CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây, diễn biến xâm nhập mặn ngày càng phức tạp. Tại một số tỉnh ven biển đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL), nước biển xâm nhập sâu vào nội đồng, gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đời sống người dân và hoạt động nông nghiệp. Đặc biệt, những tháng đầu năm 2016, diễn biến xâm nhập mặn tại ĐBSCL được đánh giá nặng nề nhất trong 100 năm qua và dự báo còn diễn biến xấu hơn trong những năm tiếp theo (Lương Xuân Định và ctv. Theo thống kê của Cục Trồng trọt (2016), đợt hạn mặn năm 2015-2016 toàn đồng bằng Sông Cửu Long có 193.000 ha đất trồng lúa bị ảnh hưởng bởi mặn và năng suất lúa trên đất nhiễm mặn trung bình thường rất thấp.
Theo Tanwar (2003), ngưỡng chịu mặn của cây lúa 3,0 mS/cm của đất và 2,0 mS/cm đối với nước tưới, khi độ mặn trong đất hoặc trong nước tưới vượt qua giá trị này thì năng suất lúa sẽ giảm mạnh. Trong các giai đoạn sinh trưởng và phát triển, cây lúa rất mẫn cảm với mặn ở giai đoạn mạ, đẻ nhánh và tượng khối sơ khởi. Ở giai đoạn chín thì cây lúa ít mẫn cảm hơn (Lauchli and Grattan, 2007). Hiện nay, có nhiều biện pháp để giúp cây lúa chống chịu mặn như sử dụng giống chống chịu, kỹ thuật canh tác hay sử dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật brassinosteroids cũng đã và đang được nghiên cứu áp dụng.
Nhiều nghiên cứu hiện nay cho thấy brassinolide (BL) (C28H48O6 - một lactone steroid tự nhiên được phát hiện vào năm 1979, thuộc nhóm chất brassinosteroids) giúp cây trồng gia tăng tính chống chịu mặn bởi khả năng kích thích sinh trưởng (El-Feky and Abo-Hamad, 2014), tích lũy proline (Vardhini, 2012; Nguyễn Văn Bo và ctv., 2014), ổn định chất diệp lục tố (Nithila et al., 2013), hoạt động của các enzyme chống oxy hóa khử (El- Mashad and Mohamed, 2012),. trên một số cây trồng cạn. Tuy nhiên, các nghiên cứu về ảnh hưởng của chất này đến đặc tính sinh lý – sinh hóa bên trong cây cũng như sự sinh trưởng và năng suất trên lúa cao sản ở những vùng đất nhiễm mặn của ĐBSCL còn hạn chế và cần được nghiên cứu thêm. Mặt khác, nông dân thường sử dụng nước mặn để tưới cho lúa trong điều kiện thiếu nước ngọt vào mùa khô hoặc cuối mùa mưa nên dễ dẫn đến gia tăng độ mặn trong đất và làm giảm năng suất lúa.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và để giúp cho cây lúa giảm thiệt hại trong điều kiện mặn; nhằm làm cơ sở khoa học cho định hướng áp dụng trong quy trình canh tác lúa cao sản ở những vùng đất nhiễm mặn, đề tài "Nghiên 1 luan an cứu ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng thực vật BL đến khả năng chịu mặn của lúa cao sản vùng đồng bằng Sông Cửu Long" được thực hiện.2 Mục tiêu nghiên cứu - Mục tiêu chung: Để gia tăng khả năng chống chịu mặn của cây lúa và giảm thiệt hại do mặn gây ra. - Mục tiêu cụ thể + Xác định ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng thực vật BL đến một số đặc tính sinh lý – sinh hóa của cây lúa cao sản khi bị mặn. + Tìm ra nồng độ chất điều hòa sinh trưởng thực vật BL xử lý cho cây lúa bị mặn ở những giai đoạn sinh trưởng và mức độ mặn khác nhau ở đồng bằng Sông Cửu Long.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Giống lúa cao sản và chất điều hòa sinh trưởng thực vật BL. - Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu tác động của BL đến một số đặc tính sinh lý – sinh hóa, cải thiện sự sinh trưởng và năng suất lúa bị mặn trong điều kiện nhà lưới (tại Khoa Nông nghiệp – trường Đại học Cần Thơ) và đồng ruộng tại Bạc Liêu.4 Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu một số đặc tính sinh lý sinh hóa của cây lúa cao sản khi bị mặn dưới tác động của BL trong điều kiện phòng thí nghiệm.
- Nghiên cứu xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật BL khi lúa bị mặn trong điều kiện nhà lưới và ngoài đồng.5 Tính mới của luận án - Đã xác định được BL có tác động tích cực đến một số đặc tính sinh lý, sinh hóa của lúa như proline, sắc tố quang hợp, enzyme thủy phân protease, enzyme catalase, đạm, lân và natri trong gia tăng khả năng chống chịu mặn. - Đã tìm ra được nồng độ xử lý BL khi lúa bị mặn như sau: (1) Ở độ mặn 3‰: Lúa bị mặn ở giai đoạn mạ hoặc đẻ nhánh xử lý BL nồng độ 0,05 mg/L, còn khi bị mặn ở giai đoạn tượng đòng hoặc trổ xử lý BL nồng độ 0,10 mg/L; (2) Ở độ mặn 6‰: Lúa bị mặn ở giai đoạn mạ xử lý BL nồng độ 0,05 mg/L, còn khi cây lúa bị mặn ở giai đoạn đẻ nhánh, tượng đòng hoặc trổ xử lý BL nồng độ 0,10 mg/L. 2 luan an - Trong điều kiện đồng ruộng bị mặn 3-5‰ ở tỉnh Bạc Liêu, phun BL 3 lần/vụ (0,05 mg/L BL ở giai đoạn mạ, 0,1 mg/L BL lúc nảy chồi và tượng đòng) giúp cải thiện sự sinh trưởng và gia tăng năng suất lúa 21-29%.6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn - Ý nghĩa khoa học Xác định được ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng thực vật BL lên một số đặc tính sinh lý – sinh hóa, sự sinh trưởng và năng suất lúa khi bị mặn. - Ý nghĩa thực tiễn Giúp người trồng lúa giảm thiệt hại trong điều kiện cây lúa bị ảnh hưởng mặn.
3 luan an CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng và năng suất cây trồng 2.1 Sơ lược về đất mặn Đất mặn là loại đất chứa một lượng muối hòa tan ở vùng rễ cây, làm thiệt hại đến hoạt động sinh trưởng của cây trồng (FAO, 1985). Các loại ion chính của muối là Na+, Ca2+, Mg2+, Cl- và SO42-. Trong đó Cl- và Na+ chiếm ưu thế.
Đất mặn thường chỉ loại đất có pH lớn hơn 8,5 và EC > 4 mmho/cm ở 25 oC (Bhumbla and Abrol, 1978). Mức độ gây hại của đất mặn tùy thuộc vào loài cây trồng, giống cây, thời gian sinh trưởng, các yếu tố môi trường đi kèm theo nó và tính chất của đất. Đất mặn được xác định bằng cách đo độ dẫn điện trong đất EC. Đo EC trong dung dịch trích bão hòa khi giá trị cao hơn 4 mS/cm ở điều kiện nhiệt độ 25oC, phần trăm natri trao đổi (ESP) dưới 15%, và pH nhỏ hơn 8,5 (US Salinity Laboratory Staff, 1954).
Đất mặn thường liên kết với tính sodic. Đất mặn sodic là đất trung gian giữa đất mặn và đất sodic, có chứa hàm lượng muối hòa tan natri cao như đất mặn với EC trên 4 mS/cm. Nhưng đất mặn sodic có Na hấp phụ cao, ESP cao hơn 15% và tỷ lệ natri hấp thu (SAR) bằng hoặc cao hơn 13, cũng là đất bị nhiễm mặn, nhưng đất sodic có hàm lượng muối hòa tan trung tính thấp nhưng hàm lượng Na+ trên hệ hấp phụ của đất cao. Đất sodic có EC tương đối thấp, nhưng đất có pH bằng hoặc trên 8,5.
pH đất cao do sự thủy phân của sodium carbonate. Na trên hệ hấp thu cũng có thể được thủy phân góp phần tăng pH đất (Brady and Weil, 2002). Phân loại đất mặn, đất sodic, đất mặn – sodic được trình bày trong Bảng 2.1: Phân loại đất nhiễm mặn và đất sodic (Landon, 1991; Horneck et al., 2007) Phân ECe pH ESP SAR Tính chất đất loại (mS/cm) (1:2,5) Đất mặn, ảnh hưởng sinh trưởng Đất mặn >4 <8,5 <15 <13 hầu hết cây trồng Đất Năng suất của cây trồng bị giới <4 >8,5 >15 >13 sodic hạn Đất mặn, Na hấp phụ cao, năng Đất mặn >4 <8,5 >15 >13 suất của nhiều loài cây trồng bị - sodic giới hạn 4 luan an 2.2 Ảnh hưởng của mặn đến sự sinh trưởng và năng suất cây trồng 2.1 Ảnh hưởng bất lợi của mặn đến đời sống cây trồng Trong đất nhiễm mặn có nhiều ion gây bất lợi cho cây trồng, đặc biệt là NaCl dễ dàng hòa tan trong nước để sản sinh ra các ion độc hại như Na+ và Cl-. Mặc dù Cl- là một dưỡng chất vi lượng thiết yếu cho hầu hết cây trồng và Na+ được xem là có lợi cho một số loài cây, tuy nhiên việc tích tụ quá mức Cl- và Na+ có thể làm cho cây bị ngộ độc, hầu hết cây trồng nhạy cảm đối với muối.
Na+ là một nguyên tử nhỏ có thể dễ dàng hấp thu vào mô rễ của thực vật bậc cao và vận chuyển thông qua các bộ phận của cây, dẫn đến việc tế bào bị tổn thương bởi các ion độc hại, mất cân bằng thẩm thấu và dinh dưỡng (Siringam et al. Dư thừa Na+ trong tế bào thực vật trực tiếp gây hại đến hệ thống màng và các bào quan, kết quả là cây trồng giảm tăng trưởng và phát triển bất thường trước khi cây chết (Quintero et al. Trong những loài ưa muối, có rất nhiều hệ thống phòng vệ bao gồm nội cân bằng ion, điều hòa thẩm thấu, chất chống oxy hóa và điều chỉnh nội tiết tố (Sairam and Tyagi, 2004). Đối với cây trồng, độ mặn trong đất ảnh hưởng đến sự cân bằng dinh dưỡng trong cây như tỷ lệ Na+/Ca2+ và Na+/K+ cao hoặc trực tiếp gây độc cho cây trồng bởi các ion gây độc Na+, Cl-, B, SO42-.
Khi lượng muối tích lũy trong vùng rễ cao, gây tăng tính thẩm thấu dẫn đến giảm khả năng hấp thu nước và dinh dưỡng của cây trồng. Do đó, giảm sự phát triển của cây trồng và giảm năng suất (Laudicina et al., 2009; Kahlaoui et al., 2011; Makoi and Verplancke, 2010; Mavi et al. Nghiên cứu trước đây cho thấy cây trồng phát triển trong điều kiện có nồng độ muối cao sẽ có sinh khối thấp cũng như ít chất diệp lục hơn khi phát triển trong điều kiện bình thường, tăng hàm lượng Na trao đổi gây mất cân bằng dinh dưỡng, gây thiếu hụt K trên một số cây trồng (Kaya et al., 2001; Kahlaoui et al. Các loài cây trồng đều bị ảnh hưởng mặn trong giai đoạn nảy mầm nhiều hơn bất kỳ giai đoạn nào khác.
Khả năng chịu mặn trong giai đoạn nảy mầm thay đổi theo từng loại cây (Nguyễn Thị Lang và ctv. Mass and Hoffman (1977) cho rằng khả năng chịu mặn của cây thay đổi theo giai đoạn sinh trưởng của cây và rút ra kết luận đối với cây lúa mạch, lúa mì và bắp chịu đựng nồng độ muối gần giống lúa. Ở các cây như củ cải đường và cỏ linh lăng thì mẫn cảm suốt giai đoạn nảy mầm, đậu nành thì thay đổi tùy vào giống (Bảng 2. 5 luan an Bảng 2.