Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỘC Sư PHẠM HÀ NỘI 2
VŨ THỊ VÂN
NGHIÊN CỨU Sư HÌNH THÀNH MÔT SỐ CHẤT
• •
BẢO VỆ Ở CÂY LẠC (Arachis hypogaea L.) TRONG ĐIỀU KIỆN THIẾU NƯỚC
m
Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 0114
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
• • •
Ngưòi hướng dẫn khoa học: PGS. TS NGUYỄN VĂN MÃ
HÀ NỘI, 2014
LỜI CẢM ƠN
Với tấm lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin trân trọng cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Mã là người
trực tiếp hướng dẫn và tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2; khoa Sinh -
KTNN; Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và Chuyển giao công nghệ trường Đại học Sư phạm
Hà Nội 2; các thầy, cô giáo đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn những người thân trong gia đình và các anh, chị, em, bạn bè đã
giúp đỡ, chia sẻ, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này.
Hà Nội, tháng 6 năm 2014 Học viên
■
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài này do tôi thực hiện tại Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và
Chuyển giao công nghệ trường Đại học trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS Nguyễn Văn Mã. Những kết quả, số liệu trong luận văn là trung thực, của riêng tôi và chưa
từng được ai công bố trong bất kì công trình khoa học nào khác.
Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm nội dung khoa học của đề tài.
Hà Nội, tháng 6 năm 2014 Học viên
Vũ Thị Vân
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

các họp chất thứ cấp có vai trò bảo vệ tế bào trong điều kiện stress, hoạt động của
enzyme trong điều kiện khắc nghiệt, sự truyền tín hiệu stress môi trường Riêng về các
chất bảo vệ cũng có khá nhiều công trình nghiên cứu nhưng còn riêng lẻ, tản mạn và
chưa có nghiên cứu nào về sự hình thành các chất bảo yệ ở cây lạc khi bị thiếu nước.
Chính vì vậy, chúng tôi chọn đề tài “Nghiên cứu sự hình thành một số chất
bảo vệ ở cây lạc (Arachis hypogaea L.) trong điều kiện thiếu nước”, để làm rõ mức
độ hình thành một số chất bảo vệ thường gặp ở thực vật nói chung và cây lạc nói riêng
khi bị thiếu nước.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu sự hình thành một số chất bảo vệ ở cây lạc ừong điều kiện bị khô
hạn.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Xác định hàm lượng proline, đường khử, glycine betaine giai đoạn nảy mầm, giai
đoạn cây non, giai đoạn ra hoa và giai đoạn tạo quả.
4. Đổi tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Đối tượng
Đối tượng nghiên cứu là giống lạc L24 (chịu hạn tốt) do Viện Khoa học Nông
nghiệp Việt Nam cung cấp.
4.2. Pham vi
Nghiên cứu một số chất bảo vệ (proline, đường khử, glycine betaine) ừong
điều kiện phòng thí nghiệm (giai đoạn nảy mầm) và trong điều kiện nhà lưới (giai
đoạn cây non, ra hoa và tạo quả).
4
5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn
Bổ sung tài liệu về ảnh hưởng của sự khô hạn tới sự hình
thành một số chất bảo vệ ở cây trồng.
NỘIDUNG
CHƯƠNG 1: Cơ SỞ LÍ LUẬN CỦA VẤN ĐÈ NGHIÊN cứu
1.1. Đặc điểm sinh trưởng, phát triển và nhu cầu về nước của cây lạc.
1.1.1. Đặc tính sinh học của cây lạc

cộng sinh với rễ cây lạc, chúng có khả năng cố định nitơ tự do không khí tạo đạm cung
cấp cho cây và đất [1],
[4], [5].
1.1.2. Các thòi kì sinh trưởng, phát triển và nhu cầu về nước của cây lạc
Cây lạc sinh trưởng và phát triển kéo dài trong khoảng 95-135 ngày tùy vào từng
giống và được chia làm 4 thời kì: [1], [4], [5].
• Thời kì nảy mầm là thời kì diễn ra trong thời gian ngắn từ 3 - 8 ngày tùy giống và phụ
thuộc vào điều kiện ngoại cảnh.Với điều kiện hạt giống tốt, ẩm độ, nhiệt độ không khí
đầy đủ, từ 3-5 ngày sau khi gieo hạt sẽ nảy mầm. Khi bắt đầu gieo, hạt hút nước đến khi
đủ nước hạt sẽ trương lên nhanh, các enzyme bắt đầu phân giải chuyển hóa các hợp chất
hữu cơ tạo nguyên liệu cho quá trình sinh trưởng của rễ và mầm. Khi hạt nứt, rễ mầm
nhú và chui ra khỏi hạt cắm xuống đất, rồi sau đó lá mầm phát triển nhanh, phôi mầm
mọc hình thành cây lạc.
Ở thời kì này đòi hỏi nhu càu về nước rất cao, hạt lạc phải được hút đủ nước thì
mới nảy mầm được. Nếu bị thiếu nước hoặc thời tiết lạnh thì khả năng nảy mầm của hạt
lạc sẽ gặp khó khăn dẫn đến tỷ lệ nảy mầm thấp.
• Thời kỳ cây con và trước khi ra hoa là thời kì tính từ khi lạc bắt đầu mọc mầm đến trước
6
khi bắt đầu trổ hoa, kéo dài 25 - 45 ngày tùy vào giống, điều kiện nhiệt độ, ẩm độ. Thời
kỳ này được chia làm 2 giai đoạn nhỏ là giai đoạn cây non và giai đoạn trước ra hoa.
Giai đoạn cây non tính từ lúc xòe lá mầm đến khi cây có 4 lá thật. Giai đoạn này bộ rễ
bắt đầu phát triển hoàn chỉnh nhưng khả năng hoạt động còn yếu, vi khuẩn nốt sần mới
hình thành. Giai đoạn trước ra hoa được tính từ khi cây có 4 lá thật đến lúc trước khi ra
hoa, lúc này cây sinh trưởng tăng dần do sự hoàn thiện của bộ rễ và lá.
Thòi kỳ này cây rất cần đạm và các chất dinh dưỡng để sinh trưởng, còn nhu cầu
về nước ở thòi kì này thì bình thường nhưng lại cần thiết do nước vừa là môi trường cho
các phản ứng sinh hóa trong cây, vừa là nguồn nguyên liệu cho quang họp để tổng hợp
các chất hữu cơ cho cây sinh trưởng. Nếu thiếu nước, cây sẽ sinh trưởng chậm, còi cọc
và chuyển sang trạng thái phát triển sớm.
• Thời kỳ ra hoa, đâm tia và làm quả là thời kì cây diễn ra đồng thòi 2 quá trình sinh

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

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

hòa thảm
thấu, cố
khối ỉượng
phân tử
nhỏ, có
tính chất
o
ISIH
không tích
điện ở pH
trung tính
(như các
ion vô cơ)
và có khả
năng hòa
tan tốt
tong nước,
không độc
khi tập
trung với
nồng độ
cao và làm
ổn định
cấu trúc
các phân
tử protein.
Khi tế bào
có sự tâp
trung muối
cao và các

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

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

thực vật do
proline
tham gia
điều chỉnh
áp suất
thẩm thấu
nội bào và
tham gia
vào chức
năng bảo
vệ màng
và protein.
Proline
được tích
lũy trong
mô lá, mô
phân sinh
chóp rễ
của những
thực vật
được rèn
luyện trong
điều kiện
stress
nước, tích
lũy trong
hạt phấn bị
làm khô,
tích lũy ở
vùng chóp

nhỏ bé
[33].
Nhưng
dưới ảnh
hưởng của
môi trường
khắc
nghiệt như
hạn hán,
băng giá,
muối
mặn,bệnh
truyền
nhiễm thì
hầu hết
hoặc ít
nhất cũng
là một
phần lớn
proline đều
tập trung ở
tế bào chất.
Tại đây,
proline có
vai trò đặc
biệt quan
trọng trong
việc điều
hòa áp suất
thẩm thấu