CÂY LẠC PHẢN ỨNG VÀ PHỤC HỒI NHƯ THẾ NÀO SAU HẠN HÁN?

Hạn hán là một trong những yếu tố môi trường hạn chế mạnh nhất đến sinh trưởng và năng suất cây trồng. Nghiên cứu của Furlan và cộng sự (Đại học Quốc gia Río Cuarto, Argentina) đã làm rõ cách cây lạc cộng sinh với vi khuẩn nốt sần Bradyrhizobium để phản ứng khi bị hạn nặng và khả năng phục hồi sau khi được tưới trở lại.

Thí nghiệm được nhóm nghiên cứu thực hiện trong buồng sinh trưởng có kiểm soát, trồng trên cát vô trùng. Cây lạc giống Granoleico được nhiễm chủng Bradyrhizobium sp. SEMIA6144 sau gieo 7 ngày. Đến giai đoạn ra hoa (30 ngày sau gieo), cây được chia thành ba nhóm: nhóm 1 đối chứng tưới đủ nước; nhóm 2 bị gây hạn bằng cách ngừng tưới cho đến khi cây héo; và nhóm 3 được tưới phục hồi sau khi bị hạn. Các chỉ tiêu theo dõi gồm tình trạng nước của cây, sinh khối thân lá, rễ, nốt sần, hàm lượng đạm, cùng nhóm chỉ tiêu sinh hóa: diệp lục, đường, hormone ABA, H₂O₂, MDA (tổn thương lipid màng) và nhóm carbonyl (tổn thương protein).

Hình 1. Một ruộng lạc của nông dân ở tỉnh Đồng Nai

Sau khoảng 14 ngày ngừng tưới, cây héo rõ, hàm lượng nước tương đối và khả năng thẩm thấu của lá giảm mạnh; nhưng chỉ sau ba ngày tưới trở lại, hai chỉ tiêu này đã trở về ngang mức đối chứng. Về sinh khối, hạn làm giảm khoảng một phần ba khối lượng khô thân lá (từ 807 xuống 530 mg) nhưng lại làm tăng mạnh khối lượng khô rễ (từ 75 lên 122 mg), khiến tỷ lệ rễ/thân lá tăng gấp đôi (0,090 lên 0,183). Đây là chiến lược thích nghi điển hình: cây ưu tiên đầu tư cho bộ rễ để mở rộng diện tích thăm dò đất, tăng khả năng hút nước.

Hạn hán làm giảm rõ rệt cả số lượng nốt sần (42 xuống 29 nốt/cây) lẫn khối lượng nốt sần, kéo theo hàm lượng đạm trong thân lá giảm hơn một nửa (23,5 xuống 10,1 mg/cây). Điểm đáng chú ý nhất là trong khi các chỉ tiêu về nước và sinh hóa phục hồi rất nhanh, thì nốt sần và hàm lượng đạm gần như không cải thiện sau ba ngày tưới lại, cho thấy tổn thất đối với hệ cố định đạm sinh học phục hồi chậm hơn nhiều so với tổn thất về trạng thái nước.

Hàm lượng diệp lục hầu như không thay đổi ở cả ba nhóm, cho thấy bộ máy quang hợp vẫn được duy trì. Đường tan tăng lên ở cả lá và nốt sần (riêng nốt sần tăng khoảng 30%), góp phần duy trì sức trương tế bào và tham gia dọn gốc tự do. Hormone ABA (hormone stress chủ đạo) tăng khoảng ba lần ở lá và tăng đáng kể ở rễ khi cây bị hạn, sau đó trở về mức bình thường khi được tưới lại. ABA chính là tín hiệu giúp cây đóng khí khổng, duy trì sinh trưởng rễ và thúc đẩy tích lũy đường.

Hình 2. Trạng thái nước trong lá cây lạc chịu stress hạn

(Hàm lượng nước tương đối (a) và thế thẩm thấu (b). Các giá trị là giá trị trung bình ± SE (n = 10). Dấu * biểu thị sự khác biệt có ý nghĩa ở mức P < 0,05 theo kiểm định LSD của Fisher.)

Hạn làm tăng H₂O₂ ở cả lá và nốt sần, kèm theo tăng MDA. Tổn thương protein chỉ ghi nhận ở lá, còn nốt sần không bị ảnh hưởng đáng kể. Toàn bộ các chỉ thị tổn thương oxy hóa này đều trở về mức đối chứng sau ba ngày tưới phục hồi, cho thấy tổ hợp cộng sinh lạc và Bradyrhizobium có khả năng đảo ngược nhanh tình trạng stress oxy hóa khi điều kiện nước được cải thiện.

Nhóm tác giả kết luận hạn nặng làm giảm sinh trưởng thân lá, giảm nốt sần và hàm lượng đạm, đồng thời gây tổn thương oxy hóa ở lá và nốt sần. Tuy vậy, cây đã chủ động huy động các cơ chế né tránh stress thông qua tăng tích lũy đường, tăng ABA và tăng đầu tư cho bộ rễ. Hầu hết các chỉ tiêu sinh lý, sinh hóa đều phục hồi hoàn toàn chỉ sau một thời gian ngắn tưới trở lại, riêng khả năng cố định đạm sinh học hồi phục chậm hơn nhiều. Các tác giả cho rằng cần tiếp tục nghiên cứu để làm rõ mối quan hệ nhân quả giữa ABA và sự hình thành các gốc oxy hoạt động, cũng như vai trò của hệ thống chống oxy hóa ở cây họ đậu sau khi được tưới phục hồi.

 Th.S Nguyễn Ngọc Hùng - dịch và biên soạn

Nguồn: Furlan, A., Llanes, A., Luna, V., & Castro, S. (2012). Physiological and Biochemical Responses to Drought Stress and Subsequent Rehydration in the Symbiotic Association Peanut-Bradyrhizobium sp. ISRN Agronomy, Volume 2012, Article ID 318083

DOI: 10.5402/2012/318083