Sự biến động huỳnh quang diệp lục của lá đậu tương khi gây hạn

Khoa: sinh ktnn
------------***------------

Nguyễn thị quyến

Sự biến động huỳnh quang
diệp lục của lá đậu tương
khi gây hạn

khóa luận tốt nghiệp
Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật

Hà nội 2008

1


Mục lục
Mở đầu
1.

Lý do chọn đề tài

3

2.

Mục đích nghiên cứu

6

3.

ý nghĩa lý luận và thực tiễn

7

Chương 1: Tổng quan tài liệu
1.1. ảnh hưởng của sự thiếu nước đối với thực vật

8

1.2. Huỳnh quang diệp lục và tình hình nghiên cứu về huỳnh quang diệp
lục ở thực vật nói chung và ở đậu tương nói riêng

9

1.2.1. Huỳnh quang diệp lục ở thực vật

9

1.2.2. Tình hình nghiên cứu về huỳnh quang diệp lục ở thực vật nói chung
và ở đậu tương nói riêng

12

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu

15

2.2. Phương pháp nghiên cứu

15

2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm

15

2.2.2. Phương pháp xác định huỳnh quang diệp lục

16

2.2.3. Xử lý số liệu

17

Chương 3: Kết quả và thảo luận
3.1. Sự biến động huỳnh quang diệp lục của lá đậu tương ở pha gây hạn sâu
và pha phục hồi nhanh khi gây hạn ở thời kì ra hoa

18

3.1.1.Huỳnh quang ổn định

18

3.1.2. Huỳnh quang cực đại

21

3.1.3. Hiệu suất huỳnh quang biến đổi

23

3.2. Sự biến động huỳnh quang diệp lục của lá đậu tương ở pha gây hạn sâu
và pha phục hồi nhanh khi gây hạn ở thời kì quả non
3.2.1. Huỳnh quang ổn định

25
25

2


3.1.2. Huúnh quang cùc ®¹i

27

3.1.3. HiÖu suÊt huúnh quang biÕn ®æi

29

KÕt luËn

33

Tµi liÖu tham kh¶o

34

3


Mở đầu
1. Lý do chọn đề tài
Đậu tương có tên khoa học là Glycine max thuộc họ Đậu (Fabaceace)
có nguồn gốc từ cây đậu tương dại (một loài cây dây leo nhỏ và yếu) ở Trung
Quốc thuộc Đông Bắc Châu á. Đó là loại cây công nghiệp ngắn ngày hiện
nay đang được trồng từ 48 vĩ độ Bắc đến 30 vĩ độ Nam tập trung chủ yếu ở 3
nước: Mĩ, Trung Quốc, Braxin, [5].
Đậu tương là cây trồng có giá trị sử dụng toàn diện là nguồn đạm thực
vật đóng vai trò quan trọng trong việc giải quyết nhu cầu dinh dưỡng prôtêin
cho người và gia súc, nguồn nguyên liệu cho công nghiệp, cải tạo đất vì nó
phá vỡ chu kì sâu bệnh trong luân canh.
Từ thời cổ người Trung Hoa đã xếp đậu tương vào hàng ngũ cốc ngọc
thực nuôi sống người. Cho tới ngày nay nó vẫn duy trì được vị trí quan trọng
trong hàng ngũ các cây lương thực thực phẩm. Từ năm 1972 sản lượng đậu
tương hàng năm trên thế giới xấp xỉ và vượt 50 triệu tấn/năm với hàm lượng
prôtêin đạt khoảng 40% và hiện nay con số đó còn cao hơn gấp nhiều lần. Nếu
sản lượng đậu tương hàng năm trên thế giới được trực tiếp dùng làm thực
phẩm thì có thể cung cấp prôtêin cho 800 triệu người tính theo khẩu phần
prôtêin tiêu chuẩn 0,5 g/người/ngày. Một xu thế trong luồng nhập dầu ở các
nước nói chung và các nước có dầu mỏ nói riêng là tăng nhập dầu đậu tương
và dầu thực vật khác để cải thiện nhanh khẩu phần ăn cho nhân dân. Không
những thế hiện nay người ta còn phát hiện ra hơn một nghìn cách sử dụng đậu
tương trong thực phẩm, công nghiệp kể cả công nghiệp hàng không vũ trụ,
chăn nuôi, trồng trọt, y tế không một bộ phận nào của cây đậu tương không
có giá trị, kể cả giá trị về mặt kinh tế lẫn mặt khoa học [5]. Trong công nghiệp
thực phẩm người ta sử dụng bột đậu tương để chế biến thành prôtêin có cấu
trúc, có thớ, ăn vào miệng nhai như thịt có ý nghĩa phục vụ trong công nghiệp

thực phẩm, hay bột đỗ cấu trúc hoá tạo thành một loại thực phẩm có hàm

4


lượng prôtêin ngang với thịt gia súc mà quá trình cấu trúc hoá không ảnh
hưởng đến chất lượng chế phẩm về giá trị dinh dưỡng cũng như khẩu vị. Hay
như năm 1929 Mead Johnson đưa ra cấu trúc Sobe dùng bột đậu tương còn
nguyên chất béo để sản xuất thức ăn cho trẻ em bị dị ứng sữa bò (vì nó không
có Lactôzơ). Không chỉ vậy với vị trí là cây có hàm lượng dầu quan trọng
nhất, những năm gần đây đậu tương và những sản phẩm chế biến từ đậu tương
chủ yếu là khô dầu đã trở thành những mặt hàng nông sản xuất khẩu rất quan
trọng của nước Mĩ (đất nước sản xuất 2/3 sản lượng đậu tương trên thế giới) và
được coi là cứu tinh của đồng đô la - là mặt hàng có giá trị chiến lược, vũ khí
của nền ngoại giao con thoi [5].
ở Châu á, phần lớn đậu tương được dùng làm thực phẩm. Có tới gần
300 cách chế biến đậu tương làm thức ăn. Đậu tương có giá trị dinh dưỡng tốt
nhất so với các món ăn có nguồn gốc từ thực vật. Prôtêin của đậu tương gần
giống với prôtêin của động vật nhất là trứng [5]. Trong công nghiệp đậu tương
có trên 400 công dụng khác nhau từ việc để chế mĩ phẩm đến chế dầu bôi trơn
một vài động cơ trong tên lửa vũ trụ. Đậu tương hạt, các phụ phẩm và chế
phẩm của đậu tương trong công nghiệp đậu tương được dùng rộng rãi làm thức
ăn cho gia súc, làm phân bón.
Với nhiều công dụng tiến bộ như vậy trong tương lai nhiều nước đang
dự tính mở rộng diện tích trồng đậu tương.
ở nước ta, đậu tương cũng được trồng khá phổ biến và rộng rãi với một
diện tích không nhỏ. Hiện nay nó cũng có xu hướng mở rộng diện tích nhất là
khi một nghiên cứu quốc tế năm 1973 đã đưa ra kết quả là lãnh thổ nước ta
nằm trong đới môi trường (100 200 vĩ tuyến Bắc) có tiềm năng sản lượng cao
nhất.

Mặc dù với một diện tích gieo trồng lớn và được trồng 3 vụ/ năm nhưng
tổng sản lượng của đậu tương còn chưa cao. Có nhiều nguyên nhân làm sản
lượng đậu tương còn thấp như: hạn hán, úng ngập, thiếu phân bón, chưa có

5


biện pháp kĩ thuật hợp lí, chưa có những giống cho năng suất cao và thích nghi
với những điều kiện khí hậu, đất đai khác nhau, nhất là những giống cho vùng
thường gặp nắng hạn, khó chủ động trong việc tưới tiêu
Một trong những nguyên nhân chủ yếu gây nên giảm năng suất cây
trồng nói chung và đậu tương nói riêng qua các năm đó là hạn hán. Mặc dù
hạn hán đi qua chỉ có tính chất tạm thời nhưng người ta đã ghi nhận nhiều đợt
hạn hán liên tiếp đã xảy ra ở mọi nơi vào bất cứ thời điểm nào đều gây ra
những thiệt hại vô cùng to lớn [7]. ở bất kì một địa phương nào, năm nào, yếu
tố riêng lẻ quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất đậu tương là nước. Thiếu
nước trong thời kì làm quả là nguyên nhân gây biến động năng suất qua từng
năm. Thí nghiệm giống trong điều kiện thiếu ẩm ở Ohalo phát hiện: giống
chịu hạn giảm năng suất 20%, giống kém chịu hạn nhất giảm năng suất 40%.
Vì vậy tìm hiểu mức độ ảnh hưởng của nước đến năng suất cây trồng hay
nghiên cứu tính chịu hạn và các biện pháp nâng cao tính chịu hạn là vấn đề
cần thiết đối với cây trồng. Cây đậu tương nói riêng và cây họ Đậu nói chung
thường được trồng ở những nơi khô hạn, điều kiện cung cấp nước gặp khó
khăn thì việc nghiên cứu vấn đề này lại càng cần thiết.
Trước thực tế khó khăn đó, những năm trở lại đây đã có nhiều công
trình nghiên cứu về các chỉ tiêu sinh lí của cây trồng trong điều kiện môi
trường bất lợi đặc biệt ở môi trường bị hạn như: huỳnh quang diệp lục, khả
năng quang hợp, thành phần đường tan, hàm lượng prolin . Trong đó huỳnh
quang diệp lục là phương pháp ngày càng được quan tâm nhiều hơn bởi lẽ
phương pháp này cho phép đánh giá tính chống chịu của thực vật dưới tác

động của điều kiện bất lợi mà không gây bất kì một tổn thương nào khi nghiên
cứu. Đã có nhiều tác giả sử dụng phương pháp huỳnh quang diệp lục như là
một công cụ để đánh giá khả năng chịu hạn của cây trồng và đã đạt hiệu quả
trên một số loài cây: tảo [7], cà chua [8], nhãn [10], lúa [13], [14] . Các
công trình nghiên cứu này đều chỉ ra rằng tâm phản ứng PSII bị tổn thương

6


trong điều kiện môi trường bất lợi. Sự tổn thương này ảnh hưởng đến phản ứng
quang hoá ở PSII, được thể hiện bằng sự giảm sút hiệu suất huỳnh quang biến
đổi của diệp lục. Trên đối tượng là đậu tương việc tìm hiểu bản chất chịu hạn
của các giống bằng phương pháp đo huỳnh quang diệp lục trong vòng vài năm
trở lại đây đã được một số nhà khoa học quan tâm nghiên cứu như: Nguyễn
Văn Mã, Phan Hồng Quân, Nguyễn Thị Hồng Thắm Tuy nhiên các kết quả
nghiên cứu này mới chỉ đưa ra rằng: trong điều kiện sinh trưởng và phát triển
bình thường, ở thời kì ra hoa những giống có khả năng chịu hạn khá giá trị
hiệu suất huỳnh quang biến đổi cao hơn so với những giống chịu hạn kém hơn
[12]; hay ở thời kì ra hoa khi cây thiếu nước, cường độ huỳnh quang ổn định
của lá tăng, huỳnh quang cực đại có xu hướng giảm sút, hiệu suất huỳnh
quang biến đổi giảm rõ rệt [9]. Việc nghiên cứu sự biến động huỳnh quang
diệp lục ở pha gây hạn cuối cùng hay pha gây hạn sâu thời điểm cây trồng
thiếu nước ở mức cao nhất có thể gây ra những rối loạn và tổn thương về mặt
sinh lí và thời điểm sau khi tưới nước trở lại có thể phát hiện những phản
ứng sinh lý sâu sắc hơn để góp phần đánh giá khả năng chống chịu của chúng
trong điều kiện bất lợi của môi trường. Vì những lí do kể trên chúng tôi tiến
hành chọn và nghiên cứu đề tài này nhằm góp phần làm rõ bản chất vấn đề đã
nêu và mở ra triển vọng ứng dụng trong đánh giá khả năng chịu hạn của các
giống đậu tương đang được gieo trồng ở những vùng khô hạn.
2. Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu huỳnh quang diệp lục của một số giống đậu tương thông
qua các chỉ tiêu: huỳnh quang ổn định (F0), huỳnh quang cực đại (Fm), hiệu
suất huỳnh quang biến đổi (Fvm) ở pha cuối cùng của quá trình gây hạn và
nghiên cứu, đánh giá khả năng phục hồi của giống đậu tương sau khi được
tưới nước trở lại ở thời kì ra hoa và thời kì quả non.

7


3. ý nghĩa lí luận và ý nghĩa thực tiễn
Tìm hiểu sâu về ảnh hưởng của hạn hán và khả năng phục hồi huỳnh
quang của diệp lục ở đậu tương. Đồng thời có thể sử dụng kết quả này để xác
định nhanh khả năng chịu hạn của các giống đậu tương đang gieo trồng, các
giống nhập nội, để lựa chọn và định hướng gieo trồng cho những vùng đất
thích hợp.

8


CHƯƠNG 1
Tổng quan tài liệu
1.1.ảnh hưởng của sự thiếu nước đối với thực vật
Nước là một trong các nhân tố sinh thái vô cùng quan trọng đối với sự
sống của sinh vật nói chung và thực vật nói riêng. Nước là thành phần không
thể thiếu và chiếm một tỉ lệ rất lớn trong cơ thể thực vật (chiếm 90 95% khối
lượng tươi). Trạng thái nước có ổn định hay không sẽ ảnh hưởng tới sự sinh
trưởng và phát triển của cây trồng. Nước là nhân tố đảm bảo sự thống nhất
trong cơ thể thực vật. Trước tiên, nước là dung môi chủ yếu, nhờ đó mà các
sản phẩm của quá trình trao đổi chất ở thực vật được vận chuyển từ bộ phận
này đến bộ phận khác. Nhờ sức căng bề mặt lớn, nước cùng các chất hoà tan

(các sản phẩm đồng hoá, muối khoáng) có thể đi tới các cơ quan bộ phận
tham gia vào các quá trình sinh hoá của cơ thể thực vật. Do đó đảm bảo sự
phối hợp nhịp nhàng giữa các hoạt động của các cơ quan trong một cơ thể
thống nhất. Bên cạnh đó nước còn là môi trường quan trọng cho các phản ứng
sinh hoá học, là nguyên liệu hay là sản phẩm của các quá trình chuyển hoá.
Ngoài ra nước còn là yếu tố quan trọng có tác dụng điều hoà nhiệt độ của lá
Thiếu nước hạt không có khả năng nảy mầm, cây non bị chết, tạo quả kém,
giảm năng suất.
Không chỉ có nước, các nhân tố sinh thái khác cũng có vai trò quan
trọng không kém. Mỗi cơ thể thực vật đều có khả năng hình thành các nhu cầu
nhất định về những nhân tố sinh thái ấy đồng thời các nhu cầu đó đều nằm
trong một giới hạn xác định, hay nói cách khác mỗi loài thực vật đều có một
giới hạn nhất định đối với các nhân tố sinh thái của môi trường như: nhiệt độ,
ánh sáng, độ ẩm ở ngoài giới hạn đó thực vật sẽ gặp bất lợi cho sự sinh
trưởng và phát triển của cây. Bên cạnh đó, mỗi cơ thể cũng tạo ra những khả
năng thích nghi với sự biến đổi phức tạp của điều kiện xung quanh giúp cho
thực vật không bị tổn thương khi tiếp nhận các tác động bất lợi này và còn có

9


thể thích ứng với điều kiện sống mới, đó được gọi là tính chống chịu của thực
vật.
Thực vật có khả năng chống chịu với nhiều kiểu biến đổi của môi
trường khác nhau. Việc chống chịu với điều kiện môi trường thiếu nước được
gọi là tính chịu hạn.
Hạn hán là phức hệ các điều kiện khí tượng tác động gây ra sự thiếu
nước đối với cây trồng. Sự thiếu nước sẽ gây ra những hậu quả rất nghiêm
trọng không những làm biến đổi hình thái bên ngoài (cây bị héo, cằn cỗi, lá
quăn ) mà nó còn ảnh hưởng đến các hoạt động sinh lí, sinh hoá bên trong

(quá trình quang hợp, hô hấp bị ức chế) từ đó làm giảm năng suất của cây
trồng. ở đậu tương khi bị thiếu nước giống chịu hạn nhất năng suất giảm 20%,
giống kém chịu hạn nhất giảm năng suất 40%. Hiện tượng mất nước có thể do
nhiều nguyên nhân như: nhiệt độ thấp, nóng, hạn hán Trong thực tế đối với
cây trồng cạn không phải bao giờ cũng được cung cấp nước đầy đủ. Do đó, sự
sinh trưởng và phát triển của cây trồng thường xuyên bị ảnh hưởng của sự
thiếu nước. Hạn để lại hậu quả chính là làm cho cây bị mất nước và rối loạn
quá trình trao đổi chất. ở mức độ nhẹ, hạn hán có thể làm giảm hay thậm chí
ngừng hẳn khả năng sinh trưởng của cây và cây trồng có thể bị chết khi hạn
nặng. Vì vậy việc duy trì thích hợp lượng nước cần thiết trong cây đảm bảo
cho cây sinh trưởng và phát triển thuận lợi, cho năng suất cao là vấn đề quan
trọng và cần thiết trong nghành trồng trọt hiện nay nhất là khi bài toán lương
thực đang được đặt lên hàng đầu.
1.2. Huỳnh quang diệp lục và tình hình nghiên cứu về huỳnh quang diệp
lục ở thực vật nói chung và ở đậu tương nói riêng
1.2.1. Huỳnh quang diệp lục ở thực vật
Huỳnh quang diệp lục là sự bức xạ được diệp lục phát ra với bước sóng
dài hơn bước sóng hấp thụ và đồng thời với thời gian chiếu sáng.

10


Khi hấp thụ photon ánh sáng, phân tử diệp lục tạo thành trạng thái kích
thích do kết quả của quá trình nhảy điện tử * và từ n *. Thông
thường khi điện tử của phân tử bị kích thích có thể xảy ra 2 trường hợp:
Trường hợp 1: là trạng thái kích thích của điện tử được gọi là Singlet
(trạng thái không bền), nếu như khi chuyển điện tử lên mức năng lượng cao
hơn nếu như không kèm theo sự đổi dấu của spin điện tử.
Trường hợp 2: là trạng thái kích thích của điện tử gọi là Triplet (trạng
thái bền ổn định hoặc trạng thái bền thứ cấp), nếu như sự truyền điện tử lên

mức năng lượng cao hơn có kèm theo sự đổi dấu của spin điện tử.
Điện tử ở trạng thái kích thích sẽ nhanh chóng chuyển về trạng thái
khác bằng cách giải phóng năng lượng hấp thụ theo những con đường sau:
Có thể chuyển năng lượng tới một phân tử nhận năng lượng khác và
cuối cùng khởi động các phản ứng quang hoá, gây ra sự truyền điện tử quang
hợp.
Năng lượng được giải phóng ra dưới dạng nhiệt.
Năng lượng được giải phóng ra dưới dạng sóng điện từ. Có nghĩa là nó
có thể phát lại dưới dạng một photon có năng lượng nhỏ hơn (tức là có bước
sóng dài hơn). Hiện tượng này gọi là huỳnh quang.
Nguyên nhân của hiện tượng huỳnh quang là do năng lượng phát ra
dưới dạng sóng điện từ khi chuyển điện tử từ trạng thái kích thích Singlet về
trạng thái cơ sở.
Các quá trình truyền năng lượng nêu trên cạnh tranh nhau, chủ yếu là sự
cạnh tranh giữa phản ứng quang hoá và huỳnh quang diệp lục. Ta có thể mô tả
quá trình trên bằng sơ đồ:
K K K

f
d
ph
P *
P

P* là trạng thái kích thích.
P là trạng thái cơ bản của phân tử.

11

Kf là hằng số tốc độ làm mất đi trạng thái kích thích bằng bức xạ
(huỳnh quang).
Kd là hằng số tốc độ làm mất đi trạng thái kích thích không bằng bức xạ
(mất đi dưới dạng nhiệt).
Kph là hằng số tốc độ làm mất đi trạng thái kích thích bằng quang hoá
(sự phân chia đầu tiên của các điện tích trong tâm phản ứng).
Hiệu suất lượng tử của phản ứng quang hoá và huỳnh quang sẽ tương
ứng bằng:

QZ

k ph
k f kd k ph

QF0

kf
k f kd k ph

Trong điều kiện tối ưu, khi các tâm phản ứng hoạt động (các tâm phản
ứng mở) hằng số kph lớn hơn đáng kể so với các hằng số còn lại và do đó
năng lượng được kích thích được sử dụng trong phản ứng quang hợp với hiệu
suất lượng tử QZ gần bằng đơn vị (=1), có một phần rất nhỏ năng lượng kích
thích bị mất đi dưới dạng huỳnh quang trong quá trình vận chuyển năng lượng
về tâm phản ứng. Như vậy, khi tâm phản ứng mở xảy ra quá trình oxi hoá
hoàn toàn chất nhận điện tử đầu tiên quinon (QA), còn khi các tâm phản ứng
đóng xẩy ra sự khử chất nhận điện tử đầu tiên quinon (QA), và khi đó huỳnh
quang đạt giá trị cực đại. Khi tâm phản ứng đóng thì hằng số tốc độ mất
trạng thái kích thích bằng quang hoá sẽ bằng không, còn huỳnh quang tăng
lên và đạt giá trị cực đại (Fm).

(QZ) = 0

QFm

kf
k f kd k ph

Hiệu giữa cường độ huỳnh quang khi tâm phản ứng đóng và mở
(Fv = Fm F0) được gọi là huỳnh quang biến đổi của diệp lục. Nó tương ứng
với phần năng lượng ánh sáng được các tâm phản ứng mở sử dụng trong
phản ứng quang hoá. Một cách dễ dàng có thể chỉ ra rằng tỉ lệ giữa huỳnh

12


quang biến đổi và huỳnh quang cực đại bằng hiệu suất lượng tử (hiệu suất
huỳnh quang biến đổi) của phản ứng quang hoá đầu tiên phân chia các điện
tích ở các tâm phản ứng quang hợp.

QFm QF0
QFm



k ph
k f kd k ph

QZ

Như vậy, đo cường độ huỳnh quang ổn định (F0) và cường độ huỳnh

quang cực đại (Fm) trong một thời gian tương đối cho phép nhận được giá trị
tuyệt đối về hiệu quả sử dụng năng lượng ánh sáng trong các phản ứng quang
hoá.

QZ
Theo Ohad tỉ lệ

Fv Fm F0

Fm
Fm

Fv
là phản ánh dòng điện tử trong phản ứng quang hợp đi
Fm

qua chất nhận điện tử thứ 2 là QB. Tỉ lệ này giảm đi khá nhiều khi điều kiện
sinh trưởng gặp bất lợi (hạn hán, ánh sáng dư thừa, thiếu dinh dưỡng ) và có
thể được sử dụng để đánh giá trạng thái sinh lí của thực vật.
1.2.2. Tình hình nghiên cứu về huỳnh quang diệp lục ở thực vật nói chung
và ở đậu tương nói riêng
Huỳnh quang diệp lục là một thông số phản ánh trạng thái sinh lí của
bộ máy quang hợp trong điều kiện môi trường bất lợi. Phương pháp phân tích
huỳnh quang diệp lục cho phép xác định nhanh tính chống chịu của thực vật
dưới tác động của điều kiện bất lợi ở trạng thái invitro mà không gây tổn
thương cho cây trồng trong quá trình nghiên cứu [10].
Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của khoa học kĩ thuật các kĩ thuật
đo huỳnh quang hiện đại đã ra đời. Kết hợp với những ưu điểm vượt trội của
phương pháp đo huỳnh quang diệp lục để đánh giá trạng thái sinh lí của thực
vật trong những năm gần đây mà phương pháp đo huỳnh quang trở thành một

13


công cụ hết sức quan trọng trong việc nghiên cứu sinh lí thực vật. Bằng việc
áp dụng những kĩ thuật hiện đại đó người ta đã thu được những kết quả quan
trọng cho phép giải thích nguồn gốc và hiểu một cách sâu sắc về cơ chế của
hiện tượng huỳnh quang. Tuy vậy, việc giải thích về lí thuyết hiện tượng
huỳnh quang mới chỉ thu nhận được trên các đối tượng như: protoplast, lục lạp
được tách rời, màng thylacoid
Trên thế giới, trong vòng 15 năm trở lại đây đã xuất hiện hàng loạt các
thông báo về huỳnh quang diệp lục và mối liên quan của nó với các hiện tượng
vật lí và quang hợp (Lavorel và Etiene 1977, Butler 1977, Van Gorkom 1986,
Holzwarth 1991). Trong các nghiên cứu của Renger, Schireiber (1986),
Matara Satoh (1986), Krause và Weis (1991) đã đưa ra các dẫn liệu mới nhất
về mối liên hệ của bức xạ huỳnh quang và quang hợp. Phương pháp phân tích
huỳnh quang diệp lục được nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm và sử
dụng như một công cụ để đánh giá tính chống chịu của một số loài như: tảo đỏ
(porphyra), dưa chuột, lúa [10], cây thích, cây sam [13]
ở Việt Nam, những năm trở lại đây bắt đầu xuất hiện một số công trình
nghiên cứu về huỳnh quang diệp lục trong điều kiện môi trường bất lợi và đã
đạt được một số kết quả như sau: ở loài tảo người ta đã phát hiện thấy sự mất
hoạt tính PSII liên quan với việc giảm F0, đã được tăng lên và trở thành không
thuận nghịch khi ức chế quá trình trao đổi năng lượng trong tối của tế bào
bằng azit natri, indoaxêtamit, 2 - đêoxy D glucô và khi ức chế tổng hợp
prôtêin bằng xiclohecximit hoặc là cloramphelcol. Trong khi đó, mất hoạt tính
liên quan với việc tăng hiệu suất F0, đã bị ức chế khi có mặt chất ức chế trao
đổi năng lượng và xiclohecximit [7]. Trên đối tượng là nhãn nghiên cứu cho
thấy khi có những tác động bất lợi của việc ngừng cấp nước qua rễ đã ảnh
hưởng xấu đến trạng thái sinh lí và hoạt động quang hợp của cây nhãn thể

hiện gián tiếp qua sự suy giảm giá trị huỳnh quanh diệp lục (F0, Fm và Fvm),
mức thay đổi huỳnh quang diệp lục ở lá nhãn còn phụ thuộc vào thời gian

14


ngừng cấp nước [13]. Nghiên cứu ở lúa đưa ra rằng khả năng chịu hạn của các
giống và dòng được thể hiện qua tham số F0, Fm và Fvm trong điều kiện gây
hạn nhân tạo và có thể sử dụng phương pháp đo huỳnh quang diệp lục để đánh
giá nhanh khả năng chịu hạn của các giống lúa giai đoạn cây con [10], hoặc
khi nghiên cứu ảnh hưởng của NaCl, KClO3 đến huỳnh quang diệp lục lá mạ
lúa TH85 cho thấy F0, Fm và Fvm đều biến đổi khác nhau theo cường độ ánh
sáng, NaCl 0,9% làm giảm Fvm ở cường độ ánh sáng từ 40% đến 100% so với
đối chứng trong khi KClO3 làm tăng Fvm so với NaCl 0,9% ở các mức ánh sáng
như trên và cả ánh sáng toàn phần [14]. Ngoài ra còn có những nghiên cứu
trên cà chua và đạt được một số kết quả có ý nghĩa [8]
Trên đối tượng là đậu tương cũng đã xuất hiện một số công trình nghiên
cứu về huỳnh quang diệp lục [9], [12]. Những nghiên cứu này chỉ ra rằng giá
trị hiệu suất huỳnh quang biến đổi (Fvm) ở những giống đậu tương có khả năng
chịu hạn khá cao hơn những giống có khả năng chịu hạn kém hơn [12], trong
điều kiện gây hạn giá trị cường độ huỳnh quang ổn định của lá đậu tương
tăng, giá trị huỳnh quang cực đại có xu hướng giảm sút, hiệu suất huỳnh
quang biến đổi giảm rõ rệt [9].

15


CHƯƠNG 2
Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
2.1. Đối tượng nghiên cứu

Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chúng tôi tiến hành nghiên cứu 2
giống đậu tương. Nguồn gốc và đặc điểm của các giống như sau:
DT84: DT84 do viện di truyền nông nghiệp chọn lọc từ dòng đột biến
của tổ hợp lai ĐT80 và ĐH4 kết hợp gây đột biến thực nghiệm tác nhân
Gamma Co60 / 18 Krad trên dòng lai F3 . DT84 có đặc điểm chính và mùa vụ
rất thích hợp. Cây cao từ 50 60 cm, thời gian sinh trưởng khoảng 85 90
ngày, thân có lông màu trắng, lá màu xanh nhạt, hoa tím, vỏ quả vàng, hạt to
có màu vàng đẹp, rốn hạt có màu nâu nhạt, năng suất đạt từ 1,5 - 3,5 tấn/ ha.
DT84 sinh trưởng tốt nhất và đạt năng suất cao nhất ở vụ hè, được công nhận
là giống quốc gia năm 1995 [11].
DT96: DT96 do viện di truyền nông nghiệp chọn lọc từ tổ hợp lai giữa
DT90 với DT84. DT96 có đặc điểm chính và mùa vụ thích hợp: cây cao 50
60 cm, thời gian sinh trưởng khoảng 90 95 ngày, thân có màu nâu nhạt, lá
màu xanh, hoa tím, vỏ quả xám, hạt tròn màu vàng, rốn hạt màu trắng, khối
lượng 1000 hạt 190 220 gam, năng suất đạt 1,8 3,2 tấn/ ha, kháng bệnh tốt
(bệnh đốm nâu vi khuẩn, gỉ sắt, sương mai, virus khảm), khả năng chống lốp
đổ tốt, có thể trồng 3 vụ trong 1 năm. DT96 được công nhận là giống quốc gia
chính thức năm 2004 [11].
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Chúng tôi tiến hành thí nghiệm tại khu nhà lưới của khoa Sinh KTNN
vào vụ Hè Thu năm 2007. Các giống đậu tương nghiên cứu được trồng trong
chậu kích thước cao: 45 cm đường kính 30 cm với 3 lần nhắc lại, mỗi chậu 5
cây. Các chậu được chia thành 3 lô: lô thí nghiệm 1, lô thí nghiệm 2 và lô đối
chứng. Ba lô này được chăm sóc như nhau cho đến khi các giống đồng loạt

16


nhú mầm hoa tiến hành gây hạn ở lô thí nghiệm 1 bằng cách ngừng tưới nước

và che chắn bằng nilon trắng để ngăn cản được nước mưa và sương mà cây
vẫn đủ ánh sáng để quang hợp, lô đối chứng tiến hành tưới nước bình thường.
Theo dõi ở lô thí nghiệm cho đến khi 2 lá dưới cùng héo tiến hành đo huỳnh
quang diệp lục ở lô thí nghiệm 1 và lô đối chứng, lô thí nghiệm 2 vẫn để
nguyên và tiến hành chăm sóc như bình thường. Lô thí nghiệm 2 được gây hạn
tương tự như lô thí nghiệm 1 ở thời kỳ ra quả non.
Cách thức đo: Ta tiến hành đo 6 lần vào ngày cuối cùng gây hạn khi 2
lá cuối cùng bị héo trước khi kết thúc gây hạn và 6 lần sau khi tưới nước trở lại
ở lô thí nghiệm 1, mỗi lần đo cách nhau 10 phút.
Thời gian đo huỳnh quang diệp lục ở cả 2 đợt gây hạn đều bắt đầu từ
9h.
2.2.2. Phương pháp xác định huỳnh quang diệp lục
Huỳnh quang diệp lục được đo trên máy Chlorophill fluorometer OS
30 do hãng ADC Anh cung cấp. Thời gian ủ tối là 10 phút để các tâm phản
ứng ở trạng thái mở hoàn toàn hay toàn bộ chất nhận điện tử đầu tiên trong
mạch vận chuyển điện tử quang hợp quinon A (QA) ở trạng thái oxi hoá.
Máy đo xác định các chỉ tiêu:
F0 Cường độ huỳnh quang ổn định, F0 phản ánh sự mất đi năng lượng
kích thích bằng bức xạ trong khoảng thời gian vận chuyển chúng về tâm phản
ứng PSII ở trạng thái mở.
Fm Cường độ huỳnh quang cực đại, Fm đo được khi các tâm phản ứng
PSII ở trạng thái đóng.
Fvm Hiệu suất huỳnh quang biến đổi, Fvm phản ánh hiệu quả sử dụng
năng lượng ánh sáng trong phản ứng quang hoá, được xác định như sau:

Fvm

Fv Fm F0

Fm

Fm

17


Lá được chọn để đo là những lá có tuổi sinh lí tương đương nhau và có
hoạt động sinh lí, sinh hoá mạnh (thường là lá thứ 3 tính từ ngọn xuống).
2.2.3. Xử lý số liệu
Số liệu được xử lý, đánh giá theo phương pháp thống kê toán học nhờ
phần mềm Microsoft Office Excel 2003 với các thông số: trung bình số học,
độ lệch chuẩn, sai số trung bình số học, hệ số biến động, tiêu chuẩn độ tin của
hiệu.
n

X
X

i 1

n
i

; 2

(X

i

X )2
; 2

i 1

n
n 1
X X2
.100

CV
;m
; td 1
X
n
m12 m22
X : Trung bình số học.

X i : Giá trị kết quả đo đếm được ở mỗi lần nhắc lại.

n : Số lần nhắc lại.
: Độ lệch chuẩn.
CV : Hệ số biến động.

td : Tiêu chuẩn độ tin của hiệu.

m : Sai số trung bình số học.

18


CHƯƠNG 3

Kết quả và thảo luận
3.1. Sự biến động huỳnh quang diệp lục của lá đậu tương ở pha gây hạn
sâu và pha phục hồi nhanh khi gây hạn ở thời kì ra hoa
Pha gây hạn sâu là giai đoạn cây trồng bị thiếu nước ở mức độ cực đại.
Khi đó các quá trình sinh lí, sinh hóa trong cây không chỉ giảm sút mà chúng
còn bị rối loạn, tổn thương mạnh, cây bị stress thực sự.
Pha phục hồi nhanh: khi đang trong pha gây hạn sâu được cung cấp
nước đầy đủ trở lại, cây trồng nói chung và đậu tương nói riêng có khả năng
hút nước nhanh chóng để phục hồi lại các hoạt động sinh lí, sinh hóa, từ đó
giảm dần trạng thái stress của cây. Đối với cây đậu tương giai đoạn này diễn
ra trong thời gian rất ngắn. Ta gọi đó là pha phục hồi nhanh sau khi cây bị
hạn.
Khảo sát sự biến đổi huỳnh quang diệp lục của lá đậu tương ở 2 pha:
gây hạn sâu và phục hồi nhanh ở thời kì ra hoa có ý nghĩa rất quan trọng trong
việc tìm hiểu sâu sắc hơn các phản ứng sinh lí của cây đậu tương từ đó có
những ứng dụng tốt trong ngành trồng trọt.
Sự biến động huỳnh quang diệp lục của lá đậu tương được thể hiện ở
các thông số sau:
3.1.1. Huỳnh quang ổn định
Cường độ huỳnh quang ổn định (F0) phản ánh sự mất đi năng lượng
kích thích bằng bức xạ trong khoảng thời gian vận chuyển chúng về tâm phản
ứng PSII ở trạng thái mở. Sự biến đổi F0 phần nào phản ánh khả năng chịu
hạn của các giống đậu tương.
Kết quả đo huỳnh quang ổn định (F0) được trình bày trong bảng 3.1 và
hình 3.1.

19


Bảng 3.1. Huỳnh quang ổn định của lá đậu tương khi gây hạn ở thời kì ra hoa.

Tên giống

DT84

Lần đo

DT96

TN

ĐC

TN

ĐC

X m

X m

X m

X m

1

420.0 19.0

375.5 0.5

367.5 3.5

388.5 16.5

Pha

2

464.5 1.5

393.5 0.5

386.5 2.5

373.0 4.0

gây

3

480.0 0.0

406.0 6.0

406.5 7.5

377.0 6.0

4

488.0 7.0

398.0 1.0

407.0 6.0

373.5 5.5

5

482.0 19.0

380.0 4.0

413.5 3.5

339.5 5.5

6

511.5 2.5

410.0 1.0

418.0 4.0

390.0 0.0

1

487.0 24.0

364.5 23.5

460.0 9.0

396.5 10.5

Pha hồi

2

468.0 7.0

357.0 8.0

401.5 18.5

368.0 3.0

phục

3

467.5 18.5

367.5 5.0

388.0 1.0

375.5 8.5

4

454.5 9.5

348.5 1.5

367.5 4.5

370.0 27.0

5

379.5 0.5

345.0 2.0

375.0 0.0

368.5 27.5

6

373.5 6.0

350.0 14.0

351.5 15.5

366.0 25.0

hạn sâu

nhanh

F0
600

ĐC: Đối chứng
TN: Thí nghiệm

500
400

DT84 - TN
DT84 - ĐC
DT96 - TN
DT96 - ĐC

300
200
100
0
1

2

3

4

5

Pha gây hạn sâu

6

1

2

3

4

5

6

Pha phục hồi nhanh

Hình 3.1. Sự biến động huỳnh quang ổn định của lá đậu
tương khi gây hạn ở thời kì ra hoa.

20

Lần đo

Nhìn vào bảng 3.1 và hình 3.1 ta thấy giá trị huỳnh quang ổn định F0
của cả 2 giống DT84 và DT96 ở lô thí nghiệm trong giai đoạn trước khi tưới
nước (pha gây hạn sâu) đều tăng so với lô đối chứng. Kết quả này phù hợp với
kết quả nghiên cứu của Nguyễn Văn Mã, Phan Hồng Quân [9], Đinh Thị
Phòng và cộng sự [10], Nguyễn Quốc Thông và cộng sự [13]. Hơn nữa mức
độ tăng này còn là tăng dần lên sau mỗi lần đo, càng gần thời điểm tưới nước
thì huỳnh quang ổn định càng tăng cao. Giá trị F0 tăng được giải thích là do
ảnh hưởng của hạn hán làm cho số lượng tâm phản ứng PSII ở trạng thái mở
giảm đi, năng lượng dùng cho quang hoá giảm dần, dẫn tới cường độ huỳnh
quang ổn định F0 tăng.
Sau khi tưới nước trở lại huỳnh quang ổn định F0 lại có xu hướng giảm
dần sau mỗi lần đo trong pha phục hồi nhanh. Giống DT84 chỉ sau khi tưới
nước 10 phút F0 đã có sự suy giảm rõ rệt và tiếp tục giảm ở những lần đo sau.
Giống DT96 thì sau khi tưới 10 phút F0 vẫn tiếp tục tăng và chỉ bắt đầu giảm
đi ở lần đo phút thứ 20. F0 giảm dần chứng tỏ năng lượng được sử dụng trong
các phản ứng quang hoá ngày càng lớn, sự mất mát năng lượng bằng huỳnh
quang giảm sút. Các giống có xu hướng phục hồi hoạt động sinh lí, sinh hoá
khi được cung cấp nước trở lại và cơ chế phục hồi này diễn ra rất nhanh chóng
chỉ sau khi tưới ít phút. Trong 2 giống nghiên cứu thì giống DT84 có khả năng
phục hồi nhanh hơn so với giống DT96.
Như vậy, trong khi ở lô đối chứng của cả 2 giống F0 luôn giữ vững ở
mức độ ổn định và hầu như chỉ dao động trong khảng 350 400 thấp hơn hẳn
so với lô thí nghiệm thì ở lô thí nghiệm càng ở những lần đo sau trong pha gây
hạn sâu tức là càng gần thời điểm tưới nước thì F0 càng có xu hướng tăng cao
và sau khi tưới nước trở lại F0 lại có xu hướng giảm dần sau mỗi lần đo cho tới
2 lần đo cuối cùng trong pha phục hồi nhanh (đối với giống DT84) F0 đã có sự
ổn định ở mức trung bình như đối chứng. Riêng giống DT96 trong 3 lần đo
cuối trong pha phục hồi nhanh F0 ở lô thí nghiệm và đối chứng không có sự

21

khác biệt. Điều này đã chỉ ra rằng cả 2 giống đậu tương nghiên cứu đều có
khả năng phục hồi rất nhanh chóng khi được cung cấp nước trở lại trong quá
trình gây hạn.
3.1.2. Huỳnh quang cực đại
Huỳnh quang cực đại (Fm) là giá trị đo được khi toàn bộ các tâm phản
ứng ở trạng thái đóng, khi đó QA bị khử.
Kết quả đo huỳnh quang cực đại của lá đậu tương ở pha gây hạn sâu và
pha phục hồi nhanh khi gây hạn ở thời kì ra hoa được thể hiện trong bảng 3.2
và hình 3.2.
Bảng 3.2. Huỳnh quang cực đại của lá đậu tương khi gây hạn
ở thời kì ra hoa.
Tên giống
Lần đo

DT84

DT96

TN

ĐC

TN

ĐC

X m

X m

X m

X m

1

1833.0 10.0

1819.0 7.0

1717.5 16.5

1746.0 8.0

Pha

2

1963.0 86.0

1831.5 15.5

1825.5 2.5

1712.5 9.5

gây

3

1862.0 0.0

1836.5 2.5

1870.5 2.0

1707.0 7.0

4

1928.5 39.5

1753.5 40.5

1837.5 35.5

1619.5 4.5

5

1770.0 24.0

1726.5 25.5

1727.0 7.0

1642.0 15.0

6

1767.0 2.0

1798.0 1.0

1763.5 15.5

1621.0 0.0

1

1827.0 63.0

1824.0 28.0

1756.5 32.5

1733.0 26.0

Pha

2

1774.5 92.5

1799.0 47.0

1687.0 35.0

1734.0 3.0

phục

3

1805.0 2.0

1778.0 21.0

1769.5 20.5

1661.0 7.0

4

1811.5 53.5

1642.5 0.5

1679.0 11.0

1628.0 64.0

5

1635.5 17.5

1660.5 28.5

1749.0 0.0

1598.5 38.5

6

1708.0 84.0

1700.5 29.5

1634.5 15.5

1635.0 84.0

hạn
sâu

hồi
nhanh

ĐC: Đối chứng.
TN: Thí nghiệm.

22


Fm

2500
2000

DT84 - TN
DT84 - ĐC
DT96 - TN
DT96 - ĐC

1500
1000
500
0
1

2

3

4

5

6

Pha gây hạn sâu

1

2

3

4

5

6

Lần đo

Pha phục hồi nhanh

Hình 3.2. Sự biến động huỳnh quang cực đại của lá đậu
tương khi gây hạn ở thời kì ra hoa.

Bảng 3.2 và hình 3.2 cho thấy huỳnh quang cực đại Fm của cả 2 giống ở
lô thí nghiệm đều không có sự khác biệt rõ rệt so với lô đối chứng.
+ ở giống DT84: lô thí nghiệm có sự ổn định và ít biến động so với lô
đối chứng trong cả 2 pha: gây hạn sâu và phục hồi nhanh sau mỗi lần đo.
+ ở giống DT96: mặc dù sự khác biệt giữa đối chứng và thí nghiệm
không lớn nhưng vẫn thể hiện sự gia tăng Fm của lô thí nghiệm với đối chứng
rõ ràng hơn so với giống DT84. Fm tăng là do ảnh hưởng của hạn hán làm ức
chế quá trình quang hợp, các tâm phản ứng ở trạng thái đóng. Năng lượng
ánh sáng hấp thụ không được sử dụng trong quang hợp, nếu cứ tích luỹ trong
diệp lục sẽ là nguồn thiêu đốt lá, phá huỷ cấu trúc của diệp lục, do đó diệp lục
tăng cường thải năng lượng dưới dạng huỳnh quang làm cho bức xạ huỳnh
quang tăng, Fm tăng. Đây là một hình thức tự vệ của cây nhằm chống lại sự
thiêu đốt của ánh sáng mặt trời khi quá trình quang hợp bị ức chế bởi ánh sáng
cao hay hạn hán. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy Fm biến đổi không theo

23

quy luật sau mỗi lần đo kể cả ở pha gây hạn sâu và pha phục hồi nhanh, đồng
thời Fm ở pha phục hồi có xu hướng giảm đi so với pha gây hạn sâu. Có thể đã
có sự phục hồi quá trình quang hoá, số lượng tâm phản ứng PSII ở trạng thái
đóng giảm dần, còn số lượng tâm phản ứng mở lại tăng lên, chất nhận
điện tử đầu tiên QA đã bắt đầu bị oxi hoá. Quá trình quang hợp của cây được
phục hồi.
Như vậy sau mỗi lần đo trong cả 2 pha chỉ có ở giống DT96 Fm có sự
biến động còn ở giống DT84 hầu như giữ được mức độ ổn định.
3.1.3. Hiệu suất huỳnh quang biến đổi
Số liệu ở bảng 3.3 và hình 3.3 cho biết kết quả đo hiệu suất huỳnh
quang biến đổi (Fvm) của lá đậu tương ở cả 2 pha khi gây hạn ở thời kì ra hoa.
Bảng 3.3. Hiệu suất huỳnh quang biến đổi của lá đậu tương khi gây hạn
ở thời kì ra hoa.
Tên giống
Lần đo

DT84

DT96

TN

ĐC

TN

ĐC

X m

X m

X m

X m

1

770.5 11.5 793.5 0.5 785.5 4.5

777.0 8.0

Pha

2

762.5 11.5 785.0 2.0 787.5 1.5

782.0 1.0

gây

3

742.0 0.0 775.5 0.5 782.0 4.0

778.5 2.5

hạn

4

746.0 9.0 773.0 5.0 777.5 7.5

769.0 4.0

sâu

5

726.5 6.5 779.5 5.5 760.0 1.0

792.5 1.5

6

710.5 1.5 771.5 0.5 762.5 4.5

754.0 0.0

1

732.5 22.5 800.0 10.0 737.5 0.5

770.5 2.5

Pha

2

735.0 10.0 800.5 9.5 762.0 6.0

787.5 1.5

phục

3

740.5 9.5 792.5 2.5 780.0 3.0

773.5 4.5

hồi

4

749.0 2.0 787.0 1.0 781.0 4.0

772.5 7.5

nhanh

5

767.0 3.0 791.5 2.5 795.0 0.0

769.5 11.5

6

780.5 14.5 793.5 4.5 784.5 11.5 776.0 4.0

24


Fvm

ĐC: Đối chứng.
TN: Thí nghiệm.

820
800
780

DT84 - TN
DT84 - ĐC
DT96 - TN
DT96 - ĐC

760
740
720
700
680
660
1

2 3 4 5 6
Pha gây hạn sâu

1

2 3 4 5 6
Pha phục hồi nhanh

Lần đo

Hình 3.3. Sự biến động hiệu suất huỳnh quang biến đổi
của lá đậu tương gây hạn ở thời kì ra hoa.

Từ bảng 3.3 và hình 3.3 cho ta thấy: trong pha gây hạn sâu Fvm của 2
giống đậu tương giảm dần sau mỗi lần đo và trong pha phục hồi nhanh lại tăng
dần sau mỗi lần đo trong khi ở lô đối chứng Fvm đảm bảo được độ ổn định hơn
rất nhiều. Fvm ở pha gây hạn sâu (trước khi tưới nước) giảm dần và ở pha phục
hồi nhanh (sau khi tưới nước) tăng dần là do F0 tăng dần trong pha gây hạn
sâu và giảm dần trong pha phục hồi nhanh sau mỗi lần đo. ở pha gây hạn sâu
Fvm giảm dần do hiệu quả sử dụng năng lượng ánh sáng của cả 2 giống trong
phản ứng quang hoá giảm dần đi khi mức độ thiếu nước ngày càng lớn. Còn
sau khi tưới nước trở lại nước dần dần được vận chuyển lên lá đầy đủ cung cấp
cho cây sử dụng trong các phản ứng quang hoá nên hiệu quả sử dụng năng
lượng trong các phản ứng đó cũng tăng dần, vì vậy mà Fvm tăng dần trong pha
phục hồi nhanh, nó thể hiện sự phục hồi của 2 giống đậu tương sau khi được
tưới nước trở lại. Hơn thế nữa mức độ phục hồi này diễn ra rất nhanh chóng nó
thể hiện qua từng phút. Điều này chứng tỏ cả giống DT84 và giống DT96 đều

25