2.3. KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY HỌ ĐẬU VÀ CÂY ĐẬU XANH
2.3.5. Tình hình nghiên cứu về khả năng chịu hạn trên cây đậu xanh
Hạn là yếu tố bất lợi của môi trường gây nên những thiệt hại nặng về năng suất cây trồng. Vì vậy, nghiên cứu tính chịu hạn và chọn giống chịu hạn luôn là vấn đề đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm. Đậu xanh đƣợc cho là cây rất nhạy cảm với thiếu hụt nước hơn so với các cây đậu đỗ lấy hạt khác (Pandey et al., 1984). Năng suất đậu xanh phụ thuộc vào việc cung cấp đầy đủ nước hơn bất kể yếu tố môi trường khác (Kramer and Boyer, 1997). Hạn hán là nguyên nhân chính làm giảm năng suất đậu xanh trên toàn cầu nhất là ở các vùng khô hạn và bán khô hạn lƣợng mƣa không đáp ứng đủ (Thomas et al., 2004). Vấn đề hạn hán đối với sản xuất đậu xanh đang ngày càng tồi tệ hơn do thiếu nước mở rộng nhanh chóng ở nhiều khu vực và sẽ ảnh hưởng đến 3 tỷ người trên thế giới vào năm 2030 (Postel, 2000). Xác định giống đậu xanh chống chịu với stress khô hạn là rất cần thiết để có thể trồng trong điều kiện thiếu nước mà vẫn đạt năng suất tương đối cao, được cho là biện pháp có hiệu quả về mặt kinh tế và môi trường (Sadeghipour, 2008; Kumar and Sharma, 2009).
Nghiên cứu về thời kỳ bị hạn đến khả năng sinh trưởng và năng suất của cây đậu xanh, các kết quả nghiên cứu cho thấy:
Khi gặp hạn các giống đậu xanh có khả năng chịu hạn khác nhau, trong các giai đoạn sinh trưởng giai đoạn mọc mầm và giai đoạn đầu của thời kỳ cây con đƣợc cho là quyết định đến năng suất về sau vì giai đoạn này quyết định đến mật độ trồng đặc biệt là dưới điều kiện khô hạn và bán khô hạn (Agrawal, 1980).
Sadasivam et al. (1988) đã chỉ ra rằng, đậu xanh nếu bị hạn ở thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng làm giảm năng suất hạt do làm giảm chỉ số diện tích lá, khả năng sinh trưởng của bộ rễ, tích lũy chất khô và chỉ số thu hoạch thấp (giảm 40%
so với điều kiện đủ nước), nếu bị hạn ở thời kỳ ra hoa và hình thành quả năng suất hạt sẽ giảm 50-60%.
Tình trạng thiếu nước xảy ra ở giai đoạn ra hoa và hình thành phát triển quả đã có tác động bất lợi hơn về mặt năng suất so với thiếu nước xảy ra ở giai đoạn khác (Thomas et al., 2004; Rafiei et al., 2009).
Ranawake et al. (2012) cũng cho rằng, đối với cây đậu xanh hạn hán xảy ra trong thời kỳ quả mẩy (6 tuần sau khi gieo) bị ảnh hưởng nghiêm trọng hơn so với khi bị hạn ở thời kỳ cây con (3 tuần sau khi gieo) và thời kỳ quả chín (8 tuần sau khi gieo).
Theo Sadeghipour (2008), khi bị hạn bất kể ở giai đoạn sinh trưởng sinh dƣỡng hay sinh thực đều làm giảm các yếu tố cấu thành năng suất đậu xanh và năng suất hạt, tuy nhiên hạn ở giai đoạn nở hoa và hình thành quả ảnh hưởng đến năng suất hạt nghiêm trọng hơn so với bị hạn ở các giai đoạn khác. Khô hạn nếu xảy ra ở thời kỳ ra hoa (xuất hiện hoa đầu tiên đến 75% số quả non đƣợc hình thành) làm giảm số quả/cây, số hạt/quả và năng suất hạt, nếu gặp hạn ở thời kỳ quả mẩy (75% quả non đến quả chín) làm giảm đáng kể khối lƣợng 1000 hạt.
Trong 3 giống đậu xanh thí nghiệm, giống Partow có số quả/cây, số hạt/quả và năng suất hạt cao hơn hẳn 2 giống Barymung 2 và VC 6368 trong điều kiện hạn.
Ambachewa et al. (2014) cho biết, trong điều kiện thiếu nước rút ngắn thời gian sinh trưởng của cây đậu xanh từ lúc ra hoa đến lúc quả chín và làm giảm năng suất hạt. Giai đoạn ra hoa làm quả nhạy cảm nhất với yếu tố nước (năng suất giảm 24,9 % so với điều kiện đủ nước). Trong tất cả các giai đoạn, năng suất có mối tương quan tuyến tính với lượng nước tưới cung cấp.
Nghiên cứu đánh giá khả năng chịu hạn trên cây đậu xanh giai đoạn mọc mầm. Theo Heikal and Shaddad (1982), có thể dùng NaCl, PEG-6000 để đánh
giá khả năng chịu hạn ở giai đoạn nảy mầm của hạt, sử dụng PEG-6000 cho kết quả chính xác hơn so với NaCl, những giống đậu xanh có khả năng chịu hạn là những giống có khả năng nảy mầm tốt trong điều kiện thiếu nước. Dutta and Bera (2008) đã sử dụng PEG-6000 ở mức gây hạn 0 bar, -3 bar áp dụng theo công thức của Michel and Kaufmann (Michel and Kaufmann, 1973) để đánh giá khả năng chịu hạn giai đoạn mọc mầm trong điều kiện phòng thí nghiệm cho 15 giống đậu xanh tại Ấn Độ, kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ mọc mầm, chiều dài rễ, chiều dài mầm, khối lƣợng khô mầm và rễ mầm khi bị hạn đều bị giảm mạnh so với trong điều kiện không bị hạn, đặc biệt chỉ tiêu hệ số chịu hạn đƣợc xem là công cụ hữu hiệu để đánh giá mức độ chịu hạn của các giống, giống có khả năng chịu hạn có hệ số chịu hạn cao hơn so với các giống khác; khả năng chịu hạn trong điều kiện hạn của 15 giống đậu xanh là khác nhau trong đó giống K-851 có khả năng chịu hạn tốt nhất, tiếp đến là giống PS-10, B-105.
Nhiều công trình nghiên cứu đã dựa trên các chỉ tiêu sinh lý để đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh:
Đánh giá phản ứng sinh lý của cây đậu xanh trong điều kiện khô hạn, Pannu and Singh (1993) đã kết luận rằng, nước đóng vai trò hết sức quan trọng đối với các hoạt động sinh lý của cây đậu xanh, khi thiếu nước thì hiệu suất quang hợp, tỷ lệ thoát hơi nước của lá và năng suất hạt đều giảm đi đáng kể, trái lại nhiệt độ không khí trong vùng lá tăng lên. Sự thiếu nước trước tiên là làm ảnh hưởng đến số quả trên cây sau đó là số hạt/quả và khối lượng hạt. Nếu thiếu nước cho đến giai đoạn bắt đầu ra hoa năng suất giảm 23%, thiếu nước cho đến giai đoạn ra quả năng suất giảm nghiêm trọng 44%, đậu xanh trồng trong điều kiện không được tưới nước hoàn toàn năng suất giảm 66%. Điều này đã cho thấy cần bố trí cơ cấu thời vụ gieo trồng đậu xanh hợp lý để cho cây đậu xanh sinh trưởng và phát triển thuận lợi đạt năng suất cao. Thiếu nước làm giảm hoạt động quang hợp – quá trình sinh lý quan trọng nhất điều tiết sinh trưởng phát triển và năng suất cây trồng (Athar and Ashraf, 2005).
Nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lý và khả năng tích lũy chất khô trong cây của một số giống đậu xanh trong điều kiện khô hạn nhằm tuyển chọn giống đậu xanh chịu hạn, Kumar and Sharma (2009) đã chỉ ra rằng: hàm lượng nước tương đối trong lá (RWCL) có ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng phân bổ chất khô ở các bộ phận trên cây và năng suất hạt, RWCL có tương quan với số quả trên cây, năng suất hạt, giống duy trì đƣợc RWCL cao sẽ có năng suất hạt cao hơn. Do đó, khả
năng chịu hạn của đậu xanh vụ Hè có liên quan đến duy trì RWCL cao. RWCL là một chỉ tiêu sinh lý quan trọng để đánh giá và xác định giống có khả năng chịu hạn.
Nghiên cứu tình trạng thiếu nước của cây đậu xanh trong điều kiện bị hạn đến khả năng quang hợp và sự phát triển bộ rễ, Sengupta et al. (2013) đã cho biết, sự thay đổi tình trạng nước trong cây được thể hiện thông qua hàm lượng nước ở trong lá và rễ (LWC – Leaf moisture content, LMR – Root moisture content) và hàm lượng nước tương đối trong lá (LRWC – Leaf relative water content). Hạn ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự mất nước ở mô lá và rễ, từ đó làm giảm LWC, LWR, LRWC. Nếu chỉ dựa vào sự giới hạn của lỗ khí khổng không thể giải thích cho giảm khả năng đồng hóa CO2 qua lá do nồng độ CO2 giảm ít hơn so với các thông số trao đổi khí khác. Hạn hán gây ra những thay đổi, hàm lượng nước trong rễ có tương quan tuyến tính với hàm lượng nước trong lá, độ dẫn khí khổng, hàm lƣợng axit ascorbic, proline và guaiacol peroxidase.
Kumar et al. (2013) đã chỉ ra rằng, thiếu nước làm giảm diện tích lá, tốc độ sinh trưởng, sự tăng trưởng bộ rễ, số lượng nốt sần, cường độ quang hợp, hàm lƣợng chlorophyl và carotenoit, khả năng ra hoa và hình thành quả, khả năng tích lũy chất khô và năng suất hạt. Các giống (Pusa Baisakhi và MH-1 K-24) nhạy cảm với khô hạn cho thấy có sự giảm mạnh các chỉ tiêu sinh lý nêu trên và phục hồi chậm cường độ quang hợp. Giống có khả năng chịu hạn (T44 và MH-96-1) duy trì cường độ quang hợp, hàm lượng chlorophyl và carotenoit, tốc độ sinh trưởng cao dưới điều kiện thiếu hụt nước.
2.3.5.2. Tại Việt Nam
Theo Vũ Ngọc Thắng và cs. (2011), mưa là nguồn cung cấp nước chủ yếu cho sản xuất đậu xanh trên thế giới và ở Việt Nam, chỉ có một số rất ít vùng có khả năng chủ động nguồn nước tưới. Trong khi đó lượng mưa ở nước ta thường phân bố không đều giữa các vùng và các tháng trong năm. Do đó trong các mùa vụ gieo trồng đậu xanh có thể gặp hạn ở những giai đoạn sinh trưởng phát triển nhất đặc biệt là sản xuất đậu xanh trong vụ hè. Theo tác giả này một trong những yếu tố hạn chế việc mở rộng diện tích đậu xanh ở nước ta là do chưa có những giống đậu xanh có khả năng chịu hạn.
Vũ Ngọc Thắng và cs. (2011) đã đánh giá khả năng chịu hạn của một số giống đậu xanh ở giai đoạn mọc mầm bằng việc sử dụng PEG-6000 gây hạn nhân tạo với các mức gây hạn 0, -3, -6, -9, -12, -15 bar, kết quả nghiên cứu đã chỉ ra 2 giống đậu xanh ĐX22 và ĐXVN5 có khả năng chịu hạn tốt hơn ở giai đoạn mọc mầm so với các giống khác.
Đánh giá khả năng chịu hạn của 2 giống đậu xanh ĐX22 và ĐXVN5 ở 3 thời kỳ bắt đầu ra hoa, ra hoa rộ, quả vào chắc trong điều kiện chậu vại, sử dụng đất phù sa sông Hồng không đƣợc bồi hàng năm, kết quả nghiên cứu cho thấy nếu hạn ở thời kỳ bắt đầu ra hoa cây có khả năng phục hồi tốt hơn và ảnh hưởng giảm năng suất nhẹ hơn ở các giai đoạn sau. Sự suy giảm năng suất mạnh nhất khi thiếu nước ở thời kỳ quả mẩy, giống ĐX22 có khả năng chịu hạn tốt hơn giống ĐXVN5. Kết quả nghiên cứu này đã góp phần xác định phương pháp đánh giá khả năng chịu hạn của đậu xanh phù hợp với điều kiện nghiên cứu ở nước ta (Vũ Ngọc Thắng và cs., 2012).
Nghiên cứu về bản chất của tính chịu hạn trên cây đậu xanh ở mức độ phân tử cũng đã đƣợc quan tâm nghiên cứu tại Việt Nam.
Phân lập và đọc trình tự gen mã hóa protein LEA của 4 giống đậu xanh KP11, MN93, 263 và KPS1 có khả năng chịu hạn khác nhau nhằm đánh giá sự đa dạng của gen mã hóa protein LEA của bốn giống đậu xanh này phục vụ cho việc nghiên cứu các giống đậu xanh có khả năng chịu hạn, Nguyễn Vũ Thanh Thanh và cs. (2006) cho biết, gen LEA của 4 giống đậu xanh nghiên cứu dài khoảng 516 - 520 nucleotid gồm 2 exon và 1 intron, đoạn mã hóa protein dài 339 nucleotid, so sánh trình tự nucleotid của gen LEA giữa 4 giống đậu xanh nêu trên cho thấy có độ tương đồng cao (95,9 – 99,6%), so sánh mức độ protein cho thấy trình tự amino acid của chúng sai khác rất ít.
Ở thực vật, cystatin đƣợc tìm thấy khi cây bị stress hạn. Nguyễn Vũ Thanh Thanh và Chu Hoàng Mậu (2010) đã nghiên cứu về gen mã hóa cystatin phân lập từ hai giống có khả năng chịu hạn cao (KP11 và KPS1) và hai giống chịu hạn kém (MN93, 263) cho biết, trình tự nucleotide của gen cystatin của bốn giống đậu xanh thể hiện sự khác nhau mặc dù trình tự acid amin không khác biệt nhau và không khác với trình tự có mã số AF454396 ở GenBank. Sự khác biệt về chức năng có thể có quan hệ với những thay đổi đƣợc tìm thấy trong vùng intron.
Trình tự nucleotide của gen cystatin của bốn giống đậu xanh (KP11, KPS1, MN93 và 263) có mức độ tương đồng cao (99,6% - 99,8%), không có một khác nhau nào trong 2 exon, nhƣng có 6 đa hình nucleotide đơn nằm trong vùng intron. So sánh trình tự axit amin của cystain ở giống đậu xanh (KP11, KPS1, MN93, 263) với trình tự của giống đậu xanh trên Ngân hàng gen NCBI (mã số:
AF454396) cho thấy trình tự axit amin có độ tương đồng là 100%. Kết quả thu đƣợc cho thấy rằng cần nghiên cứu thêm về vai trò kiểm soát hoạt động của các
vùng intron khi các giống đậu xanh sống trong điều kiện hạn hán.
Nguyễn Vũ Thanh Thanh và cs. (2011) cho biết, khả năng chịu hạn của các giống đậu xanh ở giai đoạn cây non có thể xếp theo thứ tự giảm dần nhƣ sau:
044/ĐX06 > BG3 > HG1> HG2 > LS > ĐXVN4> BG2 > BG1 > ĐXVN5 > TN
> VN99-3 > HN1 > HN2.
Nguyễn Vũ Thanh Thanh và cs. (2011) cho rằng, gen LTP ở giống đậu xanh 044/ĐX06 và HN2 đều có kích thước 351 bp, chuỗi polypeptide được tổng hợp từ gen LTP gồm 116 amino acid. Khi so sánh với trình tự nucleotide của gen LTP đã công bố trên ngân hàng gen quốc tế (NCBI) với mã số AY300807, trình tự nucleotide của gen LTP ở hai mẫu nghiên cứu có độ tương đồng 98,8%. Độ tương đồng về trình tự amino acid trong protein từ 97,4% - 98,2%.