6 CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU Hiện tượng rụng thực vật chịu ảnh hưởng chất điều hòa sinh trưởng thực vật [76] Rụng trái trình sinh lý xảy giai đoạn trình tăng trưởng trái Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật có vai trò chủ chốt kiểm soát trình tăng trưởng rụng trái [30] Do đó, phần tổng quan tài liệu này, nội dung trình bày bao gồm thành lập trái, tăng trưởng rụng trái ảnh hưởng chất 1.1 Định nghĩa trái Có nhiều định nghĩa khác trái: - Trái phần ăn được, phần bao quanh hạt hạt (trái khô) - Trái kết biến đổi bầu noãn Trái bao gồm hạt vỏ trái Đây định nghĩa dùng luận án - Trái phần mô bao quanh noãn phát triển ảnh hưởng noãn Vậy trái phần bao quanh hạt [50] 1.2 Sự hình thành tăng trưởng trái 1.2.1 Cấu tạo trái Bầu noãn cho trái, vách bầu noãn cho mô vỏ trái, nhiên theo nghĩa rộng, trái bao gồm hạt [18] Người ta phân biệt: trái khô vỏ trái hóa lignin trái mập vỏ trái có phần (trung bì) nhu mô Noãn nguồn gốc hạt, bao gồm nhu mô đồng nhất, gọi phôi tâm (2n) Một tinh bào kết hợp với hai nhân phụ để tạo nội nhũ (3n) Nội nhũ thường phát triển sớm phôi chiếm hết phôi tâm Phôi tâm không tiêu thụ hết thành ngoại nhũ Hạt noãn trưởng thành thụ tinh, chứa phôi (kết thụ tinh), mô dự trữ vỏ bảo vệ (có thể không có) [59] 1.2.2 Sự đậu trái tăng trưởng trái Sự đậu trái định nghĩa phát triển nhanh noãn sau thụ phấn thụ tinh [1] Sau đậu trái, đời sống trái vài tuần (chanh), vài tháng (xoài, lê), vài năm (chà là) [15] Đường cong tăng trưởng trái theo thời gian có dạng chữ S bình thường (táo, lê, cam, cà chua), hay dạng chữ S kép nho trái có nhân (xoài, chùm ruột, dừa) với giai đoạn tăng trưởng chậm (tương ứng với phát triển phôi) xen kẽ hai giai đoạn tăng tưởng nhanh [18] Trong thực tế, phát triển trái thường tính từ hoa nở; nhiên, cách đầy đủ hơn, ta phân biệt giai đoạn sau phát triển trái [18]: - Trước nở hoa tương ứng với sinh sản tế bào; - Nở hoa thụ tinh đặc trưng ngừng tăng trưởng mô; - Sau thụ tinh tương ứng với tăng trưởng quan trọng trái, chủ yếu kéo dài tế bào, sinh sản tế bào quan trọng; - Trưởng thành, chín trái lão suy 1.3 Các đặc tính tổng quát chất điều hòa sinh trưởng thực vật 1.3.1 Định nghĩa Chất điều hòa sinh trưởng thực vật hợp chất hữu cơ, bao gồm sản phẩm thiên nhiên thực vật hợp chất nhân tạo, có tác dụng kiểm soát trình sinh lý thực vật, với nồng độ thấp [18] 1.3.2 Các đặc tính tổng quát Chất điều hòa sinh trưởng thực vật có hoạt tính sinh học mạnh, tạo với lượng nhỏ để điều hòa trình sinh trưởng phát triển thực vật [5] Auxin tổng hợp mô phân sinh, phôi phiến lá, diện nhiều mô tăng trưởng vận chuyển theo chiều từ xuống (trong thân, diệp tiêu) chiều từ lên (trong rễ) Auxin kích thích tăng trưởng tế bào, phân chia tượng tầng, tạo rễ có vai trò ưu tính [18], [22] Cytokinin có nhiều chóp rễ, mô tăng trưởng hạt nảy mầm (nhưng hạt ngủ) Cytokinin di chuyển không phân cực Trong cây, cytokinin kích thích trình biến dưỡng nói chung, kích thích phân chia tế bào, tăng trưởng chồi nách (ức chế ưu tính ngọn), tăng ngủ hạt làm chậm lão suy [18], [22] Gibberellin tổng hợp mô phân sinh thân rễ, quan non (như hạt, trái hay lá) Gibberellin di chuyển không phân cực, trừ số trường hợp di chuyển từ xuống [81] Trong cây, gibberellin kích thích tăng trưởng kéo dài, phân chia tượng tầng, ưu tính ngọn, cảm ứng hoa nảy mầm hạt [18] Acid abscisic có nhiều lá, hạt trưởng thành phần khác Trong chồi non lóng, acid abscisic di chuyển theo hướng từ xuống Ngược lại, chồi trưởng thành, acid abscisic di chuyển theo hướng lên [21] Acid abscisic kích thích rụng trái, cảm ứng ngủ, cản tác dụng IAA GA3, làm đóng khí khổng khô hạn (kích thích tố stress), cảm ứng hoa ngày ngắn ức chế ngày dài [18] Ethylene tổng hợp nhiều trình chín trái có phần khác Trong cây, ethylene diện dạng khí, khoảng gian bào Ethylene kích thích rụng, chín trái lão suy [12], [18], [21], [65], [81] 1.4 Vai trò chất điều hòa sinh trưởng thực vật tăng trưởng trái Sự thay đổi hàm lượng hormone thực vật tăng trưởng trái phức tạp Các chất điều hòa sinh trưởng thực vật tác động giai đoạn khác trình tăng trưởng trái cách chuyên biệt Hạt trung tâm tổng hợp quan trọng hormone sinh trưởng thực vật giai đoạn phát triển trái hạt, nhiên không loại trừ nguồn khác (ngọn, chồi, hay rễ) [18] 1.4.1 Các chất tăng trưởng tổng cộng auxin Ở trái mập (đào), chất kích thích tăng trưởng tổng cộng thấp bì tất giai đoạn phát triển trái Ở trái dâu tây, tăng trưởng mô trái ngừng lại vào thời điểm hoa mầm tạo acid abscisic Sự thụ phấn thụ tinh đẩy lùi hiệu ứng [53] Hàm lượng chất kích thích tổng cộng, auxin hạt có hai đỉnh quan trọng: giai đoạn tăng trưởng trái nhanh lần tương ứng với phát triển nhân noãn hay nội nhũ giai đoạn tăng trưởng trái chậm (trung bì nội bì không gia tăng thể tích) tương ứng với phát triển nội nhũ tối đa phát triển phôi Trong giai đoạn trái tăng trưởng nhanh lần (trên đường biểu diễn S kép), hàm lượng chất kích thích giảm tới mức thấp Vài loài đỉnh nhỏ thứ ba phôi hoàn thành tăng trưởng [18], [40] Sự thay đổi hàm lượng hormone sinh trưởng thực vật tăng trưởng trái phức tạp Auxin cytokinin giàu đạt tới đỉnh giai đoạn tăng trưởng sớm trái Trong giai đoạn này, trái tăng trưởng chậm, chủ yếu nhờ phân chia tế bào [18] Trong trường hợp trái có đường cong tăng trưởng dạng S kép (trái mập có nhân) [53], auxin có hai đỉnh quan trọng: giai đoạn tăng trưởng nhanh thứ (do phôi nhũ phát triển), giai đoạn tăng trưởng chậm (trung nội bì tăng thể tích), auxin giảm tới mức thấp Cytokinin tăng cao giai đoạn phát triển sớm trái, sau giảm dần trái gia tăng kích thước [18] Theo Nguyễn Minh Chơn (2005) [1], auxin có vai trò phát triển hạt, kích thước hình dạng cuối trái Áp dụng auxin vào giai đoạn phát triển trái có tác dụng Nội nhũ phôi hạt sản sinh auxin sau auxin di chuyển phía vỏ kích thích phát triển 1.4.2 Gibberellin Gibberelin thường giàu giai đoạn kéo dài tế bào (tăng trưởng nhanh) đạt tới đỉnh trước trái trưởng thành Ở số trái, gibberellin đạt tới đỉnh vào thời điểm đậu trái, sau giảm dần tới chín trái Gibberellin kích thích tăng trưởng trái kéo dài cuống trái (như nho không hạt), làm chậm lão suy trái (cam, quýt) 10 để giúp trái dính lâu chờ hái bán [18] Ở trái mơ, hoạt tính gibberellin cao, điều khiến gibberellin ngoại sinh không kích thích tăng trưởng trái, ngược lại, auxin có tác dụng mạnh Hạt nguồn giàu gibberellin Gibberellin ngoại sinh gây trinh sinh, ảnh hưởng đến độ lớn hình dạng trái cách làm giảm lão hóa Gibberellin giữ cho vỏ trái cam quýt tươi lâu hơn, chậm mềm chín kéo dài thời gian bảo quản Gibberellin làm cho vỏ trái táo đẹp Promalin (chứa BA, GA4 GA7), sản phẩm thương mại Abott, dùng táo để điều khiển hình dạng, kích thước, trọng lượng suất trái táo [1] 1.4.3 Cytokinin Hoạt tính cytokinin cao phôi giai đoạn phát triển sớm trái, sau giảm trái tăng trưởng [18], [41] Ở trái bơ, nội nhũ với vỏ hạt phôi nơi dự trữ cytokinin giai đoạn tăng trưởng sớm sau đậu trái Nội nhũ biến trái tăng trưởng nhanh, lúc hoạt tính cytokinin vỏ hạt cao, phôi giảm bớt Hàm lượng cytokinin vỏ hạt thay đổi theo tuổi sinh lý trái Hiện tượng vỏ hạt nhăn lại sẫm màu giai đoạn tăng trưởng sớm trái, liên quan rụng trái non, cho thấy vai trò quan trọng cytokinin mô vỏ hạt Người ta xem hạt trung tâm sinh tổng hợp dự trữ cytokinin cho phát triển trái nảy mầm hạt sau Dù loại trừ lượng cytokinin nhựa mang tới cho trái Hoạt tính cytokinin cao phôi trái chín vỏ hạt nhăn [41] Tuy nhiên, trái đậu lupin, cytokinin có hạt lẫn vỏ trái hàm lượng cao Do đó, giai đoạn phát triển sớm trái, hạt lệ thuộc vỏ trái nhu cầu cytokinin, lúc lượng cytokinin chất nhựa vào trái không đáng kể [55] Trái non phát triển nhanh có phân chia tế bào mạnh mẽ, hạt chúng chứa nhiều cytokinin Cytokinin ngoại sinh làm tăng kích thước trái, 11 nhiên ảnh hưởng thay đổi tùy theo loài Nhìn chung, cytokinin ảnh hưởng nhiều đến đậu trái, gibberellin ảnh hưởng đến phát triển trái auxin ảnh hưởng đến đậu trái lẫn phát triển trái [1] 1.4.4 Acid abscisic Acid abscisic cản tăng trưởng trái kích thích rụng trái non [18] Sự tăng trưởng trái dâu tây ngừng lại thời điểm hoa noãn sinh chất Acid abscisic cản tăng trưởng diệp tiêu Avena auxin, cản phản ứng gibberellin kiểm soát, tương tác với cytokinin hiệu ứng kích thích đậu trái Rosa [53] Từ lâu người ta biết trái hạt phát triển nguồn giàu chất điều hòa sinh trưởng thực vật Nói chung, lúc khởi đầu phát triển trái, hàm lượng chất kích thích sinh trưởng cao sau hàm lượng acid abscisic [1] Hàm lượng acid abscisic cao vào cuối giai đoạn phát triển trái hạt liên quan mật thiết với chín rụng trái [18], [90] 1.4.5 Ethylene Ethylene sản xuất trái, suốt phát triển trái, hoạt động ethylene gây rụng, cản tăng trưởng trái hiệu ứng phụ [18] Auxin kích thích sản xuất ethylene Do đó, nhiều trường hợp, hoạt động auxin qua ethylene Thời điểm áp dụng auxin ảnh hưởng quan trọng đến hiệu ứng auxin tăng trưởng trái tỏa ethylene [56] Ethylene kích thích trái Ficus carica L tăng trưởng trưởng thành nhanh chóng áp dụng vào giai đoạn phình to sau trái trưởng thành [53] 12 1.5 Sơ lược tượng rụng vùng rụng thực vật 1.5.1 Định nghĩa Rụng (abscission, theo tiếng Latin abscissus, nghĩa tách rời) trình sinh lý dẫn tới tách rời quan (như lá, hoa hay trái) hay phần khác (như nhánh) khỏi thể thực vật, hoạt động enzyme phân hủy vách tế bào, vùng đặc biệt, gọi vùng rụng [18], [33], [59], [64], [77], [96] Vùng rụng hay lớp rụng thường có vị trí chuyển tiếp cuống nhánh Quá trình rụng xảy tế bào vùng rụng sống có chức đầy đủ Bất kỳ xử lý gay gắt làm tổn thương hay giết chết tế bào vùng rụng ngăn cản trình rụng [30] Như vậy, rụng xảy lúc đời sống thực vật có vùng rụng xuất Theo Burns (1998) [43], vùng rụng gồm hay vài lớp tế bào nhu mô có vách mỏng, nằm ngang qua cuống hình thành từ sớm, trước quan trưởng thành hay trước rụng 1.5.2 Sự thay đổi cấu trúc tế bào vùng rụng * Cấu tạo vách tế bào Có hai loại vách: vách sơ cấp tạo trình phân chia tế bào vách thứ cấp xuất tế bào ngừng tăng trưởng Thành phần vách sơ cấp gồm: - Celluloz chiếm từ 25 đến 30 % trọng lượng khô vách, gồm phân tử βglucoz nối với nhau, tạo thành chuỗi β-1,4 glucan có đường kính chừng nm, dài 0,25 – 0,5 μm; 40-70 chuỗi phân tử glucoz họp thành bó vi sợi có đường kính 20-40 Å chiều dài không xác định Trong bó vi sợi, chuỗi xếp song song gắn nhờ cầu nối hydrogen nhóm OH glucoz nguyên tử oxygen chuỗi bên cạnh Cầu nối hydrogen yếu lặp lại nhiều lần, làm cho bó vi sợi celluloz vững chắc, ổn định [18], [83] 13 - Pectin tạo từ chuỗi acid galacturonic (20-100 phân tử) Chuỗi acid polygalacturonic (chuỗi polygalacturonic) vách có vai trò polyanion Một phần chức acid bị ester hóa nhóm metil tác dụng enzyme pectin metil esteraz (PME) Giữa hai chuỗi acid galaturonic có cầu nối Ca2+, giữ cho chuỗi có cấu trúc ổn định Các phần bị metil hóa chuỗi, trung tính, tạo cầu nối Ca2+, góp phần làm tăng tính xốp vách [83] - Hemicelluloz, tạo thành từ đường 6C hay 5C, không mang nhóm acid, nên trung tính - Extensin glycoprotein giàu hydroxyprolin Chuỗi polypeptid extensin gồm số serin bốn hydroxyprolin [Ser-(Hyp)4] lặp lại Extensin chứa valin, alanin, glycin chuỗi ngắn linh hoạt tyrosin-lysin-tyrosin Tyrosin tạo nối dityrosin chuỗi peptid Extensin thành phần ổn định vách, có tính baz ngược với tính chất acid chuỗi pectic [83] Quá trình rụng bắt đầu với tín hiệu điều hòa sinh trưởng (ethylene) làm thay đổi tế bào Các tế bào vùng rụng tác dụng tín hiệu tiết enzyme pectinaz cellulaz làm suy giảm độ bền vách trung gian vách thứ cấp tế bào Vách trung gian, gọi “chất keo” giúp giữ tế bào lại với nhau, bị phân rã vùng rụng Đồng thời vách tế bào sơ cấp xung quanh phồng dày lên thay đổi thành phần hóa học Cầu nối calcium cấu trúc vách tế bào bị lấy Toàn vách tế bào bị thay đổi enzyme nguyên liệu cung cấp tế bào sống xung quanh Các tế bào vùng rụng dày đặc tế bào chất bào quan, tập trung toàn lượng cho rụng, sống sót hoạt động đến rụng kết thúc [24], [83] * Cấu trúc vùng rụng Sự rụng hay trái gần giống xảy vùng đặc biệt gọi vùng rụng [59], [95] Để rụng, việc thành lập vùng rụng phần đáy quan, thay đổi khởi đầu xảy nơi khác (ví dụ: phiến lão suy) [33] 14 Vùng rụng điển hình có hai lớp phân biệt: + Lớp tách rời (tầng rời) nơi xảy tan rã vách tế bào + Lớp bảo vệ lớp tế bào dính vào thân, hóa sẹo, chứa nhiều chất suberin, gôm vết thương, lignin, giúp thực vật chống thoát nước nhiễm trùng qua vết thương rụng [59] Đối với lá, vùng rụng cuống gần phiến thân Vùng rụng diện cuống chét, hình thành chuẩn bị rụng Tầng rời vài lớp tế bào mô mềm (nhu mô) với tế bào bé hơn, chất nguyên sinh đặc hơn, gian bào bé, không hóa suberin lignin Khi có yếu tố cảm ứng rụng, biến đổi trao đổi chất xảy theo hướng phân giải hợp chất pectin gắn tế bào với nhờ enzyme pectinaz Kết tế bào rời rạc, không dính giữ lại bó mạch mỏng manh Dưới tác dụng trọng lượng tác động học gió bị rụng dễ dàng [22] Sự rụng gié tiêu xảy vùng rụng gié, vùng có vị trí chuyển tiếp cuống gié nhánh tương tự vùng rụng Dưới kính hiển vi, vùng rụng gié giai đoạn khác gié thấy bao gồm vài lớp tế bào dẹp, có mô cứng so với mô hai bên Các bó mạch qua vùng rụng liên tục thường gián đoạn hay rẽ ngang [17] Vùng rụng loại trái mô tả không khác đặc tính vùng rụng lá, phát triển lớp tách rời rõ rệt Ở trái non xoài Cát Hòa Lộc, vùng rụng xuất sớm trước trình tách rời tế bào, thấy rõ cuống Tại đây, phần cuống bị phồng lên, không liên tục, tạo thành vòng khớp Vòng rõ theo tăng trưởng trái Khi trái rụng, vòng khớp có màu nâu sẫm [13] * Hai kiểu rụng Các biến đổi mô dẫn tới trình tách rời trái thường giống theo hai kiểu [59], [64]: 15 - Kiểu rụng hoạt động tế bào mô phân sinh: Ở phần gốc quan xuất lớp tế bào phân chia nhanh chóng đồng thời thành lập vùng phù to Đây kiểu rụng - Kiểu rụng phá vỡ "cơ học”: Kiểu rụng độc lập với hoạt động mô phân sinh, liên quan tới thủy giải pectin vách sơ cấp phá vỡ vách tế bào vùng rụng Một vài loại phần lớn trái rụng theo kiểu Trên trái cam quýt, có hai vùng rụng: cuống (gọi A) đài hoa (gọi C) Trái non rụng sớm vùng rụng A, trái trưởng thành (rụng vào tháng 6) rụng C Ethylene gây rụng trái vùng rụng C [57] * Hệ thống mạch vùng rụng Sự phân bố mạch vùng rụng hoa thực vật hai mầm đặc sắc Trong tất trường hợp, tiền mộc (protoxylème) mộc thứ cấp hóa lignin dày đồng nhất; hậu mộc (métaxylème) không đồng nhất, diện yếu tố xoắn, lốm đốm và/hay hình thang vùng rụng Nghiên cứu vùng rụng hoa cà chua (Lycopersicon esculentum Mill.), người ta thấy tính không đồng kết thay đổi nhịp phân hóa tế bào trưởng thành tế bào giai đoạn từ tiền tượng tầng đến tượng tầng [35] 1.5.3 Các yếu tố môi trường liên quan rụng Môi trường có ảnh hưởng quan trọng đến biến đổi sinh lý, hóa học bên thực vật, ảnh hưởng rụng Các yếu tố môi trường cảm ứng lão suy khô hạn, quang kỳ ngày ngắn, cạnh tranh dinh dưỡng, cân dinh dưỡng, thiếu hay thừa chất khoáng, nấm bệnh gây hại hay công côn trùng kích thích rụng [17], [21], [95] Trên vải, thời kỳ hoa nở gặp nhiệt độ thấp, mưa phùn thường làm cho hoa trái rụng nhiều Nhiệt độ thấp cản trở việc thụ phấn thụ tinh, mà số hoa thụ phấn thụ tinh, trình phát dục phôi giai đoạn đầu tốt, song gặp nhiệt độ thấp bị ảnh hưởng gây nên 16 tượng rụng trái Mặt khác, nhiệt độ tăng cao, hô hấp mạnh, thúc đẩy hình thành tầng rời, có tượng hoa chưa nở rụng nhánh hoa nhỏ chùm rụng trái Thừa đạm làm cho cành phát triển mạnh, ảnh hưởng đến phân hóa mầm hoa, gây nên rụng hoa, rụng trái, sản lượng thấp phẩm chất trái Cây thiếu đạm thể hiện: đợt lộc yếu, cành bé, có màu vàng, rụng sớm, rụng hoa rụng trái nhiều [14] Gió tây bão gây hại nhiều cho nhãn Gió tây thường gây nóng, khô làm nuốm nhụy nước, khô teo ảnh hưởng đến trình thụ phấn, thụ tinh làm rụng trái Bão sớm miền Bắc gây rụng trái, gãy cành, gây tổn thất lớn cho vườn nhãn [16] Bọ xít Tessaratoma papillosa đối tượng gây hại quan trọng nhãn vùng đồng sông Cửu Long, gây hại chủ yếu vào giai đoạn đọt non, làm rụng hoa, rụng trái, chết cành phát hoa ảnh hưởng lớn đến suất sinh trưởng Trên trái nhãn non, rệp sáp (Pseudococus sp.) diện với mật số cao, trái không phát triển bị rụng sớm Sâu đục trái (Conogethes punctiferalis) gây hại từ trái nhỏ đến thu hoạch, nặng trái bắt đầu có cơm Trái non bị sâu đục thường biến dạng, khô rụng, trái lớn bị hại ảnh hưởng đến phẩm chất Bệnh thối trái (do nấm Phytophthora sp gây ra), bệnh thường xuất gây hại nặng trái nhãn lúc nhãn chín đặc biệt mùa mưa, nơi có ẩm độ cao bệnh phát triển lây lan nhanh chóng, làm rụng hoa trái Bệnh thán thư (do nấm Colletotrichum gloesporrioides) làm hoa trái non chuyển màu đen (vết bệnh lõm xuống kiểu chấm đen) rụng [7] 1.5.4 Các thay đổi sinh lý rụng * Trạng thái lão suy tế bào vùng rụng Lão suy trạng thái sinh lý sau đảo ngược sống tế bào, mô, quan, hay thể thực vật, bao gồm chuỗi phản ứng sinh lý dẫn tới phá vỡ tổ chức tế bào chết Mối liên hệ hai tượng lão suy rụng giải thích theo ba cách: 17 - Sự rụng tượng lão suy đặc biệt, lão suy tế bào cục Khi tế bào vùng rụng lão suy, màng tế bào trở nên thấm, có di chuyển vào thân muối khoáng (nhất K+) hợp chất hữu (acid amin…) thủy giải từ protein tinh bột để tái sử dụng [65] - Sự lão suy có vai trò khởi phát trình rụng sản xuất “yếu tố lão suy”, yếu tố acid abscisic [56] hay số acid amin [94] Theo Abeles (1967) [23], vai trò khởi phát điều kiện cần thiết để ethylene, chất có vai trò trung tâm rụng, hoạt động kích thích rụng - Sự lão suy rụng trình độc lập, xảy đồng thời [26] * Cân carbohydrat/nitrogen Hàm lượng cao hai loại chất làm chậm cản trình rụng, ngược lại, hàm lượng hai giảm làm dễ dàng rụng [30] * Sự hô hấp Sự tạo enzyme phân hủy vách kéo theo tăng nhanh trình hô hấp tế bào gần vùng rụng Quá trình hô hấp tăng cao đạt đỉnh tương ứng với rụng [95] 1.5.5 Sự biến đổi enzyme vùng rụng * Sự gia tăng hoạt tính pectinaz Ở khúc cắt (t = 0) hoạt tính pectinaz, hoạt tính gia tăng vùng rụng (t = 50) với gia tăng hoạt tính pectin hòa tan nước Sự hòa tan pectin loại Ca2+, metil hóa hay khử-polyme hóa nhờ pectinaz cảm ứng: polygalacturonaz, enzyme trích từ nguyên sinh chất nguyên vẹn trước tách rời [86] * Sự gia tăng hoạt tính cellulaz Khi cellulaz hoạt động với polygalacturonaz, phân hủy vách tế bào xảy mạnh Ethylene acid abscisic kích thích gia tăng hoạt tính cellulaz 18 trình rụng vùng rụng, hoạt hóa tiền enzyme cellulaz hay làm giảm hàm lượng chất cản hoạt động cellulaz [56], [69] * Sự giảm hoạt tính pectin metil esteraz (PME) PME xúc tác loại nhóm metil khỏi pectin để sau nhóm carboxyl tự kết hợp với Ca tạo pectat Ca không hòa tan [83], [86] 1.6 Vai trò chất điều hòa sinh trưởng thực vật rụng Theo Moore (1998) [86], trình rụng chưa hiểu cách đầy đủ, rụng liên quan tới tác động lẫn bốn chất điều hòa sinh trưởng Vũ Văn Vụ ctv (2005) [22] ghi nhận rụng quan điều chỉnh cân hormone chúng, chủ yếu auxin acid abscisic 1.6.1 Vai trò auxin Trong xanh, auxin tổng hợp phiến vận chuyển qua cuống lá, ngăn cản trình tạo tầng rời Nhưng già tổng hợp, vận chuyển auxin giảm sút, tạo điều kiện cho tầng rời xuất Trong trái, auxin tạo nên phôi hạt Có tương quan chặt chẽ hàm lượng auxin hạt rụng trái Nếu loại trừ hạt khỏi trái trái chóng rụng Khi hàm lượng auxin trái thấp (do hạt sản xuất không đủ lí đó) tầng rời cảm ứng hình thành [22] Ảnh hưởng auxin rụng tùy vào nồng độ diện vùng rụng trạng thái sinh lý mô [17] Có nhiều quan điểm vai trò auxin rụng: - Auxin phiến yếu tố bình thường kiểm soát rụng [68] Theo quan điểm này, đơn vị sinh lý độc lập tượng rụng Sự cắt bỏ phiến thúc nhanh rụng phần cuống lại Ngược lại, áp dụng auxin (acid indol acetic) vào mặt phần cuống bị cắt bỏ phiến làm chậm rụng [69] 19 - Vị trí áp dụng auxin kiểm soát rụng Cùng nồng độ, auxin áp dụng “ xa” ức chế phát triển vùng rụng, áp dụng “gần” kích thích rụng auxin di chuyển nhanh tới vùng rụng để cản rụng Thuyết Addicot Lynch đề nghị năm 1951 [23] - Thuyết “khuynh độ auxin” Trong thiên nhiên, tăng trưởng trưởng thành sản xuất đủ auxin, khiến khuynh độ auxin ngang qua vùng rụng cao vị trí xa, rụng không xảy Khi già, khuynh độ bị hay bị đảo ngược, rụng xảy [23], [44] - Cân “auxin – auxin” kiểm soát rụng Không thể xem đơn vị sinh lý độc lập trình rụng: Khi luồng auxin từ phiến giảm tới mức (do già, bị che bóng hay bị cắt bỏ), auxin từ nụ hay tăng trưởng di chuyển tới vùng rụng già phía kích thích trình rụng Các hoa thúc rụng trái hay hoa khác theo cách [68], [69] Khi đó, auxin đóng vai trò “dấu hiệu tương quan” di chuyển tới mô đích vùng rụng, kích thích tạo “chất cản tương quan” “Chất cản tương quan” acid abscisic, chất có vai trò kích thích rụng [100], [101] - Nồng độ auxin kiểm soát rụng Trên khúc cắt vùng rụng, auxin nồng độ thấp kích thích nồng độ cao cản rụng, xử lý “gần” hay “xa” [23], [68] Thuyết cho hiệu ứng theo “vị trí” auxin đặc tính di chuyển hữu cực chất Khi áp dụng xa, chất di chuyển nhanh tới vùng rụng cản trình lão hóa dẫn tới rụng Ngược lại, áp dụng gần, di chuyển hướng chậm đường khuyếch tán, auxin tích tụ vùng rụng, kích thích rụng Giải thích tương tự nguyên bình thường: già, hàm lượng auxin giảm tới mức thấp để khởi phát trình rụng 20 Sự gia tăng tổng số auxin không gia tăng hàm lượng auxin tự chứng tỏ đổi auxin sang trạng thái dính phải mạnh Đây nhược điểm gié tiêu giai đoạn tăng trưởng khiến không cung cấp đủ auxin (tự do) cho vùng rụng để cản trình rụng Nhu cầu auxin cho kéo dài tế bào giai đoạn tăng trưởng trái nguyên nhân hạn chế lượng auxin di chuyển tới vùng rụng [17] - Thời điểm áp dụng auxin kiểm soát rụng Đây quan điểm rụng “hai giai đoạn” Rubinstein Leopold (1963) [94] đề nghị dựa nguyên tắc bản: auxin hoạt động trực tiếp vùng rụng kiểm soát trình rụng tùy thuộc vào lượng auxin tổng cộng chuyển tới vùng rụng Quan điểm có ý nghĩa quan trọng: auxin di chuyển tới vùng rụng, tự nó, không liên quan trực tiếp đến phản ứng rụng, trạng thái sinh lý vùng rụng lúc áp dụng auxin điều quan trọng Sự di chuyển hữu cực hướng gốc đặc tính quan trọng auxin Sự di chuyển xảy tốc độ cuống vị trí khác dọc theo thân, giảm bớt có di chuyển theo hai hướng cuống lão hóa hoàn toàn di chuyển theo hướng cuống già hay trước rụng Trong khúc cắt cuống, IAA di chuyển hướng gốc nhanh 2,4-D mười lần, NAA chậm [68], [69] Sự dính (vào hợp chất khác) biến dưỡng auxin trình di chuyển có vai trò quan trọng rụng IAA NAA, di chuyển hướng gốc, tạo dạng dính (với aspartat chẳng hạn) Các hợp chất dính hiệu ứng cản rụng IAA NAA Ngược lại, 2,4-D không bị dính trình di chuyển nên không bị hoạt tính IAA NAA [52] Hoạt tính phóng xạ thấp bầu noãn sau áp dụng IAA- C14 so với 2,4-D- C14 khác biệt biến dưỡng hai chất [58], [69] 21 1.6.2 Vai trò gibberellin Khi áp dụng lên trái non lên lá, gibberellin có khuynh hướng đẩy mạnh trình sinh trưởng, làm chậm chín trái gián tiếp ngăn cản hay làm chậm trình rụng Trên khúc cắt vùng rụng đậu vải, dù xử lí “xa” hay “gần”, gibberellin kích thích rụng, áp dụng đồng thời với IAA [45], [69] Hiệu ứng gibberellin thúc nhanh giai đoạn phản ứng rụng “hai giai đoạn” [44] Lewis Bakhshi (1968) [79] chứng minh cân gibberellin /auxin, hàm lượng tuyệt đối chất, kiểm soát rụng GA3 thúc rụng thúc tỏa khí ethylene, giống xử lí thúc tỏa khí ethylene không cản trình lão hóa tế bào [23] Sự di chuyển hướng gốc GA3 qua cuống non Coleus giống trường hợp auxin Tuy nhiên, khác với trường hợp auxin, có phần nhỏ hoạt tính gibberellin vùng rụng GA3 [70] Lê Thị Trung (2003) [13] ghi nhận tăng trưởng trái xoài Cát Hòa Lộc chậm hay tuần đầu, thiếu gibberellin, nguyên nhân giảm hàm lượng auxin trái nên rụng mạnh ngày Từ tuần thứ trở đi, gibberellin bắt đầu gia tăng trái tương ứng với giai đoạn tăng trưởng trái nhanh lần rụng trái giảm nhanh từ tuần thứ 1.6.3 Vai trò cytokinin Cũng auxin, cytokinin làm chậm lão suy tượng rụng [86] Cytokinin cản rụng cản lão suy tế bào, trạng thái cần thiết để ethylene hoạt động kích thích rụng, dù auxin cytokinin thúc tỏa khí ethylene [23] Ở khúc cắt đậu, BA- C14 di chuyển hữu cực hướng gốc với vận tốc 0,7 cm/giờ, tương tự 2,4-D Giống trường hợp auxin, phần lớn, tất cả, hoạt tính phóng xạ qua vùng rụng BA [69] 22 Ở tiêu, gié có vai trò quan trọng, định rụng gié nhờ chất điều hòa sinh trưởng thực vật chuyển tới vùng rụng Cytokinin phối hợp với auxin có hiệu ứng cản rụng Khi lượng tự hai chất giảm tới mức đó, trình rụng khởi phát [17] 1.6.4 Vai trò acid abscisic Tên acid abscisic chất có vai trò rụng lá, hoa trái Addicott (1983) [31] nghiên cứu ảnh hưởng acid abscisic lên hoa trái non đậu lupin ghi nhận ABA thúc đẩy rụng Trên khúc cắt vùng rụng vải, ABA áp dụng “xa” hay “gần” kích thích rụng Đây “yếu tố lão suy” khởi phát rụng Tuy nhiên, nguyên nhạy cảm với acid abscisic [56], [69] Một số tác giả cho acid abscisic yếu tố chủ yếu kiểm soát rụng hoa trái non hoạt tính chất cao hoa trái non bắt đầu rụng [101] Acid abscisic khởi phát lão suy, ethylene tham gia trễ [83] Ở tiêu, tế bào biểu bì vòng khuyết (vị trí vùng rụng gié hay lá) bị hóa vàng trước phân hủy vách tế bào [17] Tuy nhiên, nhiều tác giả khác cho acid abscisic không cảm ứng rụng tên nó, mà thúc nhanh trình [23], [32], [46], [65], [95] Acid abscisic di chuyển nhanh theo hướng gốc nhu mô so với IAA Nhưng nói chung, đặc tính di chuyển hai nhóm tương tự nhau: tính hữu cực nghiêm ngặc cuống non, di chuyển xảy dịch libe mộc nguyên không bị cản trở qua vùng rụng [56], [69] Sự giảm hàm lượng ABA giúp tăng trưởng trái, đổi ABA thành acid phaseic hay acid dihydrophaseic [13], [67], [98] Do hoạt động ABA, mô vùng rụng trạng thái lão hóa cần thiết cho tính nhạy cảm mô với ethylene [13] 23 1.6.5 Vai trò ethylene Vai trò ethylene thúc đẩy trình rụng ghi nhận từ lâu Ethylene đóng vai trò chín trái, lão suy, rụng nảy mầm hạt [27], [71] Hầu mô thực vật sản xuất khí ethylene, chất chứng minh có vai trò trung tâm rụng [13], [23], [91] Ở trạng thái cân thông khí tốt, nồng độ ethylene bên mô tỉ lệ trực tiếp với tốc độ sản xuất hay thoát khí khỏi mô Ethylene có vai trò trung tâm rụng vì: - Có tỏa khí ethylene trình rụng lượng ethylene nhỏ (vài mg/l) đủ kích thích mạnh trình rụng [13] - Auxin hay chất khác kích thích rụng làm tăng sản xuất ethylene Hiệu ứng giảm mạnh khúc cắt vùng rụng đặt điều kiện thông khí Auxin tham gia điều hòa tượng rụng Nói cách khác, rụng tùy thuộc vào cân ethylene auxin: ethylene kích thích, auxin cản rụng [21], [65], [95] Chính gia tăng tính nhạy cảm mô vùng rụng với ethylene định trình rụng, giảm nồng độ auxin hay gia tăng sản xuất ethylene [23] Vì ethylene sinh tất phần thực vật, nên di chuyển từ nơi sản xuất đến nơi hoạt động dường vấn đề [25] Con đường sinh tổng hợp ethylene khởi từ metionin, chất thường dạng hoạt động SAM (S-adenosylmetionin), qua ACC (acid 1-amino-cyclopropan-1carboxylic) để tạo ethylene Ethylene làm giảm hàm lượng protein diệp lục tố Sự thoái hóa diệp lục tố đôi với thủy giải tiền lạp ethylene làm gia tăng hoạt tính nhiều enzyme Ethylene nội sinh tăng theo tuổi lá, ví dụ dưa leo, lượng ethylene nội sinh tăng gấp 10 lần trưởng thành so với tăng trưởng [29] Trong giai đoạn lão suy sớm, ethylene điều hòa nhiều phản ứng đưa đến rụng Ethylene thúc nhanh lão suy lá, tượng bị cản mạnh chất cản 24 sinh tổng hợp ethylene amino ethoxyvinyl glycine (AVG) aminooxy acetic acid (AOA) hay ức chế hoạt động ethylene cobalt, Ag+, CO2 [12] Có tương quan auxin ethylene nhiều trình sinh lý phát sinh rễ, tạo khối u rụng Sự có mặt auxin nội sinh ngoại sinh thúc đẩy tạo ethylene tương tác với ethylene trình rụng Những nghiên cứu rụng cuống đậu nuôi cấy mô cho thấy quan trọng việc điều hòa ethylene auxin [86] Sự sản sinh ethylene phụ thuộc vào nồng độ auxin nội sinh Nếu auxin giảm bị thương hay bị ngâm chất ức chế sinh trưởng sản sinh ethylene giảm theo Nếu auxin tăng có mặt chất điều hòa sinh trưởng thực vật khác sản sinh ethylene tăng theo Dựa vào mối liên hệ này, người ta kiểm soát rụng cách xử lý với chất điều hoà sinh trưởng thực vật Auxin chất điều hòa sinh trưởng thực vật sản sinh vận chuyển từ phiến hướng cuống Khi lượng auxin sản sinh bắt đầu giảm tỉ lệ auxin vận chuyển bắt đầu giảm, vách tế bào bị biến đổi Sự biến đổi vách ngày tăng làm hạn chế vận chuyển auxin lượng nhỏ ethylene đủ thúc đẩy vùng rụng phát triển [95] Tóm lại, rụng trình sinh lý chuyên biệt xảy vùng rụng, phức hợp nhiều yếu tố định: thực vật, môi trường, dinh dưỡng chất điều hòa sinh trưởng thực vật Trong yếu tố này, ethylene đóng vai trò trung tâm Các dấu hiệu môi trường ảnh hưởng tới trình rụng cách làm thay đổi phản ứng bên thực vật, đặc biệt thay đổi hàm lượng chất điều hòa sinh trưởng thực vật (hình 1.1) [20] 25 Các dấu hiệu Phát sinh hình thái Phát triển Môi trường Điều hòa gen Phân hóa vùng rụng Auxin Stress Lão suy + + Acid abscisic + – Vùng rụng phân hóa Ethylene – Cytokinin Polygalacturonaz Cellulaz Phân hủy vách tế bào Hình 1.1 Mô hình tổng quát kiện dẫn tới tượng rụng thực vật tác dụng dấu hiệu phát sinh hình thái, phát triển môi trường (+, kích thích; -, cản) 1.7 Sự tương quan mối liên hệ vùng xuất vùng nhập rụng trái 1.7.1 Hiện tượng tương quan vùng rụng với quan khác Sự tương quan lệ thuộc hoạt động chức quan thể thực vật [65] Hiện tượng chất điều hòa sinh trưởng thực vật kiểm soát Trong rụng, tương quan sau thường đề cập : - Lá hay trái có vai trò quan trọng hàng đầu kiểm soát phát triển lớp tách rời hay trái [21], [68], [100], [101] 26 - Các non chồi tăng trưởng kích thích phát triển lớp tách rời cuống bị cắt bỏ phiến [68] - Các trái đậu già Phaseolus kích thích rụng hoa trái non xuất sau [100], [101] 1.7.2 Sự tương quan quan dinh dưỡng sinh sản Sự tăng trưởng cây, hoa trái, đặc biệt trái non, cần nhiều muối khoáng, đường acid amin Sử dụng đồng vị phóng xạ cho thấy tích lũy chất dinh dưỡng hoa, trái củ tăng trưởng kèm với tiêu hao nguyên liệu gần Sự loại bỏ hoa làm chậm lão suy đậu Tuy nhiên, loại bỏ hoa trái không giải thích hoàn toàn lão suy, đậu, hoa non đổi hướng đầy đủ chất dinh dưỡng để gây rụng Sự chuyển chất đồng hóa cho hoa trái chế điều hòa lão suy mạnh ; phát triển quan sinh sản, qua tạo hormone thực vật, kiểm soát lão suy [95] 1.7.3 Mối liên hệ trái – trái Để tăng suất thực vật, người ta thường tìm cách tăng quang hợp để làm tăng chất khô (đồng hóa CO2) giảm quang hô hấp Kiểm soát lượng hướng chuyển vị libe, tức cạnh tranh mô nhập, biện pháp nhằm làm tăng số thu hoạch trồng Một vùng nhập mạnh rút nhanh chất đường từ yếu tố sàng chuyển vị chất phía [19] Weinbaum and Simon (1974) [102] chứng minh khác biệt lượng tinh bột tích lũy trái rụng cây, Schneider (1978) [97] có di chuyển có chọn lựa của carbon -14 Nghiên cứu giống táo “Gloster”, Abruzzese csv (1995) [28] ghi nhận mức độ đường sucrose cao trái bị rụng trái lại (sucrose nguồn carbon cho trái phát triển [39]), nhiên hàm lượng thấp kali polysaccharid thủy phân tìm 27 thấy trái bị rụng Mặc khác, tất trái bị rụng có hạt nhỏ hạt trái Hormone thực vật chất mang thông tin đường dài vùng xuất vùng nhập Hormone thực vật điều hòa cách trực tiếp hay gián tiếp mối liên hệ xuất - nhập [18] Crane (1969) [53] ghi nhận rụng trái kết trực tiếp khuếch tán hormone từ trái Những trái nhận auxin mạnh không rụng Điều cho thấy có cạnh tranh trái với Sự áp dụng chất điều hòa sinh trưởng thực vật thay đổi di chuyển hữu cực auxin gây rụng trái non [37], số tác giả ghi nhận IAA điều hòa hoạt động nơi nhập phân phối sản phẩm hữu vùng xuất [34], [36] 1.8 Cây nhãn nghiên cứu liên quan Cây nhãn thuộc Sapindales, họ Sapindaceae, chi Dimocarpus, loài Dimocarpus longan Lour Trong 100 g thịt trái chứa: 109,0 calo; 1,0 g protein; 0,5 g chất béo; 12,38 - 22,55 % đường tổng số; 2,0 mg Ca; 6,0 mg P; 0,3 mg Fe; vitamin A; 43,12-163,70 mg vitamin C; 196,5 mg vitamin K, Như vậy, trái nhãn chất khoáng độ đường, vitamin C K cao chất dinh dưỡng cần cho sức khỏe người, thích hợp với ăn tươi Nhãn tươi nhãn chế biến mặt hàng giá trị có thị trường tiêu thụ nước [14], [15], [16], [92] Giống nhãn Xuồng cơm vàng có nguồn gốc trồng Bà RịaVũng Tàu Theo kết điều tra, diện tích trồng nhãn Xuồng cơm vàng tỉnh Bà Rịa Vũng Tàu khoảng 3.698 ha, đứng thứ số loại lâu năm, chiếm 6,58% diện tích lâu năm địa bàn tỉnh [3] Tại Tiền Giang, diện tích nhãn toàn tỉnh khoảng 5.555,42 đứng thứ số loại ăn trái lâu năm tỉnh, diện tích trồng nhãn Tiêu da bò chiến khoảng 70% tổng diện tích nhãn tỉnh Tuy nhiên, gần nhà vườn trồng nhãn Tiêu da bò có xu hướng ghép chuyển đổi sang giống nhãn Xuồng cơm vàng nên diện tích nhãn Tiêu da bò có xu hướng giảm diện tích nhãn Xuồng cơm vàng tăng lên [6] 28 Nhãn Xuồng cơm vàng thích ứng đất cát ven biển tỉnh Bà RịaVũng Tàu, tập trung thành phố Vũng Tàu [3] Đây giống có nhiều triển vọng, với khả sinh trưởng khá, suất ổn định Cây 15 - 20 năm tuổi có suất trung bình 100 - 140 kg/cây/năm Trái chùm to đều, trọng lượng trái trung bình 16 - 25 g Thịt trái ráo, dai, dòn, có màu trắng hanh vàng, dầy thịt (5,5 - 6,2 mm), tỷ lệ cơm trái (phần ăn được) khoảng 60 - 70 %, tổng hàm lượng chất hòa tan phần cơm trái đạt 21 - 24 (Brix) Mùi vị thịt trái ngọt, thơm, dùng để ăn tươi Vỏ trái chín có màu vàng da bò [7] Cây nhãn thường trồng chủ yếu vĩ độ 15 - 28o Bắc Nam xích đạo Nhiệt độ bình quân hàng năm 21 - 27oC thích hợp cho sinh trưởng phát triển Nhãn cần lượng mưa thích hợp hàng năm khoảng 1300 - 1600 mm Lúc hoa, thời tiết nắng ấm, tạnh có lợi cho việc thụ phấn, đậu trái tốt suất cao Nhãn cần nhiều ánh sáng, thoáng Trong trình sinh trưởng phát triển, nhãn thích hợp với ánh sáng tán xạ ánh sáng trực xạ Ánh sáng chiếu vào bên tán giúp phát triển thường sai trái; ánh sáng giúp đậu trái, vỏ bóng vị ngọt, ngon Nhãn ưa ẩm không chịu úng dễ nhạy cảm với việc ngập nước kéo dài Ngược lại, khô hạn thời gian dài làm cho sinh trưởng chậm, hoa đậu trái khó khăn Đất cát pha thịt, đất đỏ, đất phù sa có thành phần giới nhẹ thích hợp cho việc trồng nhãn loại đất khác Cây nhãn sinh trưởng tốt điều kiện đất thoát nước, tơi xốp, pH nước khoảng 5,5 - 6,5 [7] Nhãn loại trái có giá trị xuất cao nên Việt Nam nhiều nước có nhiều nghiên cứu nhãn nhiều mặt Từ 25 đến 28 tháng năm 2003, Thái Lan tổ chức Hội nghị quốc tế chuyên đề Vải, Nhãn, Chôm chôm số thuộc họ Sapindaceae Những nhà khoa học tham dự hội nghị có báo cáo nghiên cứu liên quan đến nhãn ảnh hưởng clorate kali đến hoa nhãn (KClO3 nồng độ 2000 mg/l áp dụng cho giống nhãn Pet Sakorn Thái Lan vào hai giai đoạn non trưởng thành); xác định tồn dư clorate kali 29 đất sau dùng để xử lý hoa cho nhãn Do (Thái Lan); quản lý dinh dưỡng cho nhãn (Úc Thái Lan); nghiên cứu biện pháp trừ bệnh đốm nâu nhãn (Thái Lan); xác định tác nhân gây bệnh thối nâu vỏ trái nhãn nấm Phytophthora palmivora (Thái Lan) [49] Trong hội nghị, nghiên cứu rụng trái trình phát triển trái nhãn chưa thấy đề cập đến Ở Việt Nam, điều tra, nghiên cứu đặc tính giống, kỹ thuật canh tác nhãn xử lý hoa, bón phân, tăng đậu trái, bảo vệ thực vật bảo quản sau thu hoạch cho giống nhãn Xuồng cơm vàng, chưa có nghiên cứu hạn chế rụng trái nhãn Kết điều tra trạng canh tác nhãn Xuồng cơm vàng hai tỉnh Tiền Giang Bà Rịa-Vũng Tàu ghi nhận 100% hộ trồng nhãn nhận thấy có tượng rụng trái nhãn Xuồng cơm vàng vườn Trái rụng tập trung vào thời kỳ trái non trái lớn trước thu hoạch (nông dân thường gọi giai đoạn « hoa cà») Có 83,33% số hộ điều tra có dùng thuốc bảo vệ thực vật, số loại phân bón qua để hạn chế rụng trái nhãn Xuồng cơm vàng Tuy nhiên nhà vườn quan sát thấy hiệu chưa cao, trái rụng đặc biệt - tuần trước thu hoạch [6]