Luận văn sư phạm Ảnh hưởng của điều kiện thiếu nước tới một số chỉ tiêu sinh lý, sinh hoá và năng suất của giống đậu đen VN 84

Dưới điều kiện thiếu nước cơ thể thực vật diễn ra các phản ứng sinh lý, sinh hóa nhằm giúp cơ thể thực vật chống chịu được với các điều kiện đó, như: tích lũy axit abxixic để điều chỉnh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học NGƯT.PGS.TS Nguyễn Văn Mã và thầy La Việt Hồng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong khoa sinh- KTNN, Trung tâm Hỗ trợ Nghiên cứu Khoa học và Chuyển giao Công nghệ, các Phòng Ban, trường ĐHSPHN2 đã tạo điều kiện cho em trong thời gian nghiên cứu

Trong quá trình thực hiện do thời gian có hạn và bước đầu làm quen với những phương pháp nghiên cứu khoa học nên không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn sinh viên

Em xin chân thành cảm ơn !

Xuân Hòa, ngày 09 tháng 05 năm 2010

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Lệ Thủy

LỜI CAM ĐOAN

Tôi khẳng định kết quả nghiên cứu trong khóa luận tốt nghiệp này

- Là kết quả của tôi được thực hiện tại trường ĐHSP Hà Nội 2

- Hoàn toàn không trùng lặp hoặc sao chép kết quả của người khác

Xuân Hòa, ngày 09 tháng 05 năm 2010

7 Hình 7: Biểu đồ hàm lượng diệp lục tổng số 33

8 Hình 8: Biểu đồ hàm lượng diệp lục liên kết 34

9 Hình 9: Biểu đồ hàm lượng axit amin prolin ở lá 37

10 Hình 10: Biểu đồ hàm lượng axit amin ở rễ 37

12 Hình 12: Biểu đồ hàm lượng protein trong hạt khô 40

13 Hình 13: Biểu đồ năng suất của giống VN 84 42

MỤC LỤC

Trang 1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2

2.1 Mục tiêu nghiên cứu 2

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Giới thiệu về cây đậu đen 4

1.2 Vai trò của nước đối với thực vật nói chung và đậu đen nói riêng 6

1.1.1 Vai trò của nước đối với thực vật 6

1.1.2 Vai trò của nước đối với cây đậu đen 9

1.3 Phản ứng chịu hạn ở thực vật 10

1.4 Tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn ở cây họ Đậu nói chung

và cây đậu đen nói riêng 11

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13

2.1 Đối tượng nghiên cứu 13

2.2 Phương pháp nghiên cứu 13

2.2.1 Bố trí thí nghiệm 13

2.2.2 Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu 14

2.2.3 Phương pháp xử lý thống kê các kết quả thực nghiệm 21

CHƯƠNG 3: ẢNH HƯỞNG CỦA SỰ THIẾU NƯỚC TỚI CÁC CHỈ TIÊU SINH LÝ, SINH HÓA, VÀ NĂNG SUẤT 23

3.1 Một số chỉ tiêu trao đổi nước 23

3.1.1 Cường độ thoát hơi nước 23

3.1.2 Khả năng giữ nước 24

3.1.3 Khả năng hút nước 26

3.1.4 Độ hụt nước “còn lại” 27

3.2 Khả năng tạo nốt sần 28

3.3 Hàm lượng diệp lục 31

3.4 Hàm lượng axit amin prolin 34

3.5 Hàm lượng vitamin C 38

3.6 Hoạt độ enzim catalaza 38

3.7 Hàm lượng protein trong hạt khô 39

3.8 Một số chỉ tiêu về năng suất 41

Kết luận 43

Tài liệu tham khảo 44

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cây đậu đen (Vigna cylindrica skeels) là loại cây lương thực thuộc họ Đậu (Fabaceae) có giá trị kinh tế cao Theo Desomay, hàm lượng các chất trong hạt đậu đen khá cao như protein: 21,93%, gluxit 3,28%, lipit 1,52% các chất khoáng 3,58%, dẫn xuất không phải là protein chiếm 53,25% [3] So với đậu xanh, hàm lượng protein của đậu đen cao hơn Hàm lượng các axit amin cần thiết của đậu đen xấp xỉ hoặc thấp hơn một chút so với đậu tương Nếu trộn protein đậu đen với protein một số loài đậu đỗ khác (đậu tương, đậu xanh, lạc) hoặc của các loại bột (gạo, mì…) ta sẽ được một loại bột dinh dưỡng có thành phần các axit amin cân đối, đầy đủ có giá trị dinh dưỡng cao

Thân và lá đậu đen có chứa nhiều đạm tới 0,28% tính theo khối lượng khô, có thể chế biến thành thức ăn gia súc hoặc làm phân xanh Đậu đen là cây họ Đậu nên sau một vụ có thể để lại cho đất một lượng đạm đáng kể Theo Hutman, lượng đạm đậu đen cố định được đến 30 – 60 kg N/ha

Đậu đen có nguồn gốc nhiệt đới và á nhiệt đới Theo V.I Vanvilop đậu đen được phát sinh từ trung tâm Ấn Độ và trung tâm Trung Á Đậu đen được trồng nhiều ở một số nước Châu Á (Ấn Độ, Pakistan, Myanma, Trung Quốc), Châu Phi (Madagascar, gana …) và một số nước Châu Mỹ

Ở Việt Nam diện tích trồng đậu đen còn phân tán nên năng suất sản lượng còn thấp Nhiều vùng đất gieo trồng đậu đen thường gặp hạn Ở nước

ta, do ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới nên hạn hán là một trong những thiên tai gây nhiều tổn thất cho nông nghiệp Đặc điểm khí hậu trong thời kỳ hạn hán

là không có mưa, độ ẩm tương đối của không khí rất thấp (dưới 60%) và nhiệt

độ tăng cao Có 2 hình thức hạn hán: Trong đất và trong không khí Hạn trong đất do đất thiếu nước hoặc do nồng độ muối quá cao tạo nên áp suất giữ nước lớn vượt quá giới hạn hút nước của bộ rễ nên rễ không hút được nước, hạn không khí do độ ẩm quá thấp hoặc do gió quá lớn gây nên hiện tượng mất nước nhanh cho cây (độ ẩm không khí nhỏ hơn 60% được coi là hạn không khí) Hạn hán có ảnh hưởng lớn tới năng suất, chất lượng sản phẩm của cây

Vì vậy, việc nghiên cứu khả năng chịu hạn để tìm kiếm những giống cây đậu đen thích hợp cho các vùng khô hạn là rất cần thiết

Dưới điều kiện thiếu nước cơ thể thực vật diễn ra các phản ứng sinh lý, sinh hóa nhằm giúp cơ thể thực vật chống chịu được với các điều kiện đó, như: tích lũy axit abxixic để điều chỉnh sự đóng mở lỗ khí, tăng hàm lượng diệp lục tổng số thuận lợi cho quang hợp, tăng huỳnh quang hữu hiệu, tăng cường tổng hợp các protein, các axit amin điều hòa áp suất thẩm thấu của thực vật điển hình là axit amin prolin, tăng cường tổng hợp các enzim, vitamin…

Hiện nay tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn là khá phổ biến: Nguyễn Văn Mã, Ngô Đức Dương, Nguyễn Huy Hoàng, Chu Hoàng Mậu, Nguyễn Thu Hiền đã đánh giá khả năng chịu hạn của một sống giống đậu tương [2], [4], [6], [12], Điêu Thị Mai Hoa, Nguyễn Văn Mã, Chu Hoàng Mậu và cộng sự đánh giá khá năng chịu hạn của một số giống đậu tương [5], [12] Nguyễn Văn Mã, Cao Bá Cường đánh giá sự quang hợp của một số giống lạc chịu hạn [9] Chu Hoàng Mậu, Phạm Thị Thu Nga nghiên cứu thành phần hóa sinh và sự đa dạng di truyền của một số giống lúa cạn [14], Trần Thị Phương Liên, Huỳnh Thị Thu Huệ, Nông Văn Hải, Lê Thị Muội đánh giá amilaza trong hạt của một số giống đậu tương chịu nóng và một số giống đậu tương chịu hạn [8]

Tuy nhiên, việc nghiên cứu khả năng chịu hạn của đậu đen còn chưa được chú ý Vì vậy chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “ Ảnh hưởng của

sự thiếu nước tới các chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa và năng suất của giống đậu đen VN 84”

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

2.1 Mục tiêu nghiên cứu

- Xác định được sự biến đổi của một số chỉ tiêu sinh lý trong điều kiện thiếu nước ở 3 giai đoạn: cây non, ra hoa, quả non

- Nghiên cứu ảnh hưởng của sự thiếu nước đến hàm lượng prolin, hàm lượng diệp lục, vitamin C, enzim catalaza, sự tạo ra nốt sần, hàm lượng protein trong hạt và chỉ tiêu về năng suất

2.2 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Xác định chỉ tiêu trao đổi nước

- Xác định khả năng tạo nốt sần

- Xác định hàm lượng diệp lục

- Xác định hàm lượng prolin

- Xác định hàm lượng vitamin C

- Xác định hoạt độ emin catalaza

- Xác định các chỉ tiêu về năng suất

3 Ý nghĩa lý luận và thực tiễn

Công trình nghiên cứu của tôi đã góp phần:

- Bổ sung nguồn tài liệu về việc nghiên cứu hàm lượng prolin, hoạt độ enzim catalaza, và một số chỉ tiêu khác trong điều kiện thiếu nước

- Xác định khả năng chống chịu với môi trường thiếu nước của giống đậu đen VN 84

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Giới thiệu về cây đậu đen

Đậu đen có nguồn gốc nhiệt đới và á nhiệt đới Theo V.I Vanvilop đậu đen được phát sinh từ trung tâm Ấn Độ và trung tâm Trung Á Đậu đen được trồng nhiều ở một số nước Châu Á (Ấn Độ, Pakistan, Myanma, Trung Quốc), Châu Phi (Madagascar, gana…) và một số nước Châu Mỹ

*Rễ

Trong những ngày mới gieo, rễ nhú ra và đâm thẳng xuống đất Khi hai

lá mầm đã xoè ra, trên rễ cái (dài 5-6cm) đã bắt đầu nảy sinh những rễ con

Rễ con phát triển rất nhanh về số lượng trong thời gian đầu Sau khi mọc khoảng 20 ngày, số lượng rễ đã lên tới 30-40 cái Sau đó rễ cái tiếp tục vươn dài ra và phát sinh thêm một số rễ nữa, rễ con dài nhất đạt 20-25cm và lớp rễ con này ăn ngang dưới mặt đất

Đậu đen cũng có những lớp rễ phát sinh từ cổ rễ, rễ này thường bắt đầu phát sinh, khi cây có 1-2 lá kép (sau khi mọc 5-10 ngày), kích thước và số lượng các lớp rễ ở cổ rễ tùy thuộc và độ xốp của đất và lớp đất vun vào cổ rễ

có đủ và kịp thời không

Nốt sần ở rễ đậu đen thường xuất hiện muộn hơn so với đậu xanh Nốt sần xuất hiện trước ở những rễ con gần cổ rễ, số lượng nốt sần ở rễ con thường nhiều hơn ở rễ cái và đạt tối đa vào thời kỳ hoa rộ

*Thân cành

Sau khi lá mầm nhú khỏi mặt đất và xòe ra, thân lúc này màu trắng và giòn, dễ gẫy Trong thời gian đầu, thân cây mọc chậm (13-15 ngày sau khi mọc) Khoảng 25-35 ngày sau khi mọc trở đi, thân phát triển khá nhanh cho đến lúc ra vòi, các đốt dài ra và nhỏ đi Khi cây đã ra hoa và hình thành quả,

sự phát triển của thân ngừng lại Cây đậu đen trung bình cao 20-25 cm và vòi

dài 40-50cm Thân đậu đen thường nhẵn, các đốt phía dưới không có cạnh rõ, các đốt ở phía trên thiết diện có 5 cạnh rõ ràng

Đậu đen phân cành từ các mắt dưới của thân Khi hai lá mầm xòe ra, mầm đã bắt đầu nhú Trong vụ hè, cây khỏe, các cành đầu tiên phát triển từ nách lá mầm Những cành này mọc khỏe, phát triển theo tốc độ của thân và sau cùng vươn thành vòi Những cành đầu tiên phát triển khá đều Sau khi cây sinh một lá mới, lại có khả năng phát sinh một cành Từ lá kép thứ 4-5 trở đi,

ở nách lá thường không nảy thêm cành nữa, ở đó sẽ phát triển thành chùm hoa

* Lá

Lá đậu đen trơn, không có lông tơ bao phủ Cuống lá dài 4-5 cm, có khi đến 15-20 cm, thường cuống lá trên thân và ở các tầng dưới dài hơn so với trên cành và tầng trên Lá có dạng lá chét hình trứng dài 5-8 cm, rộng 2-5 cm,

lá phía dưới to, phía trên gần vòi lá càng nhỏ Ở chỗ cuống lá mọc từ thân hoặc từ cành đôi khi có 2 lá phụ nhỏ Trung bình một cây có 8-10 lá kép thì thân bắt đầu ra vòi Lá đậu đen thường hướng về phía có ánh sáng một cách

rõ rệt Trong vụ hè, lá phát triển mạnh hơn, to hơn và nhiều hơn so với vụ xuân Thân lá đậu đen cũng cho một khối lượng chất xanh khá lớn (15-20 tấn/ha/vụ)

* Hoa, quả

Hoa mọc thành từng chùm ở các mắt trên thân hoặc trên cành Cuống hoa dài 7-10 cm, cuống những hoa ở mắt dưới thường dài hơn cuống hoa ở mắt trên Một chùm hoa thường có 2-8 hoa, những chỉ có 2-3 hoa nở được thành quả Đài hoa kết hợp thành ống dài 5mm Cánh hoa khi chưa nở màu xanh nhạt, khi đã nở chuyển sang màu tím hay màu vàng nhạt Cánh vòi rộng (2 cm), cánh bướm nhỏ hơn (dài 1 cm) còn cánh thìa (dài 2 cm)

Đậu đen thường ra hoa muộn Trong vụ xuân, sau khi mọc đến 40 ngày cây mới ra hoa, lúc đó cây đã có vòi Những hoa đầu thường phát sinh từ các mắt của cành đầu tiên, những hoa này nở trước và cuống hoa dài vươn tới ngọn cây Trên thân hoa thường phát sinh từ các mắt thứ 7 trở đi Các cành cấp 2 cũng có thể nảy hoa nhưng số hoa này thường ít và nở muộn

Hoa thường nở vào buổi sáng (8-9 giờ sáng) nếu trời âm u khi đến

13-14 giờ hoa mới nở và thường nở không tập trung Hoa thường nở thành 3 lứa chính và có thể nở rải rác cho đến khi quả chín Các chùm hoa thường nở không đều, các hoa trên một chùm cũng nở không đều nên trong một chùm vừa có quả già, quả non và hoa đang nở Quả chín có mầu sẫm dài 10-12 cm, mỗi quả có 7-14 hạt (trung bình 8-10 hạt) hạt có màu đen, hạt lớn (trọng lượng 1000 hạt từ 65-96 gam)

1.2 Vai trò của nước đối với thực vật nói chung và đậu đen nói riêng 1.2.1 Vai trò của nước đối với thực vật

Nước là nhân tố quan trọng bậc nhất đối với sự sống trên trái đất, không có nước thì không có sự sống Nước là một chất hóa học trực tiếp tham gia và hoạt động sinh lý, sinh hóa của thực vật Chỉ cần giảm không nhiều hàm lượng nước trong tế bảo đã gây lên sự thay đổi đáng kể các hoạt động trao đổi chất, do đó ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây

Gần 80% khối lượng tươi của cây là nước Nước hidrat hóa duy trì cấu trúc nguyên vẹn các hợp chất cao phân tử của tế bào như protein và axit nucleic Lớp nước mỏng bao quanh các phân tử này như tầng bảo vệ, chống lại sự tác động của môi trường

Nước là môi trường mà ở đó tiến hành nhiều quá trình sinh lý sinh hóa (thực chất là quá trình trao đổi chất của tế bào) mà phản ứng quan trọng nhất của quang hợp là phản ứng quang phân ly nước, giải phóng O2

Nước là một dung môi của gần như toàn bộ các phản ứng sinh hóa trong tế bào thực vật Nguyên sinh chất của tế bào là một hệ thống có chứa nước

Ở cây xanh, nước còn là yếu tố quan trọng điều hòa nhiệt của lá giúp cho quá trình trao đổi chất diễn ra bình thường trong điều kiện nhiệt độ cao của môi trường

Ở nước ta, do ảnh hưởng của vùng khí hậu nhiệt đới với đặc trưng là nhiệt độ cao và ánh sáng nên hạn hán là một trong những thiên tai gây nhiều tổn thất cho nông nghiệp

Sự thiếu nước làm tế bào co lại ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiều quá trình sinh lý của cây Nói một cách đơn giản, sự sinh trưởng và phát triển của cây phụ thuộc vào sự liên tục phân chia tế bào, sự bắt đầu hình thành, phát triển mô và cơ quan, sự biến đổi và tăng thêm thành phần tế bào cho đến khi cấu trúc của cây được hoàn chỉnh Vậy thiếu nước ảnh hưởng đến sự phân chia và tăng kích thước của tế bào

Khi thiếu nước, cây thường thay đổi về hình thái, mô mất sức căng, cây

bị héo, tế bào giảm lượng nước tự do, tăng cường nồng độ dịch bào thay đổi tinh thấm của tế bào, khả năng thấm của các chất khoáng của tế bào rễ cũng bị giảm sút hoặc thậm chí bị phân giải Các phản ứng phân giải xảy ra trong điều kiện lỗ khí đóng dẫn tới việc hình thành nhiều sản phẩm độc cho cây Trong lúc này, sự hút chất khoáng trở nên khó khăn

Rễ tăng cường sự tổng hợp axit absisic là nguyên nhân gây sự đóng lỗ khí, do vậy làm giảm lượng CO2 khuếch tán và lá tham gia vào quá tình quang hợp Đặc biệt là sự thiếu nước làm thay đổi quá trình sử dụng CO2 trong lá

Sự thiếu nước trong đất còn làm giảm tỷ lệ sản phẩm cao phân tử và tăng khối lượng axit malic, alanin, làm suy giảm sự vận chuyển các sản phẩm quang hợp từ lá tới các bộ phận khác, giảm việc gắn cacbon vào các hợp chất protit

Quá trình tổng hợp protein bị giảm mạnh do sự tăng cường phân giải axit nucleic khi thiếu nước

Khi thiếu nước, lông hút ở rễ sẽ bị chết, rễ tăng cường sự hóa bần dẫn tới việc giảm miền hút nước, giảm khả năng thấm nước của chúng Điều này cho thấy rõ, sau một thời gian thiếu nước dài cây thường phục hồi chậm và không phục hồi được hoàn toàn khả năng hút nước Sau này, khi cung cấp đủ nước, quá trình trao đổi chất không được phục hồi ngay vì sự thiếu nước đã phá hủy hệ thống điều khiển của chúng Vì thế, sự thiếu nước gây tác hại rất lớn đối với cây trồng Nếu sự thiếu nước kéo dài có thể dẫn đến sự chết của cây Còn trong trường hợp thiếu nước đột ngột thì lại càng nguy hiểm vì chúng phá hủy sự trao đổi axit nucleic làm ngừng trệ quá trình tổng hợp, tăng cường phân giải protit, tế bào không còn khả năng tái tổ hợp protit Sự rối loạn trao đổi chất gây hậu quả cực kỳ nghiêm trọng, có thể làm chết cây ngay

cả khi cây chưa bị héo hoàn toàn

Theo Ghenken, các cây chịu hạn là những cây có khả năng trong quá trình phát triển cá thể thích nghi được những tác động của hạn Sự sinh trưởng, phát triển và sinh sản bình thường nhờ có hàng loạt các chất phát sinh trong quá trình tiến hóa dưới ảnh hưởng của điều kiện sinh tồn và chọn lọc tự nhiên

Có nhiều trường hợp cây chịu hạn là cây thường cho năng suất cao Tuy nhiên, lúc hạn hán mạnh ngay cả những cây hạn hán sinh thực cũng bị giảm sút năng suất Do đó, chỉ tiêu đáng kể của cây chịu hạn là đảm bảo năng suất bình thường khi gặp thời tiết bất lợi

Những nghiên cứu để tìm hiểu sâu giới hạn sự thiếu nước ở mỗi giai đoạn sinh trưởng, phát triển của thực vật nói chung và ở các giống cây trồng nói riêng là một việc phức tạp Vì trạng thái bão hòa nước ổn định cao được

duy trì trong cây trồng bằng cách phối hợp nhịp nhàng giữa quá trình xâm nhập và thoát nước, điều đó tạo nên chế độ nước của cây

1.2.2 Vai trò của nước đối với cây đậu đen

Đối với cây đậu đen, nước có vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình sinh trưởng, phát triển Nó có vai trò quyết định đến năng suất và chất lượng của đậu đen Đậu đen là loại cây trồng có khả năng chịu hạn tương đối cao ở một giai đoạn nhất định, khi cây đậu đen bị thiếu nước ở bất kỳ giai đoạn nào thì cũng gây ảnh hưởng tới năng suất và chất lượng của quả

Đậu đen có nhu cầu về độ ẩm đặc biệt do đặc điểm riêng là rễ ăn sâu thuộc loại rễ trụ có nhiều rễ con và phân nhánh mạnh Do vậy, việc duy trì thích hợp chế độ nước là yêu cầu cần thiết cho cây sinh trưởng thuận lợi, đồng hóa chất dinh dưỡng tốt và cho năng suất cao Khi cây đậu đen bị thiếu nước

rễ sinh trưởng kém, ảnh hưởng tới việc hút dinh dưỡng, hút nước của cây, thân và lá sinh trưởng kém, hoa ít, kết quả kém

Đậu đen là cây có lỗ khí đóng vào ban đêm và mở vào ban ngày, mở ở mức lớn nhất vào buổi trưa, cường độ thoát hơi nước của cây khi đất khô tới thời điểm héo vẫn giữ ở mức tương đối cao và lúc đó lỗ khí vẫn mở một phần Khi lá đậu đen bị héo, lỗ khí sẽ đóng lại làm giảm sự cố định CO2, giảm tốc

độ vận chuyển sản phẩm quang hợp tới những bộ phận đang sinh trưởng của cây, do đó làm giảm năng suất Khi lá đậu đen bị mất nước khoảng 40% nó có khả năng phục hồi nhanh trạng thái ban đầu nếu được tưới nước trở lại

Nhu cầu về nước của cây đậu đen thay đổi theo từng giai đoạn sinh trưởng Ở những giai đoạn sinh trưởng đầu tiên không có sự mẫn cảm đặc biệt với sự thiếu nước, giai đoạn hạt đâm tia xuống đất và giai đoạn quả già ít mẫn cảm hơn so với giai đoạn ra hoa rộ

Khi cây đậu đen bị thiếu nước, trước hết ảnh hưởng tới sinh trưởng và phát triển, rõ nhất là giảm độ tăng trưởng của tế bào trên toàn bộ cây, ảnh

hưởng tới quang hợp Thiếu nước cũng ảnh hưởng tới sự phát triển của bộ rễ,

rễ ăn sâu diện tích vùng rễ nhỏ Giai đoạn đậu đen ra hoa nếu thiếu nước sẽ gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới số lượng hoa hoặc cây ngừng ra hoa Khi hình thành quả, thiếu nước làm cho quả phát triển kém, kích thước giảm làm cho quả và trọng lượng hạt dẫn tới năng suất kém Như vậy, với đời sống của cây đậu đen nước là một yếu tố vô cùng quan trọng Nó ảnh hưởng trực tiếp tới sinh trưởng phát triển, năng suất, chất lượng của cây Để cây sinh trưởng, phát triển tốt cho năng suất cao cần chú ý cung cấp đầy đủ nước

1.3 Phản ứng chịu hạn ở thực vật

Cũng như các loài cây trồng khác, chúng có khả năng chống lại hoặc hạn chế sự mất nước bằng những biến đổi hình thái hoặc những phản ứng sinh hóa phù hợp

Biến đổi hình thái được chú ý tới nhiều là bộ rễ Bộ rễ khỏe là một điều kiện tăng tính chịu hạn của cây Bên cạnh đó có sự giảm diện tích lá của đậu đen khi gặp hạn nhằm giảm sự thoát hơi nước ở lá

Các thay đổi hóa sinh thường liên quan đến cơ chế chống mất nước nhằm sinh tổng hợp ra các chất bảo vệ hoặc nhanh chóng bù lại sự thiếu hụt nước Điều chỉnh áp suất hoặc thẩm thấu nội bào thông qua tích lũy các chất hòa tan, các chất protein và axit amin như: prolin, các enzim thủy phân… là

cơ chế giúp tế bào duy trì lượng nước tối thiểu trong điều kiện thiếu nước, các phản ứng hóa sinh diễn ra nhằm khử độc các sản phẩm được tạo nên trong quá trình phân giải các hợp chất cao phân tử, hoặc xúc tiến phục hồi các cấu trúc sinh học bị tổn thương Sau khi hạn ngừng tác động, các quá trình phục hồi diễn ra nhanh chóng nếu bộ gen được bảo tồn trong điều kiện hạn hán Nhờ có sự tham gia của protein đặc hiệu mà ADN chỉ bị biến đổi khi ở điều kiện hạn nặng và kéo dài

Ngoài ra, còn có những thay đổi về các phản ứng sinh lý như: hô hấp, cường độ quang hợp, cường độ thoát hơi nước của lá cho phù hợp với điều kiện gặp hạn của cây

1.4 Tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn ở cây họ Đậu và cây đậu đen

Nghiên cứu tính chịu hạn của thực vật đối với điều kiện bất lợi của mội trường là một yêu cầu bức thiết Việc nghiên cứu về tính chịu hạn đã được tiến hành ở nhiều nước trên thế giới với nhiều loại cây trồng khác nhau, trong

đó có các cây họ Đậu

Đối với thực vật và đặc biệt là họ Đậu các nghiên cứu tìm hiểu bản chất khả năng chịu hạn ngày càng được mở rộng Những năm gần đây, nhờ các thiết bị hiện đại, các nhà khoa học có điều kiện đi sâu, tìm hiểu cơ chế sinh lý liên quan đến tính chịu hạn ở thực vật như ảnh hưởng của thiếu nước đến sự phát triển của hạt, đến quá trình quang hợp và hô hấp [22] Một số cơ chế hóa sinh và sinh học phân tử cũng đã được nghiên cứu như: xác định vị trí của gen liên quan đến điều chỉnh áp suất thẩm thấu (Maitra N, Cushman J, C 1994…), gen tổng hợp một số chất hình thành và tích lũy nhiều khi hạn hán: prolin, nhóm amin bậc 4, một số đường

Ở Việt Nam trong những năm qua, đã có rất nhiều công trình nghiên cứu tính chịu hạn của cây trồng như: đậu tương, lạc, lúa, đậu xanh…chẳng hạn những nghiên cứu về đặc điểm di truyền, khả năng chịu hạn và hoạt động quang hợp ở các thời kì sinh trưởng và phát triển khác nhau của cây đậu xanh (Nguyễn Huy Hoàng) [6], nghiên cứu về hoạt độ của enzim trong hạt ở một

số giống đậu tương chịu nóng và một số giống đậu tương chịu hạn (Trần Thị Phương Liên, Huỳnh Thị Thu Huệ, Nông Văn Hải, Lê Thị Muội) [8], nghiên cứu sự quang hợp ở một số giống lạc khác nhau (Nguyễn Văn Mã, Cao Bá Cường) [9] và rất nhiều công trình nghiên cứu khác Thành tựu của những công trình nghiên cứu đó đã được ứng dụng trong sản xuất và chọn tạo nhiều

giống cây trồng mới cho năng suất cao phẩm chất tốt, phù hợp với điều kiện khí hậu, canh tác của Việt Nam

Đối với cây đậu đen, tuy là loại cây trồng có giá trị dinh dưỡng và kinh

tế cao nhưng cho đến nay những tài liệu nghiên cứu về cây đậu đen trên thế giới và nước ta còn ít cũng như việc tổng kết kinh nghiệm thực tiễn trong sản xuất chưa đầy đủ và chưa nhận được sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà khoa học Chỉ có rất ít những nghiên cứu trên thế giới nhưng chủ yếu tập trung vào nghiên cứu ảnh hưởng của các loại phân bón, các chất kích thích sinh trưởng tới năng suất, sản lượng đậu đen Ở Việt Nam đối tượng đậu đen chỉ được chú

ý dừng lại ở mức độ xây dựng kĩ thuật trồng hay kĩ thuật tăng năng suất cao một cách rất khái quát (Nguyễn Danh Đông, Mộng Hùng, Duy Nhất, Nguyễn Trâm) [3], [7] Mà vẫn chưa có công trình nghiên cứu nào tìm hiểu sâu về các chỉ tiêu sinh lí, sinh hóa ở đối tượng đậu đen Xuất phát từ thực tiễn đó tôi tiến hành nghiên cứu một số chỉ tiêu sinh lí, sinh hóa ở đậu đen để phục vụ cho việc ứng dụng trong sản xuất và chọn tạo nhiều giống mới có năng suất phẩm chất tốt phù hợp với điều kiện khí hậu, canh tác của Việt Nam

CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

Chúng tôi sử dụng giống đậu đen VN 84 do Viện Nghiên cứu Ngô cung cấp Đây là giống đậu đen xanh lòng có nguồn gốc Ấn Độ có thời gian sinh trưởng ngắn, cho năng suất khá cao

2.2 Phương pháp nghiên cứu

+ Bấm ngọn, bấm vòi: thân và cành đỗ đen có thể phát triển thành vòi,

do vậy cần phải hạn chế sự phát triển của ngọn thân và các vôi để tập trung dinh dưỡng nuôi thân và nuôi hoa, quả, hạt Bấm ngọn vào thời kỳ trên thân chính có 5 – 6 lá trước khi thân biến thành vòi Nên bấm cành trước khi cành biến đổi và phát triển thành vòi

* Bố trí thí nghiệm

Chuẩn bị 24 chậu có kích thước: cao 45 cm, đường kính 35 cm Tiến hành nghiên cứu ở 3 thời kì: cây non, ra hoa, quả non, từ khi gieo hạt đến giai đoạn cây non chỉ để lại 6 cây trong mỗi chậu, đảm bảo chất lượng đất, lượng phân bón, chế độ tưới tiêu nước, chế độ chăm sóc đồng đều giữa các chậu

Các thí nghiệm được tiến hành theo sơ đồ sau:

* Cách gây hạn:

Khi cây sinh trưởng đến 1 giai đoạn nhất định tương đương với các công thức thí nghiệm trên thì ngừng tưới nước và che chắn bằng nilon trắng

để ngăn cản nước mưa, sương Lô đối chứng vẫn được tưới nước bình thường

và lô thí nghiệm ngừng tưới nước đến khi 2 lá dưới cùng có triệu chứng héo Trong quá trình gây hạn tiến hành thu mẫu để đo chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa… trên cả lô đối chứng và thí nghiệm

2.2.2 Phương pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu

2.2.2.1 Một số chỉ tiêu trao đổi nước

* Cường độ thoát hơi nước: xác định cường độ thoát hơi nước bằng phương pháp cân nhanh (theo LA Ivanov)

* Khả năng giữ nước: xác định theo phương pháp Kozushko [17]

Hạt đậu đen được gieo trong chậu

Xác định một số chỉ tiêu sinh lí, sinh hóa và năng suất

Thời kì cây non Thời kì ra hoa Thời kì quả non

Đánh giá, kết luận

Lá được lấy vào buổi sáng sớm và lấy trên cùng một tầng lá Mỗi ô thí nghiệm lấy 3 lá cho vào túi nilon đem nhanh về phòng thí nghiệm (mỗi mẫu làm 3 lần nhắc lại, mỗi lần 3 lá) Sau đó, cân nhanh trên cân điện được khối lượng tươi ban đầu B, rồi đem lá để nơi không có ánh sáng mặt trời cho lá tự thoát hơi nước 5 – 6 giờ và cân lại được khối lượng b Gói các lá cây lại bằng giấy và đem sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 1500C trong 3 – 4 giờ cho lá khô hoàn toàn đến khối lượng không đổi rồi đem cân được khối lượng v Tiến hành làm đồng thời đều với tất cả các mẫu trong điều kiện giống nhau

Khả năng giữ nước được tính bằng lượng nước mất đi sau khi héo trên tổng lượng nước của lá

Tính kết quả theo công thức sau : a%=B-b×100%

B-v

Trong đó :

a: khả năng giữ nước (%) B: khối lượng tươi ban đầu của lá (gam)

B: khối lượng tươi của lá sau khi thoát hơi nước (gam)

v : khối lượng khô của lá sau khi sấy ở 1500C (gam)

*Khả năng hút nước: xác định theo các phương pháp kozushko [17]

Với các mẫu lá, cách lấy mẫu như trên, sau khi lấy lá về phòng thí nghiệm, đem ngâm cuống lá vào trong một cốc nước, lấy một cốc khác to hơn chụp kín hoàn toàn lá và cốc nước Để cho lá hút nước đến khi bão hòa trong

3 giờ Đem lau khô lá và cân được khối lượng lá bão hòa lần 1 là A1, sau đó

để lá héo trong 4- 5 giờ rồi lại cho bão hòa nước lần 2 trong 3 giờ và cân lại được khối lượng bão hòa lần 2 là A2

Khả năng hút nước được xác định bằng lượng nước mà cây không thể hút được sau khi gây héo trên khối lượng lá bão hòa nước lần 1

Kết quả được tính theo công thức sau: 1 2

1

A -A

ATrong đó :

A: khả năng hút nước (%)

A1: khối lượng lá bão hòa lần 1 (gam)

A2: khối lượng lá bão hòa lần 2 (gam)

*Độ hụt nước “còn lại”: xác định theo phương pháp Kozushko [17]

Tiến hành lấy mẫu lá tương tự như trên Đem nhanh các mẫu về phòng thí nghiệm, cân nhanh khối lượng ban đầu là V2 Sau đó ngâm cuống lá vào cốc nước để bão hòa hơi nước trong 3 giờ, cân lại được khối lượng V1

Độ hụt nước “còn lại” là lượng nước còn thiếu hụt, được tính bằng lượng nước mà cây hút thêm trên khối lượng của lá khi đã bão hòa hơi nước hoàn toàn

Kết quả được tính theo công thức: 1 2

1

V -V

VTrong đó :

V: độ hụt nước “còn lại” (%)

V1: khối lượng lá khi bão hòa nước (gam)

V2: khối lượng lá tươi ban đầu (gam)

- Chuyển dịch nghiền vào phiễu lọc xốp gắn với bình phun bunxen nối bình với máy hút chân không và hút

- Đổ 2ml axeton để tráng phễu Tiếp tục hút cho tới khi giọt axeton nhỏ xuống không còn màu xanh

- Cho dung dịch vào bình đựng nước khác 10ml, đưa đến thể tích của bình

* Hàm lượng diệp lục liên kết

- Cân 0,5 gam mẫu nghiền trong cối sứ với benzen cho tới khi khối mẫu dính vào đáy cối

- Đổ dung dịch benzen đi sau đó lại thêm benzen, tiếp tục nghiền tới khi dung dịch benzen không nhuộm màu xanh, đổ benzen đi

- Thêm axeton 80% hòa tan khối mẫu dính đáy cối

- Chuyển dịch hòa tan vào phễu xốp gắn với bình benzen nối bình với máy hút chân không và hút

- Đổ 2ml axeton để tráng phễu Tiếp tục hút cho tới khi giọt axeton nhỏ xuống không còn màu xanh

- Cho dung dịch vào bình định mức khác 10ml, đưa đến thể tích của bình

- Lấy phần dịch đem đo mật độ quang học (OD – Optical density) ở bước sóng λ = 654nm (A) và 663 nm (B) trên máy Spectrophotometer, UV –

P×1000

A: hàm lượng diệp lục (mg/g)

C: nồng độ diệp lục có trong dịch chiết

V: thể tích chiết 10ml

P: trọng lượng mẫu 0,5 gam

2.2.2.4 Hàm lượng axit min prolin

Prolin tự do và prolin trong phân tử protit và các thành phần bắt buộc của tế bào hàm lượng prolin tăng gấp nhiều lần khi gặp hạn, gặp mặn [21]

Sử dụng máy đo quang phổ, UV- Vis 2450 do hãng SHIMADZU –Nhật Bản sản xuất

Phương pháp xác định hàm lượng axit amin prolin: theo phương pháp của Bates và cộng sự (1973) đã được Đinh Thị Phòng cải tiến [16]

Cân 0,5 gam mẫu nghiền kĩ, thêm 10ml dung dịch axit sulfosalicylic 3%, ly tâm 7000 vòng/phút trong thời gian 20 phút, lọc lấy dịch lọc Lấy 2ml dịch chiết cho vào bình, thêm 2ml axit axetic và 2ml ninhydrin, ủ trong nước nóng 1000 C trong thời gian 1 giờ sau đó ủ nước đá 5 phút Bổ sung vào bình phản ứng 4ml toluen, lắc đều Lấy phần dịch màu hồng ở trên đem đo mật độ quang học (OD – Optical density) ở bước sóng λ = 520nm trên máy UV 2450

do hãng SHIMADZU – Nhật Bản sản xuất

Hàm lượng axit amin được tính theo công thức (công thức được suy ra

từ việc lập đường chuẩn prolin) [16]

Y = 0,0179 x X + 0,095 Trong đó

Y: nồng độ prolin (mg/l)

X: giá trị OD đo được ở bước sóng λ = 520 nm

Sau đó hàm lượng prolin được đổi ra mg/g theo công thức:

Y VA

P





 A: hàm lượng prolin (mg/g)

P: khối lượng mẫu (g)

V: Thể tích dịch prolin chiết được (ml)

2.2.2.5 Hàm lượng vitamin C

Theo phương pháp chuẩn độ dùng Iốt

- Lấy 2g mẫu quả non nghiền với 10 ml HCl 2% trong cối sứ, chắt lấy dịch chiết sang cốc

- Cho thêm 10ml HCl 2% vào cối sứ trong cối sứ chắt lấy dịch chiết tráng lại bã và cối bằng 19 ml HCl rồi lấy dịch

- Chuyển toàn bộ dịch chiết sang bình định mức 50 ml dùng nước cất thêm vào đến bình định mức

- Để bình định mức trong tối 10 phút cho axit ascobic tan hoàn toàn lọc lấy dịch trong

- Lấy 10ml dịch lọc vào bình nón thêm vài giọt tinh bột lắc nhẹ Dùng

I2 0,01 N chuẩn độ sẽ xuất hiện màu xanh lam nhạt

Xác định theo công thức: 1

2

V×V ×0,00088×100X=

V ×wTrong đó:

X: hàm lượng vitamin C

V: số ml dung dịch I2 0,01 N chuẩn độ

V2: số ml dung dịch mẫu lấy để xác định (20ml)

V1: số gam nguyên liệu đem phân tích (2g) 0,00088: Số gam vitamin C tương ứng với 1ml dung dịch Iốt 0,01N

2.2.2.6 Hoạt độ enzim catalaza

- Xác định hoạt độ enzim Catalaza bằng phương pháp của A N Bah và

1,7: số mg H2O2 tương ứng với KMnO4 0,1N

w: khối lượng nguyên liệu mẫu (gam)

2.2.2.7 Hàm lượng protein trong hạt (theo phương pháp microkjeldah)

* Lấy mẫu hạt đậu đen được sấy khô không còn nước, đem nghiền thành bột Sau đó lấy 1gam bột mẫu cần xác định cho vào mỗi ống nung

* Hóa chất cho thêm vào mỗi ống nung: 7g K2SO4 + 5 mg bột Se (có thể tăng gấp đôi để phản ứng xảy ra nhanh hơn) + 7 ml H2SO4 98% + 5 ml H2O2 35%

* Nung mẫu : tại 4200C trong 30 phút

V ×gTrong đó :

N: hàm lượng nitơ tổng số