L ỜI CẢM ƠN
2.5.2.Các nghiên cứu về ñ ánh giá khản ăng chịu úng của cây trồng và
Biến ñổi khí hậu ñược dự báo là sẽ ảnh hưởng bất lợi tới sản xuất nông nghiệp. Ngoài các vùng hạn hán ñang ngày một tăng thì vấn ñề nước biển dâng lên xâm chiếm vùng ñất liền ñang là một mối lo ngại lớn ñối với các nước ven biển trên thế giới trong ñó Việt Nam sẽ là một trong những nước chịu nhiều ảnh hưởng. Việc nghiên cứu cải tiến, chọn tạo các giống cây trồng chống chịu với ñiều kiện ngập úng ñang ñược các nhà khoa học trên thế giới và trong nước quan tâm. Khi cây trông rơi vào ñiện kiện bất hợi: hạn hạn kéo dài, ngập úng, sự xâm nhập của kim loại nặng…chúng lập tức sẽ tìm các chống chọi lại, thích nghi với ñiều kiện bất lợi ấy. Tuy nhiên thời gian ñể các cây trồng sinh trưởng phát triển bình thường có thể kéo dài trong bao lâu, các cây trồng biến ñổi như thế nào?
Úng là hiện tượng thừa nước ñối với cây trồng. ðây là trường hợp khá phổ biến ở nước ta. Có nhiều mức ñộ úng khác nhau: những vùng trũng bị
ngập úng quanh năm, nhưng có những vùng chỉ ngập úng vào mùa mưa nhiều và cũng có trường hợp úng tạm thời sau các trận mưa to… Dù ở mức ñộ nào thì úng cũng gây ra tác hại ở các ñộ khác nhau ñối với các cây trồng. Khi ngập nước, các mao quản ñất ñược lấp ñầy nước, không khí bị ñuổi ra khỏi các mao quản và do ñó ñất hoàn toàn thiếu oxy. Do ñất thiếu oxy nên rễ cây hô hấp yếm khí, không ñủ năng lượng cho việc hút nước và hút khoáng. ðây cũng là một trường hợp xảy ra hạn sinh lý cho cây trồng ảnh hưởng ñến các hoạt ñộng sinh lý và năng suất. Tuỳ theo mức ñộ ngập úng và giai ñoạn sinh trưởng khác nhau mà tác hại của úng ñối với cây trồng khác nhau. Trong ñiều kiện yếm khí, các quá trình lên men – ñặc biệt lên men butiric trong ñất xảy ra và sản sinh các chất gây ñộc cho hệ rễ.
• Các thực vật chịu úng thường có hệ thống rễ ít mẫn cảm với ñiều kiện yếm khí và nhất là không bịñộc do các chất sản sinh trong ñiều kiện yếm khí.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 25 • ðặc ñiểm thích nghi quan trọng là trong thân, rễ của chúng có hệ
thống các gian bào lớn thông nhau thành một hệ thống ñể dẫn oxy từ không khí trên mặt ñất xuống cung cấp cho rễ hô hấp. Mặc dù ñất yếm khí nhưng rễ vẫn
ñược cung cấp ñầy ñủ oxy. ðây là ñặc trưng cơ bản nhất giúp cây sống trong
ñiều kiện thường xuyên ngập nước. Các thực vật sống ở ñầm lầy như các loại sú, vẹt thường có các rễ chọc lên khỏi mặt bùn ñể dẫn không khí xuống rễ nằm ngập sâu dưới bùn… Cây lúa cũng có hệ thống gian bào phát triển mạnh trong thân và rễ nên có thể sống thường xuyên trong ñất ngập nước…
Một trong số những cây trồng ñược quan tâm nghiên cứu hàng ñầu là các giống lúa chống chịu ngập úng. Các công trình nghiên cứu về lúa chống chịu ngập úng ñã ñược nghiên cứu từ rất sớm. Lúa là cây trồng nước, nghiên cứu về lúa chịu ngập chính là nghiên cứu về ñộ sâu của mực nước và thời gian ngập mà cây lúa có thể sinh trưởng phát triển bình thường. Khi nghiên cứu về lúa chịu ngập, các nhà khoa học nghiên cứu trên cơ sở 3 yếu tố:
• Sự phát triển chiều cao và sự thích nghi nhờ vươn lóng với ñiều kiện không có sự ngập bất ngờ lúc ñầu (ñiều kiện bình thường).
• Khả năng vươn lóng thích nghi với tốc ñộ gia tăng mực nước trung bình.
• Khả năng vươn lóng thích nghi với tốc ñộ gia tăng mực nước tối ña.
ðể nghiên cứu cơ bản về tính ña dạng của giống lúa chịu nước sâu nhiều công trình ñã chú ý ñến các yêu cầu:
• Tạo ra số lượng lóng nhiều hơn trên thân lúa với sự vươn lóng kém cũng ñược.
• Hoạt ñộng biến dưỡng ở rễ lúa phải thật mạnh mẽ,
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 26 • Số hạt và trọng lượng hạt lúa cao hơn cũng như chỉ số kinh tế phải lớn hơn.
• Hoạt ñộng quang hợp ở lá phải hữu hiệu hơn, ngay cả trong trường hợp bị ngập.
Trải qua quá trình nghiên cứu các nhà khoa học ñã xác ñịnh ñược gene giúp cây lúa sống sót trong quá trình nghiên cứu kéo dài tới 2 tuần. Nhóm nghiên cứu ñến từðại học California, Mỹ và Viện nghiên cứu cây lúa quốc tế
(IRRI) ở Phillipines cho biết gene mang tên Sub1A-1 sẽ bảo vệ cây lúa tốt hơn khỏi tình trạng úng ngập. ðể biết chính xác gen Sub1 hoạt ñộng thế nào thì Kenong Xu và các ñồng nghiệp ñã phân tích thành phần của locus Sub1 và nhận thấy Sub1A là một gen giúp cây lúa có tính chống chịu úng ngập. Phát hiện của họñược ñăng tải trên tạp chí tự nhiên.
Khi phân tích gen này, các nhà khoa học nhận thấy locus Sub1 thực tế
bao gồm 3 gen từ họ nhân tố phản ứng ethylene (ethylene-respone-factor), nhân tố này gồm các protein có chức năng cho phép cây trồng chống chịu với các stress thực vật. Gen Sub1A ñầu tiên mà họ phát hiện hay thay ñổi nhưng cần thiết cho tính chống chịu úng ngập; và khi biểu hiện ở cây lúa, gen Sub1A cho phép các giống lúa chịu ngập trong nước. Một biến thể khác là Sub1A-1 cũng ñược các nhà khoa học phát hiện thấy chỉ có trong cây lúa chịu úng ngập; trong khi ñó Sub1A-2, không giống với gen Sub1A-1 do một sự thay
ñổi của nucleotide, lại là một kiểu gen không chịu ñược ngập. Khi ñưa gen Sub1A vào giống lúa Swarna, giống lúa không chịu ñược úng ngập do thiếu gen này, các nhà khoa học nhận thấy rằng cây chuyển nạp gen không chỉ chịu
ñược trong ñiều kiện ngập nước mà còn cho sản lượng cao hơn và giữ ñược các ñặc tính có lợi khác của cây trồng. [11]
Sự thành công trong việc biểu thị ñặc tính của gen Sub1A ñã cho thấy giá trị của việc giải mã trình tự liên quan tới chất lượng ñể phát hiện một cách chính xác các biến ñổi về di truyền. Hiểu ñược trình tự các gen nào ñó và các
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 27
biến thể gắn với chúng sẽ cho phép các nhà nghiên cứu khai thác sự ña dạng về di truyền trong tự nhiên trong ngân hàng gen cây lúa. Phát triển các giống lúa chịu úng ngập bằng các kỹ thuật như trên hiện ñang trong giai ñoạn bắt
ñầu ở Lào, Bangladesh, Ấn ðộ và cảở Thái Lan.
Một nghiên cứu trên cây trồng cạn về khả năng chịu ngập úng cũng góp phần giúp ta ñánh giá rõ hơn về sự thích nghi của cây trồng. Cỏ Paspalum
thuộc họ hòa thảo, là một trong những loài cỏ phát triển tốt trong ñiều kiện ngập nước, ñặc biệt là mùa lũ của ñồng bằng sông Cửu Long. Theo Lê Văn Bé của Khoa Nông nghiệp và sinh học ứng dụng, Trường ðại học Cần Thơ: theo kết quá thí nghiệm sơ bộñối với loài cỏ này khi ñộ sâu ngập từ 40 cm trở
lên các chồi ñều bị thối và chết sau 10 ngày; do vậy ñã áp dụng ñộ sâu cho thí nghiệm ñồng ruộng là 20 cm. Nghiên cứu về cỏ trong ñiều kiện ngập nước tác giảñã nghiên cứu ñến một số chức năng sinh lý của cây cỏ: sự hình thành rễ
khí sinh, sự hình thành mô dẫn ở bẹn thân và rễ, khả năng phóng thích oxy của rễ, hàm lượng nước hòa tan. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Về sự xuất hiện rễ khí sinh: rễ khí sinh hay rễ bất ñịnh xuất hiện ở phần thân bị ngập của những cây trồng ngập nước, ñể giúp rễ chính tăng cường khả
năng hấp thu oxy, chống chịu trong ñiều kiện ngập nước. Các rễ mới hình thành sẽ thay thế chức năng các rễ cũ ngập sâu. Do ñó khả năng hình thành rễ
khí sinh là yếu tố quan trọng ñể ñánh giá khả năng chịu ngập của giống cỏ
này. Theo kết quả nghiên cứu thì trong ñiều kiện ngoài ñồng cây cỏP.atratum
không mọc rễ khí sinh. ðiều này có thể giải thích là do hàm lượng oxy trong nước cao, cây không cần mọc thêm rễ phụ.
Về sự hình thành hệ thống mô dẫn khí ở bẹ thân và rễ: hệ thống mô dẫn khí thường ñược tìm thấy ở các cây trồng trong ñiều kiện yếm khí, nó giúp cho sự trao ñổi khí giữa chồi và rễ duy trì sự sống của cây trồng. Kết quả
nghiên cứu cho thấy ở những bẹ lá của cỏ không ngập nước thì các mô dẫn hình thành rất ít và ñường kính hẹp. Trong khi ñó bẹ lá của cây cỏ trong ñiều
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 28
kiện ngập nước thì hệ thống dẫn khí hình thành nhiều hơn và ñường kính các mô dẫn này cũng rộng.
Khả năng phóng thích oxy của vùng rễ: khi bị ngập nước một thời gian, nhận thấy rễ có màu nâu sậm sau ñó thối ñen. ðối với ñất ngập nước, oxy vùng rễ thiếu trầm trọng, nếu cây có khả năng vận chuyển oxy từ trên xuống thì cây vẫn hô hấp bình thường. ðối với vùng rễ của cây bị ngập nước thấy có sự xuất hiện màu xanh ở chóp rễ và dung dịch cũng chuyển từ từ sang màu xanh nhạt, sau khi nhuộm với xanh metylen. Sự chuyển sang màu xanh là do xảy ra phản ứng oxy hóa dung dịch xanh metylen, ñặc biệt là ở các rễ. Ở cây cỏ P.atratum có sự vận chuyển oxy từ thân xuống rễ ñể hô hấp nên cây vẫn có thể sinh trưởng phát triển trong ñiều kiện ngập này. Tuy nhiên ở rễ cây cỏ
không ngập nước, thấy có sựñịnh vị màu xanh ở chóp rễ nhưng không có sự
chuyển màu dung dịch. ðiều này chững tở khi cây trồng trên cạn rễ không tự
phóng thích oxy vì không có hệ thống mô dẫn khí.
Trên thế giới cũng nhưở Việt Nam chưa có một tài liệu nghiên cứu nào về khả năng chống úng của cây mạch môn. Các thông tin ñánh giá khả năng chịu úng của cây mạch môn chủ yếu thông qua quan sát trực tiếp và phỏng vấn người trồng mạch môn.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……… 29
3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Vật liệu, ñịa ñiểm và thời gian nghiên cứu