I. Giới thiệu chung về cây ngô
Cây ngô (Zea mays L.) là một trong ba cây lương thực quan trọng trên thế giới, đóng vai trò chủ yếu trong việc cung cấp lương thực và thức ăn chăn nuôi. Nguồn gốc của cây ngô được xác định từ miền trung Mexico và vùng núi Andes thuộc Peru. Tại Việt Nam, ngô được du nhập từ Trung Quốc và phát triển rộng rãi. Ngô có hệ rễ chùm, thân cao từ 2-4m, và thời gian sinh trưởng từ 90-160 ngày. Cây ngô yêu cầu điều kiện sinh thái ẩm, nhiệt độ thích hợp từ 25-30°C, và lượng mưa phân bố đều. Khả năng chịu hạn của ngô là yếu tố quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu hiện nay.
1.1. Nguồn gốc và phân loại
Cây ngô có nguồn gốc từ miền trung Mexico và vùng núi Andes thuộc Peru. Tại Việt Nam, ngô được du nhập từ Trung Quốc. Phân loại thực vật học của ngô thuộc họ Poaceae, chi Zea, loài Z. mays. Ngô được phân loại dựa trên cấu trúc nội nhũ và hình thái hạt, bao gồm các loại như ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, và ngô đường.
1.2. Đặc điểm thực vật học
Cây ngô có hệ rễ chùm, bao gồm rễ mầm, rễ đốt, và rễ chân kiềng. Thân ngô cao từ 2-4m, với các lóng có chiều dài khác nhau. Lá ngô được chia thành lá mầm, lá thân, lá ngọn, và lá bi. Hoa ngô gồm hoa tự đực (bông cờ) và hoa tự cái (bắp ngô). Thời gian sinh trưởng của ngô chia thành hai giai đoạn chính: sinh trưởng dinh dưỡng và sinh trưởng sinh thực.
II. Tác động của hạn hán đến cây ngô
Hạn hán là yếu tố chính làm giảm năng suất của cây ngô, đặc biệt ở các vùng canh tác phụ thuộc vào nước trời. Hạn hán gây ra sự suy giảm hàm lượng sắc tố quang hợp, giảm hiệu suất quang hóa, và tích lũy các gốc tự do phản ứng (ROS), dẫn đến oxy hóa lipid màng và đứt gãy các đại phân tử sinh học. Khả năng chịu hạn của ngô phụ thuộc vào cơ chế thích nghi, bao gồm tổng hợp các chất chống oxy hóa và tích lũy hợp chất chống stress. Việc ứng dụng các chất điều hòa sinh trưởng như melatonin được xem là giải pháp hiệu quả để tăng cường khả năng chịu hạn.
2.1. Ảnh hưởng sinh lý và hóa sinh
Hạn hán ảnh hưởng nghiêm trọng đến quá trình sinh lý và hóa sinh của cây ngô. Nó làm giảm hàm lượng sắc tố quang hợp, hiệu suất quang hóa, và tốc độ thoát hơi nước. Hạn hán cũng gây ra sự tích lũy các gốc tự do phản ứng (ROS), dẫn đến oxy hóa lipid màng và đứt gãy các đại phân tử sinh học. Cây ngô phản ứng bằng cách tăng cường tổng hợp các chất chống oxy hóa và tích lũy hợp chất chống stress.
2.2. Cơ chế thích nghi
Cây ngô có cơ chế thích nghi với hạn hán thông qua việc tăng cường tổng hợp các chất chống oxy hóa như proline và enzyme catalase. Các chất này giúp bảo vệ tế bào khỏi tác hại của ROS và duy trì cân bằng nước trong tế bào. Ngoài ra, ngô cũng tích lũy các hợp chất chống stress như đường khử để duy trì hoạt động sinh lý trong điều kiện thiếu nước.
III. Ứng dụng melatonin trong tăng cường khả năng chịu hạn
Melatonin là một hoạt chất có vai trò quan trọng trong việc tăng cường khả năng chịu hạn của cây ngô. Nó hoạt động thông qua cơ chế trực tiếp là loại bỏ các gốc tự do phản ứng (ROS) và gián tiếp bằng việc phục hồi hệ thống quang hợp, cân bằng nước, và bảo vệ màng tế bào. Nghiên cứu cho thấy melatonin ngoại sinh có hiệu quả trong việc giảm thiệt hại do hạn hán gây ra, đặc biệt là ở giai đoạn cây non và kết hạt. Việc xác định nồng độ melatonin thích hợp là yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu quả của nó.
3.1. Cơ chế tác động của melatonin
Melatonin tác động đến cây ngô thông qua cơ chế trực tiếp là loại bỏ các gốc tự do phản ứng (ROS) và gián tiếp bằng việc phục hồi hệ thống quang hợp, cân bằng nước, và bảo vệ màng tế bào. Nó cũng đóng vai trò như một phân tử tín hiệu, kích hoạt các phản ứng thích nghi của cây trong điều kiện hạn hán. Các nghiên cứu trên thế giới đã chứng minh hiệu quả của melatonin trong việc tăng cường khả năng chống chịu của cây trồng.
3.2. Kết quả nghiên cứu
Nghiên cứu cho thấy melatonin ngoại sinh có hiệu quả trong việc giảm thiệt hại do hạn hán gây ra trên cây ngô. Cụ thể, melatonin làm tăng hoạt độ enzyme α-amylase, hàm lượng đường khử, và proline trong lá ngô. Nó cũng cải thiện các chỉ tiêu sinh trưởng như chiều cao cây, số lá, và chỉ số diện tích lá. Kết quả này cho thấy tiềm năng ứng dụng melatonin trong việc tăng cường khả năng chịu hạn của ngô.
