Mở đầu Xuất phát từ thực tiễn trên, đề tài “Nghiên cứu ảnh hƣởng của một số loại hạt nano kim loại đến quá trình nảy mầm ở hạt đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merr)” được thực hiện nhằm mục tiêu đánh giá tác động của bốn loại hạt nano kim loại (Fe, Cu, ZnO, Co) đến quá trình nảy mầm ở hạt đậu tương thông qua các phân tích về hình thái, tế bào và mức độ biểu hiện của một số gen quan trọng. Giai đoạn nảy mầm là bước đầu tiên trong chu kỳ sống của thực vật và có vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Do đó, những tác động ở giai đoạn nảy mầm sẽ ảnh hưởng tới sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây trồng. Kết quả của đề tài sẽ góp phần tạo cơ sở khoa học để ứng dụng các chế phẩm nano kim loại nhằm tăng năng suất cây trồng, góp phần xây dựng nền nông nghiệp phát triển bền vững ở nước ta.
Phạm Thị Hòe K24 – Sinh học thực nghiệm 2 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Chƣơng 1. Tổng quan Chƣơng 1 - TỔNG QUAN 1. Giới thiệu chung về cây đậu tƣơng 1.1 Các thời kỳ sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương Đậu tương (Glycine max (L.) Merr) còn gọi là đậu nành, là loài cây trồng cạn ngắn ngày, được trồng phổ biến ở các nước Đông Nam Á, Bắc và Nam Mỹ. Ở Việt Nam, cây đậu tương được trồng nhiều ở các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long (An Giang, Đồng Tháp,…) và một số tỉnh miền núi phía Bắc (Hà Bắc, Lạng Sơn, Cao Bằng,…).
Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương được chia thành hai thời kỳ: thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng (Vegetative Stages) và thời kỳ sinh sản (Reproductive Stages) [2, 34]. Trong đó, thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng được chia thành nhiều giai đoạn như sau: Giai đoạn 1 (Emergence – VE): hạt nảy mầm cho đến khi thân mầm đội lá mầm vươn lên khỏi mặt đất Giai đoạn 2 (Cotyledon – VC): hai lá mầm tách ra hoàn toàn, hai lá đơn mọc phía trên lá mầm. Giai đoạn một lá kép ( first trifoliolate – V1): cây có một lá kép Giai đoạn hai lá kép (second trifoliolate – V2): cây có hai lá kép Giai đoạn n lá kép ( nth trifoliolate – Vn): cây có n lá kép, số lượng lá kép trên cây phụ thuộc vào đặc điểm di truyền của từng giống. Tiếp theo thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng, cây chuyển sang thời kỳ sinh sản với các giai đoạn sau: Giai đoạn R1 (Beginning flowering): Cây bắt đầu ra hoa Giai đoạn R2 (Full bloom): Cây có hoa đầy đủ Giai đoạn R3(Beginning pod): Cây bắt đầu tạo quả Giai đoạn R4 (Full pod): Cây có đủ quả Giai đoạn R5(Beginning seed): Cây bắt đầu tạo hạt Giai đoan R6 (Full seed): Quả có đủ hạt Phạm Thị Hòe K24 – Sinh học thực nghiệm 3 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Chƣơng 1.
Tổng quan Giai đoạn R7 (Beginning maturity): Quả bắt đầu chín Giai đoạn R8 (Full maturity): Quả chín hoàn toàn Trong thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng, giai đoạn nảy mầm (giai đoạn 1) là giai đoạn đầu tiên và đóng vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Giai đoạn nảy mầm được tính từ khi gieo hạt giống xuống đất, hạt hút ẩm trương lên, rễ mầm xuất hiện, thân mầm vươn lên đội hai lá mầm lên khỏi mặt đất, lá mầm xoè ra, 2 chồi mầm bắt đầu xuất hiện mọc đối xứng trên vị trí 2 lá mầm (Hình 1). Yêu cầu của giai đoạn này là hạt đậu tương phải có đủ nước, nhiệt độ phù hợp và đủ hàm lượng oxy. + Nước: Hạt đậu tương hút nhiều nước hơn so với các cây trồng khác.
Hạt phải hút một lượng nước trên 50% trong lượng hạt thì hạt mới nảy mầm. + Nhiệt độ: Quá trình nảy mầm rất mẫn cảm đối với nhiệt độ. Nhiệt độ từ 15- 30oC là thích hợp nhất cho quá trình nảy mầm của hạt đậu tương. Trong khoảng nhiệt độ này, chỉ gieo sau 3-7 ngày là hạt đã nảy mầm.
Nếu nhiệt độ thấp hơn 10oC quá trình hạt nảy mầm thường kéo dài tới 12-15 ngày. Nếu nhiệt độ cao trên 30oC hạt nảy mầm nhanh nhưng mầm yếu. + Hàm lượng O2: có liên quan tới ẩm độ đất, nếu ẩm độ đất trên 90% thì không đủ O2 để hạt nảy mầm. Khi có đủ nước, oxy và ở nhiệt độ phù hợp thì hạt sẽ hút nước trương lên, các enzyme chuyển hóa như protease, amylase.
trong hạt bắt đầu được hoạt hóa chuyển các chất dự trữ ở dạng phức tạp sang đơn giản để nuôi phôi và hình thành bộ phận mới [2]. Các kết quả nghiên cứu cho thấy, hàm lượng mRNA tăng khi hạt hút nước, chủ yếu là mRNA của các gen liên quan đến quá trình tổng hợp protein và enzyme thuỷ phân. Ở giai đoạn này, các enzyme thủy phân các chất dự trữ có vai trò quan trọng trong quá trình trao đổi chất giúp cho hạt chuyển từ trạng thái ngủ sang trạng thái hoạt động. Sau khi hạt trương nước, phôi bắt đầu sinh trưởng, giai đoạn đầu là sự kéo dài các tế bào làm cho trụ dưới lá mầm vươn dài ra, vỏ hạt tách ra và cố định cây mầm, trụ trên mầm vươn dài để lộ lá mầm và đỉnh sinh trưởng, tiếp theo là sự phân chia và kéo dài của các tế bào làm cho cây mầm hình thành [3].
Phạm Thị Hòe K24 – Sinh học thực nghiệm 4 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Chƣơng 1. Tổng quan Hiện tượng nảy mầm là bước đầu tiên trong chu kỳ sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Bên cạnh các điều kiện ngoại cảnh thì các nguyên tố vi lượng thường có trong thành phần của các enzyme cũng có vai trò quan trọng trong quá trình nảy mầm. Nguyên tố vi lượng ở nồng độ thích hợp có khả năng thúc đẩy nhanh sự nảy mầm của hạt, từ đó ảnh hưởng tới toàn bộ quá trình sinh trưởng và các hoạt động sinh lý của cây [54].
Các mốc chính trong quá trình nảy mầm ở đậu tương: hạt hút đủ nước, hạt bắt đầu nứt vỏ nảy mầm, phát triển rễ mầm (radicle), trụ mầm (hypocotyl) và 2 lá mầm (cotyledons) tách ra, chồi mầm xuất hiện (http://www.com/Agronomy/News/Pages/The-Soybean-Hypocotyl-and-Hypocotyl- Arch. Giá trị kinh tế của cây đậu tương Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao với hàm lượng protein trung bình khoảng 38-40%. Đặc biệt, protein của đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong số các protein có nguồn gốc thực vật, dễ tiêu hóa hơn protein động vật và không có các thành phần tạo thành cholesterol hay axit uric,…. Hạt đậu tương có chứa hàm lượng chất béo cao hơn các loại đậu đỗ khác nên được coi là cây cung cấp dầu thực vật quan trọng.
Trong hạt đậu tương có nhiều loại vitamin với hàm lượng cao như vitamin B1, B2 và các loại vitamin khác như vitamin A, E, K, D, C,. Đặc biệt Phạm Thị Hòe K24 – Sinh học thực nghiệm 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Chƣơng 1. Tổng quan trong hạt đậu tương đang nảy mầm hàm lượng một số vitamin tăng lên đáng kể như vitamin C, vitamin E. Hạt đậu tương cũng chứa nhiều chất khoáng như canxi (Ca), phosphor (P), sắt (Fe).
Từ hạt đậu tương người ta đã chế biến ra được trên 600 loại sản phẩm khác nhau. Trong đó, hơn 300 loại thức ăn được chế biến bằng nhiều phương pháp từ cổ truyền, thủ công cho đến hiện đại dưới các dạng tươi, khô, lên men như làm giá, bột, tương, đậu phụ, chao, tào phớ, sữa đậu nành, bánh kẹo,. Bột đậu tương sau khi đã ép dầu còn được dùng làm nguyên liệu để chế biến thức ăn giàu đạm cho gia súc và gia cầm. Ở nhiều nước phát triển, người ta còn sử dụng đậu tương vào các ngành công nghiệp khác như chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, dầu bôi trơn trong ngành hàng không [6].
Một tác dụng có ý nghĩa quan trọng của cây đậu tương trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp đó là khả năng cải tạo đất do khả năng cố định đạm của vi khuẩn nốt sần Rhizobium japonicum sống cộng sinh ở rễ cây đậu tương. Trong điều kiện thuận lợi, các vi khuẩn nốt sần cộng sinh có thể tích lũy được một lượng đạm tương đương từ 20-25 kg ure/ha. Bởi vậy, các nốt sần ở rễ cây đậu tương được coi là những “nhà máy phân đạm tí hon” làm giàu đạm cho đất, không gây ô nhiễm môi trường và đồng thời còn làm sạch bầu khí quyển. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam Ở Việt Nam, cây đậu tương đóng vai trò rất quan trọng trong cơ cấu cây trồng nông nghiệp và đặc biệt là ở các tỉnh miền núi phía Bắc.
Do đậu tương là loại cây ngắn ngày và có khả năng trồng trên nhiều loại đất khác nhau nên rất thích hợp làm cây trồng luân canh, xen canh, gối vụ với nhiều loại cây trồng khác nhau làm tăng hiệu quả sử dụng đất trong nông nghiệp. Tuy nhiên, quy mô sản xuất vẫn còn nhỏ lẻ và chưa cạnh tranh được với các loại cây khác. Diện tích trồng cây đậu tương đã được mở rộng từ năm 2011 nhưng năng suất và sản lượng còn thấp. Năm 2013, tổng sản lượng đậu tương toàn quốc mới chỉ đạt được 168,4 nghìn tấn đáp ứng khoảng 1/10 nhu cầu.
Năng suất ở các năm tiếp theo (2014 và 2015) vẫn ở mức thấp. Vì thiếu khả năng cạnh tranh, tới năm 2016, diện tích gieo trồng đậu tương đã Phạm Thị Hòe K24 – Sinh học thực nghiệm 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Luận văn thạc sỹ khoa học Chƣơng 1. Tổng quan bị giảm chỉ còn 94 nghìn ha, sản lượng đạt 147,5 nghìn tấn, năng suất tăng nhẹ 8,2% so với năm 2015 (Bảng 1). Để bù đắp sự thiếu hụt về thực phẩm giàu protein trong nước, đồng thời đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của ngành công nghiệp thức ăn chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản, Việt Nam phải nhập khẩu một lượng lớn bột đậu tương từ các nước khác.
Theo số liệu của Tổng cục Hải quan Việt Nam và USDA (United Stated Department of Agriculture), năm 2012 Việt Nam nhập 1289,9 nghìn tấn đậu tương (trị giá 777,3 triệu đô la Mỹ). Quý I/2013, Việt Nam nhập khẩu nguyên liệu thức ăn chăn nuôi trên 712 triệu USD, tăng gần 54% so với cùng kỳ năm 2012, trong đó những loại nguyên liệu thức ăn giàu đạm như đậu tương, khô dầu đậu tương phải nhập khẩu khoảng 70 - 80% nhu cầu.