Giáo trình -Sản xuất hạt giống và công nghệ hạt giống - chương 4

Chia sẻ: Song Song Cuoc | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

109
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chương 4: Trạng thái ngủ nghỉ của hạt KHả năng trì hoãn sự nảy mầm của hạt một thời gian là đúng với cơ chế của sự sống. Ở thực vật trạng thái ngủ của hạt là một phức hợp và là thách thức đối với các nhà nghiên cứu phân tích hạt.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình -Sản xuất hạt giống và công nghệ hạt giống - chương 4

CHƯƠNG 4 TR NG THÁI NG NGH C A H T Kh năng trì hoãn s n y m m c a h t m t th i gian là ñúng v i cơ ch c a s s ng. th c v t tr ng thái ng c a h t là m t ph c h p và là thách th c ñ i v i các nhà nghiên c u phân tích h t. Nó là m t ph n ng thích nghi c a cây tr ng v i môi trư ng. Cây tr ng ñã ñư c thu n hoá lâu bi u hi n tr ng thái ng ít hơn cây hoang d i ho c loài m i thu n hoá. Cây tr ng khi ñã thu n hoá nó v n còn bi u hi n ng ngh là m t khó khăn l n cho ngư i s n xu t gi ng và các nhà nghiên c u h t gi ng. M c dù v y m c ñ ng ngh trong m t s trư ng h p l i là mong mu n c a nông dân và nhà s n xu t h t gi ng ñ ngăn c n n y m m trư c khi thu ho ch ho c trong th i gian b o qu n h t gi ng. Th c ch t khi h t ng ngh mang l i nh ng l i th cơ b n sau: - B o t n gi ng - T o thành ngân hàng h t gi ng - ð ng b hoá s n y m m - b o ñ m m t lư ng l n cây tr ng cùng m t th i ñi m cho phát tri n - Phát tán h t gi ng - h t ñư c phát tán nh các loài ñ ng v t di cư thu n l i hơn khi có ng ngh Môt s hi u bi t chung s ng ngh ñó ch là tr ng thái ngh c a h t khi chưa có ñi u ki n thu n l i cho s n y m m. Tr ng thái này ñư c g i là tr ng thái t m d ng ho t ñ ng trao ñ i ch t. M c dù v y tr ng thái ng ñư c xác ñ nh khi m t tình tr ng ngăn c n n y m m ngay c trong ñi u ki n môi trư ng thu n l i. M t s cơ ch v t lý và sinh lý c a tr ng thái ng c a h t, d a trên tr ng thái , m c ñ và nguyên nhân gây các nhà khoa h c chia ng ngh thành 2 lo i chính là ng sơ c p (primary dormancy) và ng th c p (second dormancy ) Th c ch t khi h t ng ngh mang l i nh ng l i th cơ b n sau: 1. B o t n gi ng 2. T o thành ngân hàng h t gi ng 3. ð ng b hoá s n y m m - b o ñ m m t l ng l n cây tr ng cùng m t th i ñi m cho phát tri n lai xa 4. Phát tán h t gi ng - h t ñ c phát tán nh các loài ñ ng v t di c 4.1 Khái ni m Ng ngh c a h t (seed dormancy) v i nghĩa chung nh t là tr ng thái ng ng ho t ñ ng sinh trư ng b i các nguyên nhân bên ngoài hay bên trong, h t ng ngh là h t không có kh năng n y m m ngay c khi ñi u ki n môi trư ng thu n l i cho s n y m m c a h t ñó. Trong t nhiên ng ngh là m t cơ ch giúp nhi u loài th c v t t n t i và s ng sót trong nh ng mmôi trư ng ñ c bi t. ði u khi n th i gian n y m m khi môi trư ng thu n l i nh t ñ m b o cho s s ng sót c a cây con và cây non tu i. Ng sơ c p c a 73 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
h t là h t không có kh năng n y m m ngay c trong ñi u ki n môi trư ng thu n l i do y u t bên ngoài hay y u t n i t i trong h t và thư ng x y ra giai ño n khi h t còn trên cây ho c th i gian ñ u sau khi thu ho ch. Ng th c p là có nh ng y u t ngăn c n s này m m c a h t khi ñã thu ho ch và trong ñi u ki n môi trư ng phù h p cho n y m m. 4.2 Các hình th c ng ngh Theo Larry O Copeland, 1995 ng ngh c a h t ñư c phân thành hai nhóm là ng sơ c p và ng th c c p, trong ng sơ c p l i ñư c phân làm hai hình th c ng ngo i sinh và ng n i sinh 4.2.1 Tr ng thái ng sơ c p Ng sơ c p là hình th c ng ph bi n nh t và ñư c chia làm hai hình th c là ng n i sinh và ng ngo i sinh. (1) Tr ng thái ng ngo i sinh Ng ngo i sinh là do các ñi u ki n c n thi t cho s n y m m c a môi trư ng bên ngoài không phù h p như ánh sáng, nhi t ñ , không khí... ho c do c u trúc c a v h t không th m nư c và không khí d n ñ n tr ng thái ng ngh c a h t, nói cách khác hình th c ng này liên quan ñ n ñ c tính c a v h t. (2) Ng n i sinh Ng n i sinh là d ng ng ph bi n nh t c a h t, là ñ c tính di truy n c a h t do các y u t bên trong h t như ñ chín c a phôi, các ch t ñi u ti t sinh trư ng, quá trình trao ñ i ch t chưa hoàn thành ho c không phù h p cho s n y m m. Ví d h t ng ngh do nh hư ng m nh b i quá nhi u ch t c ch ph i lo i b ho c gi m ñi trư c khi n y m m. Hình th c ng n i sinh không gi ng ng ngo i sinh yêu c u s bi n ñ i c a v h t mà yêu c u ph i có nh ng bi n ñ i sinh lý trong h t . ð thay ñ i sinh lý trong h t ngư i ta có th s d ng ch t ñi u ti t sinh trư ng, thay ñ i nhi t ñ , phơi n ng s gi m b t ng n i sinh c a h t. 4.2.2 Ng th c p Ng th c p do s cư ng b c quá m c c a ñi m t i h n trong chu i trao ñ i ch t hư ng ñ n s n y m m ho c có th do cân b ng ch t kích thích và ưc ch sinh trư ng không phù h p 4.2.3 H th ng phân lo i khác v ng ngh M t h th ng phân lo i ng ngh c a h t “ quan sát toàn b h t” c a Marianna G. Nikolaeva phân lo i ñư c xác ñ nh b ng hình thái và sinh lý c a h t trên cơ s này C. Baskin and J. Baskin (1998; 2004) ñ ngh m t h th ng phân lo i ng ngh hoàn ch nh bao g m 5 lo i ng ngh c a h t. 1) Ng sinh lý (Physiological dormancy-PD), PD là hình th c ph bi n các lo i h t c a cây h t tr n và cây h t kín. Ng sinh lý có th chia làm ba m c nh : Ng sâu (PD deep), trung gian(PD intermediate) và ng không sâu (PD non-deep). PD sâu: Tách phôi ñ cho n y m m lo i h t này cũng không sinh trư ng và t o ra cây con bình thư ng, x lý GA3 không phá ng ñư c lo i ng này nó c n m t vài tháng l p l nh ho c m ñ n y m m. Ch y u c a các cây tr ng là d ng ng không sâu, lo i này khi tách phôi nuôi t o ra cây con bình thư ng và x lý GA3 có th phá ng ñư c. 74 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
2) Ng hình thái (Morphological dormancy -MD), MD rõ ràng trong các h t v i quá trình phát tri n c a phôi, nhưng khác nhau (lá m m và tr r m m). Nh ng phôi này không ng ngh nhưng c n có th i gian ñ phát tri n và n y m m. 3) Ng hình thái- sinh lý (Morphophysiological dormancy-MPD), MPD cũng ch ng minh dư i quá trình phát tri n c a phôi nhưng có ph i h p v i ng sinh lý. Lo i h t này yêu c u x lý phá ng như l p ho c GA3 4) Ng lý h c (Physical dormancy -PY), PY do nguyên nhân l p t bào không th m nư c trong v h t ho c v qu . Phá ng tr ng thái này b ng cơ h c hay hóa h c 5) Ng ph i h p (Combinational dormancy - PY+PD), PY+PD là t h p c a ng sinh lý và cơ lý 4.3 Di truy n ng ngh c a h t 4.3.1 Nh ng nh hư ng c a Gen Ng ngh c a h t là m t t h p các tính tr ng trư c h t là m t t h p các c u trúc di truy n c a h t. H t bao g m ba ph n chính có di truy n khác nhau là ph i, n i nh và v h t, c ba ph n chính này c a h t ñ u có ñóng góp vào kh năng n y m m hay ng ngh c a h t. Nghiên c u di truy n ng ngh trên lúa mỳ và lúa m ch các nhà khoa h c ñã xác ñ nh di truy n ñ n ng ngh c a h t n m trên nhi m s c th s 7, m t gen c nh maker PSR128 nh hư ng m nh nh t ñ n ng ngh . nh hư ng ít hơn là AGG 390. Hai vùng genome không nh hư ng ñ n ng ngh c a h t ch trên môi trư ng ñ c thù m t n m trên nhi m s c th s 4, xung quanh marker BCD 402B n u h t t o ra trong ñi u ki n khô. Gen Amy2 trên nhi m s c th s 1 cũng gây ra ng ngh khi h t hình thành trong m t s ñi u ki n khô. Nghiên c u này là b ng ch ng cho th y ng ngh có th ñư c ñi u khi n b i ña gen và r t khác nhau gi a các loài cây tr ng. Ng ngh còn do tương tác l n át gen do Burrass and Skinnes, 1984 nghiên c u nh hư ng c a các allel trên 4 loci Amy2, BCD402, PSR128 và ABG390 th y xu t hi n có tương tác ñi u khi n ng ngh . 4.3.2 nh hư ng c a môi trư ng Ng ngh c a h t nh hư ng b i r t nhi u y u t môi trư ng như ánh sáng, nhi t ñ trong quá trình phát tri n c a h t trên cây m , trong quá trình d tr h t gi ng ho c trong quá trình n y m m. Ng ngh c a h t có th m t ñi ho c x y ra trong th i gan d tr dư i ñi u ki n m ñ th p, th i gian c n thi t cho quá trình chín c a h t ti p t c sau thu ho ch. Nh ng ñ c ñi m này t o ra ng ngh c a h t r t khó xác ñ nh b i vì ngay c h t khác nhau c a cùng m t ki u gen cũng có th m t ñi ng ngh t i các th i gian khác nhau. ð xác ñ nh ng ngh c a h t t t nh t là ñánh gía m t s l n h t sau chín và ñánh giá n y m m nh ng th i ñi m khác nhau sau chín, phương pháp 4.4 Nguyên nhân và phương pháp phá ng sơ c p 4.4.1 Nguyên nhân ng ngo i sinh và bi n pháp phá ng 4.4.1.1 Các y u t tác ñ ng ñ n ng ngo i sinh Có 3 y u t chính nh hu ng ñ n ng ngo i sinh là: + Nư c + Các ch t khí 75 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
+ H n ch cơ gi i (a) nh hư ng c a nư c + Kh năng hút nư c c a h t liên quan ñ n di truy n S hút nư c là ñi u ki n và quá trình ñ u tiên ñ m b o cho s n y m m c a h t. S hút nư c ph thu c vào nhi u y u t và ñ u tiên là c u trúc c a v h t, c u trúc c a v h t ngăn c n kh năng hút nư c c a h t ñã d n ñ n tr ng thái ng ngh c a h t. S th m nư c c a v h t là m t tính tr ng di truy n ñư c chính minh là kh năng hút nư c khác nhau c a các loài cây tr ng và ngay c trong cùng loài. Dexter, 1955 cho bi t ch có s sai khác nh v s th m th u c a v h t gi a các gi ng c alfalfa .M c dù v y h u h t các nghiên c u tìm ra ñ c tính này có tính di truy n cao. M t nghiên c u khác cho k t qu có 80% gi ng ñ u trong 338 gi ng v h t có kh năng th m th u v i ph m vi t 1 - 79% (Gloyer, 1932). ði u khi n di truy n c a s th m th u ñư c minh ho b ng m t nghiên c u khác khi các dòng c 3 lá ñã ñư c ch n l c cho s th m th u nư c . Các thành ph n c a h t chín hoàn toàn thì có th th m th u tăng lên t 1-63% (Benelt, 1959). K t qu c a chương trình t o gi ng và ch n l c gi ng c này "Chief" v i ñ c ñi m kh năng thâm th u nư c r t có l i ñ gieo tr ng. + S th m th u nư c c a h t do c u trúc v h t Các h t bi u hi n th m th u nư c khác nhau như là h t r n do có l p t bào bi u bì ho c mô d u phát tri n ho c c 2 l p t bào trên phát tri n t o ra v h t r n ch c khó th m nư c. C u trúc v h t có kh năng th m nư c khác nhau còn do các h p ch t h u cơ t ng h p trong v h t như Sulerin, lignin ho c cutin. Ví d v c a nhi u h t ñ u cũng như các loài v c ng khác có các ch t lignin và cutin l n cũng có nh hư ng ñ n kh năng th m th u nư c c a h t. S th m th u c a nư c cũng liên quan ñ n thành ph n c u trúc h t như r n, rãnh và v h t. H t m t s loài cây tr ng nư c vào và ra kh i h t ñi qua m t ch m nh v h t g n r n h t g i là m ng (Strophiolar Plug). M ng này b l p b i ch t suberin t o thành t ng b n, do v y nư c ch có th ñi vào h t n u làm m t l p t ng b n này gây ra tr ng thái ng c a h t. Bi n pháp l c m nh gây xây xát là cơ ch cũng có th làm m t ho c thay ñ i l p b n và cho phép nư c ñi vào h t ñ phá ng các loàig h t do nguyên nhân này gây ng ngh . Bi u bì c a v ñ u có th nh hư ng ñ n h n ch s xâm nh p c a nư c, h t m t s loài ch l noãn cho th m th u nư c còn bi u bì v không th m nư c. Ví d ñ u l n mi n B c nư c M b t l noãn thì h t ch nh n ñư c 0,25% kh i lư ng c a nó trong khi m l noãn h t nh n ñư c 79% (Kyla 1955). Rãnh h t ñ u l n góp ph n nh n ñư c nhi u nư c hơn l noãn trong 24 gi ñ u, vì v y các b ph n khác nhau là có t m quan tr ng khác nhau ñ ñi u khi n nư c vào h t trong giai ño n ñ u c a s th m th u. + S th m th u nư c do nh hư ng c a môi trư ng Môi trư ng cũng nh hư ng ñ n s th m th u c a h t tuy nhiên chưa có nh ng nghiên c u c th v nh hư ng c a môi tru ng ñ n kh năng hút nư c c a h t. Ví d th i ti t giai ño n cu i cùng c a h t chín là nh hư ng ñ c bi t ñ n kh năng hút nư c c a h t. Tác ñ ng ñ n kh năng hút nư c c a h t giai ño n chín do m t s y u t môi trư ng tác ñ ng ch không ph i là tác ñ ng riêng c a m t y u t . 76 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
(b ) nh hư ng c a các ch t khí + Tính l a ch n th m th u c a v h t: H t n y m m c n có oxy tuy nhiên kh năng th m oxy c a h t là r t khác nhau gi a các loài. S th m th u oxy ph thu c vào c u trúc c a h t và các y u t môi trư ng. M c dù nư c và oxy ñ u có phân t nh , nhưng v h t có th l a ch n cho nư c ñi qua mà không cho oxy ñi qua. Cơ ch ngăn c n các ch t khí ñ n phôi là r t khó xác ñ nh b i vì các ch t khí không n ñ nh trong ñi u ki n t nhiên. Màng phôi tâm c a h t dưa chu t, v qu trong c a h t cà phê ñã bi t là nh ng cơ quan h n ch th m c a oxy. + Ch t c ch th m th u khí c a v h t: Cơ ch bi t rõ hơn v v h t th m th u oxy là cây kê (Xanthium), s n y m m c a h t kê ñư c s d ng ñ ch ra r ng có s ch n l c khí ñ th m th u. M t nghiên c u m i ñây ch ra r ng h t nh và trên cao hơn c a cây kê có lư ng ch t c ch l n hơn là h t to dư i th p ñ n ñ n yêu c u oxy khác nhau cho s n y m m, h t nh yêu c u oxy cao hơn. Nó g i ý r ng h t nh yêu c u nhi u oxy hơn ñ oxy hoá và không ho t hoá ch t c ch trư c khi n y m m 100% . Ví d c a th m th u oxy c a v h t cây kê ñang là m t thách th c ñ i v i nghiên c u. H t táo cung c p cho m t 200C chúng bi u hi n ví d khác c a s h n ch th m th u oxy c a v h t. Khi gi h n ch th m th u oxy nhưng th m th u tăng khi nhi t ñ 40C (Come,1968) vì v y có th nhi t ñ có tác ñ ng ñ n th m th u oxy. Các lo i h t khác cũng có bi u hi n r t khác nhau v th m th u oxy và cacbon dioxide (CO2) màng t bào c a h t dưa chu t là m t ví d , màng trong kh năng th m th u CO2 (15,5ml/cm2/hr) hơn oxy (4,3ml/cm2/hr) (Brower, 1940). (c) C u t o v h t Ng ngh cũng có khi ñóng góp b i tính ch t v t lý c a v h t. M t gi s áp l c s hút nư c tăng và sinh trư ng không ngang b ng gây gãy v h t và cho phép n y m m. Hi n nhiên ñ ch ng minh cho ñi u này là cơ s nh n bi t s thay ñ i v n ñ ng c a v h t t o ra s n y m m. Ghi nh n c a Koller1955 cho bi t ñây là ki u ng trong h t mã ñ , ñào, dâu tây. M c dù v y, nó cũng ñư c ghi nh n r ng v h t h n ch các ch t ñi vào và cũng là ñào th i các ch t ra kh i c a v h t. Ngoài ra v h t th can thi p ch t l c ch t c ch và h n ch các dòng nư c. R t nhi u s thay ñ i x y ra v i s bài thi t c a v h t ñ n nay chưa có thí nghi m nào minh ho rõ ràng ho t ñ ng c a v h t như m t s c n tr cơ gi i ñ n phôi n y m m. C n nghiên c u ñ xác ñ nh cơ ch c n tr c a v h t cũng như cư ng b c phôi n y m m. Môt c g ng nghiên c u cung c p nh ng thông tin này c a Esashi và Leopold, 1968, k t lu n r ng nh ng h t Xanthium ng ñông yêu c u ánh sáng m nh ñ làm v v h t cao hơn h t không ng ñông. H ñã ch ng minh r ng phôi c a h t không ng ñông phát tri n t ñâm ra ñ n y m m g p 2 l n h t ng ñông, ñi u ñó ch ng minh r ng c n tr v t lý c a v h t không là cơ ch chính b t bu c ng ngh c a nh ng h t này. Nh ng nghiên c u ti p theo ñ xác l p s h n ch c a v h t là m t nguyên nhân như th nào v i tr ng thái ng c a h t là c n thi t 77 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
4.4.1.2 Phương pháp phá ng ngo i sinh Không khí là cơ ch chính b t bu c ng ngh c a nh ng h t này. Nh ng nghiên c u ti p theo ñ xác l p s h n ch c a v h t là m t nguyên nhân như th nào v i tr ng thái ng c a h t là c n thi t. Dư i ñi u ki n t nhiên ng ngo i sinh ñư c phá v b ng gi l nh trong ñ t, trong b máy tiêu hoá c a ñ ng v t, ho t ñ ng c a vi sinh v t, cháy r ng, ñ t axit t nhiên và các y u t khác. Nhưng phá ng t nhiên có th m t th i gian lâu có khi vài năm ñ hoàn thành vì ch khi th i gian ñ ñ làm suy thoái v h t m i n y m m. Nhi u trư ng h p con ngư i c n h t n y m m nhanh và ñ ng ñ u, vì v y ph i rút ng n th i gian ng ngh này, ph i lo i b tr ng thái ng c a h t b ng hoá h c hay cơ gi i g i là làm suy thoái v h t (scarification) 1) Phá ng ngo i sinh b ng phá v ho c làm suy thoái v h t + Mài h t b ng c t, mài ho c chà xát là k thu t thông thư ng ñư c s d ng ñ làm v v h t. Hình 4.1 Phá ng b ng c t v h t + K thu t khác như s d ng nhi t ñ nóng, l nh ñ t ng t , nhúng nhanh trong nư c nóng + Dùng kim châm th ng v h t ho c + Phơi dư i t n su t sóng nào ñó làm bi n ñ i suy thoái v h t cho phép nư c và khí xâm nh p vào v h t. 2) Phá v v h t b ng hoá ch t H t cũng có th x lý b ng hoá ch t làm suy thoái v h t như H2SO4 ñang ñư c s d ng ph bi n và có hi u qu , tuy nhiên s d ng hóa ch t b h n ch do ñ c h i ñ n ngư i (tay). H t sau x lý ph i r a s ch, x lý khô... ñôi khi gi m s c n y m m và có th gây hư h ng h t. 3) Phá v v h t b ng enzim K thu t ngày nay dùng enzim ch n l c phân hu v h t như enzim celluluse, Pectinase.. ñ phân hu v h t. M t s h p ch t không hoà tan nư c làm h n ch nư c ñi vào h t có th dùng các h p ch t h u cơ như alcohal, acetone ñ hoà tan và chuy n ñ i nh ng h p ch t này ñ tăng kh năng th m th u c a v h t. B ng 4.1 nh hư ng c a phương pháp châm và bóc v ñ n t l n y m m c a h t Y n m ch Th t i 20oC Châm khi ñã th t i Bóc v khi ñã th t i S l n th 20oC và 10 ngày 20oC và 10 ngày và 10 ngày 1 43 94 98 2 36 90 79 3 47 95 91 4 10 84 87 5 77 96 96 78 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
6 74 90 92 7 75 91 84 8 71 88 93 9 75 88 93 10 89 95 97 Trung bình 59.7 91.1 91 (ngu n Lary O. Copeland & Miller B. Mc Donald,1995) 4.4.2 Ng N i sinh Ng n i sinh là d ng ng ph bi n và là m t ñ c ñi m di truy n c a h t, hàm lư ng ch t c ch cao ph i lo i b ho c gi m b t h t m i có kh năng n y m m. Hình th c ng n i sinh do ch t ñi u ti t sinh trư ng và sinh lý trong h t quy t ñ nh, do v y khí phá ng c n thay ñ i ch t ñi u ti t sinh trư ng. Thay ñ i ch t ñi u t t sinh trư ng b ng thay ñ i nhi t ñ , phơi n ng s gi m b t ng n i sinh c a h t. ði u ki n môi trư ng trong quá trình phát tri n và chín c a h t có th nh hư ng ñ n ng n i sinh. Ví d m c ñ ng c a h t cây bóng nư c (Impatiens balsamina) ph thu c vào cung c p nư c và ch t dinh dư ng, ñ c bi t là ñ m trong quá trình hình thành và phát tri n c a h t. H t c a cây ñư c cung c p nư c và ñ m ñ y ñ có ñ ng ngh kém hơn so v i không ñư c cung c p ñ y ñ (Junges và Ludwig 1963). 4.2.2.1 Nguyên nhân c a ng n i sinh + Ng c a phôi chưa thành th c H t c a m t s loài r ng trư c khi chín, hình thái ñ c bi t này gây ra ng c a h t b i vì phôi chưa chín nên không có kh năng n y m m. Ng c a phôi chưa thành th c x y ra cây mã ñ (Plautago), h t thông (Pines)... s chín phôi x y ra ti p t c sau khi h t ñã tách ra kh cây vài ngày ho c vài tháng. Phôi c a cây nh a m i (Ilex opaca) gi ng như kh i t bào bình thư ng khi h t ñã r ng sau ñó trong quá trình chín ti p theo m i phát tri n c u trúc phôi hoàn ch nh. + Ng sinh lý S ng c a h t m c cao hơn nhìn chung ñư c tin r ng ñư c ñi u khi n b ng các ch t kích thích và c ch sinh trư ng n i sinh. Vì th s ng này có th xem như là m t k t qu c a s có m t ch t c ch sinh trư ng. S có m t ch t c ch sinh trư ng ho c t h p c 2 ch t c ch và ch t kích thích sinh trư ng. M c ñ c a các h p ch t n i sinh này ñư c ñi u khi n t ng h p và tích lũy b i kích thích c a môi trư ng như ánh sáng, nhi t ñ (Khan 1971). Nh ng nghiên c u xa hơn v ch t kích thích và c ch là có thêm s tham gia cu 3 hormones ñi u ki n s ng c a h t và ch c năng ñ c thù c a m i hormone trong hình (4.2) ông cho r ng gibberellin có ch c năng kích thích cơ b n. Gibberellines có m t ñi u khi n s n y m m và xem như là ch t kích thích phá tr ng thái ng c a m t s h t. Khan cho r ng các lo i hormones khác như cytokinins có vai trò c ch n y m m n u không có gibberellins, nhưng khi có m t gibberellines chúng không ho t ñ ng sinh lý. Mô hình như th giúp cho nh n bi t thay ñ i c a hormones như th nào trong quá trình ng ngh c a h t chuy n d ch t không ho t ñ ng trao ñ i ch t sang n y m m. + S c ch trao ñ i ch t 79 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
Các h p ch t trong h t có hư ng trao ñ i ch t ñ c thù. Ví d lo i c ch cyanide ñư c tìm th y trong h t táo và h t ñào, h p ch t này ngăn c n n y m m thông qua s nh hư ng lên quá trình hô h p c a h t. H p ch t phenolic cũng h n ch s n y m m coi như m t ch t c ch n y m m t nhiên. Các h p ch t khác như th thay th Phenol và cresol bi u hi n c ch s n y m m, m c dù chúng không ph i là h p ch t gây ra tr ng thái ng . Ch t c ch gây ra hi n tư ng ng ñ u tiên ñư c tìm ra là coumarin, ch t này có ñ c trưng b i m t vòng thơm và ñ i di n c a m t c u trúc lactone không bão hoà. Coumarin phân b r ng và trao ñ i ch t nhanh trong h t ñư c xem như là ch t c ch n y m m t nhiên. M t ho t ñ ng c ch n y m m c a h t n a ñư c khám phá b i Cornforth et al, 1966 có ñ c tính gây ng g i là dormin, sau này ñ c ñi m hoá h c c a nó có liên quan nhi u v i axit abscisic có ñ c tính kích thích ng c a ch i cây nên ñ i tên là abscisic acid năm 1967 (ABA). Hình 4.2: Tr ng thái hóc môn n y m m và ng ngh c a h t Minh h a tr ng thái c a các hóc môn ñ n n y m m và ng ngh c a h t Hình 4.3: Ng ngh và ñi u khi n n y m m c a h t( ngu n Finch-Savage and Leubner-Metzger, 2006) Có nh ng ch ng minh abscisic acid (ABA) ñi u khi n ng ngh và duy trì tr ng thái ng ngh c a h t như sơ ñ c a Kucera et al., 2005, Finch-Savage and Leubner- Metzger, 2006. ABA-thi u h t trong quá trình phát tri n c a h t liên k t v i ng sơ c p c a h t chín. Trong khi gen t ng h p ABA ho t ñ ng m nh có th tăng hàm 80 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
lư ng ABA và tăng ng ngh ho c trì hoãn n y m m c a h t. ABA ñư c h t t t ng h p trong quá trình phát tri n c a h t. Ví d h t cây c i xoong tai chu t (Arabidopsis thaliana) các gen AtNCED mã hóa enzymes catalaza quy ñ nh t ng h p ABA c trong phôi và n i nhũ và chúng ñ u ñóng góp gây ra ng ngh c a h t. Hàm lư ng ABA cao c ch th m th u c a h t gây ra ng sâu c ch th m th u + Nhi u ch t nh hư ng ñ n áp xu t th m th u, cũng có th c ch s n y m m c a h t. H p ch t như ñư ng và mu i v i n ng ñ phù h p hoàn toàn có th làm h t không hút ñ nư c ngăn c n quá trình n y m m. Phương pháp duy nh t ñ cho h t có th n y m m là thay ñ i môi trư ng n y m m. Nhi u ch t trong qu , v qu và xung quanh h t ñã t o ra nh ng ch t vô cơ c ch quá trình n y m m ( Duym et al ,1947). Nh ng nghiên c u v n ng ñ các ch t ñi n phân chi t xu t t trong b u qu c c i ñư ng ñã có tác d ng làm ch m sinh trư ng cây con lúa mỳ. Ch t c ch này cũng là ch t c ch n y m m c a c cay và các loài khác. Nguyên nhân có m t c a ch t h u cơ ñ c thù ho c ch t c ch th m th u như ferulic và caffeic axit trong c khoai tây và h n h p các axít h u cơ trong chanh, dâu t m và mơ cũng có tác d ng c ch n y m m. Nư c ép t c khoai tây hoàn toàn có th c ch n y m m c a h t c i xoong ( Lepidium sativum) ngay c khi pha nư c thêm v i t l 1:25 (Meyer at al,1960). Nghiên c u cơ ch c ch sinh lý ñ n s n y m m là s ngăn c n th m th u nư c vào trong h t. Nhi u nghiên c u ñi u ch nh th m th u nư c vào h t b ng mu i nhưng như c ñi m là gây ñ c cho h t b i ion toxicity. Các nghiên c u khác thay th băng mannitol nhưng l i b c l như c ñi m là nó vào h t thay th ch c năng trao ñ i ch t trong h t. Nh ng nghiên c u g n ñây ñã nghiên c u s d ng Polyetylen glycol (PEG) có l i hơn vì ch t này là m t chu i polyme không có kh năng vào trong h t, nhưng v n có kh năng hoà tan các ch t ñ tăng ho t ñ ng th m th u c a h t. 4.2.2.2 Phương pháp phá ng n i sinh (a) Phương pháp phá ng sinh lý 1) Ngâm nư c Có r t nhi u phương pháp phá ng sinh lý, các lo i h t ng do c ch th m th u c n thay ñ i và chuy n ñ i ngu n c ch như ngâm h t trong nư c ñ pha loãng ho c hoà tan ch t c ch ho c chuy n ñ i thành ch t trung gian xung quanh h t. Ví d như các lo i h t có ñ th m l c ñ c bi t ñư c lo i b ch t c ch c a v qu như h t c c i ñư ng 2) Phương pháp suy thoái l p v và làm m t kh năng c ch trên v h t c ch c a v h t gây ng ngh có th theo 2 hình th c : 1)V h t có ch a ch t c ch 2)V h t là màng th m th u nó làm ch m quá trình hút nư c c a h t, ñ làm m t hai nguyên nhân này có các phương pháp sau: - Bóc v h t - Châm chích, mài l p làm m n l p v - - Ngâm trong a xít H2SO4 81 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
Hai phương th c c ch trên ñ u d n ñ n ng ngh c a h t n u bóc v h t ho c phá hu v h t g i quy t ñư c c hai hiình th c c ch và h t có th n y m m. 3) Phá ng b ng nhi t ñ Các lo i h t có yêu c u nhi t ñ ñ c bi t cho s n y m m, nhi u ý ki n cho r ng ñ ng ngh ñư c ki m tra b i m i cân b ng gi a ch t c ch và ch t kích thích, nó ñư c bi n ñ i trong phôi h t ñi u ki n nhi t ñ th p h p th (phá v tr ng thái ng ngh ) còn ñi u ki n nhi t ñ cao hơn không h p th (ng ngh ). M t s loài cây tr ng l i yêu c u nhi t ñ cao ñ phá ng ngh b ng x lý nóng khô ho c lò h p. H t ñ ng trong bình nông ñ t trong lò h p v i nhi t ñ t 80 ñ n 100oC tùy theo loài, sau khi x lý h t ñư c làm mát và gieo tr ng ngay(Emery,1987). Phá ng b ng nhi t cũng có th s d ng nư c nóng (h t m t s loài trong h ñ u) v i c h t nh ñ n trung bình và s lư ng h t nhi u. Phương pháp ngâm h t trong th tích nư c g p 6 l n th tích h t và nhi t ñ nư c t 82 ñ n 91oC (s d ng nư c mưa ñ pH trung tính), th i gian x lý 12 ñ n 24 gi sau ñó r a trong nư c l nh. Không s d ng bình ñ ng h t là nhôm và nư c m m ñ không gây ñ c cho h t gi ng. H t ngô cũng có th x lý b ng phương pháp này ñ c bi t các gi ng ngô v h t dày và c ng. Th i gian và nhi t ñ nư c tùy thu c loài cây tr ng (Bonnan và c ng s ,1974 và Emery,1987) 4) l p (Stratification) Tài li u hi n nay cho r ng s thay ñ i sinh lý x y ra trong h t x lý nhi t ñ th p, sinh trư ng cu phôi và các b ph n c a phôi như tr c phôi cho s t bào, kh i lư ng khô và chi u dài tăng x y ra h t táo, dâu tây. Cơ s t bào c a hi n tư ng này là tăng s hút oxy cung c p năng lư ng cung c p cho phôi. Ngoài ra con th y tăng ho t ñ ng c a các enzim catalase, phosphatase, alkinine, lipase và pedoxilase.( Zarska, Maciejewska, Lewak,1970). Hi u qu c a l p do s nh hư ng ñ n nhi u pha phát tri n phôi và trao ñ i ch t và d ch chuy n cân b ng hormon trong h t ví d ABA trong h t táo và cây t n bì gi m khi x lý l p và gibberellin tăng thay th ABA khi x lý l p. Ngoài ra x lý l p còn làm thay ñ i cân b ng ch t kích thích và ch t c ch do ñó có th phá v tr ng thái ng c a h t. T l n y m m cũng tăng n u x lý nhi t ñ thay ñ i xen k , yêu c u x lý nhi t ñ xen k liên quan ñ n ng n i sinh và ñ c ñi m c a nhi u lo i cây nông nghi p. B ng 4.2: Phát tri n c a phôi táo sau th i gian x lý l p ñem tr ng nhi t ñ 25oC trong 9 ngày Phôi có lá m m Phôi m i ch có 1 Dài trung bình c a xanh (%) lá m m xanh (%) r chính (mm) Tu n x lý N ym m 0 9 7 42 1,9 2 12 22 27 2,2 4 24 73 5 3,7 6 39 97 2 9,1 8 51 100 0 9,9 10 59 100 0 10,9 12 65 100 0 11,9 14 79 100 0 21,4 82 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
(ngu n Lary O. Copeland & Miller B. Mc Donald,1995) Yêu c u l p ph thu c vào tu i h t ví d cây g thích (Trung Qu c ) yêu c u x lý l p 2 tháng m i n y m m. Tăng tu i c a h t s gi m th i gian ng ngh c a h t ph bi n các lo i h t ng n i sinh. X lý l p l nh ho c ti n l nh ñư c s d ng v i lo i h t ng n i sinh do oxy không th m ñư c qua v h t, nhi t ñ l nh oxy ñư c hòa tan trong nư c như v y ñ lư ng oxy theo yêu c u c a phôi cho n y m m. l nh và m là phương pháp mô ph ng gieo h t trên ñ ng ru ng qua ñông c a ngư i dân (Young 1986). Tr n h t gi ng v i than bùn, rêu ho c phân khoáng h n h p v i t l 1:3 sau ñó cho vào túi nilông ho c c c th y tinh ñ t trong bu ng l nh nhi t ñ 16 – 19oC m t s loài yêu c u nhi t ñ th p hơn 13 – 15oC. 5) D tr b o qu n sau khi chín Tr ng thái ng b lo i b n u b o qu n phòng nhi t ñ cao ñ i v i h u h t các loài. Các lo i h t ngũ c c, n u b o qu n trong phòng nhi t ñ 15 - 20oC t 1 - 2 tháng hoàn toàn có th n y m m. H u h t các lo i h t sau khi thu ho ch x lý l p và b o khô là có th phá ng . X lý gibberellin ñ i v i h t chưa chín là có th ngăn c n tr ng thái ng h u h t các loài ngũ c c và c . 6) Phá ng b ng ánh sáng Cư ng ñ ánh sáng, ñ dài bư c sóng, quang chu kỳ có nh hư ng ñ n s n y m m c a h t ng sinh lý. Ba loài cây ñã ñư c bi t có th phá ng c a h t b ng ánh sáng ñ (670nm) là rau di p, thông ñ u và bulô. Th i gian chi u sáng cũng có nh hư ng ñ n s n y m m c a h t loài cây ng n ngày ho c dài ngày, nhưng cũng có loài không b nh hư ng. Ánh sáng liên t c có tác d ng c ch n y m m c a m t s h t và b t bu c h t tr ng thái ng như h t hành và t i tây. Nghiên c u cho th y ánh sáng có kích thích cho phát tri n c a r giai ño n ñ u sau ñó l i c ch . 7) Tách phôi. Filenion,1936, l n ñ u tiên báo cáo h t tr ng thái ng có th n y m m n u tách phôi và cho sinh trư ng riêng r . Nh ng nghiên c u khác trên cây bulô cho bi t h t cây này khi n y m m yêu c u có ánh sáng nhưng n u c t phôi nó có th n y m m trong t i (Redmond và Robinson,1954). Yêu c u ánh sáng cho s n y m m c a h t rau di p có th kh c ph c b ng cách tách l p phôi nhũ ho c chích l p n i nhũ xung quanh phôi. N y m m c a h t ñ u bình thư ng yêu c u x lý l nh nhưng tách phôi hay tách v h t thư ng t o ra cây lùn ho c bi n d ng(Mayer và Polzakff mafber,1975). (b) Chu kỳ n i sinh Quan sát quá trình sinh trư ng phát tri n ti p theo c a cây, m t ñi u thú v là có nh ng giai ño n cây tr ng có kh năng ñ c l p v i môi trư ng bên ngoài và như th chúng có kh năng t ñi u ch nh quá trình sinh trư ng và phát tri n (Cumming, wagner 1968). Các giai ño n như th k ti p nhau theo m t tr t t nh t ñ nh c a sinh trư ng phát tri n g i là chu kỳ (circadian). Chu kỳ như trên cũng nh hư ng ñ n phương th c n y m m, chúng ñư c phân lo i là chu kỳ m t năm và chu kỳ nhi u vòng trong năm. Ví d cây rau mu i ( Amaranthus retroflexus) theo dõi n y m m 83 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn
trong 72 tháng v i ñi u ki n ñ ñ m và nhi t ñ là 20oC th y có 2 c c ñ i n y m m x y ra c c ñ i 1 vào 8 - 10 tháng và c c ñ i 2 vào 20 - 22 tháng. (c)Tương tác gi a các cơ ch ng c a ñ ng sơ c p Các ki u ng ñã ñư c mô t trên nhi u khi không riêng r ch có tác ñ ng c a m t tr ng thái ng , ví d ñ i v i h t c l ng v c n ð ( Oryzopsis hymennoides ) tr ng thái ng do c ng n i sinh và ngo i sinh. Cho nên khi phá ng ph i dùng c axit sulfuric ñ phá v v h t (phá ng ngo i sinh), ñ ng th i ph i dùng GA3 ñ phá ng n i sinh (ng sinh lý). Nh ng loài ng ngh do v h t có th x lý b ng l p v i axits sulfuric, ngoài ra còn x lý GA3 ñ n nâng cao t l n y m m, nhưng nh ng lo i h t ñã b o qu n khô không c n x lý GA3 ngo i sinh vì h t ñã có ñ th i gian ñ t t ng h p ch t này. B ng 4.3: nh hư ng c a x lý hoóc môn ngo i sinh khác nhau ñ n s n y m m c a lúa c 1 –2 năm tu i Hoóc môn h t c 1 năm H t c 2 năm Ngâm Phá ng Ngâm Phá ng (ñ/c) (ñ/c) H2O 0 31 5 67 0 65 5 76 10µM GA3 0 54 6 72 10µM Kinetin 0 1 2 2 10µMABA (ngu n Lary O. Copeland & Miller B. Mc Donald,1995) 4.3 Ng th c c p M t s trư ng h p h t không tr ng thái ng ngh nhưng ñi u ki n b t l i gây ra tr ng thái ng ngh c a nó. Nguyên nhân này ñ phá ng có th x lý các ñi u ki n n y m m thu n l i. M t nghiên c u v i h t lúa mì mùa xuân và lúa m ch mùa ñông cho bi t ng th c p có th tác ñ ng b i : H t lúa m ch khô x lý nhi t ñ 50 - 90 oC H t lúa m ch b o qu n 7 ngày dư i ñ m cao và 20oC H t lúa mì x lý trong thùng kín m ñ cao và nhi t ñ 50 oC H t lúa mì trong t i 1 - 3 ngày và nhi t ñ 20oC. X lý h t khô nhi t ñ 50oC b t bu c ng th c p, 70 oC yêu c u 4 gi và 90 oC ch c n 1 gi h t ñã ng th c p. Ng ngh th c p có th x y ra khi h t chín sinh lý t 15 ngày ñ n 1 tháng và có th tr ng thái ng kéo dài ti p. ð làm gi m giai ño n ng ti p này b ng x lý gibberellin 0.1%. Ngoài nguyên nhân trên ng th c p còn b nh hư ng b i nhi t ñ , quang chu kỳ, hàm lư ng nư c cao, nông ñ hoá ch t... Cơ ch ng th c p c n th o lu n là S cư ng b c quá m c c a ñi m t i h n trong chu i trao ñ i ch t hư ng ñ n s n y m m. Cân b ng ch t kích thích và c ch sinh trư ng không phù h p. 84 Trư ng ð i h c Nông nghi p 1 - Giáo trình S n xu t gi ng và công ngh h t gi ng----------------------- http://www.ebook.edu.vn