Ảnh hưởng của hạn đến huỳnh quang diệp lục và năng suất một số giống khoai tây trồng trong chậu

Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật Thời kì nảy mầm Trong quá trình ngủ, thực chất vẫn có quá trình biến đổi sinh lí, sinh hoá trong củ. Hàm lượng gibberellin tăng cao vào cuối thời kì ngủ nghỉ làm giảm nồng độ chất ức chế, phá vỡ tầng bần thúc đẩy quá trình mọc mầm. Sự tổn thương ở củ cũng thúc đẩy sự tổng hợp gibberellin dẫn đến củ nảy mầm sớm. Khi sự ngủ nghỉ phá vỡ, mầm đỉnh của củ mọc trước, sinh trưởng tốt nhất. Khi mầm đỉnh mọc sẽ ức chế các mầm khác, vì thế các mầm khác ở trạng thái ngủ. Chỉ khi nào mầm đỉnh bị gãy hoặc cắt bỏ các mầm khác mới phát triển. Giai đoạn thích hợp nhất để trồng là khi củ có nhiều mầm, mầm có sức sống cao. Thời kì sinh trưởng thân, lá Sau khi trồng, các mầm phát triển thành các thân. Thân chính mọc trực tiếp từ củ giống, thân phụ mọc trực tiếp từ thân chính. Thân chính và thân phụ sinh trưởng và phát triển như những cây độc lập (có thể ra rễ, tia củ, phát triển củ). Nhiệt độ thích hợp để phát triển thân, lá là 20-25oC. Thời kì hình thành thân ngầm (tia củ) Tia củ được hình thành sau khi trồng khoảng 30-40 ngày. Tia củ có màu trắng, phát triển nhanh, nằm ngang dưới mặt đất, có đốt là vết tích của gốc cuống lá. Phần đầu tia củ có khả năng tăng trưởng nhanh về số lượng và kích thước tế bào. Thời kì phát triển củ, ra hoa, tạo quả và quả chín Củ được hình thành từ tia củ. Trước tiên, các tế bào đỉnh sinh trưởng của thân ngầm phân chia mạnh lớn lên tích luỹ chất dinh dưỡng (đặc biệt là tinh bột). Kết quả củ lớn nhanh, cuối thời kì sinh trưởng vỏ củ sần sùi. Theo một số tác giả thì sự lớn lên của củ nhờ chất điều hoà sinh trưởng auxin được tạo ra từ ngọn và vận chuyển xuống. Cùng với sự phát triển của củ thì các cụm hoa hình thành. Ở một số giống, nụ hoa có thể rụng nhiều. Vì vậy, cây Nguyễn Thị Thu Trang – K33B-Sinh 5 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật không có hoa và quả. Một số giống khác nụ hoa phát triển thành hoa lưỡng tính. Sau khi thụ phấn, thụ tinh quả lớn dần và chuyển sang thời kì quả và hạt chín. 1.2 Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến sinh trưởng và phát triển của thực vật nói chung và khoai tây nói riêng Nước là nhân tố quan trọng bậc nhất đối với tất cả các sinh vật sống trên Trái Đất. Trong cơ thể thực vật nước chiếm từ 60-90% khối lượng tươi. Vai trò của nước thể hiện ở các mặt sau: Nước là một dung môi: Nước có khả năng hoà tan các hợp chất hữu cơ, vô cơ trong tế bào và hầu hết các phản ứng sinh hoá trong tế bào đều diễn ra trong môi trường nước [14]. Nước đảm bảo sự thống nhất trong cơ thể thực vật: Các chất hoà tan trong nước được dẫn truyền từ nơi này đến nơi khác. Thực vật có thể lấy chất khoáng hoà tan trong nước từ đất qua rễ vận chuyển đến cơ quan đồng hoá và các chất hữu cơ mới được tổng hợp được đưa đến các cơ quan bộ phận khác nhau của cơ thể cung cấp năng lượng, xây dựng cấu trúc hoặc dự trữ [14]. Nước là một chất phản ứng: Nước trực tiếp tham gia vào quá trình trao đổi chất, nó tham gia tích cực vào các phản ứng sinh học quan trọng với vai trò là một nguyên liệu phản ứng. Chẳng hạn trong quang hợp, quá trình quan trọng bậc nhất đối với thực vật, nước cung cấp proton H+ để khử NADP+ thành NADPH qua phản ứng quang phân li nước. Nước cũng hoạt động như một chất có nhóm hiđroxil trong một số phản ứng hiđroxil hoá. Trong hô hấp nước đóng vai trò như một chất phản ứng [14]. Nước có vai trò hiđrat hoá: Nước được hấp thụ trên bề mặt hạt keo (prôtein, axit nucleic) và trên bề mặt màng tế bào (màng sinh chất, màng bao quan, màng không bào) tạo thành lớp nước mỏng có vai trò như một tầng bảo Nguyễn Thị Thu Trang – K33B-Sinh 6 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật vệ, chống lại tác động bất lợi của môi trường, duy trì nguyên vẹn cấu trúc tế bào [14]. Ngoài những vai trò trên nước còn góp phần đảm bảo sự liên hệ giữa cơ thể và môi trường. Nhờ có nuớc cây hút được các chất khoáng trong đất, lá hút được khí cabonic cũng cần có nước. Nước cũng là nhân tố điều hoà và ổn định nhiệt độ của lá cây [14]. Hạn hán: là một phức hệ các điều kiện khí tượng gây ra sự thiếu nước đối với cây trồng, gồm 2 loại hạn là hạn trong đất và hạn trong không khí. Hạn trong đất là sự thiếu nước trong đất hoặc có thể là do nhiệt độ thấp hay nồng độ dịch đất cao làm cây không hút được nước. Hạn trong không khí do độ ẩm quá thấp gây lên hoặc cũng có thể do nhiệt độ quá cao, gió mạnh. Nhiều khi 2 hình thức hạn hán trên lại đồng thời xảy ra gây nhiều tai hoạ cho cây trồng. Theo viện sỹ Macximop, hạn hán dẫu chỉ có tính nhất thời cũng không phải đi qua mà không để lại dấu vết gì gây hại cho cây. Hạn hán có thể để lại hậu quả chính làm cho cây bị đốt nóng hoặc hụt nước. Khi bị hạn sâu lá cây thường bị cháy xém và chết khô từng đốm lá trước khi bị héo từng phần hoặc toàn bộ cây. Ở mức độ nhẹ, hạn hán có thể làm giảm hoặc ngừng hẳn sinh trưởng của cây. Hạn nước trước tiên làm cho cây thay đổi về hình thái: Các mô mất sức căng, cây bị héo. Trong tế bào: giảm lượng nước tự do, tăng nồng độ dịch bào, thay đổi tính thấm của màng tế bào, khả năng hút chất khoáng của tế bào rễ bị giảm sút, hoạt động của enzim thuỷ phân tăng mạnh, sự tổng hợp ADN bị ngừng trệ và tăng sự phân giải axit nucleic. Nhiều khi các phản ứng phân giải, xảy ra trong điều kiện thiếu ôxi do lỗ khí đóng dẫn đến hình thành nhiều sản phẩm độc như: axitlactic, etanol, axetalđehyt, amoniac…[6]. Nguyễn Thị Thu Trang – K33B-Sinh 7 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật Hoạt động đồng hoá bị ảnh hưởng rõ nét khi cây bị thiếu nước: Lúc này, sự hút các chất khoáng ở rễ trở nên khó khăn. Ở rễ tăng cường sự tổng hợp axit absisic. Đây là nguyên nhân dẫn đến sự đóng lỗ khí, do đó làm giảm lượng CO2 xâm nhập vào lá, khiến hoạt động quang hợp giảm sút. Hơn nữa, hạn còn làm giảm phản ứng cố định CO2, làm giảm sự vận chuyển các sản phẩm quang hợp từ lá đến các bộ phận khác của cây, giảm việc gắn cacbon vào các hợp chất protein [6]. Đối với quá trình hô hấp, tác hại của hạn hán cũng trầm trọng: Khi thiếu nước cường độ hô hấp tăng lên một cách bất lợi, hiệu quả năng lượng bị giảm sút (nhiệt thoát ra nhiều, ATP được tạo ra ít) [6]. Như vậy, chỉ cần giảm chút ít hàm lượng nước trong tế bào đã có thể gây ra sự kìm hãm đáng kể những chức năng quan trọng như quang hợp, hô hấp… do đó ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cây trồng. Đối với khoai tây nhu cầu nước thay đổi tuỳ theo điều kiện khí hậu, kĩ thuật trồng trọt, thời gian sinh trưởng. Trong suốt thời gian sinh trưởng, cây khoai tây cần rất nhiều nước. Theo tính toán cho thấy: 1 ha khoai tây cần khoảng 2800-2900 m3 nước để đạt năng suất củ từ 19-33 tấn/ha, để tạo ra 100 kg củ cần từ 12-15 m3 nước [9] [10]. Thời kì trồng đến xuất hiện tia củ cần đảm bảo độ ẩm tối thiểu 60-80% sức chứa ẩm của đồng ruộng. Thời kì hình thành và phát triển của củ cần thường xuyên giữ ẩm độ đất 80%. Thiếu hay thừa nước đều ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cây. Nếu thiếu nước ở thời kì phát triển thì năng suất giảm rõ rệt [2]. Như vậy, nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với đời sống của cây trồng nói chung, khoai tây nói riêng. Do đó, trong trồng trọt cần chú ý cung cấp đầy đủ nước cho cây, đặc biệt là thời kì khủng hoảng về nước, tạo điều kiện cho cây sinh trưởng phát triển tốt, nâng cao năng suất chất lượng cây trồng. Trong điều kiện ngày nay, đất đai càng trở nên bạc màu, hoang hoá, Nguyễn Thị Thu Trang – K33B-Sinh 8 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật hạn hán xảy ra thường xuyên. Do đó, để mở rộng diện tích khoai tây con người đang tập trung chú ý tìm ra những giống có khả năng chịu hạn tốt, đó là những cây trong quá trình sống thích nghi dần với điều kiện khô hạn do những đặc tính tốt được hình thành dưới tác động của điều kiện môi trường và được trải qua chọn lọc. 1.3. Huỳnh quang diệp lục và tình hình nghiên cứu huỳnh quang diệp lục ở thực vật nói chung và khoai tây nói riêng 1.3.1 Huỳnh quang diệp lục ở thực vật Huỳnh quang diệp lục (HQDL) là bức xạ được diệp lục phát ra có bước sóng dài hơn bước sóng hấp thụ và đồng thời với thời gian chiếu sáng. Khi hấp thụ photon ánh sáng, phân tử diệp lục trở thành trạng thái kích thích do kết quả của quá trình nhảy điện tử từ và từ n * (quỹ đạo n do các điện tử n ở hợp chất hữu cơ vòng dị nguyên tử hình thành) [14]. Thông thường khi điện tử của phân tử bị kích thích có thể xảy ra 2 trường hợp: Trường hợp 1: là trạng thái kích thích của điện tử được gọi là Singlet (trạng thái không bền) nếu như khi chuyển điện tử lên mức năng lượng cao hơn không kèm theo sự đổi dấu của các Spin điện tử Trường hợp 2: là trạng thái kích thích của điện tử được gọi là Triplet (trạng thái bền ổn định hoặc trạng thái bền thứ cấp) nếu như sự chuyển điện tử lên mức năng lượng cao hơn có kèm theo sự đổi dấu của Spin điện tử. Điện tử ở trạng thái kích thích sẽ nhanh chóng chuyển về trạng thái khác bằng cách giải phóng phần năng lượng hấp thụ theo những con đường sau: Một là: nó có thể chuyển tới một phân tử nhận năng lượng khác và cuối cùng khởi động các phản ứng quang hóa gây ra sự truyền điện tử quang hợp. Hai là: năng lượng được giải phóng ra dưới dạng nhiệt độ. Nguyễn Thị Thu Trang – K33B-Sinh 9 Khóa luận tốt nghiệp Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật Ba là: năng lượng được giải phóng ra dưới dạng sóng điện từ. Có nghĩa là nó có thể phát lại dưới dạng một photon có năng lượng nhỏ hơn (tức là có bước sóng dài hơn). Hiện tượng này gọi là huỳnh quang. Nguyên nhân của hiện tượng huỳnh quang là do năng lượng phát ra dưới dạng sóng điện từ khi chuyển điện tử từ trạng thái Singlet về trạng thái cơ sở. Các quá trình truyền năng lượng nêu trên cạnh tranh nhau chủ yếu là sự cạnh tranh giữa phản ứng quang hóa và huỳnh quang diệp lục, ta có thể mô tả quá trình trên bằng sơ đồ: k +k +k f d ph P*  P Trong đó: +/ P* và P là trạng thái kích thích và trạng thái cơ bản của phân tử diệp lục +/ kf , kd , kph là các hệ số tốc độ làm mất đi trạng thái kích thích bằng bức xạ (huỳnh quang), không bức xạ (mất đi dưới dạng nhiệt), và quang hóa (sự phân chia điện tử của các điện tích trong tâm phản ứng). Tần suất lượng tử của phản ứng quang hóa và huỳnh quang sẽ tương ứng bằng: Qz = k ph k f +k d +k ph , Q F0 = kf k f +k d +k ph Trong điều kiện tối ưu, khi các tâm phản ứng hoạt động (các tâm phản ứng “mở”) hệ số kph lớn hơn đáng kể so với các hệ số còn lại do đó năng lượng kích thích được sử dụng trong các phản ứng quang hóa với hiện suất lượng tử QZ gần bằng đơn vị (bằng 1) có một phần rất nhỏ năng lượng kích thích bị mất đi dưới dạng huỳnh quang trong quá trình vận chuyển năng lượng kích thích về tâm phản ứng. Như vậy, khi tâm phản ứng “mở”, xảy ra qua Nguyễn Thị Thu Trang – K33B-Sinh 10