Ảnh hưởng của gây hạn nhân tạo tới một số chỉ tiêu sinh lý, hoá sinh ở ngô ( zae mays l ) giai đoạn nảy mầm và cây non

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH – KTNN
**********

NGUYỄN VIẾT TÚ

ẢNH HƢỞNG CỦA GÂY HẠN NHÂN TẠO
TỚI MỘT SỐ CHỈ TIÊU SINH LÝ, HÓA SINH
Ở NGÔ (ZAE MAYS L.)
GIAI ĐOẠN NẢY MẦM VÀ CÂY NON

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Sinh lý thực vật

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
Ths. Phí Thị Bích Ngọc

HÀ NỘI, 2012


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô hướng dẫn khoa học Ths. Phí
Thị Bích Ngọc đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, động viên và tạo mọi điều
kiện giúp đỡ em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo trong
khoa Sinh – KTNN, các thầy cô giáo trong tổ sinh lý thực vật, Trung tâm Hỗ
trợ Nghiên cứu Khoa học và Chuyển giao Công nghệ, các Phòng Ban trường
ĐHSP Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho em trong thời gian nghiên
cứu.
Em xin cảm ơn sự động viên, khích lệ và giúp đỡ của gia đình và bạn
bè trong suốt thời gian làm khóa luận.

Trong quá trình thực hiện do thời gian có hạn và bước đầu làm quen
với những biện pháp nghiên cứu khoa học nên không tránh khỏi những thiếu
sót, rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn
sinh viên.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày…tháng 05 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Viết Tú


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan kết quả nghiên cứu đề tài: “ Ảnh hưởng của gây hạn
nhân tạo tới một số chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh ở ngô (Zea mays L.) giai đoạn
nảy mầm và cây non” là kết quả nghiên cứu của riêng tôi và không trùng lặp
với kết quả của tác giả khác.
Hà nội, ngày…tháng 05 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Viết Tú


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
ABA: Abcisic acid (axit abxisic)
LEA: Late embryogenesis abundant
CKH: Cây không héo
CPH: Cây phục hồi
Cs: Cộng sự


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Tình hình sản xuất ngô từ năm 2004 đến năm 2006

Bảng 2: Bảng nồng độ protein và giá trị OD
Bảng 3: Đánh giá khả năng chịu hạn của 2 giống ngô
Bảng 4: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến tỉ lệ nảy mầm của hạt
Bảng 5: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến chiều dài của rễ mầm
Bảng 6: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến chiều dài của thân mầm
Bảng 7: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến trọng lượng tươi của hạt ở giai
đoạn nảy mầm
Bảng 8: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến trọng lượng khô của hạt ở giai
đoạn nảy mầm
Bảng 9: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến hàm lượng glycine betaine của
ngô ở giai đoạn nảy mầm
Bảng 10: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến hàm lượng đường khử của
ngô ở giai đoạn nảy mầm
Bảng 11: Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến hàm lượng protein của ngô ở
giai đoạn nảy mầm
Bảng 12: Ảnh hưởng của hạn đến hàm lượng Glycine betaine của ngô ở giai
đoạn cây non
Bảng 13: Ảnh hưởng của hạn đến hàm lượng đường khử của ngô ở giai đoạn
cây non
Bảng 14: Ảnh hưởng của hạn đến hàm lượng protein của ngô ở giai đoạn cây
non


DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Các bước chính của quá trình định lượng glycine betaine
Hình 2: Các bước chính của quá trình định lượng đường khử
Hình 3: Biểu đồ biểu diễn đường chuẩn protein
Hình 4: Các bước chính của quá trình định lượng protein
Hình 5: Biểu đồ hình rada biểu diễn khả năng chịu hạn của 2 giống ngô
Hình 6: Biểu đồ biểu diễn tỉ lệ nảy mầm của hạt

Hình 7: Biểu đồ biểu diễn chiều dài rễ mầm ở giai đoạn nảy mầm
Hình 8: Biểu đồ biểu diễn chiều dài thân mầm ở giai đoạn nảy mầm
Hình 9: Biểu đồ biểu diễn trọng lượng tươi của hạt ở giai đoạn nảy mầm
Hình 10: Biểu đồ biểu diễn trọng lượng khô của hạt ở giai đoạn nảy mầm
Hình 11: Biểu đồ biểu diễn hàm lượng glycine betaine của ngô ở giai đoạn
nảy mầm
Hình 12: Biểu đồ biểu diễn hàm lượng đường khử của ngô ở giai đoạn nảy
mầm
Hình 13: Biểu đồ biểu diễn hàm lượng protein của ngô ở giai đoạn nảy mầm
Hình 14: Biểu đồ biểu diễn hàm lượng glycine betaine của ngô ở giai đoạn
cây non
Hình 15: Biểu đồ biểu diễn hàm lượng đường khử của ngô ở giai đoạn cây
non
Hình 16: Biểu đồ biểu diễn hàm lượng protein của ngô ở giai đoạn cây non


MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................ 1
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................ 2
2.1. Mục đích nghiên cứu ........................................................................ 2
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................ 2
3. Ý nghĩa lí luận và ý nghĩa thực tiễn .............................................................. 2
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 4
1.1. Cây ngô ..................................................................................................... 4
1.1.1. Nguồn gốc phân loại của cây ngô ................................................... 4
1.1.2. Đặc điểm nông sinh học của cây ngô ............................................. 4
1.1.3. Vai trò cây ngô trong nền kinh tế ................................................... 6
1.1.4. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam ...................... 7
1.2. Hạn và tác động của hạn đến thực vật ...................................................... 8
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............. 12

2.1. Vật liệu thực vật ...................................................................................... 12
2.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................... 12
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ..................................................... 12
2.2.2. Phương pháp xác định chỉ tiêu nghiên cứu................................... 12
2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm .......................................... 20
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 21
3.1. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của ngô ở giai đoạn cây non ......... 21
3.2. Một số chỉ tiêu sinh lý của ngô ở giai đoạn nảy mầm ............................ 22
3.2.1. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến tỉ lệ nảy mầm của hạt ...... 22


3.2.2. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến chiều dài rễ mầm ............. 23
3.2.3. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến chiều dài thân mầm ......... 24
3.2.4. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến trọng lượng tươi của hạt .. 25
3.2.5. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến trọng lượng khô của hạt . 26
3.3. Một số chỉ tiêu hóa sinh của ngô ở giai đoạn nảy mầm.......................... 27
3.3.1. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến hàm lượng glycine betaine
của ngô ở giai đoạn nảy mầm ................................................................. 27
3.3.2. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến hàm lượng đường khử của
ngô ở giai đoạn nảy mầm ........................................................................ 29
3.3.3. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến hàm lượng protein của ngô
ở giai đoạn nảy mầm ............................................................................... 30
3.4. Một số chỉ tiêu hóa sinh của ngô ở giai đoạn cây non ............................ 31
3.4.1. Ảnh hưởng của hạn đến hàm lượng glycine betaine của ngô ở giai
đoạn cây non............................................................................................ 31
3.4.2. Ảnh hưởng của hạn đến hàm lượng đường khử của ngô ở giai
đoạn cây non............................................................................................ 32
3.4.3. Ảnh hưởng của hạn đến hàm lượng protein của ngô ở giai đoạn
cây non .................................................................................................... 33
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 35

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 36


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L., có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô
là cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Ở các nước thuộc
Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lương thực chính.
Không những thế, ngô còn là cây cung cấp thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất
hiện nay: 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là từ ngô [14].
Ngô không chỉ cung cấp lương thực cho con người, phát triển chăn nuôi, ngô
còn là nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến trên toàn thế giới. Năm
2009, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 159,5 triệu ha, năng suất bình
quân 51,3 tạ/ha, sản lượng 817,1 triệu tấn [4].
Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa của nông
dân vùng trung du và miền núi phía Bắc nói chung và cây lương thực chính
của đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao nói riêng [1]. Trong những năm gần
đây sản xuất ngô ở Việt Nam tăng lên nhanh nhờ sự thúc đẩy của ngành chăn
nuôi và công nghiệp chế biến. Từ những năm 1990 trở lại đây, diện tích trồng
ngô tăng liên tục nhưng năng suất chưa cao chủ yếu do kĩ thuật canh tác còn
lạc hậu. Hơn nữa, cây trồng còn chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện thời tiết khí
hậu, và hạn là yếu tố thường xuyên tác động gây ảnh hưởng đến sinh trưởng,
phát triển của cây trồng nói chung cũng như cây ngô nói riêng. Từ đó ảnh
hưởng đến năng suất và phẩm chất của chúng. Chính vì vậy mà việc nghiên
cứu khả năng chịu hạn để có các giải pháp nhằm nâng cao tính chịu hạn là
một vấn đề cần thiết đối với nhiều cây trồng.
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu khả năng chịu hạn ở nhiều loại cây
khác nhau như: lúa, đậu tương, cà chua… đều cho thấy kết quả của hạn là dẫn
đến sự thay đổi các phản ứng sinh lí, hóa học trong cơ thể thực vật như sự

1


đóng của khí khổng, giảm tỉ lệ thoát hơi nước, giảm quang hợp và làm tăng
tích lũy axit abcisic (ABA), proline, manitol,sorbitol, sự cấu thành nhóm
ascobat, gluthion, α-tocopherol… và sự tổng hợp prôtêin mới [23]. Chịu hạn
ở thực vật thường là kết quả của nhiều cơ chế đáp ứng stress hoạt động ngang
bằng nhau. Các nghiên cứu gần đây đưa ra một số cơ chế chịu hạn chính bao
gồm: vận chuyển ion, bảo vệ thẩm thấu, axit abcisic (ABA), môi giới phân tử,
LEA (Late embriogenesic abundante), vai trò của bộ rễ và khả năng điều
chỉnh áp suất thẩm thấu [17], [19], [23].
Nghiên cứu đặc điểm sinh hóa ở giai đoạn cây nảy mầm và giai đoạn cây
con là cơ sở khoa học để đề xuất việc chọn những giống ngô có khả năng chịu
hạn tốt. Từ đó tuyển chọn giống ngô thích hợp làm vật liệu chọn giống là
những vấn đề rất được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ lí do trên, chúng tôi
tiến hành thực hiện đề tài: “Ảnh hưởng của gây hạn nhân tạo tới một số chỉ
tiêu sinh lý, hóa sinh ở ngô (Zea mays L.) giai đoạn nảy mầm và cây non”.
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu sự biến đổi của một số chỉ tiêu sinh lí, hóa sinh ở ngô dưới
điều kiện hạn, qua đó đánh giá khả năng chịu hạn của 2 giống ngô giống ngô
LVN 66 và LVN 88.
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Xác định chỉ số chịu hạn tương đối của ngô ở giai đoạn cây non.
- Xác định hàm lượng glycine betaine, hàm lượng đường khử, hàm lượng
protein ở giai đoạn nảy mầm và giai đoạn cây non.
3. Ý nghĩa lí luận và ý nghĩa thực tiễn
- Cung cấp tư liệu cho nghiên cứu ảnh hưởng của hạn tới một số chỉ tiêu
sinh lí (tỉ lệ nảy mầm, trọng lượng tươi, trọng lượng khô tương đối, chiều dài

2


thân, rễ), hóa sinh (hàm lượng glycine betain, hàm lượng đường khử, hàm
lượng protein).
- Khuyến khích người dân sử dụng giống ngô có khả năng chịu hạn tốt
hơn.

3


NỘI DUNG
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cây ngô
1.1.1. Nguồn gốc phân loại của cây ngô
Cây ngô (Zea mays L.) thuộc chi Maydeae, họ Hòa thảo Gramineae, có
nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20). Có nhiều cách để
người ta phân loại ngô, một trong các cách đó là dựa vào cấu trúc nội nhũ của
hạt và hình thái bên ngoài của hạt. Ngô được phân thành các loài phụ: ngô đá
rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa răng ngựa.
Từ các loài phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô được phân chia thành các
thứ. Ngoài ra, ngô còn được phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian
sinh trưởng và thương phẩm [8].
Có rất nhiều giả thuyết về nguồn gốc của ngô tại châu Mỹ như ngô là sản
phẩm thuần dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp. Parviglumis) một năm ở
Trung Mỹ, có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền nam
Mexico. Cũng có giả thuyết khác cho rằng ngô sinh ra từ quá trình lai ghép
giữa ngô đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi không đáng kể của ngô dại) với cỏ
ngô thuộc đoạn Luxuriantes. Song điều quan trọng nhất nó đã hình thành vô
số loài phụ, các thứ và nguồn dị hợp thể của cây ngô, các dạng cây và biến

dạng của chúng đã tạo cho nhân loại một loài ngũ cốc có giá trị đứng cạnh lúa
mì và lúa nước [8].
1.1.2. Đặc điểm nông sinh học của cây ngô
Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm rễ, thân, và lá làm nhiệm vụ duy trì đời
sống cá thể. Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây.
Sau khi gieo hạt, ngô phát triển thành mầm. Cây mầm chủ yếu sử dụng
nguồn dinh dưỡng chứa trong nội nhũ hạt. Bộ phận phía trên hạt phát triển lên

4


mặt đất gồm có trụ giữa lá mầm. Phần đỉnh trụ lá mầm có mấu bao lá mầm, từ
đó phát sinh bao lá mầm và bên trong lá mầm là thân lá mầm. Trên trục của
cây mầm, một đầu hình thành rễ cây mầm, sau đó phát triển thành rễ chính, từ
rễ chính hình thành các rễ phụ. Ngô là cây có rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ cây
hòa thảo. Hệ rễ có ba loại: rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Rễ đốt giúp cho
cây hút nước và các chất dinh dưỡng. Rễ chân kiềng mọc xung quanh các đốt
phần thân sát gốc trên mặt đất, rễ này giúp cây chống đổ, đồng thời cũng tham
gia vào hút nước và thức ăn cho cây. Số lượng rễ, số lông rễ và chiều dài rễ
khác nhau ở mỗi giống.
Thân ngô thường phát triển mạnh, thẳng cứng dạng bền chắc. Thân chia
làm nhiều gióng, các gióng nằm giữa các đốt, các gióng dài và to dần từ dưới
lên.
Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ nhau. Độ lớn và số lá
ngô dao động từ 6 đến 22 lá tùy thuộc vào giống và điều kiện tự nhiên. Lá ngô
trưởng thành bao gồm các bộ phận: bẹ lá, phiến lá và thìa lá.
Bắp ngô phát sinh từ mầm nách lá trên thân, số mầm nách lá trên cây ngô
nhiều, nhưng chỉ 1 – 3 mầm nách trên cùng phát triển thành bắp. Tùy thuộc
vào giống, điều kiện sinh thái, chăm bón, mật độ, mùa vụ… mà tỉ lệ cây 2 – 3
bắp, số hạt trên bắp, vị trí đóng bắp, thời gian phun râu, trỗ cờ… có khác

nhau.
Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phận chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi
và nội nhũ. Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô. Vỏ hạt bao bọc xung
quanh, màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ hạt là lớp
alơron bao bọc lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là thành phần chính 70 – 80%
trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có protein, lipit,
vitamin, khoáng và enzyme để nuôi phôi phát triển. Phôi ngô lớn (chiếm 8 –
15%) nên cần chú trọng bảo quản [8].

5


Mỗi giai đoạn sinh trưởng, cây ngô yêu cầu về điều kiện sinh thái khác
nhau. Trong điều kiện đảm bảo về độ ẩm, ôxy và nhiệt độ thích hợp cho hạt
nảy mầm từ 8 – 120C, nhiệt độ tối đa cho hạt nảy mầm từ 40 – 450C, nhiệt độ
tối thích từ 25 – 280C. Ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau thì sự hút chất
dinh dưỡng cũng như yêu cầu về dinh dưỡng của ngô cũng khác nhau. Ở thời
kì đầu cây ngô hút chất dinh dưỡng chậm, thời kỳ từ 7 – 8 lá đến sau trỗ 15
ngày toàn bộ các bộ phận trên mặt đất cũng như các bộ phận dưới mặt đất của
cây ngô tăng trưởng nhanh, các cơ quan sinh trưởng phát triển mạnh, lượng
tinh bột và chất khô tăng nhanh. Đây là giai đoạn cây ngô hấp thu chất dinh
dưỡng tối đa (bằng 70 – 90% chất dinh dưỡng cả vòng đời cây hút). Ở thời kỳ
này nếu cây thiếu nước và chất dinh dưỡng sẽ làm giảm năng suất từ 10 –
20%. Trong các yếu tố dinh thì đạm là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng bậc
nhất của cây ngô [2].
1.1.3. Vai trò cây ngô trong nền kinh tế
Ngô là cây lương thực nuôi sống gần 1/3 dân số trên toàn thế giới, tất cả
các nước trồng ngô nói chung đều ăn ngô ở mức độ khác nhau. Toàn thế giới
sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương thực cho người. Các nước ở Trung
Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng 85% sản lượng ngô làm lương thực cho

người. Các nước ở Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng ngô làm lương
thực chính. Các nước Đông Nam Phi sử dụng 85%, Tây Trung Phi 80%, Bắc
Phi 42%, Tây Á 27%, Nam Á 75%, Đông Nam Á và Thái Bình Dương 39%,
Đông Á 30%, Trung Mỹ và các vùng Caribe 61%... sản lượng ngô làm lương
thực cho người.
Ngô là thức ăn gia súc quan trọng nhất hiện nay. Hầu như 70% chất tinh
trong thức ăn tổng hợp là từ ngô, điều đó phổ biến trên toàn thế giới. Ngô còn
là nguyên liệu chính cho các nhà máy thức ăn gia súc tổng hợp, là nguyên liệu
cho các nhà máy sản xuất rượu, tinh bột, bánh kẹo…

6


Ngô cũng là hàng hóa xuất khẩu. Hàng năm lượng ngô xuất khẩu khoảng
70 triệu tấn. Đó là nguồn lợi lớn của các nước xuất khẩu: Mỹ, Pháp,
Argentina, Trung Quốc, Thái Lan. Các nước nhập chính là Nhật Bản, Hàn
Quốc, Liên Xô cũ, Châu Phi, Mexico… [9].
1.1.4. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam
a. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Ngô là cây có địa bàn phân bố vào loại rộng nhất trên thế giới, trải rộng
hơn 90 vĩ tuyến: từ 400N lên gần đến 550B, từ độ cao 1 – 2m đến 400m so với
mực nước biển [8]. Do đó ngô được trồng ở hầu hết các nơi trên thế giới như
Châu Mỹ, Châu Âu, Châu Úc, Châu Phi.
Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới (IPRI,
2003), vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn, trong đó 15%
dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm
nguyên liệu công nghiệp. Ở các nước phát triển chỉ dùng 5% ngô làm lương
thực nhưng ở các nước đang phát triển sử dụng 22% ngô làm lương thực
(IPRI, 2003).
Như vậy trên thế giới trong những năm qua về năng suất ngô đã tăng

nhanh ở một số nước phát triển và các nước đang phát triển. Hiện nay, thị
trường ngô trên thế giới được đánh giá là một thị trường tương đối khả quan.
Chính vì vậy mà sản xuất ngô trên toàn cầu sẽ tăng trưởng mạnh trong những
năm tới (theo USDA 1/2003).
b. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa, là
cây trồng chính để phát triển ngành chăn nuôi. Năng suất ngô ở nước ta trước
đây rất thấp so với năng suất ngô thế giới, do sử dụng giống ngô địa phương
và áp dụng khoa học kỹ thuật vào sản xuất còn hạn chế. Phải tới năm 1991
cây ngô lai mới bắt đầu được đưa vào trồng ở nước ta, tỷ lệ trồng giống lai từ

7


0,1% năm 1990, năm 2006 đã tăng lên 80% và đưa Việt Nam trở thành nước
sử dụng giống lai nhiều và có năng suất cao của khu vực Đông Nam Á [4].
Bảng 1: Tình hình sản xuất ngô từ năm 2004 đến năm 2006
Năm

Diện tích

Năng suất

Sản lƣợng

(1000 ha)

(Tạ/ha)

(1000 tấn)

2004

991,10

34,6171

3430,9

2005

1052,60

35,6859

3576,3

2006

1031,60

37,024

3819,4

Ở nước ta, ngô được trồng ở hầu hết các địa phương có đất cao dễ thoát
hơi nước. Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi
phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung. Năng suất
ngô những năm gần đây tăng chưa cao do kĩ thuật canh tác, chất dinh dưỡng,
nước,…. Vì vậy việc sưu tầm, nghiên cứu đánh giá về khả năng chịu hạn của

các giống ngô là hết sức cần thiết.
1.2. Hạn và tác động của hạn đến thực vật
Hạn là khái niệm dùng để chỉ sự thiếu nước của thực vật do môi trường
gây nên làm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của thực vật. Hạn cũng
có thể được định nghĩa là sự thiếu lượng nước do mưa hoặc tưới nước trong
một thời gian dài tạo sự can kiệt độ ẩm trong đất và gây nên tổn thương cho
thực vật. Khả năng thực vật có thể giảm thiểu mức tổn thương do thiếu hụt
nước gây ra gọi là tính chịu hạn. Những cây trồng có khả năng duy trì sự phát
triển trong điều kiện khô hạn gọi là khả năng chịu hạn.
Hạn là một trong những nguyên nhân chính gây mất mùa vụ trên diện tích
rộng, làm giảm 50% năng suất trung bình và có thể là hơn [26]. Hạn là phức
hệ các điều kiện khí tượng bất lợi gây ra sự thiếu nước, mất nước ở thực vât,
bao gồm: hạn trong đất và hạn trong không khí. Hạn trong đất có thể do nhiệt
độ thấp hoặc nồng độ dịch đất cao. Hạn trong không khí có thể do độ ẩm quá

8


thấp hoặc do nhiệt độ cao, gió mạnh. Từ đó gây tác động xấu đến sự sinh
trưởng, phát triển của cây trồng và cuối cùng là ảnh hưởng đến năng suất,
phẩm chất của chúng.
Hạn là hiện tượng thường xuyên xảy ra trong thiên nhiên và liên quan trực
tiếp đến vấn đề nước trong cơ thể thực vật. Nước là yếu tố giới hạn đối với
cây trồng, là sản phẩm quan trọng khởi đầu, trung gian và cuối cùng của các
quá trình chuyển hóa sinh hóa, là môi trường để các phản ứng trao đổi chất
xảy ra. Mỗi cây trồng có một giới hạn nhất định đối với các nhân tố sinh thái
của môi trường như: hạn, nóng, lạnh… Nếu ở ngoài giới hạn đó có thể gây
hại cho sự sinh trưởng và phát triển của cây, giảm năng suất sinh học. Thực
vật có khả năng ngăn ngừa thương tổn khi bị tổn thương gọi là tính chống
chịu. Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng chịu hạn ở cây đậu

tương, ngô, lúa, đậu xanh…[3], [6], [8], [12], [13].
Nguyên nhân chính của sự mất mùa và giảm năng suất gieo trồng là do
hạn [26]. Trên thế giới có khoảng 40 – 60% diện tích đất trồng bị hạn [23].
Nước ta có địa hình phức tạp nên khí hậu cũng rất phức tạp, lượng mưa phân
bố không đều giữa các vùng trong năm, nên hạn có thể xảy ra ở bất cứ nơi
nào. Hơn nữa, sự bùng nổ dân số kết hợp với ô nhiễm môi trường cho nên hạn
hán, lũ lụt thường xuyên xảy ra. Hạn là nguyên nhân chính gây stress thẩm
thấu [25]. Thiếu nước cây sẽ chết non hoặc làm giảm sức sống, giảm năng
suất. Để giữ nước cho cơ thể cây cần có sự biến đổi hình thái hoặc duy trì áp
suất thẩm thấu của tế bào… đó là khả năng chịu hạn của cây trồng.
Kết quả của stress hạn là sự thay đổi các phản ứng sinh lí, sinh hóa trong
cơ thể thực vật như sự đóng mở khí khổng, giảm tỉ lệ thoát hơi nước của mô,
giảm quang hợp và làm tăng tích lũy ABA, prolin, manitol, sorbitol, sự cấu
thành nhóm ascobat, α – tocopherol… và sự tổng hợp protein mới [23]. Hạn
còn dẫn tới một số biến đổi trong mô và tế bào như làm kết tủa và biến tính

9


protein, làm tăng độ lỏng của lipid màng, sự mở xoắn của axit nucleic. Hạn
cũng phá hoại hệ thống quang hóa II trên màng thylacoid [25].
Ảnh hưởng của hạn trước hết là ảnh hưởng đến sự mất nước của tế bào và
mô. Thiếu nước nhẹ làm ảnh hưởng tới quá trình sinh trưởng, thiếu nước nặng
gây biến đổi hệ keo nguyên sinh chất, già hóa tế bào, làm cho cây bị héo. Khi
bị khô, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào và mô bị tổn thương
và chết.
Sơ đồ một số nguyên nhân chính làm giảm sinh trưởng của cây duới điều
kiện thiếu nước:
Stress hạn

Mất sức
trương

Tế bào giảm kéo dài

Giảm nguyên

và mở rộng

phân

Giảm sinh
trưởng
Stress nói chung và hạn nói riêng kích thích các đáp ứng liên quan đến
sinh lý, hóa sinh và phân tử. Chịu hạn ở thực vật thường kết quả của nhiều cơ
chế đáp ứng stress hoạt động ngang nhau. Giải thích cơ chế khác nhau ở thực
vật đáp ứng stress và vai trò của chúng trong chịu stress là cơ sở quan trọng
góp phần giảm thiệt hại mùa màng. Các nghiên cứu gần đây đưa ra một số cơ
chế chịu hạn chính bao gồm: vận chuyển ion, bảo vệ thẩm thấu, ABA, môi
giới phân tử, LEA và vai trò của proline, vai trò của bộ rễ và khả năng điều
chỉnh áp suất thẩm thấu [18], [20], [21], [22], [23], [24].

10


Khả năng nhận nước của cây phụ thuộc vào bộ rễ. Nhiều nghiên cứu cho
thấy cây nào có bộ rễ dài, khỏe, mập thì có khả năng hút nước ở những tầng
đất sâu. Khi bị hạn thì nước thường được giữ ở tầng đất sâu, vì vậy cây nào có
bộ rễ dài thì mới có khả năng lấy nước.
Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu là một đặc tính của tế bào khi bị

mất nước do hạn, nóng, lạnh… Trong điều kiện hạn, áp suất thẩm thấu tăng
lên giúp cho rễ cây nhận được một lượng nước rất nhỏ còn lại trong đất.
Nghiên cứu các chất có khả năng tạo áp suất thẩm thấu cao trong tế bào để
cạnh tranh nước với môi trường xung quanh được quan tâm gồm: proline,
đường, glycine betain, K+, nhóm phản ứng với oxy (Ros – Reactive oxygen
species) và chất truyền tin nội bào (photpho lipid)… Các chất này có chức
năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu nhờ khả năng giữ và lấy nước vào tế bào
hoặc ngăn chặn sự xâm nhập của ion Na+, ngoài ra chúng còn có thể thay thế
vị trí trước nơi xảy ra các phản ứng sinh hóa, tương tác với protein và lipid
màng, ngăn chặn sự phá hủy màng.

11


CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Vật liệu thực vật
Gồm 2 giống ngô LVN 66 và LVN 81 do viện ngô Trung ương cung cấp.
2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm tại phòng Sinh lý thực vật, Trung tâm hỗ trợ nghiên cứu khoa
học và chuyển giao công nghệ trường Đại học sư phạm Hà Nội 2.
 Thí nghiệm 1: Giai đoạn nảy mầm
Gieo 2 giống ngô LVN 66 và LVN 81 vào các khay chứa dung dịch
đường khác nhau theo bảng sau:
P

0

2

4

M (g/l)

0

30

60

Sau đó theo dõi các chỉ tiêu sinh lý (tỉ lệ nảy mầm của hạt, sự sinh trưởng
của thân mầm, sự sinh trưởng của rễ mầm, xác định khối lượng tươi, xác định
khối lượng chất khô), chỉ tiêu sinh hóa (hàm đường khử, hàm lượng protein,
hàm lượng glycine betaine).
 Thí nghiệm 2: Giai đoạn cây non
Gieo 2 giống ngô vào các chậu chứa cát vàng R=30cm, mỗi giống được
gieo vào 3 chậu theo tỉ lệ chậu 1: 30 hạt/chậu, chậu 2: 20 hạt/chậu, chậu 3: 10
hạt/chậu.
Khi cây có 3 lá thật, ở mỗi giống tiến hành gây hạn nhân tạo ở chậu 1, 2.
Chậu 1: theo dõi số lượng cây không héo, cây phục hồi để đánh giá khả năng
chịu hạn. Chậu 2, 3: Xác định chỉ tiêu hóa sinh.
2.2.2. Phương pháp xác định chỉ tiêu nghiên cứu
a.

Xác định một số chỉ tiêu sinh lý giai đoạn nảy mầm

- Tỉ lệ nảy mầm của hạt: là khả năng nảy mầm tối đa của lô hạt giống
(xác định ở các ngày 2, 4, 6, 8, 10,…).

12

m

H= N
Trong đó:
H: tỉ lệ nảy mầm (%)
m: số cây mầm bình thường
N: tổng số hạt mang gieo

- Sự sinh trưởng của thân mầm: lấy ngẫu nhiên mỗi khay 10 mầm, qua
từng ngày đo chiều dài của thân mầm để xác định được sự sinh trưởng thân
mầm trung bình của từng lô khác nhau.
- Sự sinh trưởng của rễ mầm: lấy ngẫu nhiên mỗi khay 10 mầm, qua từng
ngày đo chiều dài của rễ mầm để xác định được sự sinh trưởng rễ mầm trung
bình của từng lô khác nhau.
- Xác định khối lượng tươi: lấy 10 hạt ngẫu nhiên trong các lô thí
nghiệm, cân riêng rẽ và tính giá trị trung bình.
- Xác định khối lượng chất khô: theo công thức: X= (A – B)*100/g
X: khối lượng khô tuyệt đối của mẫu (%).
A: khối lượng khô tuyệt đối có chứa mẫu tươi.
B: khối lượng hộp có chứa mẫu đã sấy khô tuyệt đối.
g: lượng mẫu tươi trước khi sấy (gam).
b. Xác định một số chỉ tiêu sinh hóa giai đoạn nảy mầm và cây non
Định lượng đường khử, định lượng protein, định lượng glycine betaine
của 2 giống ngô ở giai đoạn nảy mầm và cây non.
c. Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn
Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn theo phương pháp của Lê Trần Bình và
cs (1998) [1].
Sau 6 ngày cây có 3 lá thật, mỗi giống tiến hành gây hạn nhân tạo ở chậu

1 và theo dõi mức độ héo của cây sau 1 ngày, 3 ngày, 5 ngày kể từ khi lô thí

13


nghiệm bắt đầu có cây héo. Tính tỉ lệ cây không héo ra phần trăm (% CKH).
Sau 5 ngày để héo, tiến hành tưới nước phục hồi. Đánh giá tỷ lệ cây phục
hồi sau 1 ngày, 3 ngày, 5 ngày (% CPH).
Các chỉ tiêu phân tích gồm:
- Tỷ lệ cây không héo
- Tỷ lệ cây phục hồi
- Chỉ số chịu hạn tương đối
- Khả năng chịu hạn tương đối của cây được biểu hiện bằng đồ thị rađa
biểu diễn trong hệ tọa độ đa trục theo công thức sau:
S=

1
2 2

(ab+bc+cd+de+eg+ga)

S: chỉ số chịu hạn tương đối
a: % cây không héo sau 1 ngày hạn
c: % cây không héo sau 3 ngày hạn
e: % cây không héo sau 5 ngày hạn
b: % cây phục hồi sau 1 ngày hạn
d: % cây phục hồi sau 3 ngày hạn
g: % cây phục hồi sau 5 ngày hạn
Phần trăm cây không héo (CKH), phần trăm cây phục hồi (CPH) được
tính theo công thức sau:

P(%) =

N
x 100
Nt

Trong đó:
P: tỷ lệ phần trăm cây không héo (hay cây phục hồi)
N: số cây không héo (hay cây phục hồi)
Nt: tổng số cá thể tham gia thí nghiệm
Chỉ số chịu hạn càng lớn thì khả năng chịu hạn càng cao.

14


d. Phương pháp định lượng glycine betaine
Hàm lượng glycine betaine được xác định theo phương pháp của Grive và
Grattan (1983).
 Phƣơng pháp xây dựng đƣờng chuẩn glycine betaine
Phương trình đường chuẩn glycine betaine: y=0,672.x(µg/ml) [16].
 Phƣơng pháp định lƣợng glycine betaine
Phương pháp định lượng glycine betaine trong lá, thân mầm bao gồm các
bước chính được mô tả trong hình 1, gồm các bước chính:
Nghiền đồng thể và lọc
Mô thân mầm (lá tươi) (0,2 – 0,5g)
Nghiền (bằng nước cất)
Lọc (li tâm)

Phản ứng với kalitriiôt
Dịch lọc + 1ml H2SO4 2N + 0,2 ml Kali tri Iôt

Làm mát bằng đá 90p trên máy lắc

Phản ứng với 1 – 2 diclometan
Bổ sung: 2ml nước lạnh
và 20ml 1 – 2 diclometan

Tách chiết
Khuấy đều
Bỏ lớp nước phía trên

Đo quang phổ hấp thụ (λ=365 nm)
Tính toán hàm lượng hoặc nồng độ

Glycine betaine
tự do
Hình 1: Các bƣớc chính của quá trình định lƣợng glycine betaine

15


 Cân 0,5g mẫu, nghiền trong 10ml nước cất và li tâm 6000 vòng/phút
trong thời gian 15 phút,
 Lấy 1ml dịch chiết trộn với 1ml H2SO4 2N.
 Hỗn hợp này được chuyển vào cốc thủy tinh, bổ sung vào đó 0,2ml
dung dịch kalitriiôt, toàn bộ thể tích này được làm mát bằng đá khoảng 90
phút trên máy lắc.
 Sau đó bổ sung 2ml nước cất được làm mát trong đá và 20ml 1 – 2
diclometan (được làm mát ở -100C).
 Hai lớp được hình thành trong hỗn hợp được hòa lẫn bằng cách đảo đều
trong khoảng 1 – 2 phút khi ống vẫn được để trong đá (40C).

 Bỏ lớp nước phía trên và xác định mật độ quang học của lớp chất hữu
cơ phía dưới ở bước sóng λ=365 nm.
 Hàm lượng glycine betaine được xác định dựa vào đường chuẩn và tính
toán theo công thức sau:
Hàm lượng (µg/g mẫu)=

XxVxHSPL
P

X: Nồng độ glycine betaine (µg/ml)
V: Thể tích dịch chiết (ml)
HSPL: hệ số pha loãng
P: trọng lượng mẫu (g)
e. Phương pháp định lượng đường khử
Hàm lượng đường khử được xác định bằng phương pháp vi phân tích [5].
 Phƣơng pháp định lƣợng đƣờng khử
Phương pháp định lượng đường khử trong mô lá (thân mầm), bao gồm 4
bước chính được mô tả trong hình 2, gồm các bước chính:

16


Nghiền đồng thể và lọc
Mô thân mầm (lá tươi) (0,2 – 0,5g)
Nghiền (bằng nước cất)
Lọc (li tâm lạnh)

Phản ứng với K3Fe(CN)6
Dịch lọc + 2ml K3Fe(CN)6
Đun sôi 15 phút, sau đó để nguội

Phản ứng với hỗn hợp
Fe2(SO4)3:Gelatin
Lắc đều và dẫn nước cất đến 30ml

Đo quang phổ hấp thụ (λ =365 nm)
Tính toán hàm lượng hoặc nồng độ

Đƣờng tự do

Hình 2: Các bƣớc chính của quá trình định lƣợng đƣờng khử
 Cân 0,5g mẫu rồi nghiền trong 10ml nước cất, li tâm lạnh 6000
vòng/phút trong thời gian 15 phút, lọc lấy dịch lọc.
 Cho vào ống nghiệm 2ml dịch lọc và 2ml dung dịch K3Fe(CN)6, lắc
đều, đun sôi cách thủy trong 15 phút, sau đó để nguội.
 Thêm 4ml dung dịch hỗn hợp (Fe2(SO4)3 0,1%:Gelatin 10% theo tỉ lệ
20:1) vào ống nghiệm. Lắc đều và dẫn bằng nước cất đến mức 30ml.
 Đo quang phổ ở bước sóng λ=595nm trên máy UV – 2450 (Shimadzu,
Nhật Bản).
 Hàm lượng đường khử được xác định dựa vào đường chuẩn và tính
toán theo công thức sau:

17