Đang tải... (xem toàn văn)
Thí nghiệm trồng cây đậu tương trong hệ thống thuỷ canh được tiến hành nhằm xác định động thái tích lũy hàm lượng glycin betain (GB) ở giai đoạn cây con của ba giống đậu tương DT2008, DT2003, DT99. Khi cây con được 3 lá thật, tiến hành gây mặn bằng NaCl với nồng độ 0,4% và gây hạn bằng sobitol với nồng độ 6% trong vòng 72 giờ.
HNUE JOURNAL OF SCIENCE Natural Sciences, 2019, Volume 64, Issue 10A, pp 152-159 This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn DOI: 10.18173/2354-1059.2019-0064 ĐỘNG THÁI TÍCH LŨY GLYCIN BETAIN CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƯƠNG (Glycine Max (L.) Merrill) Ở GIAI ĐOẠN CÂY CON KHI CHỊU STRESS HẠN VÀ MẶN Nguyễn Thị Thao*, Vũ Thị Thu Hà Trần Khánh Vân Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Tóm tắt Thí nghiệm trồng đậu tương hệ thống thuỷ canh tiến hành nhằm xác định động thái tích lũy hàm lượng glycin betain (GB) giai đoạn ba giống đậu tương DT2008, DT2003, DT99 Khi thật, tiến hành gây mặn NaCl với nồng độ 0,4% gây hạn sobitol với nồng độ 6% vòng 72 Các lần xác định hàm lượng GB cách Kết cho thấy mối tương quan thuận tích lũy GB khả chịu mặn, hạn giống đậu tương Trong đó, tích lũy GB giống DT2008 đạt cực đại sớm (0,693 mg/g) (sau 40 gây hạn, mặn) so với DT2003, DT99 chịu tác động hạn mặn Đồng thời, kết thu cho thấy chịu stress mặn tích lũy GB giống đậu tương nghiên cứu cao chịu stress hạn sau 24 - 40 tác động Từ khóa: glycin betain, đậu tương, con, hạn, mặn Mở đầu Đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) trồng phổ biến Việt Nam Cây đậu tương không mang lại lợi ích kinh tế mà giúp cải tạo đất Tuy nhiên, diện tích đất nơng nghiệp bị nhiễm mặn hạn nước ta ngày tăng [1] ảnh hưởng đến suất trồng nói chung đậu tương nói riêng Vì vậy, việc chọn, tạo giống trồng có khả chịu mặn, hạn vấn đề cấp bách Để giải vấn đề này, nghiên cứu chế chống chịu thực vật tiến hành Kết nghiên cứu cho thấy glycin betain (GB) phân tử chất tan tương thích đóng vai trò quan trọng phản ứng tế bào thực vật chịu tác động kiểu stress môi trường khác [2] [3] [4] Bằng phương pháp chuyển gen chứng tỏ vai trò bảo vệ GB thực vật chịu tác động stress môi trường [5] [6] mối tương quan thuận nồng độ GB tích lũy với khả chống chịu stress thực vật [7] [8] [9] Ở đậu tương, nghiên cứu phân bố biểu gen tổng hợp GB điều kiện tress mơi trường cho thấy tích luỹ GB có liên quan đến khả chống chịu stress đậu tương [10] Ở giai đoạn con, đậu tương mẫn cảm với stress mơi trường Vì vậy, chúng tơi tiến hành nghiên cứu động thái tích lũy GB giai đoạn số giống đậu tương điều kiện gây hạn, mặn nhân tạo với mục đích xác định tích lũy GB thời điểm khác công thức nghiên cứu Ngày nhận bài: 19/8/2019 Ngày sửa bài: 29/9/2019 Ngày nhận đăng: 1/10/2019 Tác giả liên hệ: Nguyễn Thị Thao Địa e-mail: nguyenthao210188@gmail.com 152 Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) … Nội dung nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu - Vật liệu: Ba giống đậu tương nghiên cứu: DT2008, DT2003, DT99 Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam cung cấp - Bố trí thí nghiệm: Chọn hạt đậu tương nảy mầm (có chiều dài mầm khoảng 2cm) đưa lên giàn trồng thủy canh động Mỗi giàn ứng với công thức (CT): giàn I - đối chứng (ĐC), giàn II - gây mặn - CT1, giàn III - gây hạn - CT2 Trong giàn có hàng, hàng có 15 rọ trồng cây, giống ứng với hàng Mỗi rọ đặt hạt đậu tương nảy mầm cho mầm tiếp xúc với dung dịch Knop nuôi Dung dịch Knop thay ngày/ lần cách đổi khay dung dịch nuôi giàn trồng hệ thống thủy canh Đến thật: Dung dịch nuôi CT1 thay dung dịch ni có bổ sung NaCl 0,4% gây mặn nhân tạo [11]; Dung dịch nuôi CT2 thay dung dịch ni có bổ sung sobitol 6% gây hạn nhân tạo [12] Thời gian gây mặn gây hạn 72 đồng hồ Thu mẫu xác định hàm lượng GB vòng 72 tác động Tính từ thời điểm gây hạn, mặn lần thu mẫu cách - Phương pháp thí nghiệm: Xác định hàm lượng GB theo phương pháp Nguyễn Văn Mã cộng [12] - Phương pháp xử lý số liệu: Số liệu nghiên cứu xử lý ứng dụng phần mềm Microsof Excel One – way ANOVA với kiểm định Tukey’s- b mức ý nghĩa 0,05 phần mềm SPSS phiên 16.0 2.2 Kết thảo luận Hạn mặn dẫn đến stress nước thực vật Để tồn tại, sinh trưởng phát triển, thực vật phải có chế phòng vệ cho phép chúng thích nghi với stress mơi trường Trong vòng 72 gây mặn, hạn nhân tạo, kết nghiên cứu thể biểu đồ Hình 1: DT2008 (A) 153 Nguyễn Thị Thao*, Vũ Thị Thu Hà Trần Khánh Vân DT2003 (B) DT99 (C) Hình Động thái tích lũy GB giống đậu tương thời điểm khác Biểu đồ Hình (A), (B), (C) tương ứng với giống đậu tương DT2008, DT2003, DT99 Trên biểu đồ, đường thể công thức, chữ a, b, c, d, e, f đường thể sai khác có ý nghĩa mặt thống kê thời điểm xác định hàm lượng GB Trước hết, chúng tơi phân tích số liệu hàm lượng GB tích lũy thời điểm vòng 72 nghiên cứu theo hướng so sánh hàm lượng GB tích lũy thời điểm khác công thức giống đậu tương để theo dõi động thái tích lũy GB Từ biểu đồ hình 1, chúng tơi nhận thấy: điều kiện ĐC cung cấp đủ nước chất dinh dưỡng cho đậu tương sinh trưởng, hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương nghiên cứu thấp, dao động khoảng 0,1 – 0, mg/g Nhưng chịu tác động mặn (CT1): Sự tích lũy GB giống DT2008 có tăng lên rõ rệt khoảng thời gian gây mặn giờ, 16 giờ, 40 đạt giá trị cực đại 48 gây mặn; Sự tích lũy GB giống DT2003 có biến động thời điểm xác định: vòng 16 đầu khơng có dao động rõ rệt đạt cực đại 56 (0,625 mg/g); Giống DT99, khoảng thời gian từ - 24 chịu tác động, tích lũy GB khơng có dao động rõ rệt giá trị cực đại 64 đạt 0,657 mg/g Chúng tơi nhận thấy CT2: động thái tích lũy GB giống đậu tương nghiên cứu có xu hướng tăng lên theo thời gian tác động Thời điểm tích lũy GB đạt giá trị cực đại giống DT2008, DT2003, DT99 khác nhau, tương ứng với 40 giờ, 56 giờ, 64 tác động; giống DT2008 có thời điểm tích lũy GB đạt giá trị cực đại sớm Điều liên 154 Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) … quan đến khả chịu mặn, hạn giống đậu tương Kết hợp với kết nghiên cứu đánh giá khả chịu hạn giống đậu tương tăng theo thứ tự: DT99, DT2003, DT2008 chứng tỏ giống đậu tương tích lũy GB nhanh đạt giá trị cực đại sớm có khả chống chịu tốt [5] [6] Mặt khác, nhận thấy thời điểm tích lũy GB giống đậu tương nghiên cứu đạt giá trị cực đại sau 40 tác động mặn, hạn Vì xét hai loại phản ứng chống chịu đặc trưng không đặc trưng thực vật [14], chúng tơi cho tích lũy GB liên quan đến vai trò bảo vệ tế bào thuộc chế chống chịu tức phản ứng đặc trưng không thuộc loại phản ứng không đặc trưng thực vật chịu stress môi trường Để làm sáng tỏ mối tương quan khả tích lũy GB giống đậu tương với khả chống chịu stress môi trường chúng tơi phân tích số liệu theo hướng so sánh hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương công thức thời điểm Kết phân tích thể Hình ĐC (D) CT1 (E) CT2 (F) Hình Động thái tích lũy GB giống đậu tương thời điểm 155 Nguyễn Thị Thao*, Vũ Thị Thu Hà Trần Khánh Vân Biểu đồ Hình (D), (E), (F) tương ứng với CT: ĐC, CT1, CT2 Trên biểu đồ, chữ a, b, c cột thời điểm thể sai khác có ý nghĩa mặt thống kê giống đậu tương nghiên cứu Từ biểu đồ Hình 2, chúng tơi nhận thấy: Ở cơng thức ĐC, hàm lượng GB tích lũy giống DT2003 thấp giống DT2008 DT99 thời điểm 32 hàm lượng GB tích lũy giống DT99 thấp giống DT2003, DT2008 thời điểm 72 thời điểm nghiên cứu khác khơng có khác biệt Trong đó, chịu tác động mặn (CT1),sự tích lũy GB giống DT2008 cao hẳn so với giống DT2003 DT99 Đồng thời, nhận thấy CT2, 48 chịu tác động, hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương DT2008 cao DT2003 cao DT99 Điều chứng tỏ mối tương quan thuận tích lũy GB tính chống chịu giống đậu tương Mặt khác, trì hàm lượng GB cao khơng khác biệt hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương thời gian gây mặn, hạn kéo dài chứng tỏ tích lũy GB phản ứng đặc trưng giúp chống chịu stress môi trường đậu tương Chúng tiếp tục phân tích hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương theo hướng so sánh hàm lượng GB tích lũy cơng thức khác thời điểm giống đậu tương để làm rõ ảnh hưởng hai loại stress môi trường mặn hạn tích lũy GB Kết phân tích thể biểu đồ hình DT2008 (G) DT2003 (H) 156 Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) … DT99 (I) Hình Động thái tích lũy GB giống đậu tương công thức khác phần trăm so với đối chứng CT1 CT2 Biểu đồ Hình (G) (H), (I) tương ứng với giống đậu tương DT2008, DT2003, DT99 chữ a, b, c cột thời điểm giống thể sai khác có ý nghĩa mặt thống kê công thức Stress hạn mặn làm cho bị thiếu nước Trong nghiên cứu này, gây mặn NaCl 0,4% (P = 3,346 atm) gây hạn sobitol 6% (P = 8,1atm) Mặc dù áp suất thẩm thấu mặn gây thấp hạn gây stress mặn không tạo áp lực cho mặt áp suất thẩm thấu mà gây độc cho tế bào [13] Hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương CT1, CT2 cao so với ĐC từ đầu chịu stress Có thể nhận thấy sau tác động, tích lũy GB giống DT2008 có phần trăm cao so với đối chứng CT1, CT2 cao giống DT2003, DT99 Điều làm rõ mối tương quan thuận việc tích lũy GB tính chống chịu Việc tổng hợp GB có vai trò góp phần trì áp suất thẩm thấu tế bào đầu chịu stress hạn, mặn [15] [16] Như khoảng thời gian từ 24- 40 giờ, hàm lượng GB tích lũy giống DT2008 CT1 cao CT2 Điều thấy rõ giống DT2003, DT99 khoảng thời gian từ 24 – 56 tác động Trong áp suất thẩm thấu CT2 cao CT1 Điều chứng tỏ tích lũy GB khơng có vai trò trì áp suất thẩm thấu tế bào mà có vai trò bảo vệ thành phần tế bào chịu stress Kết luận - Khi chịu tác động mặn, hạn, động thái tích lũy GB giống đậu tương có xu hướng tăng lên Nhưng thời điểm hàm lượng GB tích lũy đạt giá trị cực đại giống đậu tương khác giống DT2008 có thời điểm tích lũy GB đạt giá trị cực đại sớm - Ở CT1, tích lũy GB giống DT2008 cao giống DT2003, DT99 Ở CT2, 48 chịu tác động, hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương giảm dần theo thứ tự DT2008, DT2003, DT99 Điều chứng tỏ mối tương quan thuận tích lũy GB tính chống chịu giống đậu tương - Hàm lượng GB tích lũy giống đậu tương CT1, CT2 cao so với ĐC từ đầu chịu stress Có thể nhận thấy sau tác động, tích lũy GB giống DT2008 có phần trăm cao so với đối chứng CT1, CT2 cao giống DT2003, DT99 157 Nguyễn Thị Thao*, Vũ Thị Thu Hà Trần Khánh Vân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] 158 Bộ Tài nguyên Môi trường, 2012, Thông tư số 14/2012/TT-BTNMT, ngày 26/11/2012, việc ban hành kỹ thuật điều tra thối hóa đất Fan, W., Zhang, M., Zhang, H., & Zhang, P, 2012, Improved tolerance to various abiotic stresses in transgenic sweet potato (Ipomoea batatas) expressing spinach betaine aldehyde dehydrogenase, PloS one, 7(5), e37344 Sakamoto A, Murata N, 2002, The role of glycine betaine in the protection of plants from stress: clues from transgenic plants, Plant Cell Environ, 25, pp.163–171 Yang XH, Liang Z, Lu CM, 2005, Genetic engineering of the biosynthesis of glycinebetaine enhances photosynthesis against high temperature stress in transgenic tobacco plants, Plant Physiol, 138, pp.2299–2309 Khan MS, Yu X, Kikuchi A, Asahina M, Watanabe KN, 2009, Genetic engineering of glycine betaine biosynthesis to enhance abiotic stress tolerance in plants, Plant Biotechnol, 26:125–134 Park EJ, Jeknic Z, Pino MT, Murata N, Chen THH, 2007, Glycinebetaine accumulation is more effective in chloroplasts than in the cytosol for protecting transgenic tomato plants against abiotic stress Plant Cell Environ, 30, pp.994–1005 Shiro Mitsuya , Asumi Tsuchiya , Keiko Kono-Ozaki , et al, 2015, Functional and expression analyses of two kinds of betaine aldehyde dehydrogenases in a glycinebetaine hyperaccumulating graminaceous halophyte, Leymus chinensis, Springerplus, 4, pp 202 Annunziata MG, Ciarmiello LF, Woodrow P, Dell'Aversana E, Carillo P, 2019, Spatial and Temporal Profile of Glycine Betaine Accumulation in Plants Under Abiotic Stresses, Front Plant Sci, 10, pp.230 A Sakamoto, N Murata, 2002, The role of glycine betaine in the protection of plants from stress: clues from transgenic plants, Plant, Cell & Environment, 25, pp.163- 171 Kido EA, Ferreira Neto JR, Silva RL, Belarmino LC, Bezerra Neto JP, et al, (2013), Expression dynamics and genome distribution of osmoprotectants in soybean: identifying important components to face abiotic stress, BMC Bioinformatics, 14 Suppl 1(Suppl 1):S7 doi: 10.1186/1471-2105-14-S1-S7 Nguyễn Thị Thao, Nguyễn Văn Mã, Trần Khánh Vân, 2017, Nghiên cứu nồng độ NaCl gây mặn, phân nhóm theo khả chịu mặn động thái enzym amylaza, proteaza hạt nảy mầm giống đậu tương chịu mặn khác nhau, Kỉ yếu Hội ngành Sinh học Việt Nam- Hội Sinh lí học Thực vật, NXB Khoa học Tự nhiên Công nghệ, 152 Nguyễn Thị Thao, Trần Khánh Vân, 2017, Nghiên cứu nồng độ đường gây hạn động thái enzym amylaza, proteaza trình nảy mầm số giống đậu tương gặp stress hạn, Tạp chí Khoa học Tự nhiên Cơng nghệ, tập 33, số 2S, tr.168-179 Nguyễn Văn Mã, La Việt Hồng, Ong Xuân Phong, Phương pháp nghiên cứu Sinh lý học Thực vật, NXB Đại học Quốc gia Hà Nội (2013) Nguyễn Văn Mã (2015), Sinh lý chống chịu điều kiện môi trường bất lợi thực vật, Nxb Đại học Quốc gia Hà Nội André T Jagendorf, Tetsuko Takabe, 2001, Inducers of Glycinebetaine Synthesis in Barley, Plant Physiol, 127(4), pp.1827-1835 Hitesh Kathuria, Jitender Giri, Karaba N Nataraja, Norio Murata, et al, 2009, Glycinebetaine-induced water-stress tolerance in codA-expressing transgenic indica rice is associated with up-regulation of several stress responsive genes, Plant Biotechnology Journal, 7, pp 512–526 Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) … ABSTRACT Dynamics of glycine betanine at the seedling stage of soybean varieties in artificial drought and salinity condition Nguyen Thi Thao*, Vu Thi Thu Ha and Tran Khanh Van Faculty of Biology, Hanoi National University of Education The experiment of planting soybean in the dynamic hydroponic system was conducted to determine the dynamics of glycin betain (GB) concentration at the seedling stage of three soybean varieties DT2008, DT2003, DT99 When the seedlings got real leaves, we conducted salinity with NaCl at 0.4% concentration and induced drought with sobitol at a concentration of 6% within 72 hours The times of determining GB content are hours apart The results showed a positive correlation between GB accumulation and salinity tolerance, drought tolerance of soybean varieties In particular, the accumulation of GB of DT2008 reached the maximum peak (0.693 mg /g) (after 40 hours causing drought, salinity) compared to DT2003 and DT99 when affected by drought and salinity At the same time, the results showed that when saline stress, the accumulation of GB of researched soybean varieties was higher when drought stress after 24 to 40 hours of impact Keywords: Glycine betanine, soybean, seedling, drought, salinity 159 ... 154 Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) … quan đến khả chịu mặn, hạn giống đậu tương Kết hợp với kết nghiên cứu đánh giá khả chịu hạn giống đậu tương. .. điểm giống đậu tương để làm rõ ảnh hưởng hai loại stress môi trường mặn hạn tích lũy GB Kết phân tích thể biểu đồ hình DT2008 (G) DT2003 (H) 156 Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương. . .Động thái tích lũy glycin betain số giống đậu tương (Glycine Max (L.) Merrill) … Nội dung nghiên cứu 2.1 Phương pháp nghiên cứu - Vật liệu: Ba giống đậu tương nghiên cứu: DT2008,