PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.3. KHÁI NIỆM HẠN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA HẠN ĐẾN CÂY TRỒNG
2.3.2. Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng và phát triển cây trồng
Khô hạn sẽ là yếu tố quan trọng bậc nhất ảnh hưởng đến an toàn lương thực của thế giới. Nguyên nhân là do sự thiếu hụt về nước tưới cho nông nghiệp. Tài nguyên nước phục vụ cho nông nghiệp không phải vô tận, bên cạnh đó là áp lực dân số kèm theo sự phát triển đô thị và quá trình công nghiệp hóa sẽ làm gia tăng nhu cầu nước phục vụ dân sinh và cho công nghiệp. Không chỉ thiếu nước tưới, tình trạng biến đổi khí hậu đang diễn ra cũng khiến cho khô hạn ngày càng nghiêm trọng.
Ảnh hưởng của hạn trước hết là gây ra sự mất nước của tế bào và mô. Thiếu nước nhẹ làm ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng, thiếu nước nặng gây biến đổi hệ keo nguyên sinh chất, già hóa tế bào, làm cho cây bị héo. Cuối cùng hệ nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào và mô bị tổn thương và chết. Hạn dẫn đến một số biến đổi trong mô và tế bào như làm biến tính và kết tủa protein, làm tăng độ lỏng của lipit màng, mở xoắn các axit nucleic.
Hạn cũng phá hoại hệ thống quang hóa II trên màng thylacoid. Sự thiếu nước làm giảm cường độ quang hợp. Khi hàm lượng nước trong lá còn khoảng 40-50% quang hợp của lá bị đình trệ. Ngoài ra, khi thiếu nước do hạn hán, sự cung cấp nước cho rễ không đủ trong đêm để thủy hoá các mô đã bị thiếu nước ban ngày, các lông hút bị tổn thương lớp ngoài vùng vỏ bị phủ suberin... đã làm giảm áp suất rễ để đẩy cột nước lên trong mạch gỗ. Đặc biệt khi thiếu nước sẽ hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ phá vỡ tính liên tục của cột nước nên cột nước trong mạch gỗ không được đẩy lên liên tục.
Khi gặp điều kiện khô hạn, bộ lá ngừng sinh trưởng hoặc sinh trưởng chậm lại để hạn chế sự thoát hơi nước. Đồng thời phiến lá mỏng hơn, nhiều lông hơn
để hạn chế sự tích tụ nhiệt, hạn chế sự thoát hơi nước. Khi gặp điều kiện hạn, ABA được tăng cường tổng hợp ở rễ, sau đó vận chuyển lên lá, đẩy nhanh tốc độ già hóa của lá, đóng khí khổng làm giảm sự thoát hơi nước. Bên cạnh đó, ABA được tăng cường trên lá làm mức độ héo tăng lên giúp cây tránh bớt được bức xạ mặt trời, giảm sử dụng nước và tăng sử dụng bề mặt lá.
Bên cạnh đó, rễ mọc dài hơn, phân bố rộng và sâu hơn vào các lớp đất giúp cây có thể tận dụng nước dưới sâu. Khi bắt đầu gặp điều kiện hạn ở giai đoạn cây con, khối lượng rễ và tỷ lệ rễ/thân, sinh nhiều rễ đốt vì rễ đốt có khả năng đâm xuyên vào các lớp đất tốt hơn để tăng cường khả năng hút nước. Đồng thời theo nghiên cứu của Muthukuda & cs.(2001) cho thấy: khi gặp hạn, tốc độ dài rễ lớn hơn tốc độ dài lá. Nghiên cứu của Phạm Văn Cường (2009) chỉ ra rằng: ở các giống lúa chịu hạn CH5, 103S-R20 và Toitsu thì chiều dài rễ, số rễ/cây, trọng lượng khô của rễ/cây và tốc độ hút nước của rễ ở các giống chịu hạn cao hơn rất nhiều giống đối chứng khi có nước trở lại. Khi gặp hạn, cây có phản ứng giảm chiều cao cây để hạn chế nhu cầu sử dụng nước, đồng thời hạn chế sự tác động của bức xạ mặt trời. Phản ứng thấp cây cũng làm tăng khả năng chống đổ ở cây lúa.
Ngô là cây quang hợp C4 và tạo lượng sinh khối rất cao trong quá trình sinh trưởng phát triển. Do vậy, nhu cầu nước của cây ngô với từng giai đoạn sinh trưởng phát triển là rất cần thiết đặc biệt ở giai đoạn cây con và giai đoạn tung phấn phun râu (Jamieson & cs., 1995). Năng suất ngô trong điều kiện khô hạn sụt giảm nhiều hay ít tùy thuộc vào thời điểm xảy ra hạn hán (Heinigre, 2000), Hạn có ảnh hưởng nhiều nhất đến năng suất ngô ở giai đoạn thụ phấn (trỗ cờ phun râu) ở mức trung bình 6.8% năng suất/ngày, thứ 2 là giai đoạn vào chắc hạt ở mức trung bình 4.0 - 4.2% năng suất/ngày.
Điều kiện hạn tác động đến tế bào thực vật và gây ra các đáp ứng khác nhau. Đáp ứng của tế bào với stress hạn thể hiện thông qua các quá trình như tích lũy các chất điều hòa thẩm thấu và tăng cường hoạt động của các enzyme, chất chống oxy hóa (do stress hạn tạo ra các gốc oxy tự do gây hại). Việc sử dụng các chất điều hòa thẩm thấu là một chiến lược phổ biến và quan trọng trong các đáp ứng với stress hạn đối với nhiều loài sinh vật khác nhau.