3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.2.2. Sự biến động hàm lượng đường khử của ngô trong điều kiện hạn có xử
xử lý melatonin
Đường trong tế bào có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh áp suất thẩm thấu trong dịch bào khi gặp điều kiện ngoại cảnh bất lợi. Khi tế bào bị mất nước, các chất hòa tan sẽ dần được tích lũy trong tế bào nhằm chống lại sự mất nước và tăng khả năng giữ nước của chất nguyên sinh. Quá trình thủy phân carbohydrate dự trữ là một trong các nguồn cung cấp chất tan cho quá trình điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào trong điều kiện mất nước, đồng thời cũng có vai trò quan trọng trong quá trình phục hồi của cây. Như vậy những phân tử đường nhỏ và dễ tan trong dịch bào có vai trò quan trọng trong việc tham gia điều chỉnh áp suất thẩm thấu. Vì vậy, chúng tôi khảo sát hàm lượng đường khử ở giai đoạn cây non để tìm mối liên quan đến khả năng chịu hạn của ngô HN68 ở các công thức nghiên cứu. Hàm lượng đường khử ở giai đoạn cây non được trình bày ở bảng 3.6 và biểu đồ 3.7.
Bảng 3.6. Hàm lƣợng đƣờng khử trong lá ngô ở giai đoạn cây non ở các công thức nghiên cứu
CTTN
Hàm lƣợng đƣờng khử (%)
Sau 3 ngày Sau 5 ngày Sau 7 ngày CT1 1,75bc + 0,02 2,18b ± 0,03 2,45b ± 0,03 CT2 1,73c ± 0,03 2,09c ± 0,04 2,39c ± 0,02 CT3 1,80b ± 0,04 2,15bc ± 0,05 2,50b ± 0,03 CT4 2,15a ± 0,05 2,86a ± 0,02 2,95a ± 0,01 CT5 1,37d ± 0,02 1,44d ± 0,05 1,58d ± 0,04 Mức ý nghĩa * * * CV % 1,85 1,77 1,11 LSD 0,06 0,07 0,05
Ghi chú: *Sai khác giữa lô đối chứng và thí nghiệm ở mức P<0,05
Trong cùng một cột những số khác mẫu tự theo sau khác biệt nhau ở mức ý nghĩa 5%
Qua bảng số liệu 3.6, hàm lượng đường khử trong điểu kiện hạn tăng cao hơn nhiều so với điều kiện tưới nước đầy đủ qua từng thời điểm gây hạn. Sau 3 ngày hàm lượng đường khử tăng 27,74%; tăng 51,39% sau 5 ngày hạn và tăng 55,06% sau 7 ngày gây hạn.
Trong điều kiện hạn có xử lý melatonin, hàm lượng đường khử của lá ngô HN68 tăng nhanh chỉ ở CT4 xử lý melatonin 150 µM. Hàm lượng đường khử ở CT2 và CT3 không có sự sai khác có ý nghĩa thống kê. Cụ thể: Ở thời điểm 3 ngày sau gây hạn, CT4 có hàm lượng đường khử tăng 22,86%; sau 5 ngày gây hạn hàm lượng đường khử tăng 31,19% và sau 7 ngày hạn hàm lượng đường khử tăng 20,41% so với hạn không xử lý melatonin. Như vậy, CT4 vẫn là công thức có hàm lượng đường khử tăng cao và tăng nhanh nhất trong các công thức có xử lý melatonin ở thời điểm sau 7 ngày hạn. Điều này
đồng nghĩa với việc CT4 xử lý melatonin 150 µM mang lại hiệu quả tốt nhất cho ngô HN68 trong điều kiện hạn.
Trong môi trường stress hạn, cây trồng sẽ tích lũy một số loại đường tan, sự gia tăng hàm lượng đường là một trong những chỉ số đánh giá về khả năng chịu hạn của cây trồng [36]. Trong thời gian cây thiếu nước, đường hoạt động như hợp chất hòa tan điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào, giúp duy trì sức trương tế bào, bảo vệ màng tế bào bằng cách tương tác với các phức hợp protein, enzyme và loại bỏ ROS [39],chúng tương tác với màng tế bào hình thành cầu nối hydro giữa gốc hydroxyl của đường với nhóm phospholipid. Bằng cách này, chúng thay thế vị trí nước trong màng tế bào, bảo vệ các phức enzyme. Chính vì vậy hoạt động của các cơ quan và tế bào chất diễn ra với tốc độ bình thường [38].Kết quả của sự biến động hàm lượng đường khử ở giai đoạn cây non là cơ sở đế đánh giá khả năng phản ứng với hạn khác nhau của ngô ở các công thức nghiên cứu, hàm lượng đường khử tăng cao khi ngô gặp hạn là phản ứng thích nghi tích cực giúp cây chịu hạn tốt hơn. Việc xử lý melatonin gia tăng hàm lượng đường khử để làm tăng áp suất thẩm thấu nội bào, giúp cây hút được nước từ môi trường.
Ye và cộng sự (2016) xử lý melatonin 100 µM cho ngô Cheng Yu 888 cho thấy ngô không xử lý melatonin có thế năng thẩm thấu giảm mạnh hơn so với ngô được xử lý melatonin khi gặp hạn cây. Việc xử lý melatonin giúp tế bào duy trì sức trương cao [42].
Huang và cộng sự (2019) nghiên cứu vai trò của melatonin ngoại sinh đến khả năng chống oxy hóa và hệ thống quang hợp trên cây ngô cũng cho thấy phương pháp xử lý melatonin bằng cách tưới đã làm tăng các chất có hoạt tính thẩm thấu bao gồm đường tan và prolin [32].
Sự biến động hàm lượng đường khử ở giai đoạn cây non của ngô ở trong điều kiện nghiên cứu được biểu diễn ở biểu đồ 3.7.
Biểu đồ 3.7. Sự biến động hàm lƣợng đƣờng khử trong lá ngô ở giai đoạn cây non trong điều kiện gây hạn có xử lý melatonin
Trong phạm vi nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy sự biến động hàm lượng đường khử cũng phù hợp với sự biến động về hoạt độ amylase ở các công thức nghiên cứu ở 3.2.1. Hoạt độ của α-amylase càng cao thì hàm lượng đường khử được hình thành do quá trình phân giải tinh bột càng lớn, cung cấp cho quá trình nảy mầm của hạt, sự sinh trưởng mầm cũng như điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào trong điều kiện hạn. Trong điều kiện ngoại cảnh bất lợi (hạn, nóng, lạnh,…), tế bào mất nước nhanh dẫn đến sự điều chỉnh áp suất thẩm thấu dịch bào bằng cách tăng hoạt độ của α - amylase và làm tăng hàm lượng đường khử để chống sự mất nước của tế bào.
3.2.3. Ảnh hưởng của melatonin đến hàm lượng proline của ngô trong quá trình gây hạn
Proline là một axit amin ưa nước, được tổng hợp từ glutamin nhờ sự xúc tác của enzyme delta-1-pyrroline-5-carboxylate sythetase (P5CS), có khối lượng phân tử nhỏ [40]. Trong điều kiện stress phi sinh học, thực vật có xu
bc b b c c c b bc b a a a d d d 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
3 ngày 5 ngày 7 ngày
H àm lƣợn g đƣờ ng khử (% )
Thời gian gây hạn
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5
hướng sản sinh proline, proline đóng vai trò như một chất điều hòa thẩm thấu,
một chất chống oxy hóa và là một phân tử tín hiệu [26]. Nó được tích lũy nhiều ở mô lá, mô phân sinh chóp rễ và ở hạt phấn khi thực vật bị mất nước. Do vậy, việc xác định hàm lượng proline trong điều kiện hạn là cần thiết khi đánh giá khả năng chịu hạn của cây trồng.
Hàm lượng proline của ngô trong các công thức nghiên cứu ở giai đoạn cây non được thể hiện ở bảng 3.7.
Bảng 3.7. Hàm lƣợng proline trong lá cây ngô ở giai đoạn cây non ở các công thức nghiên cứu
CTTN
Hàm lƣợng proline (µmol/g khối lƣợng tƣơi)
Sau 3 ngày Sau 5 ngày Sau 7 ngày CT1 0,37cd + 0,02 1,30d + 0,13 2,95d + 0,22 CT2 0,52c + 0,06 1,65c + 0,11 5,60c + 0,04 CT3 1,62b + 0,12 2,12b + 0,13 7,11b + 0,07 CT4 2,52a + 0,16 2,62a + 0,06 12,67a + 0,10 CT5 0,32d + 0,03 0,40e + 0,04 0,56e + 0,03 Mức ý nghĩa * * * CV % 8,76 6,06 1,93 LSD 0,17 0,18 0,2
Ghi chú: *Sai khác giữa lô đối chứng và thí nghiệm ở mức P<0,05
Trong cùng một cột những số khác mẫu tự theo sau khác biệt nhau ở mức ý nghĩa 5%
Kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng proline trong lá cây ngô ở giai đoạn cây non trong điều kiện hạn nhân tạo luôn tăng cao hơn rất nhiều so với điều kiện tưới nước bình thường. Trong cùng một công thức thí nghiệm, thời gian gây hạn càng lâu thì hàm lượng proline qua các ngày gây hạn càng cao. Cụ thể, thời điểm sau 3 ngày gây hạn, hàm lượng proline đạt 0,37 µmol/g,
tăng 1,16 lần so với tưới nước đầy đủ; sau 5 ngày gây hạn, hàm lượng proline đạt 1,3 µmol/g, tăng 3,25 lần so với tưới nước đầy đủ; 7 ngày sau gây hạn, hàm lượng proline đạt 2,95 µmol/g, tăng 5,27 lần so với điều kiện tưới nước đầy đủ.
Trong điều kiện hạn, ngô có xử lý melatonin có hàm lượng proline tăng lên rất nhiều lần so với điểu kiện hạn không xử lý melatonin, sự khác biệt có ý nghĩa ở mức 5%. Điều này chứng tỏ melatonin ngoại sinh đã có tác dụng tích cực đến hàm lượng proline trong lá cây ngô ở giai đoạn cây non trong điều kiện thiếu nước. Cụ thể: Sau 3 ngày gây hạn, hàm lượng proline ở các CT2 đạt 0,52 µmol/g, CT 3 đạt 1,62 µmol/g, CT4 đạt 2,52 µmol/g lần lượt tăng tương ứng là 1,41 lần, 4,38 lần và 6,81 lần so với hạn đối chứng (đạt 0,37 µmol/g).
Trong các công thức có xử lý melatonin, sau 3 ngày hạn thì hàm lượng proline tăng cao nhất là CT4, tiếp đến là CT3 và thấp nhất là CT2. Sau 5 ngày gây hạn, hàm lượng proline ở các công thức có xử lý melatonin so với không xử lý melatonin tăng từ 1,27 - 2,02 lần, trong đó CT4 tăng cao nhất. Vào thời điểm sau 7 ngày gây hạn, hàm lượng proline trong lá ở các CT2, CT3 và CT4 xử lý melatonin đều tăng cao hơn gấp nhiểu lần so với CT1, đặc biệt CT4 có sự biến động lớn về hàm lượng proline (CT2 tăng 1,9 lần, CT3 tăng 2,41 lần và tăng 4,29 lần ở CT 4). Như vậy, qua các ngày hạn hàm lượng proline trong lá ngô được xử lý melatonin luôn cao hơn so với ngô không xử lý melatonin, chứng tỏ melatonin có vai trò quan trọng trong cơ chế điều hòa sinh tổng hợp proline, điều chỉnh áp suất thẩm thấu trong tế bào để phản ứng lại các điều kiện bất lợi từ môi trường. Sự khác biệt lớn về hàm lượng proline của ngô ở CT4 cho thấy nồng độ melatonin 150 µM giúp cây phản ứng mạnh mẽ trước điều
kiện thiếu nước. Như vậy, trong cùng điều kiện nghiên cứu, công thức có nồng độ melatonin thích hợp đối với ngô sẽ có hàm lượng proline tăng mạnh, giúp ngô tăng khả năng chịu hạn.
Như vậy có sự biến động mạnh hàm lượng proline trong các công thức ở giai đoạn cây non qua thời gian 1 tuần gây hạn. Điều này cho thấy cây ngô có những biến đổi sinh lý, hóa sinh mạnh mẽ trong điều kiện hạn và tưới nước đầy đủ, giữa hạn không xử lý melatonin và hạn có xử lý melatonin ngoại sinh; thể hiện được vai trò và ý nghĩa của melatonin đối với chỉ tiêu proline trước điều kiện thiếu nước.
Sự biến động hàm lượng proline của ngô trong điều kiện nghiên cứu ở giai đoạn cây non được thể hiện ở biểu đồ 3.8.
Biểu đồ 3.8. Sự biến động hàm lƣợng proline trong lá cây ngô ở giai đoạn cây non trong điều kiện gây hạn có xử lý melatonin
Như vậy, sự tăng tổng hợp proline là một thông số quan trọng để đánh giá khả năng chống chịu của ngô khi gặp điều kiện thiếu nước. Phản ứng này giúp cây duy trì áp suất thẩm thấu, cấu trúc thành tế bào và đảm bảo sự trao
cd d d c c c b b b a a a d e e 0 2 4 6 8 10 12 14
3 ngày 5 ngày 7 ngày
N ồng ôộ prol ine (µm ol /g )
Thời gian gây hạn
CT1 CT2 CT3 CT4 CT5
đổi nước khi ngô ở môi trường bất lợi. Đặc biệt, khi cây được sự trợ giúp của melatonin ngoại sinh sẽ giúp tăng cường tổng hợp proline, từ đó giúp tăng khả năng chịu hạn của cây. Kết quả nghiên cứu của chúng tôi về chỉ tiêu proline phù hợp với những nghiên cứu trước đây về việc tăng mạnh hàm proline trong điều kiện stress hạn và hạn có xử lý melatonin.
Theo Chu Hoàng Mậu và Hà Tiến Sỹ [13], khi nghiên cứu một số giống đậu tương địa phương của tỉnh Cao Bằng đã cho rằng tính chịu hạn của cây đậu tương liên quan đến hàm lượng proline; khi gặp hạn cây đậu tương tăng cường tổng hợp proline. Nguyễn Hữu Cường (2003) [3], bằng việc xử lý lạnh, mặn, hạn trên các giống lúa đã cho thấy có mối tương quan thuận giữa tính chống chịu của cây với hàm lượng proline gia tăng của các giống lúa nghiên cứu. Đinh Thị Phòng (2001) khi xử lí hạn, hàm lượng proline đều tăng lên, mức độ tăng lên ở các giống khác nhau là khác nhau, những giống chịu hạn tốt tăng 9 lần sau khi xử lí hạn 8 ngày [15].