6. Đóng góp mới của đề tài
1.9.1.Trao đổi Gluxít
Đã có nhiều dẫn liệu về ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng đến sự tăng hàm lượng Gluxít (Vlaxyuk, Skolnik, Xteklova, Iakovleva 1950; Tagizade 1957; Novifxkaia 1958; Dagritxeko 1960; kibalenko, Vidorsina 1963).
Ví dụ: Các nguyên tố Zn và Co làm tăng hàm lượng Xaccarôza trong quả nho đồng thời làm giảm độ chua của chúng (Đobrolyubxki 1955; Xtavro 1955), Cu làm giảm hoạt tính thuỷ phân của enzim amylaza lúa mì (Okunoxov, Rodinna 1956). Sự kiện này phù hợp với dẫn liệu của các nhà nghiên cứu Nhật Bản cho biết rằng Cu là tác nhân ức chế enzim amylaza. Nghiên cứu của Tsin Shanni 1943 cho thấy rằng Mn thúc đẩy nhanh, mạnh mẽ hơn sự thuỷ phân tinh bột lúc hạt lúa mì nảy mầm so với axít inđol axêtíc [5].
Nhiều tài liệu đã chứng minh được rằng sự tham gia của các nguyên tố vi lượng trong các enzim trao đổi Gluxít như:
+ Mn: Cacboxylaza, Endolaza, Photphoenol transphenylaza, glyxerôphôtfatdaza. + Zn: Cacbonhyđraza, cacboxylaza, photfataza.
+ Mo: Alđehyđroxyđaza.
+ Cu: làm giảm tính thuỷ phân của amylaza.
Điều này giải thích được cơ chế tác dụng của các nguyên tố vi lượng tham gia vào sự trao đổi Gluxít một cách tích cực nhất. Nhìn chung việc xử lý phân vi lượng làm tăng chiều hướng tổng hợp Gluxít ở các mô dự trữ và thúc đẩy quá trình thuỷ phân các chất đó ở mô lá và lúc hạt nảy mầm (Budove 1951; Ckin 1957; Adimop 1958). Dưới ảnh hưởng của Bo, toàn bộ hoạt tính và đặc biệt hoạt tính thuỷ phân của invetaza ở lá và hoạt động tổng hợp của enzim đó ở củ khoai tây được xúc tiến mạnh mẽ, kết quả là trong lá luôn chứa lượng Gluxít hoà tan nhiều hơn trong củ, tinh bột lại giàu hơn (Budove 1951) [2], [5].
Như vậy các nguyên tố vi lượng đóng vai trò to lớn trong sự trao đổi gluxít của cây. Nó không chỉ tham gia trực tiếp vào thành phần của enzim xúc tác các quá trình tổng hợp gluxít mà còn ảnh hưởng gián tiếp đến trạng thái tích luỹ gluxít, sự phân giải gluxít trong mọi khía cạnh của quá trình này [2], [3], [5].
1.9.2. Trao đổi Prôtêin, Axít nuclêic, các phốt pho hữu cơ và trao đổi các chất có hoạt tính sinh học cao.
*. Các nguyên tố vi lượng đã tham gia vào thành phần của các enzim thuộc hệ enzim trao đổi Prôtêin như: glyxindipeptídaza, glyxil -1-lơxinđipeptidaza, prolidaza, lơxinpeptidaza, cacboxinaza, cacboxypeptidaza. Một số nguyên tố vi lượng như: Mn, Fe, Co và Ni có khả năng làm tăng hoạt tính của acginaza, lơxitinaza, aminopeptidaza, dipeptidaza, polypeptidaza. Thực nghiệm cho biết Mn, Fe, Co có ảnh hưởng tốt đến hoạt tính của acginaza và hàm lượng Prôtêin (Vaidynatham, Giri 1956). Còn Oxtrovxkaia và Gellev năm 1955 cũng đã làm thí nghiệm dùng các loại muối chứa nitơ nặng (N14) đánh dấu để bón thúc cho cây cũng đã khẳng định được ý nghĩa to lớn của Cu trong tổng hợp Prôtêin [2], [5].
Cơ chế tham gia của các nguyên tố vi lượng trong quá trình này hiện tại còn biết rất ít, rất có thể vi lượng có liên quan đến trao đổi năng lượng, trao đổi axít nuclêic. Theo Skolnik 1903 ảnh hưởng tích cực của Bo đến quá trình tổng hợp prôtêin có liên quan với ảnh hưởng tích cực của nó đến sinh tổng hợp axít nuclêic không loại trừ khả năng ảnh hưởng tích cực đến sinh tổng hợp xitrulin và etacolamin giảm xuống. Sự tăng hàm lượng của các axít amin tự do lúc thiếu Zn có thể là kết quả của sự ức chế sinh tổng hợp hoặc sự tăng cường phân giải prôtêin. Ngoài ảnh hưởng tới các enzim, các nguyên tố vi lượng còn có khả năng tham gia cấu thành cấu trúc không gian ổn định bậc 3, 4 của phân tử prôtêin [2], [3], [4], [5], [16].
*. Đã có nhiều dẫn liệu quan trọng về sự tham gia của các nguyên tố vi lượng như Bo, Zn, Cu trong quá trình trao đổi Axít nuclêic- chẳng hạn theo Warrerơ, Wacker , Vallee (1959) trong 1gam chế phẩm ARN tinh khiết của tảo Euglera gracilis đã tìm thấy những liều lượng của các kim loại như sau (tính bằng micasgam): Cr-76, Mn- 73, Ni- 60, Ca- 920, Fe- 180, Cu- 190, Zn- 650, Mg- 400. Trong các chế phẩm ARN tinh khiết của các đối tượng động vật cũng tìm thấy liều lượng khá cao của Cu, Mg, Fe, Co, Zn và các kim loại khác. Theo Skolnik, Maepxcacia (1962) thì Bo có ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp ARN, thiếu Bo quá trình này bị kìm hãm chủ yếu do sự biến loạn quá trình trao đổi năng lượng (do hoạt tính ATPaza tăng mạnh và sự xúc tiến quá trình phân giải ARN do hoạt tính cao của Ribonuclêaza). Thí nghiệm trên cây hướng dương và đậu côve khi loại Bo ra khỏi dung dịch dinh dưỡng đã thấy lượng chứa axít Ribônuclêic giảm mạnh ở ngọn, thân và rễ (Skolnik và Maevskaia 1962). Bo có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi axít nuclêic trong cây. Các rối loạn trong quá trình trao đổi axít nuclêic là nguyên nhân dẫn đến sự chết của đỉnh sinh trưởng lúc cây đói Bo. Sự giảm hàm lượng ARN đi đôi với sự tăng cường hoạt tính của enzim
ribonuclêaza khi thiếu Bo (theo Kessler 1957). Bo còn ảnh hưởng lớn tới quá trình trao đổi năng lượng trong cây, theo nghiên cứu của Skolnik và Maevxkaia 1962 cho thấy lúc thiếu Bo hàm lượng ATP ở các đỉnh sinh trưởng như ngọn cây bị hạ thấp đột ngột hoặc sự tăng hàm lượng polyphốtphát tan trong axít dưới tác động của Bo (Timakov 1963) [2], [5].
Nhiều thí nghiệm của các nhà nghiên cứu cho thấy lúc thiếu Zn hàm lượng ARN và AND thường hạ thấp, điều đó xảy ra song song với sự kìm hãm sinh tổng hợp prôtêin (Kessler 1957; Naika và Asana 1961; Price 1962…). Hỗn hợp prôtêin của Cu là nguyên tố có vai trò quan trọng trong trao đổi axít nuclêic (O. Zolima 1963) [3], [4], [5].
*. Các công trình nghiên cứu gần đây đã chỉ rõ tác dụng mạnh mẽ của các nguyên tố vi lượng đến quá trình tổng hợp và chuyển hoá các chất có hoạt tính sinh học cao như: Vitamin, kích tố sinh trưởng, kháng sinh, từ đó ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển của thực vật. Thí nghiệm của Skoog 1940 lần đầu tiên đã phát hiện thấy lúc thiếu Zn trong các chồi cành và ngọn của cà chua và hướng dương, lượng Auxin chỉ có dạng vết hoặc hoàn toàn không có. Việc bón thêm Zn làm tăng hàm lượng Auxin một cách tương ứng. Giải thích kết quả trên bằng ảnh hưởng của Zn đến các quá trình ôxihoá khử. Khi không có Zn sự phân giải Auxin diễn ra mạnh hơn do sự tăng cường các quá trình ôxi hoá trong các tế bào.
Các tác giả (Hillman, Galston 1956) đã chứng minh Mn có tác động đặc biệt đến hoạt tính của Auxinoxyđaza, nó là nhân tố cần thiết cho sự phân giải heteroauxin nhờ enzim hoặc không nhờ enzim xúc tác. Hoạt tính của Auxinoxyđaza tăng càng mạnh nếu Mn có mặt trong môi trường phản ứng càng lâu (và không nguyên tố vi lượng nào khác có tác động như Mn). Co cũng kích thích kéo dài thân đậu hà lan lúc có mặt heteroauxin (Thiman 1956).
*. Từ những phân tích trên cho thấy các nguyên tố vi lượng cũng ảnh hưởng rất rõ rệt đến quá trình sinh trưởng của cây. Bằng nhiều công trình nghiên cứu các nhà khoa học đã chứng minh rằng việc xử lý các nguyên tố vi lượng một cách thích hợp có ảnh hưởng rõ rệt đến tốc độ sinh trưởng của thực vật, phù hợp với các tài liệu nước ngoài. Qua thí nghiệm của các nhà nghiên cứu như PGS.TS Hoàng Thị Hà, PGS.TS Nguyễn Duy Minh, PGS.TS Thái Duy Ninh, GS.TS Nguyễn Như Khanh, PGS.TS Nguyễn Văn Mã… trên các đối tượng cây trồng: Ngô, đậu tương, lúa, bèo dâu, đỗ xanh… đã chứng minh rằng dưới ảnh hưởng của các nguyên tố vi lượng: Cu, Co, Mn, Zn, Bo đã thúc đẩy quá trình sinh trưởng, quá trình tăng năng suất và phẩm chất cây trồng [2], [3], [4], [5].
1.10. Vai trò sinh lý của Mn và Zn
1.10.1. Vai trò sinh lý của Mn.
Những thí nghiệm đầu tiên nhằm xác định sự cần thiết của Mn đối với hoạt động của sinh vật được thực hiện vào cuối thế kỷ 19. Năm 1897 Bertrand dựa vào những nghiên cứu của mình đã chỉ ra tác dụng tích cực của Mn đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Khi không có Mn, sự sinh trưởng và phát triển của thực vật chậm lại. Trong nhiều công trình sau đó ông đã cho thấy sự cần thiết của Mn đối với nấm Aspergillus nigea, khi không có nguyên tố này nấm Aspergillus nigea hoàn toàn không thể tạo thành khuẩn lạc. Dựa vào những kết quả đạt được Ông đã kết luận Mn rất cần thiết đối với đời sống thực vật. Kết luận trên đã được khẳng định bằng nhiều công trình nghiên cứu sau này của các nhà khoa học khác,[2], [3], [4], [18].
Cũng như các nguyên tố vi lượng khác, Mn tồn tại trong cơ thể thực vật với hàm lượng rất nhỏ nhưng lại có vai trò đặc biệt quan trọng đối với quá trình sinh trưởng phát triển của thực vật. Trong thực tế người ta nhận thấy nếu thiếu Mn cây trồng sẽ mắc phải những triệu chứng bệnh đặc biệt: trên lá xuất hiện những đốm
úa vàng rồi dần chết khô, sự sinh trưởng phát triển của cây bị hạn chế hoặc ngừng trệ hẳn rồi chết nếu thiếu Mn trầm trọng. Các triệu chứng trên chỉ mất đi khi cây trồng được bổ sung đầy đủ Mn, lúc này cây trồng mới sinh trưởng và phát triển bình thường được. Sở dĩ Mn cần thiết đối với cây trồng như vậy là vì Mn tham gia vào thành phần của các enzim, Mn là thành phần bắt buộc của nhiều hệ enzim ôxi hoá khử như: enzim hydroxylaminrêductaza, enzim ôxydaza của axít pyruvic, hydrogenaza của axít izoxitric, enzim ôxydaza của axít xêtôglutamic, enzim chuyển vị và trao đổi phốtpho (hexokinaza, photphoglucomutaza, photphomoroesteraza, photphotaza), cacboxylaza, các enzim trao đổi prôtêin (peptítdaza, acginaza…).
Bởi vậy dễ hiểu rằng Mn được xem là một yếu tố quan trọng nhất trong các quá trình ôxi hoá khử diễn ra trong hô hấp cũng như trong quang hợp. Sự ôxi hoá Mn xảy ra dưới tác động của hệ enzim peroxydaza, còn quá trình ôxi hoá khử thì Mn tham gia vào các phản ứng quang hợp. Trong sự phân ly nước, Mn liên kết với hyđrôxýt để tạo thành H2O2, hệ enzim peroxydaza ôxi hoá chính Mn đó, khi kết hợp với hydrôxyl của nó Mn nhường hydrôxýt của mình cho peroxydaza, làm cho chúng thoát khỏi phạm vi phản ứng quang hợp và như vậy ngăn cản phản ứng thuận nghịch: H+ + OH- H2O. Mn được giải phóng lúc đó lại tham gia vào phản ứng quang phân ly nước và tạo thành peroxýt. Như vậy Mn và peroxydaza trong quá trình hoạt hoá hyđrô của nước lúc quang phân ly nước có tác động như trong một hệ thống nhất [3],[18],[21].
Mn tham gia vào thành phần của malicoenzim, là enzim có ý nghĩa to lớn trong quá trình quang hợp. Nó tham gia chuyển hoá axít malíc thành axít pyruvic theo các con đường khác nhau. Lúc gặp enzim malicoenzim, axít malíc tránh khỏi giai đoạn chuyển hoá thành axít ôxaloaxêtíc và lập tức biến đổi thành axít pyruvic. Malicoenzim khi xúc tác sự hình thành axít pyruvic từ axít malíc và
H2O2 nhờ hyđrô do NADPH2 cung cấp đã đảm bảo khả năng cố định CO2 của cây xanh (Miklin 1956). Cần nhắc đến sự có mặt của enzim hyđrôgenaza chứa Fe và tan trong lục lạp của cây bậc cao khác nhau và sự tham gia của phức hợp của nó trong sự khử CO2.
Mn đóng vai trò quan trọng trong các quá trình ôxi hoá khử và người ta coi nó là một yếu tố cơ bản trong hệ hô hấp của cây. Nó có khả năng điều tiết các quá trình ôxi hoá khử tuỳ thuộc vào các điều kiện dinh dưỡng của cây (theo Vlaxyuk 1940). Mn có thể có tác dụng như một chất ôxi hoá hay một chất khử tuỳ thuộc vào thời điểm đó cây dinh dưỡng amon hay dinh dưỡng nitrat. Trong cả hai trường hợp đó cường độ các quá trình ôxi hoá khử và sự tổng hợp các chất hữu cơ trong cây tăng lên, nhờ vậy cây có thể tiến hành đồng hoá nitơ một cách dễ dàng và nhanh chóng trong mọi trường hợp cần thiết (theo Vlaxyuk 1940). Người ta nhận thấy nhu cầu Mn của cây tăng theo mức độ tăng dinh dưỡng nitơ (theo Kimovixkaia 1964), thiếu nitơ hạn chế tác động tích cực của Mn.
Mn có ý nghĩa lớn trong quá trình tổng hợp của Axít nuclêic và Prôtêin. người ta đã chứng minh Mn làm tăng tốc độ trao đổi phốtpho của AND và ARN, Mn làm tăng sự tổng hợp nitơprôtêin trong lá, đồng thời làm giảm hoạt động thuỷ phân của prôtêaza (theo Vlaxyuk, Koxmatưi, Climovitschaia 1957). Thí nghiệm của Webster (1959) nghiên cứu sự tổng hợp các tiểu thể ribônuclêôtít tách rời đã thấy nó xúc tác sự tổng hợp prôtêin lúc có mặt của ATP, ion Mn, phôtphoglyxêrát, pôlynuclêôtít hoà tan vào hỗn hợp 18 axít amin và 2 amíp thường có mặt trong prôtêin. Prôtêin được tạo như thế này có thể phân ra một vài tiểu phần khi điện di và có hoạt tính enzim. Mn tham gia trong trao đổi nitơ (theo Jindra, Zadrazia, Jiracek, Syrohy 1959), trong công trình này các tác giả đã chứng minh khi bón thúc Mn đã làm tăng hàm lượng prôtêin trong rễ và dẫn đến sự tiêu biến của acginaza trong rễ non. Trong công
trình này, tác động kích thích của Mn với hoạt tính của acginaza có liên quan với sự tăng hàm lượng alcaloit trong cây. Do Acginaza được hoạt hoá bằng các loại muối Mn, nên người ta suy luận rằng nó là một loại prôtêin chứa Mn.
Bên cạnh đó người ta nhận thấy Mn còn ảnh hưởng đến quá trình trao đổi Gluxít trong cây. Mn có vai trò tích cực đối với quá trình tổng hợp, tích luỹ, chuyển hoá, phân giải và vận chuyển các gluxít trong cây đặc biệt là đường saccaroza (theo Abutalibov 1956) thông qua vai trò cấu trúc, hoạt hoá của nó đối với các hệ enzim xúc tác cho các phản ứng tổng hợp gluxít trong quá trình quang hợp, các hệ enzim tham gia vào quá trình chuyển hoá và phân giải gluxít như: phốtphoglucomutaza, enolaza… hoặc góp phần thúc đẩy quá trình vận chuyển các hợp chất gluxít được tổng hợp trong quang hợp đến rễ và các cơ quan sinh sản. Như vậy, dưới tác động của nguyên tố Mn, quá trình trao đổi gluxít trong cây được xúc tiến mạnh hơn bình thường.
Nhiều nghiên cứu còn phát hiện thấy rõ ảnh hưởng rõ rệt của Mn đến hàm lượng Auxin (AIA) trong mô. Cây thiếu Mn thì hoạt tính của enzim AIA-oxidaza tăng cao và do đó làm giảm hàm lượng Auxin trong cây (Morgan 1970), điều đó gây ảnh hưởng bất lợi đối với quá trình sinh trưởng phát triển của cây.
Tóm lại Mn có tác động sâu sắc và rộng rãi đến nhiều mặt hoạt động sống của cây thông qua vai trò cấu trúc và hoạt hoá cho nhiều hệ enzim tham gia xúc tác cho hầu hết các phản ứng trong quang hợp, hô hấp, trao đổi gluxít, prôtêin, axít nuclêic, tổng hợp các chất có hoạt tính sinh học cao do vậy nó là một trong những nguyên tố quan trọng ảnh hưởng tới việc hình thành năng suất và phẩm chất cây trồng. Chính vì vậy mà trong nông nghiệp người ta sử dụng phân Mn rộng rãi và đạt kết quả tốt đối với củ cải đường, lúa mì, bông, ngô, khoai tây và các loại rau. Theo kết quả nghiên cứu nhiều năm ở Uken phân Mn làm tăng tỷ lệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
đường trong củ cải đường 0,11-0,33% và tăng thu hoạch lúa mì đông trung bình 2,5 tạ/ha, thiếu Mn-bông sẽ vàng lá [2], [3], [4], [5], [16], [18], [21].
1.10.2. Vai trò sinh lý của Zn.
Jaulin năm1869, là người đầu tiên phát hiện ra vai trò của Zn đối với nấm Aspergillusniger và sau đó thì hàng loạt các nghiên cứu về ảnh hưởng của Zn lên các đối tượng thực vật bậc cao đã khẳng định thêm điều này. Hiện nay, người ta đã chứng minh được sự cần thiết của Zn đối với hơn 60 loài thực vật bậc cao, trong đó đáng kể là ngô, đậu tương, các cây lấy gỗ và cây ăn quả (trầu không, táo, cam tranh, mía, lanh, nho và cà chua). Lúc thiếu Zn thì trầu không lá có màu đồng, cam quýt lá bé, lấm tấm vàng. Ngô khi thiếu Zn thấy xuất hiện những cây con bạch tạng hoặc ngọn bị trắng bệch, giữa các gân lá xuất hiện dải lá màu vàng xám, những lá dưới bị rụng, lá trên có màu trắng hoàn toàn, gióng thân ngắn lại, quá trình sinh trưởng phát triển của cây bị kìm hãm hoặc ngừng hẳn làm cho năng suất và phẩm chất của cây bị giảm sút mạnh (theo Hoffer D 1957). Người ta