Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
2 Nghiên cứu về ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng

2 Nghiên cứu về ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng

Tải bản đầy đủ - 0trang

0983772100



chất bình thường của cơ thể. Trong thời gian cây bị hạn, hàm lượng nước tự do

trong lá giảm xuống nhưng hàm lượng nước liên kết lại tăng lên. Chất ngun

sinh của tế bào có tính đàn hồi lớn thì cây có khả năng chịu hạn cao (Trích theo

Lê Hữu Tiệp, 2012).

Hạn còn ảnh hưởng đến hơ hấp. Trong thời gian khô hạn, ở những cây

trung sinh thường tăng cường hô hấp. Nhờ gia tăng hô hấp mà cây giữ được độ

ngậm nước của keo nguyên sinh chất. Sự tăng cường q trình thủy phân khi

gặp điều kiện khơ hạn là nguyên nhân tăng cường hô hấp trong cây. Khi mất

nước ban đầu hơ hấp tăng, nhưng sau đó giảm đột ngột, nếu tình trạng thiếu

nước kéo dài (Trích theo Lê Hữu Tiệp, 2012).

Hạn còn ảnh hưởng đến quang hợp. Hạn hán đã ảnh hưởng xấu đến quá

trình hình thành diệp lục, phá hoại lạp thể nên hiệu suất quang hợp giảm xuống

nhanh chóng.

Hạn ảnh hưởng đến hoạt động hút khống của hệ rễ, dẫn đến tình trạng

thiếu những ngun tố dinh dưỡng quan trọng trong quá trình trao đổi và tổng

hợp những chất hữu cơ khác nhau trong cơ thể thực vật. Hạn ảnh hưởng trưc

tiếp đến quá trình sinh trưởng các tế bào, đặc biệt trong pha giãn của tế bào, từ

đó ảnh hưởng đến q trình sinh trưởng của toàn cây.

Hạn là nguyên nhân chính của sự mất mùa và làm giảm năng suất gieo

trồng. Phản ứng của cây đối với hạn là sự đóng khí khổng, giảm tỷ lệ thốt hơi

nước của mơ, giảm quang hợp và làm tăng tích lũy axit abcisic (ABA), prolin,

manitol, sorbitol, sự cấu thành nhóm ascobat, glutathione, α- tocopherol,... và sự

tổng hợp protein mới (Trích theo Lê Hữu Tiệp, 2012).

2.2.2 Ảnh hưởng của hạn đến sinh trưởng và phát triển của cây lạc

Trong mỗi thời kỳ sinh trưởng, cây lạc chỉ có khả năng chịu hạn ở một mức

độ nhất định. Biểu hiện bề ngoài nhận thấy rõ rệt nhất khi cây lạc bị hạn ở các

thời kỳ sinh trưởng là ở bộ lá. Khi độ ẩm đất giảm lá lạc nhỏ và dày, màu lá từ

xanh đậm chuyển dần sang xanh nhạt do diệp lục bị phá hủy. Trong điều kiện bị



0983772100



hạn tức thời, lá vẫn giữ nguyên kích thước nhưng sức trương tế bào giảm, khí

khổng khép lại, lá bị rũ xuống.

Thời kỳ trước ra hoa là thời kỳ cây lạc chịu hạn tốt nhất, vì trong giai đoạn

này nhu cầu về nước của cây lạc không lớn, độ ẩm thích hợp từ 60-65%. Tuy

nhiên, trong thời kỳ này hạn cũng ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và làm

chậm quá trình phát triển của cây.

Ở giai đoạn ra hoa, thiếu nước sẽ làm giảm số hoa, tỷ lệ hoa hữu hiệu, các

đợt rộ khơng được hình thành, thời gian ra hoa và chín kéo dài, gây ảnh hưởng

đáng kể đến năng suất. Tuy nhiên, nếu được tưới kịp thời lượng hoa nở hàng

ngày có thể phục hồi nhanh chóng.

Trong giai đoạn hình thành quả, do diện tích lá đạt cao nhất, tốc độ chất

khô tích lũy cũng cao cho nên cần một lượng nước rất lớn. Nếu thiếu nước trong

giai đoạn này sẽ làm giảm số quả chắc, làm giảm trọng lượng hạt dẫn đến giảm

năng suất (Trích theo Lê Hữu Tiệp, 2012).

2.3. Cơ sở sinh lý, sinh hóa và di truyền của tính chịu hạn ở thực vật

2.3.1 Cơ sở sinh lý của tinh chịu hạn

Nước có ý nghĩa quyết định đến đời sống của thực vật. Thiếu nước cây sẽ

chết non hoặc giảm sức sống, giảm năng suất. Do sự thiếu nước của môi trường,

nhiệt độ thấp hay nhiệt độ cao, có thể gây ra hiện tượng mất nước của cây. Để

đáp ứng sự thiếu hụt nước, cây bắt buộc phải có cơ chế thích ứng đặc biệt giúp

nó tồn tại khi bị hạn.

Ở thực vật, khi đề cập đến cơ chế chịu hạn, người ta thường chú ý đến vai

trò của bộ rễ và khả năng điều chỉnh ấp suất thẩm thấu của tế bào.

Về vai trò của bộ rễ: những cây chịu hạn có bộ rễ khỏe, dài, mập, có khả

năng ăn sâu để giúp cây hút được nước ở tầng đất sâu. Bộ rễ lan rộng, có nhiều

rễ phụ và có nhiều mơ thông khí, cùng với hệ mạch dẫn phát triển giúp cho việc

thu hận và cung cấp nước tới các bộ phận khác của cây trong điều kiện khó khăn

về nước.



0983772100



Về khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu: khi tế bào bị mất nước dần

dần, các chất hòa tan sẽ được tích lũy trong tế bào chất (như: đường, axit hữu

cơ, các ion chủ yếu là ion K+...), các chất này có tác dụng điều chỉnh áp suất

thẩm thấu. Áp suất thẩm thấu tăng giúp cho tăng khả năng hút nước của rễ. Bằng

cơ chế như vậy, thực vật có thể chịu được sự mất nước trong thời gian ngắn.

Ngoài ra, thực vật còn có khả năng chống chịu hạn bằng những biến đổi

về hình thái như lá cuộn lại thành ống, lá có nhiều lơng, cutin dày để giảm thoát

hơi nước (Trích theo Lê Hữu Tiệp, 2012).

2.3.2 Cơ sở sinh hóa và di truyền của tinh chịu hạn

Khi phân tích thành phần hóa sinh của cây chịu hạn, các nghiên cứu đều

cho rằng, khi cây gặp hạn có hiện tượng tăng lên về hoạt độ enzyme, hàm lượng

ABA, hàm lượng proline, nồng độ ion K+, các loại đường, axit hữu cơ, ...giảm

CO2, protein và axit nucleic.

Nghiên cứu sự đa dạng và hoạt động của enzim trong điều kiện hạn đã

được nhiều tác giả quan tâm. Trần Thị Phương Liên (1999) nghiên cứu đặc tính

hóa sinh của một số giống đậu tương có khả năng hạn cho biết áp suất thẩm thấu

cao đã ảnh hưởng rõ rệt tới thành phần và hoạt độ protense, kỳm hãm sự phân

giải protein dự trữ. Một số nghiên cứu trên các đối tượng cây trồng khác như lạc,

lúa, đậu tương, đậu xanh... cũng cho thấy, có mối tương quan thuận giữa hàm

lượng đường tan và hoạt độ enzyme α-amylase, giữa hàm lượng protein và hoạt

độ pretease ... đường tan là một trong những chất tham gia điều chỉnh áp suất

thẩm thấu trong tế bào. Sự tăng hoạt độ α-amylase sẽ làm tăng hàm lượng đường

tan do đó làm tăng áp suất thẩm thấu và khả năng chịu hạn của cây trồng. Một

trong các chất liên quan đến thẩm thấu được chú ý là prolin. Prolin là một amino

axit có vai trò quan trọng trong sự điều hòa áp suất thẩm thấu trong tế bào. Sức

chống chịu của thực vật tăng lên khi được chuyển các gen mã hóa enzym tham

gia vào con đường sinh tổng hợp prolin trong tế bào. Nhiều cơng trình nghiên



0983772100



cứu cho thấy sự tích lũy prolin có thể tăng 10 đến 100 lần ở thực vật dưới tác

động của áp suất thẩm thấu (Chen và Muranta, 2002).

Phản ứng của thực vật trước tác động của hạn rất đa dạng, phụ thuộc vào

nhiều yếu tố khác nhau, trong đó có kiểu gen, độ dài và tính khốc liệt của điều kiện

ngoại cảnh. Biểu hiện của quá trình này là việc sinh tổng hợp của một loạt các chất

trong tế bào, một số hoocmon hoặc chất kích thích để giúp cây có khả năng thích

ứng. Khi đi sâu vào nghiên cứu ở mức độ phân tử của hiện tượng nóng, hạn ở thực

vật người ta đã có những bước tiếp cận khác nhau trên nhiều loài cây trồng ở các

giai đoạn phát triển. Được nghiên cứu nhiều nhất là các protein sản phẩm biểu hiện

gen. Các nhóm protein được đặc biệt quan tâm bao gồm: protein sốc nhiệt, môi

giới phân tử, LEA (Trích theo Nguyễn Thị Thảo, 2012).

Protein sốc nhiệt (heat shock protein - HSPs): HSPs có ở hầu hết các loài

thực vật như lúa mì, lúa mạch, lúa gạo, ngơ, đậu nành, hành, tỏi,... chúng chiếm

khoảng 1% protein tổng số trong lá của các loài thực vật này. HSP được tổng hợp

khi tế bào gặp điều kiện cực đoan như: nóng, hạn, lạnh, phèn, mặn,... Sự xuất hiện

của HSP có chức năng ngăn chặn hoặc sửa chữa sự phá hủy do stress nóng và mở

rộng giá trị ngưỡng chống chịu nhiệt độ cao (Trích theo Nguyễn Thị Thảo, 2012).

Tính chống chịu là tính trạng đa gen, được biểu hiện khác nhau trong các

giai đoạn phát triển của cây. Trên thực tế vẫn chưa tìm được gen thực sự quyết

định tính chịu hạn mà mới chỉ tìm thấy các gen liên quan đến tính chịu hạn. Vì

vậy nghiên cứu cơ chế phân tử của tính chịu hạn chủ yếu đi vào hướng chính đó

là nghiên cứu biểu hiện và chức năng của các chất và các gen tương ứng liên

quan đến khả năng bảo vệ của tế bào khỏi tác động bất thuận của mơi trường.

Một trong những nhóm gen liên quan đến các điều kiện mất nước là các gen mã

hóa nhóm protein có tên là LEA. LEA khơng những đóng vai trò điều chỉnh q

trình mất nước sinh lý khi hạt chín, mà còn hạn chế sự mất nươc bắt buộc do các

điều kiện ngoại cảnh bất lợi như hạn, nóng, lạnh... mức độ phiên mã của LEA

được điều khiển bởi ABA và độ mất nước của tế bào. Ngoài ra, những nhóm chất



0983772100



như oprotein sốc nhiệt, MGPT, ubiquitin... cũng được đặc biệt quan tâm nghiên

cứu (Trích theo Nguyễn Thị Thảo, 2012).

Như vậy, cơ chế chịu hạn của thực vật rất phức tạp, nó khơng chỉ liên quan

đến đặc điểm hình thái giải phẫu của thực vật, mà còn liên quan đến những thay

đổi về thành phần hóa sinh trong tế bào, sự điều chỉnh hoạt động của gen.

2.4 Các cơ chế chịu hạn của cây trồng

Bất cứ một cây trồng nào cũng cần nước để duy trì sự sống. Mức độ cần

nhiều hay ít phụ thuộc vào từng loại cây trồng và từng giai đoạn sinh trưởng và

phát triển. Mức độ tổn thương do khô hạn gây ra đối với cây trồng cũng có

nhiều mức độ khác nhau: chết, chậm phát triển hay phát triển bình thường.

Khái niệm chịu hạn là thuật ngữ được dùng để chỉ một chuỗi các cơ chế

mà ở đấy thực vật có khả năng chống chịu được qua thời tiết khô hạn, khắc

nghiệt. Cơ chế chịu hạn được chia làm 3 nhóm: trốn hạn, tránh hạn và chịu hạn.

2.4.1 Trốn hạn

Trốn hạn ở cây trồng là sự phát triển nhanh cho ra hoa, đậu quả, hoàn

thành quá trình sinh trưởng và phát triển trước khi nguồn cung cấp nước trong

đất bị cạn kiệt, hình thành hạt để bước vào quá trình ngủ nghỉ trước khi bắt đầu

mùa khô (Shekhar, 2010). Khả năng này giúp cho cây giảm thiểu tối đa tác động

của hạn hán đối với năng suất cây trồng bằng cách phát triển nhanh chóng ra hoa

khi cấu trúc thực vật hoàn thiện ở mức thấp nhất vừa đủ để giúp cây tạo hạt

trong điều kiện nguồn cung cấp nước hạn chế nhưng lại có thể phát triển mềm

dẻo, sinh trưởng sinh dưỡng tối đa, ra hoa và hạt nhiều trong mùa mưa, giống

như việc thực vật chóng tàn ở sa mạc để tránh hạn và cũng để tồn tại trong thời

gian dài khơng có mưa (TNAU, 2008). Cây trồng phối hợp các chu kỳ sống

ngắn với tốc độ tăng trưởng và trao đổi chất cao, sử dụng tối đa nguồn dinh

dưỡng sẵn có khi độ ẩm đất vẫn còn được duy trì (Maroco et al., 2000).



2.4.2 Tránh hạn



0983772100



Là khả năng của cây trồng vẫn có thể duy trì thế năng nước tương đối cao

trong mô tế bào trong điều kiện độ ẩm đất thiếu hụt. Để thuận tiện, khả năng này

được hiểu đơn giản như tránh hạn, tuy nhiên phải hiểu được bản chất của cơ chế

này là thực vật không tránh được hạn mà là tránh mất nước trong mô tế bào. Khả

năng tránh hạn được tạo thành bởi khả năng duy trì sức trương tế bào thơng qua

hệ rễ phát triển sâu hơn trong đất, khả năng thoát hơi nước có kiểm sốt qua hệ

thống khí khổng và giảm sự mất nước qua biểu bì như giảm bề mặt tiếp xúc của

lá với kích thước lá nhỏ và dầy hơn. Để duy trì thế nước trong tế bào trong điều

kiện lượng nước bốc hơi lớn và thiếu ẩm trong đất cao, cây trồng có hai lựa chọn

đó là giảm sự mất nước hoặc duy trì nguồn cung của nước. Cây trồng giảm thiếu

sự thoát nước qua việc kiểm soát khí khổng , cuộn lá lại để giảm khả năng hấp

thụ ánh sáng hoặc giảm hấp thụ bức xạ nhờ hình thành lông và sáp trên lá để

tăng hệ số phản xạ của lá và giảm bề mặt bay hơi nhờ sự giảm diện tích lá tán

thông qua giảm sinh trưởng và rụng của các lá già. Để tăng cường khả năng hút

nước, cây tăng cường phát triển bộ rễ với hệ thống rễ ăn sâu hơn hoặc tăng mật

độ rễ, tăng khả năng vận chuyển và tích lũy chất dinh dưỡng trong các lá già và

tăng cường cường độ quang hợp. Thêm vào đó, các tế bào gỗ tăng cả về đường

kính lẫn số lượng để thúc đẩy khả năng dẫn nước trong tế bào (Đinh Thái

Hoàng, 2013).

2.4.3 Chịu hạn

Là khả năng của cây trồng chống chịu được tình trạng thiếu nước bằng

cách duy trì thế năng nước thấp trong mô tế bào. Khả năng chịu hạn này là kết

quả của sự kết hợp các biến đổi sinh lý và sinh hóa ở mức độ phân tử và tế bào.

Khả năng chịu hạn

này sẽ giúp cây duy trì sức trương thông qua điều chỉnh thẩm thấu, kích

thích tích lũy chất hòa tan trong tế bào và sau đó làm giảm khả năng thẩm thấu

khi thiếu nước. Điều chỉnh thẩm thấu giúp duy trì sức trương tế bào, làm chậm

lại quá trình héo của lá, để duy trì sinh trưởng và năng suất trong tình trạng thiếu



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

2 Nghiên cứu về ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×