BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Hoàng Thị Ngọc Phúc

SỰ TĂNG TRƯỞNG IN VITRO CỦA CÂY MẦM LÚA Oryza sativa L. TRONG ĐIỀU KIỆN NGẬP ÚNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Thành phố Hồ Chí Minh - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH

Hoàng Thị Ngọc Phúc

SỰ TĂNG TRƯỞNG IN VITRO CỦA CÂY MẦM LÚA Oryza sativa L. TRONG ĐIỀU KIỆN NGẬP ÚNG

Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số

: 60 42 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS. TS. BÙI TRANG VIỆT

TS. LÊ THỊ TRUNG

Thành phố Hồ Chí Minh - 2013

i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận văn này, em xin chân thành tỏ lòng biết ơn sâu

sắc đến: Thầy PGS.TS Bùi Trang Việt đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy, bồi dưỡng kiến thức, đóng góp nhiều ý kiến quý báu và luôn tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành luận văn.

Cô TS. Lê Thị Trung đã giảng dạy, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm và luôn động viên giúp đỡ em trong quá trình học tập, làm luận văn.

Cô TS. Dương Thị Bạch Tuyết, cô TS. Nguyễn Thị Mong, cô TS. Trần Thanh Hương, Thầy PGS.TS Bùi Văn Lệ, Thầy TS. Đỗ Minh Sĩ, cô TS. Trần Lê Bảo Hà, Thầy PGS.TS Nguyễn Minh Công đã giảng dạy cho em những kiến thức bổ ích.

Ban giám hiệu, Phòng đào tạo sau đại học, Khoa sinh học và bộ môn Sinh lý Thực vật đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt thời gian học tập và làm luận văn ở trường.

Các Thầy, Cô trong hội đồng đã dành thời gian đọc và đóng góp

nhiều ý kiến cho luận văn của em.

Em Hồ Thị Mỹ Linh đã nhiệt tình hướng dẫn và cho em mượn dụng

cụ; hoá chất để thực hiện thí nghiệm.

Anh Nguyễn Văn Hướng (Sáu Hướng) làm việc tại Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam Việt Nam đã nhiệt tình cung cấp cho em vật liệu để thực hiện đề tài.

Các anh chị chuyên ngành sinh học thực nghiệm khóa 20, các bạn cùng

khóa 21, khóa 22 và các em học viên ở phòng bộ môn Sinh lý Thực vật.

BGH và tập thể giáo viên tổ Sinhtrường THPT Phan Bội Châu đã

giúp đỡ tôi có thời gian hoàn thành chương trình học.

Cuối cùng, con xin chân thành cảm ơn ba mẹ chồng, ba mẹ ruột và các anh chị em hai bên gia đình đã luôn yêu thương, tạo mọi điều kiện cho con học tập. Em cảm ơn anh và hai con đã luôn ở bên cạnh động viên, chia sẻ vui buồn trong cuộc sống.

Hoàng Thị Ngọc Phúc

ii

MỤC LỤC

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn ......................................................................................................... i

Mục lục .............................................................................................................. ii

Danh mục các chữ viết tắt ................................................................................ vi

Danh mục các bảng ......................................................................................... vii

Danh mục các ảnh ............................................................................................ ix

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

Chương 1 . TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 3

1.1. Giới thiệu về cây lúa (Oryza sativa L.) .................................................. 3

1.1.1. Vị trí phân loại cây lúa ..................................................................... 3

1.1.2. Nguồn gốc xuất phát của cây lúa trồng ............................................ 3

1.1.3. Hình thái học cây lúa ........................................................................ 3

1.1.4. Sinh lý nảy mầm của hạt lúa ............................................................ 7

1.1.5. Cây lúa nàng thơm chợ Đào ............................................................. 8

1.2. Giá trị kinh tế của lúa gạo ....................................................................... 8

1.3. Tình hình sản xuất lúa gạo ...................................................................... 9

1.4. Tình hình nghiên cứu về cây lúa .......................................................... 11

1.5. Sự tăng trưởng ...................................................................................... 11

1.5.1. Thuật ngữ ....................................................................................... 11

1.5.2. Động học của sự phát triển ............................................................. 12

1.5.3. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu lên sự tăng trưởng của tế bào ........ 13

1.5.4. Bộ máy dẫn truyền ở cây đơn tử diệp ............................................ 14

1.5.5. Sự tăng trưởng cây mầm lúa .......................................................... 14

1.5.6. Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật .......................................... 15

1.5.7. Sự tác động của các chất điều hoà tăng trưởng thực vật đối

với sự nảy mầm của hạt và tăng trưởng của cây mầm lúa ............ 23

iii

1.6. Nuôi cấy in vitro ................................................................................... 24

1.7. Sự ngập úng .......................................................................................... 24

1.7.1. Khái niệm stress ............................................................................. 24

1.7.2. Hiện tượng ngập úng ...................................................................... 25

1.7.3. Ngập úng ở cây lúa ......................................................................... 26

1.7.4. Sinh lý chống chịu ngập úng .......................................................... 27

1.7.5. Sự thiếu oxy ở cây bị ngập úng ...................................................... 29

1.7.6. Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong ngập úng .... 30

Chương 2 . VẬT LIỆU – PHƯƠNG PHÁP ................................................ 33

2.1. Vật liệu .................................................................................................. 33

2.2. Phương pháp ......................................................................................... 33

2.2.1. Khảo sát môi trường in vitro thích hợp để nuôi cấy lúa ............ 33

2.2.2. Khảo sát thời gian bão hòa nước của hạt .................................... 34

2.2.3. Quan sát hình thái, giải phẫu ...................................................... 34

2.2.4. Khảo sát sự nảy mầm và tăng trưởng in vitro của cây mầm

lúa ................................................................................................ 36

2.2.5. Khảo sát thời điểm gây stress ngập úng in vitro ảnh hưởng

đến sự tăng trưởng của cây mầm lúa .......................................... 36

2.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của mực nước ngập úng in vitro đến sự

tăng trưởng của cây mầm lúa ...................................................... 37

2.2.7. Khảo sát sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm trong

điều kiện ngập úng in vitro ......................................................... 37

2.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt độ đến sự tăng

trưởng của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng in vitro ........ 38

2.2.9. Xác định trọng lượng tươi và trọng lượng khô ........................... 38

2.2.10. Đo hàm lượng đường và hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa ... 39

2.2.11. Đo cường độ hô hấp .................................................................... 40

iv

2.2.12. Đo hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong

cây mầm lúa ................................................................................ 41

2.2.13. Khắc phục stress ngập úng cho cây mầm lúa ngoài tự nhiên ..... 44

2.2.14. Xử lí thống kê ............................................................................. 45

Chương 3 . KẾT QUẢ - THẢO LUẬN ....................................................... 46

3.1. Kết quả .................................................................................................. 46

3.1.1. Khảo sát môi trường in vitro thích hợp để nuôi cấy lúa ............. 46

3.1.2. Thời gian bão hòa nước của hạt .................................................. 46

3.1.3. Sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm lúa in vitro ............... 47

3.1.4. Thời điểm gây stress ngập úng in vitro ảnh hưởng đến sự

tăng trưởng của cây mầm ............................................................ 54

3.1.5. Ảnh hưởng của mực nước ngập úng in vitro đến sự tăng

trưởng của cây mầm lúa .............................................................. 56

3.1.6. Sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm lúa trong điều

kiện ngập úng in vitro ................................................................. 57

3.1.7. Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt độ đến sự tăng trưởng

của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng in vitro.................... 63

3.1.8. Sự thay đổi trọng lượng tươi và trọng lượng khô của cây

mầm lúa trong các điều kiện xử lý khác nhau ........................... 65

3.1.9. Hàm lượng đường và hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa

trong các điều kiện xử lý khác nhau ........................................... 66

3.1.10. Cường độ hô hấp cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý khác

nhau ............................................................................................. 68

3.1.11. Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong cây

mầm lúa ở các điều kiện ngập úng và ngập úng kèm xử lý

nhiệt độ ........................................................................................ 69

3.1.12. Khắc phục stress ngập úng cho cây mầm lúa ngoài tự nhiên ..... 71

v

3.2. Thảo luận .............................................................................................. 72

3.2.1. Sự tăng trưởng của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng ....... 72

3.2.2. Ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt độ lên cây mầm lúa tăng

trưởng trong điều kiện ngập úng ................................................. 75

3.2.3. Các thay đổi sinh lý của cây mầm lúa trong điều kiện ngập

úng và ngập úng có xử lý nhiệt độ .............................................. 77

3.2.4. Khắc phục stress cho cây mầm lúa ngoài tự nhiên ..................... 79

Chương 4. KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ ............................................................ 81

1. Kết luận ................................................................................................ 81

2. Đề nghị ................................................................................................. 81

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 82

PHỤ LỤC

vi

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

ABA : Abcisic acid

AIA : Acetic indol acid

BA : Benzyl adenine

GA : Giberelic acid

Gb : Giberelin

MS : Murashige & Skoog

FAA : Formadehid acol acid

TLT : Trọng lượng tươi

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Chiều cao phần khí sinh, chiều dài rễ cây mầm lúa sau 8 ngày

nuôi cấy và tỉ lệ nảy mầm ở các môi trường nuôi cấy khác

nhau. ............................................................................................ 46

Bảng 3.2. Sự thay đổi trọng lượng tươi của hạt lúa được ngâm trong

môi trường MS 1/2. ..................................................................... 47

Bảng 3.3. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trên môi

trường MS 1/2. ............................................................................ 48

Bảng 3.4. Sự thay đổi chiều cao phần khí sinh cây mầm lúa và ảnh

hưởng của chiều cao cột nước đối với cây mầm sau 4 ngày

nuôi cấy trong các môi trường ngập úng ở các thời điểm gây

ngập úng khác nhau. ................................................................... 54

Bảng 3.5. Sự thay đổi chiều dài rễ cây mầm lúa qua 4 ngày nuôi cấy

trong các môi trường ngập úng ở các thời điểm gây stress

khác nhau. ................................................................................... 55

Bảng 3.6. Tăng trưởng cây mầm lúa trong các môi trường ngập úng qua

4 ngày nuôi cấy. .......................................................................... 57

Bảng 3.7. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trong môi

trường ngập úng 15 mm. ............................................................. 58

Bảng 3.8. Sự thay đổi chiều cao phần khí sinh cây mầm lúa sau 6 ngày

nuôi cấy trong môi trường ngập úng kèm xử lý nhiệt độ với thời

gian xử lý khác nhau. .................................................................... 63

Bảng 3.9. Sự thay đổi chiều dài rễ cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập úng kèm xử lý 450C với thời gian xử

lý khác nhau. ............................................................................... 64

viii

Bảng 3.10. Sự thay đổi trọng lượng tươi cây mầm lúa trong các điều kiện

xử lý khác nhau. .......................................................................... 65

Bảng 3.11. Sự thay đổi trọng lượng khô cây mầm lúa trong các điều kiện

xử lý khác nhau. .......................................................................... 66

Bảng 3.12. Hàm lượng đường trong cây mầm lúa trong các điều kiện xử

lý khác nhau. ............................................................................... 67

Bảng 3.13. Hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa trong các điều kiện xử

lý khác nhau. ............................................................................... 68

Bảng 3.14. Cường độ hô hấp của cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý

khác nhau. ................................................................................... 68

Bảng 3.15. Hoạt tính tương đương của các chất điều hòa tăng trưởng

thực vật trong cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý khác

nhau. ............................................................................................ 70

Bảng 3.16. Chiều cao phần khí sinh và chiều dài rễ cây mầm lúa sau 15

ngày được gieo và xử lý ngoài tự nhiên. .................................... 71

ix

DANH MỤC CÁC ẢNH VÀ HÌNH

Ảnh 1.1. Hình thái cổ lá, tai lá và thìa lá cây lúa ........................................... 5

Hình 2.1. Sơ đồ ly trích và cô lập các chất điều hòa tăng trưởng

thực vật .......................................................................................... 44

Hình 3.1. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trên môi

trường MS 1/2. .............................................................................. 48

Ảnh 3.2. Cây mầm lúa sau 1 ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2 . ....... 49

Ảnh 3.3. Cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2. ........ 49

Ảnh 3.4. Cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2. ........ 50

Ảnh 3.5. Cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2. ........ 50

Ảnh 3.6. Phẫu thức cắt ngang cực chồi và cực rễ cây mầm lúa sau 1

ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2. ........................................ 51

Ảnh 3.7. Phẫu thức cắt ngang cực chồi cây mầm lúa sau 1 ngày nuôi

cấy trên môi trường MS 1/2. ......................................................... 51

Ảnh 3.8. Phẫu thức cắt ngang cực rễ cây mầm lúa sau 1 ngày nuôi cấy

trên môi trường MS 1/2 ............................................................... 52

Ảnh 3.9. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 2 ngày nuôi cấy trên

môi trường MS 1/2. ....................................................................... 52

Ảnh 3.10. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 3 ngày nuôi cấy trên

môi trường MS 1/2 ........................................................................ 53

Ảnh 3.11. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trên

môi trường MS 1/2. ....................................................................... 53

Ảnh 3.12. Tăng trưởng cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong môi

trường ngập úng 15 mm ở các thời điểm gây stress khác nhau .... 56

Ảnh 3.13. Cây mầm lúa sau 2 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập

15 mm. .......................................................................................... 59

x

Ảnh 3.14. Cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập

15 mm ........................................................................................... 59

Ảnh 3.15. Cây mầm lúa 6 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập 15 mm . ... 60

Ảnh 3.16. Cây mầm lúa 8 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập 15 mm . ... 60

Ảnh 3.17. Phẫu thức cắt dọc chồi cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy

trong điều kiện không ngập úng (ĐC). ......................................... 61

Ảnh 3.18. Phẫu thức cắt dọc chồi cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy

trong môi trường ngập úng 15 mm. .............................................. 61

Ảnh 3.19. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy

trong môi trường ngập úng 15 mm ............................................... 62

Ảnh 3.20. Phẫu thức cắt ngang trung trụ rễ cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi

cấy trong môi trường ngập úng 15 mm ........................................ 62

Ảnh 3.21. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trong các

môi trường ngập úng kèm xử lý nhiệt độ với các thời gian xử

lý khác nhau .................................................................................. 64

Ảnh 3.22. Cây mầm lúa 15 ngày tuổi được xử lý ngoài tự nhiên ................. 71

1

MỞ ĐẦU

• Lý do chọn đề tài

Lúa sinh trưởng trong nước nhưng nếu mực nước dâng cao che ngập

cây lúa, chỉ trong vòng một vài ngày, cây lúa chết. Mỗi năm lũ lụt đã làm

mất hàng triệu tấn lúa, thất thoát hàng tỷ đô la cũng vì mực nước lũ dâng cao

che ngập cây lúa, mà trong đó phổ biến nhất là ở châu Á, nơi sản xuất hơn

90% lúa gạo thế giới.

Ở Việt Nam cây lúa là loại cây lương thực quan trọng nhất. Hằng năm

ngành sản xuất lúa gạo không chỉ đáp ứng đủ cho nhu cầu lương thực trong

nước mà còn xuất khẩu mang về một lượng lớn ngoại tệ. Cùng với sự phát

triển của nền kinh tế, mức sống của người dân không dừng lại ở mức ăn no

mà đã nâng lên mức ăn ngon, thị trường lúa gạo trong nước và trên thế giới

càng có sự chuyển hướng và thay đổi về lúa gạo chất lượng cao. Đa số gạo

thơm ngon được sản xuất từ những giống lúa cổ truyền hay còn gọi là lúa

mùa. Tuy nhiên, diện tích trồng các giống lúa mùa hiện nay ngày càng giảm

do năng suất thấp. Vì vậy, việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật góp

phần làm tăng năng suất lúa mùa được người trồng lúa quan tâm nhất.

Bên cạnh đó, do cấu tạo địa chất và quá trình hình thành, đất phèn ở

đồng bằng sông Cửu Long có những đặc tính như mùa khô thiếu nước; mùa

mưa ngập sâu và mực nước lên nhanh; độ chua trong đất cao và hàm lượng

dinh dưỡng hữu dụng thấp. Trong điều kiện đó có những loài lúa mùa chỉ phát

triển tốt đúng mùa vụ của nó, không chống chịu được với những điều kiện vụ

ngược, ví dụ ngập úng, thiếu oxy. Hơn nữa, để sẵn sàng cho tình hình biến đổi

khí hậu đang càng ngày càng gay gắt ở Việt Nam, việc khảo sát sự tăng

trưởng của cây lúa trong các điều kiện khắc nghiệt là cần thiết.

2

Với những suy nghĩ trên, chúng tôi chọn đề tài "Sự tăng trưởng in

vitro của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng”.

• Mục tiêu của đề tài: nhằm tìm hiểu thêm về những đặc điểm

tăng trưởng của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng và mong muốn tìm

được cách khắc phục stress cho cây mầm trong điều kiện ngập úng khi đưa ra

môi trường tự nhiên.

• Nội dung đề tài: nghiên cứu sự tăng trưởng in vitro của cây

mầm lúa trong điều kiện ngập úng, khảo sát khả năng kháng chéo của cây

mầm trong điều kiện ngập úng in vitro. Khảo sát khả năng khắc phục stress

của cây mầm khi đưa ra ngoài tự nhiên.

• Phạm vi nghiên cứu: nghiên cứu các thay đổi sinh lý của cây mầm.

• Ý nghĩa của đề tài: bổ sung kiến thức cho việc giảng dạy.

3

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về cây lúa (Oryza sativa L.)

1.1.1. Vị trí phân loại cây lúa

Ngành: Magnoliophyta

Lớp : Liliopsida

Bộ : Poales

Họ : Poaceae

Chi : Oryza

Loài : Oryza sativa L.

(Hoàng Thị Sản 1999)

1.1.2. Nguồn gốc xuất phát của cây lúa trồng

Hai loại lúa trồng hiện nay là Oryza sativa L. (ở châu Á) và Oryza

glaberrima Steud. (ở châu Phi) mà xuất xứ còn nhiều nghi vấn. Về nguồn gốc

cây lúa, đã có nhiều tác giả đề cập đến nhưng vẫn chưa có dữ liệu chắc chắn

và thống nhất (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

Theo Nguyễn Văn Hoan (2006), cây lúa trồng (Oryza sativa L.) là một

loài cây thân thảo sinh sống hằng năm có nguồn gốc ở Đông Nam Á. Thời

gian sinh trưởng của các giống cây ngắn, dài khác nhau và nằm trong khoảng

60 - 250 ngày.

Về phương diện thực vật học, lúa trồng hiện nay là do lúa dại Oryza

fatua hình thành thông qua quá trình chọn lọc nhân tạo lâu dài (Vũ Văn Hiển,

1999).

1.1.3. Hình thái học cây lúa

Lúa là loài cỏ nhất niên, cao khoảng 0,5 - 2 m, có vài giống cao khoảng

6 - 7 m. Rạ mọc thành bụi nâng chịu lẫn nhau nhờ nhiều chồi sái vị. Lá song

4

đính, phiến lá dài và hẹp, có bẹ, có mép. Gié hoa có đường kính khoảng 3 -

3,5 mm, chụm tụ tán (Phạm Hoàng Hộ, 2000).

Các cơ quan sinh dưỡng gồm rễ, thân và lá. Các cơ quan sinh sản gồm

bông lúa và hạt lúa.

1.1.3.1. Rễ lúa

Rễ là bộ phận để cây bám chặt vào đất đồng thời là cơ quan hút nước và

các chất dinh dưỡng nuôi cây. Rễ lúa là rễ chùm. Rễ mọc ra đầu tiên khi hạt

lúa nảy mầm gọi là rễ mầm. Thường mỗi hạt lúa chỉ có một rễ mầm. Rễ mầm

không ăn sâu, ít phân nhánh, chỉ có lông ngắn, thường dài khoảng 10 -15 cm.

Rễ mầm giữ nhiệm vụ chủ yếu là hút nước cung cấp cho phôi phát triển và sẽ

chết sau 10 - 15 ngày, lúc cây mạ được 3 - 4 lá. Rễ mầm còn có nhiệm vụ

giúp hạt lúa bám vào đất khi gieo sạ trên đồng. Các rễ thứ cấp có thể mọc ra

khi rễ mầm bị thiệt hại. Các rễ thứ cấp mọc ra từ các đốt thân còn gọi là rễ

phụ hay rễ bất định (Vũ Văn Hiển, 1999 và Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

1.1.3.2. Thân lúa

Thân lúa gồm các bẹ lá kết lại với nhau tạo thành thân giả, các lóng kế

tiếp nhau tạo thành thân thật. Thời kỳ con gái thân nhìn thấy trên mặt đất là

thân giả thường dẹp và xốp, thân thật chỉ hình thành từ khi cây lúa vươn lóng,

phần cuối của thân thật là bông lúa (Vũ Văn Hiển, 1999).

Ở những vùng nước ngập sâu và lên nhanh, cây lúa có đặc tính vươn

lóng rất khỏe để vượt lên khỏi mặt nước, trung bình 2 - 3 cm/ngày ở các

giống lúa nổi. Đồng thời rễ phụ mọc ra rất nhiều ở các mắt trên cao gần mặt

nước để hút oxy và dưỡng chất. Thân lúa có khi dài đến 2 - 5 m và một lóng

lúa có thể dài 30 - 40 cm. Những năm lũ lớn nước lên nhanh, khả năng vươn

lóng của một số giống lúa nổi có thể đạt tới 5 - 8 cm/ngày. Thân lúa có nhiệm

vụ vận chuyển và tích trữ các chất trong cây (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

5

1.1.3.3. Lá lúa

Lúa là cây đơn tử diệp (1 lá mầm). Lá lúa mọc đối ở 2 bên thân lúa, lá ra

sau nằm về phía đối diện với lá trước đó. Trên một nhánh lúa, các lá lúa sắp

xếp kế tục và sole. Lá trên cùng (lá cuối cùng trước khi trổ bông) gọi là lá cờ

hay lá đòng (Vũ Văn Hiển, 1999, Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

Khi hạt lúa mới nảy mầm, lá ra đầu tiên là lá bao, sau đó đến lá không

hoàn toàn, nó không có phiến lá. Khi tính số lá trên cây thì không tính lá này

(Đinh Văn Lữ, 1978).

Lá lúa hoàn chỉnh gồm phiến lá, bẹ lá, cổ lá, tai lá và thìa lá (lưỡi lá) (Vũ

Văn Hiển, 1999).

Ảnh 1.1. Hình thái cổ lá, tai lá và thìa lá cây lúa

(Vũ Văn Hiển, 1999)

Phiến lá gồm một gân chính ở giữa và nhiều gân song song chạy từ cổ lá

đến chót lá. Mặt trên phiến lá có nhiều lông để hạn chế thoát hơi nước và điều

hòa nhiệt độ (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008). Tùy thuộc giống mà phiến lá có hình

dạng khác nhau như hình cánh cung, hình lá cong đầu hay hình lá thẳng bản

(Vũ Văn Hiển, 1999).

Bẹ lá là phần ôm lấy thân lúa. Giống lúa nào có bẹ lá ôm sát thân thì cây

lúa đứng vững khó đổ ngã hơn. Bẹ lá có nhiều khoảng trống nối liền các khí

khổng ở phiến lá thông với thân và rễ, dẫn khí từ trên lá xuống rễ giúp rễ có

6

thể hô hấp được trong điều kiện ngập nước. Màu sắc của bẹ lá thay đổi tùy

theo giống lúa, từ màu xanh nhạt, xanh đậm sang tím nhạt và tím (Nguyễn

Ngọc Đệ, 2008).

Cổ lá là phần nối tiếp giữa phiến lá và bẹ lá. Cổ lá to hay nhỏ ảnh hưởng

tới góc độ của phiến lá. Cổ lá càng nhỏ, góc lá càng hẹp, lá lúa càng thẳng

đứng thì càng thuận lợi cho việc sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp

(Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

Tai lá là phần kéo dài của mép phiến lá có hình lông chim uốn cong hình

chữ C ở hai bên cổ lá. Tai lá là bộ phận đặc trưng của cây lúa, tai lá có màu

xanh hay vàng, đôi khi có màu tím. Khi cây lúa về già tai lá bị rụng đi (Vũ

Văn Hiển, 1999).

Thìa lá là phần kéo dài của bẹ lá, ôm lấy thân, ở cuối chẻ đôi.

Độ lớn và màu sắc của tai lá và thìa lá khác nhau tùy theo giống lúa. Đây

là hai bộ phận đặc thù để phân biệt cây lúa với các cây cỏ khác thuộc họ Hòa

thảo (ở cây cỏ không có đủ hai bộ phận này) (Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

1.1.3.4. Bông lúa

Sau khi ra đủ số lá nhất định thì cây lúa sẽ trổ bông. Bông lúa là loại phát

hoa chùm gồm một trục bông chính mang nhiều nhánh gié bậc nhất (trung

bình có khoảng 7 - 10 gié bậc nhất), bậc hai (trung bình có khoảng 15 - 20 gié

bậc hai) và đôi khi có nhánh gié bậc ba. Hoa lúa được mang bởi một cuống

hoa ngắn mọc ra từng nhánh gié này. Bông lúa có nhiều dạng: bông túm hoặc

xòe (do các nhánh gié bậc nhất tạo với trục bông một góc nhỏ hay lớn), đóng

hạt thưa hay dày (thưa nách hay dày nách), cổ hở hay cổ kín (cổ bông thoát ra

khỏi bẹ lá cờ hay không) tùy đặc tính giống và điều kiện môi trường (Nguyễn

Văn Hoan, 2001, Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

1.1.3.5. Hạt lúa

Hạt lúa về bản chất là một quả, gồm có vỏ trấu ở ngoài, trong là hạt gạo

7

(Đinh Văn Lữ, 1978).

Hạt gạo gồm hai phần nội nhũ và phôi. Nội nhũ được bao bọc lớp vỏ

cám. Màu sắc của lớp vỏ cám cũng khác nhau tùy theo giống. Nội nhũ là bộ

phận dinh dưỡng để nuôi phôi và khi hạt nảy mầm thì cung cấp dinh dưỡng

cho phôi phát triển thành cây lúa non. Phôi ở phía cuống của hạt thóc, khi nảy

mầm thì phôi phát triển thành mầm và rễ để bắt đầu một chu kỳ mới của cây

lúa (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2003).

1.1.4. Sinh lý nảy mầm của hạt lúa

Sự nảy mầm là toàn bộ các quá trình bắt đầu từ sự tái thu nước của hạt

cho tới sự lú rễ mầm. Các đặc tính quan trọng nhất của sự nảy mầm là: hấp

thu nước mạnh, hoạt tính biến dưỡng mạnh và phát sinh nhiệt mạnh (Nguyễn

Ngọc Đệ, 2008, Nguyễn Văn Luật, 2009).

Hạt đang ngủ chuyển sang trạng thái nảy mầm là cả một quá trình biến

đổi sâu sắc nhưng nhanh chóng về thành phần hóa sinh và sinh lý xảy ra trong

hạt. Đặc trưng nhất của các biến đổi hóa sinh trong khi nảy mầm là sự tăng

đột ngột hoạt động thủy phânxảy ra trong hạt. Các hợp chất dự trữ dưới dạng

các polymer như tinh bột, protein, lipit…bị phân giải thành các monomer như

đường đơn, axit amin, axit béo... phục vụ cho sự nảy mầm. Biến đổi sinh lý

đặc trưng nhất trong quá trình nảy mầm là hô hấp. Ngay sau khi hạt hút nước,

hoạt tính enzym tăng và cường độ hô hấp cũng tăng mạnh mẽ. Việc tăng

cường độ hô hấp giúp phôi hạt có đủ năng lượng và nguyên liệu cần thiết (Vũ

Văn Vụ và cs, 2009).

Trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm thích hợp thì mầm lúa sẽ phát triển

xuyên qua vỏ trấu và xuất hiện ra ngoài: hạt nảy mầm. Hạt lúa có thể nảy mầm ở nhiệt độ tối thiểu 10 - 120C và tối đa là 42 - 440C, tốt nhất là 44 - 500C

(Vũ Văn Vụ và cs, 2009). Độ ẩm quá dư hoặc thấp hơn yêu cầu đều có ảnh

hưởng xấu tới quá trình nảy mầm. Oxy rất cần cho quá trình hô hấp của phôi

8

hạt, mầm non lúc nảy mầm. So với nhiều hạt giống khác thì hạt lúa nảy mầm

cần ít oxy hơn, mầm lúa sinh trưởng tốt nhất khi hàm lượng oxy trong môi

trường nước đạt 0,2%. Nếu thiếu oxy thì hệ số hô hấp sẽ tăng lên trong quá

trình nảy mầm. Trong quá trình hô hấp của hạt sản sinh ra CO2, nếu tích lũy

sẽ ức chế nảy mầm. Khi hàm lượng CO2 tăng lên 35% thì hạt sẽ bị chết (Vũ

Văn Vụ và cs, 2009).

Trong điều kiện bình thường, sau khi mầm hạt phá vỡ vỏ trấu thì rễ

mầm mọc ra trước, rồi mới đến thân mầm. Tuy nhiên, nếu bị ngập nước thì

thân mầm sẽ phát triển trước. Khi lá đầu tiên xuất hiện, thì các rễ thứ cấp sẽ

bắt đầu xuất hiện để giúp cây lúa bám chặt vào đất, hút nước và dinh dưỡng

(Nguyễn Ngọc Đệ, 2008).

1.1.5. Cây lúa nàng thơm chợ Đào

Trong đời sống hàng ngày, chúng ta thường nghe và nói nhiều đến lúa

đặc sản là những loại lúa đặc biệt không giống với các loại lúa thông thường

phổ biến khác về một vài đặc điểm theo những chỉ tiêu quan trọng như hình

dáng, kích cỡ, hàm lượng amylose, năng suất, giá trị...(Nguyễn Hữu Nghĩa,

2007).

Ở miền Nam Việt Nam có nhiều giống lúa đặc sản nổi tiếng. Nổi tiếng

nhất là giống nàng thơm chợ Đào của tỉnh Long An, nhạy cảm với ánh sáng

ngày ngắn, có thời gian sinh trưởng dài từ 155 - 165 ngày, cây cao 145 cm,

thuộc nhóm nhỏ bông với hạt gạo có vết đục mà nông dân gọi là hạt lựu. Cơm

mềm, dẻo có mùi thơm thay đổi từ cấp 1 đến cấp 5. Giống này trồng trên đất

có độ pH 5 - 5,5. Năng suất đạt 3 tấn/ha (Nguyễn Hữu Nghĩa, 2007, Bùi Chí

Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2003).

1.2. Giá trị kinh tế của lúa gạo

Gạo là thức ăn giàu dinh dưỡng. So với lúa mì, gạo có thành phần tinh

bột và prôtêin hơi thấp nhưng năng lượng tạo ra cao hơn do chứa nhiều chất

9

béo hơn. Hơn nữa, gạo có chứa các acid amin thiết yếu (lysine, threonine,

methionine, tryptophan...) với hàm lượng nhiều hơn ở lúa mì. Trong hột gạo

hàm lượng dinh dưỡng tập trung ở các lớp ngoài và giảm dần vào trung tâm.

Ngoài cơm ra, gạo còn dùng để chế biến nhiều loại bánh, cất rượu, làm môi

trường nuôi cấy vi sinh vật...Các lớp vỏ ngoài của hột gạo chứa nhiều protein,

chất béo, chất khoáng và vitamin, nhất là vitamin nhóm B nên được dùng làm

bột dinh dưỡng trẻ em và điều trị người bệnh phù thũng. Cám gạo là thành

phần cơ bản trong thức ăn gia súc và gia cầm. Trấu được sử dụng làm chất

đốt, chất độn chuồng, vật liệu cách nhiệt, cách âm... (Nguyễn Ngọc Đệ,

2009).

Lúa gạo là loại cây lương thực chính của người dân châu Á. Khoảng

40% dân số thế giới lấy lúa gạo làm nguồn lương thực chính. Đặc biệt, đối

với người dân nghèo, gạo là nguồn thức ăn chủ yếu. Khi thu nhập tăng lên,

mức tiêu thụ gạo/người giảm. Tuy nhiên, tổng nhu cầu tiêu thụ gạo trung bình

hàng năm của cả thế giới tăng lên. Ở các quốc gia như Việt Nam, Thái lan,

Myanmar và Ai Cập, lúa gạo chiếm một vị trí quan trọng trong nền kinh tế

quốc dân, không chỉ là nguồn lương thực mà còn là nguồn thu ngoại tệ để đổi

lấy thiết bị, vật tư cần thiết cho sự phát triển của đất nước. Tổng lượng gạo

sản xuất trên thế giới luôn thấp hơn nhu cầu tiêu thụ gạo. Hàng năm, thế giới

thiếu khoảng 2 - 4 triệu tấn. Trong những năm tới, giá gạo thế giới sẽ tăng

bình quân 0,3% mỗi năm. Dù vậy lượng gạo lưu thông trên thị trường thế giới

cũng chỉ chiếm khoảng 7,5% lượng gạo tiêu thụ hàng năm (Nguyễn Ngọc Đệ,

2009).

1.3. Tình hình sản xuất lúa gạo

Từ năm 2000 trở đi, diện tích trồng lúa thế giới có nhiều biến động và có

xu hướng giảm dần. Diện tích lúa tập trung chủ yếu ở các nước châu Á. Các

nước có diện tích trồng lúa lớn nhất theo thứ tự là Ấn Độ, Trung Quốc,

10

Indonesia, Bangladesh, Thái Lan, Việt Nam, Myanmar…Theo thống kê của

tổ chức Lương thực & Nông nghiệp của Liên hợp quốc (food and agriculture

organisation - FAO) (2006), năng suất lúa cao nhất ở Mỹ, Hy Lạp và Tây Ban

Nha với năng suất trên 7 tấn/ha. Nhật Bản, Hàn Quốc và Ý có năng suất lúa

tương đối cao và ổn định nhất. Việt Nam đứng vào nhóm 20 nước có năng

suất lúa cao và vượt trội trong khu vực Đông Nam Á, nhờ thủy lợi được cải

thiện đáng kể và áp dụng nhanh các tiến bộ kỹ thuật về giống, phân bón và

bảo vệ thực vật. Các quốc gia dẫn đầu về sản lượng lúa theo thứ tự là Trung

Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Việt Nam, Thái Lan và Myanmar.

Trong đó Thái Lan là nước xuất khẩu gạo dẫn đầu trên thế giới và Việt Nam

là quốc gia đứng hàng thứ hai về xuất khẩu gạo. Mỹ, Ấn Độ và Pakistan cũng

là những nước xuất khẩu gạo quan trọng sau Việt Nam (Nguyễn Tiên Thăng,

2012).

Việt Nam là nước có tiềm năng rất lớn về cây lúa. Sưu tập tại Viện Lúa

đồng bằng sông Cửu Long có hơn 1800 mẫu giống và hàng trăm quần thể lúa

hoang (Trần Thị Bích Trinh và cs, 2000). Năm 1982, Việt Nam đã chuyển từ

nước phải nhập khẩu gạo hàng năm sang tự túc được lương thực. Đến năm

1989, gạo Việt Nam lại tái hòa nhập vào thị trường lương thực thế giới và

chiếm lĩnh ngay vị trí quan trọng là nước xuất khẩu gạo đứng hàng thứ 3, rồi

thứ 2 trên thế giới. Thị trường xuất khẩu gạo chính của Việt Nam là các quốc

gia Đông Nam Á (khoảng 40 - 50%) và các nước Châu Phi (khoảng 20 -

30%). Về giá cả, gạo Việt Nam đã dần dần được nâng lên tương đương với

gạo Thái Lan. Điều này cho thấy chất lượng gạo và quan hệ thị trường của

Việt Nam có thể cạnh tranh ngang hàng với gạo Thái Lan trên thị trường thế

giới. Vào năm 2005, tổng diện tích trồng lúa ở Việt Nam 7,3 triệu ha với sản

lượng 35,79 triệu tấn, năng suất trung bình 4,89 tấn/ha. Riêng ở đồng bằng

sông Cửu Long, năng suất bình quân cả năm của toàn đồng bằng đã gia tăng

11

từ 2,28 tấn/ha/vụ trong năm 1980 đến 3,64 tấn/ha/vụ trong năm 1989 và 4,8

tấn/ha/vụ trong năm 2004. Cá biệt có một số huyện có thể đạt được năng suất

bình quân trên 6,5 tấn/ha/vụ. Đồng bằng sông Cửu Long chiếm 53,4% về diện

tích trồng lúa và 50,5% về sản lượng lúa gạo của cả nước. Hơn 80% sản

lượng gạo xuất khẩu hàng năm là từ đồng bằng sông Cửu Long (Nguyễn Tiên

Thăng, 2012).

1.4. Tình hình nghiên cứu về cây lúa

Cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu về lúa như Nguyễn Thị

Tâm và cs, 1999 đã ứng dụng công nghệ tế bào thực vật vào việc chọn dòng

chịu nóng ở lúa; Nguyễn Đức Thành và cs,1999 nghiên cứu sự biến động ở

một số đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng bệnh đạo ôn của các dòng

lúa chọn lọc từ mô kháng dịch nấm đạo ôn; Phạm Ngọc Lương và cộng sự áp

dụng phương pháp nuôi cấy bao phấn phục vụ cho công tác chọn giống lúa

(báo cáo khoa học, 1999); Lê Thị Bích Thuỷ, Nguyễn Đức Thành nghiên cứu

kiểm tra tính chịu hạn ở một số dòng lúa lai được chọn lọc dựa vào chỉ thị

phân tử STS liên quan đến tính chịu hạn ở lúa (tạp chí công nghệ sinh học,

2003).

Tại bộ môn Sinh lý Thực vật trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành

phố Hồ Chí Minh, có các nghiên cứu về nuôi cấy tế bào lúa Oryza sativa L.

của Trần Thị Bích Trinh, Phan Ngô Hoang và Bùi Trang Việt năm 2000; thu

nhận phôi thể hệ từ dịch treo tế bào lúa Oryza sativa L. dòng Bằng Ngọc của

Đoàn Thị Phươ ệt năm 2002; vai

trò của auxin trong sự hình thành phôi thể hệ lúa Oryza sativa L. của Cao ng Thùy, Phan Ngô Hoang, và Bùi Trang Vi

Minh Phươ ệt năm 2003.

1.5. Sự tăng trưởng ng, Phan Ngô Hoang và Bùi Trang Vi

1.5.1. Thuật ngữ

12

Tăng trưởng là sự gia tăng không hoàn nghịch về kích thước (chiều dài,

chiều rộng, diện tích, thể tích) hay trọng lượng (tươi hay khô). Trong một cơ

thể đa bào, sự tăng trưởng xảy ra nhờ sự phân chia tế bào (gia tăng số lượng tế

bào) và gia tăng kích thước tế bào (sự kéo dài tế bào).

Sự phân chia tế bào xảy ra ở mô phân sinh, sự tăng kích thước tế bào xảy

ra theo mọi hướng nhưng thường hơn tế bào kéo dài theo trục cơ thể, vùng

kéo dài của thân không ngừng kéo dài ra. Ở đơn tử diệp, sự tăng trưởng theo

đường kính được thực hiện nhờ sự phát triển các tổ chức sơ cấp có nguồn gốc

từ mô phân sinh ngọn (Bùi Trang Việt, 2000).

Thuật ngữ tăng trưởng được dùng để chỉ các biến đổi xảy ra ở các cơ

quan dinh dưỡng (rễ, thân, lá) và cả cơ quan sinh sản (hoa, trái, hạt). Các nhà

nghiên cứu về sự ra hoa thường dùng thuật ngữ phát triển theo nghĩa hẹp để

chỉ “phát triển” của hoa, trái, hạt (Bùi Trang Việt, 2000).

Trong quá trình tăng trưởng, cơ thể thực vật không ngừng phân hóa tạo

những thay đổi về chất. Hơn nữa hai hiện tượng này xảy ra đồng thời trong cơ

quan hay cơ thể thực vật. Sự tăng trưởng ở một mức độ nào đó luôn bao gồm

sự phân hóa ở mức thấp hơn (Bùi Trang Việt, 2000).

1.5.2. Động học của sự phát triển

Đường biểu diễn sự tăng trưởng của một tế bào, một thể thực vật cấp

thấp hay cấp cao là h́nh chữ S, dù là thực vật nhất niên hay đa niên. Đường

biểu diễn chia là 3 pha: pha 1 (pha ức chế), pha 2 (pha lũy thừa), pha 3 (pha

định vị). Pha 1 (pha ức chế) có sự chuẩn bị cho sự phân bào (ở pha 2). Các

phản ứng chuẩn bị bao gồm sự tái tổng hợp enzym, protein cần thiết cho sự

tăng trưởng tế bào và sự tổng hợp hay dự trữ của các tiểu đơn vị acid béo,

acid amin, glucid và vitamin. Pha 2 (pha lũy thừa) đặc trưng bởi hoạt động

tăng trưởng và phân nhân. Sự tăng trưởng này càng mạnh nếu số tế bào càng

lớn. Pha 3 (pha định vị) là giai đoạn cuối cùng với số tế bào chết gia tăng. Số

13

tế bào còn lại phân bào rất chậm nên có số lượng ổn định. Lúc này tế bào

ngưng tăng trưởng vì các yếu tố cần thiết trong môi trường đã bị cạn dần như

vitamin, oxy, Fe hay năng lượng và môi trường trở nên độc. Những yếu tố

nào làm thay đổi các lý do trên đều có thể điều hòa sự tăng trưởng tế bào (Mai

Trần Ngọc Tiếng, 2001).

1.5.3. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu lên sự tăng trưởng của tế bào

Thẩm thấu là một quá trình tự sinh về mặt năng lượng. Nước di chuyển

xuống một khuynh độ thế hóa học của nước hay thế nước và năng lượng tự do

được phóng thích.

Trạng thái nước của tế bào không ngừng thay đổi do các thay đổi về thế

nước của môi trường hay tế bào. Thế nước của tế bào thay đổi do sự di

chuyển hoạt động của các ion khoáng qua màng hay sự biến dưỡng tế bào.

Trong cơ thể thực vật, thông thường nước di chuyển từ mạch mộc tới các tế

bào ở xa mạch mộc theo khuynh độ thế nước. Sự hấp thu nước xảy ra đồng

thời với sự hô hấp. Khi đặt tế bào trong một dung dịch nhược trương, tế bào ở

trạng thái trương nước. Còn khi đặt trong môi trường ưu trương, tế bào ở

trạng thái co nguyên sinh. Các hiện tượng trương nước hay co nguyên sinh

làm thể tích tế bào tăng hay giảm tạm thời (không phải là hiện tượng tăng

trưởng) (Bùi Trang Việt, 2000).

Trong quá trình tăng rộng tế bào, nước gia nhập vào tế bào thực vật do

khuếch tán theo gradient thẩm thấu hiện hữu giữa không bào và dung dịch

bên ngoài. Không bào chứa các muối hữu cơ, muối vô cơ và các khí. Sự di

chuyển của nước xảy ra qua màng tế bào và không bào. Ngoài ra, tế bào thực

vật còn phải hoạt động chọn chất tan để dồn vào không bào. Hiện tượng này

cần năng lượng (Mai Trần Ngọc Tiếng, 2001).

Nếu vách tế bào co dãn được thì nó tăng rộng, như vậy không bào cũng

tăng theo diện tích tế bào và tế bào chất cũng tăng theo nhờ tổng hợp protein.

14

Trong quá trình tạo vách thì vách sơ cấp có một mạng lưới vi sợi còn co giãn

và phải có sự tổng hợp phân chia tế bào ở mức cơ thể. Nước giúp sự di

chuyển các chất dung dịch, hormon thực vật và loại trừ cặn bã (Bùi Trang

Việt, 2000).

1.5.4. Bộ máy dẫn truyền ở cây đơn tử diệp

Bó mạch của cây đơn tử diệp chỉ gồm những thành phần sơ lập. Libe sơ

lập gồm ống sàng, tế bào kèm, nhu mô, đôi khi có sợi hóa cương mô. Mộc sơ

lập gồm tiền mộc, sợi mạch, hậu mộc. Nhu mô có thể không hóa mộc (nhất là

trong vùng tiền mộc) hay hóa mộc quanh mộc xuất hiện sau cùng (hậu mộc),

cũng có khi có vài tế bào sợi hóa mộc và thường trong có mô hậu lập. Bao sợi

gồm những tế bào sợi, xoang rất hẹp, quanh các bó mạch. Bao sợi đầy đủ gồm

2 phần: một cung phát triển nhiều hơn phủ bên ngoài, một cung nhỏ hơn hay

mỏng hơn bọc quanh mô mộc. Hai cung của bao sợi có thể nối liền nhau

nhưng không hoàn chỉnh ở một mức độ nào đó trong thân cây, tạo nên sự lưu

chuyển giữa các bó mạch. Đây là cấu hình mô nâng đỡ có tính năng cơ học tốt

phù hợp với giải phẫu học của mô dẫn truyền ở cây cây đơn tử diệp (Esau,

1967).

1.5.5. Sự tăng trưởng cây mầm lúa

Lúa là cây đơn tử diệp. Khi hạt nảy mầm thì thì rễ mầm mọc ra trước, rồi

mới đến thân mầm. Thân mầm được bao bọc bởi một lá mầm dài khoảng 1

cm. Kế đó, lá đầu tiên xuất hiện, có cấu tạo như một lá bình thường nhưng

chưa có phiến lá, gọi là lá thứ nhất. Sau đó, đến lá thứ hai, lá này có đầy đủ

phiến lá và bẹ lá nhưng phiến lá nhỏ và có hình mũi viết rất đặc thù, dài

khoảng 2 - 3 cm. Tiếp tục lá thứ ba, tư, năm, sáu... Các lá mọc đối nhau, lá ra

sau mọc về phía đối diện với lá trước (Vũ Văn Vụ và cs, 2000, Nguyễn Ngọc

Đệ, 2009).

15

Rễ mầm là rễ mọc ra đầu tiên khi hạt lúa nảy mầm. Thường mỗi hạt lúa

chỉ có một rễ mầm. Rễ mầm không ăn sâu, ít phân nhánh, chỉ có lông ngắn,

thường dài khoảng 10 - 15 cm. Rễ mầm có nhiệm vụ hút nước cung cấp cho

phôi phát triển và chết sau 10 - 15 ngày, lúc cây mạ được 3 - 4 lá (Vũ Văn Vụ

và cs, 2000, Nguyễn Ngọc Đệ, 2009).

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng của cây mầm lúa

Nước thiết yếu cho sự nảy mầm và tăng trưởng cây mầm, nên cần ở

lượng đủ và ở trạng thái sẵn sàng (được giữ bởi các nối yếu) để hạt có thể hấp

thu (Nguyễn Văn Hoan, 2006).

Oxy cần thiết cho sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm. Trong thời

gian này nếu hàm lượng oxycao sẽ tăng cường độ hô hấp. Ở cây lúa thì có thể

nảy mầm trong điều kiện không có oxy, tuy nhiên cây mầm yếu và phát triển

không bình thường. Khi CO2 cao hơn 0,03% làm chậm sự nảy mầm nhưng lại

tốt cho quang hợp của cây mầm (Bùi Trang Việt, 2000).

Quang hợp có thể xảy ra dưới tác động của ánh sáng yếu tuy nhiên nếu

ánh sáng quá thấp thì quang hợp xảy ra rất yếu không bù lại được chất hữu cơ

bị tiêu phí trong hô hấp (Vũ Văn Vụ và cs, 2000, Nguyễn Ngọc Đệ, 2009).

Nhiệt độảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cây mầm lúa. Nhiệt độ ảnh

hưởng đến tốc độ các phản ứng hoá sinh diễn ra trong quá trình nảy mầm của

hạt, từ đó tăng cường độ hô hấp. Khi mầm xuất hiện thì nhiệt độ ảnh hưởng

đến sinh trưởng của cây mầm. Khi nảy mầm, nếu gặp nhiệt độ thấp, là điều

kiện cho cây trải qua giai đoạn xuân hoá, ảnh hưởng tốt cho quá trình sinh

trưởng, phát triển của cây mầm sau này (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009, Vũ Văn Vụ

và cs, 2000).

1.5.6. Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật

Chất điều hòa tăng trưởng thực vật là thuật ngữ được dùng để chỉ tổng

quát cho những hợp chất hữu cơ có tác động làm biến đổi một quá trình sinh

16

lý nào đó của thực vật ở nồng độ rất thấp. Chúng không phải là chất dinh

dưỡng hay là nguyên tố khoáng cần thiết cho sự tăng trưởng của thực vật

(Hopkins, 1995, Bùi Trang Việt, 2000).

1.5.6.1. Vai trò của auxin

Auxin có nguồn gốc thiên nhiên đầu tiên được xác định là IAA (indole-

3-acetic acid). Sau đó tìm ra một vài auxin khác như IBA, 2,4D. Hầu hết các

mô thực vật đều có khả năng tổng hợp auxin ở nồng độ thấp; ở mô phân sinh

ngọn chồi, lá non, trái và hạt là những nơi tổng hợp auxin (nơi mà có sự phân

chia tế bào nhanh), sau đó di chuyển tới rễ và được tích tụ trong rễ (Bùi Trang

Việt, 2000, Ljung và cs, 2001).

Auxin ảnh hưởng trong sự kéo dài tế bào vì auxin kích thích mạnh sự

kéo dài tế bào diệp tiêu và tế bào vùng kéo dài dưới ngọn của thân. Auxin

giúp kéo dài tế bào là nhờ sự hấp thụ các chất khoáng hòa tan (Taiz và

cs,2010). Trong nuôi cấy mô tế bào, auxin ở nồng độ cao kích thích sự tạo sơ

khởi rễ nhưng cản sự tăng trưởng của các sơ khởi rễ này. Điều này cho thấy,

trong cùng một quá trình sinh lý, auxin có thể có những hiệu ứng khác nhau,

thậm chí đối nghịch tùy theo nồng độ và cơ quan liên hệ (Bùi Trang Việt,

2000).

• Auxin trong sự phát triển rễ

Auxin đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát sinh hình thái. Đặc

tính di chuyển và hiệu ứng theo nồng độ của auxin quyết định chiều hướng và

tính hữu cực trong sự phát sinh cơ quan (Sachs, 1993).

Từ khi auxin lần đầu được mô tả, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy sự

liên hệ chặt chẽ giữa các hormon này với sự phát triển rễ (Overvoorde, 2010).

Auxin giúp sự kéo dài tế bào, sự phân chia, sự phát triển và duy trì mô phân

sinh ngọn rễ (Mironova và cs, 2010).

Một trong những hiệu ứng rõ nét nhất của auxin đối với sự phân hóa tế

17

bào đã được chứng thực từ năm 1934, đó là khả năng phát sinh rễ. Hiệu ứng

đó tạo nên một trong các ứng dụng quan trọng của auxin hoặc các chất gần

giống nó, là cơ sở của tất cả các sản phẩm thương mại (bột nhão hay dung

dịch) nhằm xúc tiến sự giâm cành (Nguyễn Như Khanh, 2007).

Auxin ở nồng độ cao kích thích sự tạo sơ khởi rễ nhưng cản sự tăng

trưởng của các sơ khởi rễ này (Mai Trần Ngọc Tiếng và cs, 1980). Auxin

được vận chuyển hướng gốc, tích lũy ở phần gốc của khúc cắt trụ hạ diệp của

cà chua và cảm ứng sự h́nh thành rễ bất định. Trong sự tạo rễ, auxin cần phối

hợp với các vitamin (như thiamin mà rễ không tổng hợp được), acid amin

(như arginin), và nhất là các hợp chất ortho–diphenolic (như acid cafeic, acid

chlorogenic) (Bùi Trang Việt, 2000).

Vai trò của auxin cho sự phân hóa rễ thể hiện rất rõ trong nuôi cấy mô.

Trong môi trường chỉ có auxin thì mô nuôi cấy chỉ xuất hiện rễ mà thôi. Vì

vậy trong kĩ thuật nhân giống vô tính thì việc sử dụng auxin để kích thích sự

ra rễ là cực kì quan trọng và bắt buộc (Vũ Văn Vụ, 1999).

Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng auxin cảm ứng sự tượng rễ bất định

ở các khúc thân in vitro với các nồng độ auxin khác nhau. Cùng với bản chất,

nồng độ và khuynh độ của auxin (auxin gradient) giải thích được phần nào về

sự tạo rễ bất định ở mức phân tử (Mironova vàcs, 2010) .

Điều đáng lưu ý là việc sử dụng auxin có hiệu quả ức chế ngay ở nồng

độ thấp đối với hệ rễ. Đối với rễ, auxin có tác dụng kích thích ở nồng độ thấp khoảng 10-10- 10-12 M, ở thân nồng độ cao hơn 10-6 - 10-7 M (Võ Thị Bạch

Mai, 2004).

• Auxin trong sự sinh trưởng, phân chia và phân hóa tế bào

Auxin rất cần thiết cho sự phân chia và tăng trưởng của tế bào nên nó có

vai trò quan trọng trong sự phát sinh hình thái thực vật. Auxin được tổng hợp

trong ngọn thân, trong mô phân sinh (ngọn và lóng) và lá non (tức là các nơi

18

có sự phân chia tế bào nhanh). Sau đó, auxin di chuyển tới rễ và tích tụ trong

rễ (Taiz và cs, 2010).

Auxin kích thích mạnh sự kéo dài tế bào diệp tiêu và tế bào vùng kéo dài

dưới ngọn của thân. Sự kéo dài tế bào rễ cần nồng độ thấp hơn nhiều so với tế

bào thân. Ở nồng độ cao auxin kích thích sự tạo mô sẹo từ các tế bào sống.

Đặc tính này được áp dụng nuôi cấy tế bào sống (Bùi Trang Việt, 2000).

Auxin kích thích rất mạnh sự phân chia tế bào tượng tầng (tầng phát sinh

libe - mộc) nhưng hầu như không tác động trên mô phân sinh sơ cấp. Như vậy

auxin tác động trên sự tăng trưởng theo đường kính. Ở nồng độ cao, auxin

kích thích sự tạo mô sẹo từ các tế bào sống, cảm ứng trực tiếp sự phân hóa tế

bào nhu mô thành các tổ chức mô dẫn (Bùi Trang Việt, 2000).

1.5.6.2. Vai trò của giberelin

Giberelin (Gb) hoạt động trong sự kéo dài tế bào, kéo dài lóng và tăng

trưởng lá. Gb có hoạt động bổ sung cho auxin, thông thường, Gb làm tăng

hàm lượng auxin trong mô mà chúng kích thích. GA3 là Gb được sử dụng

nhiều nhất trong các loại Gb phát hiện, có tác dụng kích thích sự tăng trưởng

của tế bào ở nồng độ rất thấp (Bùi Trang Việt, 2000).

Gb kích thích sự kéo dài tế bào bởi cơ chế kiểm soát hướng đặt của các

vi sợi. Nó cũng có tác dụng kéo dài lóng do sự phối hợp hoạt tính kéo dài và

phân chia tế bào thân. Gb kích thích mạnh sự phân chia tế bào nhu mô vỏ và

biểu bì. Gb cũng có tác động kích thích sự tăng trưởng chồi và gỡ sự ngủ của

chồi. Tuy nhiên Gb có những ảnh hưởng khác nhau trên sự hình thành chồi

trong nuôi cấy in vitro ở những loài thực vật khác nhau. Gb liều cao kích

thích mạnh sự tăng trưởng lá. Trên lá yến mạch hay diệp tiêu lúa giberelin chỉ

có vai trò làm tăng hiệu ứng auxin (Bùi Trang Việt, 2000).

Ở Begonia hiemali, Gb làm tăng số lượng và kéo dài chồi nhưng sự hiện

diện của nó ở trong chồi khiến chúng khó ra rễ (Edwin, 1996). Giberelin có

19

ảnh hưởng mạnh đến số lượng chồi hình thành trong nuôi cấy in vitro

(Sankhla và cs,1993).

Gb ảnh hưởng rất rõ rệt lên sự sinh trưởng của các dạng đột biến lùn.

Ảnh hưởng đặc trưng của Gb lên sự ra hoa là kích thích sự sinh trưởng kéo

dài và nhanh chóng của cụm hoa. Trong sự biểu hiện phái tính của hoa, Gb ức

chế phát triển hoa cái, kích thích sự tạo hoa đực (Vũ Văn Vụ và cs,2000).

Khi bổ sung Gb vào môi trường nuôi cấy mô thực vật thì sẽ làm giảm

bớt hoặc ngăn cản sự tạo chồi, rễ bất định và sự phát sinh phôi soma. Trong

sự tạo chồi ở mô sẹo thuốc lá Gb đặc biệt có tác dụng cản sự tạo chồi khi nó

có mặt vào giai đoạn hình thành đỉnh sinh trưởng và nó có tác dụng cản mạnh

hơn khi mẫu cấy được nuôi trong điều kiện tối hơn là ngoài sáng. Trong sự

tạo rễ thông thường Gb có tác dụng cản sự ra rễ và khi xử lí cành giâm với Gb

nồng độ cao (1 - 10 mg/l) ở ngay vị trí đáy cành giâm thì cành này sẽ không

tạo được rễ. Ở một số loài thực vật khi xử lí Gb trước khi chuyển vào môi

trường ra rễ thì sẽ làm tăng trưởng sự tạo rễ của cành giâm. Tác dụng làm

tăng sự ra rễ xảy ra một cách mạnh mẽ khi xử lí Gb ngay khi vừa bắt đầu thấy

có sự xuất hiện rễ nhưng chỉ sau một thời gian ngắn ngay sau đó thì nó lại có

tác dụng cản (Nguyễn Đức Lượng và Lê Thị Thủy Tiên, 2002). Trong nuôi

cấy mô, Gb không tác dụng thuận lợi cũng như ức chế sự thành lập rễ, hoạt

tính trái ngược với auxin (Võ Thị Bạch Mai, 2004).

Trong nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và lai tạo các dòng cây sạch bệnh, lợi

ích của việc thêm kích thích tố Gb vào môi trường nuôi cấy đã gia tăng sự hồi

phục của cây nuôi cấy lên đến 49% so với các cây đối chứng trong môi

trường lỏng (Dương Công Kiên, 2002).

Nồng độ Gb được sử dụng trong môi trường nuôi cấy khoảng từ 0,1 -

10 ppm, thường dùng dưới dạng GA3 (Võ Thị Bạch Mai, 2004).

20

1.5.6.3. Vai trò của cytokinin

• Kích thích phân chia tế bào

Cytokinin kích thích sự phân chia tế bào với điều kiện có auxin.

Cytokinin tác động trên cả hai bước của sự phân chia tế bào: phân nhân và

phân bào (Bùi Trang Việt, 2000). Có được hiệu quả này là do cytokinin hoạt

hóa mạnh mẽ sự tổng hợp acid nuclêic và prôtêin (Vũ Văn Vụ và cs, 2008).

Khi nuôi cấy mô nghèo cytokinin (mô lõi thuốc lá, vỏ rễ đậu), auxin kích

thích sự nhân đôi nhiễm sắc thể, thậm chí tạo tế bào hai nhân, nhưng không

có sự phân vách. Cytokinin cũng kích thích sự gia tăng kích thước tế bào lá

trưởng thành (Bùi Trang Việt, 2000).

• Kích thích tạo cơ quan

Cytokinin ảnh hưởng rõ rệt và rất đặc trưng lên sự phân hóa cơ quan của

thực vật, đặc biệt là sự phân hóa chồi (Vũ Văn Vụ và cs, 2008). Cytokinin

kích thích sự tăng trưởng lá, sự phân hóa mầm… Cytokinin phá vỡ trạng thái

ngủ của hạt, kích thích hạt nảy mầm và làm tăng sự nở hoa, tăng sự tượng hoa

(Võ Thị Bạch Mai, 2004).

Mô phân sinh ngọn rễ là nơi tổng hợp chủ yếu các cytokinin tự do cho cả

cơ thể thực vật. Ở rễ, cytokinin cản sự kéo dài nhưng kích thích tăng rộng tế

bào (sự tăng trưởng củ). Cytokinin ngăn cản sự lão hóa, thúc đẩy sự trưởng

thành của diệp lạp và là nhân tố chính điều khiển quá trình tái sinh mạch giúp

cho sự tạo chồi (Taiz và cs 2010). Trong sự hình thành chồi, cytokinin có thể

được xử lý riêng rẽ hay phối hợp với các chất điều hòa tăng trưởng thực vật

khác để làm tăng khả năng hình thành chồi và chất lượng của chồi (Edwin,

1996).

Ở một số loài thực vật, mặc dù sự hình thành chồi được cảm ứng bởi

cytokinin nhưng chồi không xuất hiện cho đến khi khúc cắt được chuyển sang

môi trường giảm hoặc không có cytokinin. Cytokinin cần cho giai đoạn cảm

21

ứng tạo chồi nhưng kìm hãm sự kéo dài của chồi. Những vấn đề này có thể

khắc phục bằng cách giảm nồng độ chất điều hòa sau một hoặc vài lần cấy

chuyền để chồi được phát triển tốt nhất (Edwin, 1996).

Cytokinin làm yếu hiện tượng ưu thế ngọn, làm phân cành nhiều. Chính

vì vậy mà từ rễ lên chồi ngọn thì hiện tượng ưu thế ngọn càng tăng dần tương

ứng với sự tăng hàm lượng auxin và giảm hàm lượng cytokinin (Vũ Văn Vụ

và cs, 2009).

• Sự phối hợp cytokinin và auxin trong phát sinh cơ quan

Auxin phối hợp với cytokinin giúp sự tăng trưởng chồi non và khởi phát

sự tạo mới mô phân sinh ngọn chồi từ nhu mô. Tuy nhiên, ở nồng độ cao,

auxin cản sự phát triển của phát thể chồi vừa thành lập hay của chồi nách, các

chồi bây giờ vào trạng thái tiềm sinh. Như ở cây cỏ ba lá trắng White clover

sự cảm ứng tạo chồi và tăng nhanh về số lượng được thúc đẩy do sử dụng

cytokinin riêng rẽ. Nhưng khi thêm auxin vào môi trường nuôi cấy sẽ làm

chồi của cây này khó hình thành rễ hoặc tạo những mô sẹo không mong

muốn. Ở Brassica alboglabra, số lượng chồi hình thành trên môi trường có

kinetin sẽ giảm mạnh nếu AIA được thêm vào môi trường (Edwin, 1996).

Cytokinin hỗ trợ auxin trong sự tăng trưởng nhưng cũng có sự đối kháng

giữa cytokinin (giúp sự tạo chồi) và auxin (giúp sự tạo rễ). Vì vậy, trong cả

hai con đường phát sinh cơ quan trực tiếp và gián tiếp thông qua mô sẹo, việc

phối hợp cytokinin và auxin sẽ quyết định chiều hướng phát sinh hình thái.

Miller và Skoog (1965) đã chứng minh mô sẹo thuốc lá tạo rễ hay chồi tùy

theo tỷ lệ auxin/cytokinin trong môi trường nuôi cấy. Tỷ lệ auxin/cytokinin

cao giúp sự tạo rễ; auxin/cytokinin thấp giúp sự tạo chồi (Bùi Trang Việt,

2000).

Một tỉ lệ cân bằng giữa hai chất điều hòa trên chỉ tạo khối mô sẹo không

phân hóa. Để tăng hệ số nhân giống, người ta tăng nồng độ cytokinin trong

22

môi trường nuôi cấy ở giai đoạn tạo chồi in vitro. Nồng độ cytokinin cao cản

sự tăng trưởng của rễ và cản hiệu quả kích thích tạo rễ của auxin, nên trong

nuôi cấy mô, cytokinin được coi như chất ức chế sự hình thành rễ (Võ Thị

Bạch Mai, 2004).

• Làm chậm lão hóa

Cytokinin làm chậm sự lão hóa ở chỗ là làm tăng sự kích thích hoạt động

tổng hợp của protein và làm chậm sự thoái biến cytokinin (Võ Thị Bạch Mai

2004). Mặc dù không cản hoàn toàn, nhưng cytokinin làm chậm rõ rệt sự lão

suy lá (lá còn giữ màu lục) khi được phun trên cây hay xử lí trực tiếp trên lá

tách rời (Bùi Trang Việt, 2000). Hiệu quả kìm hãm sự hóa già, kéo dài tuổi

thọ của cơ quan có thể chứng minh là cành giâm ra rễ, thì rễ tổng hợp

cytokinin nội sinh và kéo dài thời gian sống của lá lâu hơn. Trên cây nguyên

vẹn, khi hệ thống rễ phát triển mạnh sẽ là lúc cây trẻ và sinh trưởng mạnh.

Nếu hệ thống rễ bị tổn thương thì cơ quan trên mặt đất chóng già (Vũ Văn Vụ

và cs, 2008). Trong nuôi cấy, nồng độ cytokinin được sử dụng khoảng từ 0,1 -

10 ppm, thường dùng nhất là 1 - 2 ppm. Thường dùng phối hợp với auxin, khi

dùng ở nồng độ cao thì mẫu cấy có thể cho ra nhiều chồi con nhưng sự tăng

trưởng của từng chồi sẽ bị hạn chế (Võ Thị Bạch Mai, 2004).

Cytokinin có thể cảm ứng sự biểu hiện các gen điều hòa bởi ánh sáng và

các cây mầm bị hoàng hóa nếu được tăng trưởng trong điều kiện có mặt

cytokinin sẽ có kiểu hình như cây mầm tăng trưởng dưới ánh sáng (Chory và

cs, 1994).

1.5.6.4. Vai trò của acid abcisic (ABA)

Acid abcisic (ABA) trong cơ quan đang ngủ có hàm lượng tăng gấp 10

lần so với thời kì dinh dưỡng. Sự ngủ kéo dài cho đến khi nào hàm lượng

ABA trong chúng giảm đến mức tối thiểu (thường là giảm 70% đối với hạt),

đồng thời hàm lượng GA trong chúng cũng tăng lên đáng kể. Do vậy từ trạng

23

thái ngủ chuyển sang trạng thái nảy mầm có sự biến đổi tỉ lệ ABA/GA

(Dương Công Kiên, 2002).

ABA được tổng hợp ở hầu hết các bộ phận của cây như rễ, lá, hoa, quả,

hạt, củ và tích lũy nhiều ở các cơ quan già, các cơ quan đang ngủ nghỉ, cơ

quan sắp rụng. Nó được vận chuyển trong cây không phân cực theo phloem

hoặc xylem. ABA là một chất ức chế sự sinh trưởng rất mạnh nhưng nó

không gây hiệu quả độc khi ở nồng độ cao. Khi cây bị thiếu nước, hàm lượng

ABA tăng nhanh trong lá, làm khí khổng nhanh chóng đóng lại và giảm ngay

sự thoát hơi nước (Bùi Trang Việt, 2000).

ABA đóng một vai trò quan trọng trong sự ngủ của hạt giống, phát triển

phôi và thích ứng với môi trường stress (Bo Hu và cs, 2010).

ABA được xem là một nhân tố kìm hãm quá trình sinh lý, đặc biệt là sự

tăng trưởng của thực vật. Tuy nhiên, cũng như những hormon khác, tác động

kích thích hay kìm hãm quá trình sinh lý của ABA còn tùy thuộc vào nồng độ

xử lý, và sự tương tác của ABA với những hormon khác. ABA kích thích sự

rụng, nhưng không phải là chất chủ yếu (so với etylen và auxin). ABA kích

thích sự xuất hiện và nhanh chóng hình thành tầng rời ở cuống lá (Vũ Văn Vụ

và cs, 2009).

1.5.6.5. Vai trò của Etylen

Khi hạt nảy mầm có sự gia tăng của quá trình hô hấp và trao đổi chất dẫn

đến sự gia tăng quá trình tổng hợp etylen đồng thời giảm sự vận chuyển của

auxin và cytokinin.

1.5.7. Sự tác động của các chất điều hoà tăng trưởng thực vật đối với

sự nảy mầm của hạt và tăng trưởng của cây mầm lúa

Đối với sự nảy mầm của hạt

Hạt ngủ chứa một lượng lớn các chất ức chế tăng trưởng nhưng hàm

lượng các chất auxin, cytokinin, giberelin lại giảm. Giberelin giúp sự tạo mới

24

các enzym thủy phân cần thiết cho quá trình nảy mầm (Nguyễn Như Khanh,

1996). Cytokinin phá bỏ trạng thái nghỉ của hạt (Trịnh Xuân Vũ, 1976). Acid

abcisic ức chế sự nảy mầm của hạt (Bùi Trang Việt, 2000). Sự ngủ và nảy

mầm được điều chỉnh bằng tỉ lệ giữa ABA/GA. Tỉ lệ này nghiêng về ABA thì

hạt ở trạng thái ngủ và ngược lại thì sự nảy mầm xảy ra (Dương Công Kiên,

2002).

Đối với sự tăng trưởng cây mầm

Trong giai đoạn tăng trưởng của cây con thì hàm lượng auxin, giberelin,

cytokinin cao. Auxin, giberelin, cytokinin có tác dụng kích thích sự phân chia

tế bào trong giai đoạn tăng trưởng của cây. Auxin chủ yếu được tổng hợp từ

đầu rễ và được vận chuyển đến các bộ phận khác để kích thích sự tăng trưởng.

Giberelin tạo nên sự tích lũy auxin, kích thích sự tăng trưởng của cây (Trịnh

Xuân Vũ, 1976). Cytokinin tăng cường các chất dinh dưỡng về các bộ phận

tăng trưởng giúp cây sinh trưởng tốt (Audus, 1972, Salisbury và Ross, 1992).

1.6. Nuôi cấy in vitro

Nuôi cấy in vitro hay nuôi cấy mô đều là thuật ngữ mô tả các phương

thức nuôi cấy các bộ phận thực vật trong ống nghiệm có chứa môi trường xác

định ở điều kiện vô trùng. Kỹ thuật in vitro dựa trên nguyên lý là tế bào thực

vật có tính toàn năng, nghĩa là từ một mô, một cơ quan hoặc một tế bào của

bất kỳ bộ phận nào của cây đều có thể phát triển thành một cây hoàn chỉnh

nếu được nuôi trong môi trường thích hợp (Dương Công Kiên, 2002).

1.7. Sự ngập úng

1.7.1. Khái niệm stress

Stress (sự căng thẳng) được dùng để chỉ một yếu tố ngoại sinh gây bất

lợi cho thực vật. Stress cũng được dùng để chỉ toàn bộ các phản ứng của thực

vật (sinh lý, biến dưỡng, tập tính) đối với một tác nhân gây stress như thiếu

nước, lạnh và đóng băng, nhiệt độ cao, nồng độ muối cao (nhiễm mặn), thiếu

25

oxy trong vùng rễ, hay sự nhiễm không khí (Bùi Trang Việt, 2002).

Thực vật có khả năng thích nghi và thích ứng với các điều kiện stress.

Nếu sự kháng stress gia tăng do thực vật chịu stress trước đó, ta nói thực vật

thích nghi. Khác với thích nghi, thích ứng là sự kháng xác định về mặt di

truyền, cần qua nhiều thế hệ chọn lọc (Bùi Trang Việt, 2002).

1.7.2. Hiện tượng ngập úng

Theo công ước Ramsar (1971), đất ngập nước được coi là các vùng

đầm lầy, than bùn hoặc vùng nước dù là tự nhiên hay nhân tạo, ngập nước

thường xuyên hoặc từng thời kỳ, là nước tĩnh, nước chảy, nước ngọt, nước lợ

hay nước mặn, bao gồm cả những vùng biển mà độ sâu mực nước khi thủy

triều ở mức thấp nhất không vượt quá 6 m. Định nghĩa theo các thời kỳ thủy

văn thì đất ngập nước ở những vùng canh tác lúa nước ở Việt Nam là đất ngập

nước theo thủy triều và ngập theo mùa tức là ngập thời gian dài trong mùa

sinh trưởng nhưng thường không có nước bề mặt vào cuối mùa sinh trưởng

(Lê Văn Khoa và cs, 2008).

Ngập úng gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất và nông nghiệp. Đầu

tiên, hiện tượng này ảnh hưởng trực tiếp đến việc trao đổi khí O2 và CO2.

Oxy trong không khí chiếm khoảng 20,6% nhưng trong nước oxy giảm

khoảng 4 lần. Mức độ cung cấp oxy cho rễ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như độ

xốp của đất, lượng nước trong đất, nhiệt độ, mật độ rễ, thành phần và mật độ

vi sinh vật đất. Các loại khí này hầu như rất ít hòa tan trong nước. Cây không

hấp thụ được chúng qua môi trường nước gây ra tình trạng thiếu oxy. Vì vậy,

ngập úng ảnh hưởng trực tiếp đến quang hợp và hô hấp của cây. Trong điều

kiện thiếu oxy, cây phải thay đổi quá trình trao đổi chất để thích nghi với môi

trường. Phụ thuộc vào thời gian sống được trong điều kiện ngập nước, thực

vật có thể chia làm 3 loại: Cây sống trong môi trường ngập nước: ví dụ như

lúa nước, lúa nổi. Cây đều có sự thay đổi căn bản về cấu trúc mô tế bào cũng

26

như các quá trình sinh lý để thích nghi với sự sống trong môi trường này. Rễ

có dạng rễ bất định, có vùng dưới biểu bì phình to chứa các mô khí giữ O2

khỏi bị khuếch tán ra môi trường đất yếm khí bên ngoài. Thân cây lúa phát

triển về chiều dài để một phần lá cây có thể nổi lên trên mặt nước. Quá trình

hô hấp xảy ra trong cơ thể chủ yếu là chu trình acid citric hầu như bị ức chế.

Trong tế bào chuyển sang quá trình glycolysis và lên men thành acid lactic;

Cây chịu úng trung bình: ví dụ như ngô, đại mạch. Mầm ngô có thể sống

trong điều kiện yếm khí khoảng 3 - 5 ngày. Rễ hạn chế phát triển. Hình thành

mô khí trong rễ, quá trình tổng hợp protein cũng bị ức chế; Cây kém chịu úng,

ví dụ như đậu tương, cà chua. Cây sống trong điều kiện ngập nước khoảng 24

giờ. Cây không có khả năng phát triển mô khí. Quá trình tổng hợp protein bị

hạn chế, ty thể bắt đầu bị phân hủy, ức chế sự phân chia tế bào, lưu chuyển

ion, tế bào thịt rễ chết dần. Ngập úng hủy hoại mô tế bào thực vật.

Mô khí thường có hai dạng: mô khí được hình thành từ vùng các tế bào chết;

mô khí phát triển từ khoảng không được tách ra giữa các tế bào trong quá

trình phân bào hoặc phát triển về chiều dài. Mô khí thường phát triển ở nhiều

cơ quan khác nhau của cây và đóng vai trò quan trọng trong việc vận chuyển

khí từ chồi xuống rễ khi bị úng (Trần Thị Phương Liên, 2010).

1.7.3. Ngập úng ở cây lúa

Vùng trồng lúa bị ảnh hưởng bởi lũ lụt được gọi bằng thuật ngữ quốc tế

là “flood prone rice”. Chúng có thể được chia thành 4 nhóm. Nhóm lúa chống

chịu ngập hoàn toàn trong vòng 10 ngày, sau đó chúng có thể phục hồi sau

khi nước rút. Đó là những vùng bị lũ quét, hay vùng bị ngập thình lình. Tiếng

Anh gọi là “flash flood”, và tính chống chịu trong điều kiện như ậy được gọi

là “complete submergence”; Nhóm lúa có khả năng vượt nước 5 – 10 v

cm/ngày, hoặc nhiều hơ ng lũ lụt kéo dài 3 - 4 tháng/năm. Đó là

vùng lúa nổi ở đồng bằng sông Cửu Long trước đây. Loại hình lũ lụt như ậy n trong vù

v

27

được gọi với thuật ngữ quốc tế là “stagnant flood”, nước dâng từ từ, kéo dài

nhiều tháng. Tính chống chịu trong điều kiện như ậy được gọi là “khả năng

vươ ả năng thích nghi vùng đầm lầy ven biển, nơ v

ủy triều lên xuống trong ngày làm cây lúa bị ngập lúc triều cường. Đó là i n lóng”; Nhóm lúa có kh

vùng bị ngập xen kẽ; Nhóm lúa không có khả năng vượt nước, như đó th

ốt trong vùng nước ngập sâu, lũ lụt kéo dài 2 - 3 tháng, thuật ngữ chung ng thích gọi là “deep water rice” (lúa nước sâu), lúa có tính cảm quang, thời gian trổ nghi t thường xảy ra khi nước rút (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2003).

Để có thể sống được trong điều kiện ngập nước, cây lúa có những khả

năng thích nghi đặc biệt. Cây lúa đã phát triển các tế bào và các cơ quan đặc

biệt để vận chuyển không khí từ lá, thân xuống rễ. Bên cạnh đó, cây lúa có

khả năng phát triển các rễ bất định trên mặt đất và trong nước. Hệ rễ lúa có

năng lực oxid hóa nhờ sự khuếch tán oxy từ rễ ra ngoài môi trường xung

quanh. Rễ lúa còn có khả năng hô hấp yếm khí cao hơn so với các loại cây

trồng khác và có khả năng loại trừ các tác hại của một số độc chất ở một mức

độ nhất định (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009).

1.7.4. Sinh lý chống chịu ngập úng

Khả năng vươn lóng là tính trạng quan trọng của giống lúa nổi, làm gia

tăng chiều cao cây lúa nhờ đặc tính vươn dài lóng thân, vươn dài bẹ lá, và lá

lúa, hoặc phối hợp tất cả những tính trạng này cùng một lúc. Hiện tượng vươn

lóng thường xảy ra ở giai đoạn tăng trưởng, và ít thấy ở giai đoạn sinh sản. Bẹ

lá và phiến lá non có thể vươn dài ra rất nhanh trong điều kiện cây lúa bị ngập

hoàn toàn trong nước. Hiện tượng vươn dài của lá lúa nhờ nguồn năng lượng

của sản phẩm quang hợp được tích lũy ở dạng cacbohydrat. Quá trình tiêu thụ

năng lượng và tăng trưởng tỏ ra ít nhạy cảm hơn khi bị ngập hoàn toàn, trong

khi khả năng vươn lóng rất cần năng lượng tích lũy. Chính khả năng vươn

lóng được nhiều tác giả cho rằng đó là tính trạng quan trọng nhất của lúa nổi

28

giúp nó sống sót và phát triển. Khả năng vương lóng có thể do sự hoạt động

kéo dài tế bào. Tuy nhiên cơ chế chủ yếu trong sự vươn lóng là sự gia tăng số

lượng tế bào, nó xảy ra một cách tích cực tại mô phân sinh ở cuối lóng thân

rạ. Nồng độ oxy khá thấp trong lóng thân bị ngập nước (khoảng 3%) làm gia

tăng hiện tượng tổng hợp etylen (C2H4) trong lóng thân của cây lúa nước sâu.

Etylen tích lũy trong thân rạ bị ngập hoàn toàn, sẽ làm gia tăng sự tăng trưởng

của lóng thân và ức chế sự tăng trưởng của lá lúa. Ảnh hưởng đồng thời của

etylen về tăng trưởng lóng thân làm gia tăng nồng độ CO2 trong lóng thân

(khoảng 6%). Sự thích nghi của cây lúa nước sâu với điều kiện ngập nước

như vậy là phản ứng giảm oxy, tăng CO2 và etylen trong lóng thân bị ngập

nước. Trong điều kiện cây lúa bị ngập nước, tốc độ phân bào xảy ra nhanh

hơn làm gia tăng chiều dài ở vùng mô phân sinh. Khi tế bào đã già, lóng thân

không thể vươn lóng vì thiếu hiện tượng phân bào tích cực. Khả năng vươn

lóng còn do sự gia tăng mức độ phân bào ở vùng sinh mô, trong đó có sự tác

động hỗ tương giữa kích thích tố sinh trưởng etylen và giberelin, mà những

mức độ này thay đổi tùy theo tính chất ngập khác nhau (Bùi Chí Bửu và

Nguyễn Thị Lang, 2003).

Cây lúa bị hủy hoại nếu ngập một phần hoặc hoàn toàn trong mùa lũ.

Các loài lúa khác nhau thích ứng với chế độ ngập lụt khác nhau. Theo đó, các

biểu hiện hình thái và sinh lý của các giống lúa thí nghiệm đã được nghiên

cứu cũng thích ứng theo chế độ lũ khác nhau.Sự đa dạng di truyền của tính

chịu ngập của lúa được nghiên cứu qua các thí nghiệm phân tích trên các bộ

phận của cây. Khi bị ngập trong nước dù trong thời gian ngắn nhất, thì sự tăng

trưởng chiều dài của lá, vỏ, diện tích lá, số lượng các đốt trong thân cây cũng

như tăng trưởng chiều dài chồi đều bị ảnh hưởng. Số lượng chồi, diện tích lá

cây bị ngập úng giảm so với cây không bị ngập úng. Cây ngập nước một phần

có sự tăng độ giãn dài của tất cả các lóng trong khi cây hoàn toàn ngập nước

29

thì tăng trưởng nhanh chỉ ở lóng đầu. Ở lúa có sự tăng trưởng chồi kéo dài

trong thời gian ngập nước là một cách thích nghi với điều kiện khó khăn để

tiếp tục quá trình trao đổi chất hiếu khí và cải thiện sự cố định cacbon. Khả

năng này biểu hiện khác nhau trong các điều kiện ngập lụt khác nhau

(Sakagami và cs, 2012, Taiz và cs, 2010).

Bên cạnh đó, lúa không giống như các loại ngũ cốc khác, lúa có thể phát

triển tốt trong các khu vực ngập nước (ngập một phần hoặc ngập cả cây). Lúa

đối phó với ngập nước bằng cách tăng cường vận chuyển khí trong cây và

kiểm soát tăng trưởng. Lúa kháng lại điều kiện ngập úng bằng cách hình

thành aerenchyma (mô khí) và rào cản đối với sự mất mát oxy trong rễ để

cung cấp oxy vào đỉnh rễ (Nishiuchi và cs, 2012, Taiz và cs, 2010, Bùi Trang

Việt, 2000).

1.7.5. Sự thiếu oxy ở cây bị ngập úng

Tất cả thực vật đất ngập nước đều có những có cơ chế phòng tránh sự

thiếu oxy ở rễ. Điều duy nhất là có khoảng chứa không khí ở rễ (mô khí -

aerenchyma) và ở thân tạo điều kiện khuếch tán oxy vào cây. Mô khí được

hình thành do phân ly tế bào trong thời gian chín già của các cơ quan hoặc do

suy thoái tế bào. Chúng tạo dạng cấu trúc kiểu tổ ong. Tuy nhiên, sự phân

chia tế bào mỏng bên trong mô khí lỏng lẻo để ngăn cản sự khuếch tán bên

trong. Sự phát triển mô khí trong rễ thực vật ngập nước có thể được kiểm soát

bởi etylen. Sự ngập úng cũng kích thích sản sinh etylen (Lê Văn Khoa và cs

2008).

Rễ nhận oxy cho sự hô hấp trực tiếp từ các khe đầy khí trong đất. Các

khe đất đầy khí cho phép oxy khuếch tán tới độ sâu vài mét. Tuy nhiên, đất dễ

bị ngập úng nếu dẫn nước kém và bị mưa hay tưới nước quá nhiều, khi đó khe

đất đầy khí bị nước lấp đầy và cản sự khuếch tán của oxy, gây ra hiện tượng

30

thiếu oxy ở rễ, gây ảnh hưởng nặng nề đến sự sống của thực vật (Taiz và cs,

2010, Bùi Trang Việt 2000).

Khi thiếu oxy, rễ bắt đầu sự glyco giải và lên men lactat chỉ tạm thời, sự

lên men etanol được hoạt hóa. Sự lên men etanol chỉ cho 2 mol ATP/mol

hexoz dẫn đến rễ thiếu ATP cho các quá trình biến dưỡng căn bản và vận chuyển hoạt động. Bên cạnh đó, khi thiếu oxy, sự vận chuyển H+ vào không bào nhờ ATPase bị cản, làm thay đổi pH, H+ thoát dần khỏi không bào và vào

tế bào chất và acid hóa tế bào chất, dẫn đến gián đoạn quá trình biến dưỡng

trong tế bào chất và dẫn đến sự chết của tế bào (Taiz và cs, 2010, Bùi Trang

Việt, 2000).

Khi thiếu oxy, ATP tạo ra không đủ và vận chuyển các chất tới lá bị ảnh

hưởng, lá bị lão suy trước khi trưởng thành, các yếu tố dinh dưỡng linh động

(N,P,K) theo libe tới lá non hơn. Sự hấp thu nước ở rễ giảm dẫn tới sự thiếu

nước ở lá và lá bị héo (Taiz và cs, 2010, Bùi Trang Việt, 2000).

1.7.6. Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong ngập úng

Ở lúa, etylen kích thích kéo dài thân cây mầm. Khi cây mầm lúa bị ngập

nước, sự tăng trưởng lóng gia tăng đột ngột, sự kiện được giải thích như sau:

mặc dù trong điều kiện thiếu oxy (do ngập nước), sự tổng hợp etylen giảm,

nhưng cây lúa (chìm trong nước) có hàm lượng etylen cao vì etylen khuếch

tán chậm trong đất ngập nước (Bùi Trang Việt, 2000).

Lúa là một trong những cây trồng có thể tồn tại trong điều kiện ngập

nước, nhưng không thể phát triển nếu thời gian ngập nước quá dài. Khi cây

lúa bị ngập nước đột ngột nồng độ etylen trong cây tăng lên, lá tăng trưởng

nhanh, chức năng chất diệp lục trong lá cây giảm. Sự tăng trưởng nhanh

chóng kéo theo sự tiêu thụ năng lượng tăng, dẫn đến sự suy giảm lượng

cacbohydrat. Tuy nhiên, một số giống lúa chịu được ngập nước hoàn toàn

bằng cách ức chế sự kéo dài của thân và lá bằng cách hạn chế gia tăng nồng

31

độ etylen và giảm giberelin trong cây, do đó ức chế sự tiêu thụ cacbohydrat.

Vì vậy, trong cây duy trì một sự cân bằng giữa sử dụng và sản xuất

cacbohydrat (Anandan và cs, 2012, Bùi Trang Việt, 2000).

Sự ngập nước làm giảm oxy trong lóng thân, nồng độ oxy thấp như vậy

kích hoạt sự tổng hợp etylen. Etylen sẽ tích tụ nhiều trong lóng thân bị ngập.

Nồng độ cao của etylen làm gia tăng mức độ mẫn cảm của mô đối với

giberelin, hoặc làm gia tăng nồng độ giberelin hoạt động, dẫn đến sự đáp ứng

sinh trưởng của cây trong điều kiện bị stress do ngập nước. Nồng độ etylen

thay đổi tùy theo nhóm giống lúa nước sâu, đặc biệt nhóm giống lúa có nguồn

gốc ở Thái Lan. Mặt khác, cây mạ của giống lúa nước sâu trong điều kiện bị

ngập hoàn toàn sẽ sản sinh ra một lượng etylen lớn hơn nhiều lần so với điều

kiện bị ngập không hòan toàn. Giberelin kích thích tế bào đầu tiên trong vùng

mô phân sinh kéo dài ra và hoạt động phân bào tích cực. Cách thức hoạt động

của các vi sợi cellulose (cellulose microfibrils = CMF) mới chính là yếu tố

chủ yếu trong tăng trưởng của tế bào. Sự kéo dài lóng thân sẽ xảy ra khi CMF

sắp xếp theo hướng tăng trưởng thuận chiều. Sự kéo dài gặp trở ngại khi CMF

sắp xếp theo chiều nghiêng (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2003).

Ba loại hormon thực vật xuất hiện cảm ứng với hiện tượng ngập úng là

etylen, GB, ABA. Hiện tượng thiếu oxy đi đôi với gia tăng hàm lượng etylen

trong tế bào. Etylen chính là tín hiệu tăng cường chiều dài cho mầm và thân

cây. Quá trình tổng hợp etylen phụ thuộc vào oxy hóa với sự tham gia của

ACC (1-aminocyclopropane-1-carboxylate) synthase và ACC oxydase. Hiện

tượng ngập úng cảm ứng biểu hiện gen cảm ứng cho hai enzym này. Ngoài ra,

ngập úng còn cảm ứng biểu hiện gen mã hóa cho thụ thể của etylen như

RpERS1 từ R.palustrisOsERL1. Các protein thụ thể này điều chỉnh theo

hướng làm hạn chế etylen trong mô tế bào (Trần Thị Phương Liên, 2010).

32

Mặt khác, etylen kích hoạt tổng hợp ABA. Tiếp theo đó ABA hoạt hóa

enzym GA-3 oxydase, enzym chịu trách nhiệm chuyển hóa giberelin ở trạng

thái ức chế thành giberelin ở trạng thái có hoạt tính sinh học. Giberelin tham

gia điều hòa 3 quá trình quan trọng trong điều kiện này: quá trình làm giãn

thành tế bào; phân chia tế bào và phân giải tinh bột.

Nhóm protein làm tăng độ acid trong màng tế bào và làm giãn thành tế

bào là expansin (EXP) và xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase. Các

gen chính là EXPA và EXPB. Protein SNORKEL 1 và SNORKEL 2 đều là

các ERF và làm tăng chiều dài cây lúa khi bị úng thông qua GA (Trần Thị

Phương Liên, 2010).

Nhóm protein tăng cường phân chia tế bào- cyclin, được mã hóa bằng

các gen CYC2Os1; CYC2Os2; enzym cyclin dependent kinase (CDC2Os2);

các protein như Histone H3 và protein sao chép A1 (OsRPA1) (Trần Thị

Phương Liên, 2010).

Nhóm protein phân giải tinh bột cung cấp năng lượng cho các quá trình

trao đổi chất trong tế bào: enzym α-amylase (do gen OsAmy3D) trong lá cây.

Protein SUB1C (Submergence 1C) là yếu tố phản ứng với etylen ERF

(ethylene response factor) tham gia điều hòa hoạt động gen amylase này. Ở

lúa nước, etylen cảm ứng biểu hiện gen SUB1A-1, còn giberelin cảm ứng biểu

hiện gen SUB1C (Trần Thị Phương Liên, 2010).

33

Chương 2

VẬT LIỆU – PHƯƠNG PHÁP

2.1. Vật liệu

 Vật liệu dùng trong nuôi cấy in vitro và ươm cây tự nhiên

Hạt lúa Oryza sativa L. giống nàng thơ ợ Đào được cung cấp từ

Viện Khoa học Nông Nghiệp miền Nam Việt Nam. m ch

 Vật liệu dùng trong sinh trắc nghiệm

Khúc cắt diệp tiêu cây mầm lúa (Oryza sativa L.) 72 giờ tuổi (kể từ khi

nảy mầm).

Tử diệp cây mầm dư Cucumis sativus L.) 24 giờ tuổi (kể từ khi nảy

mầm). a leo (

Trụ hạ diệp cây mầm xà lách (Lactuca sativa L.) 18 giờ tuổi (kể từ khi

nảy mầm).

2.2. Phương pháp

2.2.1. Khảo sát môi trường in vitro thích hợp để nuôi cấy lúa

Bốn môi trường được chọn để khảo sát: MS (phụ lục), MS 1/2 (môi

trường MS với thành phần đa lượng giảm 1/2), MS 1/5 (môi trường MS với

thành phần đa lượng giảm 1/5), MS 1/10 (môi trường MS với thành phần đa

lượng giảm 1/10).

Hạt lúa sau khi tách vỏ trấu được rửa bằng cồn 700 trong 1 phút rồi

ngâm trong natri hypoclorit 4% trong 30 phút. Sau đó, cấy hạt vào ống nghiệm trong điều kiện vô trùng. Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ 25 ± 20C, ánh

sáng 2000 ± 200 lux.

Mỗi ống nghiệm cấy 1 hạt, mỗi nghiệm thức gồm 3 ống nghiệm và lặp

lại 3 lần.

Theo dõi cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy qua các chỉ tiêu:

34

- Chiều cao phần khí sinh là chiều cao cây lúa non được đo từ gốc đến

đỉnh lá cao nhất.

- Chiều dài rễ được đo từ gốc đến đỉnh rễ của rễ dài nhất.

- Tỉ lệ nảy mầm được tính là số hạt nảy mầm trên tổng số cây của một

nghiệm thức vào thời điểm hạt bắt đầu nảy mầm (thời điểm hạt xuất hiện

phần u lồi ra ở phôi khoảng 1 mm).

Môi trường thích hợp sẽ được chọn để thực hiện các thí nghiệm tiếp

theo.

2.2.2. Khảo sát thời gian bão hòa nước của hạt

Ngâm hạt lúa Oryza sativa L. đã bóc vỏ trấu trong môi trường được chọn từ thí nghiệm ở mục 2.2.1 (MS 1/2). Cứ sau 30 phút dùng giấy thấm, thấm khô nước xung quanh hạt rồi đem cân để xác định trọng lượng tươi. Thời gian bão hòa nước của hạt được tính khi trọng lượng tươi của các hạt không thay đổi sau 3 lần cân.Mỗi nghiệm thức gồm 5 gam hạt lúa với 3 lần lặp lại.

2.2.3. Quan sát hình thái, giải phẫu

Các hạt lúa in vitro được nuôi cấy trong môi trường MS 1/2 trong điều

kiện nuôi cấy bình thường hoặc có xử lý được chụp hình và được cắt ngang

hoặc cắt dọc bằng tay hoặc bằng máy cắt vi phẫu (microtome), sau đó được

nhuộm hai màu bằng phẩm nhuộm đỏ carmine - xanh iod và quan sát dưới

kính hiển vi quang học.

* Cắt bằng tay

Mẫu được cắt bằng tay theo chiều dọc hoặc chiều ngang. Mẫu được

ngâm javen trong 20 phút rồi rửa lại 3 lần bằng nước cất. Sau đó ngâm mẫu

trong axit acetic 20% trong 15 phút rồi rửa lại bằng nước cất 3 lần. Sau cùng

nhuộm mẫu và quan sát mẫu.

* Cắt bằng máy cắt microtome

1. Cố định mẫu

35

Mẫu được cố định ngay trong môi trường FAA (phụ lục). Sau 24 giờ,

chuyển mẫu vào etanol 700.

2. Đúc mẫu

Loại nước bằng cách đặt mẫu lần lượt trong:

- Etanol 700: 3 lần, mỗi lần 20 phút. - Etanol 950: 3 lần, mỗi lần 20 phút. - Etanol 1000: 3 lần, mỗi lần 20 phút.

Loại etanol bằng cách đặt mẫu lần lượt trong:

- Butanol 1: 30 phút.

- Butanol 2: 30 phút.

- Butanol 3: 60 phút.

- Butanol 4: 10 giờ hoặc qua đêm.

Loại butanol bằng cách đặt mẫu lần lượt trong paraffin tan ở 56 - 600C:

- Paraffin 1: 1 giờ.

- Paraffin 2: 1 giờ.

- Paraffin 3: 1 giờ.

Đổ paraffin nóng chảy vào khuôn, đặt mẫu vào và đổ đầy paraffin.

3. Cắt và dán mẫu

Mẫu được cắt dọc hoặc cắt ngang thành từng lát mỏng 7 μm nhờ máy cắt

microtome. Băng paraffin có chứa mẫu được cắt thành từng đoạn ngắn và

được dán lên lam chứa dung dịch gelatin 1%. Đặt mẫu trên bếp ở nhiệt độ khoảng 350C. Mẫu giãn ra dán chặt vào lam. Giữ mẫu trong tủ ấm ở 300C

trong hai ngày để cho mẫu thật khô.

4. Loại parafin

Loại parafin bằng cách đặt mẫu lần lượt trong:

- Metylcyclohexan 1: 10 phút.

- Metylcyclohexan 2: 10 phút.

36

Rửa mẫu bằng etanol 1000. Sau đó, đặt mẫu lần lượt trong:

- Etanol 1000: 5 phút. - Etanol 950: 5 phút. - Etanol 700: 5 phút.

- Nước cất: 5 phút.

5. Nhuộm mẫu và quan sát mẫu.

(Lê Thị Trung 2003)

2.2.4. Khảo sát sự nảy mầm và tăng trưởng in vitrocủa cây mầm lúa Hạt lúa sau khi tách vỏ trấu được rửa bằng cồn 700 trong 1 phút, rồi

ngâm trong natri hypoclorit 4% trong 30 phút. Sau đó, cấy hạt vào ống

nghiệm trong điều kiện vô trùng. Môi trường được chọn từ kết quả thí nghiệm mục 2.2.1 (MS 1/2). Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ 25 ± 20C, ánh sáng 2000 ±

200 lux. Mỗi ống nghiệm cấy 1 hạt với 3 lần lặp lại.

Quan sát sự nảy mầm của hạt và theo dõi sự tăng trưởng của cây mầm

sau 8 ngày nuôi cấy qua các chỉ tiêu:

Chiều cao phần khí sinh như mục 2.2.1

Chiều dài bẹ lá được đo từ gốc đến mắt phần gối bẹ ở lá dài nhất.

Chiều dài phiến lá được đo từ gối bẹ đến đỉnh lá của lá cao nhất.

Chiều dài rễ như mục 2.2.1.

Số lá được tính là số lá có trên cây ở thời điểm khảo sát.

Số rễ được tính là số rễ có trên cây ở thời điểm khảo sát.

2.2.5. Khảo sát thời điểm gây stress ngập úng in vitro ảnh hưởng đến

sự tăng trưởng của cây mầm lúa

Hạt lúa sau khi được cấy vào ống nghiệm chứa môi trường MS 1/2, tiến

hành gây ngập nước cho cây vào các thời điểm khác nhau ở mỗi nghiệm thức

là 0 giờ, 5 giờ, 10 giờ, 15 giờ và 24 giờ với chiều cao cột nước thay đổi ở mỗi

nghiệm thức là 0 mm (không bổ sung nước), 1 mm, 15 mm, 30 mm. Ống

37

nghiệm được sử dụng có đường kính là 25 mm.Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ 25 ± 20C, ánh sáng 2000 ± 200 lux.Mỗi ống nghiệm cấy 1 hạt lúa, mỗi

nghiệm thức gồm 3 ống nghiệm với 3 lần lặp lại.

Theo dõi cây mầm ở các điều kiện ngập nước qua các chỉ tiêu: chiều cao

phần khí sinh, chiều dài rễ. Đối chứng với cây mầm trong môi trường MS 1/2

và ghi nhận kết quả sau 4 ngày cấy.

Thời điểm gây stress thích hợp sẽ được chọn cho các thí nghiệm tiếp

theo.

2.2.6. Khảo sát ảnh hưởng của mực nước ngập úng in vitro đến sự

tăng trưởng của cây mầm lúa

Từ kết quả tìm hiểu thời điểm gây stress ảnh hưởng đến sự tăng trưởng

cây mầm lúa ở mục 2.2.5, tiếp tục khảo sát ảnh hưởng của các mực nước khác

nhau đến sự tăng trưởng cây mầm lúa.

Hạt lúa được cấy vào môi trường MS 1/2 sau 24 giờ được gây ngập úng.

Các nghiệm thức về chiều cao cột nước được chọn như sau: 0 mm, 0,5 mm,

1mm, 3 mm, 15 mm, 30 mm, 75 mm, 120 mm. Ống nghiệm được sử dụng có đường kính là 25 mm. Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ 25 ± 20C, ánh sáng 2000 ±

200 lux. Mỗi ống nghiệm cấy 1 hạt lúa, mỗi nghiệm thức gồm 3 ống nghiệm

với 3 lần lặp lại.

Theo dõi cây mầm ở các điều kiện ngập nước qua các chỉ tiêu: chiều cao

phần khí sinh, chiều dài rễ. Đối chứng với cây mầm trên môi trường MS 1/2

và ghi nhận kết quả sau 4 ngày nuôi cấy.

Mực nước gây stress thích hợp sẽ được chọn cho các thí nghiệm tiếp

theo.

2.2.7. Khảo sát sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm trong điều

kiện ngập úng in vitro

Từ kết quả khảo sát ở mục 2.2.5 và 2.2.6 về thời điểm gây stress và mực

38

nước ngập úng in vitro ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cây mầm, tiếp tục

khảo sát sự tăng trưởng của cây mầm trong điều kiện ngập úng in vitro.

Hạt lúa được cấy trong môi trường MS 1/2, sau 24 giờ (mục 2.2.5) được

gây ngập với chiều cao mực nước 15 mm (mục 2.2.6). Ống nghiệm được sử dụng có đường kính là 25 mm. Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ 25 ± 20C, ánh

sáng 2000 ± 200 lux. Mỗi ống nghiệm cấy 1 hạt với 3 lần lặp lại.

Quan sát sự nảy mầm của hạt qua 8 ngày nuôi cấy và theo dõi các chỉ

tiêu chiều cao phần khí sinh, chiều dài rễ, số lá, số rễ.

2.2.8. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt độ đến sự tăng

trưởng của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng in vitro

Để theo dõi sự kháng chéo của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng,

yếu tố nhiệt độ 450C và thời gian xử lý nhiệt độ 450C được khảo sát.

Hạt lúa được cấy vào môi trường MS 1/2, sau 24 giờ được bổ sung

15 mm nước. Sau đó, các hạt lúa được xử lý 450C bằng cách đặt các ống

nghiệm trong tủ nhiệt với thời gian khác nhau là 0 phút, 30 phút, 60 phút, 120

phút. Ống nghiệm được sử dụng có đường kính là 25 mm. Điều kiện nuôi cấy: nhiệt độ 25 ± 20C, ánh sáng 2000 ± 200 lux. Mỗi ống nghiệm cấy 1 hạt lúa,

mỗi nghiệm thức gồm 3 ống nghiệm với 3 lần lặp lại.

Theo dõi cây mầm ở các điều kiện xử lý qua các chỉ tiêu: chiều cao phần

khí sinh, chiều dài rễ. Đối chứng với cây mầm trong môi trường MS 1/2 ngập

15 mm không kèm nhiệt độ (0 phút) và ghi nhận kết quả sau 6 ngày nuôi cấy. Thời gian thích hợp để xử lý 450C sẽ được chọn cho các thí nghiệm tiếp

theo.

2.2.9. Xác định trọng lượng tươi và trọng lượng khô

Cây mầm lúa qua 4, 6, 8 ngày được nuôi cấy trên môi trường MS 1/2 có hoặc không gây ngập úng, hoặc ngập úng kèm xử lý 450C (15 mm - 450C)

được xác định trọng lượng tươ ọng lượng khô để khảo sát sự tăng

i và tr

39

trưởng. Mẫu được lấy ra khỏi ống nghiệm, rửa sạch, thấm khô và cân để xác ấy mẫu trong 6 giờ ở 800C để loại nhanh hoạt động định trọng lượng tươ của enzym sau đó sấy mẫu liên tục ở 600C cho đến khi trọng lượng không đổi i. S

và cân để xác định trọng lượng khô (Bùi Trang Việt 1992). Ghi nhận kết quả

sau 3 lần cân ở mỗi mẫu.

2.2.10. Đo hàm lượng đường và hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa

Hàm lượng đường và hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa ở 0, 4, 8

ngày sau khi nuôi cấy trên môi trường MS 1/2 có hoặc không gây ngập úng hoặc ngập úng kèm xử lý 450C được ly trích và đo để khảo sát khả năng thích

nghi của cây mầm trong điều kiện stress.

Xây dựng đường chuẩn

Dung dịch sucaroz và glucozo được pha chế theo các nồng độ 10, 20,

30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100 µg/l. Nhuộm dung dịch đường bằng phenol 5%

và H2SO4 đậm đặc theo tỉ lệ dung dịch đường : phenol : H2SO4 đậm đặc là 1 :

1 : 5 theo thể tích.

Sau khi nhuộm màu dung dịch đường, lắc đều, để yên 15 phút, tiến hành

đo mật độ quang ở bước sóng 490 nm. Thu các giá trị đo được và vẽ đường

chuẩn của sucaroz và glucozo theo 10 nồng độ khác nhau.

Đo hàm lượng đường trong cây mầm lúa Cân 1 g trọng lượng tươi cây mầm rồi nghiền với 10 ml cồn 960, đun sôi cách thủy lọc lấy phần dịch. Phần bã ly trích với cồn 800 (lặp lại hai lần).

Phần dịch được làm bay hơi bằng cách đun cách thủy cho cô cạn dung dịch,

rồi pha loãng với nước theo một thể tích nhất định, ta thu được dịch trích

đường.

Dịch trích đường được cho phản ứng với phenol 5% và H2SO4 đậm đặc

(theo tỉ lệ 1 : 1 : 5).

Đo mật độ quang ở bước sóng 490 nm.

40

Hàm lượng đường được tính bằng cách so sánh với đồ thị đường cong

chuẩn sucaroz.

Đo hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa Cân 1g trọng lượng tươi cây mầm rồi nghiền với 10 ml cồn 960, đun sôi cách thủy lọc lấy phần dịch. Phần bã ly trích với cồn 800 (lặp lại hai lần). Phần bã có chứa tinh bột được sấy ở nhiệt độ 600C. Đun cách thủy phần bã

với 5 ml nước cất trong 15 phút, để nguội. Thêm 2 ml HClO4 9,2 N, khuấy

đều trong 15 phút. Thêm nước cất vào cho đủ 10 ml và ly tâm 4000 vòng

trong 30 phút. Thu được dịch lỏng 1.

Phần bã tiếp tục ly trích với 2 ml HClO4 4,6 N, khuấy đều trong 15 phút.

Pha loãng thành 10 ml rồi ly tâm như trên. Thu được dịch lỏng 2, gộp chung

dịch lỏng 1 và 2. Đem dung dịch tinh bột thu được pha loãng với nước theo

một thể tích nhất định.

Dung dịch tinh bột được cho phản ứng với phenol 5% và acid sulfuric

đậm đặc (theo tỉ lệ dung dịch đường : phenol : H2SO4 đậm đặc là 1 : 1 : 5).

Đo mật độ quang ở bước sóng 490 nm. Tính hàm lượng đường glucozo

theo đường chuẩn glucozo.

% tinh bột = a xb x0,9 x100/n

Hàm lượng tinh bột được tính theo công thức:

: lượng đường glucozo sau khi phân giải a

: độ pha loãng b

0,9 : hệ số chuyển đổi

: trọng lượng mẫu được phân tích n

2.2.11. Đo cường độ hô hấp

Cây mầm lúa 0, 4, 8 ngày sau khi nuôi cấy trên môi trường MS 1/2 (đối chứng), MS 1/2 có ngập úng 15 mm hoặc ngập úng 15 mm kèm xử lý 450C (15mm - 450C), được đo cường độ hô hấp bằng máy Warburg. Điều kiện đo:

41

nhiệt độ 25 ± 10C, trong tối.

- Cân 1 g trọng lượng tươi cây mầm, đựng trong nước cất.

- Cho vào thân bình Warburg 2 ml nước cất. Cho vào trụ giữa 0,5 ml

dung dịch KOH 20%. Dùng kẹp cho mảnh giấy lọc đã được gấp nếp vào trụ

giữa, sau đó cho các cây mầm vào thân bình (1 g cây mầm/bình). Thực hiện

một bình nhiệt – khí – áp kế với 2,5 ml nước cất (không có mẫu vật).

Thoa vaselin vào mặt trong cổ bình, ống nhánh, đậy kín nút ống nhánh.

Gắn bình Warburg vào áp kế. Gắn áp kế này vào thành máy Warburg, thân

bình ngập trong nước. Mở khóa chia ba để áp kế thông với khí quyển.

- Cho lắc 10 phút. Điều chỉnh mực chất lỏng trong áp kế đến vạch 150.

- Đóng khóa áp kế để hệ thống bình Warburg và nhánh áp kế hoàn toàn

kín. Mở máy lắc, ghi thời điểm bắt đầu đo. Sau 15 phút ngừng máy lắc, điều

chỉnh mực chất lỏng trong nhánh kín của áp kế về vạch 150. Đọc trị số ∆P

bằng số mm chất lỏng Brodie chênh lệch giữa hai nhánh áp kế. Tính trị số ∆V

ở bình qua hệ thức ∆V = K. ∆P. Từ đó, tính cường độ hô hấp của khúc cắt

(µO2/g trọng lượng tươi/giờ).

Cường độ hô hấp của các cây mầm là giá trị của 3 lần lặp lại cho mỗi

thời điểm tăng trưởng của cây mầm.

(Nguyễn Du Sanh và cs, 2011)

2.2.12. Đo hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong

cây mầm lúa

Cây mầm lúa sau 0, 4, 8 được nuôi cấy trong môi trường MS 1/2 (đối chứng), MS 1/2 có ngập úng 15 mm hoặc ngập úng 15 mm kèm xử lý 450C,

được ly trích và đo các chất điều hòa tăng trưởng thực vật.

Ly trích và phân lập

Để ly trích và phân lập các chất điều hòa tăng trưởng thực vật, người ta

thay đổi pH của dịch hòa tan và dùng các dung môi thích hợp (ete, butanol

42

bão hòa nước), trước khi áp dụng phương pháp sắc ký.

Nghiền 1 g cây mầm, thêm 20 ml metanol 80%, để trong tối ở nhiệt độ

phòng. Sau 24 giờ, lọc hỗn hợp thu lấy dịch lọc. Lọc thêm 2 lần nữa với 20 ml

metanol 80% mỗi lần. Cô cạn dịch lọc dưới quạt. Thêm 5 ml nước cất vào

phần dịch cô cạn, chỉnh pH 2,5 bằng dung dịch HCl 1%. Dịch lọc được chuẩn

trên giấy sắc kí. Sơ đồ ly trích và phân đoạn như ảnh 2.1.

Sắc ký

Đặt bản silicagel 60 F254 (20 x 20 cm) (Merck) đã được chấm sắc ký vào

thùng sắc ký chứa dung môi di chuyển chloroform : metanol : acid acetic (80 :

15 : 5 theo thể tích). Khi mức dung môi di chuyển còn cách mép trên của bản

sắc ký khoảng 1 cm, quá trình chạy sắc ký kết thúc. Đèn UV 254 nm và 320

nm được sử dụng để xác định vị trí chất điều hòa tăng trưởng thực vật chuẩn.

Từ đó xác định vị trí các chất điều hòa tăng trưởng thực vật đã được ly trích.

Xác định hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật bằng cách

sinh trắc nghiệm

Sau sắc ký, các chất điều hòa tăng trưởng thực vật được xác định tương

ứng với mỗi băng trên bản silicagel nhờ giá trị Rf của mỗi chất chuẩn. Các ô

tương ứng với từng mẫu trên mỗi băng được cắt riêng, cạo, ngâm với nước cất

sau 24 giờ, được dùng trong sinh trắc nghiệm. Dung dịch chứa mỗi loại

hormon thực vật/mẫu được chia làm ba phần. Mỗi phần là một lần lặp lại trên

một erlen hoặc đĩa petri.

 Sinh trắc nghiệm auxin và acid abscisic

Hoạt tính auxin và acid abcisic được xác định nhờ sinh trắc nghiệm diệp

tiêu lúa (Oryza sativa L.). Hạt lúa được ngâm trong nước ấm 24 giờ và gieo

trên gòn ẩm, trong tối. Sau 96 giờ, diệp tiêu (chưa bị xé) được cô lập được cắt

thành đoạn dài 2 mm để dùng trong sinh trắc nghiệm. Mỗi nghiệm thức gồm

10 khúc cắt diệp tiêu được cho vào mỗi đĩa petri chứa 5 ml dung dịch ly trích

43

ở điều kiện tối, nhiệt độ 280C. Sau 24 giờ, hoạt tính tương đương của auxin và

acid abcisic được xác định dựa vào sự sai biệt của chỉ số tăng trưởng chiều dài

của diệp tiêu giữa các dịch trích, nước cất, dung dịch AIA 1 mg/l và ABA 1

mg/l.

 Sinh trắc nghiệm cytokinin

Hoạt tính cytokinin được đo bằng sinh trắc nghiệm tử diệp dưa leo

(Cucumis sativus L.). Hạt dưa leo được ngâm trong nước ấm 2 giờ, cho nảy

mầm sau 24 giờ và khi rễ mầm nhú ra khoảng 2 mm thì tử diệp được cắt ra để

dùng trong sinh trắc nghiệm. Mỗi nghiệm thức gồm 5 tử diệp dưa leo, đặt mặt

úp xuống lam kính đã được bao bằng giấy lọc thấm 10 ml dung dịch ly trích

/đĩa petri. Các đĩa này được đậy lại và được đặt dưới ánh sáng 24/24 giờ với cường độ 3000 ± 200 lux, nhiệt độ 30 ± 10C, ẩm độ 65 ± 5%. Sau 48 giờ, hoạt

tính tương đương của cytokinin được xác định dựa vào sự sai biệt trọng lượng

tươi của tử diệp dưa chuột giữa các mẫu dịch trích, nước cất và dung dịch

zeatin 1 mg/l.

 Sinh trắc nghiệm giberelin

Hoạt tính giberelin được đo bằng sinh trắc nghiệm cây mầm xà lách

(Lactuca sativa L.). Hạt xá lách được ngâm trong nước ấm 2 giờ và cho nảy mầm ở 2000 ± 200 lux, nhiệt độ 30 ± 10C, ẩm độ 65 ± 5%. Sau 24 giờ các hột

với rễ mầm nhú ra 1 mm, đặt 10 hạt xà lách này vào mỗi erlen chứa 5 ml

dung dịch ly trích chứa trong hai mảnh giấy lọc. Các erlen được đặt dưới ánh sáng 24/24 giờ với cường độ 3000 ± 200 lux, nhiệt độ 28 ± 20C. Sau 72 giờ,

hoạt tính tương đương của giberelin được xác định dựa vào sự sai biệt về

chiều cao của trụ hạ diệp xà lách giữa các mẫu dịch trích, nước cất và với

dung dịch GA3 10 mg/l.

Sự ly trích, phân đoạn và sinh trắc nghiệm các chất điều hòa tăng trưởng

thực vật được thực hiện trong ba lần riêng biệt và tính giá trị trung bình.

44

Hình 2.1: Sơ ồ ly trích và cô lập các chất điều hòa tăng trưởng thực vật

(theo Bùi Trang Việt, 1992, Nguyễn Du Sanh và cs, 2011) đ

Cấy hạt lúa trong chậu đất có độ ẩm khoảng 80 ± 0,6%, tỉ lệ đất như

2.2.13. Khắc phục stress ngập úng cho cây mầm lúa ngoài tự nhiên

sau : 1kg đất + 1kg mùn + 0,5 kg xơ dừa + 0,3 kg phân bò. Sau 1 ngày, gây

ngập úng cây mầm lúa với mực nước cao 15 mm (bằng cách đổ nước vào

chậu cho đến khi đất bão hòa nước và ngập sâu 15 mm). Giữ mực nước ổn

định trong suốt thời gian thí nghiệm. Sau 7 ngày, trong điều kiện ngập úng,

cây mầm được phun BA 10mg/l hoặc nước dừa 10% ướt đều trên lá vào

khoảng 4 - 5 giờ chiều.

Thí nghiệm được bố trí với mỗi chậu 3 cây với 3 lần lặp lại. Chiều cao

phần khí sinh và chiều dài rễ được ghi nhận sau 15 ngày. So sánh với cây

45

mầm tăng trưởng trong điều kiện không ngập úng, không xử lý với BA hay

nước dừa (đối chứng).

2.2.14. Xử lí thống kê

Các số liệu được xử lý thống kê bằng phần mềm Statistical Program

Scientific System (SPSS) phiên bản 11.5 cho windows.

Đề tài được thực hiện từ tháng 03/2012 đến tháng 03/2013, tại phòng thí

nghiệm Sinh lý Thực vật trường Đại học Sư ạm Hồ Chí Minh, phòng thí

nghiệm Sinh lý Thực vật trường Đại học Khoa học Tự nhiên thành phố Hồ ph

Chí Minh, vườn sinh học trường Đại học Sư ạm Hồ Chí Minh.

ph

46

Chương3

KẾT QUẢ - THẢO LUẬN

3.1. Kết quả

3.1.1. Khảo sát môi trường in vitro thích hợp để nuôi cấy lúa

Kết quả nuôi cấy hạt lúa sau 8 ngày cho thấy trong môi trường MS 1/2 tỉ

lệ nảy mầm cũng như khả năng tăng trưởng của cây mầm cao hơn so với các

môi trường còn lại.Môi trường MS 1/2 được chọn để thực hiện các thí nghiệm

tiếp theo (bảng 3.1).

Bảng 3.1. Chiều cao phần khí sinh, chiều dài rễ cây mầm lúa sau 8 ngày cấy

và tỉ lệ nảy mầm ở các môi trường nuôi cấy khác nhau.

Môi Chiều cao phần khí Chiều dài rễ Tỉ lệ nảy mầm

trường sinh (cm) (mm) (%)

MS 64,33 ± 0,49a 21,89 ± 0,19a 80,02± 0,41b

MS 1/2 172,11 ± 0,73b 71,89 ± 0,19b 98,03± 0,57c

MS 1/5 70,04 ± 0,1a 25,78 ± 0,15a 80,02± 0,45b

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

MS 1/10 66,00 ± 1,14a 22,44 ± 0,25a 40,04± 0,32a

3.1.2. Thời gian bão hòa nước của hạt

Sau khi ngâm hạt lúa trong môi trường MS 1/2, hạt lúa tiếp tục gia tăng

trọng lượng tươi. Đến 4,5 giờ sau hạt đạt trạng thái bão hòa (bảng 3.2).

47

Bảng 3.2. Sự thay đổi trọng lượng tươ ủa hạt lúa được ngâm

trong môi trường MS 1/2. i c

Thời gian (giờ) Sự thay đổi trọng lượng hạt(g)

5,00 ± 0,02a 0

5,35 ± 0,04b 0,5

5,36 ± 0,01c 1

5,38 ± 0,03d 1,5

5,45 ± 0,01e 2

5,53 ± 0,01f 2,5

5,57 ± 0,02g 3

5,62 ± 0,02h 3,5

5,70 ± 0,03i 4

5,80 ± 0,02k 4,5

5,80 ± 0,02k 5

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

5,80 ± 0,02k 5,5

3.1.3. Sự nảy mầm và tăng trưởng in vitro của cây mầm lúa

Hạt lúa được cấy vào môi trường MS 1/2. Sau 1 ngày, hạt bắt đầu nảy

mầm, xuất hiện sơ khởi chồi và rễ là phần hơi u ra ở phôi kích thước 1mm

(ảnh 3.2). Tỉ lệ nảy mầm của các hạt lúa trên môi trường nuôi cấy đạt khoảng

98%. Cây mầm lúa nuôi cấy trên môi trường MS 1/2 có chiều dài phần khí

sinh, chiều dài rễ, chiều dài phiến lá và bẹ lá tăng từ ngày 4 đến ngày 8 (bảng

3.3). Cây mầm ở ngày 4 xuất hiện lá mầm đầu tiên, lá này là lá giả và không

tính vào số lá của cây lúa (ảnh 3.3). Cây mầm ở ngày 6 chỉ có 1 rễ và thân

48

thẳng, màu xanh (ảnh 3.4). Cây mầm ở ngày 8 xuất hiện lá thật đầu tiên và rễ

phát triển nhiều hơn (ảnh 3.5).

Lát cắt ngang cực chồi và cực rễ cây mầm ở ngày 1 cho thấy có sự

phân hóa các tế bào giúp phát triển chồi và rễ (ảnh 3.6 - 3.8).

Ảnh 3.8 cho thấy sơ khởi rễ bắt đầu xuất hiện, sau đó tiếp tục kéo dài

(ảnh 3.9, 3.10) và tạo rễ mầm (ảnh 3.11).

Bảng 3.3. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2.

Thời gian sau khi cấy (ngày)

4

6

8

Chiều cao phần khí sinh (mm) 6,00 ± 0,151

Chỉ tiêu tăng trưởng cây mầm

Chiều dài bẹ lá (mm)

53,50± 2,042 172,50 ± 3,353

Chiều dài phiến lá (mm)

0,00 ± 0,001 36,33 ± 2,012 109,33 ± 3,533

Chiều dài rễ (mm)

0,00 ± 0,001 17,17 ± 3,382 63,17 ± 3,003

Số lá

10,22 ± 0,231 48,50 ± 2,722 71,83 ± 3,243

0,00 ± 0,001 1,00 ± 0,002 1,00 ± 0,002

1,33 ± 0,332 3,67 ± 0,213

1,00 ± 0,001 Số rễ Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Hình 3.1. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trên môi trường MS 1/2.

49

(thanh ngang = 1 mm).

Ảnh 3.2. Cây mầm lúa sau 1 ngàynuôi cấy trên môi trường MS 1/2

Ảnh 3.3. Cây mầm lúa sau 4 ngàynuôi cấy trên môi trường MS 1/2.

50

Ảnh 3.4. Cây mầm lúa sau 6 ngày Ảnh 3.5. Cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi

nuôi cấy trên môi trường MS 1/2. cấy trên môi trường MS 1/2.

Mũi tên chỉ lá thật đầu tiên.

51

A

B

25µm

Ảnh 3.6. Phẫu thức cắt ngang cực chồi và cực rễ cây mầm lúa sau 1 ngày

nuôi cấy trên môi trường MS 1/2.

(A): cực chồi, (B): cực rễ

25µm

Ảnh 3.7. Phẫu thức cắt ngang cực chồi cây mầm lúa sau 1 ngày nuôi cấy trên

môi trường MS 1/2.

52

Ảnh 3.8. Phẫu thức cắt ngang cực rễ cây mầm lúa sau 1 ngày nuôi cấy trên

môi trường MS 1/2 (thanh ngang = 25µm) (mũi tên chỉ hướng phát sinh rễ).

25µm

Ảnh 3.9. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 2 ngày nuôi cấy trên môi

trường MS 1/2.

53

Ảnh 3.10. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 3 ngày nuôi cấy trên môi

1mm

trường MS 1/2 (thanh ngang = 50µm).

Ảnh 3.11. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trên môi

trường MS 1/2.

54

3.1.4. Thời điểm gây stress ngập úng in vitro ảnh hưởng đến sự tăng

trưởng của cây mầm

* Chiều cao phần khí sinh của cây mầm lúa

Chiều cao phần khí sinh cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong các môi

trường được gây ngập úng ở các thời điểm khác nhau (0 giờ, 5 giờ, 10 giờ, 15

giờ, 24 giờ) đều thấp hơn so với đối chứng. Gây ngập úng thời điểm 24 giờ

sau khi cấy, chiều cao phần khí sinh cây mầm cao hơn ở các thời điểm trước

24 giờ (bảng 3.4).

Bảng 3.4. Sự thay đổi chiều cao phần khí sinh cây mầm lúa và ảnh hưởng của

chiều cao cột nước đối với cây mầm sau 4 ngày nuôi cấy trong các môi trường

ngập úng ở các thời điểm gây ngập úng khác nhau.

Chiều cao phần khí sinh cây mầm lúa (mm) Chiều

0

5

10

15

24

cao cột Thời điểm gây stress sau khi cấy(giờ) nước

(mm)

0 6,00 ± 0,391b 6,00± 0,391b 6,00 ± 0,391b 6,00 ± 0,391b 6,00 ± 0,391b

1 3,33 ± 0,331a 3,42 ± 0,361a 3,54 ± 0,341a 3,92 ± 0,451a 5,00 ± 0,322a

15 3,79 ± 0,291a 3,37 ± 0,241a 3,59 ± 0,371a 3,83 ± 0,651a 5,39 ± 0,592ab

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

30 3,83 ± 0,361a 3,80 ± 0,511a 3,86 ± 0,371a 3,89 ± 0,231a 5,33 ± 0,322ab

55

* Chiều dài rễ mầm lúa

Trong mỗi điều kiện ngập úng nước, vào các thời điểm gây stress khác

nhau (5 giờ, 10 giờ, 24 giờ sau khi cấy), chiều dài rễ của cây mầm lúa đều

ngắn hơn so với đối chứng (0 giờ) (ảnh 3.12).

Thời điểm thích hợp để gây stress ngập úng cây mầm lúa được sử dụng

cho các thí nghiệm tiếp theo là sau khi cấy 24 giờ.

Bảng 3.5. Sự thay đổi chiều dài rễ cây mầm lúa đối với chiều cao cột nước

qua 4 ngày nuôi cấy trong các môi trường ngập úng ở các thời điểm gây stress

khác nhau.

Chiều dài rễ cây mầm lúa (mm)

Chiều

Thời điểm gây stress sau khi cấy (giờ) cao cột

nước 0 5 10 15 24 (mm)

0 10,22 ± 0,651c 10,22 ± 0,651c 10,22 ± 0,651c 10,22 ± 0,651c 10,22 ± 0,651c

1 2,04 ± 0,391b 2,08 ± 1,071b 2,20 ± 0,901b 2,40 ± 0,091b 2,88 ± 0,261b

15 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức

p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

30 0,00 ± 0,001a 0,10 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a

56

Ảnh 3.12 cho thấy sự tăng trưởng của cây mầm sau 4 ngày nuôi cấy

trong môi trường xử lý ngập 15 mm sau khi cấy 24h cao hơn các cây mầm

1mm

còn lại.

C

D

E

F

B

A

Ảnh 3.12. Tăng trưởng cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấytrong môi trường

ngập úng 15 mm ở các thời điểm gây stress khác nhau. Từ trái qua, cây mầm

lúa ở môi trường: A: đối chứng (không gây ngập); B: gây ngập 15mm; C:

gây ngập 15mm sau khi cấy 5 giờ; D: gây ngập 15mm sau khi cấy 10 giờ; E:

gây ngập 15mm sau khi cấy 15 giờ; F: gây ngập sau khi cấy 24 giờ.

3.1.5. Ảnh hưởng của mực nước ngập úng in vitro đến sự tăng

trưởng của cây mầm lúa

Sau 4 ngày được nuôi cấy trong môi trường MS1/2 ngập 1mm nước,

chiều cao phần khí sinh và chiều dài rễ cây mầm lúa bắt đầu đáp ứng với ngập

úng là tăng trưởng chậm hơn so với đối chứng. Sự đáp ứng thấy rõ ở cây ngập

15 mm (bảng 3.6).

Mực nước thích hợp để gây stress ngập úng cây mầm lúa sử dụng cho

các thí nghiệm tiếp theo là 15 mm.

57

Bảng 3.6. Tăng trưởng cây mầm lúa trong các môi trường ngập úng qua 4

ngày nuôi cấy.

Chiều cao cột nước (mm) Chiều cao phần khí sinh (cm) Chiều dài rễ (cm)

0 6,00 ± 0,32b 10,22 ± 0,23d

0,5 6,10± 0,45b 10,34 ± 0,89d

1 5,00 ± 0,32ab 2,88 ± 0,26c

3 5,86 ± 0,15ab 1,00 ± 0,76b

15 5,39 ± 0,59a 0,00 ± 0,00a

30 5,33 ± 0,32a 0,00 ± 0,00a

75 5,35 ± 0,56a 0,00 ± 0,00a

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

120 5,40 ± 0,89a 0,00 ± 0,00a

3.1.6. Sự nảy mầm và tăng trưởng của cây mầm lúa trong điều kiện

ngập úng in vitro

Hạt lúa được cấy vào môi trường MS 1/2, sau 24 giờ được bổ sung

15mm nước. Sau 2 ngày nuôi cấy, hạt bắt đầu nảy mầm (ảnh 3.13). Tỉ lệ nảy

mầm đạt khoảng 80%. Cây mầm qua 8 ngày nuôi cấy có chiều cao phần khí

sinh tăng trưởng chậm, rễ chậm phát triển, chư ất hiện lá (bảng 3.7).

Cây mầm sau 4 ngày nuôi cấy đã phát triển chồi nhưng chưa xuất hiện a xu

rễ (ảnh 3.14). Đến ngày thứ 6 chiều cao phần khí sinh tiếp tục tăng trưởng,

thân có màu trắng cong và mảnh, rễ vẫn chưa phát triển (ảnh 3.15). Đến ngày

thứ 8, thân tiếp tục tăng trưởng, rễ đã xuất hiện nhưng rất ngắn và tăng trưởng

chậm, chưa xuất hiện lá (ảnh 3.16).

58

Phẫu thức cắt dọc chồi cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong môi

trường ngập 15mm nước cho thấy phần mô phân sinh kéo dài hơn so với mô

phân sinh chồi của cây mầm lúa sau 4 ngày được nuôi cấy trong điều kiện

không ngập nước (ảnh 3.17, 3.18).

Khi giải phẫu cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trong môi

trường ngập nước, thấy được các mô khí bên trong lớp tế bào vỏ rễ (ảnh 3.19,

3.20).

Bảng 3.7. Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 8 ngày nuôi cấy trong môi trường

ngập úng 15 mm.

Môi Thời gian (ngày) Chỉ tiêu tăng

trường trưởng 4 6 8

ĐC 6,00 ± 0,151a 53,50± 2,042b 172,50 ± 3,353b Chiều cao phần

khí sinh (mm) 15mm 5,39 ± 0,181a 12,50 ± 0,282a 22,13 ± 0,133a

ĐC Chiều dài rễ 10,22 ± 0,231b 48,50 ± 2,722b 71,83 ± 3,243b

chính (mm) 15mm 0,00 ± 0,001a 0,00 ± 0,001a 1,60 ±0,112a

ĐC 1,00 ± 0,001b 1,33 ± 0,332b 3,67 ± 0,212b Số rễ

15mm 0,00± 0,001a 0,00± 0,001a 1,00± 0,002a

ĐC 0,00 ± 0,001a 1,00 ± 0,002b 1,00 ± 0,002b Số lá

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa p = 0,05

15mm 0,00± 0,001a 0,00± 0,001a 0,00± 0,001a

59

2mm

Ảnh 3.13. Cây mầm lúa sau 2 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập 15 mm.

Ảnh 3.14. Cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập 15mm

(thanh ngang 2 mm).

60

Ảnh 3.15. Cây mầm lúa 6 ngày nuôi

Ảnh 3.16. Cây mầm lúa 8 ngày nuôi

cấy trong môi trường ngập 15 mm cấy trong môi trường ngập 15 mm

(thanh ngang = 2 mm). (thanh ngang = 4 mm).

61

25µm

Ảnh 3.17. Phẫu thức cắt dọc chồi cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong

25µm

điều kiện không ngập úng (ĐC).

Ảnh 3.18. Phẫu thức cắt dọc chồi cây mầm lúa sau 4 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập úng 15 mm.

62

Ảnh 3.19. Phẫu thức cắt ngang rễ cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập úng 15mm (thanh ngang = 20 µm).

Ảnh 3.20. Phẫu thức cắt ngang trung trụ rễ cây mầm lúa sau 6 ngày

nuôi cấy trong môi trường ngập úng 15mm (thanh ngang = 50 µm).

63

3.1.7. Ảnh hưởng của thời gian xử lý nhiệt độ đến sự tăng trưởng

của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng in vitro

* Chiều cao phần khí sinh Sau khi xử lý nhiệt độ 450C (15 mm - 450C) với các thời gian xử lý khác

nhau cho thấy: Với thời gian xử lý 30 phút hoặc 120 phút, phần khí sinh tăng

trưởng tốt hơn khi chỉ bị ngập (0 phút) nhưng lại tăng trưởng kém hơn khi

không xử lý (0 mm, 0 phút). Tuy vậy, kết quả vẫn cho thấy hoạt động của

nhiệt độ đã giúp cây mầm lúa kháng ngập (bảng 3.8).

Bảng 3.8. Sự thay đổi chiều cao phần khí sinh cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy

trong môi trường ngập úng kèm xử lý nhiệt độ với thời gian xử lý khác nhau.

Chiều cao phần khí sinh (mm)

0

30

60

120

Thời gian xử lý 450C sau khi gây stress nước (phút)

Điều kiện xử lý

0mm 53,60 ± 3,394b 46,00 ± 4,553b 34,00 ± 2,28 2b 20,20 ± 3,891a

12,50 ± 0,282a 14,00 ± 0,673a 10,25 ± 0,331a 30,00 ± 0,324b

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

15mm- 450C Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

* Chiều dài rễ Với chiều dài rễ, khi hạt lúa được xử lý ngập 15 mm kèm 450C dù trong

thời gian nào cũng không xuất hiện rễ (bảng 3.9).

Ảnh 3.21 cho thấy cây mầm sau 6 ngày nuôi cấy trong môi trường

ngập 15 mm được xử lý 450C trong 120 phút (E) tăng trưởng tốt hơn so với

cây mầm còn lại.

64

Thời gian xử lý 450C cho cây mầm có khả năng kháng ngập tốt là

trong 120 phút.

Bảng 3.9. Sự thay đổi chiều dài rễ cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trong môi trường ngập úng kèm xử lý 450C với thời gian xử lý khác nhau.

Chiều dài rễ (mm)

Điều Thời gian xử lý 450C (phút) kiện

xử lý 0 30 60 120

0mm 28,39 ± 0,932b 25,40± 2,231b 25,80 ± 2,281b 27,00 ± 2,1712b

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

00,00 ± 0,001a 00,00 ± 0,001a 00,00± 0,001a 00,00 ± 0,001a 15mm- 45oC

Ảnh 3.21.Sự tăng trưởng cây mầm lúa sau 6 ngày nuôi cấy trong các môi

trường ngập úng kèm xử lý nhiệt độ với các thời gian xử lý khác nhau. Từ

trái qua phải, cây mầm lúa ở môi trường: A: đối chứng (không ngập nước, không xử lý 450C, B: ngập 15 mm, C: ngập 15 mm - 450C trong 30 phút, D: ngập 15 mm - 450C trong 60 phút, E: ngập 15 mm - 450C trong 120 phút.

65

3.1.8. Sự thay đổi trọng lượng tươi và trọng lượng khô của cây mầm

lúa trong các điều kiện xử lý khác nhau

* Trọng lượng tươi:

Trong môi trường chỉ bị ngập và không xử lý nhiệt độ, cây mầm lúa có

trọng lượng tươi thấp hơn so với 2 môi trường còn lại (bảng 3.10). Đến ngày

thứ 8 sau khi cấy, trọng lượng tươi của cây mầm trong các môi trường đều tăng (không gây ngập, chỉ gây ngập không xử lý 450C và gây ngập kèm xử lý 450C), tuy nhiên, cây mầm khi chỉ bị ngập vẫn cho trọng lượng tươi thấp hơn

(bảng 3.10).

Bảng 3.10. Sự thay đổi trọng lượng tươi cây mầm lúa trong các điều kiện xử

lý khác nhau.

Điều kiện Sự thay đổi trọng lượng tươi (mg)

xử lý Thời gian sau khi cấy (ngày)

4 6 8

0mm 19,03 ± 0,011c 76,03 ± 0,102c 89,91 ± 0,573c

15mm 10,10 ± 0,031a 36,57 ± 0,052a 50,53 ± 0,403a

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

15mm-450C 14,35 ± 0,511b 43,34 ± 0,062ab 60,23 ± 0,323b

66

* Tương tự như trọng lượng tươi, trọng lượng khô của cây mầm lúa khi

chỉ bị ngập nước và không xử lý nhiệt độ thấp hơn 2 môi trường còn lại trong

suốt thời gian theo dõi (bảng 3.11).

Bảng 3.11. Sự thay đổi trọng lượng khô cây mầm lúa trong các điều kiện xử

lý khác nhau.

Sự thay đổi trọng lượng khô (mg)

Điều kiện Thời gian sau khi cấy (ngày)

xử lý

4 6 8

0mm 2,81 ± 0,0051c 4,84 ± 0,0062c 10,27 ± 0,093c

15mm 1,21 ± 0,0071a 2,45 ± 0,0022a 5,13 ± 0,063a

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

15mm-450C 1,95 ± 0,0061ab 3,78 ± 0,0032b 7,07 ± 0,0063b

3.1.9. Hàm lượng đường và hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa

trong các điều kiện xử lý khác nhau

* Hàm lượng đường

Qua 8 ngày nuôi cấy, hàm lượng đường của cây mầm trong các môi trường đều tăng (không gây ngập, chỉ gây ngập không xử lý 450C và gây ngập kèm xử lý 450C), tuy nhiên trong môi trường chỉ bị ngập và không xử lý 450C, cây mầm lúa có hàm lượng đường luôn thấp hơn so với 2 môi trường

còn lại (bảng 3.12).

67

Bảng 3.12. Hàm lượng đường trong cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý

khác nhau.

Điều kiện Hàm lượng đường (mg/g TLT)

xử lý Thời gian sau khi cấy (ngày)

0 4 8

0mm 0,069 ± 0,0031a 0,081 ± 0,0032b 0,095 ± 0,0043c

15mm 0,067 ± 0,0061a 0,069 ± 0,0051a 0,070 ± 0,0061a

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

* Hàm lượng tinh bột

15mm-450C 0,066 ± 0,0051a 0,070 ± 0,0042a 0,080 ± 0,0053b

Qua 8 ngày nuôi cấy, hàm lượng tinh bột của cây mầm trong các môi trường đều tăng (không gây ngập, chỉ gây ngập không xử lý 450C và gây ngập kèm xử lý 450C). Trong môi trường chỉ bị ngập và không xử lý 450C, cây

mầm lúa có hàm lượng tinh bột luôn thấp hơn so với 2 môi trường còn lại . Cây mầm trong môi trường ngập kèm xử lý 450C, ở ngày 8 sau khi cấy, hàm

lượng tinh bột tăng nhiều hơn (bảng 3.13).

68

Bảng 3.13. Hàm lượng tinh bột trong cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý

khác nhau.

Hàm lượng tinh bột (mg/g TLT)

Thời gian sau khi cấy (ngày) Điều kiện xử lý

0 4 8

0mm 0,076 ± 0,0031a 0,087 ± 0,0052b 0,094 ± 0,0033b

15mm 0,074 ± 0,0052a 0,076 ± 0,0072a 0,069 ± 0,0041a

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

15mm-450C 0,072 ± 0,0041a 0,078 ± 0,00412a 0,093 ± 0,0062b

3.1.10. Cường độ hô hấp cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý khác nhau

Cường độ hô hấp cây mầm lúa được nuôi cấy trong các điều kiện khác

nhau có sự khác biệt. Qua 8 ngày nuôi cấy, cường độ hô hấp của mầm lúa

trong điều kiện chỉ bị ngập giảm, ngược lại, cây mầm trong điều kiện bị ngập kèm xử lý 450C lại tăng (bảng 3.14).

Bảng 3.14. Cường độ hô hấp của cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý khác nhau.

Cường độ hô hấp (µl/O2/g/giờ)

Điều kiện xử lý Thời gian sau khi cấy (ngày)

Môi trường 0 4 8

78,38 ± 4,331a 89,98 ± 5,422c 95,67 ± 6,923b 0mm

77,98 ± 5,002a 70,34 ± 6,8912a 63,25 ± 7,231a 15mm

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

78,35 ± 4,541a 80,37 ± 6,8312b 94,65 ± 7,652b 15mm-450C

69

3.1.11. Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong cây

mầm lúa ở các điều kiện ngập úng và ngập úng kèm xử lý nhiệt độ

Hoạt tính tương đương của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong

cây mầm lúa qua 8 ngày nuôi cấyở môi trường MS 1/2 với các điều kiện xử lý

khác nhaucó sự khác biệt.

Hoạt tính auxin trong cây mầm ở môi trường chỉ bị ngập, không xử lý 450C và môi trường gây ngập kèm xử lý 450C đều không tăng và thấp hơn đối

chứng.

Hoạt tính cytokinin trong cây mầm ở môi trường chỉ gây ngập giảm từ

ngày 0 đến ngày 4 sau khi cấy, nhưng sau đó tăng đến ngày 8. Tuy nhiên, hoạt tính cytokinin trong cây mầm ở môi trường gây ngập kèm xử lý 450C tăng từ

ngày 0 đến ngày 8 và cao hơn so với 2 môi trường còn lại.

Hoạt tính acid abcisic trong cây mầm ở điều kiện đối chứng hầu như

không nhận thấy. Tuy nhiên, ở điều kiện chỉ gây ngập hoạt tính acid abcisic

của cây mầm tăng từ ngày 0 đến ngày 4 và sau đó giảm đến ngày 8. Ở điều kiện gây ngập kèm xử lý 450C thì hoạt tính acid abcisic của cây mầm giảm từ

ngày 0 đến ngày 8.

Hoạt tính giberelin trong cây mầm ở môi trường chỉ bị ngập, không xử lý 450C hoặc môi trường gây ngập kèm xử lý 450C đều tăng nhưng vẫn thấp hơn

so với đối chứng (bảng 3.15).

70

Bảng 3.15. Hoạt tính tương đương của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật

Hoạt tính

Điều kiện xử

trong cây mầm lúa trong các điều kiện xử lý khác nhau.

tương đương

0

4

8

(mg/l)

Auxin

0mm

0,056 ± 0,0101a

0,086 ± 0,0092b

0,180 ± 0,0353b

15mm

0,055 ± 0,0121a

0,057 ± 0,0101a

0,054 ± 0,0051a

15mm-450C

0,057 ± 0,0031a

0,058 ± 0,0041a

0,053 ± 0,0031a

Cytokinin

0mm

0,075 ± 0,0021a

0,096 ± 0,0012b

0,140 ± 0,0043b

15mm

0,078 ± 0,0072a

0,044 ± 0,0041a

0,084 ± 0,0052a

15mm-450C

0,074 ± 0,0031a

0,109 ± 0,0092c

0,155 ± 0,0033c

Acid abscisic

0mm

0,00 ± 0,0001a

0,00 ± 0,0001a

0,00 ± 0,0001a

15mm

0,030 ± 0,0021c

0,140 ± 0,0033c

0,053 ± 0,0022c

15mm-450C

0,028 ± 0,0012b

0,015 ± 0,0041b

0,010 ± 0,0051b

Giberelin

0mm

0,230 ± 0,0011c

0,350 ±0,0022b

0,460 ± 0,0043c

15mm

0,215 ± 0,0011a

0,296 ± 0,0022a

0,366 ±0,0033a

15mm-450C

0,220 ± 0,0011b

0,299 ± 0,0012a

0,420 ± 0,0013b

Các số trung bình theo hàng với các số khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Thời gian sau khi cấy (ngày)

71

3.1.12. Khắc phục stress ngập úng cho cây mầm lúa ngoài tự nhiên

Trong điều kiện ngập úng 15 mm ngoài tự nhiên, sau khi xử lý BA

10 mg/l hoặc nước dừa 10%, cây mầm lúa sau 15 ngày có chiều cao phần khí

sinh và chiều dài rễ phát triển tốt hơn ở cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng

15 mm nhưng không tốt như đối chứng (bảng 3.16, ảnh 3.22).

Bảng 3.16. Chiều cao phần khí sinh và chiều dài rễ cây mầm lúa 15 ngày

trồng ngoài tự nhiên được xử lý.

Điều kiện xử lý

Cây không ngập nước (ĐC)

Cây ngập nước 15 mm + nước dừa 10%

Cây ngập nước 15 mm + BA 10 mg/l

Các số trung bình theo cột với các mẫu tự khác nhau thì khác biệt có ý nghĩa ở mức p = 0,05

Cây ngập nước 15 mm Chiều cao phần khí sinh (cm) 30,12 ± 1,12b 29,22 ± 0,98b 28,13 ± 1,01b 15,01 ± 1,23a Chiều dài rễ (cm) 4,05 ± 0,15b 3,89 ± 0,67ab 3,81 ± 0,34ab 3,02 ± 0,25a

Ảnh 3.22. Cây mầm lúa 15 ngày được gieo và xử lý ngoài tự nhiên. Từ trái

qua, điều kiện xử lý: A: không ngập, không phun (ĐC); B: gây ngập úng,

phun nước dừa 10%; C: gây ngập úng, phun BA 10 mg/l; D: chỉ gâyngập.

72

3.2. Thảo luận

3.2.1. Sự tăng trưởng của cây mầm lúa trong điều kiện ngập úng

Trồng lúa bằng cách gieo hạt trực tiếp ngày càng trở nên phổ biến ở

nhiều nước châu Á do đơn giản và chi phí thấp. Tuy nhiên, ở các khu vực

ngập nước, cây lúa thường gặp lũ lụt sau khi gieo hạt, và điều này dẫn tới sự

mất mùa một phần hay toàn bộ vì cây lúa rất nhạy cảm với các điều kiện kỵ

khí do sự ngập úng gây ra trong giai đoạn nảy mầm. Các giống lúa lai chống

chịu ngập úng trong giai đoạn nảy mầm và tăng trưởng cây mạ non giúp tránh

các vấn đề này (Angaji et al., 2010).

Do tình trạng ấm toàn cầu hiện nay, nên hiệu ứng của nhiệt độ, nồng độ

CO2và nhu cầu nước cho sự tăng trưởng cây lúa được đặc biệt chú ý, bao gồm

việc thiết lập và cải tiến các mô hình tăng trưởng cho cây lúa liên quan tới sự

thay đổi của các yếu tố này. Thí dụ, để đạt năng suất cao của lúa trong tương

lai, cần có các mô hình về ảnh hưởng của nhiệt độ đêm lẫn ngày đối với hô

hấp, nồng độ CO2 đối với sự mở khí khẩu và quang hợp, hay stress nước do

tác động bởi các quá trình tự nhiên và con người (Cho and Oki, 2012).

Trong quá trình nảy mầm của hạt, cần có một lượng nước đủ để hạt sẵn

sàng khởi động chương trình nảy mầm. Sự hấp thu nước trước hết nhờ thế

nước của hạt thấp, sau đó nhờ lực thẩm thấu khi các không bào phát triển

khiến hạt hấp thu nước mạnh và phồng lên (Bùi Trang Việt, 2000).

Ở thực vật, tác động của đất ngập úng được cảm nhận trực tiếp bởi rễ

và gián tiếp bởi cành (Visser et al, 2003). Rễ cây mầm lúa hầu như không

phát triển trong điều kiện thiếu oxy, vì sự ngập nước làm giảm sự hấp thụ

nước và lưu thông khí trong vùng cực rễ (Jackson & Drew, 1984).

Lúa (Oryza sativa L.) là loài ngũ cốc duy nhất có thể được trồng trong

vùng đồng bằng ngập nước thường xuyên ở Đông- Nam và Nam Châu Á.

Cách thức lúa sống còn đã được nghiên cứu khá phong phú và vai trò của một

số phytohormon giúp lúa kéo dài thân đã được nghiên cứu, đặc biệt là sự

73

tương tác giữa etylen, giberelin và acid abscisic. Các giống lúa tăng trưởng

trong vùng nước ngập sâu có thể giảm stress ngập úng bằng cách kéo dài

nhanh chóng các mô ngập trong nước, giúp cây lúa theo kịp mực nước dâng

cao. Các giống lúa khác có thể phản ứng bởi các cơ chế chống chịu với sự

ngập nước. Mô khí và các rễ bất định chứa nhiều mô khí được thành lập, giúp

oxy khuếch tán dễ dàng hơn để tránh các điều kiện kỵ khí cho các mô sống

trong nước (Vriezen, 2003).

Cây lúa mầm tăng trưởng trong điều kiện stress do ngập úng thường có

hàm lượng diệp lục suy giảm nhanh theo thời gian cây bị ngập, cây mầm lúa

có thân trắng hơn so với cây trong điều kiện thường. Bên cạnh đó, thực vật

ngập nước thường có rễ ngắn hơn so với những cây trong đất thoát nước

(bảng 3.3, 3.7, ảnh 3.19). Điều này phù hợp với nghiên cứu của Liau và Lin

(2001), khi ngập úng, hô hấp hiếu khí bị ức chế, cây thiếu ATP, khả năng hấp

thụ và vận chuyển nước và chất dinh dưỡng đến cành giảm, và do đó khả

năng tăng trưởng kém hơn so với cây sống trong điều kiện bình thường. Hiện

tượng quang hợp dưới nước vẫn có thể hoạt động, nhưng tốc độ quang hợp

giảm do sự giảm oxy và thiếu ánh sáng giảm diệp tục tố (Rai và Murty, 1979).

Khi thiếu oxy, rễ bắt đầu sự glycolys, sự lên men etanol được hoạt hóa

và lên men lactat chỉ tạm thời. Sự lên men etanol chỉ cho 2 mol ATP/mol

hexoz dẫn đến rễ thiếu ATP cho các quá trình biến dưỡng căn bản và vận chuyển hoạt động. Khi thiếu oxy, sự vận chuyển H+ vào không bào nhờ ATPase bị cản, H+ thoát dần khỏi không bào và vào tế bào chất (acid hóa tế

bào chất), dẫn đến gián đoạn quá trình biến dưỡng trong tế bào chất và sự chết

của tế bào. Tình trạng thiếu oxy cũng làm chồi bị tổn hại. ATP lúc này tạo ra

không đủ, sự hấp thu và vận chuyển các chất dinh dưỡng tới thân bị ảnh

hưởng. Thiếu oxy sẽ kích thích sự sản xuất ACC (1- aminocylopropan-1-

74

cacboxylic) trong rễ, tiền chất của hormon thực vật etylen (Bùi Trang Việt,

2000, Taiz và cs,2010).

Stress thường được định nghĩa như là một yếu tố bên ngoài tác động

bất lợi trên cây. Khả năng cây trồng đối phó với điều kiện bất lợi của môi

trường gọi là kháng stress. Sự thích nghi để cải thiện sức đề kháng là kết quả

của việc tiếp xúc với stress của cây. Trong điều kiện ngập úng, cây thích nghi

bằng cách duy trì lượng oxy trong mô ở mức gần với điều kiện bình thường,

hay bằng cách đảm bảo hoạt động sống bình thường trong điều kiện nồng độ

oxy thấp. Hướng thứ nhất là cách thích nghi về mặt hình thái, giải phẫu. Để

vận chuyển oxy dễ dàng, ở cây lúa hình thành các mô khí (aerenchyma), đó là

các không gian nối liền nhau được hình thành trong các mô vỏ rễ. Hướng thứ

hai là tiếp tục tái tạo ATP qua hô hấp, đồng thời tích lũy đủ nhiên liệu cho hô

hấp kỵ khí (Nguyễn Như Khanh và Cao Phi Bằng, 2008).

Mô khí là thuật ngữ chỉ các mô thực vật có chứa không gian khí mở

rộng, được hình thành trong rễ và chồi của các cây sống trong điều kiện đất

ngập nước. Sự hình thành mô khí liên quan đến sự hủy của tế bào. Các tế bào

được hình thành trong quá trình phát triển trước đó chết đi và được loại bỏ, để

lại một khoảng khí (David, 2003). Ở nhiều loài, sự hình thành mô khí ở rễ là

con đường dẫn khí trong cây. Các mô khí cung cấp oxy cho rễ, loại bỏ khí

CO2, etylen, metan (Colmer, 2003, Shannon et al, 1996). Mô khí gồm một

vòng tế bào chứa khoảng trống đầy khí, đó là con đường khuếch tán có hiệu

quả của oxy và các chất khí khác, từ khí quyển qua khí khẩu hay các kẽ hở

trên lá và rễ. Trong rễ lúa (Oryza sativa L.), mô khí có hình dạng như các tế

bào chết ở trung trụ, nhưng dài hơn và có đường kính lớn hơn tế bào trung trụ

(ảnh 3.19). Rễ lúa như vậy được cung cấp đủ oxy cho sự hô hấp hiếu khí (Bùi

Trang Việt, 2000, Taiz và cs, 2010).

75

Sự thông khí bên trong cây rất quan trọng cho sự phát triển của thực vật

trong đất ngập nước. Lúa ngập nước có một lượng lớn mô khí giúp cây kháng

lại sự hạn chế khuếch tán của oxy trong rễ. Rễ lúa cũng có một rào cản chống

lại sự mất oxy theo hướng xuyên tâm. Mô khí và rào cản này tăng cường sự

khuếch tán oxy theo chiều dọc, góp phần tăng cường khả năng kháng với

ngập úng ở nhiều loài thực vật (Cox et al, 2006). Vận chuyển oxy trong rễ

còn được tăng cường bởi sự hình thành của một rào cản sự mất mát oxy ở bề

mặt rễ ở các thực vật sống vùng đất ngập nước (Armstrong et al, 2000, Visser

et al, 2000, Soukoup et al, 2002), rào cản này được hình thành ở lớp dưới

biểu bì ở rễ (Colmer, 2003).

Vùng mô phân sinh của cây sống trong điều kiện ngập úng có khả năng

tăng sinh mạnh và kéo dài (Ảnh 3.17, 3.18). Trong điều kiện cây lúa bị ngập

nước, tốc độ phân bào xảy ra nhanh hơn làm gia tăng chiều dài ở vùng mô

phân sinh. Khả năng vươn lóng do sự gia tăng mức độ phân bào ở vùng mô

phân sinh do tác động hỗ tương giữa etylen và giberelin ở các mức độ khác

nhau tùy theo tính chất của sự ngập. Sự ngập nước làm giảm oxy trong cây,

kích hoạt sự tổng hợp etylen và tích tụ nhiều trong cây. Nồng độ cao của

etylen làm gia tăng mức độ mẫn cảm của mô đối với giberelin, hoặc làm gia

tăng nồng độ giberelin hoạt động, dẫn đến sự đáp ứng sinh trưởng của cây

trong điều kiện bị stress do ngập nước (Nishiuchi và cs, 2012).

3.2.2. Ảnh hưởng của việc xử lý nhiệt độ lên cây mầm lúa tăng

trưởng trong điều kiện ngập úng

Thực vật sống trong điều kiện ngập úng có thể kháng lại điều kiện thiếu

oxy bằng cách hình thành các thích nghi đặc biệt.

Các stress sinh học và không sinh học giới hạn nghiêm trọng năng suất

cây trồng trên thế giới. Một kiểu stress được áp dụng trước hay đồng thời với

các kiểu stress khác thường ảnh hưởng tới sự đáp ứng của thực vật với các

76

kiểu stress này. Điều này chứng tỏ sự xen lẫn (overlap and crosstalk) giữa các

con đường truyền tín hiệu đáp ứng với stress sinh học và không sinh học. Sự

xen lẫn này cho phép sự kháng chéo, và có thể liên quan tới các tương tác hỗ

trợ hay đối kháng giữa các hormon liên quan tới stress như acid salicylic,

etylen, acid jasmonic và acid abscisic như được nghiên cứu ở lúa

(Sharma,2013).

Nhiệt độ tối ưu cho hạt giống nảy mầm là 15- 300C. Nhiệt độ thấp làm

giảm sự hô hấp, nhưng làm tăng các phản ứng thủy phân, tồn đọng lại nhiều

chất không bị tiêu hủy bởi hô hấp và chúng sẽ được dùng cho phôi tăng

trưởng (Mai Trần Ngọc Tiếng, 2001).

Nhiệt độảnh hưởng đến sự tăng trưởng của cây mầm lúa do ảnh hưởng

đến tốc độ các phản ứng hoá sinh diễn ra trong quá trình nảy mầm của hạt, và

do đó tăng cường độ hô hấp (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009, Vũ Văn Vụ và cs,

2000). Ở giai đoạn cây mầm 4 ngày sau khi cấy, trong điều kiện ngập úng, có

lẽ xử lý nhiệt độ kích thích hô hấp hiếu khí, giúp tăng trưởng của cây mầm tốt

hơn, cây có khả năng kháng được.

Mọi sinh vật đều sản xuất các HSP (heat-shock proteins) đáp lại sự tăng

nhiệt độ và vài stress khác. Do HSP xuất hiện do các stress khác nhau, nên sự

kháng chéo (sự kháng một stress nhờ thực vật thích nghi với một stress khác)

có thể được giải thích qua hoạt động của các protein này. Các HSP thực vật

có vai trò bảo vệ thực vật tránh tổn hại do stress, được phân chia thành các

HSP có trọng lượng phân tử cao và các HSP có trọng lượng phân tử thấp.

Chính các HSP có kích thước nhỏ (sHSPs, small HSPs) được cảm ứng bởi

stress nhiệt ở thực vật. Đặt các cây mạ lúa Oryza sativa L. ở nhiệt độ cao (420C) trong 24 giờ làm tăng đáng kể sự kháng UV-B. Sau xử lý nhiệt, tốc độ

sống còn của các tế bào biểu hiện gene sHSP17.7 cao gấp hai lần tốc độ sống

còn của các tế bào đối chứng. Tương tự, các cây lúa chuyển gen biểu hiện

77

sHSP17.7 mạnh nhất (tăng mạnh sự sản xuất protein sHSP17.7 ) được chứng

minh có tính kháng mạnh với stress UV-B (Murakami et al., 2004).

3.2.3. Các thay đổi sinh lý của cây mầm lúa trong điều kiện ngập

úng và ngập úng có xử lý nhiệt độ

Hô hấp có vai trò phóng thích năng lượng chứa trong các chất biến

dưỡng và cung cấp vật liệu cần thiết cho các phản ứng tổng hợp (Bùi Trang

Việt, 2002). Do đó trong cơ thể thực vật cấp cao, vùng sinh mô hô hấp rất

mạnh và rất nhiều cacbonhydrat được oxy hóa, cường độ hô hấp của tế bào

đang phân chia cao hơn ở tế bào đã phân hóa rất nhiều (Mai Trần Ngọc Tiếng,

2001).

Tương tự như các quá trình enzym khác, hô hấp phụ thuộc vào nhiệt

độ. Trong các giới hạn nhiệt độ xác định, mối phụ thuộc đó tuân thủ theo định luật Van-Hoff (tốc độ phản ứng tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng lên 100C). Trong giới hạn giữa 00C và 300C, nhiệt độ môi trường tăng mỗi một 100C

(thường được nhắc tới như hệ số Q10), cường độ hô hấp tăng hai lần. Trên 300C, cường độ hô hấp thường tăng chậm, và đạt đến cực đại tại 400C đến 500C và giảm sút tại những nhiệt độ cao hơn (Nguyễn Như Khanh, Cao Phi

Bằng, 2008).

Ở điều kiện ngập úng có xử lý nhiệt độ, cây mầm lúa gia tăng trọng

lượng tươi và trọng lượng khô so với cây ngập úng. Kết quả này hợp lý vì cây

có xử lý nhiệt độ kháng được stress nên tăng trưởng tốt và tổng hợp chất hữu

cơ từ nguồn ánh sáng nên khả năng tích lũy chất hữu cơ tốt hơn (bảng 3.10,

3.11).

Trong điều kiện ngập úng ở cây mầm lúa, có sự gia tăng hàm

lượng tinh bột trong cây nhưng không bằng đối chứng và điều kiện gây ngập

kèm xử lý nhiệt. Hiện tượng được giải thích là do hoạt động quang hợp mạnh

hơn so với hô hấp (Irfan et al 2010). Trong rễ ngập nước, nhu cầu

78

về cacbohydrat cho hô hấp giảm, sự vận chuyển cacbohydrat giảm tới mức tối

thiểu hoặc không xảy ra (Liao và Lin 2001). Sự tích lũy của tinh bột trong

lá như là một cách thích nghi của cây trong điều kiện ngập úng. Đối với cây

ngập úng có xử lý nhiệt độ, có sự kháng lại ngập úng nên hàm lượng tinh bột

trong cây giữ ở mức tăng như điều kiện đối chứng và cường độ hô hấp cũng

tăng lên (bảng 3.12, 3.13, 3.14).

Cây mầm lúa tăng trưởng trong điều kiện ngập úng có xử lý nhiệt độ 450C có cường độ hô hấp gia tăng theo thời gian từ ngày 4 đến ngày 8 vì giai

đoạn này cây cần nhiều năng lượng cho các hoạt động vươn dài thân. Hàm

lượng cytokinin nội sinh tăng dần theo thời gian cho thấy khả năng phân chia

tế bào mạnh. Sự phân chia tế bào diễn ra mạnh mẽ cần những sản phẩm hữu

cơ được tạo ra từ quá trình biến dưỡng và năng lượng ATP được sinh ra từ

quá trình hô hấp. Có lẽ đây cũng là lý do cường độ hô hấp cũng tăng cao ứng

với sự gia tăng của hàm lượng cytokinin (Bảng 3.14, 3.15, hình 3.13, 3.14)

Cytokinin có vai trò thúc đẩy sự tăng trưởng của mô phân sinh ngọn

chồi, nhưng ngăn chặn sự phân chia các tế bào trong rễ cây (Werner, 2001).

Nồng độ cytokinin cao cản sự tăng trưởng của rễ và cản hiệu quả kích thích

tạo rễ của auxin (Humphries, 1960). Có lẽ vậy nên nồng độ cytokinin ở cây

mầm trong điều kiện ngập úng có xử lý nhiệt độ cao hơn so với đối chứng và

cây mầm trong điều kiện này hầu như không phát triển rễ (bảng 3.15).

Auxin cần thiết cho sự phân chia và tăng trưởng của tế bào, có vai trò

quan trọng trong sự phát sinh hình thái thực vật. Auxin kích thích sự tạo rễ

(Võ Thị Bạch Mai, 2004, Taiz và cs,2002). Auxin ở nồng độ cao kích thích sự

tạo sơ khởi rễ (phát thể non của rễ), nhưng ngăn cản sự tăng trưởng của các sơ

khởi này (Mai Trần Ngọc Tiếng, 2001). Auxin ở nồng độ thấp kích thích sự

phát triển rễ, nhưng có tác dụng ức chế sự phát triển rễ ở nồng độ cao

(Rahman, 2001). trong cây mầm ở điều kiện chỉ gây ngập hoặc gây ngập kèm

79

xử lý nhiệt độ hàm lượng auxin không tăng qua các ngày. Kết quả này hợp lý

với sự không phát triển rễ ở cây mầm trong các điều kiện này.

Trong điều kiện ngập úng, cây bị thiếu hụt oxy dẫn đến sự suy giảm

quá trình cung cấp năng lượng trong cây. Để tồn tại được, cây mầm lúa phải

kháng được điều kiện ngập úng này. Và đặc điểm độc đáo ở lúa là có thể tăng

chiều cao (Vergara et al, 1976). Trong thời gian tăng chiều cao, quá trình sinh

tổng hợp etylen được kích hoạt và tích lũy etylen làm tăng GA và giảm ABA.

Quá trình tăng chiều cao được thúc đẩy bởi GA và ức chế bởi ABA, nên sự

tăng tỷ lệ GA/ABA đóng góp vào sự kéo dài (Kende et al, 1998, Sauter,

2000). GA kích hoạt sự biểu hiện gen liên quan đến sự phân chia tế bào

(Sauter và cs, 1995, Vander et al, 1997), và do đó thúc đẩy hoạt động phân

chia tế bào ở các mô phân sinh trong cây ngập nước (Métraux và Kende,

1984). Hơn nữa, sự tham gia của gen mã hóa protein expansin giúp nới lỏng

vách tế bào (Cho và Kende, 1997, Lee và Kende, 2001), và những thay đổi

trong sự định hướng của các vi sợi xenlulozo xảy ra ở thân cây mầm lúa giúp

sự tăng trưởng tế bào (Sauter et al, 1993). Sự hình thành mô khí xảy ra ở các

đốt đồng thời với kéo dài của đốt, và được tăng cường bởi etylen (Steffens et

al, 2011).

Acid abscisic và etylen liên quan tới nhiều quá trình sống của thực vật,

bao gồm điều hòa sự biểu hiện gen trong các đáp ứng thích nghi với các điều

kiện stress, không sinh học cũng như sinh học (De Vleesschauwer et al,

2010).

3.2.4. Khắc phục stress cho cây mầm lúa ngoài tự nhiên

Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật được áp dụng đúng giúp sự tăng

trưởng của cây. Sự cân bằng giữa auxin và cytokinin là một trong những yếu

tố kiểm soát sự phát triển (Bùi Trang Việt, 2000). Cytokinin kích thích sự

tăng trưởng tế bào với điều kiện có auxin. Cytokinin kích thích sự phân chia

80

tế bào ở mô phân sinh ngọn chồi và tác động trên cả hai bước của sự phân

chia tế bào: phân nhân và phân bào (Perilli và cs, 2010). Sự biểu hiện quá

mức của cytokinin oxydase (làm giảm nồng độ cytokinin) sẽ làm giảm kích

thước mô phân sinh ngọn chồi và sự khởi phát sơ khởi lá (Veit, 2009).

Nước dừa chứa auxin, cytokinin và giberelin. Vì vậy, khi bổ sung nước

dừa 10% vào môi trường nuôi cấy, cây mầm lúa có xử lý ngập úng tăng

trưởng khá tốt (bảng 3.16, ảnh 3.21).

Có lẽ BA 10mg/l đã kết hợp với hàm lượng auxin nội sinh kích thích

tăng trưởng của tế bào, từ đó giúp cây mầm tăng trưởng trong điều kiện ngập

úng kháng được stress và tăng trưởng bình thường. Cytokinin tăng cường các

chất dinh dưỡng về các bộ phận tăng trưởng giúp cây sinh trưởng tốt (Audus,

1972, Salisbury và Ross, 1992).

81

Chương 4

KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ

1. Kết luận

Từ những kết quả đạt được về nghiên cứu sự tăng trưởng in vitro của cây

mầm lúa trong điều kiện ngập úng đưa đến những kết luận sau:

 Môi trường MS 1/2 bổ sung lượng nước cao 15 mm thích hợp cho việc

nghiên cứu tăng trưởng in vitro của cây mầm lúa Oryza sativa L. trong

điều kiện stress ngập úng.

 Cây mầm lúa có biểu hiện đáp ứng với stress ngập úng rõ rệt nhất khi

gây ngập úng ở thời điểm 24 giờ sau khi cấy.

 Cây mầm lúa in vitro có khả năng kháng chéo với điều kiện ngập úng

nếu được gây kèm stress nhiệt độ 450C trong 120 phút.

 Phun BA 10 mg/l hoặc nước dừa 10% có tác dụng tăng chiều cao của

cây mầm lúa ngoài tự nhiên trong điều kiện ngập úng.

2. Đề nghị

Trong thời gian tới, nếu có điều kiện chúng tôi sẽ tiếp tục nghiên cứu sử

dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong tạo rễ cho cây mầm lúa in vitro

trong điều kiện ngập úng.

82

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu Việt Nam

1. Bùi Chí Bửu - Nguyễn Thị Lang, 2003. Cơ sở di truyền tính chống chịu

đối với thiệt hại do môi trường của cây lúa.NXB Nông Nghiệp TP.

HCM, 96 - 124.

2. Nguyễn Ngọc Đệ, 2008. Giáo trình cây lúa. Viện nghiên cứu phát triển

đồng bằng sông Cửu Long, 43 - 101.

3. Nguyễn Văn Hoan, 2006. Cẩm nang cây lúa, quyển 1 Thâm canh lúa cao

sản. NXB Lao Động Hà Nội, 15 - 47.

4. Phạm Hoàng Hộ, 2000. Cây cỏ Việt Nam.NXB Trẻ, 505 - 515.

5. Nguyễn Như Khanh, Cao Phi Bằng, 2008. Sinh lí học thực vật. NXB

Giáo Dục, 215 - 220, 256.

6. Nguyễn Như Khanh, 2008. Sinh lý học sinh trưởng và phát triển thực

vật. NXB Giáo Dục Hà Nội, 1996, 123 - 150.

7. Lê Văn Khoa, Nguyễn Cử, Trần Thiện Cường, Nguyễn Xuân Huân,

2008. Đất ngập nước. NXB Giáo Dục, 6 - 17, 30 - 45.

8. Dương Công Kiên, 2002. Nuôi cấy mô thực vật, tập 1, 2. NXB Đại học

Quốc gia TP.HCM.

9. Trần Thị Phương Liên, 2010. Prôtêin và tính chống chịu ở thực vật.

NXB Đại học Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ Hà Nội, 217 - 221.

10. Nguyễn Văn Luật, 2009. Cây lúa Việt Nam, T1, T2. NXB Nông Nghiệp,

35 - 45, 241 - 261.

11. Đinh Văn Lữ, 1978. Giáo trình cây lúa. NXB Nông nghiệp.

12. Nguyễn Đức Lượng, Lê Thị Thủy Tiên, 2002. Công nghệ tế bào. NXB

Đại học quốc gia Tp.HCM.

83

13. Võ Thị Bạch Mai, 2004. Sự phát triển chồi và rễ. NXB Đại học Quốc

gia TP.HCM.

14. Nguyễn Hữu Nghĩa, 2007. Lúa đặc sản Việt Nam. NXB Nông Nghiệp, 7,

31, 120.

15. Hoàng Thị Sản, 1999. Phân Loại Thực Vật. NXB Giáo Dục, 197 - 198.

16. Nguyễn Du Sanh, Võ Thị Bạch Mai, Phan Ngô Hoang, Đỗ Thường Kiệt

và Trịnh Cẩm Tú, 2011. Thực tập chuyên ngành Sinh lý Thực vật.Tủ

sách trường Đại học Khoa học Tự Nhiên -Đại học Quốc gia TP.HCM.

17. Mai Văn Quyền, 2009. Những điều cần biết về trồng lúa xuất khẩu.

NXB Nông Nghiệp, 72 - 89.

18. Nguyễn Đức Thành, 2000. Nuôi cấy mô tế bào thực vật, Nghiên cứu và

ứng dụng. NXB Nông Nghiệp Hà Nội, 11 - 18.

19. Nguyễn Tiên Thăng, 2012. Luận án tiến sĩ “Sự di truyền một số tính

trạng đột biến liên quan đến đặc điểm nông sinh ở cây lúa”. Đại học Sư

phạm Hà Nội.

20. Mai Trần Ngọc Tiếng, 2001. Thực vật cấp cao. NXB Đại Học Quốc Gia.

21. Trần Thị Bích Trinh, Phan Ngô Hoang và Bùi Trang Việt, 2000. Nuôi

cấy tế bào lúa (Oryza sativa L.) dòng Bằng Ngọc. Tạp chí Phát triển

Khoa học và Công nghệ Đại học Quốc gia TP.HCM, tập 3, 92 - 97.

22. Lê Thị Trung, 2003. Luận án tiến sĩ “Tìm hiểu và áp dụng các chất điều

hòa sinh trưởng thực vật để kiểm soát hiện tượng rụng trái non xoài

(Mangifera indica L.)”. Trường Đại học Khoa học Tự nhiên TP.HCM.

23. Bùi Trang Việt, 2000. Sinh Lý Thực Vật Đại Cương, phần I, II. NXB Đại

học Quốc gia TP.HCM.

24. Bùi Trang Việt, 1992. Tìm hiểu hoạt động các chất điều hòa tăng trưởng

thực vật thiên nhiên trong hiện tượng rụng “bông” và “trái non” tiêu

84

Piper nigrum L.. Tập san Khoa học trường Đại học Tổng hợp TP.HCM,

phần B, Khoa học Tự Nhiên, 150 - 170.

25. Vũ Văn Vụ, Vũ Thanh Tâm, Hoàng Minh Tấn, 2000. Sinh lí học thực

vật. NXB Giáo Dục, 186 - 205.

26. Vũ Văn Vụ, 1999. Sinh lí học thực vật ứng dụng. NXB Giáo Dục, 7 - 32.

27. Trịnh Xuân Vũ, Giáo trình sinh lý thực vật nông thôn, NXB Hà Nội,

1976, 282-314.

28. Báo cáo khoa học, hội nghị công nghệ sinh học toàn quốc. NXB Khoa

học kỹ thuật Hà Nội, 1999, 819 - 840, 879 - 890.

29. Tạp chí công nghệ sinh học, tập 1, số 2, 2003. Trung tâm Khoa học Tự

nhiên Công nghệ Quốc gia, 229 - 236.

Tài liệu nước ngoài

30. Angaji S.A., Septiningsih E.M., Mackill D.J., and Ismail A.M., 2010.

QTLs associated with tolerance of flooding during germination in rice

(Oryza sativa L.). Euphytica 172:159 - 168.

31. Anandan A., Rajiv G., Ramarao A. and Prakash M., 2012. Internode

elongation pattern and differential response of rice genotypes to varying

levels of flood water. Functional Plant Biology 39(2), 137 - 145.

32. Armstrong W., Cousins D., Armstrong J., Turner D.W., Beckett P.M.,

2000. Oxygen distribution in wetland plant roots and permeability

barriers to gas exchange with the rhizosphere:a microelectrode and

modelling study with Phragmites australis. Annals of Botany 86: 687 -

703.

33. AudusL.J., 1972. Plant growth substances, Vol1, Chemistry and

physiology, 3rd, Leonard Hill, London.

34. Bo-Hu, Wan X., Liu X., Guo D. and Ling-Li, 2010. Abscisic acid

(ABA)-mediated inhibition of seed germination involves a positive

85

feedback regulation of ABA biosynthesis in Arachis hypogaea L..

African Journal of Biotechnology 9, 1578 - 1586.

35. Cho J. and Oki T., 2012, Application of temperature, water stress, carbon

dioxide inrice growth models. Rice 5: 1 - 8.

36. Chory J., Reinecke D., Sim S.,Wasbburn T., and Brener M., 1994.A role

for cytokinin in de-etiolation in Arabidopsis. Plant physiol 104, 339 -

347.

37. Colmer T.D., 2003. Long-distance transport of gases in plants: a

perspective on internal aeration and radial oxygen loss from roots. Plant,

Cell & Environment 26: 17 - 36.

38. Cox M.C.H., Colmer, T.D., Voesenek L.A.C.J., 2006. Root aeration in

rice (Oryza sativa L.): evaluation of oxygen, carbon dioxide, and

ethylene as possible regulators of root acclimatizations. New phytologist.

39. David E., 2003. Tansley review Aerenchyma formation. New

phytologist.

40. Edwin F.G., 1996. Plant propagation by tissue culture, Part 2: In practice.

Exegetics Limited, 613 - 936.

41. Esau K., 1967. Plant Anatomy, Chapter 5: Apical Meristems. Wileys &

Son, Inc, New York.

42. Hopkins W.G., 1995. Introduction to plant physiology. John Wiley and

Sons, Inc, 525 - 545.

43. Humphries E.C., 1960. Inhibition of root development on petioles and

hypocotyl of dwarf bean (phaseolus vulgaris) by citokinin. Phyciol

Plantarum 13, 659 - 663.

44. Irfan M., Hayat S., Hayat Q., Afroz S., Ahmad A., 2010. Physiological

and biochemical changes in plants under waterlogging. Protoplasma,

v.241, p.3 - 17.

86

45. Jackson M., Drew M., 1984. Effects of flooding on growth and

metabolism of herbaceous plants. Flooding and plant growth. London:

Academic Press, p.47 - 128.

46. Kumutha D., Sairam R.K., Meena R.C., 2008. Role of root carbohydrate

reserves and their mobilization in imparting waterlogging tolerance in

green gram (Vigna radiata L.) genotypes. IndianPlant Physiol., v.13,

n.4, p.339 - 346.

47. Liao C.T., Lin C.H., 2001. Physiological adaptation of crop plants to

flooding stress. Proc. Natl. Sci. Counc. v.25, p.148 - 157.

48. Ljung K., Bhalerao R.P., Sandberg G., 2001. Sites and homeostatic

control of auxin biosynthesis in Arabidopsis during vegetative growth.

Plant J. 29: 325 - 332.

49. Metraux J.P., Kende H., 1984. The cellular basis of the elongation

response in submerged deep water rice. Planta 160, 73 - 77.

50. Mironova V.V.,Omelyanchuk N.A., Yosiphon G., Fedeev S.I.,

Kolchanov N.A., Mjolsness E. and Likhoshvai V.A., 2010. A plausible

mechanism for auxinpatterning along the developing root. BMC Systems

Biology 4, 34 - 36.

51. Mohanty S., 2010. Global View on Rice Market. International Rice

Research Institute, Los Banos, Philippines.

52. Murakami T., Matsuba S., Funatsuki H., Kawaguchi K., Saruyama H.,

Tanida M., and Sato Y., 2004. Over-expression of a small heat shock

protein, sHSP17.7, confers both heat tolerance and UV-B resistance

to rice plants. Mol. Breeding 13:165 - 175.

53. Nishiuchi S., Yamauchi T., Takahashi H., KotulaL. and Nakazono M.,

2012. Mechanisms for Coping with Submergence and Waterlogging in

Rice. Rice,1186/1939 - 8433 - 5 - 2.

87

54. Overvoorde P., Fukaki H. and Beeckman T., 2010. Auxin control of

root development. Cold Spring Harbor Laboratory Press 20, 541 -

553.

55. Perilli S., Moubayidin L. and Sabatini S., 2010. The molecular basis of

cytokinin function. Current Opinion in Plant Biology .

56. Sankhla D., Davis T.D. and Sankhla N, 1993. Effect of gibberellins

biosynthesis inhibitors on shoot regeneration from hypocotyl explants of

Albizzia julibrissin. Plant Cell Reports. Volume 13, Number 2.

57. Rahman A., Amakawa T., Goto N. and Tsurumi S., 2001. Auxin is a

positive regulator for ethylene-mediated response in the growth of

Arabidopsis roots. Plant and Cell Physiology 42, 301- 307.

58. Raghavan V., 1986. Embryogenesis in angiosperms: a development and

experimental study. Cambridge University Press, New York.

59. Razdan M.K., 1993. An Introduction to Plant Tissue. Raju Primlani for

Oxford and IBH phubishing Co. Pvt. Ltd.

60. Sachs T., 1993, The role of auxin in the polar organization of apical

meristems. Plant Physiol 20, 541 - 553.

61. Sakagami J., Sone C. and Nakazono M., 2012. Injury to Rice Plants by

Floods and Resistance to Submergence. Japanese Journal of Crop

Science, Vol. 81. No. 1, 1 - 9.

62. Salisbury F.B. and Ross C.W., 1992. Plant Physisology, section III Plant

Development.

63. Sharma R., De Vleesschauwer D., Sharma M.K., 2013. Recent

advances in dissecting stress-regulatory crosstalk in rice. Molecular

Plant 6 (2): 250 - 260.

64. Soukoup A.,Votrubova O., Cizkova H., 2002. Development of

anatomical structure of roots of Phragmites australis. New Phytologist

88

153: 277 - 2 88.

65. Taiz L., Zeiger E., 2010. Plant Physiology 5th ed. Si nauer Associates

Innc, 759 - 761.

66. Veit B., 2009. Hormone mediated regulation of the shoot apical

meristem. Plant Mol. Biol. 69: 397–408.

67. Vriezen W.H., Zhou Z. and Van Der Straeten D., 2003. Regulation of

submergence‐induced enhanced shoot elongation in Oryza sativa L.

Ann Bot 91 (2): 263 - 270.

68. Visser E.J.W., Colmer T.D., Blom C., Voesenek L., 2000. Changes in

growth, porosity, and radial oxygen loss from adventitious roots of

selected mono- and dicotyledonous wetland species with contrasting

types of aerenchyma. Plant, Cell & Environment 23: 1237 - 1245.

69. Visser E.J.W., Voesenek L.A.C. J., Vartapetian B.B., Jackson M.B.,

2003. Flooding and Plant Growth. Annals of Botany. v.91, p.107 - 109.

70. Werner T., Motyka V., Strnad M., and Schmulling T., 2001. Regulation

of plant growth by cytokinin. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 98, 10487 -

10492.

PHỤ LỤC

Bảng 1: Thành phần môi trường nuôi cấy MS (Murashige và Skoog, 1962)

Khoáng đa lượng

Nồng độ (mg/l)

1650

NH4NO3

1900

KNO3

440

CaCl2.2H2O

370

MgSO4.7H2O

170

KH2PO4

Khoáng vi lượng

Nồng độ (mg/l)

6,2

H3BO3

22,3

MnSO4.2H2O

8,6

ZnSO4.4H2O

KI

0,83

0,25

Na2MoO4.2H2O

0,025

CuSO4.5H2O

0,025

CoCl2.6H2O

Dung dịch Fe-EDTA

Nồng độ (mg/l)

27,8

FeSO4.7H2O

37,3

Na2EDTA

Vitamin MS

Nồng độ (mg/l)

Glycine

2

Acid nicotinic

0,5

Pyrydoxin HCl

0,5

Thiamin HCl

1

Đường

30

Agar

6,3

pH

5,7 ± 0,1

 Dung dịch cố định mẫu FAA  8 lần thể tích cồn 700 : 40ml  1 lần thể tích formaldehid : 5 ml

 1 lần thể tích acid acetic : 5ml Dung dịch có thể giữ lâu được ở nhiệt độ 100C. Ngâm mẫu trong 24 giờ, sau đó

giữ mẫu trong cồn 700.