Chương 1. CÁC PHƯƠNG PHÁP PHẨN TÍCH NGUYÊN Tố KHOÁNG VÀ XĂCĐỊNH NHU CẨU. 27 tố khoáng có tác dụng lên quá trình trao đổi chất và các hoạt động sinh lý của tế bào thực vật như quang hợp, hô hấp, sinh trưởng, phát triển. Vai trò chông chịu Các nguyên tố khoáng có khả năng làm tăng tính chống chịu của Cây trồng đối với các điều kiện bất lợi.
Kali, Calci làm tăng tính chống chịu đổ, ngã, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh. Đặc biệt là các nguyên tố khoáng vi lượng có khả năng làm thay đổi đặc tính của keo nguyên sinh chất theo hướng tăng tính chống chịu của chúng như chống rét, hạn, nóng,. Dựa vào chức năng sinh hóa, các nguyên tố dinh dưỡniĩ khoánu có thể chia thành 4 nhóm được trình bày ở Bảng 1. Chức năng sinh hóa của các nguyên tố dinh dưỡng khoáng Nguyên tố C h ứ c năng dinh dưỡng Nhóm 1.
Những nguyên tố dinh dưỡng /ả thành phần của các họp chất chứa carbon là thành phần của amino acid, amid, protein, nucleic acid, N nucleotide, coenzyme, hecxoamin, v. là thành phần của amino acid cysteine, methionine, protein, lipoic acid, coenzyme A, thiamine pyrophosphate, s glutathione, biotin, adenosine-5-phosphosulfate và 3-phosphoadenosine. Những nguyên tố dinh dường là thành phần của chất d ự trữ năng lượng quan trọng hoặc thành phần cấu trúc Là thành phần của Phosphate đường, nucleic acid, nucleotide, p Coenzyme, phospholipid, phytic acid. Phosphor đóng vai trò quan trọng trong các phản ứng liên quan đến ATP Kết dính trong vách tế bào, góp phần vào tính chất cơ học Si của vách tế bào như tính vững chắc và tính mềm dẻo.
28 GIÁO TRÌNH DINH DƯỠNG KHOÁNG Nguyên tố C h ứ c năng dinh dưỡng Tạo các phức hợp chất với manitol, mannan, polymannuronic B acid và những hợp chất khác của vách tế bào. B còn liên quan đến sự kéo dài tế bào và đồng hóa nucleic acid. Những nguyên tó dinh dưỡng tồn tại ở dạng lon Như là một cofactor cần thiết cho hơn 40 enzyme, là K cation chủ yếu tạo sức trương và tính trung hòa về điện của tế bào, điều tiết đóng mờ khí khổng. Là thành phần cấu tạo cơ bản của vách tế bào, là cofactor cần cho một số enzyme liên quan đến thủy phân ATP và Ca phospholipid.
Ca tác động như là tín hiệu thứ 2 trong điều tiết trao đổi chất. Cần cho nhiều enzyme liên quan đến chuyển gốc phosphate, Mg là thành phần cấu tạo diệp lục. Cl cần cho phản ứng giải phóng oxy trong quang hợp. Cần cho hoạt động của một số enzyme như dehydrogenase, decarboxylase, kinase, oxidase và peroxidase.
Mn còn liên Mn quan đến các enzyme hoạt hóa cation khác, tham gia giải phóng oxy trong quang hợp. Liên quan đến sự tái tạo phosphoenolpyruvate trong chu Na trình C. Những nguyên tố dinh dưỡng liên quan đến phản ứng oxy hóa khử là thành phần của các cytochrome và các protein chứa Fe sắt không heme, liên quan đến quang hợp, cố định nitơ và hô hấp. là thành phần của các enzyme alcohol dehydrogenase, Zn glutamic dehydrogenase, carbonic anhydrase, v.
là thành phần của ascorbate oxidase, tyrosinase, mononamine Cu oxidase, uricase, cytochrome oxidase, phenolase, laccase và phastocyanin. là thành phần của urease, ở vi khuẩn cố định nitơ. Ni là Ni thành phần của hydrogensae. là thành phần của nitrogenase, nitratreductase và xanthine Mo dehydrogenase.
(Nguồn: Theo Evans VCI Sorgen 1966: MengeI và Kìrkbv, 1987) Chương 1■CẤC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH NGUYÊN Tố KHOÁNG VÀ XÁC ĐỊNH NHU CẨU. Phương pháp nghiên cứu dinh dưỡng khoáng 1. Phương pháp phân tích tro (Ash analyses) Đây là phương pháp được Justus von Liebig (1840) đề xuất và sử dụng đầu tiên để đánh giá vai trò các nguyên tố khoáng trong cây. Nguyên tắc cơ bản của phương pháp là đốt cháy sinh khối cây ở nhiệt độ cao 1.200 °c (lò nung) trong nhiều giờ, gọi là quá trình khoáng hóa.
Bản chất hóa học của quá trình là oxy hóa các chất hữu cơ nhờ oxy. Các nguyên tố c, H, o, N được giải phóng dưới dạng C 0 2, N 0 2 và hơi nước (H20 ), các nguyên tố còn lại trong tro màu trắng gọi là nguyên tố khoáng. Dùng phương pháp cân tro xác định được lượng khoáng tổng số. Hòa tan tro trong dung dịch acid tạo thành các dung dịch muối, sau đó dùng các dung môi đặc trưng đốt cháy các dung dịch muối, qua bộ phận cảm quang của máy quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS (Atomic Absorption Spectrophotometer) người ta xác định được thành phần và hàm lượng các nguyên tố khoáng có trong tro.
Bằng phương pháp này xác định được trị sổ trung bình chất khoáng ở thực vật là 5% khối lượng khô của cây. Thành phần và hàm lượng khoáng trong tro biến thiên tùy theo loài, tuổi, cơ quan, điều kiện dinh dưỡng. Ví dụ: Lá cây có hàm lượng khoáng cao nhất, sau đó đến vỏ cây gỗ và rễ, hạt và thân chứa ít khoáng hơn cả. Nhờ phương pháp phân tích hàm lượng tro mà Justus von Liebig đã phát hiện trong tro chứa một lượng lớn các nguyên tố s, p, K, Ca, Mg, Fe, Si, Na.
Mặc dù các nguyên tố c , H, o , N không còn do quá trình oxi hóa ở nhiệt độ cao, nhưng ông thừa nhận nhóm các nguyên tố trên là những chất dinh dưỡng cần thiết cho thực vật. Phân tích tro là phương pháp cổ điển của Justus von Liebig nhưng vẫn được sử dụng trong khoa học hiện đại ngày nay, bởi vì muốn phân tích thành phần các nguyên tố bất cứ bộ phận nào, ở giai đoạn phát triên nào đều phải khoáng hóa chúng ờ nhiệt độ từ 1.200°c để tạo ra tro. Với sự phát triển nhanh của khoa học hóa học, vật lý, phương pháp phân tích tro trở nên chính xác hơn nhờ các máy quang phổ, quang phô hấp thụ nguyên tử, cực phổ. 30 GIẨO TRÌNH DINH DƯỠNB KHOANG 1.
Phươngpháp trồng cây trong môi trường đất (Soil culứvatìon technÙỊUe) Đây là phương pháp trồng cây ương môi trường đất, trồng trong chậu hoặc ngoài đồng ruộng. Ưu điểm của phương pháp là dễ làm, lại cho kết quả khá chính xác và đặc biệt đảm bảo đồng đều các điều kiện sống của cây (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm .) chủ động điều chỉnh chế độ dinh dưỡng. Phương pháp này giúp người nghiên cứu giải quyết hàng loạt các vấn đề như tìm hiểu vai trò sinh lý của từng loại nguyên tổ khoáng đối với từng loại cây trồng, từng loại đất khác nhau, trong từng giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây. Trên cơ sở đó, xây dựng được quy trình, chế độ bón chất dinh dưỡng hợp lý cho cây như thành phần, liều lượng, tỷ lệ giữa các thành phần, thời kỳ bón, cách bón.
Hiện nay, phương pháp này được sử dụng phổ biến để khảo nghiệm phân bón đối với cây trồng trong nông nghiệp. Chẳng hạn, để biết nhu cầu phân bón N, p, K đối với các loại cây trồng như lúa, ngô, sắn, đậu, m ía,. cần phải bố trí các thí nghiệm với nhiều mức phân bón khác nhau của từng loại, tùy theo giống cây trồng và dinh dưỡng trong đất. Ví dụ: Để xác định lượng phân đạm cho giống lúa ĐV108 trồng trên đất thịt nhẹ có thể sử dụng nhiều công thức bón: 80 kg N, 100 kg N, 120 kg N cho 1 hecta; lượng phân lân bón 70 kg P2Ơ5, kali bón 80 kg K2ơ giống nhau ở các công thức.
Dựa vào công thức cho năng suất thu hoạch và hiệu quả kinh tế cao nhât có thể xác định được lượng phân nitơ thích hợp cho lúa ĐV108. Cũng có thể xác định lượng phân bón kali phù hợp cho giống mía R O C 16 trồng trên đất cát pha bằng cách bố trí thí nghiệm sử dụng nhiều công thức bón: 100 kg K ,0 , 120 kg K20, 140 kg K 20 , 180 kg K o cho 1 hecta; lượng phân lân bón 100 kg P2Os, nitơ bón 150 kg N giống nhau ở các công thức. Dựa vào công thức cho năng suất thu hoạch cao nhất có thể xác định được lượng phân kali thích hợp cho giống mía ROC16. Một thí nghiệm khác để xác định lượng phân lân cho giống lạc LDH01 trồng trên đất phù sa ven sông, có thể sử dụng nhiều công thức bón: 50 kg P2Os, 60 kg P2Os, 70 kg P20 5cho 1 hecta, lượng phân kali bón 60 kg K ,0 , nitơ bón 40 kg N giống nhau ở các công thức.
Dựa vào Chương 1 CẤC PHƯƠNG PHÁP PHẨN TÍCH NGUYÊN Tổ KHOẨNG VẨ XÁC ĐỊNH NHU CẨU. 31 công thức cho năng suất thu hoạch cao nhất có thể xác định được lượng phân lân thích hợp cho giống lạc LDH01. Phươngpháp trồng cây trong dung dịch dinh dưỡng (Hydroponics) Vào thế kỷ thứ 19, nhiều nhà nghiên cứu như Nicolas-Théodore de Saussure, Julius von Sachs, Jean-Baptiste-Joseph-Dieudonné Boussingault và Wilhelm Knop đã tiến hành trồng, cây với rễ của chúng ngâm vào trong dung dịch chỉ có chứa các muối vô cơ. Các thí nghiệm đã cho thấy cây x ó thể mọc bình thường mà không có đất hoặc các chất hữu cơ, cây chỉ cần các nguyên tố vô cơ và ánh sáng mặt tròi.
Kỹ thuật trồng cây với rễ ngập trong dung dịch dinh dưỡng mà không có đất (Soilless cultivation) được gọi trồng cây trong dung dịch hay thủy canh (Hydroponics). Trồng cây trong dung dịch dinh dường có thể điều chỉnh được nồng độ dinh dưỡng và pH của môi trường, sục thêm oxy cho rễ hô hấp, ngăn cản sự hấp thu của rễ đối với các ion không cần thiết. Trong nhiều năm có nhiều công thức đã được sử dụng cho dung dịch dinh dưỡng, trong đó Knop ờ Đức và Helrigel là người đầu tiên đưa ra dung dịch dinh dưỡng chỉ có KC1, C a(N 03)2, KH2P 0 4, M gS 04 và muối sắt (Bảng 1. Dung dịch dinh dưỡng Knop và Helrigel Hóa chất Dung dịch Knop (g/l) Dung dịch Helrigel (g/l) Ca(NOa)2 1,0 0,490 k h 2p o 4 0,25 0,136 MgS047H20 0,25 0,123 KCI 0,125 0,075 FeCI3 0,0125 FeCI3.6H20 1 % (3- 4 giọt) 0,025 Nhưng về sau có nhiều nhà khoa học đã tiến hành nghiên cứu bổ sung các nguyên tố thiết yẽu khác như bo, molybden, đồng, kẽm, mangan,.
Công thức này được gọi là dung dịch Hoagland điều chỉnh (Dennis Robert Hoagland) (Bảng l. 32 GIĂO TRÌNH DINH DƯỠNG KHỮÁNt Bảng 1. Thành phẩn các nguyên tố dinh dưỡng trong dung dịch cải biến của Hoagland Trọng Nồng Thể tích Nồng độ lượng độ dung dung dịch Hợp chất dung dịch phân tử dich gốc gốc pha gốc (mM) (g/mol) ' (g/1) loãng (ml/l) Dinh dưỡng đa lượng kno3 101,10 1.000 246,48 1,0 Dinh dưỡng vi lượng KCI 74,55 25,0 1,864 h 3b o 3 61,83 12,5 0,773 C ác chất M nS04.H20 169,01 1,0 0,169 dinh dưỡng vi lượng mỗi Z n S 0 4.5H20 249,68 0,25 0,062 H2Mo0 4(85% Mo0 3) 161,97 0,25 0,040 NaFeDTA(10% Fe)* 468,20 64,0 30,0 3-10 Dinh dưỡng không bắt buộc N iS 04.