2.3. KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY HỌ ĐẬU VÀ CÂY ĐẬU XANH
2.3.2. Các loại hạn với cây trồng
Hạn đất xảy ra khi lượng nước dự trữ cho cây hấp thu trong đất bị cạn kiệt làm cho cây không hút đủ nước và mất cân bằng nước. Mức độ khô hạn của đất phụ thuộc vào sự bốc hơi trên bề mặt và khả năng giữ nước của đất. Hạn đất tác động trực tiếp đến bộ rễ, gây ảnh hưởng lớn đến quá trình sinh trưởng và phát triển của thực vật.
2.3.2.2. Hạn không khí
Hạn không khí xảy ra khi độ ẩm không khí thấp cùng với nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh làm cho quá trình thoát hơi nước của cây quá mạnh và có thể làm mất cân bằng nước trong cây. Nếu kéo dài hạn không khí thì hạn đất sẽ xảy ra.
2.3.2.3. Hạn sinh lý
Hạn sinh lý xảy ra khi trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút được nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước. Rễ cây không lấy được nước trong khi quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nước.
Hạn sinh lý nếu nghiêm trọng và kéo dài cũng tác hại nhƣ hạn đất và hạn không khí. Nếu hạn đất kết hợp với hạn không khí thì mức độ tác hại đối với cây còn tăng lên nhiều.
Với điều kiện khí hậu vụ Hè Thu ở tỉnh Nghệ An, cây đậu xanh trồng trong vụ Hè Thu chịu tác động tổng hợp của hạn đất và hạn không khí.
2.3.3. Cơ chế chống chịu hạn của thực vật Hạn là một trong những yếu tố trở ngại quan trọng nhất đối với cây trồng
nhƣng vấn đề nâng cao khả năng chịu hạn là rất khó khăn vì cơ chế về hạn rất phức tạp. Tuy nhiên trong số đó, cơ chế điều chỉnh thẩm thấu có thể đóng vai trò chính khi cây gặp hạn.
Bản chất di truyền của tính chịu hạn theo các cơ chế sau: thoát hạn (drought escape), chịu hạn (drought tolerance), tránh hạn (drought avoidance), phục hồi (drought recovery) (Chaves et al., 2003; Barnabás et al., 2008). Các cơ chế này không loại trừ lẫn nhau và tạo cho cây trồng có khả năng chống chịu hạn trong bất kỳ giai đoạn nào trong chu kỳ sống của cây.
Thoát hạn (trốn hạn): là khả năng cây có thể hoàn thành chu kỳ sống của nó trước khi sự thiếu hụt nước xuất hiện. Điều này có nghĩa giai đoạn sinh sản hoàn thành trước khi thiếu nước nghiêm trọng xuất hiện và được xem như chu kỳ sống ngắn, tốc độ sinh trưởng nhanh hoặc sức chứa hiệu quả và dự trữ sử dụng cho sản xuất giống (Barnabás et al., 2008).
Chịu hạn: là khả năng của cây có thể sống, phát triển và cho năng suất trong điều kiện cung cấp nước hạn chế hoặc thụ động trải qua các giai đoạn thiếu nước và tiếp tục phát triển khi điều kiện trở lại bình thường (Barnabás et al., 2008).
Cây trồng chống lại sự thiếu nước bằng cách duy trì nước trong mô tế bào cao hoặc chịu thế nước thấp. Đây là cơ chế giảm thiểu mất nước hoặc tăng cường
tối đa hấp thụ nước (Chaves et al., 2003). Hạn chế sự mất nước có thể bằng cách đóng khí khổng hoặc tự điều chỉnh áp suất thẩm thấu thông qua tích lũy chất hòa tan, protein; bằng cách thay đổi về cấu trúc và hình thái nhƣ giảm góc lá để giảm sự hấp thu ánh sáng mặt trời qua lá; cuộn tròn lá, lá phủ một lớp lông dày để giảm sự mất nước hoặc giảm diện tích lá thông qua giảm sự sinh trưởng của lá hoặc rụng các lá già hơn (Rukundo et al., 2014; Nguyễn Văn Mã, 2015).
Chịu hạn là khả năng của cây trồng duy trì cân bằng nước và sức trương có hiệu quả khi xảy ra khô hạn. Khi mức độ hạn gia tăng, nhu cầu nước của cây không được đáp ứng đủ và tình trạng nước trong cây bị giảm sút. Cây có thể chịu hạn bằng cách tránh mất nước hoặc chịu mất nước. Phản ứng sinh lý liên quan đến tính chịu hạn phụ thuộc vào loài thực vật, giai đoạn phát triển của cây trồng, thời gian và cường độ của hạn hán. Khả năng chịu hạn là sự liên quan đến khả năng duy trì hoạt động sinh trưởng của cây khi tình trạng nước ở trong lá thấp (Blum, 2011).
Theo Naresh et al. (2013), khả năng chịu hạn của cây trồng là khả năng của cây trồng sinh trưởng và tạo năng suất trong điều kiện bị thiếu nước. Khô hạn xảy ra trong một thời gian dài đã tác động đến các quá trình trao đổi chất của cây trồng có liên quan đến giai đoạn sinh trưởng của cây trồng, khả năng giữ nước của đất và tình trạng sinh lý của cây.
Khả năng chịu hạn của cây liên quan tới những thay đổi sinh hóa trong tế bào, sinh tổng hợp các chất bảo vệ và nhanh chóng bù lại lượng nước đã mất.
Đối với tất cả cây trồng, hạn đất và thiếu nước ở lá đều dẫn tới ức chế hoạt động quang hợp từ đó làm thay đổi khả năng đồng hóa đạm và các bon trong cây.
Thiếu nước ức chế hoạt động quang hợp của cây trồng trên cơ sở thay đổi hàm lƣợng chlorophyl, giảm nồng độ CO2 hấp thu qua lá hoặc làm giảm hoạt động của các enzyme trong chu kỳ Calvin (Lawlor and Tezara, 2009).
Khi mức độ khô hạn nghiêm trọng, có thể dẫn đến sự tích lũy các gốc tự do tăng lên (ROS – reactive oxygen species) từ đó làm rối loạn quá trình trao đổi chất, phá vỡ cấu trúc của tế bào và các enzyme xúc tác, từ đó làm cây chết (Jaleel et al., 2008).
Trong điều kiện hạn ROS tạo ra trong cây bằng các phản ứng oxi hóa. ROS chủ yếu là hydrogen peroxide (H2O2) và superoxide (O2-). ROS hình thành từ các phản ứng khác nhau xảy ra trong tế bào đƣợc xúc tác bởi các enzyme khác nhau
nhƣ lipoxygenase, peroxydase, NADPH oxidase và xanthine oxidase. ROS phá hủy li pít, các bon hydrat và protein của màng tế bào và axit nucleic của tế bào.
Do đó mỗi loại cây cần phải có những cơ chế hiệu quả để bảo vệ chống lại ROS nhằm hạn chế tác hại của hạn và thích ứng với khô hạn (Rukundo et al., 2014).
Bên cạnh khả năng chịu hạn trong thời kỳ hạn thì khả năng phục hồi sau hạn cũng đƣợc ghi nhận là một cơ chế giúp cho cây chống hạn tốt. Khi bị thiếu nước ở mức độ nhẹ quang hợp có thể phục hồi nhanh chóng trong vòng 1 đến 2 ngày sau khi hạn được giảm bớt, khi bị thiếu nước nghiêm trọng sự phục hồi quang hợp chỉ đạt 40-60% mức tối đa trong ngày đầu tiên sau khi tưới nước trở lại (Chaves et al., 2009).