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

Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỘC Sư PHẠM HÀ NỘI 2
VŨ THỊ VÂN
NGHIÊN CỨU Sư HÌNH THÀNH MÔT SỐ CHẤT
• •
BẢO VỆ Ở CÂY LẠC (Arachis hypogaea L.) TRONG ĐIỀU KIỆN THIẾU NƯỚC
m
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 0114
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
• • •
Ngưòi hướng 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 người
trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2; khoa Sinh -
KTNN; Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và Chuyển giao công nghệ trường Đại học Sư 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 người 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
■
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 trường Đại học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Nguyễn Văn Mã. Những kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực, của riêng tôi và chưa
từng được 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. 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 tn kinh
tế cao, được trồng ở nhiều nước vùng nhiệt đới nóng ẩm, nóng khô đến á nhiệt đới và cả
một số vùng ôn đới có nhiều mưa như 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 trường xuất
khẩu và cùng với đậu tương đang là một trong mười chương trình ưu tiên phát triển của
nhà nước. Mỗi năm nước ta xuất khẩu khoảng 80 - 127 nghìn tấn lạc hạt, chiếm 30 -
50% tổng sản lượng, do vậy cây lạc đã và đang đem lại nguồn lợi kinh tế lớn cho đất
nước. Ở nhiều vùng sản xuất, lạc còn là nguồn thu nhập chính cho người nông dân [12].
Hạn hán là vấn đề hạn chế về năng suất và chất lượng của lạc. Ở nước ta đa số
vùng trồng lạc bị khô hạn. Trong tổng diện tích gieo trồng lạc của cả nước có khoảng
gần 2/3 diện tích trồng lạc trong điều kiện phụ thuộc nước tròi, 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 lượng lạc ở Việt Nam còn thấp.
Khô hạn thường làm mất cân bằng về áp suất thẩm thấu. Trong lúc này một trong
những phản ứng thường gặp nhất là cơ chế liên quan đến những thay đổi hóa sinh ttong
tế bào nhằm nhanh chóng bù lại sự thiếu nước, tích lũy các chất bảo vệ như các chất hòa
tan; các protein sốc thẩm thấu; proline, alanine, glycine betaine, polyamine; đường khử;
mannitol; fructane; ion K+ Chúng có vai trò bảo vệ các phức ezyme, cấu trúc tế bào,
đồng thời làm tăng cường áp suất thẩm thấu cho tế bào khi gặp các yếu tố cực đoan [36].
Trên thế giới cũng như ở Việt Nam việc nghiên cứu tính chịu hạn được tiến hành
ở nhiều mức độ khác nhau, trên nhiều loại cây trồng khác nhau ừong đó có cây lạc.
3
Trước đây, các nhà nghiên cứu chủ yếu nghiên cứu theo hướng sinh lý, tập trung về dinh
dưỡng khoáng, hàm lượng diệp lục, huỳnh quang diệp lục, cường độ quang hợp trong
điều kiện stress nước. Những năm gần đây các nhà nghiên cứu tập trung đi sâu nghiên
cứu về ảnh hưởng của hạn hán và một số yếu tố stress môi trường khác, sự hình thành

các họp 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 trường Riêng về các
chất bảo vệ cũng có khá nhiều công trình nghiên cứu nhưng còn riêng lẻ, tản mạn và
chưa có nghiên cứu nào về sự hình thành các chất bảo yệ ở cây lạc khi bị thiếu nước.
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 nước”, để làm rõ mức
độ hình thành một số chất bảo vệ thường gặp ở thực vật nói chung và cây lạc nói riêng
khi bị thiếu nước.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu sự hình thành một số chất bảo vệ ở cây lạc ừong điều kiện bị khô
hạn.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Xác định hàm lượng proline, đường khử, glycine betaine giai đoạn nảy mầm, giai
đoạn cây non, giai đoạn ra hoa và giai đoạn tạo quả.
4. Đổi tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng
Đối tượng nghiên cứu là giống lạc L24 (chịu hạn tốt) do Viện Khoa học Nông
nghiệp Việt Nam cung cấp.
4.2. Pham vi
Nghiên cứu một số chất bảo vệ (proline, đường khử, glycine betaine) ừong
điều kiện phòng thí nghiệm (giai đoạn nảy mầm) và trong điều kiện nhà lưới (giai
đoạn cây non, ra hoa và tạo quả).
4
5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn
Bổ sung tài liệu về ảnh hưởng của sự khô hạn tới sự hình
thành một số chất bảo vệ ở cây trồng.
NỘIDUNG
CHƯƠNG 1: Cơ SỞ LÍ LUẬN CỦA VẤN ĐÈ NGHIÊN cứu
1.1. Đặc điểm sinh trưởng, phát triển và nhu cầu về nước 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 nhưng vài trò của cây lạc mới được công bố từ khoảng
100 năm trở lại đây. Trồng lạc mang lại nguồn lợi có giá trị về kinh tế và dinh dưỡng,
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
trưởng nhanh từ sau khi mọc đến khi cây có 3 lá, sau đó sinh trưởng chậm dàn. Từ khi
cây bắt đàu ra hoa cho đến khi tắt hoa thì tốc độ sinh trưởng của lạc lại rất nhanh. Cây
lạc có 2 loại cành là cành cap I (mọc từ thân chính ra, có thể phát sinh từ đốt thứ 1 đến
đốt thứ 6 trên thân chính) và cành cấp n, tốc độ sinh trưởng của cành cấp II nhanh hơn
cành cấp I. Khi cây bắt đầu nở hoa thì cành gàn như đã đạt mức tối đa.
Lá lạc là loại lá kép lông chim, có bốn lá chét hình trái xoan ngược mọc đối
nhau, gốc lá tù, đầu lá tròn hoặc lõm, mỏng như màng. Lạc còn có hai lá kèm làm thành
bẹ bao quanh thân, hình dải nhọn. Trên thân chính thường 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 lưỡng 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 nhưng cuống hoa
5
dài ra đưa xuống đất và hình thành quả trong đất (nên người ta gọi là củ lạc), do đó
những hoa ra muộn, ở trên cao quá sẽ không thành quả được. 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 Yỏ lụa màu đỏ, vàng cánh sen hoặc ttắng.
Cây lạc có hai loại rễ là rễ cọc và rễ con. Khi hạt lạc nảy mầm thì phôi rễ phát
triển trước và chui ra khỏi Yỏ 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 trước 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 thòi kì sinh trưởng, phát triển và nhu cầu về nước của cây lạc
Cây lạc sinh trưởng và phát triển kéo dài trong khoảng 95-135 ngày tùy vào từng
giống và được 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 nước đến khi
đủ nước hạt sẽ trương lên nhanh, các enzyme bắt đầu phân giải chuyển hóa các hợp chất
hữu cơ tạo nguyên liệu cho quá trình sinh trưởng 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 càu về nước rất cao, hạt lạc phải được hút đủ nước thì
mới nảy mầm được. Nếu bị thiếu nước hoặc thời tiết lạnh thì khả năng nảy mầm của hạt
lạc sẽ gặp khó khăn dẫn đến tỷ lệ nảy mầm thấp.
• Thời kỳ cây con và trước khi ra hoa là thời kì tính từ khi lạc bắt đầu mọc mầm đến trước
6
khi bắt đầu trổ hoa, kéo dài 25 - 45 ngày tùy vào giống, điều kiện nhiệt độ, ẩm độ. Thời
kỳ này được chia làm 2 giai đoạn nhỏ là giai đoạn cây non và giai đoạn trước 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 nhưng khả năng hoạt động còn yếu, vi khuẩn nốt sần mới
hình thành. Giai đoạn trước ra hoa được tính từ khi cây có 4 lá thật đến lúc trước khi ra
hoa, lúc này cây sinh trưởng tăng dần do sự hoàn thiện của bộ rễ và lá.
Thòi kỳ này cây rất cần đạm và các chất dinh dưỡng để sinh trưởng, còn nhu cầu
về nước ở thòi kì này thì bình thường nhưng lại cần thiết do nước vừa là môi trường cho
các phản ứng sinh hóa trong cây, vừa là nguồn nguyên liệu cho quang họp để tổng hợp
các chất hữu cơ cho cây sinh trưởng. Nếu thiếu nước, cây sẽ sinh trưởng 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 thòi 2 quá trình sinh

trưởng sinh dưỡng (thân, cành, lá) và sinh trưởng sinh thực (ra hoa, đâm tia). Hoa nở từ
dưới lên trên và từ trong ra ngoài. Trong thời gian này có những đợt hoa nở rộ. Hoa hình
thành trong 2-5 tuần đàu 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 thòi kỳ
đâm tia, thân lá phát triển chậm dần là điều kiện tốt nhất cho cây đậu quả, quả sẽ được
chắc.
Trong thời kỳ này cây rất mẫm cảm với điều kiện ngoại cảnh, nếu nhiệt độ nhỏ
hơn 24°c cây sẽ ra hoa ít và ra không tập trung. Thời kì này cây lạc chỉ cần đủ nước chứ
không càn 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 nhưng nếu thiếu nước ở thời kỳ này sẽ tạo điều kiện hình
thành tầng rời ở cuống hoa, gây sự rụng hoa, giảm năng suất sản phẩm.
• Thời kỳ hình thành quả, hạt và chín kéo dài 60 - 70 ngày, chiếm khoảng một nửa thời
gian sinh trưởng 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 dưỡng phát triển
7
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 lượng nước giảm dần, chất khô và lipit ttong quả tăng lên.
Thòi kì này cây lạc có nhu cầu về nước không cao, nếu độ ẩm lớn sẽ gây thối tia,
thối quả và gây nảy mầm cho hạt. Nhưng nếu thiếu nước bầu hoa sẽ bị héo và nếu thiếu
trầm trọng bầu hoa sẽ ngừng sinh trưởng.
Như vậy, ở các thời kì sinh trưởng và phát triển khác nhau của cây lạc thì nhu
cầu về nước là khác nhau. Tuy nhiên, cũng cần tưới đủ nước cho tất cả các thời kì nảy
mầm, cây con, ra hoa và tạo quả. Mặc dù cây lạc rất cần nước, nhưng lại không quá ưa
ẩm. Vì vậy, để cây sinh trưởng tốt, cho năng suất và chất lượng cao cần tưới nước đúng
lúc và duy trì độ ẩm đồng ruộng thường xuyên khoảng 65 - 70%, thừa nước làm cây dễ
mắc bệnh, hoa rụng, tia thối, hạt dễ nảy mầm gây giảm năng suất.
1.2. Ảnh hưởng của sự thiếu nước 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 nước của cây trong suốt quá trình hay

từng thời kỳ làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển. Có nhiều nguyên nhân gây
nên hạn như sự thiếu nước do mưa hoặc không tưới nước trong thòi gian dài làm cạn
kiệt độ ẩm trong đất hoặc đủ nước nhưng do môi trường áp suất thẩm thấu cao cây
không lấy được nước. Trong thiên nhiên, hạn hán là hiện tượng thường xuyên xảy ra và
liên quan trực tiếp đến vấn đề nước trong cây.
Hạn hán là một nguyên nhân quan trọng làm giảm năng suất và chất lượng sản
phẩm của cây trồng. Khi môi trường hạn hán cây bị stress mất nước dẫn đến nhiều hậu
quả nghiêm trọng như: gây nên hiện tượng co nguyên sinh làm cho nước 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 thòi hoặc có thể vĩnh viễn nếu sự thiếu nước xảy ra nghiêm
trọng và trong thời gian dài; cản trở sự vận chuyển nước ttong mạch gỗ do sự cung cấp
nước cho rễ trong đêm không đủ để thủy hóa các mô đã bị thiếu nước ban ngày, dẫn đến
các lông hút bị tổn thương, lớp ngoài vùng vỏ bị phủ chất sáp (suberin) làm giảm áp suất
8
rễ hoặc hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ dẫn đến phá vỡ tính liên tục của cột
nước trong mạch gỗ; lớp cutin trên bề mặt lá dày lên làm giảm sự thoát hơi nước qua
biểu bì; làm giảm cường độ quang họp (khi hàm lượng nước trong lá còn khoảng 40
-50% quang họp của lá bị đình trệ); cản trở sự sinh trưởng của cây trồng do ảnh hưởng
đến các hoạt động sinh lý, nhất là quang họp dẫn đến giảm năng suất cây trồng nghiêm
trọng
[37] , [42].
Thiếu nước có thể gây ra nhiều mức độ tổn thương khác nhau cho cây trồng
như: phát triển không bình thường, 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 nước gọi là
cây chịu hạn và khả năng thực vật có thể giảm mức độ tổn thương do thiếu hụt nước gây
ra gọi là tính chịu hạn (tính chịu thiếu nước). Mức độ hạn do môi trường gây nên ảnh
hưởng 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 thường gặp các dạng hạn sau:
* Hạn đất xảy ra khi lượng nước trong đất đã bị cạn kiệt làm cho rễ cây không thể hút đủ
nước để bù đắp lại lượng nước đã bị mất qua con đường thoát hơi nước ở lá, dẫn tới sự

mất cân bằng nước trong cây và xuất hiện dấu hiệu héo. Mức độ khô hạn của đất còn
tùy thuộc vào sự bốc hơi nước trên bề mặt và khả năng giữ nước của đất. Hạn đất kéo
dài làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng lên đến mức cây không thể cạnh tranh được
nước của đất để lấy vào cơ thể qua rễ. Chính vì vậy hạn đất thường gây ra hiện tượng
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 mưa một thời gian dài trong thời kì khô hạn, khi
độ ẩm tương đối của không khí giảm xuống dưới 65%. Hạn không khí làm gia tăng
gradient hơi nước giữa khoảng không gian dưói khí khổng và khoảng không gian ngay
9
bên ngoài lá dẫn đến thoát hơi nước tăng nhanh gây nên sự mất cân bằng nước trong mô
và cây bị héo. Hạn không khí thường tác động chủ yếu đến các bộ phận trên mặt đất như
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 được rồi khô mà chết, quá trình thụ tinh
không xảy ra làm quả không hình thành.
Trong nhiều trường hợp, hạn không khí và hạn đất cùng xảy ra sẽ càng làm gia
tăng sự mất nước qua quá trình thoát hơi nước, tăng sự bốc hơi nước 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 nước do đất, không khí khô hạn hoặc do môi trường không thiếu nước nhưng đất khị
khí thiếu oxi cho nên rễ không đủ năng lượng cho cây hút nước hoặc do nồng độ dung
dịch đất quá cao làm áp suất thẩm thấu của đất tăng cũng làm cho rễ không hút được
nước. Khi đó, quá trình thoát hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nước. Mức độ
hạn sinh lý phụ thuộc vào sự thoát hơi nước trên bề mặt và khả năng giữ nước của các tế
bào. Hạn sinh lí kéo dài sẽ gây ảnh hưởng rất nhiều đến chất lượng và năng suất của
nông phẩm.
1.2.2. Tính chiu han ở thưc vât
• • • •

Tính chịu hạn của thực vật là khả năng thích nghi được hình thành ttong đời sống
để chống chịu vói điều kiện hạn hán của môi trường. Theo nhận định của Nguyễn Huy
Hoàng [7] sự thích nghi đó được thực hiện nhờ cơ thể điều chỉnh các cấu trúc và chức
năng ở các mức độ tổ chức khác nhau như: sự tạo thành một hệ thống rễ rộng lớn, giảm
diện tích lá, đóng khí khổng, tạo thành những kho chứa nước, 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 được hạn là những giống có hàm lượng nước liên kết và nồng độ
dịch bào tăng, áp suất thẩm thấu cao. Chúng có khả năng bảo tồn được quá trình trao đổi
chất bình thường hoặc có tốc độ thiết lập các phản ứng bảo vệ trong quá trình trao đổi
1
chất lớn khi tác động của hạn vượt quá giới hạn cho phép.
Để chống lại sự mất nước do nguyên nhân tò các tác động của bên ngoài, ở thực
vật có hai cơ chế sinh lý chủ yếu được 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 ừao đổi chất, hoạt
động của enzim, các chất bảo vệ hay protein sốc thẩm thấu
Các cơ chế bên ngoài như là: thực vật có thể hoàn thành chu kỳ sống sớm hơn
trước khi sự thiếu nước xảy ra, muốn yậy cây phải có sức sinh trưởng và phát triển mạnh
để có thể ra hoa và tạo quả sớm dẫn đến thời điểm thiếu nước không ảnh hưởng đên chu
kỳ sống của cây; hoặc thực vật có thể nhanh chóng bù lại sự thiếu nước thông qua những
biến đổi về hình thái như thay đổi độ mở khí khổng, giảm diện tích lá, định hướng sự
phát triển của lá theo hướng giảm sự hấp thụ bức xạ, tăng cường hấp thụ nước bằng sự
phát triển sâu rộng của bộ rễ [47]. Cơ chế này phụ thuộc vào sự thích nghi đặc biệt về
hình thái và cấu trúc của lá và rễ nhằm giảm thiểu sự mất nước và tăng cường sự hút
nước. Cây nào khi bị hạn có hệ thống rễ đâm sâu, lan rộng sẽ không phải chịu đựng khô
hạn khắc nghiệt như những cây có hệ thống rễ nằm ngay ttên 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 ừò như
những cái kho chứa nước, chứa oxi [33].
Cơ chế bên trong (cơ chế chịu mất nước) 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
nước bằng cách tích lũy các chất hòa tan như các protein sốc thẩm thấu, các acid amine

(proline, alanine ), mannitol, fractane, đường khử để điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội
bào. Duy trì được 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 nước cực đoan, đó là khả năng chịu hạn [33].
Tác dụng bảo vệ tế bào trong điều kiện bị mất nước nhờ các phản ứng hóa sinh là
đảm bảo được sự khử độc các sản phẩm tạo nên trong quá trình phân giải các họp chất
cao phân tử hoặc xúc tiến sự phục hồi các cấu trúc phân tử bị hư hại. Sau khi hạn ngừng
1
tác động, các quá trình phục hồi diễn ra nhanh nếu bộ gen được bảo tồn khỏi sự hư hại
trong thời gian khô hạn.Trong điều kiện hạn hán, áp suất thẩm thấu của tế bào được điều
chỉnh tăng lên giúp cho tế bào có thể duy trì lượng nước. 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 liền quan đến tính chịu hạn ở thực vật
1.3.1. Proline
Proline hay a - pirolidin cacboxylic là một a - aminoacid ưa nước, có công thức
phân tử là C5H9NO2 có mạch bên là hidrocacbua khác với các acid amine khác ở chỗ
nhóm amin bậc 1 ở C“ liên kết với cacbon của mạch bên tạo thành vòng pirolidine.
1
OH
Hình
1.1. Công
thức cấu
tạo và cấu
trúc không
gian của
proline
[83]
Proline
thuộc
nhóm các
chất điều

hòa thảm
thấu, cố
khối ỉượng
phân tử
nhỏ, có
tính chất
o
ISIH
không tích
điện ở pH
trung tính
(như các
ion vô cơ)
và có khả
năng hòa
tan tốt
tong nước,
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
ỉảm biến
tính tế bào
thì prolỉne
gỉủp thành
tế bào
chống lại
ảnh hường
củã sự biến
tính đó. Sự
tích lũy các
chất điều
hòã thẩm
thấu có ý
nghĩa rất
quan trọng
bởi vì
chúng
đống vai
ừò nòng
cốt trong
việc duy trì
sức trương
của tế bào
và hấp thụ
ngược
gradient
nồng độ
dưới tác

động của
stress
(Balibrea
et all, 2000
[40];
Naidoo G
and Naidoo
Y 2001
[64].
Prol
ine được
tổng hợp
từ
L.glutamat
e bởi
enzyme
chìa khóa ỗ
- pyrroline
-
carboxilate
-
synthentas
e (P5CS),
enzyme
này được
điều hòa
bởi proline
thông qua
cơ chế ức
chế ngược.

Đối với
Dhững
thực vật
chịu được
sừess nước
thì sự điều
hòa ngược
này đã
biến mất
và đây có
thể là
nguyên
nhân làm
tăng tích
lũy proline
dưới các
điều kiện
stress.
The
o
Kuznetsov
(1999) con
đường tổng
hợp
proline
trong thực
vật diễn ra
như sau:
Ty thể
P5C

G
l
u
t
a
m
a
t
Hình 1.2.
Sơ đồ sinh
tổng họp
prolin ở
thực vật
(theo
Kuznetsov
1999)
Prol
ine có cấu
trúc vòng
Xitoso
OA
T
02
Omitin
Proli
Proli
NADP
+
NADPH
c

P
P
5
C
P
NAD
PH
NAD
NAD
+
NAD
c
P5C
P5C
V
Glutamat
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
được tích
lũy trong
mô lá, mô
phân sinh
chóp rễ
của những
thực vật
được rèn
luyện trong
điều kiện
stress
nước, tích
lũy trong
hạt phấn bị
làm khô,
tích lũy ở
vùng chóp

rễ đang
sinh trưởng
nơi thế
năng nước
thấp và
những tế
bào thực
vật nuôi
cấy trong
môi trường
huyền phù
đã thích
nghi với
stress nước
hay stress
muối [33].
Hầu
hết trong tế
bào và các
mô của
thực vật
khi sống
trong
những điều
kiện sinh
lý bình
thường đã
có một
lượng
proline rất

nhỏ bé
[33].
Nhưng
dưới ảnh
hưởng của
môi trường
khắc
nghiệt như
hạn hán,
băng giá,
muối
mặn,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
lượng
proline và
sự sinh
trưởng của
cây có mối
liên quan
với nhau
thể hiện