Ảnh hưởng của stress hạn trong sự phát triển và tích lũy lipid của hột ở cây đậu phộng (Arachis hypogaea L.) - NCS. Trần Thanh Thắng

Tên luận án: Ảnh hưởng của stress hạn trong sự phát triển và tích lũy lipid của hột ở cây đậu phộng (Arachis hypogaea L.)
Ngành: Sinh lý học thực vật
Mã số ngành: 9420112
Họ tên nghiên cứu sinh: Trần Thanh Thắng
Khóa đào tạo: K31 – Khóa tuyển năm 2021
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Trang Việt và PGS.TS Trần Thanh Hương
Cơ sở đào tạo: Trường Đại học Khoa học tự nhiên - ĐHQG.HCM
1. Tóm tắt nội dung luận án:
Đậu phộng là nguồn nguyên liệu chủ yếu cho ngành công nghiệp chế biến dầu, chiếm 50% tổng sản lượng hột có dầu. Tuy nhiên, hơn 70% diện tích trồng đậu phộng hiện nay trên thế giới thuộc vùng khô hạn và bán khô hạn, làm giảm năng suất đậu phộng, ước tính gây thiệt hại hơn 520 triệu USD mỗi năm. Đề tài được thực hiện với mục đích tìm hiểu ảnh hưởng của stress hạn lên sự phát triển của cây đậu phộng và sự tích lũy lipid trong hột, đồng thời, áp dụng phương pháp mồi hột nhằm cải thiện khả năng phát triển của cây và tích lũy lipid của hột ở cây đậu phộng trong điều kiện hạn.
Chu kỳ sống của cây đậu phộng trong điều kiện bình thường (độ ẩm đất 75% liên tục) kéo dài khoảng 100 ngày. Giai đoạn đầu là hấp thu nước và nảy mầm (khoảng 32 giờ). Sau đó là giai đoạn tăng trưởng và trưởng thành kéo dài 66 ngày bắt đầu từ khi cây xuất hiện lá thật. Quá trình tượng hoa diễn ra trong 5 ngày, từ ngày 25 đến ngày 30 (quan sát hoa đầu tiên xuất hiện trên cây), và quá trình tăng trưởng trái và hột diễn ra từ ngày 40 đến ngày thu hoạch, với hàm lượng lipid của hột tăng mạnh từ ngày 80. Trong điều kiện hạn (độ ẩm đất 60% liên tục), cây đậu phộng giảm tăng trưởng và năng suất tương ứng với các sự kiện: giảm khả năng trao đổi cation ở rễ, hàm lượng chlorophyll và cường độ quang hợp nhưng tăng hàm lượng sáp, carotenoid, proline, acid ascorbic, tocopherol, hoạt độ enzyme chống oxid hóa, H2O2, peroxid hóa lipid màng và tỉ lệ rò rỉ chất điện giải ở lá; đặc biệt là giảm hoạt tính auxin và gibberellin, nhưng tăng hoạt tính ABA; ra hoa trễ, số lượng hoa giảm, hàm lượng tinh bột giảm nhưng hàm lượng lipid, protein và đường trong hột tăng.
Xử lý hạn gián đoạn (độ ẩm đất 60%) từ ngày 80 đến thu hoạch làm tăng hiệu quả sử dụng nước, trọng lượng trái, hột và hàm lượng lipid trong hột so với đối chứng (độ ẩm đất 75% liên tục). Mồi hột với sodium nitroprusside (SNP) 20 mg/L cải thiện sự nảy mầm và phát triển cây: tăng hàm lượng chlorophyll và enzyme chống oxid hóa; hàm lượng lipid không thay đổi, nhưng tỷ lệ acid béo bão hòa và acid béo chuỗi vừa tăng. Phun IAA 50 mg/L kết hợp với GA3 150 mg/L vào ngày 25 (trước khi ra hoa) làm tăng số hoa, trái, hột, trọng lượng hột và hàm lượng lipid. Tại ruộng thực nghiệm, áp dụng mồi hột với SNP 20 mg/L và phun IAA 50 mg/L kết hợp với GA3 150 mg/L tăng cường khả năng chịu hạn và năng suất hột trong điều kiện stress hạn.
2. Những kết quả mới của luận án:
(1) Phân tích tác hại của stress hạn làm giảm tăng trưởng và năng suất thu hoạch và đáp ứng của cây đậu phộng tương ứng với các sự kiện: giảm trao đổi ion, nước và khí; giảm quang hợp và hô hấp; chậm sự ra hoa và kéo dài tia; tăng hàm lượng lipid trong hột; tăng hoạt động của các ROS, chất chống oxid hóa và enzyme chống oxid hóa; và giảm biểu hiện gene AhYUCCA2, AhGA20ox và tăng biểu hiện gene AhNCED1.
(2) Xử lý hạn gián đoạn (độ ẩm đất 60%) từ ngày 80 đến khi thu hoạch giúp tăng hiệu quả sử dụng nước, tăng trọng lượng trái và hột, và tăng hàm lượng lipid trong hột so với đối chứng (độ ẩm đất 75% liên tục).
(3) Mồi hột với SNP 20 mg/L cải thiện sự nảy mầm và phát triển cây đậu phộng trong điều kiện hạn, tương ứng với các thay đổi (so với không mồi hột trong điều kiện stress hạn): tăng trao đổi cation ở rễ, giảm tỉ lệ rò rỉ chất điện giải ở lá; tăng quang hợp và hô hấp; không làm thay đổi hàm lượng lipid nhưng làm tăng tỉ lệ các acid béo bão hòa và làm xuất hiện các acid béo chuỗi vừa so với stress hạn; tăng hoạt động chất chống oxid hóa và enzyme chống oxid hóa; tăng biểu hiện AhYUCCA2 và AhGA20ox nhưng giảm biểu hiện AhNCED1, do đó làm tăng hoạt tính auxin và gibberellin nhưng giảm hoạt tính ABA.
(4) Phun IAA 50 mg/L kết hợp với GA3 150 mg/L trên lá vào ngày 25 (trước khi cây ra hoa) giúp tăng số hoa, số tia, số trái, số hột, trọng lượng hột và hàm lượng lipid của hột trong điều kiện hạn so với stress hạn.
(5) Tại ruộng thực nghiệm, phối hợp mồi hột với SNP 20 mg/L và phun IAA 50 mg/L kết hợp với GA3 150 mg/L trên lá vào ngày 25 (trước khi cây ra hoa) giúp cây tăng khả năng chịu hạn, năng suất hột và lượng lipid trong hột so với stress hạn.
3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn hay những vấn đề còn bỏ ngỏ cần tiếp tục nghiên cứu
Tiếp tục khảo sát cơ chế tác động của SNP trong sự mồi hột ở mức tế bào và phân tử, và áp dụng phương pháp xử lý hạn gián đoạn và mồi hột trong thực tiễn để làm tăng năng suất hột và hàm lượng lipid trong hột ở cây đậu phộng.