BIẾN ĐỔi sinh lý, HÓa sinh của cây gừng bảN ĐỊa bắc kạN (Gingiber sp.) In vtro trong thời kì ra ngôI

Phép đo huỳnh quang diệp lục là một kĩ thuật thông dụng trong sinh lý thực vật do huỳnh quang diệp lục phản ánh hoạt tính của quang hệ II [13]. Chỉ số hiệu suất quang hóa của quang hệ II (Fv/Fm) liên quan đến năng suất lượng tử quang hợp. Khi cây bị đặt trong các điều kiện bất lợi của môi trường như nhiệt độ thấp, nhiệt độ cao, hạn, mặn … Fv/Fm thường giảm thấp do quang hệ II bị tổn thương hoặc bị quang ức chế [12]. Để ước lượng sự biến động hiệu suất quang hóa của quang hệ II của cây gừng in vitro trong thời kì ra ngôi, chúng tôi đã khảo sát chỉ số Fv/Fm của mô lá trong thời kì này (hình 2).

Catalase là một trong số các enzyme chống oxi hóa.Enzyme này xúc tác phân giải trực tiếp H2O2 thành H2O và O2, giúp cây loại bỏ độc tố gây ra bởi H2O2, hợp chất vốn sinh ra thường xuyên trong quá trình quang hợp hoặc bởi các stress của môi trường [19]. Ở cây gừng bản địa, hoạt độ catalase biến đồi khác nhau.Ở thời điểm T7, hoạt dộ catalse trong mô lá không tăng lên khi so với thời điểm T0. Hoạt độ catalase tăng đột ngột ở thời điểm T14. Có thể đây là thời điểm cây thiếu nhiều nước nên, tồn tại một stress thẩm thấu ở cây gừng đá. Sau đó, hoạt độ catalase giảm nhẹ ở thời điểm T21 nhưng dần tăng lên đến thời điểm T56. Tuy nhiên, sự sai khác về hoạt độ catalase trong mô cây gừng ex vitro không có ý nghĩa ở p = 0,05. Các báo cáo trước đây cho thấy sự biến động hoạt độ catalase của cây Đầu đài Ấn Độ [6] hoặc cây Tam phỏng [9] giống với ở cây gừng bản địa Bắc Kạn trong thời kì đầu quá trình ra ngôi ex vitro. Tuy nhiên ở các loài cây này, hoạt độ catalase tăng lên rõ rệt qua các thời điểm của quá trình ra ngôi. Ngược lại, hoạt độ catalase của cây gừng khác hoàn toàn với cây Cúc đồng tiền, hoạt độ catalase của cây này liên tục giảm trong quá trình ra ngôi [2].

Trong nghiên cứu này, các đặc điểm sinh lý, hóa sinh của cây gừng bản địa Bắc Kạn có nguồn gốc in vitro trong thời kì ra ngôi ex vitro đã được phân tích. Hàm lượng nước tổng số trong mô thân và lá giảm rõ rệt ở cây ex vitro so với cây in vitro. Tỉ lệ nước tự do/nước liên kết cũng giảm. Đồng thời, khả năng tích lũy chất khô của cây gừng bản địa Bắc Kạn cũng cao hơn trong và sau thời kì ra ngôi. Hàm lượng sắc tố quang hợp trong mô lá tăng lên ở cây đã cho làm quen với ánh sáng tự nhiên, suy giảm khi cây mới được chuyển khỏi bình thủy tinh nuôi cây và tăng dần vào cuối thời kì ra ngôi. Hiệu suất quang hóa của quang hệ II tăng dần theo thời gian ra ngôi. So với ở cây in vitro, hoạt độ enzyme catalase trong cây gừng ex vitro cao hơn.

1. 
   Cassana F. F, Falqueto R. A., Braga B. E. J., Peters J. A., Bacarin A. M., 2010. Chlorophyll a fluorescence of sweet potato plants cultivated in vitro and during ex vitro acclimatization. Braz J Plant Physiol. doi:10.1590/s1677-04202010000300003
   
2. 
   Chakrabarty D., Datta S. K., 2008. Micropropagation of gerbera: lipid peroxidation and antioxidant enzyme activities during acclimatization process. Acta Physiol Plant, 30(3), 325-331.
   
3. 
   Donnelly D. J., Vidaver W. E., 1984. Pigment content and gas exchange of red raspberry in vitro and ex vitro. J Am Soc Hortic Sci, 109(2), 177-181.
   
4. 
   Díaz-Pérez J. C., Sutter E. G., Shackel K. A., 1995. Acclimatization and subsequent gas exchange, water relations, survival and growth of microcultured apple plantlets after transplanting them in soil. Physiol Plant, 95(2), 225-232.
   
5. 
   Esteban R., Barrutia O., Artetxe U., Fernandez-Marin B., Hernandez A., Garcia-Plazaola J. I., 2015. Internal and external factors affecting photosynthetic pigment composition in plants: a meta-analytical approach. New Phytol, 206(1), 268-280.
   
6. 
   Faisal M., Anis M., 2010. Effect of light irradiations on photosynthetic machinery and antioxidative enzymes during ex vitro acclimatization of Tylophora indica plantlets. Journal of Plant Interactions, 5(1), 21-27.
   
7. 
   Hofman P., Haisel D., Komenda J., Vágner M., Tichá I., Schäfer C., Čapková V., 2002. Impact of in vitro cultivation conditions on stress responses and on changes in thylakoid membrane proteins and pigments of tobacco during ex vitro acclimation. Biol Plant, 45(2), 189-195.
   
8. 
   Trịnh Thị Thanh Hương, Nguyễn Thị Liễu, Trần Thị Thúy, Đặng Trọng Lương, Đỗ Tuấn Khiêm. 2014. Nghiên cứu nhân nhanh cây gừng đá quí hiếm Bắc Kạn bằng kỹ thuật nuôi cấy in vitro. Tạp chí Nông nghiệp & Phát triển nông thôn, số 22, 33-40
   
9. 
   Jahan A. A., Anis M., 2014. Changes in antioxidative enzymatic responses during acclimatization of in vitro raised plantlets of Cardiospermum halicacabum L. against oxidative stress. J Plant Physiol Pathol 2, 4, 2.
   
10. 
    Jeon M. W., Ali M. B., Hahn E. J., Paek K. Y., 2006. Photosynthetic pigments, morphology and leaf gas exchange during ex vitro acclimatization of micropropagated CAM Doritaenopsis plantlets under relative humidity and air temperature. Environ Exper Bot, 55(1–2), 183-194.
    
11. 
    Kadleček P., Tichá I., Haisel D., Čapková V., Schäfer C., 2001. Importance of in vitro pretreatment for ex vitro acclimatization and growth. Plant Sci, 161(4), 695-701.
    
12. 
    Long S. P., Humphries S., Falkowski P. G., 1994. Photoinhibition of photosynthesis in nature. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol, 45(1), 633-662.
    
13. 
    Murchie E. H., Lawson T., 2013. Chlorophyll fluorescence analysis: a guide to good practice and understanding some new applications. J Exp Bot, 64(13), 3983-3998.
    
14. 
    Nguyễn Văn Mã, La Việt Hồng, Ông Xuân Phong, 2013. Phương pháp nghiên cứu Sinh lý học thực vật. Hà Nội: NXB Đại học Quốc gia Hà Nội.
    
15. 
    Pospíšilová J., Synková H., Haisel D., Semoradova S., 2007. Acclimation of plantlets to ex vitro conditions: Effects of air humidity, irradiance, CO₂ concentration and abscisic acid (a Review). Acta Hort, 748, 29.
    
16. 
    Pospíšilová J., Wilhelmová N. A., Synková H., Čatský J., Krebs D., Tichá I., Hanáckova B., Snopek, J., 1998. Acclimation of tobacco plantlets to ex vitro conditions as affected by application of abscisic acid. J Exp Bot, 49(322), 863-869.
    
17. 
    Pospóšilová J., Tichá I., Kadleček P., Haisel D., Plzáková Š., 1999. Acclimatization of micropropagated plants to ex vitro conditions. Biol Plant, 42(4), 481-497.
    
18. 
    Rival A., Beulé T., Lavergne D., Nato A., Havaux M., Puard M., 1997. Development of photosynthetic characteristics in oil palm during in vitro micropropagation. J Plant Physiol, 150(5), 520-527.
    
19. 
    Sairam R. K., Deshmukh P. S., Saxena D. C., 1998. Role of antioxidant systems in wheat genotypes tolerance to water stress. Biol Plant, 41(3), 387-394.
    
20. 
    Siddique I., Anis M., 2008. An improved plant regeneration system and ex vitro acclimatization of Ocimum basilicum L. Acta Physiol Plant, 30(4), 493-499.
    

In the ex vitro aclimatization period, micropropagated plantlets have many physiological and biochemical changes which were critical for plantlet survival. This work shows some physiological and biochemical changes of in vitro plantlets of Bac Kan local ginger in the ex vitro aclimatization period. Stem and leaf tissues have total water content in stem and leaf tissues decreased while their dry mass increased during ex vitro aclimatization period. The associated water content in ex vitro plantlet leaf tissues was higher in compared with in vitro plantlet. The concentration of photosynthetic pigment including chlorophyll a, chlorophyll b, total chlorophyll and carotenoids increased when micropropagated ginger plantlets were placed under natural light. Then their concentration dropped at initial 7^th day of transplantatio but afterwards showed an increasing trend at late stage of acclimatization period. The Fv/Fm values (indicating photochemical efficiency of PSII) significantly increased after transfer to ex vitro conditions. In addition, after transplantation, catalase activity in ginger stems and leaves was higher in comparison with those in plantlets grown in vitro.