5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
3.1.2.1. Tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô khi bị hạn
Khả năng chịu hạn của cây ngô đƣợc biểu hiện rõ ở từng thời điểm, nhƣng có hai thời kỳ cây ngô mẫn cảm nhất với điều kiện hạn đó là thời kỳ
cây con và thời kỳ ra hoa. Do đó, chúng tôi đã đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các giống ngô nghiên cứu ở giai đoạn cây con trong điều kiện hạn nhân tạo (Bảng 3.1 và Hình 3.4).
Bảng 3.1. Tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô nếp bị xử lý bởi hạn nhân tạo
TT Giống
Tỷ lệ thiệt hại (%)
Hạn 1 ngày Hạn 3 ngày Hạn 5 ngày Hạn 7 ngày Hạn 9 ngày Hạn 11 ngày 1 BN 0,00 13,89±0,57 27,78±0,58 33,33±0,58 57,33±0,57 85,42±0,10 2 BS1 0,00 11,11±0,64 30,56±0,59 44,44±0,57 68,06±0,58 95,65±0,10 3 DG2 0,00 11,11±0,63 27,78±0,57 33,33±0,59 46,67±0,57 86,67±0,57 4 ĐX2 0,00 5,56±0,10 28,89±0,53 44,44±0,59 60,54±0,60 90,80±0,58 5 KL 0,00 16,67±0,57 31,67±0,57 44,44±0,58 67,41±0,58 93,94±0,58 6 Mo 0,00 5,56±0,56 11,11±0,61 33,33±0,61 44,44±0,57 85,33±0,57 7 NH 0,00 11,11±0,56 16,67±0,57 33,33±0,59 43,45±0,60 85,19±0,57 8 PT 0,00 11,11±0,57 22,22±0,56 33,33±0,63 53,33±0,00 84,76±0,10 9 TB 0,00 11,11±0,58 19,44±0,10 33,33±0,67 51,52±0,57 83,33±0,10 10 VK2 0,00 16,67±0,57 27,78±0,10 33,33±0,75 66,67±0,57 89,33±0,01
(n= 30, thí nghiệm lặp lại 3 lần, mức độ tin cậy 95%)
Tỷ lệ thiệt hại (hay mức độ thiệt hại) của mỗi giống ngô đƣợc xác định trên cơ sở theo dõi số cây héo, cây chết sau 3, 5, 7, 9 và 11 ngày hạn. Khi bị hạn, sự thoát hơi nƣớc vƣợt quá sự hấp thu nƣớc làm lƣợng nƣớc trong tế bào giảm, lúc này sự mất sức trƣơng thƣờng gây nên sự đóng lỗ khí khổng và giảm hoạt động quang hợp, gây tổn thƣơng cho cây [60]. Các giống khác nhau sẽ có những đáp ứng khác nhau để làm giảm hoặc tránh bị tổn thƣơng. Bảng 3.1 cho thấy: sau 3, 5, 7, 9 và 11 ngày gây hạn, cả 10 giống nghiên cứu đều chịu ảnh hƣởng của hạn và tỷ lệ thiệt hại do hạn gây ra tăng theo thời gian gây hạn. Sau 3 ngày gây hạn, các giống ngô bắt đầu bị ảnh hƣởng, lá non quăn lại, thân và rễ không bị ảnh hƣởng. Sau 5 ngày hạn, mức độ ảnh hƣởng
tăng lên rõ rệt. Đặc biệt sau 9 ngày hạn, tất cả các giống ngô đều bị héo thân và lá, số lƣợng cây bị chết cũng tăng lên cao. Giống có tỷ lệ thiệt hại cao nhất là BS1 và KL (sau 3 ngày: 11,11% và 16,67%; sau 5 ngày: 30,56% và 31,67%; sau 7 ngày: 44,44% và 44,44%; sau 9 ngày: 68,06% và 67,41%; sau 11 ngày: 95,65% và 93,94%). Giống có tỷ lệ thiệt hại thấp nhất là Mo và NH, từ ngày hạn thứ 7 trở đi hai giống có tỷ lệ thiệt hại thấp hơn (sau 3 ngày: 5,56% và 11,11%; sau 5 ngày: 11,11% và 16,67%; sau 7 ngày: 33,33% và 33,33%; sau 9 ngày: 44,44% và 43,45%; sau 11 ngày: 85,33% và 85,19%).
Hình 3.4. Đồ thị mô tả tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô trong quá trình xử lý hạn Nghiên cứu về ảnh hƣởng của hạn đến quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây húng, Moeini Alishah và cộng sự (2006) nhận thấy: khi mức độ hạn tăng, chiều cao cây, đƣờng kính thân, số lá và diện tích lá giảm có ý nghĩa so với đối chứng [116]. Kết quả phân tích khả năng chịu hạn giai đoạn cây non 3 lá của cây ngô có sự tƣơng đồng với kết quả đánh giá khả năng chịu hạn trên
3.1.2.2. Chỉ số chịu hạn tương đối của 10 giống ngô trong điều kiện hạn nhân tạo
Tính chống chịu của cây trồng nói chung và khả năng chịu hạn của cây ngô nói riêng là tính trạng đa gen. Vì vậy, chúng tôi tiến hành phân tích các chỉ tiêu khác nhau nhƣ tỷ lệ cây không héo, tỷ lệ cây hồi phục, khả năng giữ nƣớc… trƣớc và sau khi xử lý hạn ở các ngƣỡng hạn. Kết quả đƣợc trình bày ở Bảng 3.2.
Kết quả thu đƣợc sau khi xử lý hạn nhân tạo ở giai đoạn cây non bằng cách ngừng tƣới nƣớc cho thấy, tỷ lệ cây không héo và cây hồi phục giảm dần theo các ngày hạn. Sau hạn 7 ngày, tất cả các giống đều có 100% cây héo, các giống có khả năng hồi phục cao nhất là Mo, NH và TB (tƣơng ứng là 76,67%, 72,33% và 71,33%), kém nhất là giống BS1, KL và VK2 (43,33%, 45% và 45%). Sau 9 ngày hạn, các giống có khả năng hồi phục cao nhất là NH, Mo và TB (tƣơng ứng là 37,33%, 36,67 và 36,67%), kém nhất là giống BS1 và VK2 (23,33%). Sau 11 ngày hạn, các giống có khả năng hồi phục cao nhất là NH và Mo (tƣơng ứng là 24,33% và 23,33%), kém nhất là giống BS1 và VK2 (10,67% và 11,33%). Khi mức độ thiệt hại do hạn gây ra càng cao thì kích thƣớc bộ rễ thay đổi [16]. Từ kết quả ở Bảng 3.2, chúng tôi tính đƣợc chỉ số chịu hạn tƣơng đối của 10 giống ngô ở giai đoạn cây con 3 lá. Những giống có chỉ số chịu hạn tƣơng đối càng lớn thì sẽ có khả năng chịu hạn càng cao và ngƣợc lại (giống Mo và NH là hai giống có khả năng chịu hạn cao nhất (chỉ số chịu hạn là: 16276,03; 18365,61), giống BS1, KL, VK2 có khả năng chịu hạn kém nhất (9789,72; 10449,01 và 10045,04). Chỉ số chịu hạn của 10 giống ngô đƣợc sắp xếp theo thứ tự giảm dần nhƣ sau: NH> Mo> TB> PT> BN> DG2> KL> ĐX2> VK2> BS1.
Bảng 3.2. Tổng hợp đánh giá khả năng chịu hạn giai đoạn cây non 3 lá của 10 giống ngô nghiên cứu Chỉ tiêu BN BS1 DG2 ĐX2 KL Mo NH PT TB VK2 % CKH sau hạn 1 ngày 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 % CHP sau hạn 1 ngày 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 % CKH sau hạn 3 ngày 58,33 56,67 66,67 63,33 65,00 83,33 86,67 66,67 66,67 60,00 % CHP sau hạn 3 ngày 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 % CKH sau hạn 5 ngày 16,67 8,33 16,67 13,33 8,500 66,67 70,00 33,33 41,67 11,67 % CHP sau hạn 5 ngày 83,33 70,00 83,33 81,67 75,00 92,12 91,67 83,33 91,67 73,33 % CHP sau hạn 7ngày 51,67 43,33 53,33 56,67 45,00 76,67 72,33 71,33 71,33 45,00 % CHP sau hạn 9 ngày 30,33 23,33 31,67 26,67 26,67 36,67 37,33 30,00 36,67 23,33 % CHP sau hạn 11 ngày 20,67 10,67 20,00 16,67 15,33 23,33 24,33 20,67 20,33 11,33 KNGN sau hạn 1 ngày (%) 34,01 39,23 35,32 50,11 37,25 52,51 59,26 42,29 44,41 40,44 KNGN sau hạn 3 ngày (%) 30,91 28,01 30,28 28,45 30,48 45,50 46,32 36,68 38,08 28,01 KNGN sau hạn 5 ngày (%) 27,41 24,16 29,98 26,19 24,12 31,58 34,60 27,49 28,32 26,11 KNGN sau hạn 7 ngày (%) 21,29 20,12 22,48 20,61 19,06 29,71 32,22 24,41 23,48 20,45 KNGN sau hạn 9 ngày (%) 19,57 16,43 20,26 16,68 16,39 23,15 24,98 21,66 22,61 19,50 KNGN sau hạn 11 ngày (%) 17,36 14,46 18,54 15,28 14,32 21,46 23,19 17,81 20,12 17,22 Tỷ lệ rễ/thân, lá trƣớc hạn (% KLT) 46,47 38,28 43,02 37,75 380,71 45,15 62,97 45,33 44,56 42,28 Tỷ lệ rễ/thân, lá sau hạn 5 ngày (% KLT) 47,61 40,85 45,27 41,25 41,50 60,15 71,82 74,23 75,01 48,85 Tỷ lệ rễ/thân, lá sau hạn 9 ngày (% KLT) 140,91 123,16 136,67 126,52 123,55 143,57 150,12 135,81 134,50 123,16
Tỷ lệ rẽ/thân, lá trƣớc hạn (% KLK) 50,25 45,43 48,33 46,15 45,58 60,38 64,15 66,67 65,30 46,43 Tỷ lệ rẽ/thân, lá sau hạn 5 ngày (% KLK) 105,56 78,71 80,12 83,85 88,39 110,18 129,17 80,11 80,57 80,41 Tỷ lệ rẽ/thân, lá sau hạn 9 ngày (% KLK) 111,76 105,11 112,82 111,53 107,73 113,33 126,67 113,33 112,48 105,36
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