Nghiên cứu về sự phát triển và phản ứng sinh lý của mía trong điều kiện ngập mặn

Nghiên cứu phản ứng sinh trưởng và sinh lý của mía dưới tác động của ngập mặn, cung cấp thông tin quan trọng cho nông nghiệp bền vững.

• Tác giả: Le Thuc Anh
• Người hướng dẫn: PhD. Dinh Thai Hoang
• Trường học: Vietnam National University of Agriculture
• Chuyên ngành: Agronomy
• Đề tài: Growth And Physiological Responses Of Sugarcane On Saline - Flooding Stress
• Loại tài liệu: Undergraduate Thesis
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hanoi

Mục lục chi tiết

• DECLARATION
• ACKNOWLEDGEMENT
• CONTENTS
• 3. CHAPTER 3: MATERIALS AND METHODS
• 3.1. Time and location
• 4. CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSION
• 4.1. The effect of saline – flooding stress on growth and development of sugarcane
• 4.2. The effect of saline – flooding stress on the plant height of sugarcane
• 4.3. The effect of salinity flooding stress on the plant diameter of sugarcane
• 4.4. The effect of salinity flooding stress on number of leaves of sugarcane
• 4.5. The effect of salinity flooding stress on number of green leave of sugarcane
• 4.6. The effect of saline flooding stress on physiology of sugarcane
• 4.7. The effect of salinity flooding stress on SPAD index (SPAD Chlorophyll Meter Readings) of sugarcane
• 4.8. The effect of salinity flooding stress to chlorophyll fluorescence performance indices (Fv/Fm)
• 4.9. The effect of salinity flooding stress on ion leakage
• 4.10. The effect of salinity flooding stress on leaf area
• 4.11. The effect of salinity flooding stress on relative water content (RWC)
• 4.12. The effect of salinity flooding stress to dry matter accumulation of sugarcane
• 5. CHAPTER 5: CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS

Tóm tắt

I. Giới Thiệu Nghiên Cứu Stress Ngập Mặn và Mía 50 60 Ký Tự

Nghiên cứu về tác động của stress ngập mặn lên cây mía là vô cùng quan trọng đối với ngành nông nghiệp Việt Nam, đặc biệt là khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Mía là cây công nghiệp quan trọng, cung cấp nguyên liệu cho ngành sản xuất đường. Tuy nhiên, tình trạng xâm nhập mặn ngày càng gia tăng do biến đổi khí hậu đe dọa nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng mía. Việc tìm hiểu phản ứng của mía với ngập mặn sẽ giúp chúng ta đưa ra các giải pháp canh tác phù hợp, bảo vệ nguồn cung nguyên liệu mía đường. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích các biến đổi sinh trưởng và sinh lý của cây mía khi bị tác động bởi stress ngập mặn, từ đó đề xuất các giống mía chịu mặn tốt và các biện pháp canh tác hiệu quả. Theo VSSA, diện tích trồng mía cả nước khoảng 300.000 ha, năng suất trung bình khoảng 65 tấn/ha. Tình trạng thiếu nguyên liệu từ năng suất thấp gây khó khăn cho các nhà máy đường và đời sống của nông dân địa phương.

1.1. Tổng Quan Về Tình Hình Sản Xuất Mía Tại Việt Nam

Sản xuất mía ở Việt Nam đối mặt nhiều thách thức, bao gồm diện tích canh tác manh mún và công nghệ chế biến lạc hậu. Các vùng trồng mía chính nằm ở Đồng bằng sông Cửu Long, khu vực ven biển miền Trung và Tây Nguyên. Tuy nhiên, Đồng bằng sông Cửu Long thường xuyên chịu ảnh hưởng của xâm nhập mặn, ảnh hưởng đến năng suất mía. Theo FPTS (2019), khu vực phía Nam chiếm 80% sản lượng mía của cả nước. Stress ngập mặn thường xảy ra từ giữa tháng 12 đến đầu tháng 2, gây thiệt hại lớn cho người trồng mía. Cần có giải pháp để giảm thiểu tác động của ngập mặn lên mía.

1.2. Vai Trò Quan Trọng Của Nghiên Cứu Stress Ngập Mặn Ở Mía

Nghiên cứu về stress ngập mặn ở mía đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ và phát triển ngành mía đường Việt Nam. Việc hiểu rõ cơ chế chịu mặn của mía sẽ giúp chọn tạo ra các giống mía chịu mặn tốt hơn. Nghiên cứu cũng cung cấp cơ sở khoa học cho việc xây dựng các quy trình canh tác thích ứng với điều kiện ngập mặn, góp phần ổn định sản lượng và chất lượng mía. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh biến đổi khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp, đe dọa trực tiếp đến sản xuất nông nghiệp.

II. Thách Thức Ảnh Hưởng Ngập Mặn Đến Sinh Trưởng Mía 50 60 Ký Tự

Stress ngập mặn gây ra những ảnh hưởng nghiêm trọng đến sinh trưởng mía. Cây mía bị ngập mặn thường có biểu hiện chậm phát triển, giảm chiều cao, đường kính thân và số lượng lá. Ảnh hưởng của ngập mặn đến mía thể hiện qua sự suy giảm khả năng hấp thụ nước và dinh dưỡng, rối loạn quá trình trao đổi chất và tích lũy các chất độc hại trong cây. Tình trạng ngập mặn và năng suất mía có mối quan hệ nghịch biến rõ ràng, làm giảm đáng kể năng suất thu hoạch và chất lượng đường. Hơn nữa, ngập mặn còn làm tăng nguy cơ mắc bệnh cho cây mía, gây thiệt hại kép cho người trồng.

2.1. Tác Động Của Ngập Mặn Đến Chiều Cao và Đường Kính Thân Mía

Chiều cao và đường kính thân là hai chỉ số quan trọng phản ánh sinh trưởng mía. Stress ngập mặn làm giảm đáng kể cả hai chỉ số này. Nồng độ muối cao trong đất ức chế sự phát triển của tế bào, làm chậm quá trình phân chia và kéo dài tế bào, dẫn đến cây mía thấp bé hơn. Ngập mặn cũng ảnh hưởng đến quá trình vận chuyển nước và dinh dưỡng đến các bộ phận của cây, làm giảm đường kính thân. Sự thay đổi biến đổi sinh trưởng của mía dưới tác động ngập mặn làm giảm khả năng cạnh tranh ánh sáng và dinh dưỡng của cây.

2.2. Ảnh Hưởng Của Ngập Mặn Đến Số Lượng Lá và Diện Tích Lá Mía

Stress ngập mặn làm giảm số lượng lá và diện tích lá của cây mía. Số lượng lá giảm do ngập mặn làm tăng quá trình rụng lá và ức chế sự hình thành lá mới. Diện tích lá giảm do ngập mặn làm giảm kích thước tế bào lá và ảnh hưởng đến quá trình quang hợp. Lá mía bị ngập mặn thường có biểu hiện vàng úa, khô héo do tích lũy muối. Sự suy giảm diện tích lá làm giảm khả năng quang hợp của cây, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng đường.

2.3. Ngập mặn và hệ rễ của mía

Stress ngập mặn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ rễ của cây mía, làm suy yếu khả năng hấp thụ nước và dinh dưỡng. Nồng độ muối cao trong đất gây độc cho tế bào rễ, làm giảm sự phát triển và phân nhánh của rễ. Ngập mặn còn làm giảm lượng oxy trong đất, gây khó khăn cho quá trình hô hấp của rễ. Rễ mía bị ngập mặn thường có biểu hiện thối rữa, giảm khả năng cố định đạm và cung cấp dinh dưỡng cho cây. Do đó làm giảm khả năng hấp thụ nước và dinh dưỡng của cây mía.

III. Phương Pháp Đánh Giá Phản Ứng Sinh Lý Mía Khi Ngập Mặn 50 60 Ký Tự

Để đánh giá phản ứng sinh lý của mía với ngập mặn, cần tiến hành các thí nghiệm đo đạc các chỉ số sinh lý quan trọng. Các chỉ số này bao gồm: hàm lượng chlorophyll (SPAD), hiệu suất quang hợp (Fv/Fm), sự rò rỉ ion, diện tích lá và hàm lượng nước tương đối (RWC). Phân tích các chỉ số này sẽ giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế chịu mặn của mía và sự thay đổi sinh lý của mía khi bị ngập mặn. Dữ liệu thu thập được sẽ được xử lý thống kê để so sánh sự khác biệt giữa các giống mía khác nhau và các mức độ stress ngập mặn khác nhau.

3.1. Đo Đạc Hàm Lượng Chlorophyll SPAD Dưới Tác Động Ngập Mặn

Hàm lượng chlorophyll là chỉ số quan trọng phản ánh khả năng quang hợp của cây. Stress ngập mặn thường làm giảm hàm lượng chlorophyll trong lá mía. Máy đo SPAD (Soil Plant Analysis Development) được sử dụng để đo nhanh chóng và không phá hủy hàm lượng chlorophyll trong lá. Kết quả đo SPAD sẽ giúp đánh giá mức độ ảnh hưởng của ngập mặn đến quá trình quang hợp của mía và so sánh khả năng chịu mặn của các giống mía.

3.2. Đánh Giá Hiệu Suất Quang Hợp Fv Fm Dưới Ngập Mặn

Hiệu suất quang hợp (Fv/Fm) là chỉ số phản ánh hiệu quả của hệ thống quang hợp trong lá. Stress ngập mặn có thể làm giảm hiệu suất quang hợp do gây tổn thương cho các trung tâm phản ứng quang hóa. Fluorometer được sử dụng để đo Fv/Fm. Kết quả đo Fv/Fm sẽ giúp đánh giá mức độ tác động của ngập mặn đến quá trình quang hợp của mía và so sánh khả năng chịu mặn của các giống mía. Giá trị Fv/Fm giảm cho thấy hệ thống quang hợp bị tổn thương do ngập mặn.

3.3. Xác Định Sự Rò Rỉ Ion và Hàm Lượng Nước Tương Đối RWC

Sự rò rỉ ion là chỉ số phản ánh tính ổn định của màng tế bào. Stress ngập mặn có thể làm tăng sự rò rỉ ion do gây tổn thương cho màng tế bào. Hàm lượng nước tương đối (RWC) là chỉ số phản ánh khả năng duy trì lượng nước trong lá. Stress ngập mặn có thể làm giảm RWC do làm giảm khả năng hấp thụ nước của cây. Xác định sự rò rỉ ion và RWC sẽ giúp đánh giá khả năng chịu mặn của các giống mía.

IV. Kết Quả Phản Ứng Sinh Trưởng Sinh Lý Của Mía 50 60 Ký Tự

Nghiên cứu cho thấy stress ngập mặn ảnh hưởng đáng kể đến sinh trưởng và sinh lý của các giống mía Hoa Bình (G1), K84 (G2), M5514 (G3) và KK3 (G4). Phản ứng của mía với ngập mặn thể hiện rõ qua sự giảm chiều cao, đường kính thân, số lượng lá, hàm lượng chlorophyll và hiệu suất quang hợp. Một số giống mía có khả năng chịu mặn tốt hơn các giống khác, thể hiện qua sự giảm thiểu các tác động tiêu cực của ngập mặn. Kết quả nghiên cứu cung cấp thông tin quan trọng cho việc chọn tạo các giống mía chịu mặn và xây dựng các biện pháp canh tác thích ứng.

4.1. So Sánh Ảnh Hưởng Ngập Mặn Lên Các Giống Mía Khác Nhau

Các giống mía Hoa Bình (G1), K84 (G2), M5514 (G3) và KK3 (G4) có phản ứng khác nhau với ngập mặn. Giống mía K84 và KK3 có xu hướng chịu mặn tốt hơn so với giống Hoa Bình, thể hiện qua sự giảm thiểu các tác động tiêu cực đến sinh trưởng và sinh lý. Sự khác biệt này có thể do sự khác biệt về cơ chế chịu mặn giữa các giống. Cần tiếp tục nghiên cứu để xác định các gen liên quan đến khả năng chịu mặn của mía.

4.2. Mức Độ Ngập Mặn và Ảnh Hưởng Đến Sinh Trưởng Mía

Mức độ stress ngập mặn có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng mía. Nồng độ muối cao hơn và thời gian ngập mặn kéo dài hơn gây ra những tác động tiêu cực mạnh mẽ hơn. Nghiên cứu cho thấy, mía chịu mặn tốt hơn khi tiếp xúc với ngập mặn ở giai đoạn đầu của chu kỳ sinh trưởng so với giai đoạn sau. Cần xác định ngưỡng chịu mặn của các giống mía khác nhau để đưa ra các khuyến cáo canh tác phù hợp.

4.3. Ảnh hưởng của ngập mặn đến quá trình quang hợp của mía

Stress ngập mặn gây ảnh hưởng đáng kể đến quá trình quang hợp của cây mía, làm giảm khả năng tạo ra năng lượng và chất dinh dưỡng cho cây. Nồng độ muối cao trong lá ức chế hoạt động của các enzyme quang hợp, làm giảm hiệu suất của quá trình cố định CO2. Ngập mặn cũng làm giảm sự vận chuyển điện tử trong hệ thống quang hợp, gây ra sự tích tụ năng lượng dư thừa và gây tổn thương cho các trung tâm phản ứng quang hóa. Lá mía bị ngập mặn thường có biểu hiện giảm diện tích, giảm hàm lượng chlorophyll, và tăng hàm lượng các sắc tố bảo vệ như carotenoid.

V. Giải Pháp Quản Lý Ngập Mặn và Chọn Giống Mía Chịu Mặn 50 60 Ký Tự

Để giảm thiểu tác động của ngập mặn lên mía, cần áp dụng các biện pháp quản lý ngập mặn trong trồng mía hiệu quả. Các biện pháp này bao gồm: cải tạo đất, tưới tiêu hợp lý, bón phân cân đối và sử dụng các chế phẩm sinh học. Quan trọng hơn, cần tập trung vào việc chọn tạo và sử dụng các giống mía chịu mặn tốt. Các giống mía chịu mặn sẽ có khả năng sinh trưởng và sinh lý tốt hơn trong điều kiện ngập mặn, giúp ổn định năng suất và chất lượng đường.

5.1. Biện Pháp Cải Tạo Đất và Tưới Tiêu Để Giảm Ngập Mặn

Cải tạo đất là biện pháp quan trọng để giảm tác động của ngập mặn. Các biện pháp cải tạo đất bao gồm: rửa mặn, bón vôi, bón phân hữu cơ và trồng cây cải tạo đất. Tưới tiêu hợp lý cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm ngập mặn. Cần đảm bảo cung cấp đủ nước cho cây mía nhưng tránh tưới quá nhiều gây tích tụ muối trong đất. Sử dụng các hệ thống tưới tiết kiệm nước như tưới nhỏ giọt hoặc tưới phun mưa có thể giúp giảm thiểu ngập mặn.

5.2. Bón Phân Cân Đối và Sử Dụng Chế Phẩm Sinh Học

Bón phân cân đối giúp cây mía khỏe mạnh và tăng khả năng chịu mặn. Cần cung cấp đủ các nguyên tố dinh dưỡng đa lượng (N, P, K) và vi lượng (Fe, Mn, Zn, Cu). Sử dụng các chế phẩm sinh học như vi sinh vật cố định đạm, vi sinh vật hòa tan lân và vi sinh vật kích thích sinh trưởng có thể giúp tăng khả năng hấp thụ dinh dưỡng của cây và cải thiện khả năng chịu mặn. Bón phân qua lá cũng là một biện pháp hiệu quả để cung cấp dinh dưỡng trực tiếp cho cây.

5.3. Ưu Tiên Chọn Giống Mía Có Khả Năng Chịu Mặn Cao

Việc sử dụng các giống mía chịu mặn là giải pháp bền vững để đối phó với stress ngập mặn. Cần tiến hành các chương trình chọn tạo giống mía tập trung vào khả năng chịu mặn. Các giống mía có khả năng duy trì sinh trưởng và sinh lý tốt trong điều kiện ngập mặn nên được ưu tiên sử dụng. Việc lai tạo giữa các giống mía khác nhau có thể tạo ra các giống mới có khả năng chịu mặn cao hơn.

VI. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Về Mía Chịu Mặn 50 60 Ký Tự

Nghiên cứu về phản ứng của mía với ngập mặn đã cung cấp những thông tin quan trọng về cơ chế chịu mặn của cây và ảnh hưởng của stress ngập mặn đến sinh trưởng và sinh lý. Tuy nhiên, cần tiếp tục nghiên cứu để hiểu rõ hơn về cơ chế phân tử và di truyền liên quan đến khả năng chịu mặn của mía. Các nghiên cứu trong tương lai nên tập trung vào việc xác định các gen liên quan đến khả năng chịu mặn và sử dụng các công nghệ sinh học để tạo ra các giống mía chịu mặn vượt trội.

6.1. Nghiên Cứu Về Cơ Chế Phân Tử và Di Truyền Của Mía Chịu Mặn

Việc hiểu rõ cơ chế phân tử và di truyền liên quan đến khả năng chịu mặn là chìa khóa để tạo ra các giống mía chịu mặn vượt trội. Cần xác định các gen và protein liên quan đến quá trình điều hòa áp suất thẩm thấu, bảo vệ tế bào và điều hòa trao đổi chất trong điều kiện ngập mặn. Các kỹ thuật genomics, transcriptomics và proteomics có thể được sử dụng để phân tích sự biểu hiện gen và protein trong các giống mía chịu mặn và không chịu mặn.

6.2. Ứng Dụng Công Nghệ Sinh Học Trong Tạo Giống Mía Chịu Mặn

Các công nghệ sinh học như chuyển gen, chỉnh sửa gen và chọn giống có sự hỗ trợ của marker phân tử có thể được sử dụng để tạo ra các giống mía chịu mặn có năng suất cao và chất lượng tốt. Chuyển gen có thể được sử dụng để đưa các gen chịu mặn từ các loài thực vật khác vào cây mía. Chỉnh sửa gen có thể được sử dụng để cải thiện khả năng chịu mặn của các giống mía hiện có. Chọn giống có sự hỗ trợ của marker phân tử có thể giúp chọn lọc các cá thể có khả năng chịu mặn cao trong quá trình lai tạo giống.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Mía (Saccharum officinarum L.) là cây trồng công nghiệp giữ vai trò duy nhất trong việc cung cấp nguyên liệu cho ngành sản xuất đường tại Việt Nam, đồng thời cung cấp nguyên liệu sinh khối cho sản xuất cồn sinh học (ethanol), mật rỉ và thức ăn gia súc. Theo số liệu của Hiệp hội Mía đường Việt Nam (VSSA), diện tích trồng mía cả nước từng đạt khoảng 300.000 ha với năng suất trung bình xấp xỉ 65 tấn/ha. Tuy nhiên, sau khi Hiệp định Thương mại Hàng hóa ASEAN (ATIGA) có hiệu lực từ ngày 01/01/2020, thuế suất nhập khẩu đường vào Việt Nam giảm mạnh từ 85% xuống còn 5%, dẫn đến lượng đường nhập khẩu gia tăng và giá mía sụt giảm. Điều này khiến diện tích canh tác mía trong nước giảm xuống còn khoảng 130.000 ha do người dân chuyển đổi cơ cấu cây trồng.

Khu vực miền Nam chiếm tới 80% sản lượng mía của cả nước, tập trung nhiều ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL). Tại khu vực này và Duyên hải miền Trung, sản xuất mía đang đối mặt với những thách thức nghiêm trọng từ biến đổi khí hậu, đặc biệt là hiện tượng xâm nhập mặn và ngập mặn thường xuất hiện từ giữa tháng 12 đến đầu tháng 2. Hiện tượng ngập mặn ở giai đoạn cây con, theo sau bởi khô hạn, gây suy giảm nghiêm trọng năng suất và chất lượng nguyên liệu, đe dọa sinh kế của người nông dân và nguồn cung cho các nhà máy chế biến đường. Việc tuyển chọn và đánh giá các giống mía có khả năng chống chịu stress ngập mặn được xem là giải pháp sinh học căn bản và có tính khả thi cao.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của khóa luận được xác định cụ thể:

1. Đánh giá ảnh hưởng của stress ngập mặn ở giai đoạn sinh trưởng ban đầu đến các chỉ tiêu hình thái và động thái sinh trưởng của các giống mía thí nghiệm.
2. Xác định các biến đổi sinh lý (chỉ số SPAD, hiệu suất huỳnh quang diệp lục $F_v/F_m$, tỷ lệ rò rỉ ion, diện tích lá, hàm lượng nước tương đối LRWC và tích lũy chất khô) của các giống mía dưới tác động của ngập mặn và trong giai đoạn phục hồi.

• Đối tượng nghiên cứu: 4 giống mía bao gồm Hòa Bình (G1), K84-200 (G2), My55-14 (G3) và KK3 (G4) từ tập đoàn giống của Bộ môn Cây công nghiệp và Cây thuốc.
• Phạm vi không gian: Nhà lưới thuộc Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam (thị trấn Trâu Quỳ, huyện Gia Lâm, TP. Hà Nội).
• Phạm vi thời gian: Từ tháng 6/2021 đến tháng 12/2021.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Nghiên cứu dựa trên khung lý thuyết sinh lý thực vật về phản ứng của cây trồng trước stress mặn. Đất nhiễm mặn chứa hàm lượng ion $Na^+$ và $Cl^-$ cao, gây ra ba tác động tiêu cực chính: làm giảm thế nước ở vùng rễ dẫn đến hạn sinh lý; gây độc tính ion chuyên biệt làm tổn thương cấu trúc màng và rối loạn trao đổi chất; gây mất cân bằng dinh dưỡng khoáng do cạnh tranh ion ($Na^+$ cạnh tranh với $K^+$, $Cl^-$ ức chế hấp thu khoáng). Theo mô hình động thái hai pha của Munns, cây trồng phản ứng với mặn qua pha thẩm thấu nhanh (ức chế tốc độ sinh trưởng tức thì) và pha tích lũy ion chậm (tích tụ muối trong lá gây vàng úa, hoại tử mô và suy giảm diện tích quang hợp).

Khóa luận sử dụng phương pháp thực nghiệm sinh học trong nhà lưới:

• Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được thiết kế theo khối ngẫu nhiên dạng ô phụ (Split-plot design) với 3 lần nhắc lại. Thí nghiệm gồm 2 nghiệm thức chính:
  • Nghiệm thức đối chứng (T1 - Non-stress): Cây được tưới đủ nước ngọt hàng ngày, lượng nước bù dựa trên lượng nước tiêu hao thực tế xác định bằng phương pháp cân khối lượng chậu kiểm chứng.
  • Nghiệm thức ngập mặn (T2 - Saline-flooding stress): Sau giai đoạn chăm sóc bình thường đến 7 tuần sau trồng (7 WAT), các chậu thí nghiệm được ngâm trong bể chứa dung dịch mặn $NaCl$ nồng độ 50 mM với mực nước ngập sâu 15 cm trong suốt 4 tuần (từ tuần thứ 8 đến tuần thứ 11 sau trồng). Sau 4 tuần xử lý, chậu được tháo cạn nước và chuyển sang chế độ tưới nước bình thường để theo dõi khả năng phục hồi đến 19 WAT.
• Quy trình chuẩn bị vật liệu: Hỗn hợp giá thể gồm đất phù sa phơi khô, cát khô và tro trấu phối trộn theo tỷ lệ 3:1:1 (khối lượng 4 kg/chậu nhựa kích thước 27 x 22 x 23 cm). Hom mía 1 mầm được xử lý khử trùng bằng nước vôi trong 2% trong 2 giờ, ươm trong khay 4 tuần và chuyển chậu khi cây đạt 5 tuần tuổi. Tổng số chậu thí nghiệm là 48 chậu (8 chậu/nghiệm thức/lần nhắc lại). Chế độ phân bón sử dụng Urê, Supe lân và Kali Clorua bón định kỳ từ 3 WAT.
• Thu thập dữ liệu:
  • Dữ liệu môi trường: Nhiệt độ không khí, độ ẩm, bức xạ đo bằng thiết bị ghi dữ liệu TR-74Ui (T&D Corp, Nhật Bản); độ ẩm, nhiệt độ và độ dẫn điện (EC) của đất đo bằng cảm biến 5TE (Decagon Devices, Mỹ).
  • Chỉ tiêu sinh trưởng: Đo định kỳ hàng tuần từ sau khi cấy gồm chiều cao thân chính (từ mặt đất đến cổ lá có dải màng trên cùng), đường kính thân (đo tại vị trí cách mặt đất 10 cm), tổng số lá và số lá xanh.
  • Chỉ tiêu sinh lý: Thu thập mẫu tại 3 thời điểm: trước xử lý (7 WAT), sau xử lý mặn (13 WAT) và giai đoạn phục hồi (19 WAT). Chỉ số SPAD đo bằng máy SPAD-502 Plus (Minolta, Nhật Bản); hiệu suất huỳnh quang diệp lục ($F_v/F_m$) đo bằng máy OS-30p (Opti-Sciences, Mỹ) sau khi tối hóa lá 30 phút bằng kẹp nhôm; hàm lượng nước tương đối của lá (LRWC) tính theo công thức $LRWC (%) = [(FW - DW) / (TW - DW)] \times 100$; diện tích lá đo bằng máy LI-3100C (Mỹ); đo tỷ lệ rò rỉ ion; và khối lượng chất khô tích lũy của thân, lá, rễ sấy ở $80^\circ C$.
• Xử lý số liệu: Phân tích phương sai (ANOVA) và so sánh trung bình nghiệm thức bằng kiểm định Turkey (Tukey) trên phần mềm thống kê Statistix 8.

Nội dung chính theo từng chương

Chapter 1: Introduction (Mở đầu, Mục tiêu và Yêu cầu)

Chương 1 giới thiệu vị trí kinh tế của cây mía, giá trị dinh dưỡng của nước mía, các sản phẩm chế biến từ đường và phụ phẩm sinh học (cồn ethanol, bã mía, mật rỉ). Tác giả phân tích bức tranh thực tiễn ngành mía đường Việt Nam trước sức ép mở cửa thị trường theo hiệp định ATIGA, tình trạng manh mún trong canh tác, suy giảm diện tích vùng nguyên liệu và ảnh hưởng tiêu cực của hiện tượng ngập mặn tại ĐBSCL. Từ đó, chương xác định mục tiêu và 2 nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể của đề tài.

Chapter 2: Literature Review (Tổng quan tài liệu)

Chương tổng quan hệ thống hóa nguồn tài liệu khoa học về tình hình sản xuất mía đường và cơ chế tác động của mặn:

• Sản xuất mía trên thế giới và Việt Nam: Cung cấp số liệu FAOSTAT giai đoạn 2010–2018. Sản lượng mía toàn cầu đạt trên 1.900 triệu tấn, trong đó châu Mỹ và châu Á chiếm tỷ trọng lớn nhất (Brazil có diện tích lớn nhất với 10 triệu ha). Tại Việt Nam, niên vụ 2017–2018 diện tích đạt khoảng 269.000 ha, năng suất 73,41 tấn/ha (thấp hơn mức trung bình thế giới là 80,02 tấn/ha). Vùng Duyên hải miền Trung và Tây Nguyên chiếm diện tích lớn nhất (51%), trong khi Đông Nam Bộ và ĐBSCL đạt năng suất cao nhưng đối mặt nguy cơ hạn mặn.
• Cơ chế sinh lý và phản ứng của cây trước stress mặn: Tổng hợp tác động của stress mặn đến sự nảy mầm, tốc độ sinh trưởng lóng thân, trao đổi nước (suy giảm LRWC), quang hợp (giảm hàm lượng chlorophyll, suy giảm $F_v/F_m$), rối loạn dinh dưỡng khoáng và stress oxy hóa sản sinh các gốc tự do oxy hóa (ROS) gây tổn thương màng tế bào.

Chapter 3: Materials and Methods (Vật liệu và Phương pháp nghiên cứu)

Mô tả chi tiết 4 giống mía nghiên cứu (G1: Hòa Bình, G2: K84-200, G3: My55-14, G4: KK3), địa điểm và thời gian triển khai từ tháng 6 đến tháng 12/2021 tại nhà lưới Học viện Nông nghiệp Việt Nam. Trình bày chi tiết sơ đồ bố trí ô thí nghiệm split-plot 3 lần nhắc lại, quy trình phối trộn giá thể, kỹ thuật xử lý hom giống bằng nước vôi 2%, lịch bón phân khoáng (N, $P_2O_5$, $K_2O$) từ 3 WAT và quy trình gây ngập mặn 50 mM NaCl ở 7 WAT kéo dài 4 tuần. Quy định chi tiết các phương pháp và thiết bị đo đạc chỉ tiêu hình thái, sinh lý và phương pháp phân tích thống kê ANOVA.

Chapter 4: Results and Discussion (Kết quả nghiên cứu và Thảo luận)

Chương 4 trình bày các phát hiện thực nghiệm thông qua các bảng số liệu và biểu đồ:

• Sinh trưởng chiều cao cây: Dưới nghiệm thức đối chứng T1, các giống tăng trưởng bình thường (chiều cao đạt 26–43 cm ở giai đoạn 8–11 WAT và G3 đạt cao nhất 52 cm ở 14 WAT). Dưới nghiệm thức mặn T2, tốc độ tăng chiều cao giảm rõ rệt. Giống G3 duy trì mức tăng trưởng tốt nhất (đạt 41 cm tại 11 WAT), trong khi giống G1 mẫn cảm nhất, ngừng tăng trưởng và bị chết hoàn toàn ở tuần 12.
• Đường kính thân: Ở nghiệm thức T1, đường kính thân tăng thêm từ 14,5 mm trong 4 tuần; trong khi ở T2, mức tăng chỉ đạt từ 2,0 mm đến 5,0 mm. Giống G3 đạt đường kính lớn nhất (52,0 mm ở 14 WAT tại T1), giống G4 đạt thấp nhất (35,8 mm).
• Động thái ra lá và số lá xanh: Xử lý mặn T2 làm giảm tổng số lá hình thành (dao động 8–11 lá so với 11–14 lá ở T1) và giảm mạnh số lá xanh. Lá giống G1 bị úa vàng nặng nề nhất sau thời gian ngập mặn.
• Chỉ số SPAD và hiệu suất $F_v/F_m$: Chỉ số SPAD ở nghiệm thức T2 giảm mạnh theo thời gian xử lý, trong đó G1 suy giảm nghiêm trọng nhất (giảm sâu còn khoảng 7 đơn vị). Giá trị huỳnh quang diệp lục $F_v/F_m$ ở nghiệm thức mặn sụt giảm rõ rệt so với đối chứng; giống G2 và G3 duy trì trị số $F_v/F_m$ cao hơn, cho thấy bộ máy quang hóa ít bị tổn thương hơn G1.
• Tỷ lệ rò rỉ ion (Ion leakage): Xử lý ngập mặn làm gia tăng mức độ rò rỉ ion qua màng tế bào. Ở nghiệm thức mặn, tỷ lệ rò rỉ ion của các giống dao động trên 35%, trong đó giống G1 có tỷ lệ rò rỉ ion cao nhất (40,98%), chứng minh màng tế bào lá bị phá hủy nghiêm trọng nhất.

Chapter 5: Conclusions and Suggestions (Kết luận và Kiến nghị)

Tổng kết mức độ tác động bất lợi của ngập mặn 50 mM NaCl lên sinh trưởng thân lá và các quá trình trao đổi chất của cây mía. Khẳng định sự khác biệt rõ rệt về khả năng chịu ngập mặn giữa các giống mía khảo nghiệm, đồng thời đề xuất giống có tiềm năng chống chịu tốt nhất để đưa vào thử nghiệm diện rộng.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đã cung cấp bộ số liệu thực nghiệm định lượng về phản ứng của 4 giống mía đối với stress ngập mặn nhân tạo:

Chỉ tiêu theo dõi	Nghiệm thức đối chứng (T1)	Nghiệm thức ngập mặn 50 mM NaCl (T2)	Phản ứng phân hóa giữa các giống
Chiều cao cây (14 WAT)	Tăng trưởng bình thường (35,8 – 52,0 cm)	Tăng trưởng chậm hoặc ngừng hẳn	G3 đạt chiều cao tốt nhất (41 cm ở 11 WAT); G1 chết hoàn toàn ở 12 WAT
Mức tăng đường kính thân (8–11 WAT)	Tăng trung bình 14,5 mm / 4 tuần	Tăng hạn chế từ 2,0 – 5,0 mm / 4 tuần	G3 duy trì đường kính tốt nhất; G4 và G1 suy giảm mạnh
Số lá xanh & Động thái lá	Trung bình đạt 11 – 14 lá/cây	Giảm xuống 8 – 11 lá/cây; lá chân vàng úa	G1 bị vàng lá nặng nhất; G2 và G3 giữ được số lá xanh cao hơn
Chỉ số SPAD (Chlorophyll)	Ổn định ở mức cao	Suy giảm rõ rệt theo thời gian ngập	G1 giảm sâu nhất (xuống ~7); G4 và G3 duy trì tốt hơn
Huỳnh quang diệp lục ($F_v/F_m$)	Duy trì ở ngưỡng quang hóa bình thường	Sụt giảm mạnh sau xử lý mặn	G2 đạt giá trị cao nhất; G1 thấp nhất
Tỷ lệ rò rỉ ion (Ion leakage)	Mức rò rỉ màng thấp	Tăng cao (>35%) do tổn thương màng	G1 có tỷ lệ rò rỉ cao nhất (40,98%); G4 thấp nhất (~35%)

• Kết quả đánh giá giống: Các giống mía thể hiện mức độ chịu stress ngập mặn phân hóa rõ rệt theo thứ tự: giống G3 (My55-14) và G2 (K84-200) thể hiện khả năng chống chịu ngập mặn vượt trội; giống G4 (KK3) có mức độ chịu trung bình; giống G1 (Hòa Bình) mẫn cảm nhất, không có khả năng phục hồi sau 4 tuần ngập mặn 50 mM NaCl.
• Đóng góp của khóa luận: Cung cấp dẫn liệu khoa học về các chỉ tiêu sinh lý định lượng ($F_v/F_m$, SPAD, ion leakage, LRWC) làm cơ sở cho công tác đánh giá nguồn gen và chọn lọc giống mía thích ứng với điều kiện nhiễm mặn vùng ven biển và ĐBSCL.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Thí nghiệm được thực hiện trong phạm vi nhà lưới với quy mô chậu vại (48 chậu), đánh giá ở một nồng độ mặn duy nhất (50 mM NaCl) trong giai đoạn sinh trưởng ban đầu (cây con từ 7 đến 19 WAT), chưa theo dõi được toàn bộ chu kỳ sinh trưởng đến giai đoạn chín thu hoạch và hàm lượng đường (chữ đường CCS).
• Hướng nghiên cứu tiếp: Cần tiếp tục mở rộng thử nghiệm ngoài đồng ruộng tại các vùng đất nhiễm mặn thực tế ở Đồng bằng sông Cửu Long; đánh giá thêm các mức nồng độ mặn khác nhau và theo dõi các chỉ tiêu năng suất sinh thái, năng suất thực thu và chất lượng nước mía khi thu hoạch.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên cao học và cán bộ nghiên cứu chuyên ngành Khoa học cây trồng, Nông học, Sinh lý thực vật và Chọn tạo giống cây trồng. Nội dung có giá trị tham khảo cao nhất gồm:

• Quy trình chuẩn hóa bố trí thí nghiệm mô phỏng stress ngập mặn kết hợp trong điều kiện nhà lưới có kiểm soát.
• Phương pháp luận kết hợp giữa các chỉ tiêu hình thái học truyền thống với các chỉ tiêu sinh lý hiện đại (đo huỳnh quang diệp lục $F_v/F_m$, chỉ số diệp lục SPAD, tỷ lệ rò rỉ màng ion và hàm lượng nước tương đối LRWC).

Câu hỏi thường gặp

1. Nồng độ muối NaCl và thời gian gây stress ngập mặn trong thí nghiệm được bố trí ra sao?

Thí nghiệm sử dụng dung dịch muối NaCl nồng độ 50 mM. Quá trình xử lý ngập mặn bắt đầu từ 7 tuần sau khi cấy (7 WAT), các chậu thí nghiệm được ngâm trong bể chứa dung dịch ngập sâu 15 cm trong thời gian 4 tuần liên tục (đến 11 WAT), sau đó được tháo nước và tưới nước ngọt phục hồi đến khi kết thúc thí nghiệm ở 19 WAT.

2. Giống mía nào thể hiện khả năng chống chịu ngập mặn tốt nhất và giống nào mẫn cảm nhất?

Trong 4 giống khảo nghiệm, hai giống My55-14 (G3) và K84-200 (G2) thể hiện khả năng chống chịu ngập mặn tốt nhất, duy trì được chiều cao, đường kính thân và chỉ số sinh lý ổn định. Ngược lại, giống mía Hòa Bình (G1) mẫn cảm nhất với mặn, lá bị vàng úa nghiêm trọng, chỉ số SPAD sụt giảm mạnh và cây bị chết hoàn toàn ở tuần thứ 12 sau trồng.

3. Hiệu suất huỳnh quang diệp lục ($F_v/F_m$) và chỉ số SPAD thay đổi như thế nào dưới tác động của ngập mặn?

Dưới tác động của ngập mặn 50 mM NaCl, cả hai chỉ số đều sụt giảm đáng kể so với nghiệm thức đối chứng tưới nước ngọt (T1). Chỉ số SPAD giảm phản ánh sự suy giảm hàm lượng diệp lục tố trong lá. Tỷ số $F_v/F_m$ giảm mạnh chứng minh hoạt động của phức hệ quang hệ II (PSII) bị ức chế, trong đó giống G1 có mức suy giảm nghiêm trọng nhất và giống G2 duy trì trị số $F_v/F_m$ cao nhất.

4. Chỉ số rò rỉ ion (Ion leakage) phản ánh điều gì về tình trạng của cây mía khi bị xử lý mặn?

Tỷ lệ rò rỉ ion đo lường mức độ phá hủy và tính thấm của màng tế bào lá dưới tác động độc tính của ion $Na^+$ và $Cl^-$ cũng như các gốc tự do oxy hóa (ROS). Kết quả cho thấy nghiệm thức mặn làm tăng tỷ lệ rò rỉ ion (>35%), trong đó giống Hòa Bình (G1) đạt mức cao nhất (40,98%), cho thấy màng tế bào lá bị tổn thương cấu trúc nghiêm trọng nhất.

5. Phương pháp xác định hàm lượng nước tương đối của lá (LRWC) trong nghiên cứu được tiến hành như thế nào?

Phương pháp được thực hiện bằng cách cắt 5 mảnh lá có diện tích 0,64 cm², cân ngay để xác định khối lượng tươi ($FW$). Sau đó, ngâm các mảnh lá trong nước cất ở đĩa Petri trong 8 giờ, thấm khô bề mặt rồi cân khối lượng bão hòa nước ($TW$). Cuối cùng, mẫu lá được sấy khô ở $80^\circ C$ trong 48 giờ để xác định khối lượng khô ($DW$) và tính tỷ lệ $LRWC (%)$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Lê Thục Anh đã đánh giá chi tiết phản ứng sinh trưởng và sinh lý của 4 giống mía dưới tác động của stress ngập mặn 50 mM NaCl trong điều kiện nhà lưới. Kết quả thực nghiệm khẳng định ngập mặn làm suy giảm nghiêm trọng chiều cao, đường kính thân, số lá xanh, chỉ số SPAD, hiệu suất quang hợp $F_v/F_m$ và làm tăng tổn thương màng tế bào qua tỷ lệ rò rỉ ion. Nghiên cứu chỉ ra giống My55-14 (G3) và K84-200 (G2) có khả năng thích ứng và chống chịu ngập mặn tốt nhất, cung cấp cơ sở thực tiễn quan trọng cho công tác tuyển chọn giống mía thích ứng với điều kiện xâm nhập mặn tại Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

VIETNAM NATIONAL UNIVERSITY OF AGRICULTURE FACULTY OF AGRONOMY UNDERGRADUATE THESIS TITLE: GROWTH AND PHYSIOLOGICAL RESPONSES OF SUAGRCANE ON SALINE - FLOODING STRESS Supervisor: PhD. DINH THAI HOANG Department: INDUSTRIAL AND MEDICINAL PLANTS Student name: LE THUC ANH Class: K60KHCTT Course: 60 Hanoi – 2021 DECLARATION I hereby declare that this paper is my own work. All results and data in this thesis are absolutely honest and have not been used in a different thesis. All sources used in this paper were cited in references.

Hanoi, November 15th ,2021 Student Le Thuc Anh i ACKNOWLEDGEMENT To complete this thesis, I am deeply indebted to people who have been providing me with precious support and advice. Firstly, I would like to send my gratitude to my supervisor, PhD. Dinh Thai Hoang, Industrial and Medicinal Crops, Faculty of Agronomy, Vietnam National University of Agriculture, for his enthusiastic support, helpful advice and considerable encouragement in the completion of my thesis. I would also like to express sincere thanks to the lectures from the Faculty of Agronomy in general and lectures in the Department of Industrial And Medicinal Crops in particular, who taught and created best conditions for students during the learning process and research.

More help came from the members of the scientific research team. I specially want to express my sincere thanks to them. Last but not least, I want to express my sincere thanks to my family and intimate friends who have always been by my side, give me support and strength to complete this graduation thesis. I sincerely thank! ii CONTENTS DECLARATION.

iii LIST OF TABLES. v LIST OF FIGURES. vi LIST OF ABBREVIATIONS. Objectives and requirements.

Sugarcane production in the world. Sugarcane production in Vietnam. Effects of saline flooding on growth of sugarcane. Mechanisms of salt resistance.

Salinity affects the physiological activities of the plant. Plant responses to salt stress. 12 CHAPTER 3: MATERIALS AND METHODS. Time and location.

22 iii CHAPTER 4: RESULTS AND DISCUSSION. The effect of saline – flooding stress on growth and development of sugarcane. The effect of saline – flooding stress on the plant height of sugarcane. The effect of salinity flooding stress on the plant diameter of sugarcane.

The effect of salinity flooding stress on number of leaves of sugarcane. The effect of salinity flooding stress on number of green leave of sugarcane. The effect of saline flooding stress on physiology of sugarcane. The effect of salinity flooding stress on SPAD index (SPAD Chlorophyll Meter Readings) of sugarcane.

The effect of salinity flooding stress to chlorophyll fluorescence performance indices (Fv/Fm). The effect of salinity flooding stress on ion leakage. The effect of salinity flooding stress on leaf area. The effect of salinity flooding stress on relative water content (RWC).

The effect of salinity flooding stress to dry matter accumulation of sugarcane. 46 CHAPTER 5: CONCLUSIONS AND SUGGESTIONS. 60 iv LIST OF TABLES Table 2. World sugarcane production in recent years.

Sugarcane production in major continents in recent years. Area, yield and production of sugarcane in Vietnam compared with the world (2018). Sugarcane production by regions in Vietnam, 2017-2018. Fertilization schedule for each experimental (gram).

Growth dynamics of sugarcane height in saline flooding stress. The effect of saline – flooding stress on the plant height of sugarcane. Effect of salinity flooding stress on sugarcane’s plant diameter. Effect of salinity flooding stress on sugarcane’s plant diameter.

Growth dynamics of the number of leaves of sugarcane. Growth dynamics of the number of leaves of sugarcane. Growth dynamics of the number of green leave of sugarcane. Effect of salinity flooding stress to SPAD value .9 Effect of salinity flooding stress to SPAD value.

Chlorophyll fluorescence parameters (Fv/Fm) of sugarcane under salinity flooding stress. The effect of salinity flooding stress on ion leakage. The effect of salinity flooding stress on leaf area. Effect of salinity flooding stress on relative water content.

The effect of salinity flooding stress to dry matter accumulation of sugarcane. 47 v LIST OF FIGURES Figure 2.