VAI TRÒ của rễ rào cản CON ĐƯỜNG vận CHUYỂN APOPLASTIC TRONG KHẢ NĂNG CHỊU mặn của lúa (oryza sativa l )

VAI TRÒ của rễ rào cản CON ĐƯỜNG vận CHUYỂN APOPLASTIC TRONG KHẢ NĂNG CHỊU mặn của lúa (oryza sativa l ) VAI TRÒ của rễ rào cản CON ĐƯỜNG vận CHUYỂN APOPLASTIC TRONG KHẢ NĂNG CHỊU mặn của lúa (oryza sativa l ) VAI TRÒ của rễ rào cản CON ĐƯỜNG vận CHUYỂN APOPLASTIC TRONG KHẢ NĂNG CHỊU mặn của lúa (oryza sativa l ) VAI TRÒ của rễ rào cản CON ĐƯỜNG vận CHUYỂN APOPLASTIC TRONG KHẢ NĂNG CHỊU mặn của lúa (oryza sativa l ) VAI TRÒ của rễ rào cản CON ĐƯỜNG vận CHUYỂN APOPLASTIC TRONG KHẢ NĂNG CHỊU mặn của lúa (oryza sativa l )

VAI TRÒ CỦA RỄ RÀO CẢN CON ĐƯỜNG VẬN CHUYỂN APOPLASTIC

TRONG KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA LÚA (Oryza sativa L.)

Pannaga Krishnamurthy · Kosala Ranathunge ·

Rochus Franke · H S Prakash · Lukas Schreiber ·

M K Mathew

Tóm tắt

Việc độ mặn của đất gia tăng đã làm giảm năng suất cây trồng đặc biệt là đối với cây lúa Chúng tôi đã xem xét mối tương quan giữa sự hình thành rào cản Apopslatic trong

rễ, sự hấp thụ Na+ vào chồi và sự sống của 3 giống lúa nhạy cảm với điều kiện mặn là:

- Giồng chuẩn kháng: Pokkali

- Giống chịu mặn trung bình: Jaya

- Giống chuẩn nhiễm: IR 20

Cây lúa sinh trưởng trong nước hoặc trong đất khoảng 1 tháng đều phải chịu từ nhẹ đến nặng điều kiện Stress mặn Rào cản Apoplastic được xác định bằng kính hiển vi huỳnh quang, bằng phương pháp sắc ký khí và bằng phép phổ khối lượng Ion Na+ được tính bằng trắc quang trên ngọn lửa Sự Suberin hóa của các rào cản Apoplastic trong rễ của Pokkali là lớn nhất trong 3 giống lúa trong khi ion Na+ tích lũy trong chồi là ít nhất. Sự stress mặn đã tăng cường cho việc hình thành các rào cản ở cả 2 giống chuẩn nhiễm và giống kháng, làm tăng cường mã hóa enzyme mRNA sinh tổng hợp suberin cũng được phát hiện trong 30 phút stress mặn Các rào cản cũng đã được hình thành ở giống chịu mặn trung bình sau vài ngày Nhìn chung, sự gia tăng bán kính các rào cản apoplastic tương quan với sự giảm hấp thu ion Na+ và biểu hiện rõ hơn khi thử thách với độ mặn cao

Abbreviations

FW Fresh weight

DW Dry weight

OPR Outer part of the root

CB Casparian band

SL Suberin lamellae

Giới thiệu

Đất mặn là một trong những yếu tố môi trường căng thẳng nhất ảnh hưởng đến năng suất cây trồng trên toàn thế giới (Rhodales and Lovedy 1990) Lúa là loại cây trồng quan trọng mà tiềm năng năng suất rất nhạy cảm với độ mặn (Ponnamperuma 1984;Khatun et

al 1995; Munns and Tester 2008) mặc dù sinh trưởng sinh dưỡng của một số giống hiện

có đã đề kháng cao với stress mặn (Yeo and Flowers 1983; Munns 2002) Các tế bào nuôi cấy của giống kháng mặn (Pokkali) cho thấy chúng tồn tại/sống được trong môi trường nuôi cấy (có muối) khi nồng độ Na+ trong tế bào chất thấp do sự giảm tính thấm của màng tế bào và tích lũy Na+ trong không bào (Kader and Lindberg 2005; Anil et al 2007a) Trong các loài thực vật thông thường , lượng Na+ đi vào chồi được điều khiển theo phương thức phụ thuộc nồng độ Ca2+ (Anil et al 2005) Trong chồi , việc duy trì một lượng thấp Na+ ngoại bào là yếu tố quyết định cho sự sống (Oertli 1968; Flowers et al 1991; Anil et al 2005) Cây trồng duy trì mức độ thấp nồng độ Na+ trong tế bào chất bằng cách cô lập ion Na+ vào trong nội bào ( không bào) (Ohta et al 2002; Fukuda et al 2004; Yamaguchi and Blumwald 2005; Anil et al 2007a) và khoang ngoại bào (Anil et

al 2005) từ trong tế bào chất Ở hầu hết các loại cây trồng, quá trình vận chuyển Na+ từ

rễ vào mô gỗ theo con đường đi từ tế bào đến tế bào (con đường tế bào chất) liên quan

đến sự vận chuyển vào mô gỗ (Taiz and Zeiger 1998; Munns 2002) Tuy nhiên, trong lúa

quá trình vận chuyển đó đã tìm thấy một dòng chảy to lớn khác ở ngoại bào (con đường Apoplast hay gian bào) để vận chuyển Na+ vào trung trụ (Yeo et al 1987; Yadav et al 1996; Garcia et al 1997; Gong et al 2006) dòng chảy đó được điều chỉnh bởi nồng độ

Ca2+ ở mức độ khác nhau của các giống lúa khác nhau (Anil et al 2005) Tuy nhiên, những tài liệu hỗ trợ cho kết luận này đều được lấy từ những nghiên cứu về cây trồng thủy canh

Cây trồng đã phát triển những cơ chế và khả năng khác nhau để chịu được những áp lực của môi trường Tuy nhiên cả hai sự thích nghi về giải phẩu và sinh lí đều trong điều kiện bất lợi Hệ thống rễ đặc biệt bị ảnh hưởng bởi stress phi sinh học vì nó tiếp xúc trực tiếp với môi trường đất Vì vậy, nhiệm vụ đặc biệt của rễ là dựa vào đai Casparian và chất nền suberin hiện diện trong rễ nội và ngoại bì để hạn chế ảnh hưởng (Perumulla and Peterson 1986; Enstone et al 2003; Ma and Peterson 2003) Đai casparian được đặt nghiên về hai bên vách lồi tế bào, vách sơ cấp được tẩm chất với lignin và suberin (Schreiber et al 1999) Chất nền suberin hình thành trên mặt trong của vách tế bào sơ cấp cũng như vách tế nào thứ cấp Chức năng chính của đai Casparian là ngăn chặn những dòng vật chất không chọn lọc vượt qua từ con đường apoplastic mang theo nước

và ion khoáng vào bên trong trung trụ (Ma and Peterson 2003) Chất nền suberin hình thành từ thành tế bào sơ cấp làm cản trở sự di chuyển của nước và ion khoáng qua màng sinh chất vào trong trung trụ (Steudle and Peterson 1998) Điều đó chứng tỏ rằng đai casparian không phải hoàn toàn không thấm nước và ion khoáng (Ranathunge et al 2005) Không có nhiều nghiên cứu thực hiện để hiểu rõ sự hình thành và chức năng rào cản của con đường vận chuyển apoplastic để đáp ứng với khủng hoảng mặn trong cây lúa

Những nỗ lực đã được thực hiện nhằm hiểu rõ hơn về cấu trúc và thành phần hóa học của thành tế bào chuyên biệt trong các loài cây trồng khác (Zeier and Schreiber 1997, 1998; Schreiber et al 1999) Trong một nghiên cứu so sánh lúa với bắp, tác giả đã chỉ ra rằng những giống lúa hiện có thấm nước qua con đường apoplastic thấp hơn ở rễ bắp nhưng có sự tương quan về số lượng lớn đa nếp gấp suberin của lúa với bắp (Schreiber et

al 2005b) Chỉ có một vài nỗ lực đã được thực hiện để hiểu làm thế nào các thành phần hóa học của rào cản con đường apoplastic thay đổi để đáp ứng với áp lực của môi trường Người ta thấy rằng cây đậu thầu dầu (Ricinus communis L.) tăng cường các rào cản vận chuyển apoplastic của chúng trong rễ để đáp ứng với stress NaCl (Schreiber 2005a et al.), Trong khi sự phát triển của các đai Casparian đã được nhận ra để đáp ứng với độ mặn trong bắp và bông (Reinhardt và Rose 1995; Kawahara et al 2004) Điều đó cũng đã được chứng minh rằng các rào cản để mất oxy và Fe2+ hấp thu làm rễ tăng tiếp xúc với acid hữu cơ và sulphide (Armstrong and Armstrong 2001, 2005) Không có nhiều những hiểu biết về phản ứng của rào cản apoplastic với những áp lực khác nhau trong lúa Kể từ khi dòng chảy được biết là con đường chính vận chuyển Na+ đến chồi (Yeo et al 1987; Anil et al 2005; Gong et al 2006) đặc tính của các apoplastic hình thành rào cản trong rễ

bổ sung thêm một giả định quan trọng Khi sinh trưởng trong đất, hầu hết cây trồng đều phát triển đai Casparian đóng vai trò quan trọng trong điều tiết sự hấp thu nước và ion khoáng (Perumulla et al 1990;Damus et al 1997; Enstone and Peterson 1998) nhưng đặc tính hóa học và một nghiên cứu chi tiết so sánh cây trồng thủy canh và cây trồng trong đất đã cho thấy điều này không hoàn toàn đúng

Suberin là một bio-polymer gồm một chất béo và một vòng thơm (Kolattukudy 1984) với hợp chất béo góp phần lớn vào đặc tính cản trở của nó (Schreiber et al 1999) Các enzym tham gia vào quá trình sinh tổng hợp suberin gồm elongases, hydroxylases và peroxidases (Bernards et al 2004; Franke et al 2005; Hofer et al 2008) Tuy nhiên, những biểu hiện và sự sắp xếp của chúng trong điều kiện căng thẳng đã không được mô

tả rộng rãi

Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu các rào cản kỵ nước trong ba giống thuộc nhóm indica là: Pokkali, sinh trưởng ở khu vực ven biển; Jaya, giống được nghiên cứu chống chịu tốt với điều kiện mặn và IR 20 giống mẫn cảm với điều kiện mặn Sự khác biệt cụ thể giữa các giống trong việc hình thành rào cản và thành phần, tương quan với tổng số chồi có Na+ được quan sát Khi tiếp xúc với stress mặn, gen tổng hợp nhanh chóng hình thành, qui định rào cản apoplastic phát triển trong nội và ngoại bì khoảng vài ngày

Phương tiện và phương pháp.

PHƯƠNG TIỆN

Cây trồng và quá trình tăng trưởng.

Hạt của nhóm giống Indica (Oryza sativa L cv Pokkali, Jaya and IR20) thu được từ trạm nghiên cứu khu vực, V.C Farm (Mandya, Karnataka, Ấn Độ) đã nảy mầm trong bóng tối trong 3-4 ngày trên khăn giấy ướt ở 27°C Đối với lúa trồng thủy canh, cây giống được chuyển đến container 10-l với dung dịch dinh dưỡng theo công thức Hoagland (Epstein 1972) Cây con tăng trưởng trong một tháng (sau nảy mầm) với hệ thống sục khí liên tục

ở 250C chiếu sáng ở 400–500 µmol m-2s-1 sử dụng ánh sáng huỳnh quang (Philips, Kolkotta, India) trong một chu kì 12h ngày và đêm Dung dịch dinh dưỡng được thay hàng tuần Đối với lúa trồng trong đất, các hạt giống đã nảy mầm được lựa chọn và gieo trong cốc (250 ml) chứa đất (đá ong đỏ / Alfisols) và một lớp cát trơ Phía đáy chậu có đục lỗ để rễ dễ dàng xuyên qua cát và đi vào dung dịch dinh dưỡng Trước đó cây con được trồng trong đất cát khoảng 2-3 tuần và tưới theo công thức dinh dưỡng Hoagland 4 lần/tuần Sau đó, cốc chứa cây trồng được gỡ bỏ cẩn thận những lớp cát và đặt trên khay cũng tưới bằng dung dịch Hoagland khoảng 3-4 ngày trước khi áp dụng stress Rễ cây ló

ra khỏi cốc và ngập hết trong dung dịch dinh dưỡng khi tiến hành stress Pokkali là giống

cao cây nhưng cho năng suất thấp trong khi Jaya và IR20 là giống bán lùn và cho năng suất cao Chiều dài rễ của các giống Pokkali, Jaya và IR20 lần lượt là 19, 16 và 13 cm

Giao thức stress mặn.

Cây trồng trong dung dịch dinh dưỡng Hoagland được 1 tháng với giá thể đã được stress mặn bằng 1 trong 2 cách sau: 200 mM NaCl trong môi trường có chứa nồng độ Ca2+ thứ

tự (0; 0,03; 0,04; 0,4 và 4 mM) khoảng 2 ngày hoặc với 50 và 100 mM NaCl trong môi trường chứa 4 mM Ca2+ khoảng 1 tuần Nồng độ Ca2+ được xác định dựa vào số lượng CaCl2 thêm vào môi trường ở pH=5.8 Ước tính tổng trung bình Ca2+ thiếu trong ngoại sinh bào cộng với CaCl2 đều dưới 2 mM Kèm theo 2 ngày hoặc 1 tuần stress mặn, số cây còn giữ lại hơn 1/3 diện tích lá mở, không quăn lại được sử dụng để ước tính tỷ lệ sống sót trong các giống lúa

Cây trồng tiếp xúc với stress mặn được thu hoạch và rửa kỹ với nước cất để loại

bỏ bề mặt ô nhiễm Na+ Các chồi được tách ra từ rễ và để khô ở 50 ° C trong 3-4 ngày Các mô khô đã được nghiền thành bột trong nitơ lỏng Bột này được thủy phân bằng cách

bỏ nó trong 5 ml axit nitric đậm đặc qua 1 đêm Trộn thêm 5 ml hỗn hợp diaxit nitrat và perchlorate theo tỉ lệ 10: 4 (v / v) để thủy phân hoàn toàn khoảng 2 giờ trên bồn cát Dung dịch thủy phân được lên thể tích đến 25ml bằng nước cất Các cấp Na+ trong mẫu acid thủy phân đại diện cho tổng Na+ trong mô rễ và được tính bằng cách sử dụng một quang

kế hơ trên ngọn lửa

Dung dịch Apoplasic được giải phóng từ các đoạn chồi bằng cách sử dụng phương pháp mô tả (Anil et al 2005) với những thay đổi nhỏ Các chồi tươi được thu hoạch và cắt ngang vào trong khoảng 1cm và lắc nhẹ khoảng 1 giờ trong 50ml nước cất Na+ cân bằng trong dung dịch apoplastic được đo bằng quang kế hơ trên một ngọn lửa Chúng tôi

đã trình bày trước đó bằng cách sử dụng acid pyrene trisulphonic (PTS) như một vạch chỉ thị Apoplastic, acid này phục hồi gần như tất cả các Na+ ít ô nhiễm từ các khoang khác (Hình 3, Anil et al 2005)

Giải phẫu rễ và kính hiển vi

Lấy ngẫu nhiên rễ lúa được trồng thủy canh trong điều kiện stress mặn có kiểm soát sau đó cắt ngang thành từng lát thật nhỏ Cắt ngang từ chóp rễ vào với các khoảng cách 10, 20, 30, 50, 100 and 200 mm Sau đó đem quan sát dưới kính hiển vi Axioplan (Zeiss, Oberkochen, Germany) với ánh sáng thường Để quan sát được các đai Casparian, đem những phần cắt nhuộm màu với 0.1% berberine hemisulfate khoảng 1 giờ và thêm 1 giờ nữa với 0.5% (w/v) aniline blue (Brundrett et al 1988) Phần đã được nhuộm màu đem quan sát dưới kính hiển vi huỳnh quang sử dụng ánh sáng xanh (filters: excitation 450–490 nm, dichroic mirror 510 nm, emission LP 520; Zeiss) Để quan sát được các lá suberin đem những lát cắt nhuộm màu với Fluorol Yellow 088 (Brundrette et al 1991) cũng quan sát dưới kính hiển vi nhưng bằng ánh sáng tia cực tím (excitation Wlter BP

365, dichroic mirror FT 395, emission LP 397; Zeiss)

Phân tích hóa học của suberin rễ.

Sự cách ly thành tế bào, phản ứng ester hóa và sự đồng nhất những monome suberin 1 tháng tuổi của rễ lúa sinh trưởng trong đất và thủy canh được đem ra mô tả như trước đây (Zeier and Schreiber 1997; Schreiber et al 2005b) Suberin hóa nội bì ( nội bì cùng với trụ giữa) và phần ngoài của rễ (OPR; 4 lớp tế bào trong dãy: miền lông hút, ngoại bì, cương mô và 1 lớp tế bào thể vỏ chưa biến đổi) từ cả 2 vùng I và II được phân lập dưới kính hiển vi sử dụng kẹp sau khi xử lí enzym rễ với 1% (v/v) cellulase (Celluclast, Novo Nordisk, Denmark) và 1% (v/v) pectinase (Trenolin, Erbslöh, Germany) Phản ứng ester hóa của thành tế bào, giải phóng monome suberin được thực hiện theo như Kolattukudy and Agarwal (1974) Phép phân tích sắc ký khí và phép đo phổ khối lượng của các dẫn xuất thoái hóa được thực hiện chi tiết như mô tả của Zeier and Schreiber (1997, 1998) Kết quả phân tích suberin được thể hiện trên cơ sở tổng trọng lượng khô của các gốc phân lập sử dụng cho sự khử polyme

Phân tích RT-PCR bán định lượng.

Tổng số RNA đã được phân lập từ lá, thân và rễ (đỉnh, giữa và đáy) của lúa trồng thủy canh, giống Pokkali 1 tháng tuổi sinh trưởng trong điều kiện có sự kiểm soát và stress mặn ở rễ vào các thời điểm khác nhau (từ 0 đến 8 giờ) với 200 mM NaCl sử dụng TRI-reagent (Sigma–Aldrich, St Louis, MO, USA) theo hướng dẫn của nhà sản xuất Kỹ thuật RT-PCR được tiến hành bằng cách cho 1 gam RNA vào 100 đơn vị virus gây bệnh sao chép ngược bạch cầu ở chuột Molony (Invitrogen) theo hướng dẫn của nhà sản xuất The cDNA thus obtained was subjected to a 25-cycle PCR reaction with the following conditions: 3 min at 94°C followed by 25 cycles of 60 s at 94°C, 60 s at 55°C and 80 s at 70°C, and finally 5 min at 70°C The constitutively expressed Actin was used as a control The primer sequences and predicted amplicon sizes were 5’ -CGCCTCACCTTCGATAACAT-3’ (forward) and

5’-CACTCGCAGTCCATTCTTCA-3’ (reverse) for Os01g63540 (CYP86A9 Os) (960 bp), 5’-T

CGTAATCTTCTCCGCCATC-3’ (forward) and 5’-GATGTAGGCGAGC TCGTACC-3’ (reverse) for Os03g12030 (CER6) (821 bp), and 5’-CCTCTTCCAGC CTTCCTTC

AT-3’ (forward) and 5’-ACGGCGATAACAGCTCC TCTT-3’ (reverse) for Actin-1 (Os03g50890) (400 bp)

Phân tích thống kê.

Dữ liệu được phân bố bình thường và đã được trình bày trong các bẳng số liệu như các giá trị trung bình ± SE Sự khác biệt có ý nghĩa ở mức P <0,01 và P <0,05 giữa ba giống với số lượng suberin ước tính bằng cách student’s t test

Kết quả

Chúng tôi sử dụng 2 phương thức stress mặn là ở nồng độ 200 mM NaCl và 50 hoặc 100 mM NaCl Trong trường hợp trước đây, chúng tôi cũng đã thay đổi các nồng độ

Ca 2+ trong môi trường Ở nồng độ 200 mM NaCl, giống mẫn cảm IR20 không thể duy trì

được trong hơn 2 ngày Nồng độ 100 mM NaCl là hợp lý, và chúng tôi đã thử nghiệm trong 1 tuần Hình (1a) cho thấy sự hấp thu Na + vào chồi của cả ba giống được stress mặn trong 2 ngày với nồng độ 200 mM NaCl và 4 mM Ca2+ Mức độ hấp thu lớn nhất là IR20 và ít nhất là Pokkali, Jaya ở mức độ vừa phải Đáng ngạc nhiên là cây trồng thủy canh hấp thụ Na+ nhiều hơn cây trồng trong đất ở cả 3 giống Sự sống thì ngược lại, Pokkali có tỉ lệ sống cao nhất và IR20 có tỉ lệ sống thấp nhất Một lần nữa cho thấy, lúa trồng trong đất sinh trưởng tốt hơn so với các giống lúa tương ứng trồng trong môi trường thủy canh

Trong một nghiên cứu trước đây liên quan đến Pokkali và Jaya, chúng tôi đã ghi nhận Ca2+ thay đổi phụ thuộc vào sự hấp thu Na+ và sự sống của cây trồng Trong nghiên cứu này (hình 1b) chứng minh rằng sự hấp thu Na+ giảm tương ứng với sự gia tăng Ca2+ trong cả ba giống trong khoảng milimol Đường biểu diễn với những điểm nút đã được rút ra thông qua các dữ liệu cho IR20 và Pokkali Có thể ghi nhận rằng, ở bất kỳ nồng độ

Ca 2+ nào thì sự hấp thu Na + đều theo trình tự IR20> Jaya> Pokkali và lúa trồng thủy canh hấp thu Na+ nhiều hơn so với trồng trong đất Lượng Na+ trong Pokkali giảm lên tới

~3 lần: từ 10-20 mg (g-1DW) còn 3-7 mg (g-1DW) ở cả lúa trồng trong đất lẫn trong thủy canh, tương ứng với tăng calcium Trong khi giống IR 20 giảm từ 23-30mg (g-1DW) còn 14-23mg (g-1DW) ở cả lúa trồng trong đất lẫn trong thủy canh Tương tự lượng Na+ trong chồi cũng giảm ở giống Jaya

Chúng tôi đã nghiên cứu những hạn chế, xử lí stress kéo dài ở nồng độ 50 và 100

mM NaCl với 2 giống Pokkali và IR20 Hình (1c) cho thấy sự thay đổi Na+ hấp thu trong hai giống IR20 tích lũy nhiều Na+ trong chồi hơn so với Pokkali cả ở hai nồng độ 50 và

100 mM NaCl Một lần nữa, cây lúa trồng thủy canh hấp thu Na+ nhiều hơn so với lúa trồng trong đất Ngược lại, sự sống của Pokkali là tốt hơn đáng kể so với IR20 cả trong đất lẫn trong thủy canh mặc dù trong thủy canh chúng sinh trưởng kém hơn so với trong đất (Hình 1d)

Chúng tôi nhận thấy rằng, tỷ lệ sống sót tương quan nghịch với Na+ apoplastic Hình (2a) mở rộng phân tích này với một số bổ sung, IR20; lúa trồng trong đất; và xử lí mặn khoảng 1 tuần Không phân biệt giống, môi trường phát triển hoặc xử lí mặn, hình (2a) cho thấy mối tương quan giữa sức sống với sự giảm hàm lượng Na+ apoplastic Các

dữ liệu kết hợp cũng phù hợp với lượng đáp ứng với 50% sức sống ở 2.08 ±0.067 mg Na+ (g-1 FW)

Hình (2b) cho thấy rằng giống IR20 chịu stress mặn 1 tuần ở nồng độ 100 mM NaCl tiết ra nhiều tinh thể muối trên bề mặt mép lá, phiến lá (hình 2b, B) và tai lá (hình 2b, E) Nhưng hiếm thấy ở giống Pokkali (Hình 2b, D) và có ít ở giống Jaya (Hình 2b, C)

Hình 1: Sự khác biệt về Na+ hấp thu và sức sống của 3 giống lúa khác nhau Tỉ lệ sống của các giống lúa 1 tháng tuổi trồng trong điều kiện mặn dưới điều kiện trồng trong đất và trong thủy canh Lúa trồng trong điều kiện mặn được rửa sạch, sấy khô và dùng acid thủy phân để tính nồng độ Na+ bằng phương pháp trắc quang trên ngọn lửa

1.a) Sự thay đổi trong sự hấp thu Na+ vào chồi và sức sống của lúa trồng trong đất

và thủy canh stress mặn ở nồng độ 200 mM NaCl và 4 mM Ca2+ khoảng 2 ngày

1.b) Hàm lượng Na+ trong chồi tương ứng với sự gia tăng hàm lượng Ca2+ của lúa trồng trong đất và thủy canh Lúa được stress mặn với 200 mM NaCl khoảng 2 ngày

1.c,d) Sự hấp thụ Na+ vào chồi (hình c) và sức sống (hình d) của lúa trồng trong đất và trong thủy canh stress mặn ở nồng độ 50 và 100 mM NaCl và 4 mM Ca2+ khoảng 1 tuần Giống đối chứng 100% sống sót, số liệu được đại diện bằng các giá trị trung bình

± SE , n=6 là đường biểu diễn di qua các điểm trong hình 1.b

Fig 2 a) Sự khác biệt về sức sống của cả 3 giống lúa dưới điều kiện thí nghiệm

trong nghiên cứu về mối tương quan giữa Na+ và Apoplast trong chồi Các dữ liệu kết hợp cũng phù hợp với lượng đáp ứng với 50% sức sống ở 2.08 ±0.067 mg Na+ (g-1 FW) (đường biểu diễn) Mỗi điểm đại diện bằng các giá trị trung bình ± SE của 6 thí nghiệm độc lập

b) tinh thể muối trên bẹ lá, phiến lá và tai lá của lúa trồng thủy canh stress mặn với

100 mM NaCl khoảng 1 tuần (A) Control IR20, (B) Stress IR20 cho thấy tinh thể muối trên bẹ lá và phiến lá, (E) Stress IR20 cho thấy tinh thể muối trên tai lá, (C) Stress Jaya, (D) Stress Pokkali

Giải phẫu rễ: sự phát triển của các bọng khí, đai Casparian và lá suberin

Không có nhiều những thay đổi quan trọng về hình thái và giải phẫu ở các giống lúa được stress mặn 2 ngày với nồng độ (200 mM NaCl) Tuy nhiên, ở nồng độ 100 mM NaCl stress mặn trong 1 tuần lại gây ra những thay đổi đáng kể ở cả hình thái rễ lẫn sự phát triển của rào cản kỵ nước Chúng tôi trình bày dữ liệu cho 2 giống Pokkali và IR 20 trồng thủy canh trong điều kiện có stress mặn với nồng độ 100 mM NaCl và không stress mặn trong 1 tuần

Chóp rễ được quan sát dưới vùng sáng ở những khoảng cách cắt nhất định Ở giống đối chứng, sự biến thể của vỏ và sự hình thành bọng khí bắt đầu ở khoảng cách 30mm đối với giống Pokkali (hình.3a, 1) và 50 mm với giống IR 20 (hình.3a, 5) Bọng khí phát triển hoàn toàn ở khoảng 100mm tính từ chóp rễ ở giống Pokkali (hình.3a, 3) Trong khi đó cũng ở khoảng cách 100mm tính từ chóp rễ phần vỏ vẫn còn nguyên ( bọng khí chưa hình thành) ở giống IR20 (hình.3a, 6) Sau 1 tuần stress mặn ở nồng độ 100 mM NaCl bọng khí được nhìn thấy ở khoảng cách gần hơn ở cả hai giống Số rễ phụ cũng tăng ở cả 2 giống

Berberine-aniline blue được sử dụng để nhuộm màu đai Casparian (CBs) trong nội

và ngoại bì Đối chứng của cả 2 giống đều không có đai Casparian nội bì tính từ khoảng cách 20mm cách chóp rễ (Hình.3b, 1, 3) nhưng lại xuất hiện ở điểm 30 mm cách chóp rễ (Hình.3b, 5, 7) Như đã nhìn thấy bằng huỳnh quang xanh lá, có 1 điểm giống như đai Casparian được nhìn thấy trong thành nội bì của giống Pokkali nó liên tục ở khoảng cách

30 mm (Hình.3b, 5) Trong khi ở IR 20 rất ít tế bào phát triển đai này (Hình.3b, 7) Trong

cả 2 giống, đai Casparian đều phát triển tốt ở khoảng cách ngoài 50mm cách chóp rễ Ngược lại với đối chứng, lúa đã stress mặn hình thành và phát triên tốt 1 dãy đai Casparian nội bì ở khoảng cách 20mm cách chóp rễ của cả 2 giống Pokkali và IR 20 (Hình.3b, 2, 4) Ở khoảng cách 30mm CBs đã nổi bật hơn và vùng nội bì II đã được nhìn thấy rõ ràng hơn trong đó một số tế bào đã phát triển những lá suberin (Hình.3b, 6, 8)

Sự phát triển của CBs ngoại bì tương tự như trong nội bì Ở giống đối chứng, không tìm thấy CBs nào khoảng 10 (Fig 3c, 1, 3) hoặc 20mm cách chóp rễ (Fig 3c, 5, 7) Ở khoảng cách 30mm huỳnh quang xanh lá xuyên qua thành tế bào cho thấy sự phát triển sớm CBs của giống Pokkali (Fig 3c, 9) trong khi đó không có đai nào được tìm thấy

ở giống IR 20 (Fig 3c, 11) Sau khi tiến hành stress mặn, CBs ngoại bì phát triển gần chóp rễ hơn ở cả 2 giống và hoàn thiện hơn so với giống đối chứng Sự khác biệt nổi bật giữa các giống, với Pokkal đai CBs được xác định phát triển gần hết chiều dài của vách nội bì ở khoảng 10 mm cách chóp rễ (Fig 3c, 2), trong khi giống IR20 CBs rất nhỏ hầu như không thể nhìn thấy (Fig 3c, 4) Toàn bộ CBs ngoại bì được nhìn thấy ở cả 2 giống ở khoảng cách 20 và 30 mm cách chóp rễ (Fig 3c, 6, 8, 10, 12) Tuy nhiên, cường độ phát quang CBs của Pokkali lớn hơn nhiều so với IR 20 (Fig 3c, 6, 10, 8, 12)

Fig 3: Sự phát triển của các bọng khí và đai Casparian trong rễ lúa

3,a) Sự phát triển của bọng khí (1–6) Mặt cắt ngang của rễ lúa 1 tháng tuổi trồng

trong thủy canh Ảnh của lát cắt ở khoảng cách 30 mm (1, 4) 50 mm (2, 5) và 100 mm (3, 6) cách chóp rễ của giống Pokkali và IR 20 đối chứng.

3,b) Đai Casparian trong nội bì (1–8) mặt cắt ngang được nhuộm với berberine

aniline blue và được quan sát dưới quang phổ xanh Đầu mũi tên chỉ đai Casparian nội bì Đối chứng (1, 5) stressed Pokkali (2, 6) ở khoảng cách 20 mm và 30 mm Đối chứng (3, 7) và stressed IR20 (4, 8) 20 mm và 30 mm

3,c) Đai Casparian trong nội bì (1–12) được nhuộm màu bằng berberine aniline

blue Mặt cắt ở khoảng cách 10 mm (1, 2), 20 mm (5, 6) và 30 mm (9, 10) của đối chứng

và stressed Pokkali Mặt cắt ở khoảng cách 10 mm (3, 4), 20 mm (7, 8), và 30 mm (11,12) cách chóp rễ của đối chứng và stressed IR20 Đầu mũi tên chỉ đai Casparian nội

bì Những con số chỉ khoảng cách cách chóp rễ ae aerenchyma, co cortical cells, rh rhizodermis Bars 100 μm (b), 50 μm (c).