Cơ sở sinh lý, hóa sinh và sinh học phân tử của tính chịu hạn

Một phần của tài liệu Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học và phân lập gen cystatin của một số dòng lạc (Arachis hypogaea L.) có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước và xử lý chiếu xạ (Trang 25 - 33)

Hai cơ chế bảo vệ thực tồn tại trên môi trƣờng thiếu nƣớc gồm cơ chế tránh mất nƣớc và cơ chế chịu mất nƣớc. Cơ chế tránh mất nƣớc phụ thuộc vào khả năng thích nghi đặc biệt về cấu trúc và hình thái của rễ và chồi nhằm giảm thiểu tối đa sự mất nƣớc hoặc tự điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào thông qua tích lũy các chất hòa tan, các protein và axit amin nhằm duy trì lƣợng nƣớc tối thiểu trong tế bào. Cơ chế chịu mất nƣớc liên quan tới những thay đổi sinh hóa trong tế bào nhằm sinh tổng hợp ra các chất bảo vệ hoặc nhanh chóng bù lại sự thiếu hụt nƣớc [47].

Khả năng nhận nƣớc của cây phụ thuộc vào bộ rễ. Hình thái và chức năng của bộ rễ thƣờng liên quan đến khả năng chịu hạn của cây trồng cạn. Do đó, đặc điểm của bộ rễ là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong việc tuyển chọn giống cây trồng có khả năng chịu hạn. Bộ rễ có hình thái khỏe, dài, mập, có sức xuyên sâu giúp cho cây hút đƣợc nƣớc ở những tầng đất sâu và cho năng suất ổn định

trong điều kiện khó khăn về nƣớc. Ở các loại cây trồng khác nhau, bộ rễ phát triển đa dạng nhằm khắc phục hiện tƣợng thiếu nƣớc [2], [11].

Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào thực vật có liên quan trực tiếp đến khả năng cạnh trạnh của tế bào rễ cây đối với đất. Khi áp suất thẩm thấu tăng lên giúp cho tế bào rễ cây thu nhận đƣợc những phân tử nƣớc trong đất, giúp cho thực vật có thể vƣợt qua đƣợc tình trạng hạn cục bộ [11].

Khi cây bị mất nƣớc dần dần, chất hòa tan đƣợc tích lũy tăng dần trong tế bào chất, nhằm chống lại mất nƣớc và tăng khả năng giữ nƣớc của chất nguyên sinh. Khi phân tích thành phần hóa sinh của các cây chịu hạn cho thấy có hiện tƣợng tăng lên về hoạt độ enzyme, hàm lƣợng ABA hàm lƣợng proline, nồng độ các chất hòa tan sắc tố nhƣ betain, nồng độ ion K+, các loại đƣờng tan, axit hữu cơ...đồng thời giảm phức hợp CO2, giảm tổng hợp protein và axit nucleic [2], [11], [35].

ABA là hormone thực vật có liên quan đến các quá trình sinh lý, sinh trƣởng và phát triển, đáp ứng với stress của thực vật bậc cao. ABA có vai trò điều chỉnh sự trao đổi nƣớc trong cây, hạn chế sự mất nƣớc của cây và giúp cây thích nghi đƣợc với điều kiện khô hạn. Khi cây bị hạn, hàm lƣợng ABA trong cây tăng lên giúp cây tăng khả năng đáp ứng với điều kiện khô hạn [11].

Thành phần hoá sinh hạt nhƣ protein tan, đƣờng tan , enzyme… không chỉ là cơ sở để đánh giá chất lƣợng hạt mà còn thể hiện khả năng chống chịu của cây trồng [2], [8].

α - amylase xúc tác quá trình phân giải tinh bột thành các phân tử có khối lƣợng thấp, cuối cùng thành glucose, mantose. Nhiều nghiên cứu cho thấy có mối tƣơng quan thuận giữa hàm lƣợng đƣờng tan và hoạt độ của α - amylase. Sự gia tăng hoạt độ của α - amylase, làm tăng hàm lƣợng đƣờng tan trong tế bào, cung cấp cho quá trình nảy mầm của hạt, sự sinh trƣởng của mầm, tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào và bảo vệ cấu trúc tế bào khỏi tác động của các điều kiện cực đoan [8], [16].

Protease đóng vai trò quan trọng trong cơ thể sống và nhất là trong thời kỳ nảy mầm của hạt. Protease tham gia vào quá trình phân giải protein dự trữ trong hạt, cung cấp amino acid cho thời kỳ phát triển đầu tiên của cây, tham gia vào quá trình vi xử lý phân tử protein và hoạt hóa các enzyme. Protease tham gia phân giải protein lạ hoặc bị biến tính khi gặp điều kiện cực đoan (lạnh, mặn, hạn, tác động cơ

học...[26].

Trần Thị Phƣơng Liên (1999) khi so sánh phổ điện di hoạt tính protease của các giống đậu tƣơng chịu nóng, chịu hạn khác nhau đã nhận thấy protease của các giống đậu tƣơng nghiên cứu rất đa dạng, có hoạt tính cao, có khả năng phân giải

hoàn toàn protein dự trữ tạo nguyên liệu để tổng hợp protein cho cơ thể mới. Xử lý nhiệt độ cao không ảnh hƣởng đến protease ở một số giống chịu nóng, nhƣng ảnh hƣởng đến các giống chịu hạn [8].

Nghiên cứu cơ chế phân tử của tính chống chịu chủ yếu đi vào hai hƣớng tiếp cận chính:

- Khả năng bảo vệ tế bào khỏi tác động của điều kiện cực đoan: Nghiên cứu sự biểu hiện và chức năng của các chất, các gen tƣơng ứng liên quan đến sự bảo vệ các enzyme, các cấu trúc trong tế bào, đồng thời đào thải các chất bị biến tính có khả năng gây độc cho tế bào khi gặp điều kiện cực đoan. Những nhóm chất đƣợc quan tâm đến là protein sốc nhiệt (HSP), trong đó có các chất MGPT, ubiquitin, protease.

- Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu: Nghiên cứu các chất có khả năng tạo áp suất thẩm thấu cao trong tế bảo để cạnh tranh nƣớc với môi trƣờng xung quanh. Những nhóm chất đƣợc chú ý đến gồm: ion K+, amino acid, proline, estoine, các chất đƣờng: glucose, sucrose, fructose, mannitol.. Ngoài ra còn có các chất: glycine betaine, β – alanine betaine. Sản phẩm của các gen liên quan đến khả năng bảo vệ của tế bào khỏi tác động của các điều kiện cực đoan [2], [8], [11].

1.3. ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NUÔI CẤY MÔ VÀ TẾ BÀO THỰC VẬT TRONG CHỌN DÕNG CHỊU HẠN Ở THỰC VẬT

Kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào thực vật đang đƣợc xem là công cụ mới cho việc cải tạo tính chống chịu ở thực vật. Quá trình nuôi cấy mô và tế bào thực vật tạo ra nguồn biến dị cao (10-5 - 10-8), nếu kết hợp xử lý đột biến thì tần số có thể tăng lên gấp 10 lần. Các biến dị soma này phong phú và đa dạng về kiểu gen và kiểu hình. Vì thế có thể tiến hành chọn lọc đƣợc những dòng tế bào khác nhau về các đặc điểm sinh lí, sinh hóa nhanh và hiệu quả hơn các phƣơng pháp chọn giống truyền thống. Các tính trạng đƣợc chọn lọc có thể di truyền cho các thế hệ sau thông qua sinh sản hữu tính và trở thành tính trạng ổn định của giống khi đáp ứng đƣợc yêu

cầu tạo giống. Đồng thời, kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào cho phép nghiên cứu cho phép nghiên cứu tìm hiểu và xác định bản chất sinh học của tính chống chịu thông qua nghiên cứu ảnh hƣởng của các tác nhân bất lợi lên thực vật ở các mức độ khác nhau (gen, tế bào riêng rẽ, tế bào mô, cơ quan nuôi cấy, cây hoàn chỉnh) [2].

Hiện nay đã có một số công trình nghiên cứu cải thiện hoặc nâng cao khả năng chống chịu của cây trồng bằng kỹ thuật nuôi cấy mô và tế bào nhƣ chịu hạn lúa [14].

Adkins và đtg (1995) bằng việc bổ sung PEG8000 vào môi trƣờng nuôi cấy mô sẹo giống lúa Khao Dawk Mali 105 đã chọn đƣợc dòng lúa chịu hạn có những tính trạng nông học quan trọng và khả năng chịu hạn đƣợc duy trì và ổn định ở thế hệ R2 [23].

Nguyễn Thị Tâm và đtg (2009) tiến hành đánh giá một số đặc điểm hóa sinh của các dòng lúa chọn lọc thế hệ thứ 4 có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nƣớc giống lúa Khang Dân. Kết quả cho thấy hàm lƣợng protein, đƣờng tan, lipid của hầu hết các dòng chọn lọc có xu hƣớng tăng cao hơn so với giống gốc. Tác giả đã chọn lọc đƣợc dòng R4.05 có hàm lƣợng protein cao nhất và dòng R4.05 có hàm lƣợng đƣờng tan đạt cao nhất. Phân tích thành phần amino acid trong protein dự trữ của hạt đã xác định đuợc sự có mặt của 17 loại amino acid với hàm lƣợng khác nhau, bao gồm các amino acid không thay thế. Các dòng chọn lọc tiếp tục đƣợc đánh giá về khả năng chịu hạn để chọn lọc dòng ƣu việt [15].

Vũ Thị Thu Thủy và đtg (2011) bằng kỹ thuật xử lý mất nƣớc mô sẹo và gây đột biến bằng chiếu xạ liều 2 krad kết hợp với thổi khô 9 giờ giống lạc L18 đã thu đƣợc 167 dòng mô, từ đó tạo ra 198 dòng lạc. Đánh giá các đặc điểm nông sinh học qua 5 thế hệ, tác giả đã thu đƣợc 7 dòng có sự ổn định các tính trạng về chiều cao thân chính, số quả/cây, số quả chắc/cây tốt hơn so với giống gốc. Phân tích một số đặc điểm nông học, chỉ tiêu năng suất, chất lƣợng hạt ở thế hệ thứ năm và sự sai khác hệ gen của 7 dòng chọn lọc đã tuyển chọn 3 dòng ƣu việt về năng suất, chất lƣợng hạt. Các dòng ƣu việt trên đƣợc tiếp tục đánh giá, theo doi về các tính trạng liên quan đến khả năng chịu hạn của cây lạc [20].

Đinh Thị Phòng và đtg (2004) bằng phƣơng pháp chọn dòng biến dị soma đã tạo đƣợc 2 dòng lúa DR1, DR2 có khả năng chịu lạnh và chịu hạn tốt. Dòng DR2 đƣợc công nhận là giống lúa quốc gia năm 1998. Tiếp tục sử dụng phƣơng pháp chọn dòng tế bào mang biến dị soma từ giống lúa CR203, tác giả đã chọn đƣợc dòng lúa DR3 có triển vọng, tính chịu hạn đƣợc cải thiện so với giống gốc CR203 thông qua hàm lƣợng proline tăng 1,4 lần [14].

Một phần của tài liệu Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học và phân lập gen cystatin của một số dòng lạc (Arachis hypogaea L.) có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước và xử lý chiếu xạ (Trang 25 - 33)

Tải bản đầy đủ (DOC)

(122 trang)
w