Nghiên cứu một số đặc điểm sinh lí, hóa sinh liên quan tới khả năng chịu hạn của 4 giống cà chua

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 MAI ANH TÚ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH LÍ, HÓA SINH LIÊN QUAN TỚI KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA 4 GIỐNG CÀ CHUA Chuyên ngành : Sinh họ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

MAI ANH TÚ

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH LÍ, HÓA SINH LIÊN QUAN TỚI KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA 4 GIỐNG CÀ CHUA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI - 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2

MAI ANH TÚ

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH LÍ, HÓA SINH LIÊN QUAN TỚI KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA 4 GIỐNG CÀ CHUA

Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Điêu Thị Mai Hoa đã tận tình

hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đề tài nghiên cứu này

Tôi xin cảm ơn các quý thầy cô trong khoa Sinh - KTNN, phòng thực hành

Sinh lí thực vật, cán bộ Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công nghệ trường

Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2 đã hỗ trợ, cung cấp các phương tiện thiết bị máy

móc, hóa chất cho tôi trong suốt thời gian học tập và làm thí nghiệm

Xin gửi lời cảm ơn tới PGS.TS Nguyễn Hồng Minh - Giám đốc Trung tâm nghiên cứu và phát triển giống rau chất lượng cao Đại học Nông nghiệp I

Hà Nội đã tư vấn và cung cấp giống cây trồng cho tôi để tiến hành nghiên cứu

thực nghiệm

Cuối cùng xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân và các đồng nghiệp của tôi đã tạo điều kiện, động viên tâm sự, ủng hộ, khuyến khích

và giúp đỡ để tôi thực hiện thành công đề tài luận văn thạc sĩ Sinh học

Hà Nội, ngày 10 tháng 7 năm 2014

Tác giả

Mai Anh Tú

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, toàn bộ kết quả công trình nghiên cứu đề tài này là của riêng tôi Các kết quả và số liệu trong đề tài là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ nghiên cứu nào khác

Hà Nội, ngày 10 tháng 7 năm 2014

Tác giả

Mai Anh Tú

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Ý nghĩa lí luận và thực tiễn của đề tài 3

6 Đóng góp mới của đề tài 4

NỘI DUNG 5

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5

1.1 Khái quát chung về cây cà chua 5

1.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển 5

1.1.2 Đặc điểm thực vật 5

1.1.3 Các thời kì sinh trưởng của cây 7

1.1.3.1 Giai đoạn nảy mầm 7

1.1.3.2 Giai đoạn cây con 8

1.1.3.3 Giai đoạn ra hoa tạo quả 8

1.2 Giá dinh dưỡng của cà chua 9

1.3 Thực trạng sản xuất cà chua ở Việt Nam và trên thế giới 10

1.3.1 Thực trạng sản xuất cà chua trên thế giới 10

1.3.2 Thực trạng sản xuất cà chua ở Việt Nam 11

1.4 Hạn và nguyên nhân gây hạn hán 12

1.5 Tác hại của hạn hán đến đời sống thực vật 14

1.6 Một số yếu tố liên quan tới tính chịu hạn của thực vật 16

1.6.1 Axit amin prolin và vai trò của axit amin prolin đối với tính chống chịu của thực vật 16

1.6.2 Hàm lượng nước liên kết 18

1.6.3 Độ ẩm héo cây 19

1.7 Một số nghiên cứu đặc điểm sinh lí, hóa sinh liên quan đến tính chịu thiếu nước ở cà chua 20

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Các giống cà chua 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 24

2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 24

2.2.1.1 Thí nghiệm giai đoạn mầm 24

2.2.1.2 Thí nghiệm trồng cây trong chậu 26

2.2.2 Phương pháp xác định một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh 26

2.2.2.1 Khả năng giữ nước của lá 26

2.2.2.2 Xác định hàm lượng diệp lục tổng số 27

2.2.2.3 Xác định hàm lượng diệp lục liên kết 28

2.2.2.4 Xác định hàm lượng nước liên kết trong lá 29

2.2.2.5 Xác định hàm lượng prolin 30

2.2.2.6 Các yếu tố cấu thành năng suất 31

2.3 Phương pháp xử lí số liệu 31

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Các chỉ tiêu nghiên cứu giai đoạn nảy mầm 32

3.1.1 Khả năng nảy mầm của hạt trong dung dịch sorbitol 32

3.1.2 Khả năng sinh trưởng của mầm trong dung dịch sorbitol 34

3.1.2.1 Sinh trưởng chiều dài mầm 34

3.1.2.2 Khối lượng tươi của mầm 36

3.1.3 Hàm lượng prolin ở giai đoạn mầm 38

3.2 Các chỉ tiêu nghiên cứu giai đoạn ra hoa 40

3.2.1 Khả năng giữ nước của lá 40

3.2.2 Đánh giá tỷ lệ cây héo trong giai đoạn gây hạn khi cây ra hoa 44

3.2.3 Hàm lượng nước liên kết trong lá 47

3.2.4 Hàm lượng diệp lục tổng số 50

3.2.5 Hàm lượng diệp lục liên kết 54

3.2.6 Hàm lượng prolin trong lá 58

3.3 Các yếu tố cấu thành năng suất 62

3.3.1 Số lượng hoa trên cây 62

3.3.2 Số quả trên cây 66

3.3.3 Khối lượng quả trên cây 67

3.3.4 Khối lượng trung bình quả 68

3.4 Tổng hợp các chỉ tiêu nghiên cứu và phân nhóm chịu hạn 69

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC CÁC BẢNG

2 Bảng 2.1 Khả năng nảy mầm của hạt trong dung dịch

3 Bảng 3.1 Khả năng sinh trưởng chiều dài mầm trong dung

6 Bảng 6.1 Khả năng giữ nước của lá ở giai đoạn gây hạn khi

9 Bảng 8.1 % lượng nước liên kết so với lượng nước tổng số

trong lá giai đoạn gây hạn khi cây ra hoa 48

10 Bảng 8.2 % lượng nước liên kết so với lượng nước tổng số

trong lá giai đoạn khi tưới nước phục hồi 49

11 Bảng 9.1 Hàm lượng diệp lục tổng số trong lá ở giai đoạn

12 Bảng 9.2 Hàm lượng diệp lục tổng số trong lá ở giai đoạn

13 Bảng 10.1 Hàm lượng diệp lục liên kết trong lá cà chua ở

14 Bảng 10.2 Hàm lượng diệp lục liên kết trong lá cà chua ở

15 Bảng 11.1 Hàm lượng prolin ở giai đoạn cây ra hoa khi gây

DANH MỤC CÁC HÌNH

1 Hình 1 Khả năng nảy mầm của hạt trong dung dịch sorbitol 34

4 Hình 4 Sự biến động hàm lượng prolin mầm so với đối

5 Hình 5 Khả năng giữ nước của lá cà chua so với đối chứng 43

6 Hình 6 Số lượng cây héo, cây không héo và tỷ lệ % cây héo

7

Hình 7 Sự biến động % lượng nước liên kết so với lượng

nước tổng số trong lá giai đoạn gây hạn và khi tưới nước

phục hồi

50

8 Hình 8 Sự biến động hàm lượng diệp lục tổng số trong lá cà

chua ở giai đoạn gây hạn và khi tưới nước phục hồi 51

9 Hình 9 Sự biến động hàm lượng diệp lục liên kết trong lá cà

chua khi bị hạn và sau khi tưới nước phục hồi 57

10 Hình 10 Sự biến động hàm lượng prolin trong lá cà chua khi

12 Hình 12 Phân nhóm khả năng chịu hạn của 4 giống cà chua 70

1

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Cây cà chua (Lycopersicon esculentum Mill) có nguồn gốc từ châu Mỹ,

là loại rau ăn quả, thuộc họ Cà (Solanaceae), chi Lycopersicon Cà chua là cây

rau được sử dụng rộng rãi và có giá trị kinh tế cao, được trồng ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới [21] Quả cà chua có giá trị dinh dưỡng cao, chứa nhiều vitamin C, A, K, B1, B2, PP, các axit hữu cơ, chất xơ và các nguyên tố

vi lượng như molybden (Mo), mangan (Mn), crom (Cr) Một số vitamin trong

cà chua không bị mất đi trong quá trình chế biến

Theo y học cổ truyền, ăn cà chua còn có tác dụng mát máu, ổn định gan, giải độc, tốt cho những người bị chảy máu chân răng, cao huyết áp, hoặc cơ thể nóng nhiệt Bởi thế, ăn cà chua không còn là sở thích mà còn có tác dụng nâng cao sức khỏe, phòng ngừa bệnh tật Trong chế độ dinh dưỡng hàng ngày nên sử dụng đều đặn cà chua để chế biến nhiều món ăn khác nhau [8]

Ở nước ta, việc phát triển trồng cà chua còn có ý nghĩa quan trọng về mặt luân canh, tăng vụ và tăng năng suất trên các đơn vị diện tích, do vậy cà chua được khuyến khích phát triển trên diện rộng thuộc nhiều tỉnh khác nhau trong cả nước Tuy nhiên, việc trồng cà chua chưa được phát triển mạnh như mong muốn vì cà chua trồng trong điều kiện nóng và ẩm ở nước ta dễ mắc nhiều bệnh gây hại như: xoăn lá, mốc sương, héo tươi, virut v.v

Những giống cây trồng có năng suất khác nhau, có những đặc điểm về sinh lí, hóa sinh là không giống nhau Do đó, con người có thể dựa vào các đặc điểm này để đánh giá và khảo nghiệm về các giống cây trồng có triển vọng cho năng suất cao Các giống cà chua có năng suất cao có khi lại không

có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất lợi như nhiệt độ (nóng, lạnh), chế độ nước v.v

2 Hạn hán là một trong những yếu tố bất lợi của môi trường, gây nên những thiệt hại nặng nề về năng suất và chất lượng sản phẩm Vì vậy, nghiên cứu tính chịu hạn về các đặc điểm sinh lí và hóa sinh luôn thu hút các nhà nghiên cứu Mức độ thiệt hại nặng hay nhẹ phụ thuộc vào thời gian, giai đoạn cây bị hạn Các cơ chế và khả năng bị hạn được đề cập đó là khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu, vai trò của bộ rễ, hiệu quả sử dụng nước, vai trò của thành tế bào, di truyền phân tử liên quan đến tính chịu hạn

Ở Việt Nam hiện nay, các công trình nghiên cứu về cây cà chua chủ yếu tập chung vào các hướng như chọn tạo khảo nghiệm đánh giá giống, kĩ thuật nhân và sản xuất giống, khả năng thích ứng và kháng bệnh của giống Hướng nghiên cứu về các chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh liên quan tới khả năng chịu thiếu nước, mặn của các giống cà chua có năng suất cao chưa được quan tâm nhiều

Vì vậy, việc nghiên cứu các chỉ tiêu này là rất cần thiết cho công tác chọn giống cà chua có triển vọng Khi điều kiện môi trường hạn nặng làm cho cây

cà chua không thể lấy được nước vào cơ thể qua hệ rễ, gây nên hiện tượng héo lâu dài và chết, hủy hoại cây trồng trên diện tích rộng Ở thời kì ra hoa, hạn hán làm cho hạt phấn không nảy mầm, quá trình thụ tinh không xảy ra và quả không được hình thành, gây thiệt hại nghiêm trọng về kinh tế, ảnh hưởng tới sản xuất nông nghiệp

Xuất phát từ ý nghĩa lí luận và thực tiễn đó, chúng tôi tiến hành đề tài

“Nghiên cứu một số đặc điểm sinh lí, hóa sinh liên quan đến khả năng chịu hạn của 4 giống cà chua’’

2 Mục đích nghiên cứu

- Thấy được sự khác biệt về một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh liên quan đến khả năng chịu hạn của 4 giống cà chua

- Dựa vào các chỉ tiêu trên, xác định được giống chịu hạn tốt nhất trong

số các giống nghiên cứu, để khuyến cáo cho người trồng cà chua và có những dẫn liệu khoa học cho các nghiên cứu sâu sắc hơn

3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Thu thập giống và các tài liệu liên quan

- Bố trí thí nghiệm giai đoạn nảy mầm trong phòng thí nghiệm và giai đoạn trồng cây trong nhà lưới

- Xác định một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh liên quan đến khả năng chịu hạn trong giai đoạn nảy mầm và giai đoạn ra hoa

4 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Gồm 4 giống cà chua, là các giống lai F1, xuất xứ từ Việt Nam, do Trung tâm nghiên cứu và phát triển giống chất lượng cao Đại Học Nông Nghiệp I cung cấp

4.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu tập chung vào 2 giai đoạn: Giai đoạn nảy mầm trong điều kiện phòng thí nghiệm và cây bắt đầu ra hoa tạo quả trong nhà lưới

Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 09/2013 đến tháng 05/2014

Địa điểm nghiên cứu: Phòng thí nghiệm và khu vực nhà lưới thuộc trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Mẫu phân tích tại phòng thí nghiệm Sinh

lí thực vật khoa Sinh - KTNN, Trung tâm nghiên cứu và chuyển giao công

nghệ, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

5 Ý nghĩa lí luận và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa lí luận

Kết quả của đề tài là tài liệu tham khảo cho giảng dạy và nghiên cứu tính chống chịu của thực vật nói chung và cây cà chua nói riêng, là cơ sở cho những nghiên cứu sâu sắc hơn về khả năng chịu hạn của các giống cà chua năng suất cao

4

Ý nghĩa thực tiễn

Bước đầu đánh giá được nguồn vật liệu chọn giống, xác định khả năng chịu hạn của 4 giống cà chua ở giai đoạn nảy mầm và cây ra hoa Các giống này sẽ là nguyên liệu cho chọn tạo giống và ứng dụng vào thực tiễn sản xuất

6 Đóng góp mới của đề tài

Đây là những giống mới, chưa tác giả nào nghiên cứu về khả năng chịu hạn của chúng

5

NỘI DUNG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Khái quát chung về cây cà chua

1.1.1 Nguồn gốc và lịch sử phát triển

Cà chua có nguồn gốc ở vùng Nam Mỹ, được trồng phổ biến khắp thế giới Có rất nhiều ý kiến khác nhau về nguồn gốc của cà chua, theo Luckwill (1943) cà chua có nguồn gốc từ Nam Mỹ được đưa vào châu Âu

từ những năm của thế kỷ 16 do những nhà buôn Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha Từ châu Âu cà chua được mang sang châu Phi qua những người thực dân chiếm thuộc địa

Những ghi nhận đầu tiên cho thấy, cà chua có mặt tại Bắc Mỹ vào những năm 1710 nhưng với quan niệm cà chua độc, có hại cho sức khỏe, nên chưa được chấp nhận Mãi đến năm 1830, cà chua mới được coi là cây thực phẩm cần thiết như ngày nay [7]

Cà chua được đưa tới châu Á vào thế kỷ 18, đầu tiên là Philipin, Đông Java (Indonexia) và Malaysia Từ đây được trồng phổ biến đến các vùng khác châu Á Tuy có lịch sử trồng trọt lâu đời nhưng mãi đến nửa đầu thế kỷ 20 mới thực sự trở thành cây trồng phổ biến trên thế giới (trích theo Hồ Hữu An, 1996) [2]

Theo tác giả Hồ Hữu An (1984), cà chua có nguồn gốc ở Peru, Bolivia Những loài cà chua hoang dại và gần gũi với loại cà chua trồng hiện nay vẫn được tìm thấy ở dọc dãy núi Ando (Peru) Trước khi Crixitop Colong phát hiện ra châu Mỹ thì ở Peru, Mehico đã có trồng cà chua Ở Mỹ cà chua mới được nhập vào những năm 1860, ở Việt Nam từ thời thực dân Pháp chiếm đóng [1]

1.1.2 Đặc điểm thực vật

Cà chua thuộc họ Cà, chi Lycopersicon gồm rất nhiều loài phổ biến được chia thành hai chi phụ Chi phụ Eulycopersicon bao gồm những loài cà chua

6

có quả màu đỏ và chi phụ Eriopersicon hầu như có dạng quả xanh Hiện nay,

có khoảng 9 loài được ghi nhận tồn tại riêng biệt trong chi này Tuy nhiên,

dựa vào phân loại thực vật học, tính đa dạng tìm thấy trong chi Lycopersicon

thì vẫn còn nhiều tranh luận Tất cả các thành viên của chi này đều thuộc cây hàng năm có vòng đời ngắn, thân thảo, các dạng cà chua trồng chủ yếu đều

thuộc loài esculentum [2]

Rễ cà chua thuộc loại rễ chùm, trong điều kiện đồng ruộng những giống

chịu hạn, hệ rễ có thể sinh trưởng rộng tới 1,3 m và sâu tới 1 m [2] Trong quá

trình sinh trưởng, rễ cây chịu ảnh hưởng trực tiếp của điều kiện môi trường

như nhiệt độ, độ ẩm, v.v Ở nhiệt độ đất trồng từ 18 - 200

C rễ phụ phát triển

mạnh, khi nhiệt độ xuống thấp hơn 14 - 160C sự phát triển của hệ rễ chậm lại

từ 15 đến 20 ngày Nhiệt độ cao trên 350C cản trở sự phát triển của bộ rễ và

có thể chết, nhưng hệ rễ sinh trưởng mạnh ở đất có độ giữ ẩm đồng ruộng

khoảng 70% - 80% [3]

Thân cây cà chua tròn, thẳng đứng, mọng nước, phủ nhiều lông, khi cây

lớn gốc thân dần hóa gỗ Theo tác giả Tạ Thu Cúc (2003), dựa vào đặc điểm

sinh trưởng của chiều cao cây chia 3 loại: loại lùn (chiều cao cây dưới 65 cm,

cây mập, khoảng cách giữa các lóng ngắn), loại cao (cây cao từ 120 - 200 cm,

lá sinh trưởng mạnh, vì vậy khi trồng cần tỉa cành, tạo giàn), loại trung bình

(cây có chiều cao trên 65 cm đến dưới 120 cm, lá sinh trưởng mạnh, vì vậy cần tỉa cành, tạo giàn Loại này thích hợp cho nhiều vùng sinh thái, đặc biệt là

vụ xuân hè)

Lá cà chua thuộc lá kép lông chim, mỗi lá có 3 - 4 lá chét, rìa lá chét đều

có răng cưa nông hay sâu tùy giống Phiến lá thường phủ lông tơ, đặc tính của

lá thường thể hiện đầy đủ sau khi cây có chùm hoa đầu tiên [3]

Hoa cà chua lưỡng tính, có đầy đủ cả nhị và nhụy, mọc thành chùm Có

3 dạng chùm hoa, dạng đơn giản, dạng trung gian và dạng phức tạp Số lượng

7

hoa/chùm dao động từ 2 đến 26 hoa, số chùm hoa/cây từ 4 đến 20 chùm Hoa

thường có khả năng tự thụ phấn cao, ở vùng ôn đới tỷ lệ thụ phấn tự nhiên

khoảng 0,5 - 4% [2] Theo Tạ Thu Cúc (2003), cà chua là loại cây có khả

năng ra hoa nhiều, nhưng tỷ lệ đậu quả thấp, đặc biệt là gieo trồng trong điều

kiện bất lợi nên ảnh hưởng lớn đến năng suất [3]

Quả mọng nước, hình dạng thay đổi từ tròn, bầu dục đến dài Vỏ quả có

thể nhẵn hay khía cạnh Màu sắc thay đổi tùy giống và điều kiện thời tiết Thường màu sắc quả là màu phối hợp giữa vỏ quả và thịt quả, quá trình chín

của quả chia làm 4 thời kỳ Thời kỳ quả xanh, quả và hạt phát triển chưa hoàn

toàn, nếu đem dấm thì quả không chín, chưa có mùi vị, màu sắc chưa đặc

trưng của giống Thời kỳ chín xanh, quả đã phát triển đầy đủ, có màu xanh

sáng, keo xung quanh hạt được hình thành, quả chưa có màu hồng hay vàng

nhưng nếu đem dấm quả thể thì hiện màu sắc vốn có Thời kỳ chín vàng, phần

đỉnh quả xuất hiện màu hồng, xung quanh cuống quả vẫn còn xanh, nếu sản phẩm cần vận chuyển đi xa nên thu hoạch lúc này để quả chín từ từ trong quá

trình di chuyển Thời kỳ quả chín đỏ, quả xuất hiện màu sắc vốn có của giống,

màu sắc thể hiện hoàn toàn, có thể thu hoạch để ăn tươi Hạt trong quả lúc này

có phát triển đầy đủ có thể để làm giống [3] Theo tác giả Tạ Thu Cúc (2003),

quả cà chua có thể phân chia thành 3 cấp độ: quả có khối lượng dưới 50g,

trung bình có khối lượng 50g đến 100g, quả to có khối lượng trên 100g [3]

Hạt cà chua nhỏ, dẹp, màu vàng sáng hoặc hơi tối Hạt nằm trong buồng

chứa nhiều dịch bào, kìm hãm sự nảy mầm của hạt Trung bình có 50 - 350

hạt trong quả Khối lượng 1000 hạt đạt khoảng 2,5 đến 3,5g [3] Nhiệt độ thấp

ảnh hưởng đến tỷ lệ nảy mầm, năng suất, chất lượng sản phẩm [2]

1.1.3 Các thời kì sinh trưởng và phát triển của cây

1.1.3.1 Giai đoạn nảy mầm

Khi các nhân tố ngoại cảnh như ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm thỏa mãn, phôi nhú ra khỏi trạng thái khô hạn trước đó, sử dụng các chất dinh dưỡng dự

8 trữ và bắt đầu sinh trưởng Nảy mầm là quá trình gồm nhiều giai đoạn, bắt đầu từ sự hút nước của hạt và tiếp tục trao đổi chất, sự chênh lệch áp suất thẩm thấu tạo nên lực đủ mạnh để làm rách vỏ hạt Tại thời điểm này, oxi cần cho sự phát triển phôi, hô hấp của tế bào Nảy mầm có thể xảy ra trong biên

độ rộng của nhiệt độ từ 50

C - 300C, khi các yếu tố bên trong và bên ngoài được đáp ứng, đòi hỏi sự vận động của các chất dự trữ trao đổi được tích lũy như tinh bột và protein Tùy vào loài thực vật, mỗi một trong các chất dự trữ

đó có thể được tích lũy trong phôi hoặc trong nội nhũ [15]

1.1.3.2 Giai đoạn cây con

Sau khi gieo khoảng 5 - 6 ngày hạt cà chua bắt đầu mọc Thời gian mọc

sau khi gieo phụ thuộc nhiều vào điều kiện nhiệt độ Nếu nhiệt độ thấp thời

gian này có thể kéo dài khoảng 10 - 12 ngày (cây con cho vụ xuân hè gieo

tháng 12 đến tháng 1 dương lịch năm sau)

Cây con rất mẫn cảm với nhiệt độ, sự phát triển của chồi nách bị tác động nhiều bởi dinh dưỡng khoáng Tỷ lệ giữa diện tích đồng hóa của các chồi nách/cây bằng 1/3 đến 1/5 tổng diện tích lá toàn cây sẽ cho năng suất cao

nhất Như vậy, ở điều kiện thích hợp, sau khi gieo khoảng 25 - 30 ngày cây con có đủ 5 - 6 lá thật, cao khoảng 10 - 15 cm là lúc đó có thể xuất vườn ươm

tốt nhất Tuy nhiên, nếu ở điều kiện nhiệt độ thấp giai đoạn này có thể kéo dài

35 - 40 ngày [2] Giai đoạn này nhu cầu về nước là rất cần thiết, nếu nhu cầu

về nước ở giai đoạn này thiếu thì cây trồng rất dễ bị héo Do vậy, để có những cây con trong vườn ươm khỏe mạnh cần đặc biệt chú ý tới chế độ chăm sóc hàng ngày Trong điều kiện thời tiết môi trường rét đậm, có thể tiến hành che phủ nilon để đảm bảo nhiệt độ cho cây phát triển một cách bình thường Khi

cây con đã đủ thời gian và số lá đạt từ 5 - 6 lá cần đánh tỉa đi trồng, nên đánh

tỉa cả bầu đất để tránh sự ảnh hưởng của bộ rễ

9

1.1.3.3 Giai đoạn ra hoa tạo quả

Sau khi trồng khoảng 60 ngày, cây cà chua bắt đầu ra hoa, chịu ảnh hưởng khá lớn bởi nhiệt độ Nhiệt độ thấp làm giảm quá trình hình thành hoa

và nở hoa Sự hình thành hạt phấn bắt đầu với việc phân chia các nguyên bào

tử, sau này là các tế bào hạt phấn Các bào tử này ảnh hưởng trực tiếp đến

chất lượng hạt phấn, do vậy giai đoạn này không thể thiếu được hydrat cho quá trình phát triển bào tử của bao phấn Thiếu cacbon-hydrat sẽ

cacbon-ảnh hưởng đến sự thoái hóa bào tử, bất dục hạt phấn và sự phát triển của bầu nhụy Nhiệt độ cao 3 ngày trước khi hình thành hạt phấn sẽ ảnh hưởng tới sự phát triển của vòi nhụy Tùy thuộc vào nhiệt độ, kỹ thuật chăm sóc và giống, nhiệt độ cao cũng giúp cho cà chua có khả năng ra hoa đậu quả sớm hơn [2]

Độ ẩm thích hợp cho sự chuyển giao phấn hoa của cà chua trong khoảng 40% đến 70%

1.2 Giá trị dinh dƣỡng của cà chua

Bảng 1 Thành phần dinh dƣỡng trong 100g quả

10 Trong quả cà chua chứa rất nhiều thành phần dinh dưỡng khác nhau Theo tác giả Trần Khắc Thi (2008), hàm lượng các chất có trong 100g quả ăn được cho bởi bảng 1 [29] Theo tác giả Tạ Thu Cúc (2003), nghiên cứu trên

100 mẫu cà chua trồng ở khu vực đồng bằng sông Hồng (1985), thì thành

phần hóa học chủ yếu như sau: chất khô từ 4,3 - 6,4%, đường tổng số 2,6 - 3,5%, hàm lượng các chất tan từ 3,4 - 6,2%, axit tổng số 0,22 - 0,72%, vitamin C 17,1 - 38,81 mg% [3], [4], [6] Do thành phần dinh dưỡng đa dạng

nên cà chua là nguồn thực phẩm thông dụng của nhiều nước trên thế giới, được chế biến với nhiều các món ăn khác nhau sử dụng trong sinh hoạt đời sống của con người

1.3 Thực trạng sản xuất cà chua ở Việt Nam và trên thế giới

1.3.1 Thực trạng sản xuất cà chua trên thế giới

Theo số liệu thống kê của FAO (2004), diện tích trồng cà chua trên thế giới năm 2003 đạt xấp xỉ 3,6 triệu ha, sản lượng đạt 98,62 triệu tấn, giảm 2,4%

so với năm 1999 nhưng vẫn cao hơn so với năm khác Trong các khối trồng cà chua này thì châu Á chiếm 44%, châu Âu 22%, châu Mỹ 15%, châu Phi 12%, còn các khu vực khác chỉ chiếm 7% Với lượng cà chua sản xuất, bình quân tiêu thụ theo đầu người trên thế giới khoảng 16 kg quả/người/năm Những nước tiêu thụ bình quân đầu người cao nhất là Thổ Nhĩ Kỳ 170,9 kg; Italia 77,8

kg; Tây Ban Nha 55,3 kg; Hoa Kỳ 45 kg/người/năm [2] Châu Âu là khu vực

xuất khẩu cà chua lớn nhất ở tất cả các sản phẩm (tươi, đóng hộp…) Hiện

trạng và kết quả sản xuất của một số nước đứng đầu thế giới như sau:

Mỹ là nước có sản lượng nhiều ước đạt 10,1 triệu tấn, tăng 22% so với

2001 Sản lượng tăng chủ yếu do tổng diện tích gieo trồng tăng Ở Italia sản lượng đạt 4,7 triệu tấn, tăng nhẹ so với năm 2001 nhờ tăng năng suất cây trồng Tây Ban Nha sản xuất đạt 1,45 triệu tấn sản lượng cà chua chế biến, thấp hơn

so với 2001 không đáng kể Giá thị trường tại khu vực này khoảng 47,3

11

USD/tấn trong năm 2001 - 2002, và 45,75 USD/tấn năm 2002 - 2003

Tại khu vực Thổ Nhĩ Kỳ sản lượng đạt 1,45 triệu tấn trong năm 2002, tăng 12% so với 2001, sản phẩm cô đặc năm 2002 đạt khoảng 220000 tấn, tăng 30% so với 2001 Xuất khẩu tăng 10% do giá bán ngoài thị trường cao Thái Lan là một nước thuộc khu vực Đông Nam Á có khí hậu nhiệt đới với sự đa dạng các chủng loại rau quả, những năm gần đây Thái Lan cũng đang tập chung vào các sản phẩm chế biến từ cà chua có giá trị cao [2]

Theo số liệu thống kê của FAO (2011), diện tích trồng cà chua năm 2010 của châu Á là 2436,49 nghìn ha, năng suất đạt 33,58 tấn/ha, tổng sản lượng 81812,01 nghìn tấn, chiếm tỷ lệ lớn nhất thế giới Tuy nhiên, châu Úc và châu

Mỹ lại có năng suất lớn nhất lần lượt đạt 63,28 tấn/ha và 50,86 tấn/ha

1.3.2 Thực trạng sản xuất cà chua ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cà chua là cây rau ăn quả được trồng phổ biến trong cả nước,

hàng năm diện tích trồng cà chua chiếm 7% - 10% tổng diện tích trồng rau cả

nước và chiếm khoảng 3% - 4% tổng sản lượng cả nước

Theo số liệu thống kê năm 2006, diện tích cà chua nước ta là 23354 ha trong năm 2005 tăng 3,35 lần so với năm 2000 là 6967 ha, năng suất trung bình

là 198 tạ/ha, sản lượng đạt 462435 tấn và đạt bình quân đầu người 5,5 kg quả/người/năm, bằng khoảng 35% so với mức trung bình toàn thế giới [2] Như vậy, so với các nước trên thế giới thì năng suất cà chua của nước ta còn rất thấp, mới chỉ bằng khoảng 62% so với năng suất chung toàn thế giới Những tỉnh có tổng diện tích trồng cà chua lớn trên 500 ha đều là những nơi có năng suất cao đạt trên 200 tạ/ha, và tập chung chủ yếu ở khu vực đồng bằng sông

Hồng Theo tác giả Phạm Đồng Quảng và cộng sự, hiện nay cả nước có khoảng

115 giống cà chua được gieo trồng, trong đó 10 giống gieo trồng với diện tích lớn 6259 ha, chiếm 55% diện tích cả nước Giống M386 được trồng nhiều nhất khoảng 1432 ha, tiếp theo là các giống cà chua Pháp, VL200, TN002 Tuy

12 nhiên so với các nước trong khu vực, sản xuất cà chua ở Việt Nam có lợi thế rõ rệt do khí hậu thời tiết, đất đai nước ta Đặc biệt các tỉnh phía bắc phù hợp cho sinh trưởng phát triển cà chua nếu được đầu tư tốt, diện tích trồng cà chua còn

rất lớn vì trồng trong vụ đông không ảnh hưởng đến 2 vụ lúa [2]

Sản xuất cà chua nước ta còn còn một số tồn tại chủ yếu như chưa có giống tốt cho từng vụ trồng, đặc biệt là giống cho vụ thu đông, sản xuất chủ yếu tập chung ở vụ đông xuân (chiếm hơn 70%), còn lại nửa thời gian trong năm đang nằm trong tình trạng thiếu cà chua [28] Các vùng trồng cà chua đều

có nguồn lao động lớn, nông dân có kinh nghiệm canh tác nên nếu có thị trường sẽ thu hút nhiều lao động do giá nhân công rẻ, giá thành có khả năng cạnh tranh cao Chính vì vậy, có thể nói triển vọng phát triển cà chua ở nước ta

là rất lớn [2], và nên được đầu tư về nguồn giống, phân bón, kỹ thuật chăm sóc

để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm cây trồng

1.4 Hạn và nguyên nhân gây hạn hán

Hạn hán: Là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nước của thực vật do môi

trường gây nên làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của thực vật [22] Hạn hán cũng có thể được định nghĩa là hiện tượng lượng mưa thiếu hụt nghiêm trọng kéo dài, làm giảm hàm lượng ẩm trong không khí và hàm lượng nước trong đất, làm suy kiệt dòng chảy sông suối, hạ thấp mực nước ao hồ, mực nước trong các tầng chứa nước dưới đất gây ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng của cây trồng, làm môi trường suy thoái gây đói nghèo dịch bệnh Hạn

ở thực vật xảy ra khi cây bị thiếu nước do lượng nước hút vào không đủ bù đắp lượng nước bay hơi qua các bộ phận trên mặt đất, làm cho cây mất cân bằng về nước và gây nên hiện tượng héo ở thực vật [11] Những cây trồng có thể duy trì sự phát triển trong điều kiện khô hạn gọi là cây chịu hạn [23] Dựa

vào các mức độ khác nhau, có 3 loại hạn cơ bản Một là hạn đất, xảy ra khi

lượng nước dự trữ cho cây hấp thụ trong đất bị cạn kiệt nên cây không hút đủ

13 nước và mất cân bằng nước [11], [31] Hạn đất thường xảy ra vào mùa khô ở

các vùng như các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên Hai là hạn không khí, xảy ra

khi độ ẩm không khí quá thấp làm cho quá trình thoát hơi nước của cây quá mạnh và cũng có thể dẫn đến mất cân bằng nước trong cây [11], [31] Hạn không khí thường xảy ra ở các vùng có gió khô và nóng như gió Lào ở miền Trung nước ta, vùng có gió mùa Tây Nam của các tỉnh miền Trung, mùa khô

Tây Nguyên Ba là hạn sinh lí, xảy ra do trạng thái sinh lí của cây không cho

phép cây hút được nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước Rễ cây không lấy được nước trong khi quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nước [11], [31] Hạn sinh lí kéo dài cũng tác hại như hạn đất và hạn không khí Nếu hạn đất kết hợp với hạn không khí thì mức độ tác hại đối với cây tăng lên rất nhiều lần gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến suốt quá trình sống của cây trồng Hạn hán là nguyên nhân chính gây giảm năng suất cây trồng, có thể giảm tới 50% năng suất cây trồng và có khi còn hơn thế nữa [23], ảnh hưởng đến chất lượng đời sống sinh hoạt của người trồng trọt

Nguyên nhân gây hạn hán

Nguyên nhân gây ra hạn hán có nhiều song tập trung chủ yếu là 2 nguyên nhân chính:

Nguyên nhân khách quan: Do khí hậu thời tiết bất thường gây nên lượng

mưa thường xuyên ít ỏi hoặc nhất thời thiếu hụt Mưa rất ít, lượng mưa không đáng kể trong thời gian dài, đây là tình trạng phổ biến trên các vùng khô hạn

và bán khô hạn

Nguyên nhân chủ quan: Do con người gây ra, trước hết là do tình trạng

phá rừng bừa bãi làm mất nguồn nước ngầm dẫn đến cạn kiệt nguồn nước Khi cơ thể thực vật bị tác động bởi stress môi trường như hạn thì chúng phải hình thành các phản ứng thích nghi chống lại sự tác động bất lợi đó Tính chịu hạn là sự thích nghi có bản chất di truyền được thể hiện ra trong các thích nghi đa dạng về mặt hình thái và sinh lí của thực vật chịu mất nước Điều đó

14 được biểu hiện ở thực vật chịu hạn bằng cách giảm thiểu sự thoát hơi nước nhờ có lớp cutin dày, khí khổng nằm sâu, hình thành các protein sốc nhiệt có tác dụng bảo vệ bộ gen khỏi bị hạn tác động gây hư hại và sử dụng nước một cách có hiệu quả nhất bằng cách tiến hành quang hợp theo con đường CAM

để thích nghi

1.5 Tác hại của hạn hán đến đời sống thực vật

Hạn hán có tác động to lớn đến môi trường, kinh tế, chính trị xã hội và sức khoẻ con người, là nguyên nhân dẫn đến đói nghèo, bệnh tật thậm chí là chiến tranh do xung đột nguồn nước Hạn hán tác động đến môi trường như huỷ hoại các loài thực vật, các loài động vật, quần cư hoang dã, làm giảm chất lượng không khí, nước, làm cháy rừng, xói lở đất Các tác động này có thể kéo dài và không khôi phục được Hạn hán tác động đến kinh tế xã hội như giảm năng suất cây trồng, giảm diện tích gieo trồng, giảm sản lượng cây trồng, chủ yếu là sản lượng cây lương thực Tăng chi phí sản xuất nông nghiệp, giảm thu nhập của người lao động nông nghiệp, tăng giá thành và giá cả các lương thực Giảm tổng giá trị sản phẩm chăn nuôi, các nhà máy thuỷ điện gặp nhiều khó khăn trong quá trình vận hành Ở Việt Nam, hạn hán xảy ra ở vùng này hay vùng khác với mức độ và thời gian khác nhau, gây ra những thiệt hại to lớn đối với

kinh tế xã hội, đặc biệt là nguồn nước và sản xuất nông nghiệp

Đối với thực vật, hạn hán ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống sinh lí

của cây trồng Thứ nhất, ảnh hưởng đến hệ thống keo nguyên sinh chất bị

thay đổi mạnh Thay đổi các tính chất lí hoá của chất nguyên sinh, tăng độ nhớt chất nguyên sinh làm chậm các hoạt động sống, giảm mức độ phân tán, khả năng thuỷ hoá và tính đàn hồi của keo nguyên sinh chất Thay đổi đặc tính hoá keo từ trạng thái sol rất linh động thuận lợi cho các hoạt động sống sang trạng thái coaxecva hoặc gel kém linh động, cản trở các hoạt động sống của cây trồng Quá trình trao đổi chất lúc thiếu nước sẽ bị đảo lộn từ hoạt

15 động tổng hợp là chủ yếu chuyển sang hướng phân giải khi thiếu nước Quá trình phân giải quan trọng nhất là phân giải protein và axit nucleic, kết quả là giải phóng và tích luỹ NH3 gây độc cho cây và có thể làm chết cây Thứ hai,

kìm hãm hoạt động sinh lí của cây Thiếu nước sẽ ức chế hoạt động quang hợp Do khí khổng đóng nên thiếu CO2, lục lạp có thể bị phân huỷ, ức chế tổng hợp diệp lục, lá bị héo và khô chết là giảm diện tích quang hợp, sự vận chuyển các sản phẩm quang hợp ra khỏi lá và về cơ quan dự trữ bị tắc nghẽn, ngừng trệ Thiếu nước gây suy thoái trong sự hình thành lục lạp, màng tylacoit, phá hủy mối liên kết giữa diệp lục và protein [30] Thiếu nước ban đầu sẽ làm tăng hô hấp, về sau giảm hô hấp nhanh, hiệu quả sử dụng năng lượng của hô hấp rất thấp vì hô hấp sản sinh nhiệt là chính Khi thiếu nước trầm trọng phá vỡ tính liên hợp của phản ứng oxy hóa khử và photphoryl hóa, làm giảm sự hình thành ATP [30] Hạn làm mất cân bằng nước trong cây, lượng nước thoát ra lớn hơn lượng nước hấp thu vào cây làm cho cây bị héo Dòng vận chuyển vật chất trong cây bị ức chế rất mạnh, sự hút chất khoáng giảm Thiếu nước kìm hãm tốc độ vận chuyển chất đồng hoá về các cơ quan

dự trữ và có thể xảy ra hiện tượng “chảy ngược dòng” các chất đồng hoá từ các cơ quan dự trữ về các cơ quan dinh dưỡng Kết quả làm giảm năng suất

kinh tế của cây trồng Thứ ba, kìm hãm quá trình sinh trưởng và phát triển của

thực vật được chứng minh bằng các phản ứng như ức chế sinh trưởng và ức chế ra hoa, tạo quả Thiếu nước thì đỉnh sinh trưởng không tiến hành phân chia được, quá trình dãn của tế bào bị ức chế làm cho cây sinh trưởng chậm

Do đó, nước được xem là yếu tố nhạy cảm trong sự sinh trưởng của tế bào Trong trường hợp cần ức chế sinh trưởng không cần thiết của cây như lúc cây

có nguy cơ bị lốp, có thể tạo điều kiện khô hạn để ức chế sự dãn của tế bào,

ức chế sinh trưởng chiều cao Thiếu nước ảnh hưởng đến quá trình phân hoá hoa và đặc biệt là quá trình thụ tinh Khi gặp hạn, hạt phấn không nảy mầm, ống phấn không sinh trưởng được, sự thụ tinh không xảy ra làm giảm năng

16 suất và chất lượng sản phẩm

1.6 Một số yếu tố liên quan tới tính chịu hạn của thực vật

Thực vật có khả năng chịu được khô hạn liên quan đến khả năng giữ nước của protein nguyên sinh chất và áp suất thẩm thấu cao Tăng tích lũy protein ưa nước phân tử thấp và có khả năng liên kết được nhiều phân tử nước

ở dạng màng nước Ở những loài cây chống chịu mất nước tốt (chịu hạn cao) tích lũy các protein ưa nước, axit amin prolin và monosaccarit có tác dụng tăng lượng nước liên kết trong tế bào chất

Cơ chế hóa sinh có tác dụng bảo vệ tế bào trong điều kiện bị mất nước là bảo đảm sự khử độc các sản phẩm được tạo nên trong quá trình phân giải các hợp chất cao phân tử, xúc tiến sự phục hồi các cấu trúc sinh học bị hư hại Sau khi hạn ngừng tác động các quá trình phục hồi diễn ra nhanh nếu bộ gen được bảo tồn khỏi bị hư hại trong thời gian khô hạn Điều đó có được là nhờ các protein nhân với sự tham gia của các protein stress (sốc) đặc hiệu Nhờ vậy

mà ADN chỉ biến đổi khi ở điều kiện hạn nặng và thời gian kéo dài

1.6.1 Axit amin prolin và vai trò của axit amin prolin đối với tính chống chịu của thực vật

Prolin là một axit amin có công thức phân tử C5H9NO2, nhưng đây không phải là một axit amin thiết yếu Prolin được sinh tổng hợp từ axit amin

L.glutamic nhờ enzym pyrolin-5-caboxylaza-synthetaza (P5CS) Đối với cơ thể thực vật chịu stress nước thì hàm lượng prolin thay đổi đáng kể và đây cũng là nguyên nhân làm tăng khả năng tích lũy prolin dưới các điều kiện stress của môi trường

Prolin không gây hại khi chúng có nồng độ cao đối với thực vật, chúng được tích tụ trong nhiều loài thực vật theo một loạt các điều kiện stress như tình trạng thiếu nước, độ mặn, nhiệt độ khắc nghiệt, và cường độ ánh sáng cao v.v Prolin được coi là một chất tan tương thích, nó bảo vệ cấu trúc đặc thù của phân tử protein, chống lại sự biến tính, ổn định màng tế bào bằng cách tương

17 tác với photpholipit chức năng Trong một số loài thực vật, prolin đóng một vai trò quan trọng trong điều chỉnh áp suất thẩm thấu Mặc dù prolin tích lũy trong tất cả các cơ quan thực vật và hoa quả, nhưng nồng độ cao nhất được tìm thấy trong các lá phát triển [24], [34]

Một số tác giả sau khi đã nghiên cứu về sự biến đổi hàm lượng prolin ở thực vật trong điều kiện stress môi trường đã cho thấy sự khác biệt đáng kể so với các mẫu đối chứng Cụ thể, ở Việt Nam theo tác giả Đinh Thị Phòng (2001), bằng việc xử lí lạnh, mặn và hạn của 6 giống lúa đã cho thấy có mối tương quan thuận giữa tính chống chịu với hàm lượng prolin Trong đó, tác giả

đã đưa ra kết luận các giống sau khi bị xử lí hạn hàm lượng prolin tăng lên 7,5 lần, xử lí mặn là 2,3 lần và xử lí lạnh tăng 1,5 lần so với các mẫu đối chứng [22] Tác giả Điêu Thị Mai Hoa, Nguyễn Thị Thu Hương, Bùi Văn Thắng (2005) đã nghiên cứu sự biến đổi hàm lượng axit amin prolin trong mầm và lá cây đậu xanh khi bị hạn thấy rằng hàm lượng prolin trong mầm và lá có sự tăng lên so với đối chứng Khi cây bị thiếu nước thì prolin có vai trò là tăng áp suất thẩm thấu của tế bào [11] Cùng với nghiên cứu về khả năng chịu mặn của muối NaCl của tác giả Điêu Thị Mai Hoa, Trần Thị Thanh Huyền (2007) cũng

đã kết luận về sự tích lũy prolin trong điều kiện stress muối ở rễ và lá cây đậu xanh [9] Như vậy, vai trò của axit amin prolin được nhiều tác giả nghiên cứu,

có ảnh hưởng tới khả năng chống chịu của thực vật Prolin của lá cà chua dao động theo nồng độ chất dinh dưỡng và tổng bức xạ nhiệt, và có liên quan chặt chẽ với hàm lượng nước tương đối của lá [34] Trong tình trạng thiếu nước, ở các giống khác nhau hàm lượng axit amin prolin trong lá cà chua có một sự khác biệt đáng kể về nồng độ prolin giữa các giống và cũng làm giảm đáng kể

sự hấp thu các chất dinh dưỡng khoáng như nitrogen, natri (Na), kali (K), lưu huỳnh (S), canxi (Ca) và magie (Mg) Mặt khác, nồng độ prolin, glucoz, fructoz, saccaroz, axit malic, axit ascorbic và axit citric cũng tăng lên khi thực

18 vật thiếu nước, đặc biệt sự sốc về nước có ảnh hưởng lớn đến quá trình tổng hợp prolin [31] Trong số các axit amin thì prolin đã được chứng minh để tích lũy trong điều kiện sốc của môi trường (Taylor, 1996; Ben-Rouina và đồng tác giả, 2006), đặc biệt là trong điều kiện hạn hán, và nhiều loài thực vật khác cũng

đã hiển thị tăng đáng kể nồng độ prolin (Delauney và Verma, 1993; Hasegawa

và đồng tác giả, 2000; Adejare và đồng tác giả, 2006; Umebese, 2008) Trong các thí nghiệm với cây chuyển gen, người ta đã chỉ ra rằng thực vật biểu hiện tốt

các synthetaza-pyrolin-5-carboxylaza (P5CS), một gen liên quan đến sinh tổng

hợp prolin (Kavi - Kishor và đồng tác giả, 1995; Nanjo và đồng tác giả, 1999;

Hồng và đồng tác giả, 2000), prolin đánh giá khả năng chịu được stress thực vật

và được coi là yếu tố phản ứng đáng kể chống lại stress môi trường [5], [35]

Sự tổng hợp prolin ở thực vật xảy ra mạnh khi chúng sống trong điều kiện môi trường sinh lí không bình thường Những nghiên cứu về prolin trên các đối tượng khác nhau cho thấy, sự tương quan thuận giữa hàm lượng prolin với tính chống chịu khô hạn, hay stress muối Do vậy, prolin là chất chỉ thị để đánh giả khả năng chịu hạn của thực vật, sự tích lũy prolin trong các mô, tế bào là phản ứng thích nghi của thực vật trước những điều kiện stress môi trường

1.6.2 Hàm lượng nước liên kết

Nước liên kết là dạng nước bị các phân tử tích điện hút bởi một lực nhất định hoặc trong các liên kết hoá học ở các thành phần của tế bào Nước liên kết

có tính chất vật lí biến đổi do sự tương tác giữa các thành phần khác nhau trong

tế bào [13] Nước bị giữ bởi một lực nhất định do quá trình thuỷ hoá hoá học của các ion, các phân tử, các chất trùng hợp hoặc liên kết trong các thành phần cấu trúc Dạng nước này chiếm khoảng 30% lượng nước trong thực vật, nước liên kết tồn tại 3 dạng cơ bản:

- Nước liên kết thẩm thấu: Là dạng nước bao quanh các ion và các phân tử

hòa tan (các ion khoáng, đường, axit hữu cơ,…)

19

- Nước liên kết keo: Bao gồm nước thủy hóa các tiểu phần keo, trước hết

là các phân tử protein Nước liên kết ở bên trong các mixen (nước ở trên bề mặt các keo và giữa các keo)

- Nước liên kết mao dẫn: Trong vách tế bào và các ống mạch dẫn [13]

Tuỳ theo mức độ liên kết khác nhau mà nước liên kết có thể mất dần tính chất vật lí, hoá học, sinh học như khả năng làm dung môi, bay hơi, tham gia vào các phản ứng hoá học, nhưng lại có vai trò đảm bảo độ bền vững của hệ thống keo trong chất nguyên sinh của tế bào Nước liên kết có vai trò quan trọng trong quá trình chống chịu của cơ thể thực vật trước các điều kiện bất lợi của môi trường Vì vậy, hàm lượng nước liên kết trong cây là một chỉ tiêu sinh lí để đánh giá khả năng chịu nóng và chịu hạn của cây trồng Trong các cơ thể non, hàm lượng nước liên kết thấy nhỏ hơn trong các cơ thể già Khi thực vật gặp điều kiện khô hạn, hàm lượng nước liên kết tăng lên Như vậy, hàm lượng nước liên quan tới tính chống chịu chống chịu của thực vật như chịu hạn, chịu rét, chịu mặn của cây trồng Người ta đã dùng tỷ lệ hàm lượng nước liên kết và nước tự

do để đánh giá khả năng chống chịu của thực vật và ứng dụng trong việc chọn các giống cây có khả năng chống chịu tốt nhất Ở thành tế bào thực vật chủ yếu gồm nước liên kết, việc xác định các dạng nước trong chất nguyên sinh gặp nhiều khó khăn do tính chất phức tạp và tính không ổn định về thành phần và cấu trúc của nó Tuy nhiên, người ta cũng xác định rằng, trong chất nguyên sinh nước bị liên kết bởi sự thủy hóa hóa học của các phân tử protein và các chất cao phân tử khác như xenluloz, hemixenluloz, các chất pectin

1.6.3 Độ ẩm cây héo

Độ ẩm cây héo là giới hạn độ ẩm nhỏ nhất trong đất mà cây trồng không còn khả năng hút nước được dẫn đến hiện tượng cây bị héo và không hồi phục được Độ ẩm này phụ thuộc vào loại cây trồng, thành phần cơ giới đất và điều kiện khí hậu tự nhiên của từng vùng Trong cùng một loại cây các giai đoạn

20 sinh trưởng và giống khác nhau cũng có độ ẩm cây héo là không giống nhau,

chẳng hạn độ ẩm cây héo đối với cây cà phê con trong vườn ươm khoảng 26 - 27%, ở giai đoạn tạo quả là 28 - 30% Độ ẩm cây héo là một chỉ tiêu sinh lí

quan trọng để đánh giá mức độ chịu hạn của cây trồng Đối với cây sống ở vùng sa mạc thì có độ ẩm cây héo là thấp, nghĩa là khả năng chịu hạn là cao,

ví dụ như cây xương rồng Để xác định được độ ẩm cây héo cần tiến hành gây hạn đến khi cây héo không còn khả năng phục hồi Độ ẩm cây héo liên quan tới hệ số héo, khi cây trồng không được tưới nước đầy đủ sẽ tới lúc cây thiếu nước và bị héo, lượng nước trong đất còn lại khi cây không hút được tính theo

tỷ lệ trên khối lượng đất khô tuyệt đối gọi là hệ số héo [16] Hệ số héo của các loại đất khác nhau rất lớn, ví dụ đất cát là 2,2%; đất thịt 12,6%; đất sét 26,2 % v.v , đối với cà chua xác định hệ số héo cây là rất cần thiết, nó cho phép chúng ta đánh giá mức độ giới hạn mà cây trồng có thể chịu hạn được trong những điều kiện stress môi trường

1.7 Một số nghiên cứu đặc điểm sinh lí, hóa sinh liên quan đến tính chịu thiếu nước ở cà chua

Trong những năm gần đây một số tác giả nghiên cứu trên đối tượng cây

cà chua tập chung chủ yếu vào các hướng như lai tạo, đánh giá năng suất, quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng Các chỉ tiêu nghiên nghiên cứu

về sinh lí, hóa sinh liên quan tới chịu áp suất thẩm thấu cao, khả năng sinh trưởng và nảy mầm trong dung dịch sorbitol, hàm lượng prolin, hàm lượng diệp lục Những chỉ tiêu này có liên quan mật thiết với tính chịu hạn của thực vật, đã được các nhà khoa học khẳng định thông qua nhiều công trình khoa học đã được công bố

Một số đáp ứng sinh lí, hóa sinh của bốn giống cà chua Savior, Chanoka,

TV-05, VNS-585 khi nảy mầm trong môi trường áp suất thẩm thấu cao của

tác giả Điêu Thị Mai Hoa, Nguyễn Thị Hân cho thấy, khi gieo hạt trong nồng

có khả năng thích nghi tốt hơn các giống khác Kết quả nghiên cứu về hàm lượng prolin mầm cho thấy, vào ngày thứ 4 sau gieo, tỷ lệ % hàm lượng

prolin lô thí nghiệm so với đối chứng không có sự khác biệt lớn (102,0% - 104,8%) Sang đến ngày thứ 6, tỷ lệ này ở giống TV-05 và VNS-585 tiếp tục

tăng nhẹ, hai giống Chanoka và Savior thể hiện mức độ tăng tích lũy prolin

rất rõ rệt (115,0% và 137,3% so với đối chứng) Đến ngày thứ 8 giống TV-05

và Savior vẫn duy trì được hàm lượng prolin ở lô thí nghiệm cao hơn so với lô đối chứng, trong khi hai giống còn lại chỉ tiêu này lại giảm đáng kể [10] Một số tác giả khác khi đánh giá khả năng chịu mặn ở cây cà chua chuyển gen ectoin (chất có khả năng tan tốt trong nước và điều chỉnh thẩm thấu cho cây) Kết quả cho thấy rằng trong điều kiện mặn tổng hợp ectoin được đẩy mạnh trong những gốc rễ của cây chuyển gen, dẫn đến sự gia tăng của hoạt động của bộ máy quang hợp thông qua tăng cường sự ổn định màng

tế bào trong điều kiện cây trồng bị stress về muối Quá trình tổng hợp ectoin được kích thích trong lá và rễ giúp cây trồng cải thiện tình trạng thiếu nước Trong phản ứng với stress mặn, cây chuyển gen tích lũy ectoin liên tục tăng với sự gia tăng nồng độ NaCl, thực vật tăng cường khả năng tích lũy axit amin prolin, các phân tử đường và một số rượu đa chức [32]

Cùng với nghiên cứu về tác động của stress mặn lên tăng trưởng cây, các chất dinh dưỡng khoáng và diệp lục tổng số của một số giống cà chua chịu

22 sốc về muối trong quá trình sinh trưởng Khi phun dung dịch muối NaCl ở nồng độ 50 mM, 100 mM và 200 mM Kết quả cho thấy khi nồng độ muối tăng lên thì nồng độ Na+

trong rễ, thân và lá cây cũng tăng lên đáng kể, trong khi nồng độ ion K+ và Ca2+ và tỷ lệ K+/ Na+ lại giảm Điều này cho thấy sự cạnh tranh giữa nồng độ ion Na+

và K+ hấp thụ trong cây cà chua, kết quả là

Na+/ K+ có tính chất đối kháng kháng (Siegel và cộng sự, 1980) [33]

Trong đất mặn, muối gây ra tình trạng thiếu nước là một trong những trở ngại chính cho sự tăng trưởng thực vật (Zadeh và cộng sự, 2008; Taffouo và cộng sự, 2010) Tác động có hại của muối trên cây là kết quả của sự thiếu nước, nồng độ của các chất tan tương đối cao trong đất làm thay đổi các đặc điểm sinh lí, hóa sinh dẫn đến quá trình sinh trưởng của thực vật bị ức chế, các protein, glycin, betain và pinitol tổng hợp tăng cường hình thành giúp cây trồng kéo dài thời gian thích nghi [14] Mức độ chịu mặn của các giống cà chua có thể chịu đựng được là dưới 50 mM NaCl (Levitt, 1980) Độ mặn đã làm giảm chiều cao cây, hàm lượng diệp lục tổng số và trọng lượng khô, do

đó hạn chế việc cung cấp cacbon-hydrat cần thiết cho sự tăng trưởng của cây

trồng [33]

- Đặc điểm 4 giống cà chua như sau:

HT126

- Giống lai F1, là giống ngắn ngày (khoảng 70 - 75

ngày cho thu hoạch lứa đầu), thuộc nhóm quả nhỏ, tròn, nhanh cho thu quả, sai quả, mang quả tập trung, quả chắc, có khả năng kháng bệnh tốt, phục hồi sau úng cao

- Năng suất cao đạt từ 48,5 - 53 tấn/ha

HT144

- Giống lai F1, sinh trưởng khoẻ, cây cao trung bình,

nhiều hoa, quả nhỏ có dạng thuôn dài, vai quả xanh, nhanh chín, chín đỏ đẹp Thích hợp trồng ở chính vụ

và trái vụ

- Năng suất cao đạt từ 45 - 55 tấn/ha Khả năng chịu

nóng, chịu bệnh tốt

HT152

- Giống lai F1, là giống ngắn ngày (khoảng 75 - 90

ngày cho thu hoạch lứa đầu), chất lượng cao (thịt quả dày, chắc mịn, khẩu vị ngọt dịu, có hương thơm), sinh trưởng khoẻ, nhiều hoa, sai quả, quả dạng thuôn dài, nhanh chín Thích hợp trồng ở chính vụ và trái vụ

- Năng suất cao đạt từ 50 - 60 tấn/ha Khả năng chịu

nóng, chịu bệnh tốt

24

HT160

- Giống lai F1, là giống ngắn ngày (khoảng 70 - 85

ngày cho thu hoạch lứa đầu), chất lượng cao (thịt quả dày, chắc mịn, khẩu vị ngọt dịu, có hương thơm, quả cứng), sinh trưởng khoẻ, nhiều hoa, sai quả, quả dạng thuôn dài, nhanh chín Thích hợp trồng ở chính vụ và trái vụ

- Năng suất cao đạt từ 45 - 60 tấn/ha Khả năng chịu

+ Xử lí hạt giống: Ngâm hạt giống trong dung dịch KMnO4 1% trong 3

phút để khử trùng, sau đó rửa lại bằng nước sôi để nguội

+ Chuẩn bị dụng cụ: Chuẩn bị khay gieo hạt kích thước tương đối của khay là 25 x 15 x 5 cm, giấy thấm gấp nếp Khay gieo hạt được khử trùng bằng cồn, giấy thấm để đặt lên khay gieo được khử trùng ở nhiệt độ 1300C trong 1h, khi dùng mới lấy

+ Chuẩn bị hóa chất: Pha dung dịch sorbitol với các nồng độ tương ứng

là 3%, 5%, 7% Xem xét sự biến động các chỉ tiêu ở nồng độ đường khác nhau

25 + Tiến hành gieo hạt và xác định các chỉ tiêu liên quan đến khả năng chịu áp suất thẩm thấu cao

Cách tiến hành thí nghiệm

- Ngâm hạt giống trong nước khoảng 1h sau đó đem gieo hạt giống lên

khay đã để sẵn giấy thấm gấp nếp Gieo vào mỗi khay 3 hàng, mỗi hàng gieo

10 hạt, nhắc lại 3 lần cho mỗi giống Tổng số khay gieo là 16 trong đó có 12

khay thí nghiệm và 4 khay đối chứng

- Bổ sung 5ml nước cất vào mỗi khay đối chứng và 5 ml dung dịch

sorbitol tương ứng 3%, 5%, 7% vào khay thí nghiệm hàng ngày Để các khay

đã gieo hạt trong điều kiện phòng thí nghiệm

- Sau 3 ngày, 5 ngày, 7 ngày xác định một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh

liên quan tới khả năng nảy mầm của hạt, bao gồm những chỉ tiêu sau:

• Xác định khả năng nảy mầm của hạt trong dung dịch sorbitol

Những hạt nảy mầm là những hạt có chiều dài rễ mầm đạt từ 3 mm trở lên Khả năng nảy mầm của hạt được tính theo công thức sau:

b: Số hạt nảy mầm ở lô đối chứng

• Khả năng sinh trưởng của mầm trong dung dịch sorbitol

- Sinh trưởng chiều dài mầm (mm) : Dùng thước chia đến mm đo chiều dài của mầm từ chóp rễ đến chồi mầm Thời gian đo sau khi gieo là 5 ngày, 7 ngày, 9 ngày

- Khối lượng tươi của mầm (g): Rửa sạch mầm bằng nước cất, dùng giấy

thấm thấm sạch nước, tách bỏ phần vỏ hạt, sau đó cân bằng cân phân tích ở thời điểm sau khi gieo 5 ngày, 7 ngày, 9 ngày

- Chia các chậu ra làm 2 lô: Lô thí nghiệm gây hạn khi cây bắt đầu ra

hoa và lô đối chứng không gây hạn

- Tổng số chậu trồng cây là 60 chậu, mỗi chậu trồng 1 cây, mỗi giống

trồng 10 chậu thí nghiệm, và 5 chậu đối chứng Các chậu thí nghiệm được đặt

tại khu nhà lưới, vườn thực nghiệm khoa Sinh học - Trường Đại học Sư phạm

Hà Nội 2

- Đảm bảo chế độ chăm sóc thông thường từ khi gieo hạt đến khi cây bắt

đầu ra hoa thì tiến hành gây hạn, lấy mẫu tiến hành xác định các chỉ tiêu sinh

lí, hóa sinh vào ngày thứ 5, thứ 7 và thứ 9 sau khi gây héo Sau đó tưới nước cho những cây còn lại phục hồi

- Khi quả chín, thu hoạch, xác định một số chỉ tiêu về năng suất

Cách gây hạn

- Các cây trồng được đảm bảo chế độ chăm sóc thông thường đến khi

cây bắt đầu ra hoa, tiến hành gây hạn nhân tạo bằng cách không tưới nước cho đến khi đôi lá cuối cùng bắt đầu héo Trong quá trình gây hạn, các chậu được che không cho nước mưa có thể vào chậu thí nghiệm, lô đối chứng tưới nước

bình thường

- Tiến hành theo dõi trong vòng 5 ngày kể từ khi lô thí nghiệm bắt đầu có

cây bị héo Đánh giá tỷ lệ cây không héo, tỷ lệ cây phục hồi sau 5, 7, 9 ngày

2.2.2 Phương pháp xác định một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh

2.2.2.1 Khả năng giữ nước của lá

- Phương pháp: Sử dụng theo phương pháp Kozushko N.N (1984), [10], [22]

- Cách lấy mẫu: Chọn cây có cùng độ tuổi, theo phương pháp lấy mẫu ngẫu

27

nhiên Cắt lá buổi sáng, cùng tầng thứ 3 từ trên xuống, mỗi giống lấy số lượng

lá như nhau cho vào túi nilon, đưa nhanh về phòng thí nghiệm

- Cách tiến hành:

+ Cân nhanh mẫu lá vừa lấy mẫu về bằng cân phân tích có độ chính

xác 10-4 Để héo lá tự nhiên 4 giờ, nơi không có ánh nắng chiếu trực tiếp, ở nhiệt độ phòng, để cho chúng mất nước đến trên 40%

+ Cân lá để xác định khối lượng sau héo và lượng nước đã mất Sau đó sấy khô lá ở 1050C cho đến khối lượng không đổi (khoảng 3 đến 4 giờ) để tính khối lượng khô.Khả năng giữ nước của lá được tính theo công thức:

A = x 100%

Trong đó:

A: Khả năng giữ nước của lá (%), là % lượng nước mất khi bị héo so với lượng nước tổng số

B: Khối lượng lá tươi ban đầu (g)

b: Khối lượng lá tươi sau khi gây héo (g)

V: Khối lượng khô của lá sau khi sấy (g)

2.2.2.2 Xác định hàm lượng diệp lục tổng số

- Phương pháp: Phương pháp quang phổ, tính hàm lượng diệp lục theo

phương trình của Wettstein (1957), [19]

- Cách lấy mẫu: Mẫu lá được lấy ở cùng vị trí, cùng số lá, số mẫu bằng số lần

lặp lại của thí nghiệm

- Cách tiến hành:

+ Cân 40 mg lá tươi cho vào cối sứ nghiền nhỏ, thêm 1 ml axeton 100%

và tiếp tục nghiền Sau đó cho thêm 5 ml axeton và tiếp tục nghiền mẫu đến

khi thành khối đồng thể

+ Li tâm dịch chiết, đổ thêm 2 ml dung dịch axeton Chuyển dung dịch diệp lục vào bình định mức có dung tích 10 ml, dùng axeton định mức

28

đến vạch So màu trên máy quang phổ ở bước sóng 662 nm và 644 nm

+ Nồng độ diệp được tính theo công thức Wettstein như sau:

Ca (mg/l) = 9,784 x E662 – 0,990 x E644

Cb (mg/l) = 21,426 x E644 – 4,650 x E662

Ca+b (mg/l) = 5,134 x E662 + 20,436 x E644Hàm lượng diệp lục trong 1g lá tươi được tính theo công thức:

1000

C V A

P (mg/g lá tươi)

Trong đó:

E662, E644: Kết quả so màu dung dịch diệp lục ở bước sóng 662 nm và 644 nm

Ca, Cb, Ca+b: Hàm lượng diệp lục a, b và tổng số trong 1 ml dung dịch diệp lục

A: Hàm lượng diệp lục trong 1g lá tươi

C: Nồng độ diệp lục trong dịch chiết

V: Thể tích dịch mẫu (ml)

P: Khối lượng mẫu (g)

1000: Hệ số quy đổi 1 lít = 1000 ml

2.2.2.3 Xác định hàm lượng diệp lục liên kết

- Phương pháp: Bằng phương pháp đo quang phổ, tính toán theo phương trình

của Wettstein (1957), [25]

- Cách lấy mẫu: Mẫu lá được lấy ở cùng vị trí, cùng số lá, số mẫu bằng số lần

lặp lại của thí nghiệm

- Cách tiến hành:

+ Cân 50 mg lá cắt nhỏ cho vào cối sứ nghiền cùng benzen cho tới khi mẫu dính vào đáy cối, loại dung dịch benzen đi, tiếp tục cho thêm benzen vào nghiền, lặp lại cho tới khi dung dịch benzen không nhuộm màu xanh

+ Loại dung dịch benzen, cho dung dịch axeton 100% vào hòa tan khối mẫu dính ở cối chày sứ Đưa toàn bộ dung dịch sang phễu lọc rồi tráng lại cối

29 chày sứ bằng axeton Đưa dịch lọc sang bình định mức 10 ml và dùng axeton dẫn đến vạch Đem so màu trên máy quang phổ tại bước sóng 662 nm và

644 nm

+ Tính hàm lượng diệp lục liên kết giống như tính hàm lượng diệp lục tổng số ở trên

2.2.2.4 Xác định hàm lượng nước liên kết trong lá

- Phương pháp: Sử dụng phương pháp ngâm lá trong dung dịch saccaroza

70% [19]

- Cách lấy mẫu: Mẫu lá được lấy ở cùng vị trí, cùng số lá, số mẫu bằng số lần

lặp lại của thí nghiệm

- Cách tiến hành:

+ Cắt lá vào sáng sớm đưa ngay vào phòng thí nghiệm cân Ngâm lá trong dung dịch saccaroza 70% trong 6h ở nhiệt độ phòng rồi đem cân lại lá Sau đó đem sấy khô ở 105oC trong 3h để xác định khối lượng khô của lá Sự chênh lệch giữa khối lượng tươi và khối lượng khô cho biết lượng nước tổng

số của lá (X) Công thức tính hàm lượng nước tự do như sau:

Z = A1 – A2

Trong đó :

Z: Hàm lượng nước tự do (g/lá)

A1: Khối lượng lá ban đầu (g/lá)

A2: Khối lượng lá sau khi ngâm trong dung dịch saccaroza 70% (g/lá)

+ Công thức tính lượng nước liên kết

Y = X – Z

Trong đó:

Y: Hàm lượng nước liên kết (g/lá)

X: Hàm lượng nước tổng số (g/lá)

30 + Quy đổi ra % hàm lượng nước liên kết trong lá theo công thức sau:

- Cách lấy mẫu: Cân 0,25g hạt đã nảy mầm (không lấy phần vỏ hạt) và 0,5g

đối với lá cây (lấy lá tầng thứ 3 từ trên xuống) cho mỗi giống

- Cách tiến hành:

+ Lấy mỗi mẫu 0,25g đối với hạt mầm và 0,5g đối với lá cây, nghiền kỹ với 5 ml dung dịch axit sunfosalixylic 3%, thêm 5 ml sunfosalixylic trộn đều, tráng cối chày sứ bằng 5 ml sunfosalixylic nữa và trộn đều toàn bộ hỗn hợp

Li tâm 6000 vòng/phút trong thời gian 3 phút, thu lấy dịch trong (V)

+ Lấy 2 ml dịch chiết (V1) cho vào bình (hoặc ống nghiệm) thêm 2 ml

axit axetic và 2 ml dung dịch ninhydrin - axit (dung dịch này gồm 30 ml axit

axetic + 1,25g ninhydrin) đậy kín và ủ trong nước nóng 100o

C trong vòng 1 giờ Sau đó ủ trong khay đá trong vòng 5 phút và bổ sung thêm vào bình phản ứng 4 ml toluen, lắc đều, lấy dịch màu ở phía trên đem đi đo mật độ quang

học ở bước sóng 520 nm trên máy quang phổ

+ Hàm lượng axit amin được tính theo công thức sau :

Y = 1,4083X + 0,014 Công thức xây dựng từ việc lập đường chuẩn prolin, hệ số tương quan

R2 = 0,9991

Trong đó:

Y: Là hàm lượng prolin được tính bằng μg/l

X: Giá trị mật độ quang học đo được ở bước sóng 520 nm