Nghiên cứu sự hình thành một số chất bảo vệ ở cây lạc (arachis hypogaea l ) trong điều kiện thiếu nước (LV01337)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2




VŨ THỊ VÂN



NGHIÊN CỨU SỰ HÌNH THÀNH MỘT SỐ CHẤT
BẢO VỆ Ở CÂY LẠC (Arachis hypogaea L.)
TRONG ĐIỀU KIỆN THIẾU NƢỚC


Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60 42 01 14


LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN VĂN MÃ





HÀ NỘI, 2014

LỜI CẢM ƠN

Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn
Văn Mã là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn và tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận
văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà
Nội 2; khoa Sinh – KTNN; Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và Chuyển
giao công nghệ trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội 2; các thầy, cô giáo đã giúp
đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn những ngƣời thân trong gia đình và các anh,
chị, em, bạn bè đã giúp đỡ, chia sẻ, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá
trình thực hiện luận văn này.


Hà Nội, tháng 6 năm 2014
Học viên


Vũ Thị Vân


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài này do tôi thực hiện tại Trung tâm Hỗ trợ
nghiên cứu khoa học và Chuyển giao công nghệ trƣờng Đại học trƣờng Đại
học Sƣ phạm Hà Nội 2 dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS Nguyễn Văn Mã.
Những kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực, của riêng tôi và chƣa từng
đƣợc ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác.

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nội dung khoa học của đề tài.

Hà Nội, tháng 6 năm 2014
Học viên


Vũ Thị Vân





MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1
1. Lí do chọn đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 2
5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn 3
NỘI DUNG 4
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4
1.1. Đặc điểm sinh trƣởng, phát triển và nhu cầu về nƣớc của cây lạc 4
1.1.1. Đặc tính sinh học của cây lạc 4
1.1.2. Các thời kì sinh trƣởng, phát triển và nhu cầu về nƣớc của
cây lạc 5
1.2. Ảnh hƣởng của sự thiếu nƣớc đến thực vật nói chung và cây lạc nói
riêng 7
1.2.1. Hạn và tác hại của hạn hán 7
1.2.2. Tính chịu hạn ở thực vật 10

1.3. Một số chất bảo vệ liên quan đến tính chịu hạn ở thực vật 11
1.3.1. Proline 11
1.3.2. Đƣờng khử 14
1.3.3. Glycine betaine 16
1.4. Kết quả nghiên cứu về sự hình thành chất bảo vệ ở thực vật nói
chung và cây lạc nói riêng khi bị khô hạn 18
1.4.1. Trên thế giới 18
1.4.2. Ở Việt Nam 22
CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu 25
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25
2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 25
2.3.1. Cách bố trí thí nghiệm 25
2.3.2. Phƣơng pháp xác định các chỉ tiêu nghiên cứu 26
2.3.3. Phƣơng pháp xử lí số liệu 29
CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 30
3.1. Kết quả thăm dò nồng độ đƣờng 30
3.2. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành proline 31
3.2.1. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành proline ở giai đoạn
nảy mầm 32
3.2.2. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành proline ở lá các giai
đoạn cây non, ra hoa và tạo quả 34
3.3. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành đƣờng khử 36
3.3.1. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành đƣờng khử ở giai
đoạn nảy mầm 37
3.3.2. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành đƣờng khử ở giai
đoạn cây non, ra hoa và tạo quả 39
3.4. Ảnh hƣởng của sự khô hạn đến sự hình thành glycine betaine 42
3.4.1. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành glycine betaine ở
giai đoạn nảy mầm 42

3.4.2. Ảnh hƣởng của khô hạn đến sự hình thành glycine betaine ở
giai đoạn cây non, ra hoa và tạo quả 44
KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 47
TÀI LIỆU THAM KHẢO 49


1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Lạc (Arachis hypogaea L.), có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới châu Mỹ
(Braxin, Boolivia, Paragoay…). Cây lạc là cây công nghiệp ngắn ngày, cây lấy
dầu có giá trị kinh tế cao, đƣợc trồng ở nhiều nƣớc vùng nhiệt đới nóng ẩm,
nóng khô đến á nhiệt đới và cả một số vùng ôn đới có nhiều mƣa nhƣ Ấn Độ,
Trung Quốc, Hoa Kỳ, Thái Lan, Xu Đăng…
Cây lạc là một trong những cây lấy dầu quan trọng trên thế giới. Ở Việt
Nam, cây lạc đang đứng đầu trong những cây công nghiệp ngắn ngày tham gia
vào thị trƣờng xuất khẩu và cùng với đậu tƣơng đang là một trong mƣời
chƣơng trình ƣu tiên phát triển của nhà nƣớc. Mỗi năm nƣớc ta xuất khẩu
khoảng 80 - 127 nghìn tấn lạc hạt, chiếm 30 - 50% tổng sản lƣợng, do vậy cây
lạc đã và đang đem lại nguồn lợi kinh tế lớn cho đất nƣớc. Ở nhiều vùng sản
xuất, lạc còn là nguồn thu nhập chính cho ngƣời nông dân [12].
Hạn hán là vấn đề hạn chế về năng suất và chất lƣợng của lạc. Ở nƣớc
ta đa số vùng trồng lạc bị khô hạn. Trong tổng diện tích gieo trồng lạc của cả
nƣớc có khoảng gần 2/3 diện tích trồng lạc trong điều kiện phụ thuộc nƣớc
trời, riêng ở vùng trung du miền núi phía Bắc lạc chủ yếu trồng trên vùng đất bị
hạn và bán khô hạn, chiếm 70 - 80% dẫn đến năng suất và chất lƣợng lạc ở Việt
Nam còn thấp.
Khô hạn
t
hƣờ

ng làm mất cân bằng về áp suất thẩm thấu. Trong lúc
này một trong những phản
ứng
thƣ
ờ
ng gặp nhất là cơ chế liên quan đến những
thay đổi hóa sinh trong tế bào nhằm nhanh chóng bù lại sự thiếu nƣớc, tích lũy
các chất bảo vệ nhƣ các chất hòa tan; các protein sốc thẩm thấu; proline,
alanine, glycine betaine, polyamine; đƣờng khử; mannitol; fructane; ion K
+
…
Chúng có vai trò bảo vệ các phức ezyme, cấu trúc tế bào, đồng thời làm tăng
cƣờng áp suất thẩm thấu cho tế bào khi gặp các yếu tố cực đoan [36].


2
Trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam việc nghiên cứu tính chịu hạn đƣợc
tiến hành ở nhiều mức độ khác nhau, trên nhiều loại cây trồng khác nhau
trong đó có cây lạc. Trƣớc đây, các nhà nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu theo
hƣớng sinh lý, tập trung về dinh dƣỡng khoáng, hàm lƣợng diệp lục, huỳnh
quang diệp lục, cƣờng độ quang hợp… trong điều kiện stress nƣớc. Những
năm gần đây các nhà nghiên cứu tập trung đi sâu nghiên cứu về ảnh hƣởng
của hạn hán và một số yếu tố stress môi trƣờng khác, sự hình thành các hợp
chất thứ cấp có vai trò bảo vệ tế bào trong điều kiện stress, hoạt động của
enzyme trong điều kiện khắc nghiệt, sự truyền tín hiệu stress môi trƣờng….
Riêng về các chất bảo vệ cũng có khá nhiều công trình nghiên cứu nhƣng còn
riêng lẻ, tản mạn và chƣa có nghiên cứu nào về sự hình thành các chất bảo vệ
ở cây lạc khi bị thiếu nƣớc.
Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sự hình thành một số
chất bảo vệ ở cây lạc (Arachis hypogaea L.) trong điều kiện thiếu nƣớc”,

để làm rõ mức độ hình thành một số chất bảo vệ thƣờng gặp ở thực vật nói
chung và cây lạc nói riêng khi bị thiếu nƣớc.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu sự hình thành một số chất bảo vệ ở cây lạc trong điều kiện
bị khô hạn.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Xác định hàm lƣợng proline, đƣờng khử, glycine betaine giai đoạn nảy
mầm, giai đoạn cây non, giai đoạn ra hoa và giai đoạn tạo quả.
4. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tƣợng
Đối tƣợng nghiên cứu là giống lạc L24 (chịu hạn tốt) do Viện Khoa học
Nông nghiệp Việt Nam cung cấp.



3
4.2. Phạm vi
Nghiên cứu một số chất bảo vệ (proline, đƣờng khử, glycine betaine)
trong điều kiện phòng thí nghiệm (giai đoạn nảy mầm) và trong điều kiện nhà
lƣới (giai đoạn cây non, ra hoa và tạo quả).
5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn
Bổ sung tài liệu về ảnh hƣởng của sự khô hạn tới sự hình thành một số
chất bảo vệ ở cây trồng.

4
NỘI DUNG
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Đặc điểm sinh trƣởng, phát triển và nhu cầu về nƣớc của cây lạc.
1.1.1. Đặc tính sinh học của cây lạc
Cây lạc (còn có tên gọi khác là đậu phộng, đậu nụ) có tên khoa học là
Arachis hypogaea L. là cây thực phẩm, cây công nghiệp lấy dầu trong nhóm
cây trồng cạn. Mặc dù cây lạc đã có từ rất lâu đời nhƣng vài trò của cây lạc
mới đƣợc công bố từ khoảng 100 năm trở lại đây. Trồng lạc mang lại nguồn
lợi có giá trị về kinh tế và dinh dƣỡng, đồng thời còn để cải tạo đất rất tốt nhờ
khả năng cộng sinh với vi khuẩn Rhizobium…. [3].
Lạc là cây thân thảo hàng năm, có thân chính cao khoảng 25 – 50cm,
thân sinh trƣởng nhanh từ sau khi mọc đến khi cây có 3 lá, sau đó sinh trƣởng
chậm dần. Từ khi cây bắt đầu ra hoa cho đến khi tắt hoa thì tốc độ sinh trƣởng
của lạc lại rất nhanh. Cây lạc có 2 loại cành là cành cấp I (mọc từ thân chính

ra, có thể phát sinh từ đốt thứ 1 đến đốt thứ 6 trên thân chính) và cành cấp II,
tốc độ sinh trƣởng của cành cấp II nhanh hơn cành cấp I. Khi cây bắt đầu nở
hoa thì cành gần nhƣ đã đạt mức tối đa.
Lá lạc là loại lá kép lông chim, có bốn lá chét hình trái xoan ngƣợc mọc
đối nhau, gốc lá tù, đầu lá tròn hoặc lõm, mỏng nhƣ màng. Lạc còn có hai lá
kèm làm thành bẹ bao quanh thân, hình dải nhọn. Trên thân chính thƣờng có
khoảng 20 – 30 lá. Sau khi mọc, diện tích lá tăng dần và tăng nhanh nhất vào
thời kì ra hoa rộ.
Khi cây lạc có 5 - 6 lá trên thân chính thì bắt đầu có sự phân hóa các
mầm hoa từ các mắt của cành. Hoa lạc màu vàng, mọc thành từng chùm ở
nách lá gồm 2 – 4 hoa nhỏ. Hoa lạc là hoa lƣỡng tính, tự thụ phấn nghiêm ngặt
(tỷ lệ ngoại phấn khoảng 0,25%). Khi hoa nở là cây tự thụ phấn xong rồi. Tuy
hoa lạc nở hoa trên cành nhƣng cuống hoa dài ra đƣa xuống đất và hình thành


5
quả trong đất (nên ngƣời ta gọi là củ lạc), do đó những hoa ra muộn, ở trên
cao quá sẽ không thành quả đƣợc. Quả lạc có hình trụ thuôn, hơi thắt lại ở
giữa các hạt. Vỏ quả cứng, phân mạng, mỗi quả có 1 - 4 hạt. Hạt hình trứng,
có rãnh dọc, bên ngoài hạt có lớp vỏ lụa màu đỏ, vàng cánh sen hoặc trắng.
Cây lạc có hai loại rễ là rễ cọc và rễ con. Khi hạt lạc nảy mầm thì phôi
rễ phát triển trƣớc và chui ra khỏi vỏ hạt sớm nhất. Sau đó rễ lạc tăng dần về
chiều dài đến khi hết thời kì hoa nở rộ trong đó tăng nhanh nhất vào lúc nở
hoa, sau đó tăng chậm lại. Đặc biệt rễ cái cắm sâu rất nhanh trƣớc khi cây bắt
đầu nở hoa rộ và sau đó chậm dần lại. Trên rễ lạc có nhiều nốt sần, bên trong
nốt sần chứa nhiều vi khuẩn Rhizobium sống cộng sinh với rễ cây lạc, chúng
có khả năng cố định nitơ tự do không khí tạo đạm cung cấp cho cây và đất [1],
[4], [5].
1.1.2. Các thời kì sinh trƣởng, phát triển và nhu cầu về nƣớc của cây lạc
Cây lạc sinh trƣởng và phát triển kéo dài trong khoảng 95 -135 ngày tùy

vào từng giống và đƣợc chia làm 4 thời kì: [1], [4], [5].
 Thời kì nảy mầm là thời kì diễn ra trong thời gian ngắn từ 3 - 8 ngày
tùy giống và phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh.Với điều kiện hạt giống tốt,
ẩm độ, nhiệt độ không khí đầy đủ, từ 3-5 ngày sau khi gieo hạt sẽ nảy mầm.
Khi bắt đầu gieo, hạt hút nƣớc đến khi đủ nƣớc hạt sẽ trƣơng lên nhanh, các
enzyme bắt đầu phân giải chuyển hóa các hợp chất hữu cơ tạo nguyên liệu
cho quá trình sinh trƣởng của rễ và mầm. Khi hạt nứt, rễ mầm nhú và chui ra
khỏi hạt cắm xuống đất, rồi sau đó lá mầm phát triển nhanh, phôi mầm mọc
hình thành cây lạc.
Ở thời kì này đòi hỏi nhu cầu về nƣớc rất cao, hạt lạc phải đƣợc hút đủ
nƣớc thì mới nảy mầm đƣợc. Nếu bị thiếu nƣớc hoặc thời tiết lạnh thì khả
năng nảy mầm của hạt lạc sẽ gặp khó khăn dẫn đến tỷ lệ nảy mầm thấp.


6
 Thời kỳ cây con và trƣớc khi ra hoa là thời kì tính từ khi lạc bắt đầu
mọc mầm đến trƣớc khi bắt đầu trổ hoa, kéo dài 25 - 45 ngày tùy vào giống,
điều kiện nhiệt độ, ẩm độ. Thời kỳ này đƣợc chia làm 2 giai đoạn nhỏ là giai
đoạn cây non và giai đoạn trƣớc ra hoa. Giai đoạn cây non tính từ lúc xòe lá
mầm đến khi cây có 4 lá thật. Giai đoạn này bộ rễ bắt đầu phát triển hoàn
chỉnh nhƣng khả năng hoạt động còn yếu, vi khuẩn nốt sần mới hình thành.
Giai đoạn trƣớc ra hoa đƣợc tính từ khi cây có 4 lá thật đến lúc trƣớc khi ra
hoa, lúc này cây sinh trƣởng tăng dần do sự hoàn thiện của bộ rễ và lá.
Thời kỳ này cây rất cần đạm và các chất dinh dƣỡng để sinh trƣởng,
còn nhu cầu về nƣớc ở thời kì này thì bình thƣờng nhƣng lại cần thiết do nƣớc
vừa là môi trƣờng cho các phản ứng sinh hóa trong cây, vừa là nguồn nguyên
liệu cho quang hợp để tổng hợp các chất hữu cơ cho cây sinh trƣởng. Nếu
thiếu nƣớc, cây sẽ sinh trƣởng chậm, còi cọc và chuyển sang trạng thái phát
triển sớm.
 Thời kỳ ra hoa, đâm tia và làm quả là thời kì cây diễn ra đồng thời 2

quá trình sinh trƣởng sinh dƣỡng (thân, cành, lá) và sinh trƣởng sinh thực (ra
hoa, đâm tia). Hoa nở từ dƣới lên trên và từ trong ra ngoài. Trong thời gian
này có những đợt hoa nở rộ. Hoa hình thành trong 2-5 tuần đầu có độ hữu
dụng cao nhất. Sau khi thụ tinh 6 ngày tia củ sẽ dài ra, 5 - 10 ngày sau tia củ
sẽ chui xuống đất và phát triển ở độ sâu 2-7cm. Sau thời kỳ đâm tia, thân lá
phát triển chậm dần là điều kiện tốt nhất cho cây đậu quả, quả sẽ đƣợc chắc.
Trong thời kỳ này cây rất mẫm cảm với điều kiện ngoại cảnh, nếu nhiệt
độ nhỏ hơn 24
0
C cây sẽ ra hoa ít và ra không tập trung. Thời kì này cây lạc
chỉ cần đủ nƣớc chứ không cần độ ẩm quá cao, độ ẩm cần thiết là 60-70%,
nếu độ ẩm lớn hơn 80% thân sẽ bị đổ ngã, hoa ít, cây bị vống nhƣng nếu thiếu
nƣớc ở thời kỳ này sẽ tạo điều kiện hình thành tầng rời ở cuống hoa, gây sự
rụng hoa, giảm năng suất sản phẩm.


7
 Thời kỳ hình thành quả, hạt và chín kéo dài 60 – 70 ngày, chiếm
khoảng một nửa thời gian sinh trƣởng và phát triển của cây lạc. Khi tia (bầu
hoa) đâm vào đất sẽ lớn dần hình thành quả và hạt. Lúc này cây phát triển
chậm dần đi, tập trung dinh dƣỡng phát triển quả và hình thành hạt. Quả và
hạt của cây lạc có sự biến đổi về hình thái và sinh lí rất nhanh chóng, hàm
lƣợng nƣớc giảm dần, chất khô và lipit trong quả tăng lên.
Thời kì này cây lạc có nhu cầu về nƣớc không cao, nếu độ ẩm lớn sẽ
gây thối tia, thối quả và gây nảy mầm cho hạt. Nhƣng nếu thiếu nƣớc bầu hoa
sẽ bị héo và nếu thiếu trầm trọng bầu hoa sẽ ngừng sinh trƣởng.
Nhƣ vậy, ở các thời kì sinh trƣởng và phát triển khác nhau của cây lạc
thì nhu cầu về nƣớc là khác nhau. Tuy nhiên, cũng cần tƣới đủ nƣớc cho tất cả
các thời kì nảy mầm, cây con, ra hoa và tạo quả. Mặc dù cây lạc rất cần nƣớc,
nhƣng lại không quá ƣa ẩm. Vì vậy, để cây sinh trƣởng tốt, cho năng suất và

chất lƣợng cao cần tƣới nƣớc đúng lúc và duy trì độ ẩm đồng ruộng thƣờng
xuyên khoảng 65 – 70%, thừa nƣớc làm cây dễ mắc bệnh, hoa rụng, tia thối,
hạt dễ nảy mầm gây giảm năng suất.
1.2. Ảnh hƣởng của sự thiếu nƣớc đến thực vật nói chung và cây lạc nói
riêng
1.2.1. Hạn và tác hại của hạn hán
Hạn ở thực vật là khái niệm để chỉ sự thiếu nƣớc của cây trong suốt quá
trình hay từng thời kỳ làm ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển. Có nhiều
nguyên nhân gây nên hạn nhƣ sự thiếu nƣớc do mƣa hoặc không tƣới nƣớc
trong thời gian dài làm cạn kiệt độ ẩm trong đất hoặc đủ nƣớc nhƣng do môi
trƣờng áp suất thẩm thấu cao cây không lấy đƣợc nƣớc. Trong thiên nhiên,
hạn hán là hiện tƣợng thƣờng xuyên xảy ra và liên quan trực tiếp đến vấn đề
nƣớc trong cây.
Hạn hán là một nguyên nhân quan trọng làm giảm

năng

suất và chất



8
lƣ
ợ
ng sản phẩm của cây trồng
.
Khi môi
trƣờ
ng hạn hán cây bị stress mất
nƣớc

dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng nhƣ: gây nên hiện tƣợng

co
nguyên sinh làm
cho nƣớ
c trong tế bào thất thoát ra ngoài nên khối nguyên
sinh chất của tế bào co lại, thể tích không bào bị thu hẹp dẫn đến cây bị héo
tạm thời hoặc

có thể vĩnh viễn nếu sự thiếu
nƣớ
c xảy ra nghiêm trọng và trong
thời gian dài; cản trở sự vận chuyển
nƣớ
c trong mạch gỗ do sự cung
cấp
nƣớ
c
cho rễ trong đêm không đủ để

thủy
hóa
các mô đã

bị
thiếu
nƣớ
c ban ngày, dẫn
đến các lông hút bị tổn thƣơng,

lớp ngoài vùng vỏ bị phủ chất sáp
(suberin) làm giảm áp suất rễ hoặc hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ
dẫn
đến
phá vỡ tính liên tục của
cột nƣớ
c trong mạch gỗ; lớp cutin trên bề mặt
lá dày lên làm giảm sự thoát hơi
nƣớ
c qua biểu bì; làm giảm cƣờng độ quang
hợp (khi hàm lƣợng nƣớc trong lá còn khoảng 40 -50% quang hợp của lá bị
đình trệ);
cản trở sự
sinh
trƣở
ng của cây trồng do ảnh hƣởng
đến
các
hoạt động
sinh lý, nhất là quang hợp dẫn đến giảm năng suất cây trồng nghiêm trọng
[37], [42].
Thiếu nƣớc có thể gây ra nhiều mức độ tổn thƣơng khác nhau cho cây
trồng nhƣ: phát triển không bình thƣờng, chậm phát triển, gây chết. Những
cây trồng có khả năng duy trì sự phát triển và cho năng suất khá ổn định trong
điều kiện thiếu nƣớc gọi là cây chịu hạn và khả năng thực vật có thể giảm mức
độ tổn thƣơng do thiếu hụt nƣớc gây ra gọi là tính chịu hạn (tính chịu thiếu
nƣớc). Mức độ hạn do môi trƣờng gây nên ảnh hƣởng trực tiếp đến sự phát
triển của cây, nhẹ thì làm giảm năng suất, nặng có thể dẫn đến hủy hoại cây
cối mùa màng và thƣờng gặp các dạng hạn sau:

* Hạn đất xảy ra khi lƣợng nƣớc trong đất đã bị cạn kiệt làm cho rễ cây
không thể hút đủ nƣớc để bù đắp lại lƣợng nƣớc đã bị mất qua con đƣờng
thoát hơi nƣớc ở lá, dẫn tới sự mất cân bằng nƣớc trong cây và xuất hiện dấu
hiệu héo. Mức độ khô hạn của đất còn tùy thuộc vào sự bốc hơi nƣớc trên bề


9
mặt và khả năng giữ nƣớc của đất. Hạn đất kéo dài làm cho áp suất thẩm thấu
của đất tăng lên đến mức cây không thể cạnh tranh đƣợc nƣớc của đất để lấy
vào cơ thể qua rễ. Chính vì vậy hạn đất thƣờng gây ra hiện tƣợng héo lâu dài.
Đối với cây họ đậu trong đó có cây lạc nếu bị hạn đất ở giai đoạn sinh sản sẽ
làm cho hạt bị héo, nhăn nheo, phẩm chất kém, thậm chí không cho thu hoạch
[59], [65].
* Hạn không khí xuất hiện do không có mƣa một thời gian dài trong
thời kì khô hạn, khi độ ẩm tƣơng đối của không khí giảm xuống dƣới 65%.
Hạn không khí làm gia tăng gradient hơi nƣớc giữa khoảng không gian dƣới
khí khổng và khoảng không gian ngay bên ngoài lá dẫn đến thoát hơi nƣớc
tăng nhanh gây nên sự mất cân bằng nƣớc trong mô và cây bị héo. Hạn không
khí thƣờng tác động chủ yếu đến các bộ phận trên mặt đất nhƣ hoa, lá, chồi
non. Ở cây trồng, hạn không khí có tác hại xấu nhất ở thời kì nảy mầm và thời
kỳ ra hoa làm cho hạt phấn không nảy mầm đƣợc rồi khô mà chết, quá trình
thụ tinh không xảy ra làm quả không hình thành.
Trong nhiều trƣờng hợp, hạn không khí và hạn đất cùng xảy ra sẽ càng
làm gia tăng sự mất nƣớc qua quá trình thoát hơi nƣớc, tăng sự bốc hơi nƣớc ở
mặt đất vốn đã cạn kiệt và lúc này khô hạn càng trở nên nghiêm trọng hơn.
Trong điều kiện đó, hạn càng gây khó khăn nhiều hơn cho cây trồng dẫn đến
nhiều giống cây trồng dễ bị chết.
Đặc biệt hạn sinh lí xuất hiện khi trạng thái sinh lí của cây không cho
phép cây hút nƣớc do đất, không khí khô hạn hoặc do môi trƣờng không thiếu
nƣớc nhƣng đất khị khí thiếu oxi cho nên rễ không đủ năng lƣợng cho cây hút

nƣớc hoặc do nồng độ dung dịch đất quá cao làm áp suất thẩm thấu của đất
tăng cũng làm cho rễ không hút đƣợc nƣớc. Khi đó, quá trình thoát hơi nƣớc
vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nƣớc. Mức độ hạn sinh lý phụ thuộc vào sự
thoát hơi nƣớc trên bề mặt và khả năng giữ nƣớc của các tế bào. Hạn sinh lí


10
kéo dài sẽ gây ảnh hƣởng rất nhiều đến chất lƣợng và năng suất của nông
phẩm.
1.2.2. Tính chịu hạn ở thực vật
Tính chịu hạn của thực vật là khả năng thích nghi đƣợc hình thành trong
đời sống để chống chịu với điều kiện hạn hán của môi trƣờng. Theo nhận định
của Nguyễn Huy Hoàng [7] sự thích nghi đó đƣợc thực hiện nhờ cơ thể điều
chỉnh các cấu trúc và chức năng ở các mức độ tổ chức khác nhau nhƣ: sự tạo
thành một hệ thống rễ rộng lớn, giảm diện tích lá, đóng khí khổng, tạo thành
những kho chứa nƣớc, hình thành những tuyến muối, tập trung các chất hòa
tan. Trong điều kiện đất bị khô, độ ẩm không khí thiếu, những giống cây chịu
đƣợc hạn là những giống có hàm lƣợng nƣớc liên kết và nồng độ dịch bào
tăng, áp suất thẩm thấu cao. Chúng có khả năng bảo tồn đƣợc quá trình trao
đổi chất bình thƣờng hoặc có tốc độ thiết lập các phản ứng bảo vệ trong quá
trình trao đổi chất lớn khi tác động của hạn vƣợt quá giới hạn cho phép.
Để chống lại sự mất nƣớc do nguyên nhân từ các tác động của bên
ngoài, ở thực vật có hai cơ chế sinh l chủ yếu đƣợc thảo luận, đó là cơ chế
bên ngoài liên quan đến hình thái, giải phẫu… và cơ chế bên trong liên quan
đến quá trình trao đổi chất, hoạt động của enzim, các chất bảo vệ hay protein
sốc thẩm thấu…
Các cơ chế bên ngoài nhƣ là: thực vật có thể hoàn thành chu kỳ sống
sớm hơn trƣớc khi sự thiếu nƣớc xảy ra, muốn vậy cây phải có sức sinh
trƣởng và phát triển mạnh để có thể ra hoa và tạo quả sớm dẫn đến thời điểm
thiếu nƣớc không ảnh hƣởng đên chu kỳ sống của cây; hoặc thực vật có thể

nhanh chóng bù lại sự thiếu nƣớc thông qua những biến đổi về hình thái nhƣ
thay đổi độ mở khí khổng, giảm diện tích lá, định hƣớng sự phát triển của lá
theo hƣớng giảm sự hấp thụ bức xạ, tăng cƣờng hấp thụ nƣớc bằng sự phát
triển sâu rộng của bộ rễ … [47]. Cơ chế này phụ thuộc vào sự thích nghi đặc


11
biệt về hình thái và cấu trúc của lá và rễ nhằm giảm thiểu sự mất nƣớc và tăng
cƣờng sự hút nƣớc. Cây nào khi bị hạn có hệ thống rễ đâm sâu, lan rộng sẽ
không phải chịu đựng khô hạn khắc nghiệt nhƣ những cây có hệ thống rễ nằm
ngay trên mặt đất. Một mặt khác của cơ chế này là sự tạo thành những “u thịt”
ở những cơ quan của cây, nó có vai trò nhƣ những cái kho chứa nƣớc, chứa
oxi [33].
Cơ chế bên trong (cơ chế chịu mất nƣớc) liên quan đến những thay đổi
hóa sinh trong tế bào nhằm sinh tổng hợp ra các chất bảo vệ, hoặc nhanh
chóng bù lại sự thiếu nƣớc bằng cách tích lũy các chất hòa tan nhƣ các protein
sốc thẩm thấu, các acid amine (proline, alanine…), mannitol, fructane, đƣờng
khử… để điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào. Duy trì đƣợc áp suất thẩm
thấu nội bào có tác dụng bảo vệ hoặc duy trì sức sống, độ đàn hồi của tế bào
ngay cả khi bị mất nƣớc cực đoan, đó là khả năng chịu hạn [33].
Tác dụng bảo vệ tế bào trong điều kiện bị mất nƣớc nhờ các phản ứng
hóa sinh là đảm bảo đƣợc sự khử độc các sản phẩm tạo nên trong quá trình
phân giải các hợp chất cao phân tử hoặc xúc tiến sự phục hồi các cấu trúc
phân tử bị hƣ hại. Sau khi hạn ngừng tác động, các quá trình phục hồi diễn ra
nhanh nếu bộ gen đƣợc bảo tồn khỏi sự hƣ hại trong thời gian khô hạn.Trong
điều kiện hạn hán, áp suất thẩm thấu của tế bào đƣợc điều chỉnh tăng lên giúp
cho tế bào có thể duy trì lƣợng nƣớc. Tuy nhiên, ở cùng một thời điểm bị hạn
thực vật sử dụng nhiều hơn một cơ chế chống hạn [47].
1.3. Một số chất bảo vệ liên quan đến tính chịu hạn ở thực vật
1.3.1. Proline

Proline hay α - pirolidin cacboxylic là một α - aminoacid ƣa nƣớc, có
công thức phân tử là C
5
H
9
NO
2,
có mạch bên là hidrocacbua khác với các acid
amine khác ở chỗ nhóm amin bậc 1 ở C
α
liên kết với cacbon của mạch bên tạo
thành vòng pirolidine.


12

Hình 1.1. Công thức cấu tạo và cấu trúc không gian của proline [83]
Proline thuộc nhóm các chất điều hòa thẩm thấu, có khối lƣợng phân tử
nhỏ, có tính chất không tích điện ở pH trung tính (nhƣ các ion vô cơ) và có
khả năng hòa tan tốt trong nƣớc, không độc khi tập trung với nồng độ cao và
làm ổn định cấu trúc các phân tử protein. Khi tế bào có sự tâp trung muối cao
và các chất tan có hại khác làm biến tính tế bào thì proline giúp thành tế bào
chống lại ảnh hƣởng của sự biến tính đó. Sự tích lũy các chất điều hòa thẩm
thấu có  nghĩa rất quan trọng bởi vì chúng đóng vai trò nòng cốt trong việc
duy trì sức trƣơng của tế bào và hấp thụ ngƣợc gradient nồng độ dƣới tác
động của stress (Balibrea et all, 2000 [40]; Naidoo G. and Naidoo Y. 2001
[64].
Proline đƣợc tổng hợp từ L.glutamate bởi enzyme chìa khóa δ -
pyrroline - carboxilate - synthentase (P
5

CS), enzyme này đƣợc điều hòa bởi
proline thông qua cơ chế ức chế ngƣợc. Đối với những thực vật chịu đƣợc
stress nƣớc thì sự điều hòa ngƣợc này đã biến mất và đây có thể là nguyên
nhân làm tăng tích lũy proline dƣới các điều kiện stress.
Theo Kuznetsov (1999) con đƣờng tổng hợp proline trong thực vật diễn
ra nhƣ sau:


13
Xitosol
Prolin
Prolin

Ty thể
P
5
C
P
5
CR
P
5
CS
P
5
CD
P
5
C
Glutamat

Glutamat
NADP
+

NADPH
NADPH
NADP
+
+
ADP
ATP

Po
O
2
O
-
NAD
+
NADH

Ornitin

OAT


Hình 1.2. Sơ đồ sinh tổng hợp prolin ở thực vật (theo Kuznetsov 1999)
Proline có cấu trúc vòng pyrolidine tạo cho proline có một cấu trúc
vững chắc hơn so với các acid amine khác. Proline có vai trò lớn trong chống
chịu stress ở thực vật do proline tham gia điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội

bào và tham gia vào chức năng bảo vệ màng và protein. Proline đƣợc tích lũy
trong mô lá, mô phân sinh chóp rễ của những thực vật đƣợc rèn luyện trong
điều kiện stress nƣớc, tích lũy trong hạt phấn bị làm khô, tích lũy ở vùng chóp
rễ đang sinh trƣởng nơi thế năng nƣớc thấp và những tế bào thực vật nuôi cấy
trong môi trƣờng huyền phù đã thích nghi với stress nƣớc hay stress muối
[33].
Hầu hết trong tế bào và các mô của thực vật khi sống trong những điều
kiện sinh l bình thƣờng đã có một lƣợng proline rất nhỏ bé [33]. Nhƣng dƣới
ảnh hƣởng của môi trƣờng khắc nghiệt nhƣ hạn hán, băng giá, muối mặn,


14
bệnh truyền nhiễm… thì hầu hết hoặc ít nhất cũng là một phần lớn proline đều
tập trung ở tế bào chất. Tại đây, proline có vai trò đặc biệt quan trọng trong
việc điều hòa áp suất thẩm thấu của tế bào chất. Hàm lƣợng proline và sự sinh
trƣởng của cây có mối liên quan với nhau thể hiện qua sự tăng hàm lƣợng
proline có liên quan chặt chẽ với sự bắt đầu giảm bớt sinh trƣởng của thực vật
[63], [73].
Nhƣ vậy, proline có ảnh hƣởng lớn đến tính chịu hạn ở thực vật. Sự
tổng hợp proline ở thực vật hay cây trồng diễn ra khi chúng sống trong môi
trƣờng khắc nghiệt. Những nghiên cứu về proline trên các đối tƣợng khác
nhau cho thấy sự tƣơng quan thuận giữa gia tăng hàm lƣợng proline với tính
chống chịu sự thiếu hụt nƣớc hay stress muối. Do đó, có thể xem proline nhƣ
một chất chỉ thị về khả năng chịu hạn và là biểu hiện của phản ứng thích nghi
của thực vật với điều kiện stress nƣớc môi trƣờng.
1.3.2. Đƣờng khử
Đƣờng khử là các loại monosaccharide (hay còn gọi là đƣờng đơn), là
đơn vị cơ bản nhất của các carbohydrate quan trọng trong sinh học, là dạng
đơn giản nhất của đƣờng và có dạng tinh thể chất rắn, thƣờng không màu, tan
trong nƣớc. Các ví dụ về monosaccharide bao gồm: glucose, fructose,

galactose, levulose, dextrose xylose và ribose trong đó quan trọng và điển
hình nhất phải kể đến là glucose, fructose và galactose. Chúng có chung công
thức phân tử là C
6
H
12
O
6
nhƣng lại có công thức cấu tạo khác nhau. Một
monosaccharide đơn giản có một mạch hở không phân nhánh chứa một
nguyên tử cacbon liên kết với nhóm chức cacbonyl (-C=O) và một cacbon
liên kết với nhóm hidroxyl (-OH glucozit) cho nên chúng đều có tính khử
[82].



15

Hình 1.3. Cấu trúc phân tử và cấu trúc không gian của glucose [81]

Hình 1.4. Cấu trúc phân tử và cấu trúc không gian của fructose [80]

Hình 1.5. Cấu trúc phân tử và cấu trúc không gian của galactose [85]
Fructose là một chất giữ nƣớc tuyệt vời trong một thời gian dài thậm
chí cả khi độ ẩm tƣơng đối thấp. Fructose làm tăng độ nhớt nhanh hơn và đạt
đƣợc độ nhớt khá cao vì fructose làm giảm nhiệt độ cần thiết, gây ra một độ
nhớt lớn hơn [80].
Vì vậy, hàm lƣợng đƣờng khử trong cây cũng là một chỉ tiêu phản ánh
khả năng giữ nƣớc của tế bào do nó có vai trò trong điều chỉnh áp suất thẩm
thấu trong dịch bào. Đƣờng khử thuộc các chất có hoạt tính thẩm thấu, nó

16
giúp tăng cƣờng khả năng giữ nƣớc cho tế bào, tăng khả năng chống chịu của
cây đối với các điều kiện bất lợi của môi trƣờng. Ở điều kiện thiếu nƣớc hạt
mầm và cây con thƣờng bị chết do mất nƣớc và không lấy đƣợc nƣớc từ môi
trƣờng, vì thế sự tổng hợp và tích lũy đƣờng chính là phản ứng của cây với
điều kiện ngoại cảnh bất lợi. Theo nghiên cứu của nhiều tác giả còn cho biết
hàm lƣợng đƣờng tan trong cây liên quan trực tiếp đến khả năng chống chịu
nhƣ chịu hạn, chịu lạnh (Borhnert và cs, 1996; Nguyễn Hoàng Lộc và cs,
2002) [13].
1.3.3. Glycine betaine
Glycine betaine đƣợc phát hiện đầu tiên trong củ cải đƣờng ở thế kỷ
thứ XIX, nó là một amino acid-trimethylated rất dễ tan trong nƣớc, tích tụ
nhiều nhất trong lá cây và có công thức cấu tạo nhƣ sau [79]:

Glycine betaine là một trong những chất hòa tan tƣơng thích hiệu quả
nhất và đƣợc tìm thấy trong một phạm vi rộng của các loài động vật, vi khuẩn
và một số loài thực vật hạt kín chịu hạn hán và chịu mặn [45]. Trƣớc đây,
glycine betaine đã đƣợc đề xuất rằng nếu tăng tích lũy các glycine betaine
trong các loài thực vật thì nó đóng một vai trò sinh lý quan trọng làm giảm
bớt căng thẳng thẩm thấu [77]. Trong tự nhiên, ngô, củ cải đƣờng và lúa
mạch, nhanh chóng tích lũy glycine betaine trong quá trình cây bị căng thẳng
(stress) với muối, hạn hán và nhiệt độ thấp [43]. Glycine betaine bảo vệ cây
bằng cách hoạt động nhƣ một chất hữu cơ có ảnh hƣởng đến thẩm thấu
(osmolyte), duy trì cân bằng nƣớc giữa các tế bào thực vật và môi trƣờng, ổn
định các đại phân tử dƣới điều kiện khô hạn và nồng độ muối cao [67].


17

Glycine betaine tích lũy ở nồng độ cao không gây cản trở chức năng
của tế bào chất và có tác dụng đảm bảo tính ổn định cấu trúc và chức năng
của các đại phân tử. Glycine betaine xuất hiện nhƣ một yếu tố quyết định tới
khả năng chống chịu điều kiện bất lợi ở cây trồng. Chất này có hiệu quả lớn
và liên quan mật thiết đến khả năng sinh trƣởng của cây trồng trong điều kiện
môi trƣờng hạn hán và nhiễm mặn. Mức độ tích lũy glycine betaine tƣơng
quan với khả năng chống chịu điều kiện bất lợi. Glycine betaine đƣợc tích lũy
chủ yếu trong lục lạp, nó đóng vai trò quan trọng trong điều chỉnh và duy trì
màng thylacoid, do đó duy trì hiệu quả quang hợp [78].
Trong nhiều loài cây trồng, sự tích lũy tự nhiên của glycine betaine đủ
để cải thiện tác động tiêu cực của tình trạng mất nƣớc gây ra bởi những vấn
đề môi trƣờng khác nhau. Bên cạnh đó, một số loài cây trồng nhƣ lúa, khoai
tây, cà chua, thuốc lá… trong tự nhiên không sản xuất glycine betaine trong
điều kiện stress hoặc không stress. Các ứng dụng của glycine betaine ngoại
sinh có thể giúp giảm thiểu tác động tiêu cực của môi trƣờng bên ngoài.
Glycine betaine ngoại sinh có thể thâm nhập qua lá và đƣợc vận chuyển đến
các cơ quan nơi mà nó sẽ góp phần tăng cƣờng khả năng chịu đựng stress.
Ngoài ra, những loài cây này là mục tiêu tiềm năng cho việc ứng dụng kỹ
thuật di truyền của quá trình sinh tổng hợp glycine betaine [62].
Ở thực vật bậc cao, glycine betaine đƣợc tổng hợp từ serine qua
ethanolamine, choline và betaine aldehyde. Quá trình sinh tổng hợp glycine
betaine ở thực vật trải qua hai bƣớc nhƣ sau: (1) Đầu tiên, tiền chất choline
đƣợc chuyển thành betaine aldehyde (một hợp chất trung gian độc với thực
vật) nhờ sự xúc tác của choline monooxygenase. (2) Tiếp theo, betaine
aldehyde đƣợc chuyển thành glycine betaine dƣới hoạt động của betaine
aldehyde dehydrogenase [70]. Mặc dù, con đƣờng tổng hợp glycine betaine
trực tiếp từ sự methyl hóa glycine cũng đƣợc biết đến, nhƣng sự tích lũy


18

glycine betaine ở tất cả các loài nói chung, thực vật nói riêng đƣợc xác định là
con đƣờng tổng hợp từ choline theo sơ đồ sau:

Hình 1.6. Con đƣờng tổng hợp glycine betaine
1.4. Kết quả nghiên cứu về sự hình thành chất bảo vệ ở thực vật nói
chung và cây lạc nói riêng khi bị khô hạn
1.4.1. Trên thế giới
Việc nghiên cứu về các chất bảo vệ cũng nhƣ tính chịu hạn ở thực vật
trên thế giới đã đƣợc tiến hành ở nhiều nƣớc, trên nhiều loại cây trồng khác
nhau, trong đó có cây lạc. Đặc biệt sự nghiên cứu về các chất bảo vệ đã đƣợc
tiến hành rất nhiều nhƣng sự nghiên cứu các chất này còn tản mạn, chƣa tập
trung.
Lạc có nhu cầu đặc biệt về độ ẩm do đặc điểm riêng là rễ cắm sâu,
không có lông hút và quả hình thành dƣới đất. Các giai đoạn khác nhau của
cây lạc mẫn cảm với sự thiếu hụt nƣớc khác nhau, nhƣng không có một giai
đoạn nào cây phát triển bình thƣờng với một lƣợng nƣớc tối thiểu. Những
nghiên cứu để tìm đƣợc giới hạn chịu sự thiếu nƣớc ở mỗi giai đoạn là phức
tạp vì trạng thái này là kết quả của sự cân bằng giữa quá trình hút và thoát hơi
nƣớc. Thời kì mẫn cảm nhất với nƣớc là giai đoạn nảy mầm và giai đoạn ra
hoa. Giai đoạn hình thành quả, đâm tia xuống đất và quả già ít mẫn cảm với
nƣớc hơn. Ảnh hƣởng của sự thiếu nƣớc r nhất là giảm sự tăng trƣởng của


19
các tế bào trên toàn bộ cây, diện tích lá và sự phát triển của cây giảm [14],
[36].
Sự tích lũy proline là một sự chuyển hóa thông thƣờng ở thực vât trong
điều kiện thiếu hụt nƣớc và stress muối. Đây là chủ đề đƣợc các nhà khoa học
nghiên cứu hơn 20 năm qua ( Delauney and Verma, Ketchum R.E.B, Rhodes
D, and Handa S, Serpil Unyayar, Yiiksel Kiles and Elif Unal) [44], [71],[73],

[84].
Các nghiên cứu về sự tập trung proline tự do ở trong các tế bào và mô
thực vật dƣới ảnh hƣởng của những điều kiện khắc nghiệt đƣợc tạo nên bởi sự
thiếu hụt chất dinh dƣỡng nhƣ: sự tăng hà lƣợng proline ở lúa mạch khi có sự
thiếu hụt nitơ và bor; sự tăng proline ở củ cải đỏ dƣới ảnh hƣởng của sự thiếu
hụt nitơ, photpho và lƣu huỳnh. Sự tăng lƣợng proline cũng đƣợc nhận thấy
khi có sự kìm hãm sinh trƣởng cở rễ thực vật bởi nồng độ cao của hormon
thực vật (nhƣ auxin). Ngoài ra, trong các thí nghiệm với các chất kìm hãm
hoặc các chất ức chế ở lúa mạch (nhƣ chlor chloin chlorid – CCC) cũng nhận
thấy hàm lƣợng của proline tự do tăng lên [53].
Sự tăng trƣởng của thực vật bị kìm hãm bởi sự khô hạn có thể trở lại
bình thƣờng dƣới sự ảnh hƣởng của axit gibberelic và nhận thấy đồng thời có
sự giảm của hàm lƣợng proline tự do trong các tổ chức thực vật. Sự tập trung
proline theo thời gian cũng xuất hiện ở những tổ chức thực vật đƣợc nuôi cấy
nhân tạo và ở những thực vật bị bệnh truyền nhiễm bởi những vi sinh vật gây
bệnh. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy sự tích lũy proline tăng từ 10 -
100 lần ở thực vật dƣới sự tác động của áp suất thẩm thấu [30].
Có rất nhiều công trình đã phát hiện có mối quan hệ giữa sự tập trung
proline với sự có mặt của axit abscisic: acid abscisic đã kích thích sự tổng hợp
acid ribonucleic, kích thích sinh tổng hợp protein trong tế bào. Điều đó đã dẫn


20
đến sự biến đổi hàm lƣợng các amino acid tự do ở trong các tổ chức thực vật,
đặc biệt là hàm lƣợng proline tự do [11], [73].
Trong dòng tế bào thuốc lá đƣợc nuôi cấy thích nghi với nồng độ 428
mM NaCl, proline chiếm trên 80 % acid amine tự do [71]. Ngƣời ta cũng thừa
nhận rằng có sự phân bố đồng đều proline trong toàn bộ thể tích nƣớc của nội
bào, kết quả xác định acid amine tại thời điểm này vƣợt quá 129 nM. Tuy
nhiên, nếu chỉ hạn chế trong nội bào thì sự tích lũy proline có thể vƣợt quá

nồng độ 200 nM trong các tế bào này, vì thế góp phần căn bản vào việc điều
chỉnh thẩm thấu nội bào. Tƣơng tự nhƣ vậy, sự tích lũy proline nội bào ở các
tế bào Distichlis spicata trong điều kiện stress muối (xử l ở nồng độ 200 mM
NaCl) ƣớc tính trên 230 mM [44].
Cũng trên đối tƣợng cây thuốc lá, tác giả Kishor P.B.K. và cộng sự [54]
nghiên cứu cây thuốc lá đƣợc chuyển gen P
5
CS (gen liên quan đến sinh tổng
hợp proline) trong điều kiện stress nƣớc. Kết quả cho thấy hàm lƣợng proline
gấp khoảng từ 10 - 18 lần so với đối chứng. Trên cây đậu tƣơng, tác giả
J.A.de Ronde và cộng sự [52] tiến hành so sánh giữa dòng đậu tƣơng chuyển
gen P
5
CS và dòng đậu tƣơng không đƣợc chuyển gen thì thấy dòng chuyển
gen có khả năng chịu hạn tốt hơn.
Với những hiểu biết sâu sắc về con đƣờng sinh tổng hợp glycine
betaine ở sinh vật, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực công nghệ
gen, đặc biệt là kỹ thuật tạo cây trồng biến đổi gen. Các nhà khoa học đã phân
lập đƣợc các gen: codA (COD), COX, BADH, betA (CDH), CMO, GSMT và
SDMT từ nhiều nguồn khác nhau, mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá
trình sinh tổng hợp glycine betaine. Các gen này đã đƣợc thiết kế với các
promoter biểu hiện đặc hiệu, mạnh và chuyển thành công vào nhiều loài cây
trồng, các loài cây trồng biến đổi các gen đã đƣợc phân tích có sự tích lũy
glycine betaine dẫn đến tăng cƣờng đƣợc khả năng chống chịu điều kiện bất