2.4.1. Khái niệm
Hiện tượng mất màu xanh ở lá (chlorosis) là biểu hiện khi lá cây thiếu hay tổng hợp không đủ diệp lục (Madan Kumar et al., 2000)
Bởi vì, diệp lục là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp tới khả năng quang hợp và quyết định màu xanh của lá (Zhang et al., 1998).
”Chlorosis” có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: khloros có nghĩa là ”xanh nhạt” hay ”vàng xanh”.
Lá có biểu hiện xanh nhạt, vàng hoặc vàng trắng. Khi đó, khả năng quang hợp của cây giảm mạnh, thậm chí không thể thực hiện để tổng hợp carbohydrates và cây có thể chết trừ khi nguyên nhân của ”suy diệp lục” được khắc phục. Ví dụ như bệnh bạch tạng ở cây Arabidopsis thaliana do đột biến ppi2 có thể được khắc phục bằng cách bổ sung thêm sucrose (Kubis S et al., 2004).
Chlorosis là triệu chứng được phát hiện ở nhiều loài cây trồng, thường gặp ở lá cây nho do thiếu dinh dưỡng, lá dâu tây (Claussen et al., 1999), lá đậu nành, lúa,...
2.4.2. Phân loại nguyên nhân và đặc điểm
Có nhiều nguyên nhân dẫn đến hiện tượng chlorosis và có thể chia thành 2 nhóm chính, đó là chlorosis gây ra bởi vi sinh vật và chlorosis gây ra bởi các yếu tố sinh lý.
Chlorosis do vi sinh vật có thể kể đến các tác nhân như virus, vi khuẩn hay nấm,... Ví dụ, Pseudomonas syringae pv. tagetis gây bệnh ở Asteraceae hay vi khuẩn gram âm Candidatus Liberibacter spp. gây bệnh Greening ở cây có múi chi Cam chanh như cam, quýt,... khi tấn công vào mạch dẫn của cây và lây lan qua mắt ghép (FAO, 2013). Biểu hiện đặc trưng của bệnh Greening là phiến lá hẹp, khoảng cách giữa các lá ngắn lại, có màu vàng, nhưng gân chính và gân phụ vẫn còn màu xanh và nhỏ, mọc thẳng đứng như tai thỏ.
Trong khi đó, nguyên nhân gây ra chlorosis sinh lý càng đa dạng. Chlorosis xảy ra khi lá không có đủ nguyên liệu để tổng hợp diệp lục.
Điều kiện ngoại cảnh quan trọng cho quá trình tổng hợp diệp lục là ánh sáng, nhiệt độ và các nguyên tố khoáng như N, Mg, Fe,... Do đó, diệp lục không được hình thành khi thiếu ánh sáng, nhiệt độ thấp và thiếu Mg, Fe,... Trong điều kiện đó, diệp lục cũng bị phân hủy nên lá có màu vàng hoặc bạc trắng (Koenig Rich and Kuhns Mike, 2010).
Thiếu nitơ: thiếu N cây sinh trưởng kém, chlorophyll không được tổng hợp đầy đủ, lá vàng, đẻ nhánh và phân cành kém, sút giảm hoạt động quang hợp
và tích lũy, giảm năng suất. Tùy theo mức độ thiếu đạm mà năng suất giảm nhiều hay ít. Trong trường hợp có triệu chứng thiếu đạm thì chỉ cần bổ sung phân đạm là cây sinh trưởng và phát triển bình thường (Nguyễn Quang Thạch., 2000).
Thiếu magiê (Nguyễn Quang Thạch, 2000) và kẽm (Botany for Gardeners., 2010) gây nên hiện tượng mất màu xanh trên lá. Triệu chứng điển hình khi thiếu magie là gân lá còn xanh nhưng thịt lá vàng. Hiện tượng tổn thương xuất hiện từ lá dưới lên lá trên vì Mg là nguyên tố linh động, được dùng từ các lá già. Thiếu Mg sẽ làm chậm sự ra hoa lá của các vết mầu xảy ra do có sự duy trì diệp lục ở các tế bào bó mạch ít mẫn cảm hơn và tồn tại dài hơn so với diệp lục ở tế bào giữa bó mạch. Nếu thiếu hụt nghiêm trọng, lá sẽ bị biến sang màu vàng hoặc trắng. Ngoài ra, thiếu Mg lá có thể bị rụng sớm. Triệu chứng điển hình khi cây thiếu kẽm thường gặp ở lá trưởng thành hoàn toàn, trong một số cây (ngô, kê, đậu) lá bị mất màu ở phần gân và sau đó phát triển các điểm chết màu trắng.
Thiếu sắt: Sắt là thành phần dinh dưỡng cần thiết cho tất cả các sinh vật, do vai trò cơ bản của nó trong nhiều quá trình và chức năng của tế bào. Ở thực vật, sắt tham gia vào nhiều quá trình sinh lý trong đó có sinh tổng hợp diệp lục, hô hấp, và các phản ứng oxi hóa khử (Mimmo et al., 2014; Ye et al., 2015; Zargar et al., 2015). Sắt là chất cần thiết để sinh ra diệp lục, ví dụ, sắt được sử dụng trong hoạt động của enzyme glutamyl-tRNA reductase, một enzyme cần thiết cho sự hình thành axit 5-Aminolevulinic, là tiền thân của heme và chlorophyll, do đó việc thiếu sắt lá cây sẽ dần dần chuyển sang màu vàng, triệu chứng này được gọi là vàng lá do thiếu sắt (iron deficiency chlorosis-IDC). (Madan Kumar et al., 2000; Adrienne et al., 2014). Thiếu sắt lá cây chuyển sang màu vàng và trắng. Triệu chứng thiếu sắt trước hết xuất hiện ở lá non sau đến lá già vì sắt không di động từ lá già về lá non. Trong điều kiện bị thiếu trầm trọng và lâu dài, toàn lá trở nên mầu trắng còn gân lá có màu vàng úa (Nguyễn Quang Thạch., 2000). Nhiệt độ cũng gây nên hiện tượng thiếu sắt, nhiệt độ đất thấp làm giảm khả năng hút sắt của rễ và gây nên hiện tượng vàng lá ở cây (Wei L.C et al., 1994).
Ngoài ra, một số yếu tố khác như pH cũng có thể làm các chất dinh dưỡng trở nên khó khăn cho sự hấp thụ của rễ (Schuster James, 2008); sự tiếp xúc với lưu huỳnh dioxit, ozone hay tác động của thuốc trừ sâu, đặc biệt là thuốc diệt cỏ khi mà mục tiêu là cỏ dại nhưng thỉnh thoảng ảnh hưởng tới cây trồng (Steve H. Dreistadt và Jack Kelly Clark, 2004) cũng là nguyên nhân gây ra chlorosis.
Hình 2.1. Biểu hiện của cây trồng khi thiếu dinh dưỡng
Nguồn: www.aquaponicsphilippines.com 2.4.3. Hiện tượng cây mất màu xanh do thiếu sắt và biện pháp khắc phục
Sự thiếu sắt có thể liên quan đến các điều kiện môi trường khác nhau như: độ mặn, nhiệt độ thấp, nồng độ của các yếu tố khác (như cạnh tranh dinh dưỡng với Ca, P...). Rễ cây hấp thu sắt chủ yếu ở dạng Fe2+. Trong đất, Fe3+ thường được khử thành Fe2+ trước khi rễ hấp thu. Dạng Fe2+ được hấp thu và tồn tại nhiều trong cây trồng, đây là dạng tương đối hòa tan, nhưng lại dễ dàng bị oxy hóa thành Fe3+. Cơ chế chính trong hấp thu sắt ở thực vật là rễ cây sản sinh ra các proton (H+), làm giảm pH ở vùng rễ, tăng tính hòa tan của sắt hoặc rễ cây tiết ra các hợp chất được gọi là siderophores, có khả năng tạo phức ”chelate” (phức càng cua) nhằm duy trì sắt ở dạng phức tan để tăng cường khả năng hấp thu sắt (Abadía et al., 2011). Sự di động kém của sắt gây ra do sự kết tủa thành các dạng oxit sắt hoặc phosphat không tan trong lá già hoặc hình thành phức hợp với phytoferritin - một protein kết hợp với sắt trong lá. Hiện nay người ta thường sử
dụng chelate-fe (Fe-EDTA: Fe-ethylen-diamine-tetra-acetic) để chống lại bênh vàng lá do thiếu sắt gây ra (Phan Thị Thu Hằng, 2008; Pestana M et al., 2003; Srámek F et al., 2006;…). Theo Srámek F có thể sử dụng 90 mg/l Fe – EDTA hoặc Fe – EDDHA sẽ khắc phục được hiện tượng mất màu xanh cũng như tăng cường hàm lượng sắt trong lá. Trong nuôi cấy mô, khi cây bị thiếu sắt gây ra hiện tượng vàng lá, người ta bổ sung vào môi trường nuôi cấy Fe dưới dạng phức không bị kết tủa là là Fe-EDTA (Nguyễn Quang Thạch., 2000).
Ngoài ra theo nghiên một số cứu mới đây của người ta còn sử dụng các dạng khác nhau của sắt để bổ sung sắt cho cây. Theo Mengmeng Rui et al. (2016) đã thí nghiệm sử dụng hạt nano oxit sắt có tác dụng tăng chiều dài rễ, chiều dài thân, sinh khối và chỉ số SPAD của cây đậu tương. Theo Hamdi (2014) việc sử dụng sắt sunphat để bón qua lá đã chống lại hiện tượng vàng lá trên lá cây đào và củ cải đường trồng trong dung dịch. Sử dụng Miguel Urrestarazu et al
(2008) thì việc sử dụng Fe o,o-EDDHA có tác dụng tương tự nhe Fe-EDTA.
2.5. DIỆP LỤC (CHLOROPHYLL) 2.5.1. Các loại diệp lục và cấu tạo 2.5.1. Các loại diệp lục và cấu tạo
Đây là nhóm sắc tố đóng vai trò quan trọng nhất đối với quang hợp. Diệp lục có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng mặt trời và sử dụng nguồn năng lượng đó để tổng hợp chất hữu cơ cho cơ thể. Có bốn loại diệp lục khác nhau và bao gồm diệp lục a, diệp lục b, diệp lục c, diệp lục d. Trong đó, diệp lục a (xanh lục) và diệp lục b (xanh nhạt) là hai loại chủ yếu và được nghiên cứu kỹ hơn.
Winstater (1913) đã xác định được cấu tạo của diệp lục, về cơ bản cấu tạo phân tử diệp lục gần giống nhau và chỉ phân biệt bởi vài nhóm phụ. Cấu tạo phân tử diệp lục gồm 4 vòng Pyrol nối với nhau bằng cầu nối metyl (-CH=) tạo nên vòng Porphyrin khép kín có 10 nối đôi, 4 nguyên tử N của vòng Pyrol liên kết với nhân Mg bằng hai liên kết hóa trị bền và hai liên kết hóa trị linh động dễ thay thế. Bên cạnh 4 vòng Pyrol còn có vòng phụ thứ 5 ở cạnh vòng thứ 3 là vòng Cyclopentan. Từ nhân Porphyrin nối thêm 2 gốc rượu là metanol (CH3OH) và phytol (C20H39OH) ở vị trí cacbon thứ 7 và thứ 10. Qua công thức cấu tạo của diệp lục cho thấy trong phân tử có nhiều nối đơn và nối đôi xen kẽ nhau, giúp diệp lục có khả năng hấp thu năng lượng ánh sáng và chuyển sang trạng thái bị kích thích. Phân tử diệp lục cấu tạo hình xoắn ốc, phần đầu là acid chlorophylinic có nhóm ceto (=O) quyết định tính ưa nước, phần đuôi có gốc phytyl và metyl chứa nhóm -CH3 và H quyết định tính ưa mỡ. Ngoài những cấu trúc chung, mỗi
loại diệp lục được đặc trưng bởi những nhóm bên khác nhau. Diệp lục a có cấu trúc đặc trưng như sau:
Một số loại chlorophyll phổ biến
chlorophyll Công thức tổng quát Sai khác với Chl.a
chlorophyll a C55H72O5N4Mg
chlorophyll b C55H70O6N4Mg C3 có -CHO
chlorophyll c C55H70O5N4Mg C4 có -CH=CH2
chlorophyll d C54H70O6N4Mg C2 có -CHO
Pheophytin C55H74O5N4 Không có Mg
Về mặt cấu trúc, phân tử chlorophyll rất giống nhóm hemoglobin của máu, chỉ khác là nhân Mg được thay thế bởi nhân Fe. Sắt là chất cần thiết trong quá trình tổng hợp diệp lục, ví dụ, sắt được sử dụng trong hoạt động của enzyme glutamyl-tRNA reductase, một enzyme cần thiết cho sự hình thành axit 5-Aminolevulinic, là tiền thân của heme và chlorophyll. Vì vậy, Khi lá thiếu Mg, N thì sẽ không đủ thành phần cấu tạo nên diệp lục và khi thiếu sắt quá trình tổng hợp diệp lục sẽ không sảy ra. Dẫn đến tình trạng lá cây thiếu diệp lục gây ra vàng lá.
PHẦN 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ VẬT LIỆU 3.1.1 Đối tượng 3.1.1 Đối tượng
Hiện tượng mất màu lá ở cây mùng tơi và cây cải trồng thủy canh.
3.1.2. Vật liệu 1- Cây trồng: 1- Cây trồng:
03 giống mùng tơi:
(1) Mùng tơi PD313 (Công ty TNHH Thương mại & Sản xuất Phú Điền) - Đặc tính: Kháng bệnh tốt, độ đồng đều cao, vị ngon ngọt mềm.
Lá tròn lớn, màu xanh đậm. Cây cao 25 – 30cm. - Thời vụ: Quanh năm, tránh vụ mưa (tháng 6 – 7). (2) Mùng tơi Lá to C.H 101 (Công ty TNHH C.H Việt Nam)
- Đặc tính: Sinh trưởng khỏe, phát triển đồng đều. Cây lớn; lá tròn, to, hơi dày, màu xanh; ăn ngon, mềm.
- Thời vụ: Quanh năm.
(3) Mùng tơi Nhật NP – 11 (Công ty TNHH Sản xuất thương mại Tân Nông Phát)
- Đặc tính: Kháng bệnh tốt, độ đồng đều cao. Vị ngon ngọt; lá tròn lớn dày, màu xanh đậm; cây cao 25 – 30cm.
- Thời vụ: Quanh năm.
03 giống rau cải.
(1) Cải xanh xanh mỡ (Công ty Hai mũi tên đỏ)
- Đặc tính: Cây sinh trưởng phát triển khỏe, năng suất cao. - Thời vụ: Quanh năm.
(2) Cải bẹ cao sản (Công ty C.H Việt Nam)
- Đặc tính: Cây sinh trưởng phát triển khỏe, năng suất cao. - Thời vụ: Quanh năm.
(3) Cải mơ - chân lùn cao sản (Công ty C.H Việt Nam)
- Đặc tính: Sinh trưởng khỏe, đồng đều, cây lùn, lá tròn, xanh vàng. Gieo xạ hoặc bỏ hố (5x5cm). Thời gian thu hoạch: 40-45 ngày.
2- Dung dịch dinh dưỡng
Dung dịch dinh dưỡng SH1 do Viện Sinh học Nông nghiệp pha chế có hàm lượng Fe-EDTA 40mg/l.
Bảng 3.1. Thành phần dung dịch gốc dung dịch thủy canh Thành phần nguyên tố Hàm lượng (g/l) Thành phần nguyên tố Hàm lượng (g/l) N(NO3-) 16.254 Fe 0.651 N(NH4+) 0.001 Zn 0.006 P 6.132 B 0.004 K 28.182 Mn 0.042 Mg 6.16 Cu 0.004 Ca 23.22 Mo 0.002 S 16.156 Na 0.064 3- Hệ thống thực hiện thí nghiệm Hệ thống thủy canh tĩnh:
Sử dụng hệ thống thủy canh tĩnhcủa Trung tâm Nghiên cứu phát triển rau châu Á (AVRDC)gồm các thùng xốp kích thước 16 × 35 × 45cm (V = 20 lít), trong lòng hộp được bọc nilonnylon đen, khoan lỗ trên nắp.
4- Thiết bị, dụng cụ và hóa chất Thiết bị và dụng cụ:
- Rọ nhựa: rọ nhựa được sản xuất từ chất liệu nhựa đường, rọ có hình cốc, miệng loe, chiều cao 5cm, xung quanh và đáy có lỗ để rễ đâm ra ngoài. - Thiết bị phân tích: cân phân tích, cân kỹ thuật, tủ sấy, máy nghiền, bộ cất
đạm Kendan, lò vi sóng phá mẫu MARS - 6/CEM, máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS 280FS/280Z và các dụng cụ phòng thí nghiệm khác. - Máy đo EC (Hana), giấy đo pH, máy đo SPAD – 502 Plus.
Hóa chất: Hóa chất tinh khiết Meck, Trung Quốc.
3.1.3. Địa điểm nghiên cứu
Viện Sinh học Nông nghiệp- Học viện Nông nghiệp Việt Nam (bố trí thí nghiệm) và Phòng thí nghiệm - Viện Nghiên cứu và Phát triển Vùng - Bộ Khoa học và Công nghệ (phân tíchmẫu thí nghiệm).
3.1.4. Thời gian nghiên cứu
Từ tháng 8/2016 đến tháng 4/2017.
3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Đề tài tiến hành 03 nội dung nghiên cứu:
Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trồng SH1 đến sinh trưởng của các giống, thời vụ khác nhau và ảnh hưởng biện pháp canh tác đến sinh trưởng của rau mùng tơi, rau cải.
Thí nghiệm 1: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch SH1 đến sinh trưởng các giống rau cải, mùng tơi khác nhau trồng thủy canh tĩnh vụ đông.
Thí nghiệm 1.1: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch SH1 đến các giống rau mùng tơi khác nhau trồng thủy canh tĩnh vụ đông.
- CT1: Mùng tơi PD313
- CT2: Mùng tơi Lá to C.H 101 - CT3: Mùng tơi Nhật NP – 11
Thí nghiệm 1.2: Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch SH1 đến các giống rau cải khác nhau trồng thủy canh tĩnh vụ đông.
- CT1: Cải xanh mỡ - CT2: Cải bẹ xanh mỡ cao - CT3: Cải mơ - chân lùn cao sản
Thí nghiệm 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của dung dịch trồng SH1 đến sinh trưởng của rau mùng tơi C.H 101 và rau cải xanh mỡ ở các thời vụ khác nhau trồng thủy canh tĩnh.
- CT1: Vụ đông (tháng 11-12) - CT2: Vụ xuân (tháng 1-3) - CT3: Vụ hè (tháng 3-4)
Thí nghiệm 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của biện pháp canh tác đến sinh trưởng của rau mùng tơi C.H 101 và rau cải xanh xanh mỡ trồng thủy canh tĩnh vụ hè.
- CT1: Trồng trên đất
Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Mg, Fe, N trong cây, trong dung dịch và trong đất trồng đến sự mất mầu xanh của lá rau mùng tơi và rau cải.
Thí nghiệm 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng Mg, Fe, N trong cây, trong dung dịch và trong đất trồng đến sự mất mầu xanh của lá rau mùng tơi C.H 101 và rau cải xanh mỡ.
- Phân tích hàm lượng magiê, sắt, nitơ trong đất, trong dung dịch trồng và trong cây.
Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung Fe-EDTA vào dung dịch trồng đến sinh trưởng, năng suất và hiện tượng mất màu xanh trên lá rau mùng tơi và rau cải xanh.
Thí nghiệm 5: Nghiên cứu ảnh hưởng của việc bổ sung Fe-EDTA vào dung dịch trồng đến sinh trưởng, năng suất và hiện tượng mất màu xanh trên lá rau mùng tơi C.H101 và rau cải xanh xanh mỡ.
Bảng 3.2. Công thức bổ sung Fe-EDTA Công thức thí nghiệm Hàm lượng Fe-EDTA trong dung dịch trồng (mg/l) CT1 (ĐC) 40 CT2 50 CT3 60 CT4 70 CT5 80
(Để tạo hàm lượng FeEDTA trong dung dịch trồng từ 40mg/l đến 80mg/l, 20 l dung dịch trồng được bổ sung lượng dung dịch gốc Fe-EDTA có nồng độ 40g/l với lượng từ 0 đến 20ml).
3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.3.1. Bố trí thí nghiệm 3.3.1. Bố trí thí nghiệm
Toàn bộ thí nghiệm được bố trí trong nhà lưới trên hệ thống thủy canh tĩnh