BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Thanh Phượng ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT ĐIỀU HÒA TĂNG TRƯỞNG THỰC VẬT TRONG SỰ NẢY MẦM VÀ TĂNG TRƯỞNG SỚM CỦA CÂY MẦM TỪ HẠT Ở CÂY LÚA ORYZA SATIVA L GIỐNG NÀNG HƯƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH Nguyễn Thị Thanh Phượng ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC CHẤT ĐIỀU HÒA TĂNG TRƯỞNG THỰC VẬT TRONG SỰ NẢY MẦM VÀ TĂNG TRƯỞNG SỚM CỦA CÂY MẦM TỪ HẠT Ở CÂY LÚA ORYZA SATIVA L GIỐNG NÀNG HƯƠNG Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 60 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS BÙI TRANG VIỆT TS LÊ THỊ TRUNG Thành phố Hồ Chí Minh - 2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn công trình nghiên cứu riêng Kết trình bày luận văn trung thực chưa tác giả công bố công trình Tp Hồ Chí Minh, ngày 26 tháng 10 năm 2013 TÁC GIẢ Nguyễn Thị Thanh Phượng LỜI CẢM ƠN Em chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy PGS TS Bùi Trang Việt tận tình hướng dẫn, giảng dạy, bồi dưỡng kiến thức tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Cô TS Lê Thị Trung giảng dạy, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh nghiệm động viên giúp đỡ em trình học tập, làm luận văn Cô TS Dương Thị Bạch Tuyết, cô TS Nguyễn Thị Mong, cô TS Trần Thanh Hương, thầy PGS TS Bùi Văn Lệ, thầy TS Đỗ Minh Sĩ, cô TS Trần Lê Bảo Hà, thầy TS Chung Anh Dũng, cô PGS TS BS Vũ Thị Nhung giảng dạy cho em kiến thức bổ ích Ban Giám hiệu, Phòng Đào tạo Sau đại học, Khoa Sinh học môn Sinh lý Thực vật trường ĐH Sư phạm Tp HCM trường ĐH Khoa học Tự nhiên - ĐH Quốc gia Tp HCM tạo điều kiện thuận lợi cho em suốt thời gian học tập làm luận văn trường Các Thầy, Cô hội đồng dành thời gian đọc đóng góp nhiều ý kiến cho luận văn em Em Hồ Thị Mỹ Linh giúp đỡ cho mượn dụng cụ, hoá chất để thực thí nghiệm Các cô, làm việc Viện Khoa học Nông nghiệp miền Nam Việt Nam cho em vật liệu để thực đề tài Các anh chị chuyên ngành sinh học thực nghiệm khóa 21, anh Bùi Trọng Duy, bạn khóa 22 em học viên phòng môn Sinh lý Thực vật động viên, giúp đỡ thời gian học tập, làm luận văn Ban Giám hiệu tập thể giáo viên tổ Sinh học trường THPT chuyên Hùng Vương giúp đỡ có thời gian hoàn thành chương trình học Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn ba mẹ anh chị em hai bên gia đình yêu thương, tạo điều kiện cho học tập Em cảm ơn anh bên cạnh chia sẻ vui buồn sống Nguyễn Thị Thanh Phượng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu lúa 1.1.1 Nguồn gốc lúa 1.1.2 Vị trí phân loại .8 1.1.3 Đặc điểm hình thái lúa 1.2 Sự nảy mầm 11 1.2.1 Sự nảy mầm hạt lúa 11 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nảy mầm 11 1.2.3 Sinh lý nảy mầm 12 1.3 Sự tăng trưởng sớm mầm 13 1.4 Vai trò chất điều hòa tăng trưởng thực vật nảy mầm tăng trưởng sớm mầm 13 1.4.1 Vai trò chất điều hòa tăng trưởng thực vật nảy mầm 13 1.4.2 Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật tăng trưởng sớm mầm 15 1.5 Tình hình sản xuất lúa gạo 17 1.6 Tình hình nghiên cứu lúa .18 CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 20 2.1 Vật liệu 20 2.1.1 Vật liệu dùng nuôi cấy 20 2.1.2 Vật liệu dùng sinh trắc nghiệm: 20 2.2 Phương pháp 20 2.2.1 Đánh giá tính sống hạt 20 2.2.2 Khảo sát nảy mầm hạt 20 2.2.3 Khảo sát giai đoạn tăng trưởng sớm mầm lúa 23 2.2.4 Quan sát hình thái giải phẫu 24 2.2.5 Đo cường độ hô hấp, cường độ quang hợp 26 2.2.6 Đo hoạt tính chất điều hòa tăng trưởng thực vật 26 2.2.7 Áp dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên nảy mầm tăng trưởng sớm in vitro lúa 30 2.2.8 Áp dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên nảy mầm tăng trưởng sớm lúa vườn ươm 32 2.2.9 Xử lý thống kê .32 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ - THẢO LUẬN 34 3.1 Kết 34 3.1.1 Đánh giá tính sống hạt 34 3.1.2 Khảo sát nảy mầm hạt 34 3.1.3 Giai đoạn tăng trưởng sớm 46 3.1.4 Quan sát hình thái giải phẫu 49 3.1.5 Cường độ hô hấp, cường độ quang hợp 58 3.1.6 Hoạt tính chất điều hòa tăng trưởng thực vật 60 3.1.7 Áp dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên nảy mầm tăng trưởng sớm lúa điều kiện in vitro 62 3.1.8 Áp dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên nảy mầm tăng trưởng sớm lúa vườn ươm 71 3.2 Thảo luận 73 3.2.1 Sự nảy mầm hạt lúa 73 3.2.2 Sự tăng trưởng sớm mầm lúa 77 3.2.3 Tác động chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên nảy mầm tăng trưởng sớm mầm từ hạt lúa vườn ươm .78 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 80 4.1 Kết luận .80 4.2 Đề nghị 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 88 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ABA : Abcisic acid IAA : Indol - - acetic acid BA : Benzyl adenine GA3 : Gibberellic acid MS : Murashige & Skoog FAA : Formadehid alcol acid acetic ARN : Acid ribonucleic MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, lúa loại lương thực quan trọng Hàng năm, ngành sản xuất lúa gạo không đáp ứng cho nhu cầu lương thực nước mà xuất đem lại lợi ích lớn cho kinh tế quốc gia Cùng với phát triển ngành khoa học kỹ thuật nông nghiệp, lúa vào ổn định tiếp tục phát triển theo chiều sâu vừa bảo đảm giữ vững tăng suất, vừa cải thiện chất lượng hạt gạo để mở rộng thị trường tiêu thụ gạo Việt Nam giới Giống trồng nói chung hạt giống nói riêng điều kiện thiếu trồng trọt Giống lúa Nàng Hương số loại gạo thơm ngon thuộc lúa cổ truyền hay gọi lúa mùa người tiêu dùng ngày ưa chuộng Việc áp dụng tiến khoa học kỹ thuật góp phần làm tăng suất lúa mùa người trồng lúa quan tâm sâu sắc Ngoài việc tìm phương pháp phơi sấy bảo quản hạt giống, yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng hạt giống thời gian sinh trưởng, thời gian thu hoạch, trọng lượng hạt, tỉ lệ nảy mầm hạt thời gian tồn trữ sau thu hoạch quan tâm Sự nảy mầm hạt tiêu chuẩn quan trọng để đánh giá chất lượng hiệu kinh tế mà trồng đem lại Chu trình sống sinh vật trải qua ba giai đoạn bản: non trẻ, trưởng thành già cỗi Ở lúa, giai đoạn non trẻ giai đoạn mạ Chăm sóc tốt giai đoạn mạ có sức sống mạnh mẽ, để cấy ruộng, sinh trưởng phát triển thành lúa tốt, ruộng lúa tốt Với suy nghĩ trên, chọn đề tài: “Ảnh hưởng chất điều hòa tăng trưởng thực vật nảy mầm tăng trưởng sớm mầm từ hạt lúa Oryza sativa L giống Nàng Hương” nhằm mục đích tìm hiểu thêm ảnh hưởng chất điều hòa tăng trưởng thực vật nảy mầm hạt lúa tăng trưởng sớm mầm lúa, với mong muốn tìm cách rút ngắn thời gian nảy mầm hạt lúa tự nhiên • Nội dung đề tài Khảo sát nảy mầm tăng trưởng sớm mầm in vitro từ hạt lúa số điều kiện khác Khảo sát ảnh hưởng chất điều hòa tăng trưởng thực vật lên giai đoạn nảy mầm giai đoạn tăng trưởng sớm mầm lúa in vitro Sử dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật nuôi cấy in vitro để kích thích nảy mầm hạt lúa • Giới hạn – Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu thay đổi sinh lý hạt giai đoạn nảy mầm tăng trưởng sớm (7 ngày tuổi) mầm lúa • Ý nghĩa đề tài Khoa học: tìm hiểu nảy mầm hạt giai đoạn tăng trưởng sớm mầm lúa ảnh hưởng chất điều hòa tăng trưởng thực vật nhằm bổ sung kiến thức phục vụ công tác nghiên cứu mầm, lúa trồng Thực tiễn: bổ sung kiến thức cho việc giảng dạy CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu lúa 1.1.1 Nguồn gốc lúa Lúa (Oryza sativa L.) năm loại lương thực giới, với ngô (Zea mays L.), lúa mì (Triticum sp.), sắn (Manihot esculenta Crantz.) khoai tây (Solanum tuberosum L.) Lúa trồng gồm hai loài (Oryza sativa L Oryza glaberrima Steud.) họ Poacae, có nguồn gốc vùng nhiệt đới cận nhiệt đới khu vực Đông nam châu Á châu Phi (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) 1.1.2 Vị trí phân loại Theo phân loại học Thực vật, lúa thuộc: Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Liliopsida Bộ: Poales Họ: Poaceae Loài: Oryza sativa L (Võ Văn Chi, 2007) 1.1.3 Đặc điểm hình thái lúa Lúa loài thực vật sống năm, cao tới - 1,8 m, cao hơn, với mỏng dài 50 - 100 cm Các hoa nhỏ tự thụ phấn mọc thành cụm hoa phân nhánh cong hay rủ xuống, dài 30 - 50 cm Hạt loại thóc (hạt nhỏ, cứng loại ngũ cốc) dài - 12 mm dày - mm (Trần Văn Đạt, 2010) Cây lúa non gọi mạ Sau ngâm ủ, hạt thóc nảy mầm gieo vào ruộng cày, bừa kỹ để tạo mạ Sau đó, mạ nhổ để cấy lại ruộng lúa Bông lúa chín xay xát để thu hoạch gạo Gạo nguồn lương thực chủ yếu nửa dân số giới (chủ yếu châu Á châu Mỹ La tinh), điều làm cho gạo trở thành loại lương thực người tiêu thụ nhiều (Nguyễn Thị Lang Bùi Chí Bửu, 2011) Đối với giống Nàng Hương thời gian sinh truởng dài từ 147 đến 155 ngày, có tính cảm quang, trổ vào tháng 11 tháng 12 tùy theo quần thể Chiều cao 164 cm, có quần thể cao 160 - 180 cm, gieo trồng hoàn toàn mùa mưa, không cấy lấp vụ hè thu Ðộ dài 30 cm Số hạt 200 hạt, hạt dài 6,4 mm Tỷ lệ dài/ rộng hạt 3,10 Tán dài, rủ, xòe, nhánh trung bình Mùi thơm nhẹ cấp 5, mềm cơm, dẻo mùi thơm nặng tuỳ thuộc thổ nhưỡng Tuy nhiên giống có độ bạc bụng cấp 9; Hàm lượng amylose lúc gặt thấp 20 %, hàm lượng amylose tăng theo thời gian bảo quản, lúa cũ có amylose cao 20 - 23 %, thuộc nhóm cơm mềm; Năng suất từ - 3,2 tấn/ha Là giống lúa thơm ưa chuộng (Nguyễn Thị Lang Bùi Chí Bửu, 2011) 1.1.3.1 Rễ lúa Rễ lúa rễ chùm Rễ mọc hạt lúa nảy mầm gọi rễ mầm Thường hạt lúa có rễ mầm Rễ mầm không ăn sâu, phân nhánh, có lông ngắn, thường dài khoảng 10 - 15 cm Rễ mầm giữ nhiệm vụ chủ yếu hút nước cung cấp cho phôi phát triển chết sau 10 - 15 ngày, lúc mạ - Rễ mầm có nhiệm vụ giúp hạt lúa bám vào đất gieo sạ đồng Các rễ thứ cấp mọc rễ mầm bị thiệt hại Các rễ thứ cấp mọc từ đốt thân gọi rễ phụ hay rễ bất định (Vũ Văn Hiển Nguyễn Văn Hoan, 1999; Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) 1.1.3.2 Thân lúa Thân lúa gồm bẹ kết lại với tạo thành thân giả, lóng tạo thành thân thật Thời kỳ gái thân nhìn thấy mặt đất thân giả thường dẹp xốp, thân thật hình thành từ lúa vươn lóng, phần cuối thân thật lúa (Vũ Văn Hiển Nguyễn Văn Hoan, 1999) 1.1.3.3 Lá lúa Lúa đơn tử diệp (một mầm) Lá lúa mọc đối hai bên thân lúa, sau nằm phía đối diện với trước Trên nhánh lúa, lúa xếp kế tục so le Lá (lá cuối trước trổ bông) gọi cờ hay đòng (Vũ Văn Hiển Nguyễn Văn Hoan, 1999; Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Khi hạt lúa nảy mầm, bao (Đinh Văn Lữ, 1978) Lá lúa hoàn chỉnh gồm phiến lá, bẹ lá, cổ lá, tai thìa (lưỡi lá) (Vũ Văn Hiển Nguyễn Văn Hoan, 1999) Phiến gồm gân nhiều gân song song chạy từ cổ đến chót Mặt phiến có nhiều lông để hạn chế thoát nước điều hòa nhiệt độ (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Bẹ phần ôm lấy thân lúa Giống lúa có bẹ ôm sát thân lúa đứng vững khó đổ ngã Bẹ có nhiều khoảng trống nối liền khí khổng phiến thông với thân rễ, dẫn khí từ xuống rễ giúp rễ hô hấp điều kiện ngập nước Màu sắc bẹ thay đổi tùy theo giống lúa, từ màu xanh nhạt, xanh đậm sang tím nhạt tím (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Cổ phần nối tiếp phiến bẹ Cổ to hay nhỏ ảnh hưởng tới góc độ phiến Cổ nhỏ, góc hẹp, lúa thẳng đứng thuận lợi cho việc sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Tai phần kéo dài mép phiến có hình lông chim uốn cong hình chữ C hai bên cổ Tai phận đặc trưng lúa, tai có màu xanh hay vàng, có màu tím Khi lúa già tai bị rụng (Vũ Văn Hiển Nguyễn Văn Hoan, 1999) Thìa phần kéo dài bẹ lá, ôm lấy thân, cuối chẻ đôi Độ lớn màu sắc tai thìa khác tùy theo giống lúa Đây hai phận đặc thù để phân biệt lúa với cỏ khác thuộc họ Hòa thảo (ở cỏ đủ hai phận này) (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) 1.1.3.4 Bông lúa Sau đủ số định lúa trổ Bông lúa loại phát hoa chùm gồm trục mang nhiều nhánh gié bậc (trung bình có khoảng - 10 gié bậc nhất), bậc hai (trung bình có khoảng 15 - 20 gié bậc hai) có nhánh gié bậc ba Hoa lúa mang cuống hoa ngắn mọc nhánh gié Bông lúa có nhiều dạng: túm xòe (do nhánh gié bậc tạo với trục góc nhỏ hay lớn), đóng hạt thưa hay dày, cổ hở hay cổ kín (cổ thoát khỏi bẹ cờ hay không) tùy đặc tính giống điều kiện môi trường (Nguyễn Văn Hoan, 2008; Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) 1.1.3.5 Hạt lúa Hạt lúa chất khô, gồm ba phần phôi, nội nhũ vỏ bì (vỏ hạt vỏ quả) Phôi nội nhũ sản phẩm trình thụ tinh kép (Evers Millar, 2002) Nội nhũ bao bọc lớp vỏ cám, có ba loại tế bào nội nhũ tinh bột, lớp tế bào chuyển nội nhũ (scutelar) lớp aleurone Khi hạt trưởng thành nội nhũ tinh bột cấu trúc chết, gồm tế bào vách mỏng chứa đầy hạt tinh bột Lớp aleurone gồm vài lớp tế bào đơn bao quanh nội nhũ tinh bột phôi (Olsen, 2001) Tế bào aleurone chứa protein, lipid, vitamin khoáng chất với nồng độ cao (Bethke cs., 1998), có vai trò bảo vệ nội nhũ giàu chất dinh dưỡng cách tạo loạt ức chế protein 10 bảo vệ PR - (Jerkovic cs., 2010) Trong trình phát triển hạt, có hình thành lớp tế bào chuyển nội nhũ (scutelar) có vai trò tích cực vận chuyển chất dinh dưỡng hấp thu từ mẹ vào nội nhũ tinh bột phôi đường tế bào chất đường gian bào (Hueros cs., 1999; Wang cs., 2012) Lớp thuẫn mầm phôi mầm (Barthole cs., 2012) Nội nhũ phận dinh dưỡng để nuôi phôi hạt nảy mầm cung cấp dinh dưỡng cho phôi phát triển thành lúa non Phôi phía cuống hạt lúa, nảy mầm phôi phát triển thành mầm rễ để bắt đầu chu kỳ lúa (Bùi Chí Bửu Nguyễn Thị Lang, 2003) 1.2 Sự nảy mầm Sự nảy mầm toàn trình tái hấp thu nước hạt lú rễ mầm khỏi hạt Các đặc tính quan trọng nảy mầm hấp thu nước mạnh, hoạt tính biến dưỡng mạnh phát sinh nhiệt mạnh (Bùi Trang Việt, 2000) 1.2.1 Sự nảy mầm hạt lúa Trong điều kiện đầy đủ độ ẩm, nhiệt độ thích hợp, đủ ánh sáng, hạt lúa nảy mầm sau 50 Sau hút no nước, phôi chuyển từ trạng thái ngủ sang trạng thái hoạt động hình thành mô rễ thứ cấp (coleorhiza) Mô rễ thứ cấp phá vỡ vỏ trấu vươn (Nguyễn Văn Hoan, 2008) 1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến nảy mầm Độ ẩm cần thiết cho nảy mầm Nước làm mềm vỏ hạt nên hạt dễ thấm oxygen carbon dioxide, đồng thời nước làm tan chất dự trữ giúp chúng vào phản ứng biến thoái Nước lôi chất ức chế nảy mầm khỏi hạt (Mai Trần Ngọc Tiếng, 2001) Để nảy mầm, hạt lúa giống phải hút nước bão hòa khoảng 35 - 40 % khối lượng hạt (Nguyễn Văn Hoan, 2008) Xử lý nhiệt khô cho hạt để kiểm soát yếu tố liên quan đến sức sống mầm bệnh, virut, vi khuẩn để phá vỡ ngủ hạt giống (Zhang, 1990) Xử lý nhiệt độ cao làm giảm khả phát triển hạt giống sức sống con, nhiên hạt ngũ cốc có hiệu việc phá ngủ, thúc đẩy nảy mầm hạt tăng sức sống điều kiện bất lợi (Lee cs., 2002) Nhiệt độ ảnh hưởng hoạt tính enzyme Ở nhiệt độ thấp, có thủy phân protein thành acid amin amid, thuận lợi cho việc hấp thu 11 nước Nhiệt độ tối ưu cho hạt lúa giống nảy mầm 30 - 32 oC (Nguyễn Văn Hoan, 2008) Nảy mầm trình thu nhiệt tiêu thụ nhiều lượng Ngoại trừ số loài, điều kiện kị khí ức chế nảy mầm, oxygen tuyệt đối cần thiết Lượng oxygen cần thiết cho hạt nảy mầm để hạt hô hấp hiếu khí, tạo lượng, đồng thời oxy hóa chất ức chế phôi tăng trưởng (Bùi Trang Việt, 2000; Nguyễn Như Khanh, 2007) Ánh sáng cảm ứng hay cản nảy mầm, tùy loài Tia đỏ (R, 580 - 660 nm) kích thích sản xuất gibberellin nảy mầm hạt thuốc lá, rau diếp Arabidopsis (Toyomasu, 1998; Yamaguchi, 2001) Chất dự trữ hạt nguồn dinh dưỡng để nuôi mầm Nội nhũ hạt lúa đủ lớn, chứa đủ chất dinh dưỡng dự trữ phôi chuyển thành mầm khỏe mạnh (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Vỏ trấu có chứa hợp chất allelopathic ngăn chặn nảy mầm cách ngăn chặn chất dinh dưỡng dự trữ phân chia tế bào, giảm phát triển lông hút rễ mầm nhiều loài trồng (Tobe cs., 2000; Kayode Ayeni, 2009) 1.2.3 Sinh lý nảy mầm Sự nảy mầm bắt đầu giai đoạn thu nước (6 - 12 tùy loại hạt), ban đầu hạt khô nhanh chóng hấp thu nước (giai đoạn I) hạt hoàn toàn ngậm nước Tiếp theo giai đoạn II khoảng thời gian hạn chế hấp thu nước, hạt giống không hoạt động chết giai đoạn không thay đổi Giai đoạn nảy mầm theo nghĩa hẹp kéo dài khoảng 12 - 48 giờ, giai đoạn gia tăng hấp thụ nước Sự nảy mầm rễ mầm lú khỏi vỏ hạt giai đoạn tăng trưởng mầm đến mầm tự dưỡng nảy mầm kết thúc (Bùi Trang Việt, 2000; Nonogaki cs., 2010) Trong giai đoạn I II, hạt giống có thay đổi chuyển hóa lớn chuẩn bị cho phát triển kéo dài rễ mầm (Nonogaki cs., 2010) Trong thời gian nảy mầm, lớp thuẫn thay đổi hình thái, tế bào to lên làm trọng lượng tươi tăng dần, tế bào biểu mô kéo dài tế bào xếp dày đặc khoảng gian bào (Bewley, 1997) Trong giai đoạn hấp thu nước, tế bào biểu mô lớp thuẫn chuyển từ trạng thái ngủ sang trạng thái hoạt động qua số biểu lưới nội chất xuất tất tế bào, gia tăng số lượng ty thể, bột lạp, máy Golgi… (Dausant cs., 1982) Các ARN lưu trữ phôi trưởng thành hoạt động thời gian nảy mầm 12 Ở Arabidopsis, hoạt động tổng hợp protein thấp giai đoạn hấp thu nước, sau tăng mạnh đạt mức tối đa thời gian từ đến 24 (Jiménez López cs., 2011) Glucose sản phẩm chủ yếu tạo trong trình nảy mầm hạt lúa (Oryza sativa L., IR8) Hàm lượng glucose tăng nhanh sau ngày nảy mầm Quá trình nảy mầm làm thay đổi đặc tính hóa lý, cấu trúc hạt tinh bột từ dạng đặc trưng với bề mặt mịn, đóng gói dày đặc hạt khô trở thành mảnh vỡ bề mặt nhẵn ban đầu sau nảy mầm hai đến bốn ngày (Moongngarm, 2011) Trong điều kiện bình thường, hoạt động amylase protease mạnh vào ngày thứ sáu trình nảy mầm Nếu hạt lúa xử lý acid gibberellic 0,12 mM amylase hoạt động mạnh vào ngày thứ năm, protease vào ngày thứ ba (Evelyn Bienvenido, 1972) 1.3 Sự tăng trưởng sớm mầm Khi hạt nảy mầm rễ mầm (radicle) xuất trước, sau đến thân mầm Thân mầm bao bọc bao mầm (diệp tiêu), dài khoảng cm Kế đó, xuất hiện, gọi thứ hay không hoàn toàn Sau đến thứ hai, có đầy đủ phiến bẹ phiến nhỏ có hình mũi viết đặc thù, dài khoảng - cm (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Cây mầm có hoàn chỉnh gọi mạ Sau 125 từ hạt lúa giống chuyển thành mạ có thật (Nguyễn Văn Hoan, 2008) Phát triển hoàn chỉnh hệ thống rễ sơ cấp trải qua bảy giai đoạn: (1) thành lập tế bào sơ khởi; (2) (3) tế bào phân chia cho lớp biểu bì nội bì; (4) hình thành vỏ (cortex); (5) xuất bó mạch khu vực trung trụ; (6) bắt đầu kéo dài tế bào không bào; (7) hình thành hệ thống sơ khởi rễ hoàn chỉnh (Kamiya cs., 2003a) 1.4 Vai trò chất điều hòa tăng trưởng thực vật nảy mầm tăng trưởng sớm mầm 1.4.1 Vai trò chất điều hòa tăng trưởng thực vật nảy mầm Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật đóng vai trò quan trọng việc điều chỉnh trình kéo dài tế bào, quan Acid abscisic trì trạng thái ngủ hạt, ngược với gibberellin ethylene Có tương tác acid abscisic gibberellin để điều chỉnh trình nảy mầm hạt (Holdsworth cs., 2008; Kucera cs., 2005; Linkies cs., 2009) Trong trình nảy mầm hạt, lượng acid abscisic giảm, hoạt tính cytokinin đặc 13 biệt gibberellin tăng đến trị số cao Trong đó, acid abscisic đóng vai trò ngăn cản, cytokinin đóng vai trò cho phép gibberellin đóng vai trò chủ đạo kích thích hạt nảy mầm (Nguyễn Như Khanh, 2007) Nếu có mặt chất kìm hãm đồng thời phải có cytokinin gibberellin để trung hòa chất kìm hãm Đối với hạt giống có tính ngủ nghỉ cao cần thiết phải phá ngủ theo chế hormone thực vật Các chế phẩm có chứa acid gibberellic (GA3) nồng độ - 10 ppm có tác dụng phá ngủ hữu hiệu (McDonald Copeland, 1985) 1.4.1.1 Auxin Hầu hết mô thực vật có khả tổng hợp auxin nồng độ thấp Mô phân sinh chồi, non, trái hạt nơi tổng hợp auxin (nơi có phân chia tế bào nhanh), sau auxin di chuyển tới rễ tích tụ rễ (Bùi Trang Việt, 2000, Kucera cs., 2005) Auxin kích thích mạnh kéo dài tế bào diệp tiêu tế bào vùng kéo dài thân, nhờ giúp hấp thụ chất khoáng hòa tan (Taiz Zeiger, 2010) Auxin đóng vai trò quan trọng trình phát sinh hình thái Đặc tính di chuyển hiệu ứng theo nồng độ auxin định chiều hướng tính hữu cực phát sinh quan (Paula, 2010) Auxin nồng độ cao kích thích tạo sơ khởi rễ cản tăng trưởng sơ khởi rễ Trong tạo rễ, auxin cần phối hợp với vitamin (như thiamin mà rễ không tổng hợp được), acid amin (như arginin), hợp chất ortho - diphenolic (như acid cafeic, acid chlorogenic) (Bùi Trang Việt, 2000) 1.4.1.2 Gibberellin Gibberellin từ phôi cảm ứng tổng hợp α - amylase (ở cấp độ phiên mã) lớp aleurone hạt ngũ cốc (Jacobsen cs., 1995) Gibberellin gỡ bỏ ngủ thúc đẩy nảy mầm hạt giống ngủ (Koornneef, 2002; Leubner Metzger, 2003) Ở thuốc rau diếp, gibberellin phá bỏ ngủ hạt, thúc đẩy vỡ vỏ hạt nội nhũ, tăng cường β - glucose nội nhũ chống lại hoạt động ức chế acid abscisic hạt nảy mầm (Toyomasu, 1998; Yamaguchi, 2001) Xử lý acid gibberellic (GA3) hạt lúa với nồng độ 60 mg/l 36 có hiệu việc phá vỡ hạt giống ngủ tương đương với sử dụng buồng lưu thông khí 40 oC bảy ngày (Antônio cs., 2002) 14 1.4.1.3 Cytokinin Hoạt động cytokinin xác định hạt thóc khô trưởng thành, nội nhũ mô phôi 96 sau nảy mầm Cytokinin hoạt động thấp giai đoạn đầu trình nảy mầm Hoạt động cytokinin nội nhũ cao phôi hợp tử 24 sau nảy mầm chứng tỏ nội nhũ cung cấp cytokinin phôi hợp tử tự tổng hợp cytokinin riêng cho (Shyamali cs., 1983) Cytokinin nội sinh tham gia vào việc phát triển rễ nảy mầm phôi hạt giống lúa (Yuan cs., 2008) 1.4.1.4 Acid abscisic Theo Lincoln cs., (2006), hai pha muộn sản xuất hạt phát triển có nguồn tương ứng cần cho nảy mầm Hàm lượng acid abscisic hạt thấp phát sinh phôi sớm, đạt đến cực đại khoảng thời gian giữa, sau giảm dần đến mức thấp hạt chuẩn bị nảy mầm Các nghiên cứu di truyền thể đột biến thiếu acid abscisic Arabidopsis rằng, kiểu gen hợp tử kiểm soát tổng hợp acid abscisic phôi nội nhũ đóng vai trò chủ đạo cảm ứng trạng thái ngủ Khi có thấm nước, với hàm lượng acid abscisic thấp hạt nảy mầm Acid abscisic cản nảy mầm hạt kích thích tăng trưởng phôi non tích tụ chất dự trữ (Birgit, 2005) Trong trình nảy mầm hạt lúa, acid abscisic ức chế thủy phân chất dự trữ tinh bột (Zhu cs., 2009) Ngoài ra, acid abscisic đóng vai trò quan trọng ngủ hạt giống, phát triển phôi hợp tử thích ứng với môi trường stress (Hu cs., 2010) 1.4.2 Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật tăng trưởng sớm mầm 1.4.2.1 Auxin Auxin cần thiết cho phân chia tăng trưởng tế bào nên có vai trò quan trọng phát sinh hình thái thực vật Auxin kích thích kéo dài phân đoạn đỉnh thân mầm lúa bốn nảy mầm (Breviario cs.,1992) Auxin kích thích mạnh kéo dài tế bào diệp tiêu vùng kéo dài thân Sự kéo dài tế bào rễ cần nồng độ thấp nhiều so với tế bào thân (Paula, 2010) Nồng độ auxin cao khởi động hình thành rễ nhánh hai mầm rễ phụ, rễ bên mầm (Hochholdinger cs., 2000) 15 Auxin kích thích mạnh phân chia tế bào tượng tầng (tầng phát sinh libe - mộc) không tác động mô phân sinh sơ cấp Ở nồng độ cao, auxin kích thích tạo mô sẹo từ tế bào sống, cảm ứng trực tiếp phân hóa tế bào nhu mô thành tổ chức mô dẫn (Bùi Trang Việt, 2000) 1.4.2.2 Gibberellin Gibberellin hoạt động kéo dài tế bào, kéo dài lóng tăng trưởng lá, có hoạt động bổ sung cho auxin Thông thường, gibberellin làm tăng hàm lượng auxin mô mà chúng kích thích Acid gibberellic gibberellin sử dụng nhiều loại gibberellin, có tác dụng kích thích tăng trưởng tế bào nồng độ thấp (Bùi Trang Việt, 2000) Gibberellin kích thích dãn dài nhanh lóng 25 cm/ ngày lúa nước (Taiz Zeiger, 2010) Hai đầu sau xử lý gibberellin làm gia tăng khoảng 90 % chiều dài sinh trưởng tế bào (Kende cs., 1998) Sau xử lý acid gibberellic, mạ lúa NN - vống lên tích lũy nhiều auxin so với đối chứng không xử lý acid gibberellic (Nguyễn Như Khanh, 1994) Gibberellin không diện mô thiếu vắng hoàn toàn auxin tác động gibberellin đến sinh trưởng phụ thuộc vào acid hóa vách tế bào auxin cảm ứng (Taiz Zeiger, 2010) 1.4.2.3 Cytokinin Cytokinin khởi động dãn dài tế bào mầm, kích thích phân chia tế bào với điều kiện có auxin (Bùi Trang Việt, 2000; Taiz Zeiger, 2010) Cytokinin tác động hai bước phân chia tế bào: phân nhân phân bào, có khả hoạt hóa mạnh mẽ tổng hợp acid nucleic protein (Bùi Trang Việt, 2000; Vũ Văn Vụ cs., 2008) Cytokinin có vai trò điều tiết tăng trưởng phát triển bao gồm phân chia tế bào, kích thích gia tăng kích thước tế bào trưởng thành, ưu tính ngọn, tạo rễ bên, tính chống chịu stress tín hiệu dinh dưỡng cho (Argueso cs., 2009; Bùi Trang Việt, 2000) Mô phân sinh rễ nơi tổng hợp chủ yếu cytokinin tự cho thể thực vật Ở rễ, cytokinin cản kéo dài kích thích tăng rộng tế bào Cytokinin ngăn cản lão hóa, thúc đẩy trưởng thành lục lạp nhân tố điều khiển trình tái sinh mạch giúp cho tạo chồi (Taiz Zeiger, 2010) 16 1.4.2.4 Acid abscisic Acid abscisic tổng hợp hầu hết phận rễ, lá, hoa, quả, hạt, củ tích lũy nhiều quan già, quan ngủ nghỉ, quan rụng Acid abscisic vận chuyển theo phloem xylem Acid abscisic chất ức chế sinh trưởng mạnh không gây hậu độc nồng độ cao Khi thiếu nước, hàm lượng acid abscisic tăng nhanh lá, làm khí khổng nhanh chóng đóng lại giảm thoát nước (Bùi Trang Việt, 2000) Acid abscisic xem nhân tố kìm hãm tăng trưởng thực vật Tuy nhiên, hormone thực vật khác, tác động kích thích hay kìm hãm trình sinh lý acid abscisic tùy thuộc vào nồng độ xử lý, tương tác acid abscisic với hormone khác Acid abscisic kích thích rụng chất chủ yếu (Vũ Văn Vụ cs., 2008) 1.5 Tình hình sản xuất lúa gạo Từ năm 2000 trở đi, diện tích trồng lúa giới có nhiều biến động có xu hướng giảm dần Diện tích tập trung chủ yếu nước châu Á Việt Nam đứng vào nhóm 20 nước có suất cao vượt trội khu vực Đông Nam Á Các quốc gia đứng đầu sản lượng lúa theo thứ tự Trung Quốc, Ấn Độ, Indonesia, Bangladesh, Việt Nam, Thái Lan Myanmar Trong Thái Lan, Việt Nam nước xuất gạo đứng hàng đầu giới (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) Việt Nam nước có tiềm lớn lúa Sưu tập viện lúa đồng sông Cửu Long có 1800 mẫu giống hàng trăm quần thể lúa hoang (Trần Thị Bích Trinh cs., 2000) Năm 1982, Việt Nam chuyển từ nước phải nhập hàng năm sang tự túc lương thực xuất hàng thứ hai giới Thị trường xuất gạo Việt Nam quốc gia Đông Nam Á (khoảng 40 - 50 %) nước châu Phi (khoảng 20 - 30 %) Về giá cả, gạo Việt Nam nâng lên tương đương với giá gạo Thái Lan Vào năm 2005, tổng diện tích trồng lúa Việt Nam đạt 7,3 triệu với sản lượng 35,79 triệu tấn, suất trung bình 4,89 tấn/ha Riêng đồng sông Cửu Long, suất bình quân năm gia tăng từ 2,28 tấn/ ha/ vụ năm 1980 lên 4,8 tấn/ ha/ vụ năm 2004 Đồng sông Cửu Long chiếm 53,4 % diện tích trồng lúa 50,5 % sản lượng lúa gạo nước Hơn 80 % sản lượng gạo xuất gạo hàng năm từ đồng sông Cửu Long (Nguyễn Ngọc Đệ, 2009) 17 Thương mại gạo toàn cầu dự kiến tăng 2,9 % năm từ 2012 đến 2021 Năm 2021, gạo toàn cầu đạt 45 triệu tấn, tăng 42 % so với kỷ lục năm 2007 Các yếu tố cho tăng mạnh nhờ mở rộng thương mại toàn cầu, tăng trưởng ổn định nhu cầu việc dân số tiếp tục tăng Thái Lan Việt Nam hai Quốc gia có lượng xuất gạo lớn giới, chiếm 45 % kim ngạch xuất giới tăng trưởng 50 % giới thập kỷ tới Xuất Thái Lan tăng 4,1 triệu tấn, 14 triệu vào năm 2021 Diện tích trồng lúa sản lượng dự kiến tăng Thái Lan Việt Nam tăng từ 6,5 đến 8,1 triệu (USDA, 2012) Mục tiêu chung việc sản xuất lúa gạo nước ta phát triển giống lúa đáp ứng hai yêu cầu an toàn lương thực có khả cạnh tranh cao vè chất lượng nông sản, gia tăng thu nhập cho người trồng lúa Cụ thể phát triển giống lúa có suất cao ổn định, hướng lâu dài đạt đến 10 tấn/ ha/ vụ đồng thời phát triển giống lúa có phẩm chất gạo ngon, đáp ứng thị hiếu thị trường nội địa xuất khẩu, thỏa mãn nhu cầu tiêu dùng ngày cao, sản xuất phát triển bền vững (Nguyễn Thị Lang Bùi Chí Bửu, 2011) 1.6 Tình hình nghiên cứu lúa Hiện giới, quốc gia châu Á hướng tới việc nghiên cứu phương pháp nhằm nâng cao chất lượng phát triển lúa điều kiện bình thường bất lợi Áp dụng hạt giống sau thu hoạch trước gieo trồng, rút ngắn thời gian nảy mầm, nâng cao tỉ lệ nảy mầm, cải thiện phát triển mầm tạo điều kiện môi trường tối ưu để gieo trồng cách tạo độ ẩm thích hợp, sử dụng chất điều hòa tăng trưởng thực vật, xử lý nhiệt ẩm gần xử lý nhiệt khô (Lee cs., 2002; Uneo Miyoshi, 2005; Yari cs., 2012) Các phương pháp nghiên cứu để tăng cường sức sống hạt lúa chủ yếu tạo điều kiện bất lợi cho hạt lúa giống quen dần trước gieo, tạo stress nước, stress muối, dùng chất cảm ứng để tổng hợp hydrolase chẳng hạn amylase, lipase, protease chất chống oxy hóa catalases, superoxide dismutase peroxidase (Barthole cs., 2012; Jerkovic cs., 2010) Ở Việt Nam có nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng tìm hiểu khả chống chịu lúa điều kiện bất lợi môi trường Áp dụng công nghệ tế bào thực vật vào việc chọn dòng chịu nóng lúa; phát triển mầm lúa điều kiện ngập úng, 18 [...]... hiện các bó mạch trong khu vực trung trụ; (6) bắt đầu sự kéo dài tế bào và không bào; (7) hình thành hệ thống sơ khởi rễ hoàn chỉnh (Kamiya và cs., 2003a) 1.4 Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự nảy mầm và tăng trưởng sớm của cây mầm 1.4.1 Vai trò của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự nảy mầm Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật đóng vai trò quan trọng trong. .. đất l thân giả thường dẹp và xốp, thân thật chỉ hình thành từ khi cây l a vươn l ng, phần cuối của thân thật l bông l a (Vũ Văn Hiển và Nguyễn Văn Hoan, 1999) 1.1.3.3 L l a L a l cây đơn tử diệp (một l mầm) L l a mọc đối ở hai bên thân l a, l ra sau nằm về phía đối diện với l trước đó Trên một nhánh l a, các l l a sắp xếp kế tục và so le L trên cùng (l cuối cùng trước khi trổ bông) gọi l l ... L p thuẫn l l mầm duy nhất trong phôi của cây một l mầm (Barthole và cs., 2012) Nội nhũ l bộ phận dinh dưỡng để nuôi phôi và khi hạt nảy mầm thì cung cấp dinh dưỡng cho phôi phát triển thành cây l a non Phôi ở phía cuống của hạt l a, khi nảy mầm thì phôi phát triển thành mầm và rễ để bắt đầu một chu kỳ mới của cây l a (Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang, 2003) 1.2 Sự nảy mầm Sự nảy mầm l toàn bộ quá... - 48 giờ, trong giai đoạn này thì sự gia tăng hấp thụ nước Sự nảy mầm khi rễ mầm l ra khỏi vỏ hạt và giai đoạn tăng trưởng của cây mầm đến khi cây mầm tự dưỡng và sự nảy mầm kết thúc (Bùi Trang Việt, 2000; Nonogaki và cs., 2010) Trong các giai đoạn I và II, hạt giống có sự thay đổi chuyển hóa l n chuẩn bị cho sự phát triển kéo dài rễ mầm (Nonogaki và cs., 2010) Trong thời gian nảy mầm, l p thuẫn thay... arginin), và nhất l các hợp chất ortho - diphenolic (như acid cafeic, acid chlorogenic) (Bùi Trang Việt, 2000) 1.4.1.2 Gibberellin Gibberellin từ phôi cảm ứng sự tổng hợp α - amylase (ở cấp độ phiên mã) trong các l p aleurone của hạt ngũ cốc (Jacobsen và cs., 1995) Gibberellin gỡ bỏ sự ngủ và thúc đẩy sự nảy mầm của các hạt giống ngủ (Koornneef, 2002; Leubner và Metzger, 2003) Ở thuốc l và rau diếp,... và sự tích tụ các chất dự trữ (Birgit, 2005) Trong quá trình nảy mầm của hạt l a, acid abscisic ức chế sự thủy phân chất dự trữ tinh bột (Zhu và cs., 2009) Ngoài ra, acid abscisic đóng vai trò quan trọng trong sự ngủ của hạt giống, phát triển phôi hợp tử và thích ứng với môi trường stress (Hu và cs., 2010) 1.4.2 Các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trong sự tăng trưởng sớm của cây mầm 1.4.2.1 Auxin... Gibberellin Gibberellin hoạt động trong sự kéo dài tế bào, kéo dài l ng và tăng trưởng l , có hoạt động bổ sung cho auxin Thông thường, gibberellin l m tăng hàm l ợng auxin trong mô mà chúng kích thích Acid gibberellic l gibberellin được sử dụng nhiều nhất trong các loại gibberellin, có tác dụng kích thích sự tăng trưởng của tế bào ở nồng độ rất thấp (Bùi Trang Việt, 2000) Gibberellin kích thích sự dãn... trồng cây con bằng cách tạo độ ẩm thích hợp, sử dụng các chất điều hòa tăng trưởng thực vật, xử l nhiệt ẩm và gần đây nhất l xử l nhiệt khô (Lee và cs., 2002; Uneo và Miyoshi, 2005; Yari và cs., 2012) Các phương pháp được nghiên cứu hiện nay để tăng cường sức sống của hạt l a chủ yếu l tạo điều kiện bất l i cho hạt l a giống quen dần trước khi gieo, tạo stress nước, stress muối, dùng các chất cảm... diếp, gibberellin phá bỏ sự ngủ của hạt, thúc đẩy sự vỡ của vỏ hạt và nội nhũ, tăng cường β - glucose trong nội nhũ và chống l i các hoạt động ức chế của acid abscisic trong hạt đang nảy mầm (Toyomasu, 1998; Yamaguchi, 2001) Xử l acid gibberellic (GA3) trên hạt l a với nồng độ 60 mg /l trong 36 giờ có hiệu quả trong việc phá vỡ hạt giống ngủ tương đương với sử dụng buồng l u thông khí ở 40 oC trong bảy... thúc đẩy nảy mầm của hạt và tăng sức sống cây con trong điều kiện bất l i (Lee và cs., 2002) Nhiệt độ ảnh hưởng hoạt tính của enzyme Ở nhiệt độ thấp, có sự thủy phân protein thành các acid amin và amid, thuận l i cho việc hấp thu 11 nước Nhiệt độ tối ưu cho hạt l a giống nảy mầm l 30 - 32 oC (Nguyễn Văn Hoan, 2008) Nảy mầm l quá trình thu nhiệt tiêu thụ nhiều năng l ợng Ngoại trừ một số loài, điều kiện