BIẾN ĐỔi sinh lý, HÓa sinh của cây gừng bảN ĐỊa bắc kạN (Gingiber sp.) In vtro trong thời kì ra ngôI
tải về 198.89 Kb.
|
- Điều hướng trang này:
- I. ĐẶT VẤN ĐỀ
- II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu nghiên cứu
- 2. Phương pháp nghiên cứu
- III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1. Hàm lượng nước tự do, nước liên kết và hàm lượng chất khô
- 2. Hàm lượng sắc tố quang hợp
- 2. Huỳnh quang diệp lục
| BIẾN ĐỔI SINH LÝ, HÓA SINH CỦA CÂY GỪNG BẢN ĐỊA BẮC KẠN (Gingiber sp.) IN VTRO TRONG THỜI KÌ RA NGÔI EX VITRO
Vũ Xuân Dương1*, Cao Phi Bằng1* 1Trường Đại học Hùng Vương * Hai tác giả có đóng góp như nhau trong việc hoàn thành bài báo này Coressponding author: phibang.cao@hvu.edu.vn TÓM TẮT Trong thời kì ra ngôi ex vitro, thực vật có nguồn gốc in vitro có nhiều thay đổi sinh lý, hóa sinh quan trọng giúp chúng thích nghi với sự sống sót của cây non. Bài báo này giới thiệu những kết quả nghiên cứu về một số biến đổi sinh lý, hóa sinh của cây gừng bản địa Bắc Kạn in vitro trong thời kì ra ngôi. Hàm lượng nước tổng số trong mô thân, lá của cây gừng giảm dần trong khi hàm lượng chất khô tăng lên. Hàm lượng nước liên kết trong lá cây ex vitro cao hơn so với trong lá cây in vitro. Hàm lượng các sắc tố quang hợp (diệp lục a, diệp lục b, diệp lục tổng số và các carotenoid) tăng lên khi cây gừng in vitro được cho làm quen với ánh sáng tự nhiên, suy giảm trong tuần đầu tiên được chuyển ra khỏi môi trường dinh dưỡng nhân tạo nhưng tăng dần vào cuối thời kì ra ngôi. Chỉ số Fv/Fm liên quan tới hiệu suất quang hóa của quang hệ II của lá cây gừng in vitro tăng lên ở cuối thời kì ra ngôi. Hoạt độ catalase trong cây gừng ex vitro cao hơn so với trong cây gừng in vitro. Từ khóa: Gừng bản địa Bắc Kạn (Gingiber sp.), hoạt độ catalase, huỳnh quang diệp lục, ra ngôi ex vitro, sắc tố quang hợp. I. ĐẶT VẤN ĐỀ Cây Gừng (Zingiber sp.) là cây thân thảo, thường niên, được sử dụng làm gia vị và dùng làm thuốc. Cây gừng bản địa ở tỉnh Bắc Kạn có giá trị dinh dưỡng cao, thích nghi tốt và là giống bản địa mang tính chất đặc sản của vùng có thể phát triển mở rộng sản xuất. Do đó, loài cây này được xếp vào nhóm giống cây thực phẩm quý hiếm cần được bảo tồn. Việc nhân giống loài gừng này bằng công nghệ in vitro được thực hiện góp phần giải quyết nguồn cây giống phục vụ sản xuất cũng như bảo tồn loài/giống gừng quý này [8]. Giai đoạn ra ngôi (huấn ra ngôi con để chuyển từ giai đoạn ống nghiệm ra môi trường tự nhiên) đóng vai trò rất quan trọng đối với công nghệ nhân giống in vitro. Trong thời kì ra ngôi ex vitro, cây con phải thích nghi rất nhanh với sự chuyển từ môi trường sống nhân tạo, với môi trường giàu đường, phytohormone và có độ ẩm cao, đến tự nhiên trong một thời gian ngắn. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra cây in vitro đã có nhiều biến đổi về sinh lý, hóa sinh quan trọng để có thể thích nghi với môi trường mới [10; 11; 15; 16; 17]. Pospíšilová et al. đã báo cáo rằng cây thuốc lá in vitro có hàm lượng diệp lục a+b tăng từ 0,9-1,1 g/kg mẫu tươi lên 1,5-1,7 g/kg mẫu tươi và hiệu suất quang hóa (Fv/Fm) cũng tăng lên ở cây ex vitro so với cây in vitro [16]. Trong báo cáo khác, động thái hàm lượng diệp lục trong lá thuốc lá biến đổi khác nhau nhưng đều có xu hướng tăng cao ở cuối giai đoạn ra ngôi khi so với ở điều kiện in vitro, phụ thuộc vào hàm lượng đường trong môi trường nuôi cấy cũng như chế độ chiếu sáng ở giai đoạn trước ra ngôi ex vitro [7]. Jeon et al. (2006) cho thấy hàm lượng diệp lục trong lá cây Doritaenopsis hầu như không biến đổi trong quá trình ra ngôi [10]. Tương tự, hàm lượng diệp lục và carotenoid trong lá cây Cardiospermum halicacabum giảm xuống trong những ngày đầu và tăng lên ở cuối thời kì ra ngôi [9]. Sự biến động hàm lượng sắc tố quang hợp ở cây in vitro trong quá trình ra ngôi thường phụ thuộc vào chế độ chiếu sáng cũng như hàm lượng đường có trong môi trường nuôi cấy in vitro [15]. Sự biến đổi hoạt độ các enzyme chống oxi hóa cũng được quan tâm nghiên cứu trong quá trình ra ngôi ex vitro như các peroxidase, superoxide dismutase, catalase… Các enzyme này có vai trò bảo vệ tế bào thực vật chống lại các stress bất lợi của môi trường [19], liên quan đến con đường loại bỏ các gốc oxi hóa tự do cũng như H2O2 trong mô thực vật. Hoạt độ enzyme superoxide dismutase tăng mạnh sau bảy ngày ra ngôi, nhưng giảm dần ở cuối quá trình ra ngôi ex vitro cây Tam phỏng (Cardiospermum halicacabum). Hoạt độ hai enzyme catalase và ascorbate peroxidase tăng dần trong suốt quá trình ra ngôi ex vitro [9]. Ở cây Cúc đồng tiền (Gerbera jamesonii H. Bolus ex Hook), hoạt độ của cả bốn enzyme superoxide dismutase, ascorbate peroxidase, catalase và superoxide dismutase trong mô lá của cây đều giảm ở cây đã ra ngôi ex vitro so với cây in vitro [2]. Ngược lại, hoạt độ của cả bốn enzyme trên đều tăng ở cây Đầu đài Ấn Độ (Tylophora indica) trong thời kì ra ngôi ex vitro so với cây in vitro [6]. Như vậy, sự biến đổi các đặc điểm sinh lý, hóa sinh tương đối phức tạp và có ý nghĩa thích nghi lớn trong quá trình ra ngôi ex vitro. Tuy nhiên, những đặc điểm này còn chưa được nghiên cứu ở cây gừng bản địa Bắc Kạn (Zingiber sp.). Nghiên cứu này hướng tới mục tiêu phân tích các đặc điểm sinh lý, hóa sinh như hàm lượng nước, khả năng tích lũy chất khô, hệ sắc tố quang hợp và hoạt độ catalase của cây gừng có nguồn gốc in vitro trong thời kì ra ngôi. Những kết quả nghiên cứu có thể có ý nghĩa lớn, cung cấp các thông tin khoa học bồ ích, góp phần xây dựng các biện pháp kĩ thuật để ra ngôi một cách có hiệu quả loại cây này. II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Vật liệu nghiên cứu Cây gừng bản địa Bắc Kạn in vitro có nguồn gốc từ Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam được nuôi cấy trên môi trường MS (Murashige và Skoog) có bổ sung 30 g/l đường sucrose, 1 g/l than hoạt tính, 6 g/l agar (Qualigens, Mumbai, India). Sau 8 tuần nuôi cấy trên môi trường tạo rễ, cây có 2-3 lá được sử dụng cho quá trình ra ngôi ex vitro. Bình chứa cây được cho tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên 7 ngày, sau đó agar được loại bỏ nhẹ nhàng và cây đã loại bỏ agar được trồng trong cát, đặt trong nhà lưới tại Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Sinh học, Trường Đại học Hùng Vương với điều kiện ánh sáng và độ ẩm tự nhiên, phun sương 3 lần/tuần. Các mẫu lá được thu vào các thời điểm ngày đầu tiên (T0), ngày thứ 7 sau khi cho tiếp xúc ánh sáng tự nhiên (T7), ngày thứ 14 chuyển ra cát được 7 ngày (T14), ngày thứ 21 (T21), 28 (T28) và 56 (T56) tính từ thời điểm T0, cây được giữ trong giá thể cát. 2. Phương pháp nghiên cứu Huỳnh quang diệp lục được đo trực tiếp từ lá của ít nhất năm cây. Lá của ít nhất ba cây được thu để thực hiện các phân tích hóa sinh. Diệp lục và carotenoid được tách bằng dung dịch axeton 80% (Westen, 1984), quang phổ hấp phụ của dịch chiết được đo ở các bước sóng 663,2 nm, 646,8 nm và 470 nm bằng máy quang phổ hấp phụ UV-VIS GENESYS 10uv (Thermo Electron Corporation, Mỹ) theo phương pháp được mô tả bởi Nguyễn Văn Mã et al [14] để xác định hàm lượng trong mô lá. Huỳnh quang diệp lục được đo bằng máy OS30p+ (OPTI-SCIENES, Mỹ). Hoạt tính enzyme catalase được xác định bằng phương pháp chuẩn độ được mô tả bởi Nguyễn Văn Mã et al. [14].
Trong quá trình ra ngôi ex vitro, cây in vitro phải thích nghi rất nhanh với các điều kiện mới của môi trường ngoại cảnh. Một trong những điều kiện sống thay đổi rõ nét nhất là độ ẩm không khí, thường ở mức gần bão hòa hoặc bão hòa trong môi trường in vitro và giảm xuống khoảng 70-80% ở không khí bên ngoài. Trong một số nghiên cứu trước đây đã chỉ ra có sự giảm hàm lượng nước trong mô cây táo ex vitro so với cây in vitro [4]. Kết quả phân tích hàm lượng nước tương đối trong mô cây gừng bản địa Bắc Kạn trong quá trình ra ngôi được thể hiện trong bảng 1. Bảng 1. Hàm lượng nước và hàm lượng chất khô trong mô thân, lá cây gừng bản địa Bắc Kạn thời kì ra ngôi ex vitro. Thanh sai số thể hiện giá trị độ lệch chuẩn. Các thanh sai số được đánh dấu cùng chữ cái không khác nhau có ý nghĩa thống kê (p=0.05) khi kiểm định với phép kiểm tra Duncan.
Hàm lượng nước trong mô thân và lá của cây gừng bản địa Bắc Kạn in vitro tương đối cao, lần lượt đạt mức 95,22% và 92,43% sinh khối tươi ở hai loại mô này. Hàm lượng nước trong các mô thân và lá có xu hướng giảm xuống ở cây non trong quá trình ra ngôi. So với thời điểm T0, hàm lượng nước trong mô thân đã giảm ngay ở thời điểm T7, trong khi hàm lượng nước trong mô lá giảm từ thời điểm T14. Sự giảm hàm lượng nước thể hiện rõ nhất ở cuối thời kì ra ngôi. Thực vậy, hàm lượng nước trong mô thân và mô lá của cây non ex vitro T56 lần lượt chỉ bằng 91,28% và 82,13% sinh khối tươi. Tuy nhiên, sự suy giảm hàm lượng nước trong thân và lá cây in vitro diễn ra rất chậm ở những tuần ra ngôi đầu tiên. Hiện tượng này khẳng định kết quả nghiên cứu về hàm lượng nước trong cây táo in vitro trong quá trình ra ngôi [4]. Động thái biến đổi hàm lượng chất khô trong thân và lá của cây gừng in vitro ngược với biến đổi hàm lượng nước. Cây gừng ex vitro (T56) có hàm lượng chất khô cao nhất, đạt mức 8,72% ở thân và 18,97% ở lá. Trong khi đó, các giá trị tương ứng ở cây in vitro trước giai đoạn ra ngôi (T0) chỉ bằng 4,78% và 7,57%. Sự tăng hàm lượng chất khô ở cây gừng bản địa ex vitro trong quá trình ra cây có thể do hai nguyên nhân. Thứ nhất, do cây gừng in vitro sống trong bình nuôi cấy có độ ẩm không khí rất cao, khi chuyển ra ngoài môi trường tự nhiên, độ ẩm không khí giảm, cây mất nước nên giảm tỉ lệ nước trong mô cây, đồng nghĩa hàm lượng chất khô tăng. Thứ hai, có thể do cây ex vitro có hoạt động quang hợp mạnh hơn nên tích lũy được nhiều chất khô. Hiệu suất quang hợp mạnh hơn ở cây ex vitro so với ở cây in vitro đã được quan sát ở một số thực vật có nguồn gốc in vitro khác như cọ dầu [18], khoai tây [17]. Trong các tế bào, nước tồn tại ở dạng tự do hoặc liên kết. Tỉ lệ nước tự do trong lá của cây in vitro (T0) giảm nhanh chóng khi cây được cho tiếp xúc với ánh sáng hoặc tiếp xúc với môi trường không khí tự nhiên. Trong những thời kì đầu của quá trình ra ngôi, cây gừng mất nước nhanh do cường độ thoát hơi nước lớn trong khi rễ còn chưa lấy đủ nước, biểu hiện ở hình thái bằng hiện tượng nhiều lá bị xoăn loại. Do đó, hàm lượng nước tự do suy giảm nhanh chóng. Tuy nhiên, tỉ lệ nước tự do lại tăng lên trong mô lá của cây gừng khi ở những thời kì cuối của quá trình ra ngôi. Có thể, tại thời điểm này, cây gừng đã thích nghi với môi trường ex vitro, bộ rễ đã có thể cung cấp đủ nhu cầu nước cho các hoạt động sống và bù đắp đủ nước mất đi do thoát hơi nước. 2. Hàm lượng sắc tố quang hợp 
Hình 1. Hàm lượng sắc tố quang hợp trong mô lá cây gừng bản địa Bắc Kạn thời kì ra ngôi ex vitro. Thanh sai số thể hiện giá trị độ lệch chuẩn. Các thanh sai số được đánh dấu cùng chữ cái không khác nhau có ý nghĩa thống kê (p=0.05) khi kiểm định với phép kiểm tra Duncan. Các phân tử sắc tố quang hợp tập hợp thành các phức hệ quang hợp đính trên màng thylakoid. Hệ sắc tố quang hợp chủ yếu gồm các phân tử diệp lục a (Chla), diệp lục b (Chlb) và các carotenoid (Car). Hàm lượng và thành phần hệ sắc tố quang hợp dễ chịu tác động của các yếu tố môi trường và là một chỉ tiêu quan trọng trong nghiên cứu sinh lý sinh thái thực vật [5]. Hàm lượng các sắc tố quang hợp trong mô lá cây gừng bản địa biến đổi nhiều trong quá trình ra ngôi ex vitro (hình 1). Động thái hàm lượng diệp lục cũng như carotenoid trong mô lá cây gừng bản địa in vitro biến đổi theo chiều hướng tăng lên ở T7, khi cây được tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên 7 ngày. Hàm lượng các sắc tố giảm xuống bằng với ở lá cây in vitro khi cây được đặt trong cát 7 ngày (T14). Sau đó, hàm lượng các sắc tố này tăng dần và đạt mức cao nhất ở thời điểm T56. Như vậy, khi cho cây gừng bản địa Bắc Kạn tiếp xúc với ánh sáng tự nhiên, hàm lượng các sắc tố quang hợp có xu hướng tăng lên so với cây được đặt trong phòng nuôi cây in vitro. Sau khi trồng cây trong cát, trong tuần đầu tiên (T7), cây mất nước mạnh nên có biểu hiện xoăn lá. Sự mất nước này có thể là nguyên nhân gây nên sự suy giảm nhẹ sắc tố quang hợp so với thời điểm T7. Trong những tuần cuối của quá trình ra ngôi, cây gừng có nguồn gốc in vitro dần thích nghi với các điều kiện môi trường ex vitro, các sắc tố quang hợp được tổng hợp nhiều hơn so với bị phân giải và được tích lũy với hàm lượng cao hơn ở trong lá cây. Những kết quả nghiên cứu này có cùng chiều hướng nhiều nghiên cứu của các tác giả khác như Donnelly và Vidaver (1984) [3], Rival et al., (1997) [18] Pospíšilová et al., (1998, 2007) [15; 16], Kadleček et al., (2001) [11], Jahan và Anis (2014) [9]. Đặc biệt, hiện tượng suy giảm hàm lượng sắc tố quang hợp khi cây mới đưa ra khỏi môi trường nhân tạo và dần tăng lên khi cây đã thích nghi với điều kiện tự nhiên ở cây gừng bản địa Bắc Kạn giống như đã gặp ở cây Tam phỏng [9], cây Húng quế (Ocimum basilicum L.) [20]. 2. Huỳnh quang diệp lục 
Каталог: app -> webroot -> files -> hoithao hoithao -> Kandelia obovata Sheue, Liu & Yong hoithao -> Đánh giá khả năng phòng trừ tuyến trùng (Meloidogyne spp.) của dịch chiết từ cây mầm súp lơ xanh hoithao -> KẾt quả ĐIỀu tra bưỚC ĐẦu về nguồn lợi cá VÙng ven biển huyện cẩm xuyêN, TỈnh hà TĨNH hoithao -> Chi trâm hoàng – kayea wall. (HỌ BỨA – clusiaceae lindl.) Ở việt nam hoithao -> Nguyễn Đăng Hội1, Kuznetsov A. N. 1, Kuznetsova S. P. 1, Lê Thị Nguyệt2 hoithao -> Vũ Văn Liên Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam, vast hoithao -> Xác đỊnh và thiẾt kẾ khung biẾn nẠp nhẰm loẠi bỎ gen translin Ở nẤm Mucor circinelloides hoithao -> Nghiên cứU Ảnh hưỞng của chế phẩm VI sinh và phân hữu cơ VI sinh đẾn một số chỉ tiêu sinh lí – HÓa sinh và SỰ TÍch lũy kim loại chì (Pb) CỦa câY ĐẬu bắP hoithao -> PHÂn tích tính đa dạng và thành lập bảN ĐỒ thảm thực vật khu vực trạM Đa dạng sinh học mê linh, VĨnh phúC hoithao -> Genus pycnarrhena miers ex Hook f. & Thomson, tải về 198.89 Kb. Chia sẻ với bạn bè của bạn:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||