lời cảm ơn Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Th.s. Mai Văn Chung - cán bộ giảng dạy bộ môn Sinh lý thực vật, khoa Sinh học, trờng Đại học Vinh, đã tận tình hớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp này. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, cán bộ KTV phòng thí nghiệm trong tổ bộ môn Sinh lý Sinh hoá thực vật, Ban Chủ nhiệm khoa và các thầy cô giáo trong Khoa Sinh, cùng các anh chị học viên cao học, các bạn trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ em suốt thời gian thực hiện đề tài. Vinh, tháng 5 năm 2005. Sinh viên Nguyễn Thị mai 1 Nh÷ng ch÷ viÕt t¾t trong luËn v¨n CT1: C«ng thøc thÝ nghiÖm kh«ng xö lý vi lîng CT2: C«ng thøc thÝ nghiÖm xö lý vi lîng 2 lÇn CT3: C«ng thøc thÝ nghiÖm xö lý vi lîng 4 lÇn §C: §èi chøng Dl: diÖp lôc môc lôc 2 Trang Mở đầu 1 Chơng 1 Tổng quan tài liệu 3 1.1. Đặc điểm sinh học cây ngô 1.1.1. Đặc điểm phân loại học 1.1.2. Đặc điểm sinh trởng, phát triển của cây ngô 1.1.3. Nhu cầu dinh dỡng của cây ngô 1.2. Vai trò của vi lợng đối với cây trồng 1.2.1. Vai trò sinh lý của các nguyên tố vi lợng 1.2.2. Tình hình nghiên cứu vi lợng trên thế giới và Việt Nam 1.2.3. Vai trò sinh lý của kẽm đối với cây trồng 3 3 3 5 5 5 7 8 Chơng 2 Đối tợng, nội dung và phơng pháp nghiên cứu 13 2.1. Đối tợng nghiên cứu 2.2. Nội dung, địa điểm và thời gian nghiên cứu 2.2.1. Nội dung nghiên cứu 2.2.2. Địa điểm nghiên cứu 2.2.3. Thời gian nghiên cứu 2.3. Phơng pháp nghiên cứu 2.3.1. Cơ sở lựa chọn nồng độ vi lợng để xử lý 2.3.2. Bố trí thí nghiệm 2.3.3. Phơng pháp thu mẫu 2.3.4. Phơng pháp phân tích 2.3.5. Phơng pháp xử lý số liệu 13 13 13 14 14 15 15 16 16 17 18 Chơng 3 Kết quả nghiên cứu và bàn luận 20 3.1. ảnh hởng của nồng độ vi lợng Zn 2+ 0,03% và các mức độ xử lý đến chiều cao cây 3.2. ảnh hởng của nồng độ vi lợng Zn 2+ 0,03% và các mức độ xử lý đến diện tích lá và chỉ số diện tích lá 3.3. 3.3 ảnh hởng của nồng độ vi lợng Zn 2+ 0,03% và các mức độ xử lý đến hàm l diệp lục 3.4. ảnh hởng của nồng độ vi lợng Zn 2+ 0,03% và các mức độ xử lý đến c độ quang hợp 3.5. Hiệu quả của việc xử lý vi lợng đối với năng suất ngô 20 22 26 30 32 Kết luận và kiến nghị A. Kết luận B. Kiến nghị 34 34 34 Tài liệu tham khảo 35 3 Mở đầu Nớc ta là một nớc nông nghiệp (sản xuất nông nghiệp chiếm 80% tỉ trọng nền kinh tế quốc dân), có khí hậu nhiệt đới thích hợp cho nhiều loại cây trồng phát triển, nhất là cây lơng thực và hoa màu. Trong hệ thống cây nông nghiệp, lúa đợc coi là cây trồng chủ đạo, tiếp đến là cây ngô. Ngô đợc trồng từ thời Khang Hy (1662 - 1732), Trần Thế Vinh - ngời huyện Tiên Phong (Sơn Tây) đi sứ nhà Thanh lấy đợc ngô đem về nớc. Cho đến nay, ngô là cây trồng quan trọng ở cả đồng bằng, trung du và miền núi. [13] Về đặc điểm thực vật học, cây ngô có nhiều đặc điểm tốt, ngô thuộc nhóm thực vật C 4 , có u thế cho sinh khối lớn hơn quang hợp của cây C 3 (cây C 3 có hiệu suất sử dụng ánh sáng 3 - 4%, trong khi cây C 4 là 4 - 5%; lợng tích luỹ chất khô của cây C 4 nhiều hơn cây C 3 ). Bên cạnh đó, ngô còn có khả năng chống chịu tốt với điều kiện môi trờng bất lợi, cho năng suất thu hoạch cao (đạt tối thiểu 6 tấn/hecta). Mặt khác, hoa ngô khác tính cùng gốc, thụ phấn chéo nên cho tỷ lệ đậu quả, chắc hạt lớn. Về giá trị sử dụng, ngô đợc dùng làm lơng thực cho con ngời, làm thức ăn cho gia súc - gia cầm và làm nguyên liệu cho nhiều ngành chế biến. Trong hạt ngô, hàm lợng các chất có giá trị dinh dỡng protein, lipit, vitamin, chiếm tỉ lệ cao. Protêin có nguồn gốc từ ngô dễ tan trong nớc, dễ hấp thụ, hàm lợng chất 4 béo trong ngô tơng đối thấp. Hạt ngô chứa nhiều loại vitamin nh B 1 , B 2 , C rất cần cho cơ thể ngời và động vật. Từ các bộ phận khác của ngô có thể chế biến thành nhiều loại hàng hoá khác nhau: thân, lá ngô đợc dùng làm nguyên liệu sản xuất giấy, hạt ngô chiết lấy dầu, một loại dầu thực vật quí có tác dụng làm giảm, ngăn ngừa quá trình xơ cứng động mạch, đờng ngô đợc sử dụng để sản xuất bánh mì, xiro, nớc giải khát,[13]. Trên thế giới, ở những nớc phát triển, ngô chủ yếu dùng cho chăn nuôi, số còn lại dùng làm giống và nguyên liệu cho công nghiệp chế biến. Đối với những nớc đang và kém phát triển, phần lớn ngô đợc dùng làm lơng thực. Hiện nay, ở nớc ta, ngời nông dân chọn và đa cây ngô lai vào sản xuất nh một phơng thức làm giàu, diện tích trồng ngô và năng suất tăng một cách kỳ lạ. Những u thế khiến cho cây ngô lai đợc chú trọng trong sản xuất nông nghiệp là do chúng không kén đất nh các loại cây trồng khác, đặc biệt ngô lai có thể trồng nhiều vụ trong năm theo các phơng thức trồng thuần, xen canh, luân canh ở nhiều địa hình khác nhau. Những giống ngô lai mới đợc lai tạo trong nớc: LVN10, LVN11, LVN12, các giống ngô lai nhập ngoại nh: P11, P9901, B9681, 177 đang đợc trồng rộng rãi và cho năng suất cao. Ngoài chất lợng giống tốt, năng suất cây ngô còn phụ thuộc vào chất l- ợng đất và tác động tổng hợp của các điều kiện sinh thái: nh nhiệt độ, ánh sáng, nớc và chế độ phân bón, trong đó dinh dỡng khoáng đóng vai trò quan trọng, quyết định tới 60 - 70% năng suất cây trồng. Trên thực tế, nhờ sự phối hợp cân đối và hợp lí về hàm lợng, tỉ lệ các loại khoáng đa lợng (N, P, K) đã làm cho năng suất cây trồng tăng lên đáng kể. Tuy nhiên, quá trình sinh trởng và phát triển của cây trồng còn chịu ảnh hởng rất lớn của các nguyên tố vi lợng: Zn, Cu, Co, Mo, B Trên thực tế, đã có nhiều nghiên cứu về vai trò của các nguyên tố vi lợng đối với cây trồng. Tuy nhiên, những nghiên cứu về vai trò của vi lợng đối với cây ngô cha nhiều. Gần đây, ở Nghệ An, Mai Văn Chung, Phạm Thị Thu Hà (2004) đã nghiên cứu về ảnh hởng của nguyên tố Zn đến một số chỉ tiêu sinh lí của cây ngô ở giai đoạn nảy mầm và cây con và đã tìm đợc công thức xử lí vi l- ợng Zn thích hợp cho ngô ở hai giai đoạn này. Vấn đề đặt ra ở đây là nồng độ đó có thích hợp với tất cả các giai đoạn sinh trởng, phát triển của ngô hay không? Xuất phát từ thực tế đó, chúng tôi tiến hành tìm hiểu đề tài: ảnh hởng 5 của kẽm đến một số chỉ tiêu sinh lý sinh trởng, phát triển của hai giống ngô B919 và 177. Mục đích của đề tài là nghiên cứu ảnh hởng của kẽm đến một số chỉ tiêu sinh lý sinh trởng, phát triển của hai giống ngô B919 và 177 ở các giai đoạn: 3 - 4 lá, 7 - 9 lá, trổ cờ và ra hoa. Kết quả thu đợc sẽ góp phần xây dựng cơ sở khoa học cho việc sử dụng vi lợng Zn nhằm tăng phẩm chất và năng suất của ngô. Chơng i: Tổng quan tài liệu 1.1 Đặc điểm sinh học cây ngô. 1.1.1. Đặc điểm phân loại học: Ngô (Zea may L.) thuộc: Chi: Maydeae. Họ Hòa thảo: Gramineae Bộ Hòa thảo: Graminales Lớp Một lá mầm: Monocotyedoneae Ngành Hạt kín: Angiopermatophyta [17]. 1.1.2. Đặc điểm sinh trởng, phát triển của cây ngô: Thời gian sinh trởng của cây ngô từ khi gieo hạt đến khi chín trung bình từ 90 - 160 ngày tuỳ thuộc vào giống và điều kiện ngoại cảnh. Có nhiều ý kiến khác nhau về cách phân chia thời kỳ sinh trởng của cây ngô. Theo Bùi Thế Hùng [13] chia làm 5 giai đoạn nh sau: a. Giai đoạn nảy mầm (từ khi gieo hạt đến 3 - 4 lá): 6 Đặc điểm của giai đoạn này phụ thuộc vào lợng các chất dự trữ trong hạt. Trớc khi nảy mầm, hạt hút nớc và trơng lên, do vậy nớc luôn cần phải có sẵn cho hạt hấp thu. ở giai đoạn này, quá trình oxy hoá các chất dự trữ trong hạt diễn ra mạnh qua quá trình sinh hoá phức tạp, các chất hữu cơ phức tạp sẽ chuyển thành các chất đơn giản dễ hoà tan. Quá trình này xảy ra nhờ hoạt động của các loại enzim với điều kiện có đủ ẩm, nhiệt độ và độ thoáng khí. Tiếp đó là sự nảy mầm và sinh trởng cây con, lúc này cây ngừng phụ thuộc vào chất dinh dỡng dự trữ trong hạt khi bộ rễ phát triển hơn lá trên mặt đất. Điều kiện ngoại cảnh của giai đoạn này là nớc, chế độ không khí. Cần đảm bảo đủ nớc để hạt nảy mầm, nhiệt độ thích hợp là 25 - 30 o C, lúc hạt nảy mầm hô hấp mạnh nên đất gieo hạt phải thoáng. Bên cạnh đó, cây cần một lợng dinh duỡng khoáng nhất định để tăng hoạt tính xúc tác của các enzim xúc tác phân giải H 2 O 2 , giải độc cho cây. b. Giai đoạn cây con (từ lúc ngô 3 - 4 lá đến phân hoá hoa): Thờng bắt đầu khi ngô đạt 3 - 4 lá đến 7 - 9 lá. Giai đoạn này, cây chuyển từ trạng thái sống nhờ chất dự trữ trong hạt sang trạng thái hút chất dinh dỡng của đất và quang hợp của bộ lá. Tuy nhiên, giai đoạn này thân, lá trên mặt đất phát triển chậm, cây ngô bắt đầu phân hóa bông cờ, lóng thân bắt đầu đợc phân hóa, các lớp rễ đốt đợc hình thành và phát triển mạnh hơn thân lá, cuối giai đoạn cây chuyển sang hình thành cơ quan sinh sản đực. Giai đoạn này, rễ chịu rét khoẻ hơn, vì thế tác hại của nhiệt độ thấp giảm hơn so với giai đoạn trớc. Cũng trong giai đoạn này cây ngô có khả năng chịu hạn tốt nhất, để cây có thể hoàn thiện bộ lá và tăng cờng các hoạt động trao đổi chất thì các nguyên tố vi lợng đóng vai trò quan trọng và là thành phần không thể thiếu trong cây. Đặc biệt, cây ngô rất cần các vi lợng Co, Mo, Cu, Zn. c. Giai đoạn vơn cao và phân hóa cơ quan sinh sản (từ phân hóa hoa đến trỗ cờ) Trong giai đoạn này, cây ngô sinh trởng thân lá nhanh, bộ rễ phát triển mạnh, ăn sâu tỏa rộng. Cơ quan sinh sản bao gồm bông cờ và bắp phân hóa 7 mạnh, giai đoạn này kết thúc khi cơ quan sinh sản cái xuất hiện. Có thể nói, đây là giai đoạn quyết định số hoa đực và hoa cái, cũng nh quyết định khối lợng chất dinh dỡng dự trữ trong thân lá. ảnh hởng của điều kiện ngoại cảnh cũng nh lợng dinh dỡng cung cấp cho cây có tính quyết định đến khả năng phát triển của các loại cây trồng. Đặc biệt các nguyên tố vi lợng có tác dụng làm tăng khả năng giữ nớc và độ ngậm n- ớc của mô, do đó làm tăng quá trình sinh tổng hợp protein, axit Nucleic. d. Giai đoạn nở hoa (bao gồm trỗ cờ, tung phấn, phun râu, thụ tinh): Giai đoạn này diễn ra trong khoảng thời gian không dài, trung bình từ 10 - 15 ngày. Cây ngô gần nh ngừng phát triển thân lá, nhng vẫn tiếp tục hút các chất dinh dỡng từ đất. Các chất dinh dỡng và các chất hữu cơ bắt đầu tập trung mạnh vào bộ phận sinh sản. Trong điều kiện tốt, đặc biệt là thời tiết thuận lợi quá trình thụ tinh tiến hành tốt bắp mới nhiều hạt. Điều kiện tốt nhất là phải đảm bảo đầy đủ chất dinh dỡng cho cây, với những cây lấy hạt (ngũ cốc) chất khoáng có vai trò lớn đến sự hình thành bông, số hạt trên bông, số hạt chắc, trọng lợng 1000 hạt và đối với các loài thực vật khác cũng có tác dụng tơng tự. e. Giai đoạn chín (từ thụ tinh đến chín): Lúc này trọng lợng hạt tăng nhanh, phôi phát triển hoàn toàn. Giai đoạn này kéo dài 35 - 40 ngày từ khi thụ phấn, thụ tinh. Chất dinh dỡng từ thân, lá tập trung mạnh về hạt và trải qua những quá trình biến đổi sinh lý phức tạp. [13] Cây cần nhiệt độ, độ ẩm và chất dinh duỡng nhất định để tăng cờng chất lợng bông, hạt, quả. 1.1.3 Nhu cầu dinh dỡng của cây ngô: Ngô là cây phàm ăn, để duy trì và tăng cờng các hoạt động sống cây ngô phải lấy chất dinh dỡng từ đất tổng hợp thành chất hữu cơ. Muốn cho ngô đạt năng suất cao phải trồng trên các loại đất giàu chất dinh dỡng. Hầu hết các 8 nguyên tố đa lợng nh: N, P, K, Mg, S, nguyên tố vi lợng: Cu, Fe, Zn, Mo, B đợc ngô hấp thu trong quá trình hút khoáng (Xayer - 1955). Đối với cây ngô, vai trò của các nguyên tố vi lợng không gây tác dụng rõ rệt nh các nguyên tố đa lợng N, P và K. Tuy nhiên, trong trờng hợp thiếu hụt chúng, gây tác hại lớn đến sinh trởng và phát triển của cây làm giảm năng suất và phẩm chất hạt. 1.2. Vai trò của vi lợng đối với cây trồng. 1.2.1. Vai trò sinh lý của các nguyên tố vi lợng: Trong 74 nguyên tố hóa học tìm thấy ở cơ thể thực vật có hơn 60 nguyên tố vi lợng và siêu lợng. Mặc dù chỉ chiếm 0,05% về trọng lợng nhng các nguyên tố vi lợng lại đóng vai trò vô cùng quan trọng trong đời sống cây trồng a. Vi lợng và các enzim: Các nguyên tố vi lợng là cơ sở của sự sống thực vật, vì hầu hết các quá trình tổng hợp và chuyển hoá các chất đợc thực hiện nhờ các enzim, mà trong thành phần của các enzim đều có các nguyên tố vi lợng. Có đến 1/3 trong số các enzim đã biết đợc hoạt hoá bằng các vi lợng khác nhau. Sự hình thành phức chất của các enzim và kim loại đã làm cho hoạt tính xúc tác của các enzim tăng lên gấp bội. Cụ thể: Cu 2+ trong ascorbinoxydase tăng hoạt tính enzim gấp 100 lần so với Cu 2+ tự do (Nason - 1958) hoặc Fe 2+ trong enzim catalase hay peroxydase tăng khả năng xúc tác phân giải H 2 O 2 lên gấp 10 10 lần so với hoạt tính của Fe tự do (Lehinger - 1950). Tuy nhiên, bên cạnh việc tăng hoạt tính của các enzim, một số nguyên tố vi lợng cũng gây ra tác động ức chế enzim, làm biến tính protein. [22] b. Vi lợng với quá trình trao đổi chất: Các quá trình sống trong cơ thể diễn ra luôn có sự tham gia của các enzim, mà vi lợng có liên quan chặt chẽ với các enzim, cho nên các nguyên tố vi lợng đã có những ảnh hởng lớn đến các quá trình sinh lý - sinh hoá. 9 Các nguyên tố vi lợng đã có tác dụng sâu sắc và nhiều mặt đối với quá trình quang hợp. Sinh tổng hợp chlorophyl không những cần có Fe, Mg mà cần tập trung trong lục lạp cả Mn, Cu. Các nguyên tố Co, Cu, Zn, Mo có ảnh hởng tốt đến độ bền vững của chlorophyl. Các nguyên tố Zn, Co có tác dụng tốt đến sự tổng hợp carotennoit. Nói chung, các nguyên tố vi lợng có ảnh hởng tích cực đến hàm lợng và trạng thái của các nhóm sắc tố trong cây, đến số lợng và kích thớc của lục lạp. Bên cạnh đó, có nhiều nguyên tố vi lợng là thành phần cấu trúc hoặc tác nhân hoạt hoá các enzim tham gia trực tiếp trong pha sáng cũng nh pha tối của quang hợp, do đó tác động rõ rệt đến cờng độ quang hợp và sản phẩm của quang hợp. Đối với quá trình hô hấp, nhiều nguyên tố vi lợng, đặc biệt là Mg, Mn là tác nhân hoạt hoá mạnh mẽ các enzim xúc tác cho quá trình phân giải yếm khí (quá trình đờng phân) cũng nh hiếu khí (chu trình Crebs) các nguyên liệu hữu cơ. Các nguyên tố vi lợng là thành phần cấu trúc bắt buộc của các hệ enzim oxy hoá - khử trực tiếp tham gia vào các phản ứng quan trọng nhất của quá trình hô hấp (các hệ xitocrom chứa Fe, polyphenoloxydase, ascorbinoxydase chứa Cu). Nhiều nguyên tố vi lợng còn ảnh hởng trực tiếp đến quá trình photphoryl hoá oxy hoá (tổng hợp ATP - hợp chất giàu năng lợng, cung cấp cho các quá trình trao đổi chất khác). Các nguyên tố vi lợng cũng ảnh hởng mạnh mẽ đến quá trình hấp thụ n- ớc, thoát hơi nớc và vận chuyển nớc trong cây. B, Al, Mo, Co, Zn, Cu có tác dụng làm tăng khả năng giữ nớc và độ ngậm nớc của mô, do làm tăng quá trình sinh tổng hợp các hợp chất cao phân tử a nớc nh protein, axit Nucleic. Nhiều nghiên cứu cho thấy, các nguyên tố vi lợng có tác dụng hạn chế cờng độ thoát hơi nớc vào các giờ ban tra, khi cây gặp nóng và hạn. [22] Vi lợng không chỉ ảnh hởng đến quá trình quang hợp, hô hấp, trao đổi n- ớc, các quá trình chuyển hoá trong cây mà còn ảnh hởng đến khả năng chống chịu của cây. Các nguyên tố Co, Al, B, Cu tăng tính chịu hạn của cây; Cu, Mo, Mn tăng khả năng chịu nóng của cây; B, Mn, Al, Cu, Zn, tăng khả năng chịu mặn của cây 10