự phản ứng của kiểu gen trong điều kiện hạn nhân tạo của từng cặp đối tƣợng nghiên cứu. Kết quả cho thấy,
hệ số tƣơng đồng giữa các đối tƣợng là rất thấp (từ 0,08 đến 0,19). Các cặp: BN- DG2, BS1- VK2, PT- DG2, Mo- TB có hệ số tƣơng đồng cao nhất là 0,19. Điều này chứng tỏ các giống có bản chất di truyền khác nhau. Mức độ khác nhau này đƣợc thể hiện ở hệ số khác nhau của từng cặp đối tƣợng.
Hình 3.5 cho thấy 10 giống ngô nếp địa phƣơng nghiên cứu đƣợc phân chia thành ba nhóm theo mức độ chịu hạn khác nhau. Nhóm có khả năng chịu hạn kém nhất gồm các giống BS1, VK2, ĐX2, và KL. Nhóm có khả năng chịu hạn trung bình gồm BN, DG2 và PT. Nhóm có khả năng chịu hạn tốt nhất gồm Mo, TB và NH.
Hình 3.5. Sơ đồ hình cây thể hiện sự giống nhau về khả năng phản ứng với hạn của 10 giống ngô nếp địa phƣơng
3.2. ẢNH HƢỞNG CỦA HẠN NHÂN TẠO ĐẾN HÀM LƢỢNG ANTHOCYANIN Ở CÂY NGÔ NẾP ĐỊA PHƢƠNG
Để định lƣợng đƣợc sự có mặt của anthocyanin trong tế bào cây ngô, các dung môi và quy trình tách chiết khác nhau đƣợc khảo sát. Trong các dung môi đã sử dụng, dung môi acetone có HCl 0,01% tỏ ra hiệu quả cao nhất, hàm lƣợng anthocyanin thu đƣợc cao và phổ hấp thụ giống với phổ chuẩn đã nghiên cứu trƣớc đó. Đối với dung môi acetone, có hai tỷ lệ đƣợc thăm dò là 70% và 100%. Kết quả định lƣợng cho thấy hàm lƣợng anthocyanin tách chiết đƣợc trong dung môi acetone tuyệt đối có HCl 0,01% cao hơn trong dung môi acetone 70% có HCl 0,01% [4], [101]. Kết quả định lƣợng anthocyanin trong các mẫu qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn đƣợc trình bày ở các Bảng 3.4, Bảng 3.5, Bảng 3.6, Bảng 3.7, Bảng 3.8 và các Hình 3.6, Hình 3.7.
3.2.1. Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong rễ của 10 giống ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo
Sự biến đổi hàm lƣợng anthocyanin trong rễ của 10 giống ngô nếp địa phƣơng qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo đƣợc trình bày ở Bảng 3.4. Kết quả ở Bảng 3.4 cho thấy các giống khác nhau có sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong rễ khác nhau theo hƣớng tăng từ giai đoạn xử lý hạn nhân tạo sau 1 ngày đến sau 7 ngày, và giảm sau 9 ngày. Tuy nhiên, sự thay đổi hàm lƣợng từ ngƣỡng này sang ngƣỡng kế tiếp không có sự chênh lệch lớn và các giá trị thấp hơn so với trong thân mầm và lá. Tỉ lệ phần trăm tăng hàm lƣợng anthocyanin ở các ngƣỡng xử lý so với thời điểm trƣớc hạn của 10 giống dao động khoảng 102,94% đến 112,24% sau hạn 1 ngày, 104,41% đến 121,43% sau hạn 3 ngày, 110,29% đến 126,53% sau hạn 5 ngày, 110,29% đến 131,63% sau hạn 7 ngày, và 98,53% đến 130,10% sau hạn 9 ngày. Giống NH có hàm lƣợng anthocyanin luôn tăng cao nhất, tăng cao nhất sau 7 ngày hạn (131,63%), sau 9 ngày hạn hàm lƣợng giảm so với sau 7 ngày nhƣng vẫn
giống Mo, PT và TB tăng 129,67%, 121,74% và 121,74% so với trƣớc hạn; sau 9 ngày bị hạn giảm chỉ còn 126,37%, 120,65% và 119,57% so với trƣớc hạn. Nhóm giống có sự tăng hàm lƣợng anthocyanin thấp hơn là BN, DG2 và ĐX2, sau 7 ngày hạn giá trị tăng so với trƣớc hạn tƣơng ứng là 125,00%, 126,76% và 125,58%; giá trị này giảm sau 9 ngày hạn tƣơng ứng là 117,11%, 116,90% và 113,95%. Nhóm giống có sự tăng hàm lƣợng anthocyanin thấp nhất là BS1, KL và VK2, sau 7 ngày hạn giá trị tăng so với trƣớc hạn tƣơng ứng là 110,29%, 111,43% và 114,67%; giá trị này giảm sau 9 ngày hạn tƣơng ứng là 98,53%, 98,57% và 100,00%. Nhƣ vậy, hàm lƣợng anthocyanin của các giống thay đổi theo thời gian gây hạn, đặc biệt là ba giống BS1, KL và VK2, sau 9 ngày hạn giảm hơn so với các giống khác, và đây cũng là ba giống có khả năng chịu hạn kém nhất. Các giống có chỉ số chịu hạn cao có hàm lƣợng anthocyanin cao hơn và giảm ít hơn nhƣ giống NH, Mo, PT, TB.
Bảng 3.4. Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong rễ của 10 giống ngô
TT Giống
Các ngƣỡng gây hạn nhân tạo (%)
Trước hạn Hạn 1 ngày Hạn 3 ngày Hạn 5 ngày Hạn 7 ngày Hạn 9 ngày HL HL %TH HL %TH HL %TH HL %TH HL %TH 1 BN 0,076 0,082 107,89 0,084 110,53 0,086 113,16 0,095 125,00 0,089 117,11 2 BS1 0,068 0,070 102,94 0,071 104,41 0,075 110,29 0,075 110,29 0,067 98,53 3 DG2 0,071 0,078 109,86 0,081 114,08 0,082 115,49 0,090 126,76 0,083 116,90 4 ĐX2 0,086 0,094 109,30 0,098 113,95 0,101 117,44 0,108 125,58 0,098 113,95 5 KL 0,070 0,073 104,29 0,074 105,71 0,078 111,43 0,078 111,43 0,069 98,57 6 Mo 0,091 0,102 112,09 0,110 120,88 0,115 126,37 0,118 129,67 0,115 126,37 7 NH 0,098 0,110 112,24 0,119 121,43 0,124 126,53 0,129 131,63 0,128 130,10 8 PT 0,092 0,101 109,78 0,108 117,39 0,111 120,65 0,112 121,74 0,111 120,65 9 TB 0,092 0,101 109,78 0,107 116,30 0,110 119,57 0,112 121,74 0,110 119,57 10 VK2 0,075 0,079 105,33 0,082 109,33 0,083 110,67 0,086 114,67 0,075 100,00
(TH: Trước hạn; HL: hàm lượng; %TH: % tăng so với trước hạn; các giá trị có sai số từ ±0,001 đến ±0,006; n=3; mức độ tin cậy 95%)
Kết quả nghiên cứu của Elnaz Ebrahimian và Ahmad Bybordi (2012) cho thấy tình trạng thiếu nƣớc làm giảm hàm lƣợng diệp lục (a và b), trong khi hàm lƣợng các flavonoid, anthocyanin và đƣờng tan tăng. Tuy nhiên, nếu tƣới cây bằng dung dịch axit ascorbic (vitamin C) vào cây bị hạn thì hàm lƣợng các chất này thay đổi ngƣợc lại [57]. Một số nghiên cứu khác cũng cho kết quả tƣơng tự khi lƣợng nƣớc trong đất giảm, hàm lƣợng diệp lục trong lá giảm, hàm lƣợng anthocyanin và proline tăng ở cây nho [146], ngô [70]. Theo nghiên cứu của Moeini Alishah và cộng sự (2006), sự tích lũy anthocyanin cho phép thực vật đáp ứng lại một cách nhanh chóng hay tạm thời để thích nghi với điều kiện hạn hơn là dựa vào sự thay đổi về mặt hình thái giải phẫu. Ở thực vật có hệ rễ nấm, sự tích lũy anthocyanin cũng tăng khi môi trƣờng thiếu nƣớc [33].
Cho đến nay, vai trò của anthocyanin trong rễ vẫn chƣa đƣợc rõ ràng, có thể giống nhƣ anthocyanin trong hạt, có vai trò bảo vệ khỏi sự tấn công của mầm bệnh, động vật, và do đó có lợi thế sinh sản vì rễ là cơ quan sinh sản sinh dƣỡng. Đối với các mô sẹo chuyển gen, sự tích lũy anthocyanin đã bảo vệ đƣợc các tế bào trƣớc những tác động ức chế của ánh sáng [110].
3.2.2. Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong lá của 10 giống ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo
Kết quả khảo sát sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong lá của 10 giống ngô nghiên cứu qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo đƣợc trình bày ở Bảng 3.5. Kết quả ở Bảng 3.5 cho thấy các giống khác nhau có sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong lá khác nhau theo hƣớng tăng từ giai đoạn xử lý hạn nhân tạo sau 1 ngày đến sau 7 ngày, và giảm sau 9 ngày. Sự thay đổi hàm lƣợng từ ngƣỡng này sang ngƣỡng kế tiếp có sự chênh lệch rõ (so với trƣớc gây hạn, hàm lƣợng tăng từ 102,44% sau 1 ngày hạn đến 170,59% sau 7 ngày
lƣợng anthocyanin ở các ngƣỡng xử lý so với thời điểm trƣớc hạn của 10 giống dao động khoảng 102,44% đến 125,53% sau hạn 1 ngày, 106,38% đến 135,29% sau hạn 3 ngày, 110% đến 147,06% sau hạn 5 ngày, 112,5% đến 170,59% sau hạn 7 ngày, và 87,5% đến 128,41% sau hạn 9 ngày. Giống có hàm lƣợng anthocyanin luôn tăng cao nhất là NH và Mo, tăng cao nhất sau 7 ngày hạn (tƣơng ứng là 170,59% và 142,86%), sau 9 ngày hạn hàm lƣợng giảm so với sau 7 ngày nhƣng vẫn tăng so với trƣớc hạn (tƣơng ứng là 129,41% và 124,84%). Sau 7 ngày hạn, hàm lƣợng anthocyanin của giống PT và TB tăng 134,38% và 134,62% so với trƣớc hạn; sau 9 ngày bị hạn giảm chỉ còn 117,19% và 116,92% so với trƣớc hạn. Nhóm giống có hàm lƣợng anthocyanin tăng ít hơn là BN, DG2 và ĐX2, sau 7 ngày hạn giá trị tăng so với trƣớc hạn (tƣơng ứng là 131,12%, 128,32% và 130%), giá trị này giảm sau 9 ngày hạn (tƣơng ứng là 107,38%, 108,85% và 105,45%). Nhóm giống có hàm lƣợng anthocyanin tăng ít nhất là BS1, KL và VK2, sau 7 ngày hạn giá trị tăng so với trƣớc hạn (tƣơng ứng là 112,5%, 116,28% và 115,58%), giá trị này giảm sau 9 ngày hạn (tƣơng ứng là 87,5%, 93,02% và 97,56%). Nhƣ vậy, hạn đã tác động mạnh đến hàm lƣợng anthocyanin của các giống, đặc biệt là ba giống BS1, KL và VK2, sau 9 ngày hạn giảm mạnh mẽ hơn so với các giống khác, và đây cũng là ba giống có khả năng chịu hạn kém nhất. Trong khi đó, các giống có chỉ số chịu hạn cao luôn có hàm lƣợng anthocyanin cao hơn nhƣ các giống NH, Mo, PT, TB.
Vai trò sinh lý của anthocyanin trong lá vẫn còn là một vấn đề tranh cãi. Màu lá đƣợc cho là kết quả chung của quá trình chuyển hóa flavonoid, trong đó có anthocyanin. Đối với những cây vùng đới lạnh, khi mùa đông đến, anthocyanin đƣợc tăng tổng hợp ở lớp biểu bì hoặc màng lục lạp để làm giảm thiểu hiện tƣợng đóng băng của nƣớc trong tế bào và trên bề mặt lá, ngăn chặn sự thẩm thấu của nƣớc ra ngoại bào [100]. Mặt khác, khi sự thoát hơi
nƣớc vƣợt quá sự hấp thu nƣớc, sự mất sức trƣơng thƣờng gây nên sự đóng lỗ khí khổng và giảm hoạt động quang hợp. Nghiên cứu thực nghiệm cho thấy có mối tƣơng quan giữa khả năng chịu hạn và đặc điểm hình thái lá, ví dụ nhƣ thành tế bào và lớp biểu bì dày, có lông và tích lũy anthocyanin [100]. Mối tƣơng quan giữa hạn và tổng hợp sắc tố anthocyanin đỏ đã khiến các nhà thực vật học xem xét vai trò điều chỉnh áp suất thẩm thấu của chất này trong lá.
Bảng 3.5. Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong lá của 10 giống ngô
TT Giống
Các ngƣỡng gây hạn nhân tạo (%)
Trước hạn Hạn 1 ngày Hạn 3 ngày Hạn 5 ngày Hạn 7 ngày Hạn 9 ngày HL HL %TH HL %TH HL %TH HL %TH HL %TH 1 BN 0,122 0,130 106,56 0,139 113,93 0,152 124,59 0,160 131,15 0,131 107,38 2 BS1 0,080 0,082 102,50 0,085 106,38 0,088 110,00 0,090 112,50 0,070 87,50 3 DG2 0,113 0,125 110,62 0,129 114,16 0,130 115,04 0,145 128,32 0,123 108,85 4 ĐX2 0,110 0,120 109,09 0,125 113,64 0,130 118,18 0,143 130,00 0,116 105,45 5 KL 0,086 0,092 106,98 0,092 106,98 0,095 110,47 0,100 116,28 0,080 93,02 6 Mo 0,161 0,191 118,63 0,205 127,33 0,210 130,43 0,230 142,86 0,201 124,84 7 NH 0,170 0,210 123,53 0,230 135,29 0,250 147,06 0,290 170,59 0,220 129,41 8 PT 0,128 0,144 112,50 0,155 121,09 0,159 124,22 0,172 134,38 0,150 117,19 9 TB 0,130 0,145 111,54 0,157 120,77 0,160 123,08 0,175 134,62 0,152 116,92 10 VK2 0,082 0,084 102,44 0,089 108,54 0,092 112,20 0,095 115,85 0,080 97,56
(HL: hàm lượng; %TH: % tăng so với trước hạn; các giá trị có sai số từ ±0,001 đến ±0,006; n= 3; mức độ tin cậy 95%)
Tuy nhiên, Kaylyn Carpenter và cộng sự (2012) lại cho rằng nồng độ anthocyanin trong lá không ảnh hƣởng đáng kể đến khả năng thẩm thấu của tế bào hoặc thực hiện chức năng thẩm thấu trong các mô chịu hạn, và nhiều khả năng đóng vai trò khác trong việc thích nghi với điều kiện khí hậu khô hạn, ví dụ nhƣ giảm chiếu sáng hay chất chống oxy hóa. Kết luận này dựa trên việc tính nồng độ anthocyanin trung bình và khả năng thẩm thấu của ba loại anthocyanin chịu hạn đã đƣợc ghi nhận trƣớc đó [86]. Macar và Ekmekçi
(2008) cho rằng sau 5 và 7 ngày xử lý hạn, hàm lƣợng anthocyanin tăng dần, trong khi hàm lƣợng diệp lục tổng số giảm so với đối chứng. Các enzyme chống oxy hóa để chống chịu hạn cũng biến đổi. Hoạt tính của SOD tăng theo thời gian gây hạn. Hoạt tính POG tăng từ ngày thứ 5, APX cao hơn đáng kể sau ngày hạn thứ 7 [104]. Ở cây Arabidopsis bị hạn, lƣợng nƣớc trong lá giảm và tƣơng quan nghịch chặt chẽ với nồng độ các chất chuyển hóa proline, đƣờng tan và anthocyanin [122].
3.2.3. Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong thân mầm và bẹ lá của 10 giống ngô qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo
Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong thân mầm và bẹ lá của 10 giống ngô nếp địa phƣơng qua các ngƣỡng xử lý bởi hạn nhân tạo đƣợc trình bày ở Bảng 3.6.
Bảng 3.6. Sự biến động hàm lƣợng anthocyanin trong thân mầm và bẹ lá 10 giống ngô
TT Giống
Các ngƣỡng gây hạn nhân tạo (%)
Trước hạn Hạn 1 ngày Hạn 3 ngày Hạn 5 ngày Hạn 7 ngày Hạn 9 ngày HL HL %TH HL %TH HL %TH HL %TH HL %TH 1 BN 0,518 0,570 110,04 0,643 124,13 0,678 130,89 0,606 117,44 0,631 121,81 2 BS1 0,402 0,451 112,19 0,502 124,88 0,488 121,39 0,347 86,32 0,449 111,69 3 DG2 0,514 0,534 103,89 0,601 116,93 0,671 130,54 0,561 109,14 0,624 121,40 4 ĐX2 0,460 0,514 111,74 0,608 132,17 0,603 131,09 0,583 126,74 0,603 131,09 5 KL 0,464 0,507 109,27 0,562 121,12 0,601 129,53 0,503 108,41 0,552 118,97 6 Mo 0,509 0,655 128,68 0,708 139,10 0,803 157,76 0,709 139,29 0,752 147,74 7 NH 0,492 0,695 141,26 0,766 155,69 0,936 190,24 0,745 151,42 0,798 162,20 8 PT 0,498 0,655 131,53 0,694 139,36 0,754 151,41 0,687 137,95 0,721 144,78 9 TB 0,482 0,593 123,03 0,655 135,89 0,751 155,81 0,686 142,32 0,714 148,13 10 VK2 0,491 0,521 106,11 0,604 123,01 0,653 132,99 0,591 120,34 0,598 121,79
(HL: hàm lượng; %TH: % tăng so với trước hạn; các giá trị có sai số từ ±0,001 đến ±0,006; n= 3; mức độ tin cậy 95%)
anthocyanin trong lá khác nhau theo hƣớng tăng từ giai đoạn xử lý hạn nhân tạo sau 1 ngày đến sau 5 ngày, giảm sau 7 ngày và tăng trở lại sau 9 ngày. Sự thay đổi hàm lƣợng qua hai ngƣỡng kế tiếp có sự chênh lệch lớn (so với thời điểm trƣớc gây hạn, hàm lƣợng tăng từ 103,98% sau 1 ngày hạn đến 190,24% sau 5 ngày hạn) và các giá trị đo đƣợc cao hơn hẳn so với trong lá và rễ. Tỉ lệ phần trăm tăng hàm lƣợng anthocyanin ở các ngƣỡng xử lý so với thời điểm trƣớc hạn của 10 giống dao động khoảng 103,89% đến 141,26% sau hạn 1 ngày, 116,93% đến 155,69% sau hạn 3 ngày, 121,39% đến 190,24% sau hạn 5 ngày, 86,32% đến 151,42% sau hạn 7 ngày, và 111,69% đến 162,20% sau hạn 9 ngày. Giống có hàm lƣợng anthocyanin luôn tăng cao nhất là NH và Mo, tăng cao nhất sau 5 ngày hạn (tƣơng ứng là 190,24% và 157,76%), sau 7 ngày hạn hàm lƣợng giảm so với sau 5 ngày nhƣng vẫn tăng so với trƣớc hạn (tƣơng ứng là 151,42% và 139,29%), sau 9 ngày hạn hàm lƣợng tăng trở lại và đạt giá trị cao nhất so với 8 giống còn lại (tƣơng ứng là 162,20% và 147,74%). Sau 5 ngày hạn, hàm lƣợng anthocyanin của giống PT và TB tăng