- TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỊU NGẬP CỦA CÂY LÚA GIAI ĐOẠN MẠ BẰNG BẠC NITRATE. - Bạc nitrate, đường hòa tan tổng số, ethylene, oxy hòa tan, yếm khí. - Cơ chế thích nghi của cây lúa với ngập úng là hạn chế sự vương lóng và tiêu hao năng lượng bằng cách giảm thiểu quá trình biến dưỡng.. - Nghiên cứu này nhằm xác định nồng độ AgNO 3 cho hiệu quả cao nhất lên tính chống chịu úng trên cây lúa và định lượng các hợp chất biến dưỡng như hàm lượng đường và nồng độ oxy. - Tỷ lệ sống của cây lúa sau 7 ngày ngập cao nhất khi xử lý với AgNO 3 3 mg/L là 83% so với đối chứng 29%. - Giống OM6976 cho tỷ lệ sống cao nhất 70% và thấp nhất là OM4218 47% nhưng khi xử lý ngập với AgNO 3 tỷ lệ sống là như nhau, khoảng 75%. - Oxy trong nước giảm dần sau khi ngập nhưng với sự hiện diện của AgNO 3 hàm lượng oxy giảm chậm hơn so với đối chứng có thể là nguyên nhân kéo dài khả năng chịu đựng của cây lúa bên cạnh hạn chế tiêu hao hàm lượng đường trong quá trình biến dưỡng yếm khí.. - Gạo nuôi sống hàng tỷ người trên thế giới (Grierson et al., 2011) và hơn một nửa dân số toàn cầu sử dụng gạo như là nguồn lương thực chủ yếu (Timmer, 2010). - Trong những năm gần đây với sự biến đổi thất thường của khí hậu đã làm cho ngập lũ trở thành một trong những thảm họa thiên nhiên nghiêm trọng nhất (Hattori et al., 2011). - Trong điều kiện bị ngập, hàm lượng oxy khuếch tán vào nước giảm 10.000 lần so với trong không khí (Armstrong, 1979). - Khi bị ngập hàm lượng oxy trong nước giảm xuống dưới mức thích hợp cho cây trồng sinh trưởng thì được gọi là điều kiện yếm khí một phần (hypoxia). - Khi oxy không còn hiện diện ở trong nước thì được gọi là yếm khí toàn phần (anoxia) (Sairam et al., 2008). - Sau khi đất bị ngập nước thì hàm lượng oxy giảm nhanh tới mức chỉ trong vòng một ngày là có thể không phát hiện được oxy nữa. - Trong khi đó hàm lượng các tác nhân gây độc cho cây trồng và gây tổn thương vùng rễ như NO 2. - lại gia tăng nhanh chóng khi đất bị ngập nước (Ponnamperuma, 1972;. - (iv) các chất điều hòa sinh trưởng: giảm sự vận chuyển cytokinin và gibberellin từ rễ đến lá nhưng đối với ABA và ethylene thì ngược lại, hàm lượng auxin gia tăng ở chồi nhưng giảm ở rễ. - Sự tương tác giữa các hormone thực vật trong điều kiện ngập nước rất phức tạp.. - Hattori et al., 2011).. - Về hình thái học, thực vật tự biến đổi hình thái ở rễ nhằm thích nghi với ngập úng như: gia tăng số lượng rễ phụ và rễ khí sinh có độ rỗng cao hơn những rễ thông thường nhằm tăng cường khả năng vận chuyển oxy xuống những phần bị ngập nước;. - tăng cường khả năng thành lập mô dẫn khí (aerenchyma). - Mô dẫn khí là một dạng tế bào đặc biệt của rễ thường hiện diện ở những loài thực vật sống ở vùng đất ngập nước và một số ít loài trên cạn khi bị ngập nước (Nilsen and Orcutt, 1996). - Jackson, 2008, Nishiuchi et al., 2012). - Gần đây, các phát hiện về mới về khả năng chịu ngập trên cây lúa phần lớn đều liên quan đến các gene sản sinh ethylene trong quá trình ngập nước như SUB1, SK1 và SK2 (Xu et al., 2006. - Hatori et al., 2009. - Nagai et al., 2010. - Fukao et al., 2012). - Ngoài ethylene và mô dẫn khí thì biến dưỡng carbohydrate cũng góp phần rất quan trọng cho sự chống chịu ngập trên cây lúa (Setter et al., 1997). - Các giống lúa chịu ngập thường có hoạt tính của enzyme amylase cao và hô hấp yếm khí tăng trong khi chúng lại giảm hoạt tính của enzyme peroxidase và sản sinh ethylene chậm hơn các giống chịu úng kém (Ismail et al., 2009. - Ella et al., 2011). - Trong khi đó, bạc có vai trò ức chế sinh tổng hợp ethylene và được sử dụng để kéo dài tuổi thọ của các loại hoa sau thu hoạch (Mor et al., 1981. - Subhashini et al., 2011. - Kazemi and Ameri, 2012) nhưng nghiên cứu về tác dụng của bạc nitrate trên khả năng chống chịu ngập vẫn chưa được đề cập. - Trong nghiên cứu này dung dịch bạc nitrate được sử dụng như là tác nhân xử lý ngập nhằm tìm ra nồng độ xử lý thích hợp cũng như xem xét hiệu quả của bạc nitrate lên khả năng tăng cường tính chống chịu ngập trên cây lúa ở giai đoạn mạ.. - Chậu nhựa dùng xử lý ngập có chiều cao 15 cm, đường kính 12 cm. - Hóa chất dùng để xử lý ngập là bạc nitrate. - Các hóa chất phân tích đường theo phương pháp của Dubois et al. - Đo oxy hòa tan trong nước bằng máy đo oxy cầm tay.. - Sau khoảng 3 ngày để rễ bám chặt vào cát thì xử lý ngập 13 cm, để chậu trong tối hoàn toàn liên tục trong 7 ngày (trừ các thời điểm đo oxy). - Hàm lượng oxy hòa tan được đo vào 4 thời điểm 9, 11, 13 và 15 giờ trong ngày đầu tiên sau khi xử lý ngập. - Ở các ngày tiếp theo hàm lượng oxy trong chậu được đo lúc 9 giờ sáng. - Hàm lượng đường trong mẫu được trích với methanol 80%. - Dựa vào đường chuẩn được xây dựng bằng đường glucose để tính ra hàm lượng đường hòa tan tổng số có trong mẫu.. - Các số liệu được xử lý thống kê, so sánh trung bình các nghiệm thức bằng phép thử Duncan, LSD hoặc T-test bằng phần mềm SPSS. - 3.1 Khảo sát nồng độ bạc nitrate tối ưu cải thiện khả năng chịu ngập trên cây lúa. - Khi xử lý ngập trên giống lúa IR50404 ở giai đoạn cây con với các dung dịch có nồng độ bạc nitrate từ 0 đến 5 mg/L trong 7 ngày liên tục cho thấy nồng độ 3 mg/L cho tỷ lệ sống cao nhất (Hình 1). - Từ đó nồng độ này được chọn cho các thí nghiệm tiếp theo. - Như vậy, rõ ràng là bạc nitrate có tác dụng cải thiện tỷ lệ sống sót của cây lúa trong môi trường ngập nước hoàn toàn. - Trong trường hợp này, ethylene không được khảo sát cho nên có thể lý giải vai trò của bạc nitrate giúp tăng cường sự sống sót của cây lúa trong môi trường ngập nước là do ion nitrate đã được sử dụng như là hợp chất chấp nhận điện tử thay thế oxy trong quá trình biến dưỡng yếm khí (Garcia-Novo and Crawford, 1973).. - Hình 1: Ảnh hưởng của AgNO 3 lên tỷ lệ sống sót trên giống lúa IR50404 sau 7 ngày xử lý ngập Ghi chú: các cột trong hình có chữ bên trong giống nhau thì không khác biệt ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan. - 3.2 Bạc nitrate tăng cường khả năng chịu ngập trên các giống lúa. - Sau khi chọn được nồng độ bạc nitrate cho hiệu quả cao nhất là 3 mg/L, nồng độ này được áp dụng để xử lý ngập trên hai giống trồng phổ biến khác là. - Kết quả cho thấy bạc nitrate 3 mg/L có tác dụng cải thiện khả năng sống sót trong môi trường ngập nước hoàn toàn trong 7 ngày trên giống OM4218 và IR50404 nhưng không cho hiệu quả rõ ràng trên giống OM6976 (Hình 2).. - Hình 2: Ảnh hưởng của AgNO 3 lên tỷ lệ sống sót trên các giống sau 7 ngày xử lý ngập Ghi chú: các cột trong hình không có chữ hoặc có chữ bên trong giống nhau thì không khác biệt ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan. - khác biệt có ý nghĩa ở mức 5% và 1% qua phép thử T-test. - ns: không khác biệt. - Điều này chứng tỏ khả năng lặp lại của thí nghiệm là chính xác cũng như tính ổn định. - ngập bằng nước thì không gây ra sự khác biệt về chiều cao cây cũng như chiều dài rễ trên tất cả các giống khảo sát. - Tuy nhiên, khi xử lý ngập bằng dung dịch bạc nitrate 3 mg/L gây ra khác biệt về chiều cao cây cũng như khả năng phát triển của rễ.. - Hình 3: Ảnh hưởng của AgNO 3 lên chiều cao cây (A) và chiều dài rễ (B) trên các giống sau 7 ngày xử lý ngập. - Ghi chú: các cột trong hình không có chữ hoặc có chữ bên trong giống nhau thì không khác biệt ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan. - khác biệt có ý nghĩa ở mức 1% qua phép thử T-test. - ns: k h ông khác biệt. - Kết quả phân tích hàm lượng đường hòa tan tổng số trong cây được trình bày ở Hình 4 cho thấy, bạc nitrate làm giảm hàm lượng hòa tan trong cây rất rõ ràng, khác biệt ở mức ý nghĩa 1% trên cả 3 giống. - Các giống khác nhau thì khả năng biến dưỡng đường cũng khác nhau khi bị ngập nước.. - Tuy vậy, khi bị xử lý ngập bằng dung dịch bạc nitrate cũng gây ra sự biến dưỡng đường trên các giống không như nhau. - lượng đường hòa tan trong cây giảm khi xử lý ngập bằng dung dịch bạc nitrate có thể là do bạc thuộc nhóm ion kim loại nặng có khả năng ức chế hoạt tính enzyme amylase thủy phân tinh bột trong nội nhũ của hạt lúa thành đường. - Hình 4: Ảnh hưởng của AgNO 3 lên hàm lượng đường trên các giống sau 7 ngày xử lý ngập Ghi chú: các cột cùng màu trong hình có chữ bên trong khác nhau thì khác biệt ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử Duncan. - 3.3 Sự thay đổi hàm lượng oxy hòa tan trong ngày đầu tiên xử lý ngập. - Khi phân tích số liệu theo kiểu 2 nhân tố thì không thấy sự khác biệt giữa các giống hoặc giữa 2. - nồng độ ở từng thời điểm đo trong ngày mà chỉ thấy được sự khác biệt về hàm lượng oxy hòa giữa các lần đo nên kết quả của thí nghiệm này được trình bày chi tiết như trong Bảng 1.. - Bảng 1: Biến động hàm lượng oxy (mg/L) trong ngày đầu tiên xử lý ngập. - Thời điểm đo trong ngày (giờ) Mức ý nghĩa (Duncan test). - Ghi chú: các số trong cùng một hàng có chữ theo sau giống nhau thì không khác biệt. - khác biệt có ý nghĩa ở mức 1. - khác biệt ở mức ý nghĩa 5%. - Việc bổ sung bạc nitrate trong ngày đầu tiên xử lý ngập không mang lại tác dụng duy trì hay ngăn cản mức độ suy giảm hàm lượng oxy hòa tan trong dung dịch dùng xử lý ngập so với đối chứng (Bảng 1). - Kết quả cũng cho thấy, oxy hòa tan giảm rất nhanh sau khi xử lý ngập, giảm khoảng 30% chỉ sau 6 giờ xử lý ngập. - Mức độ giảm hàm lượng oxy hòa tan trong dung dịch xử lý ngập có khác biệt rõ ràng qua khoảng cách đo là 2 giờ.. - 3.4 Sự thay đổi hàm lượng oxy hòa tan trong thời gian 7 ngày xử lý ngập. - Khác với kết quả về biến động hàm lượng oxy. - hòa tan trong ngày đầu tiên xử lý ngập là không có sự khác biệt giữa nghiệm thức đối chứng (xứ lý ngập bằng nước) và xử lý ngập bằng dung dịch bạc nitrate. - Kết quả trình bày ở Bảng 2 cho thấy: bạc nitrate có tác dụng duy trì hàm lượng oxy hòa tan cao hơn so với đối chứng trong hầu hết các ngày đo và cho cả 3 giống khảo sát. - Tuy nhiên, khi so sánh hàm lượng oxy hòa tan ở cùng nghiệm thức xử lý ngập giữa các giống thì không có sự khác biệt.. - Không có sự tương tác giữa giống và nồng độ bạc nitrate.. - Bảng 2: Biến động hàm lượng oxy (mg/L) trong 7 ngày xử lý ngập Giống AgNO 3. - Như vậy, khi có sự hiện diện của bạc nitrate chế sinh tổng hợp ethylene của bạc, có thể sự khử. - Ngoài ra, bạc nano gần đây cũng được áp dụng trong nghiên cứu ngập úng trên cây trồng (Rezvani et al., 2012).. - Xử lý ngập cây lúa giai đoạn mạ bằng bạc nitrate 3 mg/L cho tỷ lệ sống cao nhất, trên 80%. - sau 7 ngày xử lý ngập và cao hơn khoảng 3 lần so với đối chứng.. - Bạc nitrate giúp duy trì hàm lượng oxy hòa tan trong nước và làm giảm hàm lượng đường hòa tan tổng số trong cây.. - Một số giống lúa trồng phổ biến hiện nay ở ĐBSCL không khác biệt về khả năng chịu ngập.. - Cần có những thử nghiệm tiếp theo trên các dạng nitrate khác cũng như phân tích các hợp chất biến dưỡng quan trọng như ethylene, sự khử nitrate,… hoặc khả năng chịu ngập úng của cây lúa ở các giai đoạn lớn hơn.. - Bailey-Serres J., Fukao T., Ronald P., Ismail A., Heuer S., and Mackill D., 2010.. - Dubois M., Gilles K., Hamilton J., Rebers P., and Smith F., 1956. - Fukao T., Yeung E., and Bailey-Serres J., 2012.. - J., Knapp S., Oldroyd G., Poppy G., Temple P., Williams R., and Bastow R., 2011. - Hattori Y., Nagai K., and Ashikari M., 2011.. - J., Kawano R., Sakakibara H., Wu J., Matsumoto T., Yoshimura A., Kitano H., Matsuoka M., Mori H., and Ashikari M., 2009. - Nagai K., Hattori E., and Ashikari M., 2010.. - Rezvani N., Sorooshzadeh A., and Farhadi N., 2012