Nghiên Cứu Phản Ứng Tự Bảo Vệ Của Cây Đậu Tương Nam Đàn Đối Với Rệp Muỗi Đen (Aphis craccivora Koch)

Nghiên cứu đáp ứng sinh lý hóa sinh của cây đậu tương Glycine max đối với rệp muội đen Aphis craccivora, cung cấp thông tin quan trọng cho nông nghiệp.

• Tác giả: Trần Ngọc Toàn
• Người hướng dẫn: PGS. Trần Thị Thanh Huyền
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
• Chuyên ngành: Sinh lý học thực vật
• Đề tài: Nghiên Cứu Phản Ứng Tự Bảo Vệ Của Cây Đậu Tương Nam Đàn Đối Với Rệp Muỗi Đen
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỞ ĐẦU
• 0.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 0.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 0.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 0.4. Đóng góp mới của luận án
• 0.5. Cấu trúc của luận án
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Cây đậu tương
• 1.2. Đặc điểm sinh học
• 1.3. Giá trị kinh tế của cây đậu tương
• 1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam
• 1.5. Giống đậu tương Nam Đàn
• 1.6. Rệp muội đen và ảnh hưởng trong sản xuất nông nghiệp
• 1.6.1. Rệp muội đen (Aphis craccivora Koch)
• 1.6.2. Ảnh hưởng của rệp và các loài côn trùng chích hút khác đối với cây trồng
• 1.7. Sự tương tác và cơ chế tự bảo vệ của cây trồng đối với rệp
• 1.7.1. Tác động của rệp lên cây trồng
• 1.7.2. Quá trình xâm nhập
• 1.7.3. Thành phần nước bọt của rệp
• 1.7.4. Các phân tử tín hiệu trong cơ chế tự bảo vệ của cây trồng khi rệp tác động
• 1.7.5. Các chất kích kháng trong nước bọt của rệp
• 1.7.6. Các gen kháng
• 1.7.7. Phản ứng của thực vật trước sự tấn công của rệp
• 1.7.8. Các cơ chế phòng vệ của cây họ Đậu
• 1.7.9. Quá trình chuyển hóa/tổng hợp các phân tử tín hiệu trong cây trồng khi rệp tác động
• 1.7.9.1. Gốc tự do superoxide
• 2. CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu nghiên cứu
• 2.2. Cây giống đậu tương Nam Đàn. Rệp muội đen
• 2.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Nội dung nghiên cứu
• 2.5. Phương pháp nghiên cứu
• 2.5.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm
• 2.5.2. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu
• 2.5.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu về ảnh hưởng của rệp muội đen đến các tế bào lá đậu tương Nam Đàn
• 2.5.4. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu về hàm lượng của các phân tử tín hiệu trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 2.5.5. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu về hoạt độ của một số enzyme tổng hợp/chuyển hóa các phân tử tín hiệu trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 2.5.6. Phương pháp xác định protein
• 2.6. Hóa chất dùng cho các phân tích
• 2.7. Xử lý số liệu
• 3. CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hưởng của rệp muội đen đến các tế bào lá đậu tương Nam Đàn
• 3.1.1. Tổn thương ở các tế bào lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.1.2. Sự peroxide hóa lipid màng ở các tế bào lá đậu tương Nam Đàn dưới tác động của rệp muội đen
• 3.2. Sự thay đổi hàm lượng của các phân tử tín hiệu trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.2.1. Các dạng oxy hoạt hóa trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.2.2. Gốc tự do superoxide trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.2.3. Hydrogen peroxide trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.2.4. Salicylic acid trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.2.5. Jasmonic acid trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3. Hoạt độ của một số enzyme tổng hợp/chuyển hóa các phân tử tín hiệu trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3.1. Enzyme chuyển hóa các dạng oxy hoạt hóa trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3.2. Enzyme superoxide dismutase trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3.3. Enzyme catalase trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3.4. Enzyme tổng hợp salicylic acid trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3.5. Enzyme phenylalanine ammonia-lyase và sự biểu hiện của gene PAL
• 3.3.6. Enzyme benzoic 2-hydroxylase trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động
• 3.3.7. Enzyme tổng hợp jasmonic acid trong lá đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động (enzyme lipoxygenase)
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Phản Ứng Tự Bảo Vệ Của Cây Đậu Tương

Thực vật, đặc biệt là cây trồng, phải đối mặt với nhiều tác động bất lợi từ môi trường như hạn hán, ngập úng, nhiệt độ khắc nghiệt và sâu bệnh hại. Để tồn tại và phát triển, chúng đã hình thành các cơ chế tự bảo vệ khác nhau, bao gồm cả cơ chế thụ động (các đặc điểm cấu tạo sẵn có) và cơ chế chủ động (phản ứng sinh hóa khi bị tấn công). Cơ chế bảo vệ sinh hóa, liên quan đến các chất cảm ứng và sản phẩm chuyển hóa, đang thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nấm, vi khuẩn, virus và côn trùng có thể tạo ra các elicitor, khởi động các phản ứng bảo vệ đặc biệt như phản ứng siêu nhạy cảm (HR) và kích thích tính kháng tập nhiễm hệ thống (SAR). Đồng thời, các con đường dẫn truyền tín hiệu khác nhau, ví dụ như: sinh tổng hợp hormone thực vật salicylic acid (SA), jasmonic acid (JA), ethylene (ET); con đường tín hiệu oxy hoạt hóa… cũng được kích hoạt. Tất cả hình thành nên những cơ chế bảo vệ đặc thù cho từng loại cây trồng đối với từng yếu tố tác động.

1.1. Cơ Chế Kháng Rệp ở Cây Đậu Tương Tổng Quan

Cơ chế kháng rệp ở cây đậu tương là một quá trình phức tạp liên quan đến nhiều yếu tố sinh hóa và sinh lý. Khi rệp tấn công, cây đậu tương kích hoạt các phản ứng phòng vệ, bao gồm sản xuất các hợp chất độc hại hoặc ức chế sự phát triển của rệp. Các hormone thực vật như salicylic acid (SA) và jasmonic acid (JA) đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối các phản ứng này. Ngoài ra, các enzyme và protein đặc biệt cũng tham gia vào quá trình kháng rệp, giúp cây đậu tương chống lại sự tấn công của côn trùng gây hại.

1.2. Tương Tác Cây Trồng Côn Trùng Vai Trò Của Rệp Muỗi Đen

Sự tương tác giữa cây trồng và côn trùng là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong nông nghiệp. Rệp muỗi đen là một trong những loài côn trùng gây hại phổ biến trên cây đậu tương. Khi rệp muỗi đen tấn công, chúng chích hút nhựa cây, gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của cây. Để đối phó với sự tấn công này, cây đậu tương kích hoạt các cơ chế phòng vệ, bao gồm sản xuất các hợp chất hóa học và thay đổi cấu trúc tế bào. Nghiên cứu về sự tương tác giữa cây đậu tương và rệp muỗi đen giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế kháng rệp và phát triển các biện pháp phòng trừ hiệu quả.

II. Rệp Muỗi Đen Hại Đậu Tương Thách Thức và Tác Động

Rệp muỗi đen (Aphis craccivora Koch) là một loài côn trùng gây hại phổ biến trên cây đậu tương, đặc biệt là ở giai đoạn phát triển thân, lá, hình thành nụ hoa và tạo quả. Sự tấn công của rệp muỗi đen gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng đậu tương. Việc hiểu rõ về tác động của rệp muỗi đen và cơ chế tự bảo vệ của cây trồng là rất quan trọng để phát triển các biện pháp phòng trừ hiệu quả.

2.1. Sinh Học Rệp Muỗi Đen Đặc Điểm và Chu Kỳ Sống

Hiểu rõ về sinh học của rệp muỗi đen là yếu tố then chốt để xây dựng các biện pháp phòng trừ hiệu quả. Rệp muỗi đen có khả năng sinh sản nhanh chóng và thích nghi với nhiều điều kiện môi trường khác nhau. Chúng thường tập trung trên các bộ phận non của cây đậu tương, chích hút nhựa cây và gây ra các triệu chứng như vàng lá, xoăn lá và chậm phát triển. Việc nắm vững chu kỳ sống và các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rệp muỗi đen giúp chúng ta có thể áp dụng các biện pháp phòng trừ kịp thời và hiệu quả.

2.2. Thiệt Hại Do Rệp Muỗi Đen Ảnh Hưởng Đến Năng Suất

Rệp muỗi đen gây ra những thiệt hại đáng kể cho năng suất đậu tương. Khi rệp tấn công, chúng chích hút nhựa cây, làm suy yếu cây và giảm khả năng quang hợp. Điều này dẫn đến giảm số lượng và kích thước hạt đậu, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất. Ngoài ra, rệp muỗi đen còn có thể truyền các bệnh virus cho cây đậu tương, gây ra những thiệt hại nghiêm trọng hơn. Việc đánh giá chính xác mức độ thiệt hại do rệp muỗi đen gây ra là rất quan trọng để đưa ra các quyết định quản lý dịch hại phù hợp.

2.3. Tác Động Của Rệp Muỗi Đen Đến Sinh Lý Cây Đậu Tương

Sự tấn công của rệp muỗi đen không chỉ gây ra những thiệt hại về mặt hình thái mà còn ảnh hưởng đến các quá trình sinh lý của cây đậu tương. Rệp muỗi đen có thể làm thay đổi hàm lượng các hormone thực vật, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất và giảm khả năng chống chịu của cây. Ngoài ra, rệp muỗi đen còn có thể gây ra stress oxy hóa trong tế bào cây, làm tổn thương các tế bào và mô. Nghiên cứu về tác động của rệp muỗi đen đến sinh lý cây đậu tương giúp chúng ta hiểu rõ hơn về cơ chế gây hại của chúng và phát triển các biện pháp bảo vệ cây hiệu quả.

III. Nghiên Cứu Phản Ứng Tự Bảo Vệ Của Đậu Tương Nam Đàn

Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích và đánh giá các đáp ứng sinh lý, hóa sinh liên quan đến phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn khi bị rệp muỗi đen tấn công. Các thí nghiệm được thực hiện trên cây đậu tương ở các giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng khác nhau (V1, V3 và V5) để đánh giá sự thay đổi về tổn thương tế bào, hàm lượng các phân tử tín hiệu và hoạt độ của các enzyme liên quan đến quá trình phòng vệ.

3.1. Phương Pháp Nghiên Cứu Phản Ứng Của Cây Đậu Tương

Nghiên cứu sử dụng các phương pháp phân tích sinh hóa và sinh lý để đánh giá phản ứng của cây đậu tương Nam Đàn đối với rệp muỗi đen. Các chỉ tiêu được đo lường bao gồm tổn thương tế bào, hàm lượng các phân tử tín hiệu như JA, SA, H2O2 và O2.-, và hoạt độ của các enzyme như LOX, PAL, BA2H, SOD và CAT. Các kết quả thu được sẽ cung cấp thông tin chi tiết về cơ chế tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn khi bị rệp muỗi đen tấn công.

3.2. Đánh Giá Tổn Thương Tế Bào Do Rệp Muỗi Đen Gây Ra

Một trong những mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá mức độ tổn thương tế bào ở lá đậu tương do rệp muỗi đen gây ra. Các chỉ số tổn thương tế bào và peroxied hóa lipid được sử dụng để đánh giá mức độ thiệt hại mà rệp muỗi đen gây ra cho tế bào cây. Kết quả cho thấy rằng rệp muỗi đen gây ra những tổn thương đáng kể cho tế bào lá đậu tương, đặc biệt là ở các giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng sớm.

3.3. Phân Tích Hàm Lượng Phân Tử Tín Hiệu Trong Lá Đậu Tương

Nghiên cứu cũng tập trung vào việc phân tích sự thay đổi hàm lượng của các phân tử tín hiệu như JA, SA, H2O2 và O2.- trong lá đậu tương Nam Đàn khi bị rệp muỗi đen tấn công. Các phân tử tín hiệu này đóng vai trò quan trọng trong việc điều phối các phản ứng phòng vệ của cây. Kết quả cho thấy rằng hàm lượng của các phân tử tín hiệu này thay đổi đáng kể khi cây đậu tương bị rệp muỗi đen tấn công, cho thấy sự kích hoạt của các cơ chế tự bảo vệ.

IV. Ứng Dụng Nghiên Cứu Giải Pháp Phòng Trừ Rệp Muỗi Đen

Kết quả nghiên cứu về phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn đối với rệp muỗi đen có thể được ứng dụng để phát triển các giải pháp phòng trừ hiệu quả và bền vững. Việc hiểu rõ về cơ chế kháng rệp của cây trồng giúp chúng ta có thể lựa chọn các giống đậu tương có khả năng chống chịu tốt hơn, cũng như áp dụng các biện pháp canh tác và quản lý dịch hại phù hợp.

4.1. Biện Pháp Sinh Học Tận Dụng Cơ Chế Tự Nhiên

Các biện pháp sinh học, như sử dụng các loài thiên địch của rệp muỗi đen, có thể là một giải pháp phòng trừ hiệu quả và thân thiện với môi trường. Việc tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của các loài thiên địch này giúp kiểm soát số lượng rệp muỗi đen một cách tự nhiên, giảm thiểu sự phụ thuộc vào các loại thuốc trừ sâu hóa học.

4.2. Biện Pháp Hóa Học Sử Dụng Thuốc Trừ Sâu Hợp Lý

Trong trường hợp cần thiết, việc sử dụng thuốc trừ sâu hóa học có thể là một giải pháp nhanh chóng để kiểm soát rệp muỗi đen. Tuy nhiên, cần sử dụng thuốc trừ sâu một cách hợp lý, tuân thủ theo hướng dẫn của nhà sản xuất và các cơ quan chức năng, để tránh gây hại cho môi trường và sức khỏe con người. Nên ưu tiên sử dụng các loại thuốc trừ sâu có tính chọn lọc cao, ít ảnh hưởng đến các loài côn trùng có ích.

4.3. Chọn Giống Đậu Tương Kháng Rệp Giải Pháp Bền Vững

Việc lựa chọn và sử dụng các giống đậu tương có khả năng kháng rệp là một giải pháp bền vững để giảm thiểu thiệt hại do rệp muỗi đen gây ra. Các giống đậu tương kháng rệp có khả năng kích hoạt các cơ chế phòng vệ mạnh mẽ hơn khi bị rệp tấn công, giúp giảm số lượng rệp và hạn chế sự lây lan của dịch bệnh. Nghiên cứu và phát triển các giống đậu tương kháng rệp là một hướng đi quan trọng trong công tác bảo vệ thực vật.

V. Kết Luận Hướng Nghiên Cứu Về Kháng Rệp Đậu Tương

Nghiên cứu về phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn đối với rệp muỗi đen đã cung cấp những thông tin quan trọng về cơ chế kháng rệp của cây trồng. Kết quả nghiên cứu này có thể được sử dụng để phát triển các giải pháp phòng trừ rệp muỗi đen hiệu quả và bền vững, góp phần nâng cao năng suất và chất lượng đậu tương.

5.1. Tương Lai Nghiên Cứu Khám Phá Sâu Hơn Về Gene Kháng Rệp

Trong tương lai, cần tiếp tục nghiên cứu sâu hơn về các gene liên quan đến khả năng kháng rệp của cây đậu tương. Việc xác định và phân lập các gene này sẽ giúp chúng ta có thể tạo ra các giống đậu tương kháng rệp bằng công nghệ sinh học, mang lại những lợi ích to lớn cho ngành nông nghiệp.

5.2. Nghiên Cứu Đa Dạng Sinh Học Tìm Kiếm Nguồn Gen Kháng Rệp

Cần tăng cường nghiên cứu về đa dạng sinh học của các loài đậu tương hoang dại và các giống đậu tương địa phương để tìm kiếm các nguồn gen kháng rệp mới. Việc khai thác và sử dụng các nguồn gen này sẽ giúp chúng ta có thể tạo ra các giống đậu tương kháng rệp có khả năng chống chịu tốt hơn với các điều kiện môi trường khác nhau.

Nội dung chính

Tổng quan luận án

Luận án tiến sĩ sinh học với đề tài "Nghiên cứu một số đáp ứng sinh lý, hóa sinh liên quan đến phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn (Glycine max (L.)) đối với rệp muội đen (Aphis craccivora Koch)" được thực hiện bởi nghiên cứu sinh Trần Ngọc Toàn tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, chuyên ngành Sinh lý học thực vật (mã số: 9420112) dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Trần Thị Thanh Huyền và PGS. Mai Văn Chung vào năm 2023.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Trong tự nhiên, thực vật bậc cao cố định vị trí nên liên tục đối mặt với các áp lực ngoại cảnh bất lợi, bao gồm cả các yếu tố vô sinh và hữu sinh như sâu bệnh hại. Để duy trì sự tồn tại và phát triển, thực vật đã hình thành các cơ chế bảo vệ gồm cơ chế bảo vệ thụ động (các rào cản vật lý như vách tế bào dày, tầng cutin, lớp sáp, lông gai) và cơ chế bảo vệ chủ động (các phản ứng sinh hóa đặc hiệu do bộ gene cây chủ quy định nhằm tổng hợp các hợp chất thứ cấp ức chế hoặc gây độc cho dịch hại). Trong đó, phản ứng tự bảo vệ sinh hóa gắn liền với việc nhận diện các chất kích kháng (elicitor) từ dịch hại, khởi động các tầng tín hiệu hormone thực vật và dẫn truyền tín hiệu oxy hoạt hóa.

Đối với các loài cây thuộc họ Đậu (Fabaceae), rệp muội đen (Aphis craccivora Koch) là một trong những loài côn trùng chích hút nhựa mô libe gây tổn thất nghiêm trọng về sinh trưởng, phát triển, năng suất và phẩm chất hạt, đồng thời là vật trung gian truyền bệnh virus thực vật. Cây đậu tương Nam Đàn là nguồn gen bản địa có giá trị kinh tế đặc thù, gắn liền với làng nghề truyền thống sản xuất tương Nam Đàn tại tỉnh Nghệ An. Giống này đã được phục tráng thành công vào giai đoạn 2009-2014 và đưa vào gieo trồng trên quy mô hàng hóa. Tuy nhiên, trong quá trình canh tác, rệp muội đen thường xuyên xuất hiện và phá hại từ cuối thời kỳ phát triển thân lá, hình thành nụ hoa cho đến suốt giai đoạn tạo quả và vào hạt. Mặc dù các cơ chế tự bảo vệ trước côn trùng chích hút đã được nghiên cứu trên nhiều loài đậu đỗ trên thế giới, nhưng trên giống đậu tương Nam Đàn, chưa có công trình nào công bố làm rõ các đáp ứng sinh lý, hóa sinh và truyền tín hiệu phòng vệ khi bị rệp muội đen xâm nhiễm. Do đó, việc nghiên cứu các phản ứng phòng vệ của giống đậu tương này trước sự tấn công của rệp muội đen là yêu cầu cấp thiết nhằm bổ sung dữ liệu khoa học về sinh lý tính chống chịu ở thực vật.

Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu chung của luận án là phân tích và đánh giá một số đáp ứng sinh lý, hóa sinh liên quan đến phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn khi rệp muội đen tác động tại các giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng V1, V3 và V5.

Các mục tiêu cụ thể được văn bản xác định gồm:

1. Đánh giá được một số thiệt hại cấp độ tế bào ở lá đậu tương do rệp muội đen gây nên thông qua các chỉ số tổn thương và peroxide hóa lipid;
2. Phân tích, đánh giá được sự thay đổi hàm lượng của các phân tử tín hiệu như jasmonic acid (JA), salicylic acid (SA), hydrogen peroxide (H2O2) và gốc tự do superoxide (O2•-) trong lá đậu tương Nam Đàn ở thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng dưới tác động của rệp muội đen;
3. Đánh giá được hoạt độ của một số enzyme tham gia tổng hợp và chuyển hóa các phân tử tín hiệu như lipoxygenase (LOX), phenylalanine ammonia-lyase (PAL), benzoic 2-hydroxylase (BA2H), superoxide dismutase (SOD) và catalase (CAT) trong lá đậu tương Nam Đàn ở thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng dưới tác động của rệp muội đen.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng nghiên cứu: Cây giống đậu tương Nam Đàn (Glycine max (L.)) và rệp muội đen (Aphis craccivora Koch).
• Phạm vi không gian: Các thí nghiệm được triển khai tại hệ thống phòng thí nghiệm của Trường Đại học Vinh, phối hợp với Viện Hóa học các hợp chất thiên nhiên, Viện Công nghệ Sinh học (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) và Trường Đại học Khoa học sự sống POZNAN (Ba Lan). Nguồn giống đậu tương Nam Đàn do Trung tâm Khuyến nông huyện Nam Đàn cung cấp; nguồn rệp muội đen do Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật cung cấp.
• Phạm vi thời gian và nội dung: Luận án tập trung khảo sát các chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh trên lá cây đậu tương Nam Đàn ở các giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng gồm V1 (xuất hiện lá kép thứ nhất), V3 (xuất hiện lá kép thứ ba) và V5 (xuất hiện lá kép thứ năm) dưới tác động của các mật độ rệp khác nhau trong điều kiện thực nghiệm có kiểm soát.

---

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trước đây

Luận án đã tổng quan hệ thống các nghiên cứu trong nước và quốc tế liên quan đến cơ chế tương tác giữa côn trùng chích hút và thực vật họ Đậu:

• Tương tác giữa côn trùng chích hút và cây họ Đậu: Tác giả trích dẫn các công trình nghiên cứu cơ chế phòng vệ của cây đậu tương (Glycine max) chống lại rệp hại của Diaz-Montano và cộng sự (2007), Li Y. và cộng sự (2008); trên cỏ ba lá (Medicago truncatula) của Klingler và cộng sự (2007), Gao và cộng sự (2008); trên đậu lăng (Lens culinaris) của Andarge và Westhuizen (2004); trên linh lăng (Medicago sativa) của Julier (2004); và trên đậu Hà Lan (Pisum sativum L.) của Morkunas và cộng sự (2011). Các nghiên cứu này chỉ ra rằng khi bị rệp tấn công, thực vật cảm ứng tích lũy các hormone thực vật (SA, JA, ET), các hợp chất thứ cấp (flavonoid, pisatin), các dạng oxy và nitơ hoạt hóa (H2O2, NO, O2•-), đồng thời làm thay đổi hoạt độ của các enzyme sinh tổng hợp tương ứng.
• Cơ chế gây hại và cấu tạo nước bọt của rệp: Các nghiên cứu của Tjallingii và Hogen Esch (1993), Miles (1999), Felton và Eichenseer (1999), Guerreri và Digilio (2008) chỉ ra rệp tiếp cận mô libe qua các tế bào mô thực vật bằng kim chích hút. Chúng tiết ra hai loại nước bọt: nước bọt dạng gel chứa protein bao quanh kim chích tạo vòi bọc ngăn phản ứng tự vệ tại chỗ, và nước bọt dạng lỏng chứa các enzyme oxy hóa, enzyme phân giải polysaccharide và protein liên kết Ca2+ (Will và cộng sự, 2007; Harmel và cộng sự, 2008; Mutti, 2006). Sự chích hút làm biến đổi dòng dinh dưỡng, gây tổn thương tế bào và peroxide hóa lipid màng (Capinera, 2011; Radville và cộng sự, 2011).
• Hệ thống truyền tín hiệu phòng vệ ở thực vật: Luận án điểm lại mô hình phòng vệ của Botha và cộng sự (2005) liên quan đến thụ thể kháng NB-LRR; vai trò của con đường octadecanoid sản sinh JA và oxylipin (Korth và Thompson, 2006; Balbi và Devoto, 2008; Kuśnierczyk và cộng sự, 2008); vai trò của salicylic acid (SA) trong tính kháng tập nhiễm hệ thống (SAR) và tương tác với các protein SABP (Vlot và cộng sự, 2009; Vasyukova và Ozeretskovskaya, 2007; Moran và Thompson, 2001); cũng như sự phát sinh của các dạng oxy hoạt hóa (ROS) từ chuỗi truyền điện tử quang hợp và hô hấp (Bhattacharjee, 2005; Cheeseman, 2007; Mittler và cộng sự, 2022).

Khoảng trống nghiên cứu được lựa chọn giải quyết

Các công trình công bố trước đây chủ yếu tập trung vào các giống cây trồng chuẩn hoặc giống mô hình (Arabidopsis thaliana, cỏ ba lá Medicago truncatula, lúa mì, cà chua), trong khi dữ liệu về giống bản địa đặc sản đậu tương Nam Đàn hầu như chưa có. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống này bằng cách làm sáng tỏ đồng bộ ở cấp độ tế bào, sinh hóa và biểu hiện phân tử về mức độ tổn thương, biến động các phân tử tín hiệu (O2•-, H2O2, SA, JA), hoạt độ các enzyme bảo vệ/chuyển hóa (SOD, CAT, PAL, BA2H, LOX) và mức độ biểu hiện gen PAL trên giống đậu tương Nam Đàn tại ba thời điểm sinh trưởng sinh dưỡng chủ chốt (V1, V3, V5) dưới các mật độ gây nhiễm rệp muội đen xác định.

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm sử dụng

Luận án dựa trên lý thuyết về phản ứng tự bảo vệ chủ động của thực vật chống lại các tác nhân hữu sinh. Khung phân tích tập trung vào các con đường truyền tín hiệu sinh hóa trung tâm:

• Hiện tượng stress oxy hóa và tích lũy ROS: Dưới tác động của vết chích hút cơ học và enzyme nước bọt của rệp, tế bào thực vật sản sinh nhanh chóng các gốc oxy hoạt hóa (ROS), bao gồm gốc tự do superoxide (O2•-) và hydrogen peroxide (H2O2). ROS đóng vai trò kép: là phân tử tín hiệu kích hoạt tính kháng và phản ứng siêu nhạy cảm (HR), nhưng nồng độ quá cao sẽ gây peroxide hóa lipid màng, phá hủy tính toàn vẹn của tế bào.
• Hệ thống enzyme chống oxy hóa: Hoạt động điều hòa giải độc ROS được thực hiện thông qua enzyme superoxide dismutase (SOD) - xúc tác chuyển O2•- thành H2O2, và catalase (CAT) - xúc tác phân giải H2O2 thành nước và oxy.
• Con đường tín hiệu Salicylic Acid (SA): Tín hiệu kháng tập nhiễm hệ thống (SAR) được dẫn truyền nhờ sự tích lũy SA, vốn được tổng hợp thông qua con đường phenylpropanoid với sự tham gia của các enzyme phenylalanine ammonia-lyase (PAL) và benzoic 2-hydroxylase (BA2H).
• Con đường tín hiệu Jasmonic Acid (JA): Tín hiệu phòng vệ kích hoạt sự tổng hợp các chất ức chế proteinase (PI) thông qua con đường octadecanoid, trong đó lipoxygenase (LOX) là enzyme xúc tác mở đầu quá trình oxy hóa acid béo.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Luận án sử dụng phương pháp nghiên cứu định lượng thực nghiệm sinh lý - sinh hóa thực vật kết hợp sinh học phân tử:

• Phương pháp bố trí thí nghiệm: Cây đậu tương Nam Đàn được gieo trồng và chăm sóc bằng phương pháp thủy canh trên các khay inox trong điều kiện phòng thí nghiệm. Rệp muội đen sau khi nhân nuôi được gây nhiễm nhân tạo lên lá đậu tương ở ba giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng: V1, V3, V5 với ba công thức mật độ: 10 cá thể/cây, 20 cá thể/cây và 30 cá thể/cây, bên cạnh công thức đối chứng không gây nhiễm rệp.
• Phương pháp phân tích tổn thương màng tế bào: Đánh giá mức độ tổn thương màng tế bào lá thông qua độ dẫn điện/rò rỉ chất điện giải; xác định mức độ peroxide hóa lipid màng bằng phương pháp định lượng các chất phản ứng với acid thiobarbituric (TBARS/MDA) sử dụng acid trichloroacetic (TCA) và thiobarbituric acid (TBA).
• Phương pháp định lượng các phân tử tín hiệu:
  • Định lượng gốc tự do superoxide (O2•-) dựa trên phản ứng khử nitro blue tetrazolium chloride (NBT).
  • Định lượng hydrogen peroxide (H2O2) bằng phương pháp đo quang học.
  • Phân tích định lượng phytohormone SA và JA trong mẫu mô lá đậu tương qua các thời điểm xử lý.
• Phương pháp phân tích hoạt độ enzyme:
  • Xác định hoạt độ enzyme SOD và CAT trên máy quang phổ đo độ hấp thụ ở bước sóng thích hợp.
  • Xác định hoạt độ enzyme tổng hợp SA gồm PAL và BA2H.
  • Xác định hoạt độ enzyme tổng hợp JA là LOX.
  • Hàm lượng protein tổng số được xác định để tính toán hoạt độ riêng của từng loại enzyme.
• Phương pháp phân tích biểu hiện gene: Khảo sát mức độ biểu hiện tương đối của gene mã hóa enzyme phenylalanine ammonia-lyase (gene PAL) trong lá đậu tương Nam Đàn dưới tác động của rệp muội đen.
• Xử lý số liệu: Thu thập dữ liệu qua các lần lặp lại thí nghiệm, xử lý thống kê bằng các phần mềm chuyên dụng để tính giá trị trung bình và độ lệch chuẩn.

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan về vấn đề nghiên cứu

Chương 1 (40 trang) tập trung hệ thống hóa cơ sở dữ liệu thực tế và lý luận về đối tượng nghiên cứu, phân chia thành 4 nội dung lớn:

1. Tổng quan về cây đậu tương (Glycine max (L.)): Vị trí phân loại học thuộc chi Glycine Wild., họ Fabaceae. Chu kỳ sinh trưởng từ 80 đến 140 ngày, trải qua các giai đoạn: nảy mầm - mọc (VE-VC), sinh trưởng thân lá (V1 đến V5), nở hoa (R1 đến R3), hình thành quả hạt (R3 đến R5), hạt chín (R5 đến R6) và già chết (R7 đến R8). Về giá trị kinh tế, hạt chứa 35,5 - 40,0% protein, 15 - 20% lipid (trong đó 60 - 70% là acid béo không no), cung cấp khoảng 4700 cal/kg; thân lá để lại 30 - 60 kg N/ha trong đất.
2. Tình hình sản xuất đậu tương: Số liệu thống kê năm 2020 của Tổ chức Nông lương Thế giới (FAO) và Tổng cục Thống kê được luận án tổng hợp cụ thể:

Bảng: Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam

Chỉ tiêu / Khu vực	Năm 2020 (Thế giới)	Ghi chú các quốc gia lớn nhất	Việt Nam (2020)	Tỉnh Nghệ An (2020)
Diện tích	124,92 triệu ha	Mỹ: 35,65 triệu ha; Brazil: 34,77 triệu ha; Argentina: 16,31 triệu ha	41,60 nghìn ha (giảm từ 99,6 nghìn ha năm 2016)	219,45 ha (huyện Nam Đàn chiếm 51,3 ha)
Năng suất	27,91 tạ/ha	Mỹ: 34,68 tạ/ha; Brazil: 33,90 tạ/ha; Argentina: 23,15 tạ/ha	15,70 tạ/ha (năm 2018 đạt 15,20 tạ/ha, thấp hơn thế giới 1,83 lần)	17,80 tạ/ha (tăng từ 9,46 tạ/ha năm 2016)
Sản lượng	348,71 triệu tấn	Mỹ: 123,66 triệu tấn; Brazil: 117,88 triệu tấn; Argentina: 37,78 triệu tấn	65,40 nghìn tấn (nhập khẩu 1.870,00 ngàn tấn, trị giá 773 triệu USD)	390,70 tấn (sản lượng huyện Nam Đàn đạt 47 tấn)

3. Đặc điểm giống đậu tương Nam Đàn: Giống có thân mầm màu tím, hoa màu tím, quả chín màu nâu nhạt, phân cành sớm, sinh trưởng bán hữu hạn, chiều cao cây trung bình 75 cm, thời gian sinh trưởng vụ xuân 90 - 92 ngày, năng suất 850 - 950 kg/ha. Hạt là nguyên liệu đặc hữu làm tương Nam Đàn. Giống đã trải qua các đợt phục tráng vào năm 2003 (thất bại do thời tiết) và thành công vào các giai đoạn 2009, 2010 - 2014, mở rộng diện tích từ 11 ha (năm 2009) lên 60 ha (năm 2014). Cây thường bị gây hại bởi sâu xám, ruồi đục thân, sâu đục quả, bọ xít xanh và rệp hại lá.
4. Đặc điểm rệp muội đen và cơ chế tương tác tự bảo vệ: Rệp muội đen (Aphis craccivora Koch) có kích thước cơ thể dài 1,50 - 2,28 mm, rộng 0,75 - 1,50 mm, màu đen bóng, phá hại trên 200 loài cây trồng. Khi chích hút mô libe, rệp tiết nước bọt dạng gel và dạng lỏng chứa enzyme độc hại làm giảm quang hợp, làm lá biến dạng, tích tụ giọt mật và truyền virus. Đáp lại, thực vật kích hoạt các cơ chế bảo vệ hình thái (lông trichomes), cơ chế bảo vệ hóa học (chất kháng dinh dưỡng lectin, proteinase inhibitor, alkaloid, phenolic) và các dòng truyền tín hiệu qua con đường JA, SA cùng các dạng oxy hoạt hóa (ROS, H2O2, O2•-).

Chương 2: Vật liệu, phạm vi, nội dung và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 (12 trang) trình bày quy chuẩn hệ thống vật liệu, hóa chất và quy trình kỹ thuật:

• Vật liệu thí nghiệm: Hạt giống đậu tương Nam Đàn thuần được gieo ươm và trồng bằng dung dịch thủy canh trên các giá khay inox có sục khí. Nguồn rệp muội đen được duy trì nhân nuôi trên cây chủ đậu tương trong điều kiện nhiệt độ, ánh sáng ổn định.
• Nội dung và các bước triển khai:
  1. Gây nhiễm rệp ở các giai đoạn V1, V3, V5 theo các mức mật độ 10, 20, 30 rệp/cây.
  2. Lấy mẫu lá ở các mốc thời gian sau gây nhiễm để đo tỷ lệ tổn thương tế bào và hàm lượng chất phản ứng với acid thiobarbituric (TBARS/MDA).
  3. Đo hàm lượng O2•- bằng NBT và H2O2 bằng phản ứng so màu quang phổ.
  4. Chiết xuất và định lượng hàm lượng phytohormone SA và JA.
  5. Tách chiết dịch enzyme thô, đo hàm lượng protein hòa tan theo phương pháp chuẩn để xác định hoạt độ riêng của SOD, CAT, PAL, BA2H, LOX.
  6. Tách chiết RNA tổng số, phân tích biểu hiện tương đối của gene PAL bằng kỹ thuật bán định lượng/thời gian thực.
• Hóa chất và thiết bị: Sử dụng hóa chất tinh khiết phân tích gồm NBT, TBA, TCA, các chất chuẩn SA, JA, cơ chất enzyme của các hãng hóa chất quốc tế; sử dụng hệ thống máy đo quang phổ hấp thụ phân tử và máy luân nhiệt phục vụ phản ứng gene.

Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Chương 3 (56 trang) công bố và biện giải chi tiết các dữ liệu định lượng qua hệ thống 10 bảng số liệu và 32 biểu đồ:

• Tổn thương tế bào và peroxide hóa lipid màng: Kết quả nghiên cứu cho thấy khi mật độ rệp muội đen tăng từ 10 đến 30 con/cây và thời gian gây nhiễm kéo dài, tỷ lệ tổn thương tế bào và hàm lượng TBARS (chỉ số biểu thị mức độ peroxide hóa lipid màng tế bào) ở lá đậu tương Nam Đàn đều tăng có ý nghĩa so với đối chứng. Mức độ tổn thương biểu hiện rõ rệt nhất ở công thức gây nhiễm 30 con rệp/cây ở cả ba giai đoạn V1, V3 và V5 (phản ánh tại các Bảng 3.1, Bảng 3.2 và Biểu đồ 3.1 đến 3.5).
• Động thái tích lũy các phân tử tín hiệu (ROS và phytohormone):
  • Gốc tự do superoxide (O2•-) và hydrogen peroxide (H2O2): Hàm lượng O2•- và H2O2 tăng mạnh trong mô lá sau khi bị rệp chích hút. Đỉnh điểm xuất hiện phụ thuộc vào mật độ gây nhiễm và giai đoạn phát triển của cây (được ghi nhận qua Bảng 3.3 và các Biểu đồ 3.6 đến 3.11). Sự gia tăng ROS đóng vai trò như tín hiệu báo động kích hoạt bộ máy kháng bệnh cục bộ và toàn thân.
  • Salicylic acid (SA) và Jasmonic acid (JA): Hàm lượng SA và JA trong tế bào lá đậu tương đều tăng lên rõ rệt khi rệp muội đen tác động (Bảng 3.4, Bảng 3.5 và Biểu đồ 3.12 đến 3.17). Sự tích lũy đồng thời của cả hai phân tử tín hiệu này khẳng định cây đậu tương Nam Đàn đã huy động cả hai con đường phòng vệ phụ thuộc SA và phụ thuộc JA để chống lại sự xâm nhiễm của rệp muội đen.
• Hoạt độ các enzyme tổng hợp và chuyển hóa tín hiệu:
  • Hệ thống chống oxy hóa (SOD và CAT): Hoạt độ enzyme superoxide dismutase (SOD) và catalase (CAT) biến đổi theo chiều hướng tăng nhằm xử lý lượng ROS dư thừa sinh ra trong tế bào lá (Bảng 3.6, Bảng 3.7 và Biểu đồ 3.18 đến 3.23). Hoạt độ SOD tăng giúp chuyển hóa gốc O2•- thành H2O2, sau đó enzyme CAT tiếp tục phân giải H2O2 thành H2O nhằm bảo vệ cấu trúc màng tế bào trước tác động phá hủy oxy hóa.
  • Enzyme tổng hợp SA (PAL và BA2H): Hoạt độ của hai enzyme chủ chốt trong con đường phenylpropanoid tổng hợp SA là phenylalanine ammonia-lyase (PAL) và benzoic 2-hydroxylase (BA2H) đều tăng mạnh dưới tác động của rệp ở các mật độ 10, 20, 30 con (Bảng 3.8, Bảng 3.9 và Biểu đồ 3.24 đến 3.29). Đồng thời, mức độ phiên mã (biểu hiện tương đối) của gene PAL tăng tương ứng với mức tăng hoạt độ enzyme PAL (Hình 3.1).
  • Enzyme tổng hợp JA (LOX): Hoạt độ enzyme lipoxygenase (LOX) - enzyme khởi đầu con đường octadecanoid tạo JA - cũng gia tăng rõ rệt ở cả ba giai đoạn sinh dưỡng V1, V3, V5 khi có sự hiện diện của rệp muội đen (Bảng 3.10 và Biểu đồ 3.30 đến 3.32).

---

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt khoa học và lý luận

Luận án đã cung cấp các dẫn liệu khoa học thực nghiệm về cơ chế tự bảo vệ của giống cây trồng địa phương đậu tương Nam Đàn trước sự tấn công của rệp muội đen (Aphis craccivora Koch):

• Xác định được mức độ thiệt hại ở cấp độ tế bào thông qua tỷ lệ tổn thương màng và mức độ peroxide hóa lipid (hàm lượng TBARS) trên lá đậu tương Nam Đàn tương ứng với các mật độ rệp và giai đoạn sinh dưỡng (V1, V3, V5).
• Định lượng và chứng minh sự tích lũy đồng bộ của các phân tử tín hiệu trung tâm gồm các dạng oxy hoạt hóa (H2O2, O2•-) và hai hormone thực vật quan trọng (SA, JA) trong phản ứng tự vệ chủ động của lá đậu tương Nam Đàn.
• Xác định sự thay đổi hoạt độ của hệ thống enzyme chống oxy hóa (SOD, CAT) và các enzyme then chốt trong chuỗi sinh tổng hợp tín hiệu phòng vệ gồm LOX (sinh tổng hợp JA), PAL và BA2H (sinh tổng hợp SA).
• Cung cấp dữ liệu về sự gia tăng mức độ biểu hiện tương đối của gene mã hóa enzyme PAL, khẳng định cơ chế kích hoạt phản ứng phòng vệ của giống đậu tương Nam Đàn đối với rệp muội đen có sự tham gia của con đường truyền tín hiệu salicylic acid ở cấp độ phiên mã gene.

Ý nghĩa thực tiễn và kiến nghị

• Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu làm rõ các giai đoạn mẫn cảm sinh lý và động thái đáp ứng sinh hóa của cây đậu tương Nam Đàn trước rệp muội đen, tạo cơ sở thực nghiệm cho các nhà bảo vệ thực vật xác định thời điểm và mật độ bùng phát của rệp để can thiệp biện pháp phòng trừ phù hợp. Đồng thời, các chỉ số về enzyme (PAL, LOX, SOD, CAT) và hàm lượng SA, JA cung cấp cơ sở tham chiếu phục vụ công tác chọn lọc, đánh giá khả năng chống chịu sâu bệnh của các dòng giống đậu tương.
• Kiến nghị: Tác giả kiến nghị tiếp tục mở rộng nghiên cứu mối quan hệ giữa cây đậu tương và rệp hại sang các giai đoạn sinh trưởng sinh thực (ra hoa R1-R3, tạo quả và hạt R3-R5); nghiên cứu sâu hơn về mạng lưới tương tác giữa các con đường truyền tín hiệu; từ đó đề xuất các giải pháp sinh học kích kháng chủ động phòng trừ rệp muội đen trên cây đậu tương Nam Đàn trong sản xuất đồng ruộng.

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của luận án: Luận án tập trung đánh giá các phản ứng sinh lý, hóa sinh và biểu hiện gene trong phạm vi thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng (ba giai đoạn V1, V3 và V5) trên môi trường thủy canh có kiểm soát tại phòng thí nghiệm, chưa khảo sát đầy đủ diễn biến tương tác trong các giai đoạn sinh trưởng sinh thực (từ lúc ra hoa đến chín quả) và chưa kiểm chứng sự biến động dưới các điều kiện phức tạp của sinh thái đồng ruộng.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo: Tiếp tục theo dõi cơ chế tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn ở các giai đoạn ra hoa, hình thành quả và vào hạt (R1 đến R6); mở rộng đánh giá biểu hiện của các nhóm gene kháng khác thuộc con đường octadecanoid (các gene mã hóa enzyme LOX, thụ thể COI1) và con đường SAR (gene PR-1, NPR1); thử nghiệm ứng dụng các chất kích kháng ngoại sinh (như JA, SA hoặc các dẫn xuất của chúng) nhằm nâng cao sức chống chịu của cây đậu tương Nam Đàn đối với rệp muội đen ngoài đồng ruộng.

---

Giá trị tham khảo

Luận án có giá trị tham khảo chuyên môn cho các đối tượng sau:

• Nghiên cứu sinh, học viên cao học và sinh viên ngành Sinh lý học thực vật, Bảo vệ thực vật, Nông học: Tài liệu cung cấp cơ sở phương pháp luận hoàn chỉnh về thiết kế thực nghiệm gây nhiễm côn trùng chích hút nhân tạo, quy trình chiết xuất và định lượng các phân tử tín hiệu (O2•-, H2O2, SA, JA), đo hoạt độ hệ enzyme chuyên biệt (SOD, CAT, PAL, BA2H, LOX) và phân tích biểu hiện gene liên quan đến phản ứng tự vệ ở thực vật.
• Giảng viên và cán bộ nghiên cứu tại các trường đại học, viện nghiên cứu: Phần tổng quan tài liệu (Chương 1) và thảo luận kết quả (Chương 3) là nguồn tham khảo hệ thống về tương tác hai chiều giữa nước bọt côn trùng chích hút và phản ứng phòng vệ sinh hóa của cây bộ Đậu.
• Cán bộ khuyến nông và kỹ thuật viên nông nghiệp tại địa phương: Dữ liệu về đặc điểm giống đậu tương Nam Đàn và diễn biến phá hại của rệp muội đen cung cấp thông tin thực tế giúp địa phương định hướng thời vụ, theo dõi mật độ rệp hại trong giai đoạn sinh dưỡng và xây dựng quy trình bảo vệ nguồn gen đậu tương đặc sản Nam Đàn.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án khảo sát các phản ứng tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn tại những giai đoạn sinh trưởng nào?

Luận án thực hiện khảo sát các đáp ứng sinh lý và hóa sinh của cây đậu tương Nam Đàn tại ba giai đoạn thuộc thời kỳ sinh trưởng sinh dưỡng: giai đoạn V1 (khi cây phát triển lá kép thứ nhất), giai đoạn V3 (xuất hiện lá kép thứ ba) và giai đoạn V5 (xuất hiện lá kép thứ năm).

2. Các mức mật độ rệp muội đen được gây nhiễm nhân tạo trong nghiên cứu là bao nhiêu?

Trong các thí nghiệm thực nghiệm, rệp muội đen (Aphis craccivora Koch) được gây nhiễm nhân tạo lên cây đậu tương Nam Đàn ở ba mức mật độ: 10 cá thể/cây, 20 cá thể/cây và 30 cá thể/cây, đồng thời so sánh đối chứng với các công thức không gây nhiễm rệp.

3. Những phân tử tín hiệu phòng vệ nào được định lượng trong lá đậu tương Nam Đàn?

Luận án tiến hành định lượng 4 phân tử tín hiệu trung tâm trong lá đậu tương Nam Đàn khi bị rệp muội đen chích hút, gồm hai dạng oxy hoạt hóa: gốc tự do superoxide (O2•-) và hydrogen peroxide (H2O2); cùng hai hormone thực vật tham gia dẫn truyền tín hiệu kháng bệnh: salicylic acid (SA) và jasmonic acid (JA).

4. Những enzyme nào được đánh giá hoạt độ và gene nào được khảo sát mức độ biểu hiện trong luận án?

Luận án đã đánh giá hoạt độ của 5 loại enzyme gồm: superoxide dismutase (SOD) và catalase (CAT) (thuộc hệ thống phân giải ROS); phenylalanine ammonia-lyase (PAL) và benzoic 2-hydroxylase (BA2H) (thuộc con đường tổng hợp SA); lipoxygenase (LOX) (thuộc con đường tổng hợp JA). Về cấp độ phân tử, luận án khảo sát mức độ biểu hiện tương đối của gene mã hóa enzyme PAL.

5. Nguồn vật liệu giống đậu tương Nam Đàn và rệp muội đen phục vụ nghiên cứu do các cơ quan nào cung cấp?

Nguồn hạt giống đậu tương Nam Đàn phục vụ nghiên cứu do Trung tâm Khuyến nông huyện Nam Đàn (tỉnh Nghệ An) cung cấp; nguồn rệp muội đen (Aphis craccivora Koch) do Viện Sinh thái và Tài nguyên Sinh vật (thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam) cung cấp.

---

Kết luận

Luận án tiến sĩ của tác giả Trần Ngọc Toàn là công trình nghiên cứu thực nghiệm chuyên sâu thuộc chuyên ngành Sinh lý học thực vật, xác định các đáp ứng sinh lý, hóa sinh và sinh học phân tử liên quan đến cơ chế tự bảo vệ của cây đậu tương Nam Đàn trước sự xâm nhiễm của rệp muội đen. Nghiên cứu đã chứng minh sự gia tăng mức độ tổn thương màng tế bào và quá trình peroxide hóa lipid, đồng thời chỉ ra phản ứng tích lũy đồng bộ của các phân tử tín hiệu (O2•-, H2O2, SA, JA) và sự gia tăng hoạt độ các enzyme bảo vệ (SOD, CAT, PAL, BA2H, LOX) cùng sự gia tăng biểu hiện gene PAL. Các kết quả thực nghiệm đạt được cung cấp cơ sở khoa học về sinh lý tính chống chịu ở thực vật, đóng góp dẫn liệu cho công tác nghiên cứu bảo tồn nguồn gen đậu tương Nam Đàn và định hướng các giải pháp phòng trừ sinh học đối với rệp hại trong sản xuất nông nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1. Cây đậu tương 1. Đặc điểm sinh học Cây đậu tương Glycine max (L.

thuộc: Ngành Hạt kín: Angiospermatophyta Lớp Hai lá mầm: Dicotyledoneae Phân lớp Hoa hồng: Rosidae Bộ Đậu: Fabales Họ Đậu: Fabaceae Chi Glycine Wild. là một trong số những chi lớn của họ Fabaceae, với 285 loài đã được biết đến. Trong đó, đáng chú ý trong chi này có cây đậu tương (Glycine max (L.) được sử dụng làm đối tượng cây trồng phục vụ con người (Singh và cộng sự, 2006) [137]. Cây đậu tương (Glycine max (L.) (Nguồn: IITA Image Library, 1997) Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây đậu tương (Iowa State University, 2009) [78]: 6 Tuỳ thuộc vào từng giống và điều kiện ngoại cảnh khác nhau mà các giai đoạn phát triển của đậu tương có thể kéo dài từ 80 đến 140 ngày, được chia thành các giai đoạn sau: Giai đoạn nảy mầm đến mọc (VE-VC): Giai đoạn này bắt đầu khi hạt hút nước, mầm phôi phát động sinh trưởng, kết thúc khi xoè 2 lá đơn mọc đối trên 2 lá mầm.

Giai đoạn này dài hay ngắn là tuỳ thuộc vào giống có thể kéo dài 10 - 12 ngày mới mọc (vụ xuân); hoặc chỉ 4 - 5 ngày đã mọc (vụ hè). Trong giai đoạn này, nước cần có sẵn cho hạt hấp thụ, nhiệt độ thích hợp để hạt nảy mầm và trụ mầm dưới phát triển là 25 – 30oC, độ ẩm 65 – 75 % trong đất. Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của cây đậu tương (Theo: Iowa State University, 2009) [78] Giai đoạn cây non (giai đoạn sinh trưởng thân lá, V1 đến V5): Giai đoạn này bắt đầu từ khi có một lá kép và kết thúc căn bản vào thời kỳ nở hoa (giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng), đây là thời kỳ phát triển của thân và lá. Giai đoạn này kéo dài 20 ÷ 40 ngày.

Vào thời kỳ đầu của giai đoạn này, cây con sinh trưởng rất chậm, trong khi đó bộ rễ của nó lại phát triển nhanh, các nốt sần trên rễ được hình thành và phát triển. Đến thời kỳ cây chuẩn bị ra nụ, ra hoa thì tốc độ sinh trưởng của cây tăng nhanh lên. Đây cũng là thời điểm cây đậu tương chịu hạn khá nhất. 7 Giai đoạn nở hoa (R1 đến R3): Thời gian ra hoa kéo dài 15 ÷ 20 ngày, có trường hợp kéo dài đến 40 ngày.

Khác với các cây trồng khác, đồng thời với ra hoa, cây đậu tương vẫn phát triển mạnh về thân, lá, rễ. Đây cũng là thời kỳ cây đậu tương mẫn cảm nhất với điều kiện ngoại cảnh. Thời tiết thuận lợi cho việc nở hoa là lúc nhiệt độ đạt 25 ÷ 280C, độ ẩm không khí khoảng 75 ÷ 80%. Giai đoạn hình thành quả và hạt (R3 đến R5): Giữa thời gian ra hoa và hình thành quả hạt không có ranh giới rõ ràng (thường thấy cả nụ, hoa, quả trên cùng một cây).

Lúc các chùm quả non đã xuất hiện thì các chất dinh dưỡng trong thân, lá được vận chuyển về làm cho hạt mảy dần, lúc này sự sinh trưởng của cây bắt đầu chậm lại. Tốc độ tích luỹ chất hữu cơ của hạt tăng nhanh đều cho đến khi hạt chắc. Giai đoạn hạt chín (R5 đến R6): Đây là giai đoạn có thời gian ngắn trong đời sống cây đậu tương và chịu ảnh hưởng nhiều của nhiệt độ. Hạt đạt tốc độ chín sinh lý khi hạt đã cứng lại và có màu sắc điển hình của giống, vỏ quả đã chuyển sang màu vàng hoặc xám đen.

Đậu tương chín cần thời tiết khô ráo, cây có khả năng chịu hạn. Giai đoạn già và chết (R7 đến R8): Cây đậu tương kết thúc vòng đời trong giai đoạn này với khoảng thời gian giao động từ 5 - 7 ngày. Giá trị kinh tế của cây đậu tương Đậu tương là cây trồng cạn ngắn ngày có giá trị kinh tế cao. Khó có thể tìm thấy một cây trồng nào có tác dụng nhiều mặt như cây đậu tương.

Sản phẩm của nó làm thực phẩm cho con người, thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp, hàng xuất khẩu và là cây cải tạo đất tốt. Vì thế cây đậu tương được gọi là "Ông hoàng trong các loại cây họ đậu” Sở dĩ cây đậu tương được đánh giá như vậy bởi lẽ cây đậu tương có giá trị rất toàn diện (Trần Văn Điền, 2007) [2]. Giá trị về mặt thực phẩm: Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, hàm lượng protein trung bình khoảng từ 35,5 – 40,0 %, lipid từ 15 – 20 %, hydrat carbon từ 15 - 16 % và nhiều loại muối khoáng quan trọng cho sự sống. Hạt đậu tương có chứa hàm lượng dầu béo cao hơn các loại đậu đỗ khác nên được coi là cây cung cấp dầu thực vật quan trọng.

Lipid của đậu tương chứa một tỉ lệ cao các acid béo không no (khoảng 60 - 70 %) có hệ số đồng hoá cao, mùi vị thơm như linoleic acid chiếm 8 52 – 65 %, oleic acid từ 25 – 36 %, linolenolic acid khoảng 2 – 3 %. Chính vì thành phần dinh dưỡng cao như vậy nên đậu tương có khả năng cung cấp năng lượng khá cao khoảng 4700 cal/kg. Hiện nay, từ hạt đậu tương người ta đã chế biến ra được trên 600 sản phẩm khác nhau, trong đó có hơn 300 loại làm thực phẩm được chế biến bằng cả phương pháp cổ truyền, thủ công và hiện đại dưới dạng tươi, khô và lên men. Giá trị về mặt công nghiệp: Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau 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, nhưng chủ yếu đậu tương được dùng để ép dầu.

Hiện nay trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật. Đặc điểm của dầu đậu tương: khô chậm, chỉ số iốt cao: 120 - 127; đông đặc ở nhiệt độ: - 15oC đến -18oC. Từ dầu này người ta chế ra hàng trăm sản phẩm công nghiệp khác như: làm nến, xà phòng, ni lon…(Trần Văn Điền, 2007) [2]. Giá trị về mặt nông nghiệp: Đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc (1 kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi).

Toàn cây đậu tương (thân, lá, quả, hạt) có hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân lá tươi có thể làm thức ăn cho gia súc rất tốt, hoặc nghiền khô làm thức ăn tổng hợp của gia súc. Sản phẩm phụ công nghiệp như khô dầu có thành phần dinh dưỡng khá cao: N: 6,2 %, P2O5: 0,7 %, K2O: 2,4 %, vì thế làm thức ăn cho gia súc rất tốt. Đậu tương là cây luân canh cải tạo đất tốt. 1 ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng phát triển tốt để lại trong đất từ 30 - 60 kg N.

Thân lá đậu tương dùng bón ruộng thay phân hữu cơ rất tốt bởi hàm lượng N trong thân chiếm 0,05 %, trong lá: 0,19 % (Trần Văn Điền, 2007) [2]. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam 1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Cây đậu tương được con người biết đến từ rất lâu và được trồng tại nhiều châu lục ở các vùng sinh thái khác nhau. Diện tích đậu tương tăng lên trong vòng 10 năm qua (giai đoạn 2008 - 2018) và tương đối ổn định đến nay.

Tính đến năm 2018 diện 9 tích đậu tương của thế giới là 124,92 triệu ha (gấp 1,29 lần so với năm 2008), tập trung nhiều nhất tại châu Mỹ (76,47%), tiếp đến là châu Á (16,86 %), châu Âu (4,52 %), châu Phi (1,72 %), riêng châu Đại dương chiếm diện tích không đáng kể. Trong số đó, các nước có diện tích đậu tương lớn nhất thế giới lần lượt là Mỹ (35,65 triệu ha, chiếm 28,53 % diện tích đậu tương thế giới), tiếp đến là Brazil (27,83 %), Acgentina (13,05 %), Ấn Độ (9,12 %) và Trung Quốc (6,38 %) (Theo số liệu tổ chức Nông lương Thế giới, 2022) [169]. Năng suất đậu tương trên thế giới biến động theo từng năm, tuy nhiên chúng có xu hướng tăng lên trong vòng 10 năm, đạt 27,91 tạ/ha năm 2018 và gấp 1,16 lần so với năm 2008. Năng suất đậu tương của châu Mỹ (năm 2018) đạt cao nhất (31,65 tạ/ha) và đạt cao hơn 1,13 lần so với trung bình chung của thế giới (bảng 1.

Trong đó, Mỹ là quốc gia có năng suất đậu tương cao nhất thế giới đạt 34,68 tạ/ha (cao gấp 1,24 lần trung bình chung của thế giới) (bảng 1. Sản xuất đậu tương trên thế giới theo khu vực (năm 2020) TT Diện tích (triệu Năng suất Sản lượng (triệu Vùng ha) (tạ/ha) tấn) 1 Thế giới 124,92 27,91 348,71 2 Châu Mỹ 95,53 31,65 302,42 3 Châu Á 21,07 14,52 30,60 4 Châu Âu 5,65 21,30 12,05 5 Châu Phi 2,61 13,60 3,55 6 Châu Đại dương 0,03 17,02 0,06 (Nguồn: Tổ chức nông lương thế giới, 2022) [169] Sản lượng đậu tương thế giới cũng biến động theo từng năm và đạt 348,71 triệu tấn (năm 2018). Tuy nhiên, sản lượng tăng lên 1,5 lần trong vòng 10 năm qua (giai đoạn 2008 – 2018). Châu Mỹ có sản lượng đậu tương lớn nhất thế giới (302,42 triệu tấn chiếm 86,72 %), tiếp đến là châu Á (8,77 %), các châu lục còn lại sản lượng không đáng kể (bảng 1.

Mỹ là quốc gia có sản lượng lớn nhất với 123,66 triệu tấn chiếm 35,46 % sản lượng của thế giới, các quốc gia có sản lượng lớn lần lượt là Brazil (33,8 10 %), Acgentina (10,83 %), Trung Quốc xếp thứ 4 về sản lượng (4,06 %) và Ấn Độ xếp thứ 5 (chiếm 3,95 %) (bảng 1. Một số quốc gia sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới (năm 2020) TT Diện tích (triệu Năng suất Sản lượng Quốc gia ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 1 Mỹ 35,65 34,68 123,66 2 Brazil 34,77 33,90 117,88 3 Acgentina 16,31 23,15 37,78 4 Trung Quốc 7,97 17,80 14,19 5 Ấn Độ 11,40 12,09 13,78 6 Nga 2,74 14,69 4,02 (Nguồn: Tổ chức nông lương thế giới, 2022) [169] 1. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam Hiện nay nhu cầu của các ngành chế biến, chăn nuôi, công nghiệp thực phẩm ngày càng tăng nên hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu một lượng lớn đậu tương. Cụ thể năm 2015, số lượng nhập khẩu là 1.707,19 ngàn tấn, trị giá 764,74 triệu USD và đến năm 2020 là 1.870,00 ngàn tấn, trị giá 773 triệu USD (bảng 1.

Nhập khẩu đậu tương của Việt Nam qua các năm Năm 2015 2016 2017 2018 2019 2020 Số lượng 1. Về năng suất, cũng có sự dao động trong khoảng 14,90 - 16,10 tạ/ha, nhìn chung năng suất đậu tương của Việt Nam thấp hơn nhiều so với bình quân chung của thế giới.