Tính chống chịu của thực vật đối với điều kiện ngoại cảnh bất thuận!

Như chúng ta thường nói: Cơ thể và môi trường là một khối thống nhất. Thật vậy, cơ thể thực vật cần điều kiện ngoại cảnh mà người ta thường gọi là các nhân tố sinh thái như: ánh sáng, nhiệt độ, nước, dinh dưỡng... để tồn tại sinh trưởng và phát triển cũng như tái tạo thế hệ mới. Những biến đổi của các nhân tố sinh thái thường có tính chất chu kỳ theo ngày và theo mùa trong năm. Trãi qua bao thế hệ do quá trìng chọn lọc tự nhiên...

Tính chống chịu mặn của thực vật

Tất cả các loại đất đều chứa hỗn hợp muối tan trong đó có một số chất tan cần cho hoạt động sinh trưởng của cây. Đất mặn là loại đất chứa một hàm lượng dư thừa các chất muối tan, gây ức chế sự sinh trưởng của cây. Thành phần gây mặn cho đất là Na+; Ca2+, Mg2+, Cl-, SO42- ... trong đó muối NaCl là chính. Sự kìm hãm sinh trưởng của cây càng tăng khi nồng độ muối tăng dần cho đến khi cây chết.

Trên trái đất đất mặn rất phổ biến. Có hai vùng đất mặn khác nhau: vùng mặn ven biển và vùng mặn khô cằn và bán khô cằn. Trong vùng mặn ven biển đất mặn là do nước biển xâm nhập lâu ngày, đất vừa mặn vừa kèm theo độ pH thấp. Trên các vùng khô cằn và bán khô cằn. mặn xãy ra trên các vùng có lượng bốc hơi khá cao, nước chuyển từ dưới lên trên, tích luỹ muối lại ở vùng rễ. Loại đất mặn như vậy có thể dễ dàng nhận biết bằng các lớp muối trắng trên mặt đất. Loại đất mặn này thường có độ pH cao. Đất mặn là loại đất thường có độ pH thấp hơn 8.5 và độ dẫn điện dịch chiết đất bảo hoà lớn hơn 4 mmho/cm ở 250C. Độ dẫn điện dịch chiết bảo hoà (Ece) có thể quy ra áp suất thẩm thấu theo công thức: ASTT(atm) = 0,36 x Ece (tính theo mmho/cm).

Người ta còn xác định đất mặn theo mức Na trao đổi (ESP). Đất coi là mặn nếu ESP lớn hơn 6 và rất mặn nếu ESP lớn hơn 15.

Ở Việt Nam, kết quả điều tra của Viện quy hoạch và thiết kế nông nghiệp (1980) thì diện tích đất mặn ở Việt Nam là 991.202 ha, chiếm 3% diện tích tự nhiên của cả nước. Nguyên nhân mặn là do muối biển, phổ biến là mặn NaCl. Thực tế, trên các vùng đất mặn cuả nước ta hiện nay hoặc bỏ hoang hoá hoặc trồng trọt một số cây hạn chế với năng suất thấp. Chính vì vậy mà việc nghiên cứu bản chất sinh lý tính chống chịu mặn của thực vật có ý nghĩa rất lớn trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt trong việc tạo ra các giống có tính chống chịu mặn và việc tìm các biện pháp tăng cường tính chống chịu mặn cho cây. Đã có rất nhiều nghiên cứu đề cập đến vấn đề này, nhưng cho đến nay bản chất sinh lý của tính chống chịu mặn của cây vẫn chưa hoàn toàn sáng tỏ.

* Tác hại của mặn

Tác hại của mặn phụ thuộc vào nồng độ muối, loại muối, đất, giống và giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây. Mặn ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng phát triển của cây và cuối cùng ảnh hưởng đến năng suất cây trồng. Mass và Hoffman (1997) đã mô tả tác hại của mặn đối với lúa thể hiện qua phương trình:

Y = 100 - B (Ece - A)

Trong đó: Y: Năng suất tương đối

A: Giá trị của ngưỡng mặn, bằng 3 đối với lúa

B: Sự giảm năng suất trên đơn vị tăng độ mặn, bằng 1 - 2 đối với lúa

Cây lúa chịu mặn trong thời gian nãy mần, nhưng rất mẫn cảm trong giai đoạn 1-2 lá. Thời gian từ lúc đẻ nhánh đến lúc làm đốt tính chịu mặn tăng lên chút ít rồi sau đó giảm vào lúc trỗ. Giai đoạn lúa chín ít chịu ảnh hưởng của mặn. Theo kết quả của bộ môn sinh lý thực vật, trường Đại học Nông nghiệp I thì tính chịu mặn của cây lúa qua các giai đoạn thay đổi như sau: Mạ à cấy à làm đòng à đẻ nhánh à trỗ.

Lúa bị chết do ngập mặn

Cây bị mặn có thể biều hiện một số triệu chứng quan sát được như thiếu Phospho; lá nhỏ, màu xanh tối, giảm tỉ lệ chồi/rễ, giảm số nhánh, kéo dài ngủ nghĩ của mắt bên, giảm số hoa ít quả và quả nhỏ. Đối với lúa mặn gây ra những triệu chứng: Cây lùn, đẻ nhánh giảm, chóp lá hơi bị trắng, trổ muộn, chín muộn... Tuy nhiên, phản ứng chung nhất của cây đối với tác hại của mặn là sự kìm hãm sinh trưởng. Sự kìm hãm sinh trưởng không mang tính chất đặc hiệu của muối mà chủ yếu phụ thuộc vào nồng độ muối tan. Sự sinh trưởng của cây sẽ giảm tuyến tính với thể thẩm thấu của dung dịch dinh dưỡng và thường không xãy ra kèm theo những dấu hiệu hai quan sát được như như héo, thay đổi màu sắc hay đốm chết... Rất nhiều nghiên cứu đã kết luận: khi cây sinh trưởng trên một nền dung dịch muối mặn thì có sự giảm thế thẩm thấu của tất cả các tế bào của chúng, nhờ đó mà tránh được sự mất nước và chết. Đó chính là sự điều chỉnh thẩm thấu. Nhưng khi giảm thế thẩm thấu của dịch bào thì sinh trưỡng của cây bì kìm hãm...

Rất nhiều tác giả đã tập trung nghiên cứu bản chất tác hại của mặn. Họ khẳng định rằng:

- Về sinh trưởng của tế bào thì các công trình nuôi cấy mô, tế bào đã khẳng định rằng ở một nồng muối nhất định, mặn đã kích thích sự phân chia và cả sự giản của tế bào. Nhưng ở nồng độ NaCl > 0.26 M thì sự phân chia tế bào bị ngăn cản ...

- Mặn đã ảnh hưởng đến một số nhân tố hạn chế sinh trưởng:

+. Nước: Cây bị mặn có khả năng điều chỉnh thẩm thấu tức là giảm thế thẩm thấu hoặc tăng áp suất thẩm thấu của dịch tế bào. Do vậy cây có khả năng hấp thu nước ở vùng rễ bị mặn. Sự giảm sinh trưởng của cây bị mặn không phải do thiếu nước mà do thế thẩm thấu của dịch bào thấp ...

+. Cytokinin: Cytokinin là một chất kích thích sinh trưởng được tổng hợp ở rễ, sau đó vận chuyển theo xylem lên các bộ phận trên mặt đất. Mặn sẽ ức chế tổng hợp cytokinin ở rễ do đó cây thiếu Cytokinin và làm chậm sinh trưởng. Tuy nhiên nhiều thí nghiệm bỗ sung cytokinin khi cây bị mặn đã không mang lại hiệu quả tăng sinh trưởng. Mặn không làm thay đổi sự cân bằng của các phytohormon trong cây.

+. Phosphat và phosphory hoá: Mặn đã ảnh hưởng lên nồng độ và sử dụng octophosphat trong cây. Mặn đã gây hại cho các cơ chế kiểm tra sử dụng Pi của tế bào, qua đó mà ảnh hưởng đến phosphoryl hoá và ảnh hưởng đến hàm lượng và sự sử dụng ATP trong tế bào. Ngoài ra, các chất trao đổi dạng este phosphoric cũng bị giảm ở cây bị mặn, trong khi đó đường được tích luỹ nhiều trong lá.

- Mặn ảnh hưởng lên sự vận chuyển vật chất trong cây

+ Sự vận chuyển phloem: Sự tích luỹ các sản phẩm quang hợp trong lá khi bị mặn, nói lên sự vận chuyển trong libe bị kìm hãm. Theo cơ chế dòng áp lực của Munch thì nồng độ chất tan (nguồn vào của tế bào ống mạch rây) phải cao để kéo nước từ các tế bào xung quanh. Nhưng mặn đã làm giảm thế thẩm thấu của tất cả các tế bào, nên cần một lực nào đấy để làm tăng nồng độ chất tan ở mạch rây lên quá mức bình thường mới duy trì sự vận chuyển phloem. Người ta chưa rõ các cây chịu mặn làm thế nào để đạt được điều đó.

- Sự vận chuyển membran:

Nồng độ gây độc của muối phá huỷ tính thấm của membran. Điều đó dẫn đến cây bị mặn mất khả năng kiểm tra nồng độ Pi nội tế bào cũng như các chất trao đổi khác, kìm hãm sự vận chuyển tích cực của các chất đi qua membran của tế bào rễ cây cũng như các tế bào khác.

- Mặn ảnh hưởng lên trao đổi chất:

Mặn đã làm rối loạn trao đổi chất, đặc biệt là trao đổi protein. Mặn có thể làm chuyển hướng từ trao đổi CO2 của acid hữu cơ sang tổng hợp acid amine nên cây bị mặn có khuynh hướng tích luỹ acid amine và cả amit nữa ... Điều thú vị là sự biến đổi carbon từ acid hữu cơ sang acid amine là con đường trao đổi chất thông thường của tảo biển. Cũng có thể các acid amine này có vai trò nào đó trong việc điều chỉnh thẩm thấu. Người ta phát hiện ra rằng NaCl và Na2SO4 có tác dụng gây rối loạn trao đổi glucid ở đỉnh rễ theo hướng giảmglucose hấp thụ, giảm sự đường phân và giảm hô hấp, dẫn đến giảm sinh trưởng của rễ.

Vận dụng các hiểu biết về tính chịu mặn của cây trồng trong sản xuất.

Hai khuynh hướng để tăng sản lượng của cây trồng trên đất mặn là cải tạo đất mặn và thay đổi tính di truyền của cây để chịu mặn tốt hơn.

Do các triệu chứng điển hình về tác hại của mặn không đặc hiệu, nên việc nghiên cứu các cơ chế sinh lý, sinh hoá của tính chịu mặn của cây trồng sẽ cung cấp cho các nhà di truyền chọn giống những tiêu chuẩn chọn lọc đặc hiệu.

Biện pháp thanh lọc các giống chống chịu mặn được dựa trên một số chỉ tiêu đặc trưng. Udobenko (1978) đã đề xuất biện pháp thanh lọc giống chịu mặn bằng việc đánh giá khả năng hút trương của hạt. Viện lúa IRRI đề nghị phương pháp đếm số lá chết sau một tháng cấy mạ trong đất mặn hoá với nồng độ muối 0,4% và độ dẫn điện là 8 - 10 mmho/cm. Dựa vào sự sai khác về tỷ lệ lá chết ở các giống mà đánh giá tính chống chịu mặn của chúng Konzak (1976) cho hạt nãy mần và cho sinh trưởng trong dung dịch muối rồi đo sự giảm chiều dài của rễ và chiều cao của cây so với đối chứng để đánh giá khả năng chịu mặn của các giống. Theo Yoshida thì có thể dựa vào khả năng điều chỉnh thẩm thấu của tế bào trong điều kiện mặn để đánh giá khả năng chống chịu mặn của chúng.

Việc khai thác các biến dị có lợi trong tự nhiên kết hợp với phương pháp thanh lọc đúng đắn mà con người đã tạo được nhiều giống cây trồng chịu mặn trong sản xuất.

Việc cải tạo đất mặn là công việc thường làm đối với các vùng đất mặn. Chẳng hặn người ta dung biện pháp thau chua rữa mặn để làm giảm nồng độ muối trong đất, tăng thế nước trong đất để cây có thể hấp thu nước và dinh dưỡng. Biện pháp đào kênh để hạ mức nước mặn xuống, ép phèn mặn cũng là biện pháp được sử dụng rộng rãi ở các vùng đất mặn như ở Đồng bằng sông Cửu Long. Đất mặn phèn thường có pH rất thấp, khi được bón vôi, dinh dưỡng rễ được cải thiện rõ rệt. Các nghiên cứu của bộ môn Sinh lý thực vật, trường Đại học Nông nghiệp I cho thấy rằng trên nên đất mặn có cải tạo bằng bón phospho và vôi đã làm tăng năng suất lúa lên 18 - 25% so với đối chứng không cải tạo.