Động thái huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp của cây ngô (zea mays l ) trong quá trình bị khô hạn

Động thái huỳnh quang diệp lục của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây con .... Động thái huỳnh quang diệp lục của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra h

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự hướng dẫn

khoa học, chỉ bảo tận tình của PGS TS Nguyễn Văn Mã Tôi xin bày tỏ

lòng biết ơn sâu sắc nhất tới thầy

Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, Ban Chủ nhiệm khoa Sinh – KTNN, Trung tâm Hỗ trợ Nghiên cứu khoa học và Chuyển giao công nghệ trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới những người thân trong gia đình, bạn bè đã hết lòng chia sẻ, giúp đỡ, động viên, khích lệ tôi vượt qua khó khăn để hoàn thành luận văn này

Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2014

Tác giả

Lê Thị Hà Liên

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc ai công bố trong bất

kỳ công trình khoa học nào khác

Hà Nội, ngày 15 tháng 12 năm 2014

Tác giả

Lê Thị Hà Liên

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiên cứu 2

5 Đóng góp mới của đề tài 3

6 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn 3

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Giới thiệu khái quát về cây ngô và tình hình sản xuất ngô 4

1.1.1 Nguồn gốc cây ngô 4

1.1.2 Đặc điểm hình thái 4

1.1.3 Các thời kỳ sinh trưởng và nhu cầu nước của cây ngô 6

1.1.4 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 9

1.2 Ảnh hưởng của thiếu nước tới quang hợp và huỳnh quang diệp lục ở thực vật 12

1.2.1 Ảnh hưởng của thiếu nước đến quang hợp 12

1.2.2 Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục 14

1.3 Tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của sự thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục và quang hợp của cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng 17

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của sự thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục của thực vật nói chung và cây ngô nói riêng 17

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của sự thiếu nước đến quang hợp của thực vật nói chung và cây ngô nói riêng 20

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22

2.1 Đối tượng nghiên cứu 22

2.2.2 Bố trí thí nghiệm 22

2.2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 23

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu 25

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 26

3.1 Động thái huỳnh quang diệp lục của lá ngô trong quá trình bị khô hạn 26

3.1.1 Động thái huỳnh quang diệp lục của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây con 26

3.1.1.1 Động thái huỳnh quang ổn định của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây con 26

3.1.1.2 Động thái huỳnh quang cực đại của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây con 30

3.1.1.3 Động thái hiệu suất huỳnh quang của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây con 34

3.1.2 Động thái huỳnh quang diệp lục của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 37

3.1.2.1 Động thái huỳnh quang ổn định của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 37

3.1.2.2 Động thái huỳnh quang cực đại của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 40

3.1.2.3 Động thái hiệu suất huỳnh quang của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 43

3.2 Động thái cường độ quang hợp của lá ngô trong quá trình bị khô hạn 46

3.2.2 Động thái cường độ quang hợp của ngô trong quá trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 50

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

Bảng 1.1 Sản lượng ngô một số nước sản xuất chính trên thế giới và

một số nước Đông Nam Á

10

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất, sản lượng ngô một số nước tiêu biểu 10 Bảng 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam 11 Bảng 3.1 Động thái huỳnh quang ổn định của ngô trong quá trình bị

Bảng 3.2 Động thái huỳnh quang cực đại của ngô trong quá trình bị

Bảng 3.3 Động thái hiệu suất huỳnh quang của ngô trong quá trình bị

Bảng 3.4 Động thái huỳnh quang ổn định của ngô trong quá trình bị

khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 37 Bảng 3.5 Động thái huỳnh quang cực đại của ngô trong quá trình bị

khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 40 Bảng 3.6 Động thái hiệu suất huỳnh quang của ngô trong quá trình bị

khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 43

Bảng 3.7 Động thái cường độ quang hợp của ngô trong quá trình bị

Bảng 3.8 Động thái cường độ quang hợp của ngô trong quá trình bị

khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 50

Hình 3.1 Động thái huỳnh quang ổn định của ngô trong quá trình

bị khô hạn ở giai đoạn cây con 28 Hình 3.2 Động thái huỳnh quang cực đại của ngô trong quá trình

bị khô hạn ở giai đoạn cây con 32 Hình 3.3 Động thái hiệu suất huỳnh quang của ngô trong quá

trình bị khô hạn ở giai đoạn cây con 35 Hình 3.4 Động thái huỳnh quang ổn định của ngô trong quá trình

bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 38 Hình 3.5 Động thái huỳnh quang cực đại của ngô trong quá trình

bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 41 Hình 3.6 Động thái hiệu suất huỳnh quang của ngô trong quá

trình bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 44 Hình 3.7 Động thái cường độ quang hợp của ngô trong quá trình

Hình 3.8 Động thái cường độ quang hợp của ngô trong quá trình

bị khô hạn ở giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa 51

Theo tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), ngô cung cấp lương thực cho 1/3 dân số thế giới, ngoài ra ngô còn được con người

sử dụng làm thức ăn cho gia súc, râu ngô dùng làm thuốc bệnh thận Hiện nay ngô còn được con người dùng chế tạo xăng sinh học [28], [44]

Ở Việt Nam, cây ngô được xếp vào nhóm cây lương thực đứng thứ hai sau lúa Ngô được trồng hầu hết các tỉnh thành trong cả nước, tuy nhiên năng suất ngô nước ta còn thấp so với năng suất trung bình của thế giới (81%) [31] Hiện nay nhu cầu sử dụng ngô cho chăn nuôi ngày càng tăng, việc sản xuất trong nước không đáp ứng đủ, vì thế hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu một số lượng lớn ngô cho tiêu dùng

Trong những năm gần đây, khô hạn thường xuyên xảy ra làm giảm năng suất và chất lượng của cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng Do đó nghiên cứu về ảnh hưởng của khô hạn và khả năng chịu hạn của cây trồng luôn được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu Trong nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này, các nhà khoa học đã sử dụng các chỉ tiêu sinh lí

và sinh hóa như độ héo của lá, sự thay đổi áp suất thẩm thấu [16], đánh giá sự thay đổi hàm lượng prolin [35], tính trạng rễ [24], hàm lượng protein, lipit, hoạt độ của các enzym rễ [11], hoạt động của các gen chống chịu hạn [12] Các kết quả nghiên cứu trên đây đã góp phần làm rõ ảnh hưởng của sự thiếu

nước tới cây trồng và các biểu hiện chống chịu ở thực vật Tuy nhiên khi sử dụng các phương pháp này đều gây tổn thương cho cây trồng và đòi hỏi nhiều thời gian, để khắc phục những hạn chế trên, một số nhà khoa học như Li R., GuO P., Michael B., Stefama G [41], Li Fu – sheng [30], Krause và Weis [40] đã dùng phương pháp đo huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp của cây trồng trong điều kiện bất lợi của môi trường, dựa trên sử dụng các thiết bị thế hệ mới, đo tự động và có khả năng kết nối với máy tính Ở Việt Nam trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu về huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp trong điều kiện bất lợi của môi trường

ở các đối tượng như: lúa [21], [26], đậu tương [7], cà chua [10], lạc [17], [18], khoai tây [4] Tuy nhiên sử dụng huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp để nghiên cứu khả năng chịu thiếu nước ở ngô vẫn còn hạn chế, đặc biệt

là giai đoạn cây con và giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa, đây là những giai đoạn tích lũy các chất, tạo tiền đề cho việc hình thành năng suất của ngô Trên cơ

sở này chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Động thái huỳnh quang diệp

lục và cường độ quang hợp của cây ngô (Zea mays L.) trong quá trình bị

khô hạn”

2 Mục đích nghiên cứu

Tìm hiểu sự biến động huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp ở lá của giống ngô LVN 61 trong quá trình bị khô hạn

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Xác định sự biến động huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp của

lá ngô trong quá trình gây hạn và phục hồi khi tưới nước trở lại ở giai đoạn cây con (3 – 4 lá) và giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa (7 – 9 lá)

4 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu được tiến hành trong điều kiện nhà lưới, trồng cây trong chậu ở vụ Đông – Xuân 2014 Sử dụng giống ngô LVN 61

5 Đóng góp mới của đề tài

Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là nguồn thông tin về động thái huỳnh

quang diệp lục và cường độ quang hợp ở cây ngô

6 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn

Sử dụng thông số huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp là cơ sở đánh giá khả năng chống chịu của thực vật trước những tác động bất lợi từ môi trường

Các thông số huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp giúp khảo sát nhanh chóng và chính xác các tác động của môi trường đến bộ máy quang hợp ở cây ngô

Bổ sung thêm dữ liệu về nghiên cứu huỳnh quang diệp lục, cường độ quang hợp và mối quan hệ của chúng trong điều kiện bị khô hạn ở cây ngô

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu khái quát về cây ngô và tình hình sản xuất ngô

1.1.1 Nguồn gốc cây ngô

Cây ngô (Zea mays L.) thuộc chi Zea, họ Lúa (Poaceae) Có giả thuyết

cho rằng cây ngô có nguồn gốc khoảng 5.500 tới 10.000 năm trước công nguyên Những nghiên cứu về di truyền học gần đây cho rằng, quá trình thuần hóa ngô diễn ra vào khoảng 7000 năm trước công nguyên tại miền trung

Mêxicô và tổ tiên của nó là loài cỏ mexicana hoang dại teosinte (Zea mays ssp, Parviglumiis hoặc ssp mexincana) Sau đó vào khoảng năm 1500 trước

công nguyên, ngô bắt đầu được trồng phổ biến ở Bắc Mỹ, Trung Mỹ, Nam

Mỹ và khu vực Caribe [13], [28], [44] Cũng có giả thuyết cho rằng ngô sinh

ra từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa với cỏ ngô Luxuriantes

Ở Việt Nam, cây ngô xuất hiện vào khoảng thế kỷ XVI nhờ hành trình sang xứ Thanh của Trần Thế Vinh [13] Từ đó ngô được phổ biến và phát triển ra khắp đất nước Nhà nông có câu: “Được mùa chớ phụ ngô khoai”, điều đó đủ để thấy tầm quan trọng của cây ngô Tuy nhiên, do là một nước có truyền thống sản xuất lúa gạo, trong một thời gian dài cây ngô ít được chú ý, chỉ những năm gầy đây việc gieo trồng ngô mới phát triển Cuộc cách mạng

về giống ngô diễn ra từ năm 1980 đã góp phần tăng nhanh diện tích, năng suất

và sản lượng ngô trên toàn quốc, đưa nước ta đứng vào hàng ngũ những nước trồng ngô lai tiên tiến của vùng châu Á [29]

1.1.2 Đặc điểm hình thái

Rễ ngô là hệ rễ chùm, tiêu biểu cho bộ rễ các cây hòa thảo Hạt ngô khi mới nảy mầm, rễ mầm ra trước tạo thành hệ tạm thời cung cấp nước và chất dinh dưỡng cho cây trong khoảng thời gian 2 – 3 tuần đầu Khi gặp điều kiện hạn hán, rễ mầm sơ sinh có thể tồn tại lâu hơn và ăn sâu vào trong đất Khi cây được 3 – 4 lá sẽ xuất hiện rễ đốt có vai trò cung cấp nước và thức ăn trong

suốt đời sống của cây Rễ chân kiềng (còn gọi là rễ neo hay rễ chống) mọc quanh các đốt, sát mặt đất có chức năng giúp cây chống đổ, hút nước và thức

ăn cho cây ngô Độ sâu và sự mở rộng của rễ phụ tùy thuộc vào giống, độ phì nhiêu và độ ẩm của đất [13], [14], [28]

Thân ngô có đường kính khoảng 2 – 4 cm tùy thuộc vào giống, thân ngô cao từ 1,8 – 2,5 m Thân chính của ngô có nguồn gốc từ chồi mầm, từ các đốt dưới đất của thân chính có thể phát sinh ra 1 – 10 nhánh (thân phụ) với hình dáng tương tự thân chính Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng (dóng) nằm giữa các đốt và kết thúc bằng bông cờ Số lóng và chiều dài lóng là chỉ tiêu quan trọng trong việc phân loại các giống ngô, nhưng không phải lóng nào cũng có bắp, thường lóng mang bắp được kéo dài thích hợp và có một rãnh dọc để bắp ngô có thể định vị và phát triển bình thường

Lá ngô được cấu tạo bởi bẹ lá, phiến lá, thìa lìa Bẹ lá (còn gọi là cuống lá) bao chặt vào thân, trên mặt nó có nhiều lông Khi cây còn non, các bẹ lá lồng gối vào nhau tạo thành thân giả bao phủ, bảo vệ thân chính Phiến lá thường rộng, dài, mép lá lượn sóng, ở một số giống trên phiến lá có nhiều lông tơ Lá ở gần gốc ngắn hơn, những lá mang bắp trên cùng dài nhất và sau

đó chiều dài của lá lại giảm dần Thìa lìa là phần nằm giữa bẹ lá và phiến lá, gần sát với thân cây [13]

Hoa ngô bao gồm hoa đực (bông cờ) và hoa cái (bắp) nằm ở những vị trí

khác nhau trên cùng một cây Hoa đực (bông cờ) nằm ở đỉnh cây, có một trục

chính, trên trục chính phân làm nhiều nhánh và trên mỗi nhánh có nhiều gié

Mỗi gié có hai chùm hoa, mỗi chùm có hai hoa Hoa cái (bắp ngô) được sinh

ra từ nách lá ở phần giữa thân Bắp ngô gồm các bộ phận chính như cuống bắp và lõi bắp Cuống bắp gồm nhiều đốt rất ngắn, mỗi đốt trên cuống có một

lá bi bao bọc nhằm bảo vệ bắp, lá bi thường không có phiến Lõi bắp cũng mọc thành từng chùm hoa, mỗi chùm có hai hoa nhưng chỉ có một hoa hình thành hạt còn một hoa sẽ thoái hóa [13], [14], [29]

Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi, nội nhũ, chân hạt Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt Lớp alơron nằm dưới vỏ hạt và bao lấy nội nhũ và phôi Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự trữ chất dinh dưỡng Nội nhũ có 2 phần là nội nhũ bột và nội nhũ sừng, tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng tùy vào chủng ngô, giống ngô [13], [28]

1.1.3 Các thời kỳ sinh trưởng và nhu cầu nước của cây ngô

Ngô là cây trồng cạn, bộ rễ ngô phát triển rất nhanh nên khả năng hút nước khỏe hơn nhiều cây khác và sử dụng nước tiết kiệm hơn để hình thành 1 đơn vị chất khô Tuy nhiên, cây ngô sinh trưởng nhanh và tạo ra một khối lượng sinh khối lớn nên cần sử dụng một lượng nước lớn Ở những nơi gần xích đạo, nhiệt độ cao dẫn đến có sự thoát hơi nước cao, làm cho nhu cầu nước của cây ngô càng lớn Bình quân một cây ngô trong vòng đời cần khoảng 100 lít nước để sinh trưởng và phát triển [13], một ha ngô cần khoảng

3000 – 4000m3 nước [13], trong khi đó khoai tây chỉ cần 2470 m3 nước 1 vụ/1

ha [14] Khi có hạn xảy ra, cây ngô có sự phân bố lại chất dinh dưỡng trong thân Nếu hạn xảy ra vào giai đoạn phân hóa bắp, bông cờ và thời kỳ tích luỹ chất khô trong hạt dẫn đến ngô bị chín ép, hạt lép, giảm năng suất [34]

Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây ngô được chia làm nhiều giai đoạn khác nhau: giai đoạn nảy mầm, giai đoạn cây con, giai đoạn vươn cao và

phân hóa cơ quan sinh sản, giai đoạn nở hoa, giai đoạn chín [13], [29]

Giai đoạn nảy mầm ngoài đồng ruộng (từ trồng đến 3 lá): giai đoạn này

có đặc điểm là phụ thuộc vào lượng các chất dự trữ trong hạt Ở giai đoạn này, bên trong hạt quá trình oxy hóa các chất dự trữ diễn ra mạnh để chuyển hóa các chất hữu cơ phức tạp thành các chất đơn giản dễ hòa tan Quá trình này xảy ra nhờ hoạt động của các loại men với điều kiện có đủ ẩm, nhiệt độ và thoáng khí Sau khi gieo khoảng 48 giờ, xuất hiện rễ mầm sơ cấp, tiếp theo đó lá mầm mọc với chồi mầm bọc kín, sau đó xuất hiện 3 hoặc 4 rễ mầm thứ sinh Trụ dưới lá

mầm đẩy bao lá mầm vươn khỏi mặt đất Ở thời điểm đó, điểm sinh trưởng của cây (đỉnh thân) nằm ở 2,5 – 3,8 cm dưới mặt đất và định vị ngay trên trụ gian của lá mầm Để thực hiện được giai đoạn sinh trưởng này cần phải có độ ẩm từ

60 – 70%, nhiệt độ từ 25 – 300C, thời kỳ đầu hạt ngô cần hút một lượng nước bằng 40 – 44% trọng lượng khô tuyệt đối của hạt [28]

Giai đoạn cây con (từ lúc ngô 3 lá đến phân hóa hoa): đây là pha đầu của

giai đoạn 1, nó thường bắt đầu khi ngô đạt 3 – 4 lá đến 7 – 9 lá Giai đoạn này cây chuyển từ trạng thái sống nhờ chất dự trữ sang trạng thái hút chất dinh dưỡng từ đất và quang hợp của bộ lá Khi cây được 3 lá, điểm sinh trưởng của

nó nằm dưới đất, thân mới kéo dài được một ít, lông hút mọc ra từ các rễ đốt của cây, hệ thống rễ mầm ngừng phát triển Chiều dài thân bắt đầu tăng nhanh

và được phân hóa, các lớp rễ đốt bắt đầu được hình thành mọc dài ra từ 3 hoặc

4 đốt thân dưới cùng, đồng thời cũng thấy xuất hiện một vài mầm bắp hoặc chồi Khi ngô được 8 lá, 2 lá dưới có thể bị thoái hóa và mất, hệ thống rễ đốt

đã được phân bố đồng đều trong đất Khi ngô được 9 lá, có rất nhiều chồi bắp nhưng từ đốt thứ 6 đến đốt thứ 8 cuối cùng dưới bông cờ là không có chồi mầm, còn lại trên thân ngô, ở mỗi đốt lúc này xuất hiện một chồi bắp Tuy nhiên thường ở đốt thứ 8 và thứ 9 chồi bắp sẽ phát triển thành bắp và cho thu

hoạch, giai đoạn này nhiệt độ thích hợp là 20 – 300C Nếu hạn xảy ra trong thời kỳ cây con sẽ ảnh hưởng đến mật độ, làm giảm diện tích lá và tốc độ quang hợp [33] Giai đoạn này cây cần khoảng 10% tổng lượng nước cả vụ

Giai đoạn vươn cao và phân hóa cơ quan sinh sản (từ phân hóa đến trỗ cờ): đặc điểm của giai đoạn này là cây ngô sinh trưởng thân lá nhanh, bộ rễ

phát triển mạnh, ăn sâu tỏa rộng, cây ngô có sự tích lũy vững chắc về chất khô Cơ quan sinh sản bao gồm bông cờ và bắp phân hóa mạnh Vào giai đoạn cây được 12 lá, số noãn (hạt thế năng) trên mỗi bắp và độ lớn của bắp được xác định, số hàng trên bắp được thiết lập Điều kiện quan trọng cần được đảm bảo ở giai đoạn này là độ ẩm và chất dinh dưỡng, sự thiếu hụt của

các yếu tố này dẫn đến sự giảm sút nghiêm trọng số hạt tiềm năng và độ lớn của bắp Giai đoạn 15 lá là giai đoạn quyết định năng suất hạt Các chồi bắp phía trên vượt hơn các chồi bắp phía dưới, sau 1 – 2 ngày lại hình thành một

lá mới; râu ngô bắt đầu mọc từ những bắp phía trên, rễ kiềng bắt đầu mọc ra

từ các đốt, chúng giúp cây chống đổ và hút nước Trong giai đoạn này cần

đảm bảo đủ nước, lượng nước chiếm khoảng 21% cả vụ

Giai đoạn nở hoa bao gồm trỗ cờ, tung phấn, phun râu, thụ tinh Quá trình này diễn ra khoảng 10 – 15 ngày Thời kỳ trỗ cờ bắt đầu khi nhánh cuối

cùng của bông cờ đã thấy hoàn toàn, sau đó 2 – 3 ngày râu ngô mới bắt đầu xuất hiện Cây ngô hầu như đã đạt được độ cao nhất của nó và bắt đầu tung

phấn Thời kỳ tung phấn thường kéo dài từ 1 - 2 tuần, trong thời gian phơi

màu của một bông cờ, hoa thường nở tập trung vào ngày thứ 3, thứ 4 và thứ 5 sau khi bắt đầu tung phấn Lúc này bông cờ và toàn bộ lá đã hoàn thiện, nếu

gặp mưa đá thì lá rụng Thời kỳ phun râu được bắt đầu khi vài râu ngô phun

ra khỏi lá bi, những hạt phấn rơi ra từ bông cờ sẽ được giữ lại trên những râu tươi, hạt phấn được giữ lại cần khoảng 24 giờ để thâm nhập từ râu ngô cho đến noãn ngô, nơi xảy ra quá trình thụ tinh, thời gian này diễn ra khoảng 2 – 3

ngày Thời kỳ thụ tinh khi hoa đực chín, các mày của nó phồng lên, các chỉ

nhị dài ra, bao phấn sẽ tung các hạt phấn ra ngoài, các hoa ở 1/3 phía đỉnh trục chính sẽ tung phấn trước, sau đó theo thứ tự từ trên xuống và từ ngoài vào trong Hạt phấn từ bông cờ rơi trên râu ngô 5 – 6 giờ thì bắt đầu nảy mầm Giai đoạn này cây cần khoảng 2 lít nước/ngày/cây [14]

Giai đoạn chín kéo dài 35 – 40 ngày, thời kỳ này gồm chín sữa, chín sáp

và chín hoàn toàn Giai đoạn chín sữa kéo dài 18 – 22 ngày sau khi phun râu,

hạt bên ngoài có màu vàng và chất lỏng bên trong có màu trắng sữa do đang tích lũy tinh bột Phôi phát triển nhanh dần, nhiều hạt đã mọc ra ngoài, các vật liệu bao quanh cùi ở hạt và cùi đã gần như đạt tới kích thước cuối cùng Râu

ngô đã thụ tinh xong và chuyển sang màu nâu Trong giai đoạn này do độ tích lũy chất khô diễn ra nhanh nên nội nhũ phát triển nhanh, dẫn đến hạt lớn

nhanh, chứa nhiều tinh bột Giai đoạn chín sáp (khoảng 24 – 28 ngày sau

phun râu), tinh bột tiếp tục tích lũy bên trong nội nhũ, làm chất sữa lỏng bên trong đặc lại thành bột hồ, đồng thời 4 thành phần của phôi được hình thành gồm lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm, chồi mầm Cùi tẽ hạt có màu hồng nhạt đến hồng do các vật liệu xung quanh đổi màu Vào khoảng giữa giai đoạn này, bề ngang của phôi bằng quá nửa bề rộng của hạt Chất lỏng giảm dần và độ cứng của hạt tăng lên sinh ra trạng thái sáp của hạt Sau đó, những hạt dọc theo chiều dài của bắp bắt đầu có dạng răng ngựa hoặc khô ở đỉnh

Giai đoạn chín hoàn toàn (khoảng 55 – 65 ngày sau phun râu) sự tích lũy chất

khô trong hạt đạt mức tối đa và tất cả các hạt trên bắp cũng đã đạt trọng lượng khô tối đa Giai đoạn này cây cần 17 – 18% lượng nước cả vụ [14]

1.1.4 Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam

Trên thế giới, ngô là cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu, góp phần nuôi sống 1/3 dân số trên thế giới Ngày nay ngô đứng thứ 3, sau lúa

mì và lúa nước về diện tích, nhưng lại đứng đầu về năng suất và sản lượng Cây ngô là cây thích ứng rộng, phù hợp với nhiều vùng sinh thái, do vậy cây ngô được trồng ở hầu hết các nước trên thế giới Trên thế giới có khoảng 75 nước trồng ngô bao gồm cả các nước công nghiệp và các nước đang phát triển, mỗi nước có ít nhất 100.000 ha ngô Trong những năm gần đây, được sự hỗ trợ của Trung tâm cải thiện giống bắp và lúa mì Quốc tế đã tạo ra nhiều giống ngô có năng suất cao, vì thế mà sản lượng ngô trong những năm gần đây cũng tăng cao Năm 1961, năng suất trung bình của ngô chỉ đạt 20 tạ/ha, thì đến năm 2011 năng suất ngô trung bình của thế giới đã đạt 51tạ/ha [31] Theo ước tính của tổ chức FAO dự kiến diện tích trồng ngô đến năm 2020 tăng thêm khoảng 10 triệu

ha, diện tích này tương đương với 35% diện tích ngô của nước Mỹ [44]

Bảng 1.1 Sản lượng ngô một số nước sản xuất chính trên thế giới

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Ở Việt Nam, năm 1960 diện tích trồng ngô khoảng hơn 200 nghìn ha, với năng suất chỉ đạt trên 1tấn/ha, đến 1980 năng suất cũng chỉ đạt 1,1 tấn/ha Như vậy trong vòng 20 năm, năng suất ngô ở nước ta hầu như không tăng, nguyên nhân chính là do kỹ thuật canh tác lạc hậu và sử dụng chủ yếu các giống ngô địa phương Từ giữa năm 1980 được sự hỗ trợ của Trung tâm cải tạo ngô và lúa mì, năng suất ngô của Việt Nam bắt đầu tăng, đến năm 1990 năng suất ngô đạt 1,5 tấn/ha Đến năm 2000 sản lượng ngô ở Việt Nam đã vượt ngưỡng 2 triệu tấn và đến năm 2007 diện tích ngô là 1.096.100ha, năng suất 39,6 tạ/ha, sản lượng vượt ngưỡng hơn 4 triệu tấn Hiện nay, cả nuớc đã hình thành 8 vùng sản xuất ngô Trong đó 5 vùng có diện tích lớn nhất cả nước (chiếm 84,71%) như: vùng Tây Nguyên (chiếm 21,8 %), vùng Đông Bắc (chiếm 21,09%), vùng Tây Bắc (chiếm 15,35%), vùng Sơn La (chiếm 14,36%) và vùng Đông Nam Bộ (chiếm 12,11%) Còn lại là vùng Đồng bằng sông Hồng (chiếm 7,69%), vùng Duyên hải Nam Trung bộ (chiếm 4,14%) và vùng Đồng bằng sông Cửu Long (chiếm 3,47%) Sản lượng ngô đạt 4.803.600 tấn [31]

Bảng 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng ngô của Việt Nam

( 1000 ha)

Năng suất ( tấn/ha)

Sản lượng (1000 tấn)

1.2 Ảnh hưởng của thiếu nước tới quang hợp và huỳnh quang diệp lục ở thực vật

1.2.1 Ảnh hưởng của thiếu nước đến quang hợp

Quang hợp là kiểu dinh dưỡng được thực hiện bởi lá và các bộ phận có màu lục khác của cây, trong các bộ phận này có một nhóm hợp chất gọi là sắc

tố quang hợp Sắc tố quang hợp có khả năng hấp thụ năng lượng ánh sáng và biến chúng thành năng lượng hóa học và chất khử để được sử dụng trong việc tổng hợp glucose và các chất hữu cơ khác nuôi cây Phương trình tổng quát của quá trình quang hợp được thể hiện như sau:

Năng lượng ánh sáng mặt trời

6CO2 + 6H2O C6H12O6 + O2

Trong quang hợp có 2 chất được sử dụng là H2O và CO2 Quá trình sử dụng này phụ thuộc vào tốc độ của phản ứng, điều này được thể hiện thông qua cường độ quang hợp Cường độ quang hợp là đại lượng đo khả năng quang hợp ở thực vật, thường được tính bằng lượng CO2 hấp thụ hay lượng

O2 thải ra (thường sử dụng cho thực vật thuỷ sinh) khi quang hợp trong một đơn vị thời gian và trên một đơn vị diện tích lá Quá trình quang hợp chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng, hàm lượng khí CO2 nhưng quan trọng nhất là nước

Nước ảnh hưởng đến độ đóng mở của khí khổng, trong điều kiện thiếu nước khí khổng đóng lại làm cho khí CO2 không xâm nhập được vào tế bào

lá, dẫn đến không thực hiện được quá trình quang hợp Hàm lượng nước trong

tế bào ảnh hưởng đến độ hiđrat hóa của chất nguyên sinh do đó ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của hệ thống enzim trong quá trình hô hấp [32]

Điều kiện thiếu nước ảnh hưởng đến quang phân li nước, làm cho quá trình này bị ngừng trệ, do đó không còn nguồn H+

để tạo NADPHvà điện tử cung cấp cho quá trình photphoryl hóa không vòng, đồng nghĩa với giảm ATP dẫn đến cường độ quang hợp bị giảm Thiếu nước kéo dài sẽ làm tăng nhiệt

độ của lá cây, do đó ảnh hưởng đến quang hợp Trong điều kiện thiếu nước sẽ làm thay đổi trạng thái keo của chất nguyên sinh, do đó ảnh hưởng đến quá trình quang hợp Người ta quan sát thấy sự mất một lượng nước không lớn ở cường độ ánh sáng cao có ảnh hưởng thuận lợi đối với quá trình quang hợp Hiện tượng này được coi là sự biểu hiện của tính thích nghi của bộ máy quang hợp với điều kiện quang hợp thông thường, vì lá cây trên cạn nói chung đều ở trạng thái thiếu nước Sự tồn tại của nhóm cây chịu hạn, trung sinh và ẩm sinh cho thấy rõ tính thích nghi của cơ quan đồng hóa của thực vật với những điều kiện về chế độ nước khác nhau Người ta thấy rằng khi thiếu nước, cường độ quang hợp phụ thuộc vào lượng nước liên kết trong tế bào và mức độ ngậm nước của keo sinh chất Sự thay đổi chế độ nước của lá khi bị hạn đất và hạn không khí làm thay đổi cường độ quang hợp: cường độ quang hợp đạt cực đại khi có sự thiếu nước 5 – 20 % nước so với mức bão hòa hoàn toàn Khi thiếu nước từ 40 – 60% cường độ quang hợp giảm mạnh và có thể giảm đến 0 Sự giảm cường độ quang hợp gây ra sự phân phối lại các sản phẩm đã tạo thành trong quá trình quang hợp [32]

Trong điều kiện đủ nước P680 sẽ truyền điện tử cho C550, sau đó điện tử ở

P680 được bù lại nhờ quá trình quang phân li nước Trong điều kiện thiếu nước

P680 sẽ không được bù lại điện tử, do đó diệp lục bị phân hủy và kéo theo làm giảm quá trình quang hợp [19] Thiếu nước ảnh hưởng đến cấu trúc protein trong trung tâm phản ứng quang hệ II của bộ máy quang hợp, có khi làm biến tính protein D1, D2, từ đó thay đổi rõ rệt hoạt động của bộ máy quang hợp [39], [42] Quá trình thiếu nước có thể gắn liền với sự tăng nhiệt độ không khí, đất làm cho lục lạp bị phân giải, hoạt tính thủy phân của enzim chlorophylaza tăng lên, sự tổng hợp diệp lục và tiền diệp lục bị ức chế do sự bất hoạt của các enzim tổng hợp proportophyrin, làm giảm hàm lượng diệp lục tổng số Ngoài ra hạn còn làm giảm sự bền chặt trong liên kết diệp lục với phức hệ protein – lipoid do đó cũng làm giảm cường độ quang hợp

1.2.2 Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục

Trong quang hợp khi một phân tử diệp lục thu nhận một foton thì năng lượng chứa trong phân tử ấy sẽ tăng lên một lượng bằng năng lượng của foton đó Trong trạng thái kích động, một điện tử của phân tử diệp lục được foton “nâng lên” một quĩ đạo mới gây ra sự phân bố lại điện tích trong toàn

bộ phân tử Do sự kích thích của điện tử sẽ dần hình thành phân tử mới có khả năng phản ứng lớn hơn so với trạng thái gốc Phân tử được kích động không tồn tại lâu mà chỉ trong một khoảng khắc rất ngắn (5 – 10-9

giây) Năng lượng tăng lên này sẽ mất đi và điện tử sẽ trở lại quĩ đạo ban đầu Năng lượng đi theo một số hướng:

Mất đi dưới dạng nhiệt năng, không liên quan đến quang hợp

Mất đi dưới dạng hóa năng và diệp lục có 2 hướng chuyển năng lượng để tạo năng lượng có ích; diệp lục được kích động sẽ chuyển một điện tử cho một phân tử chất nhận nào đó do đó phân tử này bị khử thành chất giàu năng lượng hơn Một hệ thống khác sẽ bù lại điện tử cho diệp lục Năng lượng tăng lên sẽ chuyển vào các hóa năng trong ATP hay dùng khử chất nhận điện tử như NADP+

Mất đi dưới dạng quang năng đây chính là huỳnh quang diệp lục có liên quan tới quá trình vật lí cơ bản đầu tiên trong quá trình quang hợp Huỳnh quang diệp lục là sự bức xạ được diệp lục phát ra với bước sóng dài hơn bước sóng hấp thụ và đồng thời với thời gian chiếu sáng [20]

Khi hấp thụ năng lượng của lượng tử ánh sáng, phân tử diệp lục chuyển sang trạng thái kích thích, thực chất là khi nhận ánh sáng đỏ hay xanh tím thì một điện tử rất linh động trong phân tử diệp lục sẽ vượt ra ngoài quỹ đạo cơ bản của mình để đến một quỹ đạo xa hơn, tức là đã nâng mức năng lượng của

nó cao hơn trạng thái cũ Lúc này năng lượng ánh sáng chuyển thành năng lượng của điện tử được kích thích của phân tử diệp lục Năng lượng của lượng

tử hấp thụ càng xa hơn, mức năng lượng kích thích cũng lớn hơn

Có hai trạng thái kích thích của phân tử diệp lục:

Trạng thái singlet và triplet được tạo thành thường không bền, khi

chuyển điện tử lên mức năng lượng cao hơn không kèm theo sự đổi dấu của

spin điện tử Thời gian tồn tại của trạng thái này khoảng 10-12

đến 10-9 giây, tuỳ theo điện tử diệp lục hấp thụ năng lượng ánh sáng đỏ hay xanh tím

Trạng thái triplet hay trạng thái bán bền vững hoặc trạng thái bền thứ

cấp, được tạo thành khi điện tử được nâng lên mức năng lượng cao hơn có

kèm theo sự đổi dấu spin điện tử Thời gian tồn tại của trạng thái này lâu hơn,

khoảng 10-3

giây

Các quá trình truyền năng lượng nêu trên cạnh tranh nhau, những thay

đổi của hiệu suất quang hợp hoặc hao phí dưới dạng nhiệt sẽ gây ra thay đổi

bổ sung của bức xạ huỳnh quang (trong cùng điều kiện sự hao phí dưới dạng

nhiệt là không đổi, chủ yếu là sự cạnh tranh giữa những phản ứng quang hóa

và quang diệp lục)

Ta có thể mô tả quá trình trên bằng sơ đồ:

Kd + Kf + Kph

P* P

P là trạng thái cơ bản của phân tử diệp lục

P* là trạng thái kích thích của phân tử diệp lục

Kd, Kf, Kph là hằng số tốc độ làm mất đi trạng thái kích thích bằng bức

xạ (huỳnh quang), không bức xạ (mất đi dưới dạng nhiệt) và quang hóa (sự

phân chia đầu tiên của các điện tích trong tâm phản ứng)

Hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hóa và huỳnh quang sẽ tương

ứng bằng:

ph d

f

ph

k k

k

k Qz





ph d

f

f F

k k k

k Q

o   

Trong điều kiện tối ưu, khi các trung tâm phản ứng hoạt động (các tâm phản ứng “mở”) hằng số Kph lớn hơn đáng kể so với các hằng số còn lại và do

đó năng lượng kích thích được sử dụng trong phản ứng quang hợp với hiệu suất lượng tử Qz gần bằng đơn vị (= 1), có một phần rất nhỏ năng lượng kích thích bị mất dưới dạng huỳnh quang trong quá trình vận chuyển năng lượng

về tâm phản ứng Như vậy, khi tâm phản ứng “mở” xảy ra quá trình oxi hóa hoàn toàn chất nhận điện tử đầu tiên quinon (QA) Khi tâm phản ứng “đóng” xảy ra sự khử chất nhận điện tử đầu tiên quinon (QA) và hằng số tốc độ mất trạng thái kích thích bằng quang hóa sẽ bằng không, huỳnh quang tăng lên và đạt giá trị cực đại (Fm):

(Qz) = 0 :

ph d

f

f F

k k

k

k Q

m

o m

F

F F

f

ph

k k

Hiệu quả phân chia điện tích trong các tâm phản ứng bị giảm khá nhiều trong điều kiện sinh trưởng gặp bất lợi (ánh sáng dư thừa, nhiệt độ thấp, hạn hán, thiếu dinh dưỡng ) Hiệu suất huỳnh quang biến đổi đặc trưng cho hiệu quả khử quinon A trong quang hệ II và có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái sinh lí của thực vật [8]

Huỳnh quang diệp lục là một thông số phản ánh trạng thái sinh lý của bộ máy quang hợp trong điều kiện môi trường bất lợi [43] Phương pháp phân tích huỳnh quang diệp lục có ưu điểm là cho phép xác định nhanh chống chịu của thực vật dưới tác động của điều kiện bất lợi ở trạng thái invivo mà không gây tổn thương cho cây trồng trong quá trình nghiên cứu [8], [36] Nghiên cứu huỳnh quang diệp lục thực vật trong điều kiện strees nước khẳng định: thiếu nước trầm trọng có ảnh hưởng tiêu cực đến hàm lượng diệp lục, làm hư hại các protein của quang hệ II và trực tiếp làm biến đổi tham số huỳnh quang diệp lục [38], [35] Hạn hán còn ảnh hưởng đến hệ thống quang hợp, làm cho

số lượng trung tâm phản ứng ở trạng thái “mở” giảm dần đến cường độ huỳnh quang ổn định tăng đồng nghĩa với khả năng chịu hạn kém

1.3 Tình hình nghiên cứu về ảnh hưởng của sự thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục và quang hợp của cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng

1.3.1 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của sự thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục của thực vật nói chung và cây ngô nói riêng

Hạn ở thực vật là khái niệm để chỉ sự thiếu nước của cây do môi trường gây nên trong suốt quá trình hay từng thời kỳ làm ảnh hưởng đến sinh trưởng

và phát triển Hạn cũng có thể được định nghĩa là sự thiếu lượng nước mưa hoặc không tưới nước trong thời gian dài làm cạn kiệt độ ẩm trong đất hoặc đủ

nước nhưng do môi trường áp suất thẩm thấu cao cây không hút được nước

Các nhà khoa học thuộc Đại học quốc gia Úc (ANU) đã phát triển thành công một kỹ thuật nhanh đánh giá khả năng chống chịu của cây trồng với khô

hạn mà không gây tổn thương cây, đó là kỹ thuật đo huỳnh quang của diệp lục

tố nhằm xác định làm thế nào cây có thể thích nghi với điều kiện nước ít Các nhà nghiên cứu của ANU, dẫn đầu bởi Barry Pogson, đã tìm thấy khả năng sống sót của cây khi gia tăng điều kiện thiếu nước; chúng được đo và được định tính bằng cách xem xét sự thay đổi hiệu quả tối đa của photosystem II (Fv/Fm) và đo dễ nhất là “chlorophyll fluorometry” Tính chất linh hoạt của

kỹ thuật này đã được xác minh bằng phương pháp so sánh tính chống chịu khô hạn của nhiều ecotypes cây mô hình Arabidopsis đối với một giống đột biến mà tính chống chịu khô hạn bị thay đổi hoặc hiệu quả quang hợp bị thay đổi Kỹ thuật huỳnh quang diệp lục có thể bổ sung những phương pháp hiện

có để đánh giá tính chống chịu khô hạn Áp dụng những kĩ thuật hiện đại giúp người ta thu được những kết quả quan trọng cho phép giải thích nguồn gốc và hiểu một cách sâu sắc về cơ chế của hiện tượng huỳnh quang diệp lục

Krause và Weis cho rằng xác định huỳnh quang diệp lục là phương pháp nghiên cứu không cần phá vỡ tế bào để khảo sát nhanh trạng thái sinh lý của cây và xác định mức độ cảm ứng của thực vật đối với tác động bất lợi từ môi trường nhằm chống lại sự phá hủy bộ máy quang hợp ở thực vật [40]

Ở Việt Nam, trong khoảng hơn 10 năm trở lại đây bắt đầu xuất hiện một

số công trình nghiên cứu về huỳnh quang diệp lục trong điều kiện môi trường bất lợi Sự thay đổi của nhiệt độ, ánh sáng, lượng mưa hàng năm là nguyên nhân dẫn đến các điều kiện bất lợi cho cây trồng Vấn đề thiếu nước đối với cây trồng đã và đang được các nhà nghiên cứu quan tâm

Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của nước đến các giống lúa Đinh Thị Phòng và cộng sự đã nhận thấy, khi xử lý hạn ở 3 giờ, 6 giờ, 9 giờ, 12 giờ, 24 giờ, huỳnh quang ổn định của các giống lúa đều tăng, nguyên nhân tăng Fo là

do tác động của hạn làm cho số lượng trung tâm phản ứng ở trạng thái “mở” giảm, năng lượng cho quá trình quang hóa giảm [21] Trong khi đó huỳnh

quang cực đại của các giống lúa đều giảm, còn hiệu suất biến đổi huỳnh quang giảm dần khi mức độ hạn tăng lên Nhiệt độ cũng là yếu tố ảnh hưởng đến huỳnh quang diệp lục, điều này được Đặng Diễm Hồng và cộng sự khẳng định huỳnh quang cực đại giảm ở nhiệt độ cao trên 450C có liên quan đến sự phá hủy bằng nhiệt độ của một số protein của PSII [8] Sự thay đổi của huỳnh quang diệp lục phụ thuộc vào mức độ bị hạn Khi nghiên cứu về ảnh hưởng của thiếu nước đến huỳnh quang diệp lục của cây nhãn, Nguyễn Quốc Thông

và cộng sự đã nhận thấy, gây hạn ở 4 giờ đầu, huỳnh quang cực đại của lá nhãn là không đổi nhưng đến giờ thứ 5 thì huỳnh quang cực đại giảm Kết quả trên là do khi ngừng tưới nước qua bộ rễ đã ảnh hưởng xấu đến trạng thái sinh

lý và các hoạt động quang hợp của cây nhãn thể hiện gián tiếp qua sự suy giảm giá trị huỳnh quang diệp lục (Fm, Fv và Fv/Fm) [25]

Quá trình biến đổi huỳnh quang diệp lục trong điều kiện gây hạn và phục hồi còn chịu sự chi phối của các giai đoạn sinh trưởng và phát triển của cây trồng, chẳng hạn trên đậu tương, huỳnh quang ổn định ở giai đoạn quả non cao hơn giai đoạn ra hoa, còn huỳnh quang cực đại ở thời kỳ ra hoa cao hơn giai đoạn quả non Hiện tượng huỳnh quang ổn định tăng sẽ ảnh hưởng đến hoạt động của bộ máy quang hợp, qua đó làm giảm năng suất cây trồng [7] Trần Thị Thanh Huyền khi nghiên cứu các chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh của vừng trong điều kiện hạn cũng cho kết quả Fo tăng, đồng nghĩa với chịu hạn kém và Fm, Fv/m đều giảm Điều này cho thấy protein trong lục lạp bị mất nước, dẫn đến giảm hiệu quả sử dụng năng lượng ánh sáng [9] Theo nghiên cứu của Nguyễn Như Khanh, Mã Ngọc Cảm trên cà chua cũng cho rằng trong điều kiện nhiệt độ mùa hè tăng, huỳnh quang ổn định tăng, huỳnh quang cực đại giảm, hiệu suất huỳnh quang giảm [10] Nguyễn Văn Mã và cộng sự khi nghiên cứu ảnh hưởng của hạn đến huỳnh quang của cây lạc cho rằng, huỳnh quang ổn định tăng dần từ khi cây non tới thời kỳ ra hoa sau đó giảm dần, còn

Fm cao nhất ở thời kỳ ra hoa sau đó giảm dần, hiệu suất huỳnh quang thường tăng ở thời kỳ hình thành quả và hạt [18] Khi nghiên cứu khả năng chịu hạn trên cây cao lương, Phạm Văn Cường và cộng sự cũng sử dụng phương pháp

đo huỳnh quang diệp lục, kết quả cho thấy trong điều kiện gây hạn, hiệu suất huỳnh quang của cây cao lương có xu hướng giảm và tăng trở lại khi được tưới nước [1] Khi nghiên cứu về năng suất của khoai tây trong điều kiện hạn

và phục hồi sau hạn, Nguyễn Văn Đính và cộng sự thấy rằng huỳnh quang ổn định tăng khi gây hạn và giảm khi phục hồi, còn huỳnh quang cực đại giảm khi gây hạn và tăng khi phục hồi Kết quả của việc gây hạn là, trong giai đoạn

30 ngày, số củ/khóm chỉ đạt 94,06%, ngược lại ở giai đoạn 45 ngày số củ/khóm không ảnh hưởng nhưng trọng lượng củ/ khóm tăng [4]

1.3.2 Tình hình nghiên cứu ảnh hưởng của sự thiếu nước đến quang hợp của thực vật nói chung và cây ngô nói riêng

Quang hợp là một quá trình quan trọng nhất của cơ thể thực vật chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố môi trường Trong đó phải kể đến ảnh hưởng của hạn đất và hạn không khí Tác giả Nguyễn Văn Mã và cộng sự khi nghiên cứu một

số chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa của các giống lạc có khả năng chịu hạn khác nhau cho thấy, cường độ quang hợp có xu hướng giảm vào ban trưa và ban chiều, khi gây hạn ở giai đoạn ra hoa cường độ quang hợp, suy giảm nhiều nhất [17] Phạm Văn Cường và cộng sự cho biết khi nghiên cứu ảnh hưởng của khô hạn đến các giống cao lương, cường độ quang hợp của các giống đều giảm khi gây hạn và tăng trở lại khi được tưới nước [1] Vũ Ngọc Thắng và cộng sự khi nghiên cứu tác động của hạn hán đến quang hợp của 2 giống đậu xanh cho thấy, cường độ quang hợp đều giảm dần qua các thời kỳ từ khi bắt đầu ra hoa

và đạt giá trị thấp nhất vào thời kỳ quả mẩy [23] Đánh giá khả năng quang hợp trong điều kiện hạn của lúa cũng được tác giả Nguyễn Ngọc Hân cho

rằng, khi gây hạn ở giai đoạn sau khi mọc 21 ngày đến phân hóa làm đòng, cường độ quang hợp của lúa sẽ giảm [6]

Quang hợp của cây ngô diễn ra theo chu trình Hatch và Slack hay còn

gọi là quang hợp theo chu trình C4, sản phẩm đầu tiên là các axit hữu cơ có 4 nguyên tử cacbon (apactat và malat) tạo thành nhờ phản ứng Cacboxyl hóa và chất nhận CO2 là axit photpho enolpyruvic Quang hợp ở ngô có ưu thế cho sinh khối lớn hơn quang hợp ở cây C3, hiệu suất sử dụng ánh sáng của lúa là 3 – 4%, trong khi của cây C4 là 4 – 5 %, nếu tính ra bức xạ quang hợp có giá trị

6 – 8% và 10 – 20% So với các cây C3 thì các cây C4 không có quang hô hấp,

có điểm bù CO2 thấp, CO2 chuyển hóa trong quang hợp đều được sử dụng trao đổi chất do đó tích lũy một khối chất hữu cơ nhiều hơn các cây C3 [13] Giống như các cây trồng khác quá trình sinh trưởng và phát triển của ngô chịu ảnh hưởng của điều kiện hạn hán

Theo một số nghiên cứu mới đây, cường độ quang hợp ở ngô mạnh nhất vào giai đoạn 7 – 9 lá [2] Khi nghiên cứu ảnh hưởng của nước và chất điều hòa sinh trưởng đến quang hợp của ngô, Vũ Quang Sáng đã khẳng định trong điều kiện thiếu nước cường độ quang hợp giảm so với phun chất điều hòa sinh trưởng [22] Ảnh hưởng của khô hạn đến ngô cũng được Chu Anh Tiệp nghiên cứu, kết quả là khi thiếu nước ở các giai đoạn sinh trưởng làm giảm cường độ quang hợp, chỉ có giai đoạn cây con khi thiếu hụt nước ở mức độ trung bình, cường độ quang hợp cao hơn, còn giai đoạn nở hoa nếu thiếu nước

ở mức độ nhẹ, thì cường độ quang hợp cao hơn so với các đối chứng khi tưới nước đầy đủ [30]

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu

Chúng tôi tiến hành nghiên cứu trên giống ngô LVN 61 do Viện nghiên cứu Ngô cung cấp, giống được hình thành từ lai tạo giữa các dòng bố mẹ Đặc điểm của giống: chiều cao cây 180- 190 cm + 5 cm; chiều cao đóng bắp 90 – 95 cm + 5cm; số lá: 16 lá; chiều dài bắp: 20 – 22 cm; đường kính bắp: 4,8 – 5,5 cm; số hàng hạt: 16 – 18 hàng; số hạt/hàng: 40 – 42 hạt; trọng lượng 1000hạt: 350 – 380 gr; màu - dạng hạt: màu vàng cam, dạng hạt bán răng ngựa; lá bi mỏng bao kín bắp, kết hạt đẫy bắp, tỷ lệ hạt/bắp cao: 79 – 81%: năng suất thường đạt 8 – 9 tấn /ha Trong điều kiện thâm canh năng suất

có thể đạt tới 10 – 12 tấn/ha

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Thời gian và địa điểm

– Thời gian nghiên cứu từ tháng 2/2014 đến 6/2014

– Địa điểm nghiên cứu được tiến hành tại khu nhà lưới thí nghiệm, thuộc khoa sinh – KTNN và Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và Chuyển giao

công nghệ, Trường ĐHSP Hà Nội 2

2.2.2 Bố trí thí nghiệm

Hạt được gieo trong chậu thí nghiệm có đường kính 30cm, chiều cao 40cm, mỗi chậu trồng 2 hạt Tất cả trồng 12 chậu chia làm 2 lô: 6 chậu dùng làm đối chứng, 6 chậu làm thí nghiệm

Phương pháp gây hạn: tiến hành gây hạn ở giai đoạn cây con từ lúc cây

4 lá và giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa từ lúc cây 8 lá Khi tiến hành gây hạn trong nhà lưới có mái che bằng nilông trắng

Giai đoạn cây con (3 – 4 lá): ở lô đối chứng mỗi ngày tưới nước duy trì

độ ẩm 70%, còn lô thí nghiệm ngừng tưới nước trong 7 ngày đến khi 2 lá dưới bắt đầu héo, sau đó tiến hành tưới nước trở lại, trong quá trình gây hạn và tưới

nước phục hồi tiến hành đo các chỉ số huỳnh quang diệp lục và cường độ quang hợp vào lúc 8 giờ sáng

Giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa (7 – 9 lá): ở lô đối chứng mỗi ngày tưới nước duy trì độ ẩm 70%, còn lô thí nghiệm ngừng tưới nước trong 7 ngày đến khi 2 lá dưới bắt đầu héo, sau đó tiến hành tưới nước trở lại, trong quá trình gây hạn và tưới nước phục hồi tiến hành đo các chỉ số huỳnh quang diệp lục

và cường độ quang hợp vào lúc 8 giờ sáng

2.2.3 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu

* Xác định huỳnh quang diệp lục

Phương tiện: sử dụng máy đo huỳnh quang diệp lục Chlorophyll fluorometer OS- 30 do hãng ADC sản xuất

Cách tiến hành: trong giai đoạn cây con tiến hành đo ở lá thứ 4 từ dưới lên, còn giai đoạn cây chuẩn bị ra hoa tiến hành đo ở lá thứ 8 từ dưới lên Thời gian đo: thường đo vào 8 giờ – 9 giờ sáng, lúc có ánh sáng vừa phải, đo các mẫu thí nghiệm đã gây hạn và mẫu đối chứng

Các thông số đo được: huỳnh quang ổn định (F0 ), huỳnh quang cực đại (Fm), huỳnh quang biến đổi (Fvm)

Cách đo được tiến hành theo các bước:

Bước 1: chọn mẫu đo, lau sạch và khô mẫu (không được để tổn thương

mẫu) Sau đó dùng kẹp phân tích kẹp mẫu (phải đóng “cửa chớp” của kẹp lại) Thời gian kẹp tuỳ thuộc từng loại mẫu, dao động từ 5 – 15 phút

Bước 2: khi mẫu kẹp được mở bằng cách bật nút mở nguồn ở bên trái

thân máy, ấn Mode màn hình sẽ xuất hiện các thông số mà máy đo được

Bước 3: mẫu đo đủ thời gian ủ tối, ta đưa đầu đo vào kẹp rồi rút “cửa

chớp” của kẹp ra Đo mẫu bằng cách ấn nút Moden trên thân máy hoặc ấn nút

trên đầu đo, kết quả đo được hiển thị trên màn hình [15]

* Xác định cường độ quang hợp (bằng cách xác định cường độ hấp thụ CO 2 )

Phương tiện: sử dụng thiết bị PPSYSTEM TPS – 2 (Mỹ, 2011) phân tích hàm lượng CO2 của cây trồng hấp thụ dựa trên phương pháp phát hiện bằng detector hồng ngoại

Cách tiến hành: trong giai đoạn cây con, chọn các lá thứ 4 từ dưới lên lên, sau đó lau sạch lá, kẹp buồng lá cần đo theo đúng kỹ thuật, chờ thông số

CO2 ổn định thì ghi kết quả Trong giai đoạn sắp ra hoa tiến hành đo ở lá thứ

8 từ dưới lên

Thời gian đo: thường đo vào 8 giờ – 9 giờ sáng lúc có ánh sáng vừa phải,

đo các mẫu thí nghiệm đã gây hạn và mẫu thí nghiệm đối chứng, đơn vị tính cường độ quang hợp là µmol CO2.m-2.s-1 [15]

Cách đo được tiến hành theo các bước:

Bước 1: kết nối đầu dò thu tín hiệu vào chân PLC, kết nối đầu khí vào của

đầu dò (ký hiệu là A trên đầu dò) vào cổng PCL A trên máy đo Kết nối đầu khí ra của đầu dò (ký hiệu là R trên đầu dò) vào cổng PCL R trên máy đo

Bước 2: bật đầu máy đo trên màn hình, vào khởi động, sau đó hiện ra

màn hình chính các lựa chọn tương ứng các phím chọn từ 1 – 6

Bước 3 (thiết lập phép đo và tiến hành phép đo):

- Ấn phím 1 trên màn hình chính để chọn chế độ REC, màn hình sẽ xuất hiện Menu 1, nhấn nút 1 trong Menu để sử dụng đầu dò PLC4 Sau khi chọn xong, đầu đo máy sẽ xuất hiện ra Menu 2 để chọn chế độ đo (tự động hay bằng tay), để thiết lập khoảng thời gian ghi số liệu

- Nhấn nút Y để chuyển sang chọn nguồn sáng và thiết lập diện tích lá Sau khi chọn xong nguồn sáng và thiết lập diện tích lá ta nhấn tiếp nút Y để chọn ô nhớ Sau khi chọn xong ô nhớ, ấn tiếp nút Y để chuyển sang chế độ

đo Máy sẽ tự động Warmup Sau khi Warmup xong máy sẽ chuyển sang

chế độ đo [15]

2.2.4 Phương pháp xử lý số liệu

Kết quả nghiên cứu được tổng hợp và xử lý số liệu theo phương pháp thống kê toán học qua các thông số: trung bình số học (X ), độ lệch chuẩn (δ)

sai số trung bình (m), hệ số biến động (CV) Độ chính xác của thí nghiệm

(m%), tiêu chuẩn độ tin của hiệu (td) Các thông số được so trong bảng phân phối Student với số bậc tự do (n1+n2 -2) với mức ý nghĩa α= 0,05

1

N i i

X X



Trong đó: X DC: trung bình đối chứng

X TN: trung bình thí nghiệm

m1: sai số mẫu đối chứng

m2: sai số mẫu thí nghiệm

Các tính toán được thực hiện trên cơ sở sử dụng những ứng dụng của phần mềm Microsoft Excel 2010 Trong mỗi bảng số liệu, số liệu so sánh giữa

lô thí nghiệm và lô đối chứng kèm theo dấu * thể hiện sự sai khác có ý nghĩa thống kê với độ tin cậy α = 0,05

Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

3.1 Động thái huỳnh quang diệp lục của lá ngô trong quá trình bị khô hạn

Xác định huỳnh quang diệp lục là phương pháp nghiên cứu không cần phá vỡ tế bào để khảo sát nhanh trạng thái sinh lí của cây và xác định mức độ cảm ứng của thực vật với tác động bất lợi từ môi trường Các yếu tố môi trường, đặc biệt là các yếu tố môi trường bất lợi có thể tác động trực tiếp hoặc gián tiếp đến tốc độ quá trình quang hợp và trạng thái bộ máy quang hợp, tốc

độ chuyển hóa năng lượng ánh sáng Những biến đổi tức thời này có thể xác định và được thể hiện bằng hình ảnh qua phương pháp đo huỳnh quanh diệp lục invivo [8], [26], [36]

3.1.1 Động thái huỳnh quang diệp lục của ngô trong quá trình bị khô hạn

ở giai đoạn cây con

Giai đoạn cây con là giai đoạn thường bắt đầu khi ngô đạt 3 – 4 lá, giai đoạn này cây chuyển từ trạng thái sống nhờ chất dự trữ trong hạt sang trạng thái hút chất dinh dưỡng của đất Có thể nói đây là giai đoạn cây ngô rất mẫn