Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học cây trồng: Nghiên cứu một số đặc tính chịu hạn và ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng, phát triển cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.]

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:27

Thêm vào BST

Báo xấu

6
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học cây trồng "Nghiên cứu một số đặc tính chịu hạn và ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng, phát triển cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.]" được nghiên cứu với mục tiêu: Xác định được 1-2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn và lượng phân bón thích hợp cho cây mạch môn trong điều kiện không tưới.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học cây trồng: Nghiên cứu một số đặc tính chịu hạn và ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng, phát triển cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.]

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN THỊ THANH HẢI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN BÓN ĐẾN SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CÂY MẠCH MÔN [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] Ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 9 62 01 10 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2023 1
Công trình được hoàn thành tại: HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Đình Vinh 2. TS. Nguyễn Văn Phú Phản biện 1: PGS.TS. Phạm Thanh Huyền Viện Dược liệu Phản biện 2: PGS.TS. Đồng Huy Giới Học viện Nông nghiệp Việt Nam Phản biện 3: TS. Nguyễn Quang Hải Viện Thổ nhưỡng Nông hóa Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án cấp Học viện, họp tại: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Vào hồi ngày tháng năm Có thể tìm hiểu Luận án tại thư viện: - Thư viện Quốc gia - Thư viện Học viện Nông nghiệp Việt Nam
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] là một loại dược liệu quý dùng làm thuốc ho long đờm, bồi bổ cơ thể, chữa thiếu sữa, lợi tiểu (Đỗ Tất Lợi, 2006). Ngoài ra, giá trị sử dụng của cây mạch môn còn được biết đến như một cây trồng đa tác dụng: lá được sử dụng trang trí trong nền công nghiệp trồng hoa (Wijayabandara & cs., 2015); có khả năng hạn chế cỏ dại và nấm bệnh (Iqbal & cs., 2004; Lin & cs., 2009), trồng xen và che phủ đất rất tốt trong các vườn cây ăn quả và cây công nghiệp lâu năm (Nguyễn Đình Vinh & Nguyễn Thị Thanh Hải, 2011). Biến đổi khí hậu đã và đang là một trong những thách thức lớn nhất với sản xuất nông nghiệp (Food and Agriculture Organization of the United Nations., 2020). Trong đó lựa chọn cây trồng có khả năng chịu hạn và việc duy trì tăng trưởng và năng suất cây trồng trong điều kiện thiếu nước là thách thức chính của nền nông nghiệp trong tương lai. Mạch môn là cây dược liệu quý và có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất thuận như: chịu hạn (Zhang, 2003), chịu mặn (Liu & cs., 2010) và có khả năng loại bỏ kim loại nặng từ đất (Ma & cs., 2019). Do đó, đây là một loài cây được đánh giá cao về khả năng chống chịu với những điều kiện bất thuận của môi trường, phù hợp với các vùng đất canh tác nhờ nước trời. Để đối phó với nền nông nghiệp thiếu nước trong tương lai nhiều công trình nghiên cứu đã tập trung làm rõ cơ chế chịu hạn cũng như các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng chống chịu như: chọn tạo giống có khả năng chịu hạn, huấn luyện hạt giống cây con, quản lý dinh dưỡng, quản lý nước tưới… trên nhiều đối tượng cây trồng. Trong đó, sử dụng dinh dưỡng kali, silic và nấm rễ cộng sinh (AMF) làm tăng khả năng chịu hạn của cây trồng đã được công bố trong nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước. Tuy nhiên cho đến nay, ở Việt Nam chưa có một công trình khoa học nào nghiên cứu đầy đủ về khả năng thích ứng và các biện pháp kỹ thuật nhằm nâng cao sức chống chịu của cây mạch môn trong điều kiện biến đổi khí hậu, đặc biệt là điều kiện canh tác nhờ nước trời. Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, thực hiện nghiên cứu để cung cấp dẫn liệu khoa học về khả năng chịu hạn cũng như nâng cao khả năng chống chịu của cây mạch môn qua biện pháp bón phân, góp phần nâng cao năng suất trong điều kiện canh tác nhờ nước trời là hết sức cần thiết. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Xác định được 1-2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn và lượng phân bón thích hợp cho cây mạch môn trong điều kiện không tưới. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được đặc điểm chịu hạn của các mẫu giống mạch môn dựa trên đặc điểm sinh trưởng, sinh lý, sinh học phân tử và giải phẫu từ đó chọn ra được 1-2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn tốt góp phần định hướng phát triển trồng mạch môn trên các vùng canh tác nhờ nước trời. - Đánh giá được ảnh hưởng và xác định lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. 1
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu trên đối tượng cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] được thu thập tại tỉnh Phú Thọ, Yên Bái và Tuyên Quang 1.3.2. Thời gian nghiên cứu Đề tài được thực hiện từ năm 2016 - 2022. 1.3.3. Địa điểm nghiên cứu - Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của cây mạch môn trong điều kiện nhân tạo được thực hiện tại nhà lưới Bộ môn Cây công nghiệp & Cây thuốc, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Kiểm tra sự có mặt của đoạn gen chịu hạn OjERF trên các mẫu giống mạch môn được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Di truyền – Viện Di truyền Nông nghiệp. - Các thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện trên đất xám bạc màu tại xã Bằng Giã, huyện Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ trong điều kiện không tưới nước. - Đánh giá đặc điểm giải phẫu được tiến hành tại Bộ môn Thực vật, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Đánh giá đặc điểm bộ rễ, các chỉ tiêu sinh lý khác của cây được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu cây trồng Việt Nam và Nhật Bản, Bộ môn Cây công nghiệp & Cây thuốc, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Phân tích chất lượng dược liệu và hàm lượng SiO2 tại Phòng thí nghiệm trọng điểm – Khoa Công nghệ thực phẩm. - Phân tích hàm lượng dinh dưỡng trong mẫu thực vật và mẫu đất tại Bộ môn Khoa học đất và Dinh dưỡng cây trồng, Khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. 1.3.4. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện nhà lưới và khả năng sinh trưởng, phát triển của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ. - Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón, liều lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ. 1.4. NHỮNG ĐÓP GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Thông qua đặc điểm sinh trưởng, sinh lý, cấu tạo giải phẫu của các mẫu giống mạch môn đã xác định khả năng chịu hạn của các mẫu giống nhưng ở mức độ khác nhau gồm: (G6, G7) > (G2, G5) > (G1, G3, G4). Trong đó mẫu giống G6 và G7 có mang đoạn gen kháng hạn OjERF. - Bổ sung 40 kg SiO2 hoặc 300 kg AMF/ha/năm trên nền 30 kg N + 30 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha/năm hoặc 30 kg N + 30 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha/năm, giúp tăng năng suất và hàm lượng hoạt chất trong rễ, củ mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa - Phú Thọ. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về đặc điểm chịu hạn của cây mạch môn, cũng như vai trò của dinh dưỡng khoáng kali, silic và nấm rễ 2
cộng sinh AMF trong việc tăng khả năng sinh trưởng, giảm thiểu tác hại của việc thiếu nước đối với cây mạch môn. - Kết quả của luận án là tài liệu tham khảo cho công tác giảng dạy và nghiên cứu khoa học về cây dược liệu nói chung và cây mạch môn nói riêng. 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn Việc xác định được các đặc điểm sinh trưởng, sinh lý, giải phẫu liên quan tới tính chịu hạn của cây mạch môn và một số biện pháp bón phân phù hợp giúp nâng cao khả năng sinh trưởng, chất lượng dược liệu trong điều kiện không tưới sẽ góp phần vào việc chọn tạo giống chịu hạn và hoàn thiện quy trình canh tác, mở rộng diện tích trồng mạch môn trên các vùng canh tác nhờ nước trời phục vụ sản xuất dược liệu chất lượng tốt. PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY MẠCH MÔN Cây mạch môn (mạch môn đông, lan tiên) có tên khoa học đầy đủ là Ophiopogon japonicus (L.f) Ker – Gawl, với một số đồng danh (Syn.) khác như: Convallaria japonica L.f., 1781; Convallaria japonica var. minor Thunb., 1784; Flueggea japonica Rich., 1807; Ophiopogon merrillii Masam, 1937... (The International Plant Names Index and World Checklist of Vascular Plants, 2023). Chi Mạch môn (Ophiopogon) trên thế giới hiện biết 65 loài, phân bố chủ yếu ở vùng ôn đới ấm, cận nhiệt đới và nhiệt đới châu Á. Trong đó, riêng ở Trung Quốc có 47 loài (Chen & cs., 2000). Ở Việt Nam, chi Ophiopogon hiện có 15 loài, trong đó có loài Mạch môn kể trên (Rodriguez, 1934; Nguyễn Thị Đỏ, 2007). Mạch môn đông là vị thuốc cốt yếu đối với bệnh âm hư. Tại Việt Nam, theo trong dân gian, mạch môn là vị thuốc rất thông dụng, được dùng làm thuốc ho long đờm, bồi bổ cơ thể (bệnh phổi, gầy còm). Ngoài ra nó còn là vị thuốc chữa thiếu sữa, lợi tiểu và chữa sốt khát nước (Đỗ Tất Lợi, 2006). Sau trồng 2 năm trở lên cây có thể cho thu hoạch. Ngoài sản phẩm củ, lá mạch môn được sử dụng làm thức ăn cho gia súc trong mùa khô hay phơi khô để làm vật liệu sản xuất các đồ thủ công mỹ nghệ. Theo điều tra, đánh giá của Nguyễn Đình Vinh và Nguyễn Thị Thanh Hải (2011) năng suất củ mạch môn trong điều kiện trồng phân tán dưới tán các loại cây ăn quả có thể đạt từ 6,5 đến 16 tấn củ tươi/ha, cho thu nhập từ 60 – 100 triệu đồng/ha. Vì vậy, việc phát triển sản xuất cây mạch môn tại các địa phương trên đang có xu hướng tăng lên nhanh chóng. Mạch môn là cây trồng có khả năng chịu hạn (Zhang, 2003), chịu bóng (Kang & Park., 2017), chịu mặn (Liu & cs., 2010) và có khả năng loại bỏ kim loại nặng từ đất (Ma & cs., 2019). Một số hướng nghiên cứu ứng dụng cho thấy mạch môn là cây trồng triển vọng trong canh tác nông nghiệp bền vững và thích ứng với biến đổi khí hậu. 2.2. ẢNH HƯỞNG CỦA HẠN HÁN ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ SINH TỔNG HỢP HOẠT CHẤT TRONG CÂY DƯỢC LIỆU Nhu cầu sử dụng cây dược liệu tăng lên đáng kể trong những năm gần đây do các sản phẩm tự nhiên có ít tác dụng phụ hơn hoặc có lẽ không có tác dụng phụ cùng với khả năng tiếp cận và chi phí hợp lý. Tuy nhiên, sự thay đổi khí hậu trên toàn thế giới đã có những ảnh hưởng xấu tới cây dược liệu. Các vùng khô hạn và bán khô hạn hiện tượng hạn hán xảy ra nhiều hơn, tác động tiêu cực đến cây dược liệu do hiện tượng nóng lên toàn cầu. Căng thẳng khô hạn gây ra những thay đổi sinh hóa, sinh lý và di truyền nhưng có sự khác 3
nhau giữa các loài cây dược liệu. Sự tổng hợp và tích lũy hoạt chất của cây trồng bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các điều kiện môi trường, chẳng hạn như nhiệt độ, chế độ ánh sáng, cung cấp nước và chất dinh dưỡng (Siddiqui & Bansal., 2017). Tuy nhiên, căng thẳng hạn hán luôn làm tăng nồng độ các hợp chất thứ cấp của cây trồng (Selmar & cs., 2017). Hạn hán có tác động tích cực đến các chất chứa nitơ như glucosinolate, alkaloid và glucoside cyanogenic (Jaafar & cs., 2012). Mặc dù hạn hán ảnh hưởng xấu đến sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, làm giảm sinh khối ở những cây bị stress. Tuy nhiên, tốc độ sinh tổng hợp các hợp chất thứ cấp không thay đổi hoặc giảm nhẹ; do đó, nồng độ của chúng tính trên khối lượng khô hoặc tươi đều được tăng lên (Kleinwächter & Selmar 2014). Theo đó Mishra (2016) cho rằng hàm lượng các hợp chất thứ cấp trong cây chịu hạn và cây không chịu hạn là khá giống nhau. 2.3. PHẢN ỨNG CỦA CÂY TRỒNG TRONG ĐIỀU KIỆN HẠN Chống hạn ở thực vật liên quan đến bốn cơ chế chính: tránh hạn, chịu hạn, thoát hạn và phục hồi hạn (Fang & Xiong, 2015). Trong điều kiện hạn hán kéo dài thực vật có cơ chế thoát hoặc tránh hạn, trong khi thời gian hạn hán ngắn nhưng khắc nghiệt chúng sẽ theo cơ chế chịu hạn (Perlikowski & Kosmala., 2020). Để đối phó với căng thẳng hạn hán, thực vật kích hoạt các cơ chế phản ứng như thay đổi hình thái và cấu trúc giải phẫu, biểu hiện của các gen chống hạn, tổng hợp các hormone và các chất điều hoà thẩm thấu để giảm bớt căng thẳng do hạn hán. Ở cấp độ hình thái, phản ứng của rễ và lá là rất quan trọng để giảm mất nước và thúc đẩy WUE. Con đường đồng hóa CO2 trong quang hợp có thể được chia thành nhóm cây C4, C3 và con đường chuyển hóa CAM. Theo Winter & cs. (2011) một số loài có kiểu hình quang hợp linh hoạt cao có những thay đổi trong con đường đồng hóa khi môi trường bên ngoài thay đổi. Chúng hoạt động ở chế độ C3 khi không bị hạn, hoặc ở chế độ CAM khi bị hạn hoặc mặn. Điều đó cho thấy, các loài khác nhau có các con đường đồng hóa CO2 khác nhau nhưng điều kiện môi trường khác nhau có thể làm thay đổi đáng kể con đường chuyển hóa cacbon của thực vật. Bằng cách kết hợp phân tích phân tử và sinh lý, Chevilly & cs. (2021) mô tả phản ứng hạn hán của hai giống súp lơ xanh (nhạy cảm với hạn hán và chịu hạn). Các tác giả đã phát hiện thấy nồng độ methiochin và axit abscisic tăng lên ở các giống cây trồng chịu hạn trong khi lượng lacton urê, axit quinic và axit gluconic giảm. Trong một phân tích đặc tính đa chức năng Mehari & cs. (2021) phát hiện ra rằng gen Gh_A06G1257 (GhALDH7B4), thuộc họ aldehyde dehydrogenase, có vai trò trong khả năng chịu hạn. Các tác giả cũng phát hiện ra rằng các axit amin valine, glutarate, proline, glutamate và tryptophan là những chất chuyển hóa có vai trò quan trọng nhất trong khả năng chống chịu với hạn hán. 2.4. VAI TRÒ CỦA KALI VỚI SINH TRƯỞNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY TRỒNG Kali (K) là nguyên tố dinh dưỡng đa lượng có vai trò quan trọng đối với sinh trưởng và tính chống chịu của thực vật. Mặc dù K không phải là thành phần chính trong cấu trúc tế bào thực vật hay phân tử hữu cơ nào nhưng nó có vai trò quan trọng trong nhiều quá trình sinh lý và sinh hóa liên quan đến năng suất, chất lượng và sự phát triển của thực vật. Nhiều nghiên cứu đã tập trung nghiên cứu về vai trò của kali với khả năng chống hạn và đã dần thấy rõ những đóng góp hữu ích của nguyên tố dinh dưỡng này đối với quá trình chống chịu hạn của thực vật. Trong điều kiện hạn, sự hấp thụ K+ ở thực vật bị giảm đáng kể do rễ phát triển kém và tốc độ khuếch tán K+ từ đất vào rễ bị suy giảm. Để tăng khả năng 4
chịu hạn cây trồng cần có hệ thống rễ sâu hơn, diện tích bề mặt lớn hơn khả năng giữ nước tốt hơn. Theo Britto & cs. (2021) hệ thống rễ lan rộng và lượng chất khô tích lũy chịu ảnh hưởng bởi việc bón đầy đủ K cùng với N và P. Theo Bukhari & cs. (2021) bón bổ sung vi hạt Chitosan/Montmorillonite có chứa 150mg KNO3 đã giúp cây bina sinh trưởng tốt hơn trong điều kiện hạn như tăng sự phát triển bộ rễ, khả năng tích lũy chất khô, hàm lượng diệp lục a, b, carotenoid, đường hòa tan… Do đó, bón bổ sung K giúp cải thiện tình trạng thẩm thấu và nâng cao khả năng của thực vật để chịu được căng thẳng do hạn hán. 2.5. VAI TRÒ CỦA SILIC VỚI SINH TRƯỞNG VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY TRỒNG Silic (Si) là nguyên tố phổ biến thứ hai tồn tại trong vỏ Trái đất, sau oxy (Eptein, 1999). Theo Luyckx & cs. (2017) dựa trên hàm lượng Si có trong mô mà ta có thể phân loại như sau: nhóm cây tích lũy có tích lũy Si lớn (lúa, lúa mì, ngô và cao lương), nhóm cây tích lũy Si trung bình (dưa chuột, mướp đắng và dưa) và nhóm tích lũy Si yếu (cà chua, khoai tây, cải dầu, và đậu lăng). Mặc dù nó không được coi là một yếu tố cần thiết, tuy nhiên, ngày càng có nhiều nghiên cứu chứng minh được tác dụng có lợi của nó đối với sự sinh trưởng và phát triển của thực vật. Đối với khả năng chịu hạn của cây trồng, khi bón bổ sung Si sẽ giúp cây tăng khả năng chống chịu thông qua cải thiện khả năng hấp thụ nước, quang hợp, bảo vệ tính toàn vẹn của màng tế bào, nâng cao khả năng hấp thu dinh dưỡng. Các sắc tố quang hợp đóng một vai trò quan trọng trong quá trình quang hợp. Nghiên cứu của Verma & cs. (2020) đã khám phá rằng việc sử dụng Si có thể làm tăng hàm lượng diệp lục trên Saccharum spp. trong thời gian khô hạn; từ đó chỉ ra rằng Si có thể giảm thiểu thiệt hại do căng thẳng gây ra đối với bộ máy quang hợp của lá. Ngày càng có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng bón Si thúc đẩy sự tích tụ thẩm thấu ở nhiều loài thực vật, đặc biệt là các cây tích lũy Si trong điều kiện khô hạn do đó cải thiện sức thẩm thấu để hút nước. 2.6. NẤM RỄ CỘNG SINH AMF VỚI SINH TRƯỞNG VÀ CHỐNG HẠN CỦA CÂY TRỒNG Nấm rễ nội cộng sinh (AMF) là nấm sống trong đất có thể cải thiện đáng kể khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây trồng và khả năng chống lại một số yếu tố gây căng thẳng phi sinh học (Sun & cs., 2018). Thực vật cộng sinh với AMF có khả năng hút dinh dưỡng tốt hơn từ đó nâng cao sức sinh trưởng và khả năng chống lại một số vi sinh vật gây hại như nấm, vi khuẩn, virus và tuyến trùng (Mitra & cs., 2020). Ngoài ra, ảnh hưởng của việc bổ sung AMF lên năng suất cây trồng rất đa dạng ở các nhóm cây trồng khác nhau. AMF giúp tăng năng suất của nhóm cây trồng cố định đạm hơn nhóm cây trồng cố định đạm. Đối với cây trồng cố định N, sự cộng sinh của AMF thúc đẩy sự tích tụ của Rhizobia trong rễ của cây ký chủ và cuối cùng dẫn đến tăng năng suất và sinh khối (Wang & cs., 2021). Trước đây, các nghiên cứu chủ yếu làm rõ ảnh hưởng của AMF với việc tăng hấp thụ chất dinh dưỡng từ đất; tuy nhiên gần đây nhiều công trình đã cho thấy thực vật được bổ sung AMF có thể chống lại các căng thẳng môi trường (mặn, hạn, lạnh, nhiệt độ khắc nghiệt và căng thẳng dinh dưỡng) từ đó giúp tăng năng suất của nhiều loại cây trồng và rau quả (Begum & cs., 2019). AMF giúp cây có khả năng chống hạn nhờ có khả năng ức chế hoạt động của mô phân sinh, kích rễ hình thành nhiều rễ phụ từ đó hỗ trợ thực vật tăng sự hấp thụ dinh dưỡng và cân bằng nước trong điều kiện khô hạn. Nhờ có hệ sợi nấm mà cây có thể hút nước và dinh dưỡng ở những nơi mà bộ rễ thực vật không thể vươn tới (Bahadur & cs., 2021). 5
PHẦN 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU Vật liệu nghiên cứu là các mẫu giống mạch môn được thu thập tại một số tỉnh phía Bắc và Nghệ An được trình bày ở bảng 3.1 Bảng 3.1. Đặc điểm của các mẫu giống mạch môn STT Kí hiệu Đặc điểm Nơi thu thập 1 G1 Cây thấp, lá ngang, màu xanh Hạ Hòa – Phú Thọ 2 G2 Cây cao, lá to dài, xanh đậm Hạ Hòa – Phú Thọ 3 G3 Cây cao trung bình, lá đứng Hạ Hòa – Phú Thọ 4 G4 Cây cao trung bình, lá ngang Hạ Hòa – Phú Thọ 5 G5 Cây cao, lá xanh đậm Yên Bình – Yên Bái 6 G6 Cây thấp, lá nhỏ xanh vàng Hạ Hòa – Phú Thọ 7 G7 Cây thấp, lá nhỏ, xanh đậm Yên Sơn - Tuyên Quang Các dạng phân bón được sử dụng trong thí nghiệm: Đạm ure (46%N), supe lân (16% P2O5), kali clorua (60% K2O), silic silicamon 8 quả đào (20% SiO2), chế phẩm nấm rễ Mycorrhiza có thành phần bao gồm: Sợi nấm, bào tử các loài Glomus spp., Gigaspora spp., Aucaulospora spp. và một số nhóm vi sinh vật có ích khác như cố định nito, phân giải lân, đố kháng nấm bệnh… Giá thể trồng trong thí nghiệm chậu vại là đất phù sa sông Hồng. Thước đo cm dùng để đo các chỉ tiêu chiều cao tán, chiều dài rễ, chiều rộng rễ. Cân điện tử Ohaus dùng để cân khối lượng tươi, khô, năng suất cá thể. Dụng cụ và hóa chất trong các nội dung nghiên cứu về xác định sự có mặt của gen OJERF, cấu tạo giải phẫu, hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong đất, trong mẫu thực vật và hàm lượng hoạt chất trong rễ, củ mạch môn được cung cấp bởi Bộ môn Kỹ thuật Di truyền – Viện Di truyền Nông nghiệp, bộ môn Thực vật – Khoa Nông học, Bộ môn Khoa học đất và Dinh dưỡng cây trồng, Khoa Tài nguyên và Môi trường và Phòng thí nghiệm trọng điểm – Khoa Công nghệ thực phẩm, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. 3.2. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.2.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của một số mẫu giống mạch môn - Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu mạch môn thông qua đặc điểm sinh trưởng, sinh lý và cấu tạo giải phẫu lá, rễ mạch môn. - Sử dụng kỹ thuật di truyền để phát hiện sự có mặt của gen OjERF trong các mẫu mạch môn được thu thập. - Đánh giá khả năng sinh trưởng của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới. 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón, liều lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ Sau khi đánh giá khả năng sinh trưởng của cây mạch môn trong điều kiện không tưới, chọn 2 mẫu giống (có gen OjERF và không mang gen OjERF) để tiếp tục nghiên cứu cho các thí nghiệm tiếp sau: - Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón kali đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới. 6
- Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón silic đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới. - Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón nấm rễ cộng sinh AMF đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới. 3.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.3.1. Phương pháp nghiên cứu các thí nghiệm 3.3.1.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của một số mẫu giống mạch môn * Thí nghiệm 1 (TN1): Nghiên cứu đặc điểm chịu hạn của các mẫu giống mạch môn Vật liệu thí nghiệm: 7 mẫu giống mạch môn (G1-G7). Phương pháp bố trí thí nghiệm: Các mẫu giống mạch môn được trồng trong chậu thí nghiệm có lỗ thoát nước dưới đáy chậu, kích thước 30 x 40 cm, chứa 4kg đất phù sa sông Hồng được phơi khô, đập nhỏ, trồng 1 cây/chậu. Thí nghiệm 2 nhân tố (mẫu giống x hạn) được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên (CRD) với 3 lần nhắc lại trong khu nhà lưới có mái che tại khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Vị trí các chậu cây được đặt đảm bảo đồng đều về chế độ chiếu sáng giữa các công thức. Sử dụng cây 1 năm tuổi làm thí nghiệm. Trồng cây vào chậu, chăm sóc cho cây bén rễ sinh trưởng tốt và bắt đầu gây hạn sau 2 tháng trồng. Các công thức đối chứng (Ho) tưới 1 lần/tuần với 800ml nước máy; công thức gây hạn (H1) để hạn 1 tháng (không tưới) khi cây có 3-4 lá phía dưới héo từ ngọn lá sau đó tưới trở lại để đánh giá tỷ lệ phục hồi (lá héo tươi trở lại). Theo dõi độ ẩm đất trước mỗi lần tưới ở các công thức bằng máy máy đo độ ẩm Takemura – TD15). Trước khi gây hạn và kết thúc gây hạn tiến hành đo đếm các chỉ tiêu sinh trưởng. Tại thời điểm kết thúc gây hạn lấy mẫu tiến hành đánh giá các chỉ tiêu sinh lý, giải phẫu thân lá, rễ và sinh trưởng bộ rễ. Thời gian bố trí thí nghiệm và đánh giá chỉ tiêu sinh lý, sinh trưởng bộ rễ từ tháng 2 – 6/2016. Mẫu lá, rễ dùng để đánh giá các chỉ tiêu giải phẫu được lấy ở thời điểm kết thúc gây hạn và ngâm trong cồn 70o, thực hiện đo đếm các chỉ tiêu giải phẫu được thực hiện từ tháng 10/2021 – 2/2022. * Thí nghiệm 2 (TN2): Xác định sự có mặt của gen kháng hạn OjERF trên các mẫu giống mạch môn Thời gian thực hiện thí nghiệm: tháng 7-8/2016. Mẫu lá của từng mẫu giống mạch môn được thu thập và tách chiết DNA tổng số theo phương pháp CTAB của Obara và Kako (1998) có cải tiến. Sự có mặt của gene kháng hạn OjERF (phân lập từ cây mạch môn) được xác định dựa trên các cặp mồi đặc hiệu. Phản ứng PCR được tiến hành trên máy Veriti 96 well Thermal cycler. Theo phương pháp của Khoa Genome Thực vật, Trường Đại học Công nghệ Texas, Mỹ (2002) có cải tiến. * Thí nghiệm 3: Nghiên cứu khả năng sinh trưởng của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ Vật liệu thí nghiệm: 7 mẫu giống mạch môn (G1-G7) Phương pháp bố trí thí nghiệm: Các mẫu giống mạch môn được trồng trên đất xám bạc màu tại xã Bằng Giã, huyện Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ, thời gian từ 1/2016-12/2017. Thí nghiệm đồng ruộng 2 nhân tố: nhân tố 1 là 2 mức tưới: tưới tuần/lần (T) và không tưới (KT), nhân tố 2 là 7 mẫu giống mạch môn G1 – G7; được bố trí theo kiểu Split – plot với 3 lần nhắc lại. Diện tích mỗi ô 10m2, khoảng cách giữa các lần nhắc 0,5m2. Khoảng cách trồng 40 x 20 cm. 7
3.3.1.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón, liều lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ Thí nghiệm 4 (TN4): Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón kali đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. Thí nghiệm 2 nhân tố, được bố trí theo ô lớn – ô nhỏ. Diện tích mỗi ô lớn 20 m2. Tổng diện tích khu thí nghiệm 20 x 5 x 3 = 300 m2. Nhân tố thứ 1: mẫu giống G2 và G6 (có gen chịu hạn) được bố trí vào ô nhỏ. Nhân tố thứ 2: các công thức bón phân được bố trí vào ô lớn với 5 mức phân bón ký hiệu là K1, K2, K3, K4 và K5 tương ứng 30 kg N+ 30 kg P2O5 (nền) + 0 kg K2O/ha, nền + 30 kg K2O/ha, nền + 60 kg K2O/ha, nền + 90 kg K2O/ha và nền + 120 kg K2O/ha. Thí nghiệm 5 (TN5): Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón silic đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. Thí nghiệm 2 nhân tố, được bố trí theo ô lớn – ô nhỏ. Diện tích mỗi ô lớn 20 m2. Tổng diện tích khu thí nghiệm 20 x 6 x 3 = 360 m2. Nhân tố thứ 1: mẫu giống G2 và G6 (có gen chịu hạn). Nhân tố thứ 2: các công thức bón phân được bố trí vào ô lớn với 6 mức phân bón ký hiệu là S1, S2, S3, S4, S5 và S6 tương ứng 30 kg N+ 30 kg P2O5 + 30 kg K2O (nền) + 0 kg SiO2/ha, nền + 20 kg SiO2/ha, nền + 30 kg SiO2/ha, nền + 40 kg SiO2/ha, nền + 50 kg SiO2/ha và nền + 60 kg SiO2/ha. Thí nghiệm 6 (TN6): Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón AMF đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. Thí nghiệm 2 nhân tố, được bố trí theo ô lớn – ô nhỏ. Diện tích mỗi ô thí nghiệm 20 m . Tổng diện tích khu thí nghiệm 12 * 3 * 20 = 720 m2. Nhân tố thứ 1: mẫu giống G2 và 2 G6 (có gen chịu hạn). Nhân tố thứ 2: các công thức bón phân được bố trí vào ô lớn với 6 mức phân bón ký hiệu là M1, M2, M3, M4, M5 và M6 tương ứng 30 kg N+ 30 kg P2O5 + 30 kg K2O (nền) + 0 kg AMF/ha, nền + 100 kg AMF/ha, nền + 200 kg AMF/ha, nền + 300 kg AMF/ha, nền + 400 kg AMF/ha và nền + 500 kg AMF/ha. Các thí nghiệm TN4, TN5, TN6 được thực hiện từ tháng 1/2017-12/2018 trên đất xám bạc màu tại xã Bằng Giã, huyện Hạ Hòa, Phú Thọ. Cây mạch môn được trồng thuần với khoảng cách trồng 40 x 20 cm/bụi. Phân bón được bón theo lượng bón như thiết kế ở các công thức thí nghiệm. Phân P2O5 được bón tập trung trong tháng 2, các dạng phân khác chia đều bón trong tháng 2 (50%) và tháng 7 (50%) hàng năm theo phương pháp bón rạch hàng. Chế phẩm nấm rễ được bón lót trước khi trồng và bổ sung hàng năm vào tháng 1 hàng năm trước khi bón phân khoáng. 3.3.2. Phương pháp lấy mẫu và xử lý số liệu - Lấy mẫu theo phương pháp đường chéo, mỗi chỉ tiêu đo đếm 10 cây/ô. - Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn trong nhà lưới được lấy mẫu đo đếm các chỉ tiêu khi kết thúc xử lý hạn. - Thí nghiệm ngoài đồng ruộng lấy mẫu theo tháng. Số liệu được trình bày trong TN3 tại thời điểm 12 tháng sau trồng (chỉ tiêu sinh trưởng, sinh lý) và thời điểm 24 tháng sau trồng (năng suất). TN4, TN5, TN6 trình bày số liệu tại thời điểm 24 tháng sau trồng. 8
- Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu được phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm Statistix 10.0 và R 4.2.0. Đồ thị được vẽ bằng phần mềm Excel. Phân tích tương quan và phân tích thành phần chính PCA sử dụng phần mềm R 4.2.0. PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 4.1. ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA MỘT SỐ MẪU GIỐNG MẠCH MÔN 4.1.1. Nghiên cứu đặc điểm chịu hạn của các mẫu giống mạch môn Kết quả phân tích thành phần chính PCA trong biểu đồ phản ánh sự phân bố của các mẫu giống mạch môn trong 2 chế độ tưới khác nhau (hình 4.1). Kết quả cho thấy thành phần chính 1 (PC1- trục hoành) và thành phần chính 2 (PC2 – trục tung) chứa đựng 72,99% thông tin về các biến ban đầu trong thí nghiệm, trong đó PC1 giải thích 46,37% và PC2 giải thích 26,62% sự biến động. Trong điều kiện không hạn (Ho) đa số các mẫu giống đều phân bố về phía chiều âm của trục PC1 ngoại trừ mẫu giống G6 và G7 phân bố về chiều dương và sát về trục PC1. Trong điều kiện hạn (H1), đa số các giống phân bố xung quanh trục và chiều dương trục PC1 ngoại trừ G5 phân bố theo chiều âm và G6, G7 phân bố xa trục PC1. Như vậy, có thể nhận định rằng trong điều kiện hạn mẫu giống G6, G7 có những phản ứng khác so với các mẫu giống còn lại. Phân tích PCA cũng chỉ ra rằng mẫu giống G6 và G7 có khả năng chịu hạn tốt hơn các mẫu giống khác bởi: (1) nhóm tính trạng sinh lý bao gồm hàm lượng nước liên kết, ASTT và hàm lượng proline; (2) nhóm tính trạng đặc điểm bộ rễ bao gồm thể tích rễ, diện tích rễ và chiều dài rễ. Các chỉ tiêu về sinh trưởng thân lá và đường kính rễ không ảnh hưởng nhiều tới khả năng chịu hạn của các mẫu giống mạch môn. Hình 4.1. Biểu đồ phân tích thành phần chính PCA giữa một số chỉ tiêu sinh lý và sinh trưởng thân lá, rễ giữa các mẫu giống mạch môn trong điều kiện hạn 4.1.2. Xác định sự có mặt của gen chịu hạn OjERF trong các mẫu giống mạch môn 4.1.2.1. Kết quả tách chiết DNA Sau khi tách chiết DNA được hòa tan bằng nước cất vô trùng khử Ion. Lấy 1µl mẫu DNA tổng số với 2µl loading dye để điện di so sánh với Ladder DNA 50 g/µl trên gel agarose 1%. Kết quả điện di cho thấy rằng các băng DNA tổng số của các mẫu mạch môn thu được gọn, sáng đồng đều, không đứt gẫy hay lẫn tạp. Nồng độ DNA cao hơn so với Marker DNA (50 g/µl) đảm bảo chất lượng để thực hiện phản ứng PCR với các mồi đặc hiệu. 9
Ghi chú: M: Marker DNA (50 g/µl), số 1-7: mẫu giống mạch môn G1-G7 Hình 4.2. Chất lượng DNA tổng số trên gel Agarose 1% 4.1.2.2. Kiểm tra sự có mặt của gen kháng hạn ở các mẫu giống mạch môn với các cặp mồi thiết kế * Cặp mồi D1-D2 Theo thiết kế cặp mồi mang ký hiệu D1-D2 sẽ khuếch đại đoạn gen nằm ở đoạn đầu của vùng mang gen kháng hạn đã công bố và có kích thước 135 bp với trình tự như sau: Ảnh điện di sản phẩm PCR của cặp mồi D1-D2 cho thấy, không có mẫu nào xuất hiện băng DNA có kích thước tương đương 135 bp như mục đích thiết kế mồi, các mẫu xuất hiện băng DNA ở nhiều kích thước khác nhau, chứng tỏ rằng với cặp mồi khuếch đại đoạn DNA kích thước nhỏ này không đặc hiệu và không có ý nghĩa. Ghi chú: số 1-7: mẫu giống mạch môn G1-G7, Marker: 1kb Hình 4.3. Sản phẩm PCR với cặp mồi D1-D2 trên gel Agarose 3 * Cặp mồi D3-D4 Theo thiết kế cặp mồi mang ký hiệu D3-D4 sẽ khuếch đại đoạn gen nằm trong vùng mang gen kháng hạn có kích thước 528 bp với trình tự như sau: 10
Ảnh điện di sản phẩm PCR của cặp mồi D3-D4 cho thấy, trong 7 mẫu giống kiểm tra chỉ có 2 mẫu số 6 (G6) và số 7 (G7) có biểu hiện băng DNA với kích thước tương đương 528 bp. Điều đó cho thấy rằng G6 và G7 có mang đoạn gen nằm trong vùng gen kháng hạn. Ghi chú: số 1-7: mẫu giống mạch môn G1-G7, Marker: 1kb Hình 4.4. Sản phẩm PCR với cặp mồi D3-D4 trên gel Agarose 3%, * Cặp mồi D5-D6 Theo thiết kế cặp mồi mang ký hiệu D5-D6 sẽ khuếch đại đoạn gen nằm trong vùng mang gen kháng hạn đã công bố của cây mạch môn và có kích thước 414bp với trình tự như sau: Ảnh điện di sản phẩm PCR của cặp mồi D5-D6 cho thấy, trong 7 mẫu giống mạch môn chỉ có 2 mẫu 6 (G6) và số 7 (G7) có biểu hiện băng DNA với kích thước tương đương 414 bp. Điều đó cho thấy rằng hai mẫu số 6 và số 7 có mang đoạn gen nằm trong vùng gen kháng hạn. Ghi chú: số 1-7: mẫu giống mạch môn G1-G7, Marker: 1kb Hình 4.5. Sản phẩm PCR với cặp mồi D5-D6 trên gel Agarose 3% 11
Như vậy, qua kiểm tra 7 mẫu giống mạch môn với 3 cặp mồi thiết kế thu được 2 cặp mồi D3-D4 và D5-D6 cho kết quả đặc hiệu. Kết quả thu được khi sử dụng 2 cặp mồi D3- D4 (528 bp) và D5-D6 (414 bp) để kiểm tra gen kháng hạn cho thấy: hai mẫu số 6 (G6) và số 7 (G7) có mang đoạn gen kháng hạn tương tự như đoạn gen kháng hạn của cây mạch môn Ophiopogon japonicus đã công bố trên Gene bank. 4.1.3. Đánh giá khả năng sinh trưởng của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ 4.1.3.1. Đặc điểm sinh trưởng bộ rễ của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ Bộ rễ có sự thay đổi để thích nghi với điều kiện thiếu hụt nước trong đất nhằm tăng khả năng hút nước và dinh dưỡng, đảm bảo duy trì các hoạt động sinh lý của cây trong thời gian thiếu nước. Ảnh hưởng của chế độ tưới đến sinh trưởng bộ rễ cây mạch môn được trình bày tại bảng 4.1. Bảng 4.1. Đặc điểm sinh trưởng rễ và tích lũy chất khô của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ Chiều Tỷ lệ Khối Số rễ cấp 1 Chiều dài Khối lượng rễ Công thức rộng bộ rễ rễ/thân lượng chất (rễ/bụi) bộ rễ (cm) (g/bụi) (cm) lá khô (g/bụi) cde fg fg e c G1 26,8 17,3 18,7 7,5 0,53 21,7h cd def def cd bc G2 27,3 18,6 19,9 8,4 0,55 23,8de G3 29,7c 16,6g 17,8g 8,5cd 0,52c 24,6cd T G4 28,8c 17,6efg 18,5fg 9,4b 0,55bc 26,4b G5 29,0c 18,8de 19,7def 9,9ab 0,52c 28,6a G6 38,8b 21,0b 22,3bc 9,2bc 0,59bc 24,9c G7 40,4b 20,5bc 20,0def 9,1bc 0,63b 21,4h TB 31,5A 18,6B 19,6B 8,8A 0,56B 24,4A G1 23,9e 18,7de 20,5d 7,4e 0,62b 19,5i G2 25,0de 21,1b 22,1c 9,4b 0,68b 23,2ef G3 25,0de 18,5def 19,0def 8,1de 0,58bc 22,0gh cde cd de b b KT G4 26,8 19,1 20,2 9,5 0,68 23,5ef G5 27,5cd 21,7b 22,0c 10,5a 0,64b 27,0b G6 40,9b 25,0a 25,7a 9,8ab 0,74ab 22,8fg G7 45,4a 25,0a 23,9b 9,4b 0,78a 19,0fg TB 30,7A 21,3A 21,9A 9,2A 0,67A 22,8B G1 25,4d 18,0c 19,6c 7,5d 0,57c 20,6e G2 26,2cd 19,8b 21,0b 8,9b 0,62bc 23,5c G3 27,4cd 17,6c 18,4c 8,3c 0,55c 23,3c TB G4 27,8c 18,3c 19,4c 9,5b 0,62bc 24,9b G5 28,3c 20,3b 20,9b 10,2a 0,58c 27,8a G6 39,9b 23,0a 24,0a 9,5b 0,67ab 23,9c a b b b a G7 42,9 22,7 21,9 9,3 0,71 22,3d Ghi chú: trong cùng một cột số liệu, các giá trị mang cùng chữ số thể hiện sự sai khác không có ý nghĩa và ngược lại theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa α=0,05 12
Kết quả nghiên cứu cho thấy số rễ/bụi và khối lượng rễ không có sự sai khác giữa 2 điều kiện có tưới (T) và không tưới (KT). Tuy nhiên, nghiên cứu mối quan hệ tương tác giữa các mẫu giống và tưới nước nhận thấy mẫu giống G6 và G7 tăng sự ra rễ trong điều kiện KT, trong khi đó các mẫu giống khác giảm khả năng ra rễ, sai khác có ý nghĩa ở độ tin cậy 95%. Để tăng khả năng hút nước cho cây các mẫu giống đều tăng sự phát triển chiều dài và chiều rộng của bộ rễ. Mức độ tăng trưởng về kích thước bộ rễ của mẫu giống G6 và G7 cao hơn các mẫu giống khác ở mức ý nghĩa 0,05 (bảng 4.1). Kết quả bảng 4.1 cho thấy sự phân bổ khối lượng chất khô vào rễ tăng trong điều kiện không tưới bổ sung (KT) cao hơn có ý nghĩa với điều kiện T từ đó nâng cao tỷ lệ rễ/thân lá. Tỷ lệ này biến động từ 0,52 (G3T và G5T) – 0,78 (G7KT). Sự biến đổi của tỷ lệ rễ/thân lá trên cây mạch môn phù hợp với công bố của Bacher & cs. (2021), theo đó tăng tích lũy chất khô vào rễ đã giúp cây tăng khả năng hút và vận chuyển nước của rễ trong từ điều kiện khô hạn từ đó hỗ trợ sự phát triển của cây. Theo Chen & cs. (2022) hạn hán làm tăng nồng độ axit abscisic (ABA), kích hoạt các kinase protein SnRK2, phosphoryl hóa các chất vận chuyển sucrose SWEET11 và 12. Sự phosphoryl hóa này làm tăng cường Oligome hóa và hoạt động vận chuyển của SWEETs từ đó làm tăng hàm lượng sucrose trong rễ, cải thiện sự phát triển rễ, tăng tỷ lệ/chồi. 4.1.3.2. Đặc điểm sinh lý của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ Khi không được tưới bổ sung, hàm lượng nước liên kết của cây mạch môn tăng từ 23,6% (T) - 34,9% (KT). Mẫu giống G6 và G7 có hàm lượng nước liên kết cao nhất tương ứng với giá trị 31% và 31,8%. Kết quả bảng 4.2 cho thấy hàm lượng liên kết trong G7KT tăng cao nhất (gấp 1,5 lần) so với G7T. Bảng 4.2. Đặc điểm sinh lý của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ Hàm lượng Áp suất Độ rò rỉ Công thức nước liên thẩm thấu Fv/Fm SPAD ion (%) kết (%) (atm) hi G1 23,5 1,34ef 23,5d 0,72b 35,4e G2 23,8h 1,45e 22,3ef 0,76ab 35,1f ij f def ab G3 22,6 1,19 22,6 0,75 36,4cd T G4 22,3j 1,23f 23,6d 0,72b 36,3d G5 22,8ij 1,43e 22,8de 0,76ab 39,8a G6 25,0g 1,97d 21,6f 0,78a 34,1h G7 25,3g 2,04d 22,6def 0,76ab 38,8b TB 23,6A 1,52B 22,7B 0,75A 36,6A G1 34,0de 2,51bc 35,8ab 0,57ef 32,3j G2 35,0c 2,54b 36,0ab 0,59e 34,4g G3 33,0ef 2,36c 36,3ab 0,50g 33,5i KT G4 32,8f 2,49bc 36,6a 0,54fg 33,5i G5 34,2cd 2,59b 35,5b 0,61de 36,6c b a c c G6 37,1 3,78 29,9 0,67 31,4k G7 38,2a 3,75a 30,1c 0,64cd 36,4cd TB 34,9A 2,86A 34,3A 0,59B 34,0B 13
Hàm lượng Áp suất Độ rò rỉ Công thức nước liên thẩm thấu Fv/Fm SPAD ion (%) kết (%) (atm) bc G1 28,7 1,93b 29,6ab 0,65cd 33,8d G2 29,3b 1,99b 29,2b 0,67bc 34,8c G3 27,8de 1,77c 29,4ab 0,63d 34,9c TB G4 27,6e 1,87bc 30,1a 0,63d 34,9c G5 28,5cd 2,01b 29,1b 0,69b 38,2a G6 31,1a 2,88a 25,7c 0,73a 32,8e G7 31,8a 2,89a 26,3c 0,70ab 37,6b Ghi chú: trong cùng một cột số liệu, các giá trị mang cùng chữ số thể hiện sự sai khác không có ý nghĩa và ngược lại theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa α=0,05 Áp suất thẩm thấu tăng trên tất cả mẫu giống mạch môn trong điều kiện KT. Mẫu giống G6 và G7 có ASTT lớn nhất (2,88 và 2,89 atm) và cao hơn ở mức ý nghĩa 0,05 so với các mẫu giống khác. Nhờ sự gia tăng ASTT cây có thể hút nước được dễ hơn trong điều kiện không tưới. Khi được tưới bổ sung, cây mạch môn giảm độ rò rỉ ion từ 34,3% (KT) xuống 22,7% (T). Mẫu giống G4 là có độ rò rỉ ion cao nhất với 36,6% (G4KT), tiếp theo là G3KT (35,3%). Độ rò rỉ ion thấp nhất đạt 29,9% được ghi nhận trên G6KT. Trong điều kiện không tưới, chỉ số SPAD và hiệu suất huỳnh quang diệp lục (Fv/Fm) giảm có ý nghĩa so với cây sinh trưởng trong điều kiện tưới đầy đủ (T). Tuy nhiên, các mẫu giống mạch môn có sự phản ứng khác tùy thuộc vào khả năng chống chịu của chúng. Mẫu giống G6, G7 thể hiện khả năng thích ứng tốt hơn với các mẫu giống khác dựa trên mức độ suy giảm Fv/Fm thấp hơn ở mức ý nghĩa 0,05 (bảng 4.2). 4.2. NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN BÓN, LIỀU LƯỢNG BÓN K2O, SIO2 VÀ NẤM RỄ CỘNG SINH AMF THÍCH HỢP ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG, NĂNG SUẤT CỦA CÂY MẠCH MÔN TRONG ĐIỀU KIỆN KHÔNG TƯỚI NƯỚC TẠI HẠ HÒA – PHÚ THỌ 4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón Kali đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước 4.2.1.1. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến sinh trưởng rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn Mẫu giống G6 có bộ rễ sinh trưởng tốt hơn ở mức ý nghĩa 0,05 so với G2. Trên cả hai mẫu giống bộ rễ tăng trưởng mạnh khi tăng lượng bón từ K1 (0 kg/ha) đến K4 (90 kg/ha) và giảm ở mức bón K5 (120 kg/ha). Chiều dài và chiều rộng của bộ rễ của cây mạch môn được tăng cao ở mức bón kali được cho là phù hợp với công bố của Xu & cs., (2021) cho rằng kali giúp bộ rễ tăng trưởng về chiều dài để lấy nước từ các lớp đất sâu hơn và rộng hơn, đồng thời làm tăng mật độ rễ và diện tích bề mặt để mở rộng bề mặt tiếp xúc do đó giúp cây tăng khả năng hấp thụ nước trong đất, giảm thiểu tác hại của việc thiếu nước đối 14
với sinh trưởng của cây. Tuy nhiên không có sự khác biệt rõ rệt về tỷ lệ rễ/thân lá trên cả hai mẫu giống mạch môn. Tỷ lệ này đạt cao nhất 0,68 tại G2K3 tiếp theo là G6K4 đạt 0,66. Như vậy có thể thấy rằng kali không có ảnh hưởng rõ rệt trong việc tăng tỷ lệ phân bố chất khô về rễ cây mạch môn. Bảng 4.3. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến đặc điểm sinh trưởng bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước Khối Chiều dài Chiều Khối lượng Số rễ lượng rễ Tỷ lệ Công thức bộ rễ rộng bộ khô toàn (rê/bụi) khô rễ/thân lá (cm) rễ (cm) cây (g/bụi) (g/bụi) K1 59,2j 23,1g 20,1g 22,9h 0,65bc 58,3i K2 63,2i 23,9f 22,0f 24,1g 0,65bc 61,1h G2 K3 66,5h 24,7e 23,4e 26,2f 0,68a 64,9g K4 69,7f 26,0d 25,3d 27,8e 0,65bc 70,6e K5 68,4g 25,0e 24,1e 26,2f 0,64c 64,1f TB 65,4B 24,5B 23,0B 25,6B 0,65A 64,4B K1 118,3e 24,9e 25,0d 32,1d 0,64c 82,4d K2 124,9d 26,6d 26,5c 33,9c 0,64c 86,6c G6 K3 129,1c 27,6c 27,6b 35,8b 0,65bc 90,9b K4 131,7a 29,5a 29,0a 38,0a 0,66ab 95,1a K5 130,1b 28,4b 27,1bc 35,6b 0,64c 90,7b TB 126,8A 27,4A 27,0A 35,1A 0,65A 89,2A K1 88,8e 24,0e 22,5d 27,5d 0,64c 70,4e TB K2 94,0d 25,2d 24,3c 29,0c 0,65bc 73,9d K3 97,8c 26,2c 25,2b 31,0b 0,66a 77,9c K4 100,7a 27,8a 27,2a 32,9a 0,65ab 82,9a K5 99,2b 26,7b 25,6b 30,9b 0,64c 78,9b Ghi chú: trong cùng một cột số liệu, các giá trị mang cùng chữ số thể hiện sự sai khác không có ý nghĩa và ngược lại theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa α=0,05 Bón bổ sung kali làm tăng khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn từ mức bón K1 đến K4 sau đó giảm ở mức bón K5 trên cả hai mẫu giống (bảng 4.3). Khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn đạt cao nhất ở G6K4 (95,1 g/bụi), thấp nhất là G2K1 (58,3 g/bụi). Mặc dù tích lũy chất khô của 2 mẫu giống đều tăng khi được bón kali trong điều kiện không tưới nhưng mẫu giống G6 có khả năng tích lũy chất khô cao hơn G2 ở mức ý nghĩa 0,05 do khả năng chịu hạn cao hơn. 4.2.1.2. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước Tại thời điểm kết thúc thí nghiệm mẫu giống G6 chưa có củ để tính năng suất củ nên đề tài thực hiện đánh giá ảnh hưởng của lượng bón kali đến năng suất củ mạch trên mẫu giống G2. Bón bổ sung kali giúp cây mạch môn tăng trưởng số rễ trong điều kiện không tưới là cơ sở tăng năng suất. Kết quả bảng 4.4 cho thấy số củ/bụi tăng từ 46,7 củ/bụi (K1) đến 78,4 củ/bụi (K4) và giảm ở mức bón K5 (73,9 củ/bụi). Các chỉ tiêu về năng suất bao gồm 15
năng suất cá thể, năng suất lý thuyết, năng suất thực thu cũng đều có xu hướng tăng từ mức bón K1 đến K4 và giảm ở mức bón K5, sự sai khác giữa các mức bón có ý nghĩa ở độ tin cậy 95%. Năng suất thực thu tươi đạt cao nhất ở mức bón K4 là 3,7 tấn/ha và thấp nhất ở mức bón K1 là 2,7 tấn/ha. Tuy nhiên năng suất thực thu không có sự sai khác ở mức ý nghĩa 0,05 giữa mức bón K3 (60 kg/ha) và K5 (120 kg/ha). Như vậy, trong điều kiện không tưới bón bổ sung 90 kg/ha K2O (K4) giúp cây sinh trưởng tốt và cho năng suất cao hơn có ý nghĩa với mức bón còn lại. Bảng 4.4. Ảnh hưởng lượng bón kali đến năng suất củ mạch môn của mẫu giống G2 trong điều kiện không tưới nước Số củ Năng suất cá thể Năng suất thực thu Công thức (củ/bụi) (g/bụi) (tấn/ha) K1 46,7e 51,0d 2,7d K2 50,8d 58,8c 3,0c K3 67,1c 65,1b 3,4b K4 78,4a 69,8a 3,7a K5 73,9b 67,0ab 3,5b Ghi chú: trong cùng một cột số liệu, các giá trị mang cùng chữ số thể hiện sự sai khác không có ý nghĩa và ngược lại theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa α=0,05 4.2.1.3. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến hàm lượng hoạt chất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước Trong điều kiện không tưới mẫu giống G6 có hàm lượng các hoạt chất polysacharide, saponin và flavonoid cao hơn so với mẫu giống G2 ở mức ý nghĩa 0,05 (hình 4.6) 4.50 a Hàm lượng hoạt chất (%) 4.00 ab 3.50 bc cd a a 3.00 de de b e c 2.50 f d d d 2.00 ef de f g 1.50 h a a a a a 1.00 b bc bc bc c 0.50 0.00 K1 K2 K3 K4 K5 K1 K2 K3 K4 K5 G2 Công thức G6 Polysaccharide (%) Saponin tổng số (%) Flavonoid tổng số (%) Ghi chú: Cột mang cùng chữ là không khác nhau theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa 0,05 và ngược lại (ở cùng 1 chỉ tiêu) Hình 4.6. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến hàm lượng hoạt chất trong cây mạch môn Hàm lượng polysacharide tăng theo lượng tăng kali bón trên cả hai mẫu giống. Giữa các mức bón thì K5 đạt kết quả hàm lượng polysacharide cao nhất (0,79%) và thấp nhất ở mức bón K1 (0,33%). Mẫu giống G2 có hàm lượng polysacharide cao nhất đạt được là 0,68% (G2K4) và 0,79% (G2K5), còn mẫu giống G6 hàm lượng polysacharide cao nhất ở các mức bón K3, K4 và K5 với tương ứng là 0,71%, 0,76% và 0,78%. Hàm lượng saponin có biến động từ 0,35% (G2K1) đến 3,87% (G6K5). Trong các mức bón thì mức bón K4 và K5 đạt được hàm lượng saponin cao nhất (3,07-3,17%). Giữa 2 mẫu giống, hàm lượng saponin tích lũy trong G2 có xu hướng tăng dần từ K1 đến K4 và giảm ở K5; Trong khi đó G6 có xu hướng tăng từ K1 đến K5. Hàm lượng saponin cao nhất đối với G6 16
là 3,87% (G6K5) tương ứng với G2 đạt 2,75% (G2K4). Hàm lượng flavonoid (nhóm hợp chất phenol) được tích lũy nhiều nhất ở công thức G6K4 và G6K5 (2,72% - 2,75%) và thấp nhất ở công thức G2K1 (1,30%). Xu hướng tổng hợp và tích lũy flavonoid giữa các mức bón cũng khác nhau giữa 2 giống, G2 có hàm lượng flavonoid tăng dần từ K1 đến K4 và giảm ở K5, trong khi đó hàm lượng flavonoid tăng dần từ K1 đến K6 với mẫu giống G6. Tuy nhiên, hàm lượng flavonoid tại mức bón K4 và K5 không có sự sai khác trên cả hai mẫu giống mạch môn ở mức ý nghĩa 0,05. Trong các mức kali bón, K4 và K5 có kết quả hàm lượng flavonoid ở 2 mẫu giống cao nhất lần lượt là 2,28% và 2,20%. 4.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón silic đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước 4.2.2.1. Ảnh hưởng lượng bón silic đến sinh trưởng bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn Sự khác biệt có ý nghĩa trong phát triển rễ và khả năng tích lũy chất khô giữa 2 mẫu giống mạch môn khi được bón bổ sung Si với mức S1 (nền + 0 kg/ha) đến S6 (nền + 60 kg/ha). Các chỉ tiêu sinh trưởng của rễ và khả năng tích lũy của hai mẫu giống có xu hướng tăng dần từ mức bón S1 (nền + 0 kg/ha SiO2) đến mức S4 (nền + 40 kg/ha SiO2) rồi giảm nhẹ ở mức bón S5 (nền + 50 kg/ha SiO2) và S6 (nền + 60 kg/ha SiO2). Chiều dài bộ rễ biến động từ 24,4 cm (G2) đến 27,4 cm (G6). Trong cùng điều kiện không tưới, mức bón S4 có số rễ cao nhất (100,7 rễ/bụi), thấp nhất là S1 (88,8 rễ/bụi). Cùng với sự tăng trưởng bộ lá, mẫu giống G6 có số rễ cấp 1 (126,8 rễ/bụi) cao hơn có ý nghĩa với mẫu giống G2 (65,3 rễ cấp 1/bụi). Như vậy có thể thấy xu hướng phát triển bộ rễ của cây mạch môn phù hợp với những nghiên cứu trước đây cho rằng bổ sung silic giúp tăng sự phát triển của rễ đã được ghi nhận trong các kết quả nghiên cứu về hạn (Verma & cs., 2019). Bảng 4.5. Ảnh hưởng của lượng bón silic tới sinh trưởng bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước Chiều dài Chiều Khối lượng Tỷ lệ Khối lượng Số rễ cấp Công thức bộ rễ rộng bộ khô rễ rễ/thân khô toàn 1 (rễ/bụi) (cm) rễ (cm) (g/bụi) lá cây (g/bụi) S1 59,2l 23,1h 20,1h 15,3h 0,61 40,3i S2 63,2k 23,9g 22,0g 18,7g 0,65 47,8h S3 66,5i 24,7f 23,4f 21,1f 0,66 53,2g G2 S4 69,7g 26,0e 25,3d 22,7e 0,67 56,8f S5 68,4h 25,0f 24,1ef 20,6f 0,65 52,3g S6 64,7j 24,0g 22,6g 19,2g 0,65 49,1h TB 65,3B 24,4B 22,9B 19,6B - 49,9B S1 118,3f 24,9f 25,0df 23,9e 0,65 60,5e S2 124,9e 26,6de 26,5c 27,5c 0,70 66,5cd S3 129,1c 27,6c 27,6b 29,3b 0,71 70,5b G6 S4 131,7a 29,5a 29,0a 31,2a 0,73 74,2a S5 130,1b 28,4b 27,1bc 28,8b 0,71 69,5bc S6 126,7d 27,0cd 25,6d 26,2d 0,68 64,7d TB 126,8A 27,4A 26,8A 27,8A - 67,7A Ghi chú: trong cùng một cột số liệu, các giá trị mang cùng chữ số thể hiện sự sai khác không có ý nghĩa và ngược lại theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa α=0,05 17
Kết quả bảng 4.5 cũng cho thấy tác động của việc bón bổ sung silic đến khả năng tích lũy chất khô của hai giống mẫu mạch môn (G2 và G6) trong điều kiện không tưới. Trên cơ sở đó, khối lượng tích lũy chất khô đạt cao nhất ở công thức G6S4 (74,2 g/bụi), thấp nhất là G2S1 (40,3 g/bụi). Tỷ lệ rễ/thân lá được tăng lên ở các cây có bón silic đã làm rõ hơn vai trò của Si trong việc tăng khả năng hút nước của cây (Sonobe & cs., 2011). Quan sát trên cây mạch môn nhận thấy tỷ lệ rễ/thân lá tăng theo mức bón Si, tỷ lệ này đạt cao nhất ở G6S4 (0,73), thấp nhất là G2S1 (0,61) tiếp theo là G6S1 (0,65). Như vậy, vai trò của silic đối với cây mạch môn thể hiện ở sự tăng trưởng về số lượng rễ, khả năng ăn sâu và lan rộng của bộ rễ từ đó có thể giúp cây hấp thụ nước và dinh dưỡng khoáng tốt hơn trong điều kiện không tưới. 4.2.2.4. Ảnh hưởng của lượng bón silic đến năng suất củ mạch môn trong điều kiện không tưới nước Do đặc điểm mẫu giống G6 chưa có củ tại thời điểm thu hoạch nên kết quả nghiên cứu chỉ trình bày số liệu nghiên cứu ảnh hưởng bón bổ sung silic đến năng suất củ của mẫu giống G2. Kết quả bảng 4.6 cho thấy bón bổ sung silic giúp tăng khả năng hình thành củ và năng suất của cây mạch môn. Số củ/cây tăng từ 50,9 củ/bụi (S1) đến 77,0 củ/bụi (S4) sau đó giảm dần ở các mức bón cao hơn (S5, S6). Sự sai khác về số củ giữa các mức bón có ý nghĩa ở độ tin cậy 95%. Như vậy, bón bổ sung silic trong điều kiện không tưới đã giúp cây mạch môn sinh trưởng tốt hơn, điều này cho thấy silic có vai trò giúp cây hút và dẫn truyền nước tốt hơn (tăng số lượng bó dẫn của rễ, tăng kích thước và số lượng bó dẫn của lá) từ đó năng suất củ đạt cao hơn có ý nghĩa so với mức không bón (S1). Năng suất thực thu đạt cao nhất ở mức bón S4 (3,7 tấn/ha) tăng 27,6 % so với năng suất củ ở mức không bón (S1). Bảng 4.6. Ảnh hưởng của lượng bón silic đến năng suất củ mạch môn của mẫu giống G2 trong điều kiện không tưới nước Số củ Năng suất cá thể Năng suất thực thu Công thức (củ/bụi) (g/bụi) (tấn/ha) S1 50,9e 58,4f 2,9f S2 60,8c 62,2e 3,2e S3 65,7b 65,4c 3,4c S4 77,0a 70,1a 3,7a S5 67,0b 67,9b 3,5b S6 56,0d 63,3d 3,3d Ghi chú: trong cùng một cột số liệu, các giá trị mang cùng chữ số thể hiện sự sai khác không có ý nghĩa và ngược lại theo tiêu chuẩn LSD ở mức ý nghĩa α=0,05 4.2.2.5. Ảnh hưởng của lượng bón Si đến hàm lượng hoạt chất của cây mạch môn Mạch môn là cây dược liệu có giá trị dược lý cao nhờ các hoạt chất quý tích lũy trong rễ và củ. Để đối phó với điều kiện thiếu nước, mức độ gia tăng các hợp chất thứ cấp đã được ghi nhận trong nhiều loại cây thuốc khác nhau (Verma & Shukla, 2015). Nhằm đánh giá ảnh hưởng của việc bón bổ sung Si cho cây mạch môn trong điều kiện thiếu nước đã tiến hành phân tích một số hoạt chất chính trong rễ, củ mạch môn như: polysacharide, saponin và flavonoid kết quả được trình bày trong hình 4.7. 18