Nghiên cứu khả năng chịu mặn ở giai đoạn nảy mầm và cây con của ngô (Zea mays L.)

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS.TS Nguyễn Văn Mã đã tận
tình chỉ bảo, hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp tôi hoàn thành công trình
nghiên cứu này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ của Viện nghiên cứu Ngô – Viện
Khoa Học Kỹ Thuật Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ và hướng dẫn tôi thực
hiện nhiều thí nghiệm của luận văn.
Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô thuộc khoa Sinh – Kỹ thuật
Nông nghiệp – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã giúp đỡ tôi trong suốt
quá trình học tập tại trường.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các cán bộ của Viện nghiên cứu Ngô thuộc
Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam đã giúp đỡ tôi trong quá trình
thực hiện luận văn.
Nhân dịp này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, tập thể
lớp Sinh học thực nghiệm K14 đã động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
vừa qua.
Xin trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2012

Đào Quang Thắng


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan
mọi thông tin trích dẫn trong luận văn đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 12 tháng 12 năm 2012

Đào Quang Thắng

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài............................................................................................. 1
2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu...................................................................... 2
3. Ý nghĩa lí luận và ý nghĩa thực tiễn.................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu về cây ngô
1.1.1................................................................. Nguồn gốc phân loại của cây ngô
3
1.1.2.................................................................... Đặc điểm sinh học của cây ngô
3
1.1.3............................................ Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
5
1.1.3.1........................................................ Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
5
1.1.3.2........................................................ Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam
6
1.2. Đất mặn và cơ chế chống chịu mặn
1.2.1.................................................................................................. Đất mặn
8
1.2.2....................................................................... Tác hại của mặn với thực vật
9
1.2.3................................................ Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến thực vật
13
1.2.4........................................ Cơ sở sinh lý, sinh hóa của tính chịu mặn ở thực vật
15

1.2.3.1............................................................. Cơ sở sinh lý của tính chịu mặn
15
1.2.3.2........................................................... Cơ sở sinh hóa của tính chịu mặn
15
1.3. Một số nghiên cứu về ảnh hưởng của mặn đến cây ngô và một số loại cây trồng.. 17


Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Vật liệu nghiên cứu..................................................................................... 19
2.2. Hóa chất, thiết bị, địa điểm nghiên cứu........................................................... 19
2.2.1.................................................................................................. Hóa chất
19
2.2.2.................................................................................... Thiết bị nghiên cứu
19
2.2.3.................................................................................. Địa điểm nghiên cứu
19
2.3. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................. 21
2.3.1.................................................... Phương pháp xác định các chỉ tiêu hóa sinh
21
2.3.1.1..............................Xác định hoạt độ catalase bằng phương pháp chuẩn độ
21
2.3.1.2.

Xác định hàm lượng đường khử bằng phương pháp vi

phân tích..................................................................................................23

2.3.1.3.
Xác định hoạt độ của enzyme a - amylase theo phương pháp Heinkel

... 25
2.3.1.4.................................................................. Xác định hàm lượng proline
26
2.3.2...Phương pháp đánh giá khả năng chịu mặn của các giống ở giai đoạn nảy mầm
và cây con 3 lá..............................................................................................27

2.3.2.1..............Đánh giá khả năng chịu mặn của hạt ở giai đoạn ngâm ủ nảy mầm
27
2.3.2.2........................... Đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con đến 3 lá
28
2.2.3. Phương pháp xử lý số liệu......................................................................28
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Hàm lượng protein và lipit của các giống ngô nghiên cứu...................................29
3.2. Khả năng chịu mặn của các giống V98-1 và CP333...........................................29


3.2.1.
Khả năng chịu mặn của các giống V98-1 và CP333 ở giai đoạn hạt nảy mầm
29
3.2.1.1.................................Ảnh hưởng của mặn đến giai đoạn ngâm ủ nảy mầm
29
3.2.1.2.................................. Ảnh hưởng của mặn đến sự sinh trưởng của rễ mầm
32
3.2.1.3............................... Ảnh hưởng của mặn đến sự sinh trưởng của thân mầm
35
3.2.1.4.................................... Ảnh hưởng của mặn đến khối lượng tươi của mầm
38
3.1.2.4. Khối lượng khô của cây mầm............................................................41

3.2.2.

Ảnh hưởng của mặn đến một số chỉ tiêu sinh hóa của hạt

nảy mầm.....................................................................................................43

3.2.2.1. Ảnh hưởng của mặn đến sự biến động hàm lượng đường tan giai đoạn nảy
mầm

43

3.2.2.2.. . .Ảnh hưởng của mặn đến hoạt độ enzyme α - amylase của các giống ngô
nghiên cứu ở giai đoạn hạt nảy mầm..............................................................47

3.2.2.3. Ảnh hưởng của mặn đến hoạt độ enzyme catalase của các giống ngô nghiên
cứu ở giai đoạn hạt nảy mầm........................................................................49

3.2.2.4.Ảnh hưởng của mặn đến hoạt độ proline trong thân và lá ở giai đoạn cây
con 3 lá 52

3.2.2.5.

Ảnh hưởng của mặn đến hoạt độ proline trong rễ ở giai đoạn cây con

3 lá

........................................................................................................... 54
KẾT LUẬN........................................................................................................ 58
KIẾN NGHỊ.......................................................................................................60
TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................62

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô toàn thế giới
năm 2005 -2010

5

Bảng 1.2. Các quốc gia có sản lượng ngô lớn nhất trên thế giới năm
2010

5

Bảng 1.3. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô Việt Nam năm 2005 2010

7

Bảng 2.1. Nồng độ glucoz và giá trị OD585nm

20

Bảng 3.1. Hàm lượng protein, lipit của các giống ngô nghiên cứu

25

Bảng 3.2. Tỷ lệ nảy mầm của hai giống ngô V98-1 vàCP333 sau khi
ủ 6h ở các ngưỡng mặn
Bảng 3.3. Chiều dài của rễ mầm

26
28

Bảng 3.4. Chiều dài thân mầm của hai giống ngô V98-1 và CP333
trong các môi trường mặn khác nhau

30

Bảng 3.5. Khối lượng tươi của mầm ngô

33

Bảng 3.6. Khối lượng khô của mầm ngôkhác nhau

35

Bảng 3.7. Hàm lượng đường tan trong hạt nảy mầm ở các nồng độ NaCl

37

Bảng 3.8. Hoạt độ α – amylase trong hạt nảy mầm ở các ngưỡng mặn

39


Bảng 3.9. Hoạt độ enzym catalase ở trong mầm của hai giống ngô
V98-1 và CP333 trong điều kiện áp suất thẩm thấu môi trường khác
nhau
41
Bảng 3.10. Hàm lượng proline ở thân và lá cây ngô trong điều kiện mặn

nhân tạo

43

Bảng 3.11. Hàm lượng proline ở rễ cây ngô trong điều kiện mặn
nhân tạo

45


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Trang
Hình 3.1. Biểu đồ tỷ lệ nảy mầm của hai giống ngô V98-1, CP333 trong

26

các điều kiện mặn khác nhau
Hình 3.2. Sự sinh trưởng của rễ mầm giống V98-1

28

Hình 3.3. Sự sinh trưởng của rễ mầm giống CP333

29

Hình 3.4. Sự sinh trưởng của thân mầm giống V98-1 trong điều kiện mặn

31

Hình 3.5. Sự sinh trưởng của thân mầm giống CP333 trong điều kiện mặn

31

Hình 3.6. Khối lượng tươi của mầm trong các ngưỡng mặn của
giống V98-1

34

Hình 3.7. Khối lượng tươi của mầm trong các ngưỡng mặn của giống
CP333

34

Hình 3.8. Hàm lượng đường tan của giống V98-1

37

Hình 3.9. Hàm lượng đường tan của giống CP333

38

Hình 3.10. Hoạt độ α – amylase trong hạt nảy mầm của giống V98-1

39

Hình 3.11. Hoạt độ α – amylase trong hạt nảy mầm của giống cp333

40

Hình 3.121. Hoạt độ catalase trong mầm của giống V98-1 trong điều kiện
áp suất thẩm thấu môi trường khác nhau

41


Hình 3.13. Hoạt độ catalase trong mầm của giống CP 333 trong điều kiện
áp suất thẩm thấu môi trường khác nhau

42

Hình 3.14. Hàm lượng proline ở thân và lá giống ngô V98-1

43

Hình 3.15. Hàm lượng proline ở thân và lá giống ngô CP333

44

Hình 3.16. Hàm lượng proline ở rễ giống ngô V98-1

45

Hình 3.17. Hàm lượng proline ở rễ giống ngô CP333

46


1
MỞ ĐẦU

1. Lí do chọn đề tài
Cây ngô (Zea mays L.) là loại cây lương thực, có vai trò quan trọng
trong vấn đề đảm bảo an ninh lương thực của mỗi quốc gia. Hạt ngô là nguồn
cung cấp chất dinh dưỡng cho con người, là nguồn cung cấp tinh bột chính
cho quá trình sản xuất thức ăn trong chăn nuôi. Tuy nhiên, vấn đề sản xuất
ngô hiện nay đang gặp nhiều khó khăn dẫn đến suy giảm về sản lượng và
năng suất. Và một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng đó là do chất
lượng đất canh tác bị biến đổi do nhiễm mặn.
Theo thống kê của tổ chức Nông lương Liên hợp quốc FAO hàng năm
diện tích đất nông nghiệp giảm mạnh do bị nhiễm mặn là 3% trên toàn thế
giới, 6% ở Việt Nam và các nước Đông Nam Á khác [46]. Đất mặn có tác
động làm ức chế đến sự sinh trưởng qua đó làm giảm năng suất của cây trồng.
Trong các giai đoạn sinh trưởng của cây thì sự sinh trưởng ở giai đoạn
hạt nảy mầm và cây con rất nhạy cảm với nồng độ mặn trong môi trường [37].
Sự sinh trưởng của cây trong điều kiện đất bị nhiễm mặn sẽ tác động tới các
thông số về mặt sinh lí và hóa sinh của cây như: diện tích lá giảm, mật độ lỗ
khí giảm, sự đóng mở của lỗ khí bị ảnh hưởng, làm tăng hàm lượng của axit
amin prolin, protein tan, axit amin, giảm hàm lượng nước tương đối [44], làm
tăng sự biểu hiện của gen (chẳng hạn như gen mã hóa enzym tham gia sinh
tổng hợp prolin, …) [42].
Ở Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của
NaCl trên các đối tượng như lúa, đậu xanh, đậu tương [8] gây áp suất thẩm
thấu bằng muối NaCl, tuy nhiên các công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của
NaCl trên cây ngô để qua đó làm căn cứ đề ra các biện pháp phát triển loại
cây này ở các vùng đất ven biển nhiễm mặn vẫn còn nhiều hạn chế.


Xuất phát từ lí do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên
cứu khả năng chịu mặn ở giai đoạn nảy mầm và cây con của ngô (Zea
mays L.)”

2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu
2.1. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu khả năng chịu mặn của giống ngô V98-1, CP333 ở giai
đoạn nảy mầm và cây con 3 lá trong các ngưỡng mặn khác nhau.
2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn nảy mầm của hạt: Tỉ lệ nảy
mầm, sự sinh trưởng của rễ mầm, thân mầm, khối lượng tươi và khối lượng
khô, hàm lượng đường khử, enzym α-amylase, enzym catalase.
- Đánh giá khả năng chịu mặn ở giai đoạn cây con 3 lá bằng phương
pháp gây mặn nhân tạo thông qua đánh giá hàm lượng prolin.
3. Ý nghĩa lí luận và ý nghĩa thực tiễn
- Bổ sung các phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của mặn đến thực
vật.
- Đánh giá được khả năng chịu mặn của ngô ở các ngưỡng khác nhau,
qua đó cung cấp thêm tư liệu về phương pháp trồng, canh tác giống ngô trong
các khu vực đất bị nhiễm mặn.


Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu về cây ngô
1.1.1. Nguồn gốc phân loại của cây ngô
Cây ngô (Zea mays L.) là cây nông nghiệp một lá mầm thuộc chi Zea,
họ hòa thảo (Poaceae), có bộ nhiễm sắc thể (2n=20). Cây ngô có nguồn gốc
từ Trung Mỹ (Mexico...) và được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới
trong đó có Việt Nam. Ở Việt Nam cây ngô được trồng ở nhiều nơi với diện
tích lớn [46 ].
1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây
ngô Đặc điểm cấu tạo của ngô
Rễ ngô là hệ rễ chùm đặc trưng cho bộ rễ của các cây họ hòa thảo,

độ sâu và sự mở rộng của bộ rễ thấp, phụ thuộc vào độ phì nhiêu và độ ẩm
của đất.
Thân cây ngô có các khớp nối (các mấu hay mắt) cách nhau khoảng 2030 cm. Ngô có hình thái phát triển rất khác biệt, các lá hình mũi mác rộng bản,
dài 50-100 cm và rộng 5-10 cm, thân cây thẳng, thông thường cao 2-3 m với
nhiều mấu, có các lá hình thành từ các mấu với các bẹ nhẵn. Dưới các lá này
và ôm sát thân cây là các bắp. Khi còn non chúng dài ra khoảng 3 cm mỗi
ngày. Từ các đốt ở phía dưới sinh ra một số rễ.
Bắp ngô là các cụm hoa cái hình bông được bao bọc trong một số lớp
lá và được các lá này bao chặt vào thân đến mức chúng không lộ ra cho đến
khi xuất hiện các râu ngô màu hung vàng từ vòng lá vào cuối của bắp ngô.
Râu ngô là các núm nhụy thuôn dài trông giống như một búi tóc, ban đầu màu
xanh lục và sau đó chuyển dần sang màu hung đỏ hay hung vàng.


Trên đỉnh của thân cây là cụm hoa đuôi sóc hình chùy chứa các hoa
đực, được gọi là cờ ngô. Mỗi râu ngô đều có thể được thụ phấn để tạo ra một
hạt ngô trên bắp. Các bắp ngô non có thể dùng làm rau ăn với toàn bộ lõi và
râu, nhưng khi bắp đã già thì lõi ngô và hạt trở nên cứng và râu bị khô.
Hạt ngô thuộc loại quả dính, gồm 5 phần: Vỏ hạt, lớp alơron, phôi, nội
nhũ và chân hạt. Trong đó, nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự
trữ chất dinh dưỡng. Các hạt ngô có kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan và bám
chặt thành các hàng tương đối đều xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô.
Mỗi bắp ngô dài khoảng 10-25 cm, chứa khoảng 200-400 hạt. Các hạt có màu
như ánh đen, xám xanh, đỏ, trắng và vàng [9].
Đặc điểm sinh trưởng của ngô
Thời gian sinh trưởng của cây ngô dài, ngắn khác nhau phụ thuộc vào
giống và điều kiện ngoại cảnh. Trung bình thời gian sinh trưởng từ khi gieo
đến khi chín là 90 - 160 ngày.
Ngô là loại thực vật cần thời gian ban đêm dài và nhiệt độ thích hợp
cho sự phát triển là trên 10°C.

Ngô chịu lạnh kém nên trong khu vực ôn đới người ta trồng ngô
vào mùa xuân. Là một loại thực vật

C4

(thực vật sử dụng cơ chế quang hợp C4)

nên ngô là loại cây lương thực được sử dụng tốt hơn trong điều kiện thiếu
nước so với các thực vật C3 như các loại cây lương thực nhỏ, đậu tương.
Ngô là cây có vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Hạt ngô
có giá trị dinh dưỡng cao, nhiều gluxit và protein, chứa khoảng 10,6% protein,
69% gluxit chủ yếu là tinh bột, 4% - 5% lipit, chứa vitamin B1. Bên cạnh đó
các sản phẩm từ cây ngô còn là nguyên liệu cho thức ăn trong chăn nuôi [9].


1.1.3. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
1.1.3.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Ngô (Zea mays L.) cùng với lúa gạo (Oryza sativa L.) và lúa mì
(Triticum sp.) chiếm khoảng 87% sản lượng lương thực toàn thế giới. Ngành
sản xuất ngô thế giới tăng liên tục từ đầu thế kỷ 20 đến nay, nhất là trong gần 50
năm qua, ngô là cây trồng có tốc độ tăng trưởng cao nhất trong các cây lương
thực chính về cả ba chỉ tiêu: năng suất, diện tích và sản lượng. Vào năm 2005,
diện tích ngô toàn thế giới là 147, 4 triệu ha, năng suất trung bình 48, 3 tạ/ha và
sản lượng là 713,6 triệu tấn.
Năm 2010, theo tổ chức Nông nghiệp và Lương thực của Liên hợp quốc
(FAO), sản xuất ngô thế giới đạt kỷ lục về cả diện tích, năng suất và sản lượng.
Diện tích: 161, 9 triệu ha, năng suất 5, 2 tấn /ha và sản lượng 844, 4 triệu tấn.
Ngô được trồng rộng khắp trên thế giới trong đó Mĩ là quốc gia có sản
lượng chiếm gần một nửa toàn thế giới, đạt 316 triệu tấn, tiếp đến là Trung
Quốc, Braxin. Ở khu vực Đông Nam Á, quốc gia có sản lượng lớn nhất là

Indonesia với 18, 3 triệu tấn.
Bảng 1.1. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô toàn thế giới
năm 2005 -2010
Năm

Diện tích (ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (tấn)

2005

147.471.782

4,83

713.696.156

2006

148.410.212

4,76

706.832.229

2007

158.233.558

4,98

789.398.918

2008

161.203.204

5,13

827.489.803

2009

158.842.402

5,16

819.704.199


2010

161.908.449

5,21

844.405.181

(Nguồn: ) [46]
Bảng 1.2. Các quốc gia có sản lượng ngô lớn nhất trên thế giới năm 2010
(Đơn vị: triệu tấn)
Quốc
gia

Trung
Ấn
Mĩ
Braxin Mexico Argentina
Indonesia
Quốc
Độ

Sản
316
lượng

177.5

55.3

23

22.7

15

18.3

Toàn
thế
giới
844.4

(Nguồn: ) [46]
Tuy nhiên, hiện nay việc phát triển ngô trên thế giới đang gặp phải khó
khăn do sự biển đổi khí hậu, trái đất nóng lên làm thay đổi các vùng đất trồng
trọt. Đất đai bị hạn hán, nhiễm chua phèn, nhiễm mặn, ảnh hưởng nghiêm
trọng đến sản xuất nông nghiệp nói chung và sản xuất ngô nói riêng. Thực tế,
hầu hết ngô được trồng trên các vùng đất khó khăn (không chủ động nước
tưới, chua phèn ...). Do vậy, các nhà khoa học trên thế giới đã tập trung
nghiên cứu chọn tạo các giống mới và các biện pháp kỹ thuật nhằm tăng
cường hiệu quả của sản xuất ngô trên các vùng đất khó khăn.
1.1.3.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam
Trước đây, sản xuất ngô ở Việt Nam còn nhỏ lẻ và phân tán, chủ yếu là
tự cung tự cấp theo nhu cầu của hộ nông dân. Tại một số vùng miền núi do
khó khăn về sản xuất lúa nước nên nông dân phải trồng ngô làm lương thực
thay gạo. Các giống ngô được trồng đều là các giống truyền thống của địa
phương, giống cũ nên năng suất rất thấp. Vào thập kỷ 60 của thế kỷ trước,
diện tích ngô Việt Nam chưa đến 300 nghìn hecta, năng suất chỉ đạt trên 1


tấn/ha, đến đầu những năm 1980 cũng không cao hơn nhiều, chỉ ở mức 1,1
tấn/ha, sản lượng đạt khoảng hơn 400.000 tấn do vẫn trồng các giống ngô địa
phương với kỹ thuật canh tác lạc hậu. Từ năm 2006, năng suất và sản lượng
ngô của Việt Nam đã có những bước tiến nhảy vọt cao nhất từ trước đến nay:
tốc độ tăng trưởng diện tích, năng suất ngô của Việt Nam cao hơn nhiều lần
của thế giới.

Bảng 1.3. Diện tích, năng suất, sản lượng ngô Việt Nam năm 2005 - 2010
Diện tích

Năng suất

Sản lượng

(ha)

(tấn/ha)

(tấn)

2005

1052600

3,59

3.787.100

2006

1033100

3,73

3.854.500

2007

1096100

3,92

4.303.200

2008

1440200

3,17

4.573.100

2009

1089200

4,01

4.371.700

2010

1126390

4,08

4.606.800

Năm

(Nguồn: ) [46 ]

1.2. Đất mặn và cơ chế chống chịu mặn
1.2.1. Đất mặn
Đất mặn là đất chứa một lượng muối hòa tan trong nước ở vùng rễ cây
làm thiệt hại đến sinh trưởng của cây trồng. Mức độ gây hại tùy thuộc vào
loài cây trồng, giống cây, thời gian sinh trưởng của cây, các yếu tố môi trường
đi kèm. Theo định nghĩa của hội khoa học Mĩ công bố thì đất mặn là đất có độ
0

dẫn điện EC cao hơn 4dS/m ở điều kiện nhiệt độ 25 C, pH nhỏ hơn 8, 5 [1].
Đất mặn là một trong những yếu tố chính cản trở sự phát triển của thực
vật, dựa theo nguồn gốc phát sinh đất mặn bao gồm: đất mặn ven biển hoặc
đất vùng cửa sông do nước biển xâm nhập vào mùa khô và mặn bên trong đất
do hiện do mao dẫn từ tầng dưới lên phổ biến ở vùng sa mạc và cận sa mạc.


Đất bị nhiễm mặn chiếm 7% diện tích đất toàn thế giới, đất bị nhiễm
mặn không phải đều có khả năng canh tác giống như nhau mà nó được chia ra
thành từng nhóm khác nhau để sử dụng hợp lý. Đất mặn ở khu vực Châu Âu
và Bắc Mĩ ít có khả năng trồng trọt. Ở Châu Á, hơn 80% đất nhiễm mặn có
khả năng trồng trọt và đã được khai thác cho sản xuất nông nghiệp [1].
1.2.2. Tác hại của mặn với thực vật
Các loài thực vật nói chung và ngô nói riêng đều chịu tác động của mặn.
Theo tác giả Frova, Grattan và Grieve [26] ảnh hưởng trực tiếp của muối lên
quá trình sinh trưởng được chia làm ba nhóm:

Làm giảm thế năng thẩm thấu của dung dịch đất từ đó làm giảm nước
tự do trong đất.
Phá hủy cấu trúc vật lí của đất do đó ảnh hưởng đến tính thấm nước và
sự thông khí của đất bị giảm.
Tăng nồng độ của các ion có thể sẽ ức chế trao đổi chất ở thực vật (đặc
biệt là các ion gây độc và sự thiếu hụt chất khoáng). Ảnh hưởng của áp suất
thẩm thấu và các ion gây độc đến năng suất cây trồng rất khó để định lượng.
Tuy nhiên, với hầu hết các loại cây trồng, tác giả Dasberg (1991) cho rằng sự
mất mát năng suất do áp suất thẩm thẩm có thể rất nặng nề trước khi biểu hiện
ra thành các hư hại trên bộ lá.
Theo tác giả Dubey (1997) [20] mặn là nguyên nhân gây ra ảnh hưởng
của ion và áp suất thẩm thấu lên cơ thể thực vật và gần như các phản ứng của
thực vật được biết đều liên quan đến hai quá trình này. Phản ứng chung nhất
của thực vật đối với muối là làm giảm sinh trưởng [25]. Các tác động áp suất
thẩm thấu của muối lên thực vật thể hiện là giảm thế năng nước của đất và làm
tăng nồng độ của các chất tan xung quanh vùng rễ. Khi thế năng nước của đất


10
quá thấp, thực vật sẽ không có khả năng lấy nước từ đất. Vì vậy, một số loài
khi bị stress muối cũng giống với stress hạn. Tuy nhiên, ở nồng độ muối trung
hoặc thấp, thực vật điều chỉnh áp suất thẩm thấu (bằng cách tích lũy các chất
tan nội bào) để lấy nước vào tế bào [25].
Khi nồng độ muối cao, một số triệu chứng mà thực vật gặp phải như
+

-

hoại tử, đầu lá bị cháy do ion Na và Cl [45]. Khi nồng độ ion cao có thể phá
vỡ tính toàn vẹn và chức năng của màng sinh chất, ảnh hưởng đến sự cân

bằng của chất tan nội bào và sự hấp thụ dinh dưỡng, gây ra triệu chứng thiếu
hụt dinh dưỡng tương tự như xảy ra khi cây thiếu dinh dưỡng [26].
Một số nghiên cứu cho thấy dưới stress muối thì sinh trưởng của cây
trồng bị giảm như ở cà chua [39], bông [36] và củ cải đường [25]. Tuy nhiên,
có sự khác nhau giữa khả năng chịu muối các loài, cũng như các thông số sinh
trưởng. Ví dụ: Aziz và Khan (2001) [16] tìm thấy rằng sự tăng trưởng tối ưu
của cây Đưng (thuộc chi Đước) ở môi trường chứa 50% nước biển và nếu
tăng lượng muối lên thì sinh trường bị giảm trong khi đó Alhagi pseudoalhagi
(một loại cây họ Đậu), khối lượng tổng tăng khi nồng độ muối thấp (50 mM
NaCl) nhưng lại giảm khi độ mặn cao (100 và 200 mM NaCl). Ở cây củ cải
đường, diện tích lá, khối lượng tươi, khối lượng khô của lá, rễ nhìn chung cũng
giảm xuống khi nồng độ NaCl đạt 200mM, những số lá lại ít bị ảnh hưởng [25],
[23] nghiên cứu trên đối tượng cây nho thấy rằng có sự giảm tích lũy chất khô
trong chồi nhiều hơn so với trong rễ, đặc biệt khi nồng độ muối cao cho thấy
quá trình quang đồng hóa vẫn diễn ra. Đó có thể là do hệ rễ có khả năng điều
chỉnh áp suất thẩm thấu.
Nguyên nhân chủ yếu làm giảm sinh trưởng của thực vật có thể do
muối ảnh hưởng đến chế độ nước ở cây. Theo Sohan et al [41] và RomeroAranda et al (2001) [39] khi tăng muối trong môi trường rễ có thể dẫn đến suy


giảm thế năng nước của lá vì vậy có thể ảnh hưởng đến nhiều quá trình trong
cây. Một số tác giả thấy rằng thế năng nước và thế năng thẩm thấu của thực
vật trở nên âm hơn khi tăng nồng độ muối, dẫn đến áp suất trương tăng lên
[28], [36], [39]. Ở cây chịu mặn Suaeda salsa, tác giả Lu và cộng sự quan sát
thấy thế năng nước của lá và tỉ lệ thoát hơi nước giảm đáng kể với sự gia tăng
nồng độ muối. Ashraf [15] thông báo sự giảm tương tự về thế năng nước của
lá với sự tăng của nồng độ muối ở 6 loài cây thuộc họ Cải, kết quả tương tự
trên đối tượng cây hướng dương [41]. Theo các nhà nghiên cứu có hai nguyên
nhân:
Dưới nồng độ muối cao, thực vật cô lập NaCl trong mô lá nhiều hơn

mức bình thường. Sự gia tăng muối NaCl trong mô lá dẫn đến làm thế năng
thẩm thấu thấp hơn và âm hơn so với thế năng nước.
Giảm độ dẫn thủy lực trong rễ làm giảm lượng nước từ rễ cung cấp cho
các bộ phận trên mặt đất, gây ra stress nước ở các mô lá. Xử lí muối làm giảm
đáng kể hàm lượng nước tương đối ở củ cải đường [25]. Theo tác giả Katerji
và cộng sự [32] giảm lượng nước làm mất sức trương và dẫn đến thiếu nước
cho quá trình kéo dài tế bào.
Các nghiên cứu cũng cho thấy muối là nguyên nhân gây ra các thay đổi
về hình thái của cây. Ví dụ, bộ lá của đậu, bông tăng chiều dày của biểu bì, độ
dày của mô mềm, chiều dài và đường kính của tế bào mô giậu, đường kính
của tế bào mô xốp khi tăng nồng độ muối [35]. Ngược lại, cả biểu bì, độ dày
của mô mềm và khoang gian bào đều giảm đáng kể khi xử lí muối ở cây vẹt
(Brugueira parviflora). Ở lá của cây Spinach thấy có sự giảm xuống khoang
gian bào [19] còn ở cà chua thấy có sự giảm mật độ khí khổng [39]. Sinh
trưởng của thực vật phụ thuộc vào quang hợp và do vậy các stress môi trường
ảnh hưởng đến sinh trưởng thường ảnh hưởng đến quang hợp [43]. Nghiên cứu


của các tác giả khác cũng cho thấy các loài khác nhau thì quá trình quang hợp
bị ức chế là khác nhau bởi muối [15], [31], [39]. Có sự tương quan thuận giữa
tỉ lệ quang hợp và năng suất dưới điều kiện muối [38], [22], [23] cho rằng sự
ức chế sinh trưởng sinh dưỡng ở thực vật bởi muối liên quan đến việc ức chế
quá trình quang hợp.
Theo Iyengar and Reddy [30] sự suy giảm tỉ lệ quang hợp liên quan đến
muối là do một số nguyên nhân:
Sự mất nước của màng sinh chất tế bào dẫn đến làm giảm khả năng
thấm CO2. Nồng độ muối cao trong đất và trong nước sẽ tạo ra thế áp suất
thẩm thấu cao chúng sẽ làm giảm lượng nước có lợi cho thực vật. Sự giảm thế
năng nước gây ra stress thẩm thấu, gây ra sự bất hoạt không thuận nghịch
chuỗi vận chuyển điện tử.

+

-

-

Ngộ độc muối đặc biệt là Na và Cl , theo một số tác giả Cl ức chế hoạt
động quang hợp.
Sự suy giảm CO2 cung cấp có nguyên nhân là do lỗ khí đóng. Theo
Iyengar và Reddy, lỗ khí đóng làm giảm đến mức nhỏ nhất lượng nước thoát
ra ngoài, quá trình này tác động đến hệ thống hấp thu và chuyển hóa năng
lượng của lục lạp.
Muối cảm ứng tăng cường sự già hóa ở thực vật.
Thay đổi hoạt động của enzym được cảm ứng bởi những thay đổi trong
cấu trúc của tế bào chất.
Nhiều thay đổi diễn ra trong thực vật cho phép chúng chống chịu muối
và vẫn giữ được khả năng quang hợp. Đây là thông tin hữu ích cho kĩ thuật di
truyền trong việc tạo cây trồng chịu muối có sinh trưởng cao.


Lượng muối NaCl cao hấp thụ cạnh tranh với sự hấp thụ các ion
+

2+

khoáng khác chẳng hạn như K , Ca , N, P dẫn đến phá hủy quá trình hút
khoáng bình thường, làm giảm năng suất và chất lượng cây trồng [25]. Sự gia
+

-

tăng nồng độ NaCl được thông báo là sẽ cảm ứng tăng nồng độ Na và Cl và
2+

+

2+

giảm Ca , K và Mg ở nhiều loài cây [17], [23] quan sát thấy sự gia tăng
+

-

của nồng độ Na và Cl trong lá và rễ của củ cải đường với sự gia tăng nồng
độ NaCl trong môi trường nuôi cấy.
Dưới ảnh hưởng của điều kiện stress muối, sự hấp thụ nitơ cũng bị ảnh
hưởng. Các nghiên cứu chỉ ra muối có thể giảm sự tích lũy N ở thực vật [40].
Ảnh hưởng của muối đến nồng độ của P [27] phụ thuộc vào loài cây, giai
đoạn phát triển, thành phần, mức độ muối và nồng độ P trong cơ chất cung
cấp cho cây. Trong đa số trường hợp, muối làm giảm nồng độ P trong mô
thực vật [33].
1.2.3. Ảnh hưởng của áp suất thẩm thấu đến thực vật
Các stress khô hạn, mặn và lạnh là những hiện tượng có chức năng về
sinh lý liên quan với nhau, trên cơ sở điều tiết áp suất thẩm thấu (ASTT) của
tế bào. ASTT là lực gây ra sự chuyển dịch của dung môi vào tế bào qua màng
sinh chất. Nó không phụ thuộc vào bản chất của chất tan, mà phụ thuộc vào
nồng độ phân tử chất tan, nhiệt độ, sự phân li của dung dịch. ASTT bao gồm
ASTT bên trong (ASTT thấu nội bào) và bên ngoài (ASTT môi trường).
ASTT bên trong: dịch tế bào có chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ là sản
phẩm của quá trình trao đổi chất. Các chất này trong dịch tế bào đã tạo nên

ASTT cao, giúp cho quá trình xâm nhập của nước vào trong tế bào bằng con
đường thẩm thấu. ASTT bên ngoài chủ yếu do tính mặn của môi trường gây
nên. Đất bị nhiễm mặn chứa hàm lượng muối cao, đặc biệt là NaCl. Điều đó
đã hạn chế khả năng hút nước, dẫn đến khó khăn trong việc hút chất dinh
dưỡng [6]. Nếu cây sinh trưởng trong môi trường không có muối, thì nước sẽ


dễ dàng thấm qua màng bán thấm để đi vào tế bào chất nhờ hiện tượng thẩm
thấu. Đất bị nhiễm mặn sẽ gây nên 2 tác hại đối với thực vật:
Tác hại thứ nhất: Gây ra hiện tượng hạn sinh lí. Hàm lượng muối cao
trong đất làm cho ASTT môi trường lớn. Nếu ASTT nội bào không thắng nổi
áp suất của môi trường cây sẽ bị khô héo do nước từ trong tế bào đi ra ngoài.
Thiếu nước nhẹ thì làm giảm tốc độ sinh trưởng, thiếu nước trầm trọng sẽ dẫn
đến biến đổi hệ keo nguyên sinh chất làm tăng quá trình già hoá tế bào. Khi bị
khô kiệt nước, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào và mô bị tổn
thương và chết.
Tác hại thứ hai: Liên quan đến tính gây độc của các ion đối với thực
+

-

vật. Đất bị nhiễm mặn chứa hàm lượng cao các ion, đặc biệt Na và Cl , ngoài
2-

-

+

ra còn có các ion khác: SO4 , HCO3 , Li , ... Hàm lượng cao các ion này đều
gây hại cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật.

Dung dịch có nồng độ càng cao thì áp suất thẩm thấu càng lớn. Áp suất
thẩm thấu của một dung dịch là giá trị để chỉ lượng nước có xu hướng đi vào
trong dung dịch bởi sự thẩm thấu. Do đó dưới một điều kiện nhiệt độ và áp
suất nhất định, nước sẽ di chuyển từ dung dịch có áp suất thẩm thấu thấp sang
dung dịch có áp suất thẩm thấu cao. Mỗi dung dịch đều có một năng lượng tự
do nhất định, dưới một điều kiện nhiệt độ và áp suất nhất định, năng lượng
này có thể đo được và được gọi là thế năng thẩm thấu (osmotic potential).
Nước tinh khiết có thế năng thẩm thấu bằng không. Vì thế năng thẩm thấu
giảm khi nồng độ thẩm thấu tăng nên các dung dịch có thế năng nhỏ hơn
không. Nước sẽ di chuyển từ vùng có thế năng thẩm thấu cao sang vùng có
thế năng thẩm thấu thấp. Thay đổi áp suất thẩm thấu làm thay đổi hàm lượng
nước trong tế bào và gây ra rối loạn chức năng tế bào.


1.2.4. Cơ sở sinh lý, sinh hóa của tính chịu mặn ở thực vật
1.2.3.1. Cơ sở sinh lý của tính chịu mặn
Theo Yeo và Flower [46] đã tổng kết cơ chế chịu mặn ở cây bao gồm
các nhóm sau:
Hiện tượng ngăn chặn muối: Thực vật không hấp thu một lượng muối
dư thừa nhờ hiện tượng hấp thu có chọn lọc.
Hiện tượng tái hấp thu: Cây hấp thu một lượng muối dư thừa nhưng
+

được tái hấp thu trong mô libe. Na không chuyển đến chồi thân.
Hiện tượng ngăn cách từ lá đến lá: Lượng muối dư thừa được chuyển
từ lá non sang lá già, muối được định vị tại lá già không có chức năng, không
thể chuyển được ngược lại.
Chống chịu ở mô: Cây hấp thu muối và được ngăn cách trong các
không bào của lá, làm giảm ảnh hưởng độc hại của muối đối với sinh trưởng
của cây.

Ảnh hưởng pha loãng: Cây hấp thụ muối nhưng sẽ làm loãng nồng độ
muối nhờ tăng cường tốc độ phát triển nhanh và gia tăng hàm lượng nước
trong chồi.
Cũng giống như chịu hạn, ở thực vật khi đề cập đến cơ chế chịu mặn
người ta cũng thường đề cập đến vai trò của bộ rễ và khả năng điều chỉnh áp
suất thẩm thấu của tế bào qua đó liên quan trực tiếp đến qua trình nhiễm mặn,
rễ phát triển mạnh làm gia tăng lượng nước trong chồi qua đó làm loãng nồng
độ muối.
1.2.3.2. Cơ sở sinh hóa của tính chịu mặn
Khi phân tích thành phần hóa sinh của các cây chịu mặn, các nghiên


cứu đều cho rằng, khi cây gặp mặn có hiện tượng tăng lên về hoạt độ enzyme,
hàm lượng ABA, hàm lượng proline, nồng độ ion K+, các loại đường, axit
hữu cơ, ... giảm CO2, protein và axit nucleic [5].
Nghiên cứu sự đa dạng và hoạt động của enzyme trong điều kiện gây
stress đã được nhiều tác giả quan tâm. Một số nghiên cứu trên các đối tượng
như lạc, lúa, đậu xanh, đậu tương ... cho thấy có mối tương quan thuận giữa
hàm lượng đường tan và hoạt độ enzyme a - amylase, giữa hàm lượng protein
và hoạt độ protease [17], [30] ... Đường tan là một trong những chất tham gia
điều chỉnh áp suất thẩm thấu trong tế bào. Sự tăng hoạt độ a - amylase sẽ làm
tăng hàm lượng đường tan do đó làm tăng áp suất thẩm thấu và tăng khả năng
chống chịu của cây trồng [19].
Những thay đổi hóa sinh khác do stress gây ra cũng đã được nhiều tác
giả quan tâm nghiên cứu, trong đó có sự biến đổi hàm lượng axit amin
proline. Nghiên cứu khả năng chịu hạn của một số giống lúa cạn địa phương
ở vùng núi phía Bắc, tác giả Chu Hoàng Mậu và cộng sự đã nhận xét,
khả năng chịu hạn của cây lúa cạn phụ thuộc tuyến tính vào hàm lượng
proline [23].
Tính chống chịu là tính trạng đa gen, được biểu hiện khác nhau trong

các giai đoạn phát triển của cây. Trên thực tế vẫn chưa tìm được gen thực sự
quyết định tính chịu mặn mà mới chỉ tìm thấy các gen liên quan đến tính chịu
mặn hạn. Vì vậy, nghiên cứu cơ chế phân tử của tính chịu hạn chủ yếu đi vào
hướng chính đó là nghiên cứu biểu hiện, chức năng của các chất và các gen
tương ứng liên quan đến khả năng bảo vệ của tế bào khỏi tác động của stress.
Một trong những nhóm gen liên quan đến các điều kiện mất nước là các gen
mã hóa nhóm protein có tên gọi là LEA (Late embryogenesis abundant
protein). LEA không những đóng vai trò điều chỉnh quá trình mất nước sinh
lý khi hạt chín mà còn hạn chế sự mất nước bắt buộc do các điều kiện ngoại