Hiệu quả của chất kìm hãm hô hấp ánh sáng Na₂SO₃ đến quá trình quang hợp của cây cà chua

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Natural Sci., 2011, Vol. 56, No. 3, pp. 100-105 HIỆU QUẢ CỦA CHẤT KÌM HÃM HÔ HẤP ÁNH SÁNG Na2SO3 ĐẾN QUÁ TRÌNH QUANG HỢP CỦA CÂY CÀ CHUA (Lycopersicum esculentumMill) Nguyễn Duy Minh Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 1. Mở đầu Quá trình quang hợp ở thực vật tạo thành các chất hữu cơ quan trọng (gluxit, protein, lipit) sử dụng cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng. Các sản phảm hữu cơ đó dùng một phần cho quá trình hô hấp ty thể để tạo nên sản phẩm cuối cùng là ATP, H2O và thải CO2. Năng lượng ATP được sử dụng vào mọi hoạt động sống của tế bào và cơ thể thực vật. Hình 1. Sơ đồ quá trình hô hấp ánh sáng [1] 100 Hiệu quả của chất kìm hãm hô hấp ánh sáng Na2SO3... Ở thực vật C3 (đậu tương, khoai tây, cà chua, ớt,. . . ) trong trường hợp thiếu CO2 khi khí khổng đóng (do ánh sáng mạnh, nhiệt độ cao, hạn hán), quá trình quang hợp thường giảm sút, ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất trong cây. Trong điều kiện khắc nghiệt đó quá trình thoát hơi nước của thực vật thường giảm sút, axit abxixic xuất hiện làm giảm sức trương của tế bào khí khổng và khí khổng đóng lại. Quá trình hô hấp ánh sáng diễn ra làm cho enzim rubisco nghiêng về phía oxigenaza qui trình oxi hóa mạnh phân giải chất nhận CO2 không thực hiện theo hướng cacboxylaza. Quá trình hô hấp ánh sáng diễn ra ở thực vật C3 mạnh gấp 3 - 5 lần hô hấp ti thể, do đó sản phẩm quang hợp ở loại thực vật C3 này mất một phần dùng cho hô hấp ty thể nên giảm ATP lại mất một phần do hô hấp ánh sáng không tạo ATP. Đó là lí do năng suất thu hoạch ở thực vật C3 giảm sút vì hai loại hô hấp này. Ngăn chặn và kìm hãm hô hấp ánh sáng được xem là tác động giảm sự mất mát hàm lượng chất hữu cơ trong quang hợp. Natri sunfit Na2SO3 và các sản phẩm nitrit, monoxit cacbon nghèo oxi được dùng thu nhận oxi, làm giảm hoạt động enzim oxigenaza ngăn chặn quá trình hô hấp ánh sáng, góp phần thu hoạch được ổn định hơn [2-7]. 2. Nội dung nghiên cứu 2.1. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu Cà chua trồng trong chậu Mitcherlic có dung tích 5 lít với 4 lần lặp lại công thức thí nghiệm trong nhà kính. Natri sunfit dùng ở các nồng độ 20, 40 và 60 mg/l phun trên lá ở giai đoạn 5 - 7 lá, lúc ra hoa, tạo quả. Các chỉ tiêu nghiên cứu bằng phương pháp cân và cân nhanh: diện tích lá cây A (dm2/cây), cường độ thoát hơi nước (g/dm2/giờ), hàm lượng sắc tố (mg/g lá tươi), cường độ quang hợp (mg chất khô/dm2/giờ), LAR (diện tích tương đối của lá dm2/g), NAR (năng suất thuần quang hợp (g/dm2/ngày), sản lượng khô C (g/ngày), năng suất quả (kg/cây). LAR = A W (dm2/g) trong đó A là diện tích (dm2) và W là khối lượng khô (g). NAR = W2 −W1 t2 − t1 . 1 A (g/dm2/ngày) trong đó t là thời gian (ngày); t1 là ngày bắt đầu đo; t2 là ngày thu đo, A là diện tích trung bình giữa t1 và t2. C = W2 −W1 t2 − t1 (g/dm2/ngày) 101 Nguyễn Duy Minh 2.2. Kết quả và thảo luận 2.2.1. Diện tích lá Diện tích lá được đo bằng phương pháp cân (Bảng 1). Bảng 1. Hiệu lực của Na2SO3 đến diện tích lá trung bình (dm2/cây) trong các giai đoạn phát triển ở cà chua Giai đoạn sinh trưởng, phát triển Công thức đối chứng Công thức Na2SO3 20 mg/l 40 mg/l 60 mg/l 5 lá 1,15 ± 0,09 1,20 ± 0,05 1,10 ± 0,12 1,08 ± 0,12 7 lá 3,01 ± 0,10 3,59 ± 0,08 3,21 ± 0,08 3,15 ± 0,09 Ra hoa 18,20 ± 0,12 19,70 ± 0,10 18,45 ± 0,13 18,17 ± 0,17 Tạo quả 28,05 ± 0,08 31,60 ± 0,12 25,62 ± 0,15 25,30 ± 0,20 Sử dụng chất ức chế hô hấp ánh sáng ở nồng độ 20 mg/l phun trên lá tăng tương đối bề mặt lá, ở các nồng độ cao hơn 40 - 60 mg/l gây cản trở sự phát triển diện tích lá so với đối chứng không phun natri sunfit. 2.2.2. Cường độ thoát hơi nước Cường độ thoát hơi nước được đo bằng phương pháp cân nhanh (Bảng 2). Bảng 2. Hiệu lực của Na2SO3 đến cường độ thoát hơi nước (g/dm2/h) của lá cây cà chua Giai đoạn sinh trưởng, phát triển Công thức đối chứng Công thức Na2SO3 20 mg/l 40 mg/l 60 mg/l 5 lá 2,52 1,97 2,18 2,07 7 lá 3,05 2,05 2,65 2,14 Ra hoa 2,34 1,86 2,04 1,85 Tạo quả 1,97 1,50 1,61 1,46 Hô hấp ánh sáng chỉ thực hiện ở nồng độ oxi không quá thấp và hàm lượng CO2 quá cao. Trường hợp phun Na2SO3 ở nồng độ cao sẽ làm giảm nồng độ oxi, ảnh hưởng đến hoạt động bình thường của hoạt tính oxigenaza. 2.2.3. Hàm lượng sắc tố và cường độ quang hợp của lá khi sử dụng chất ức chế hô hấp ánh sáng Sắc tố quang hợp và cường độ quang hợp khi có chất ức chế hô hấp ánh sáng sẽ chuyển hóa về phía quang hợp theo chu trình Calvin, thực tế là làm giảm sút 102 Hiệu quả của chất kìm hãm hô hấp ánh sáng Na2SO3... sự oxi hóa tạo photpho glycolic để tăng quá trình cacboxyl hóa tạo APG. Kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của chất ức chế quang hợp đến hàm lượng diệp lục và cường độ quang hợp được trình bày ở Bảng 3 và Bảng 4. Bảng 3. Hàm lượng diệp lục tổng số (mg/g lá tươi) Giai đoạn sinh trưởng, phát triển Công thức đối chứng Công thức Na2SO3 20 mg/l 40 mg/l 60 mg/l 5 lá 0,16 ± 0,05 0,16 ± 0,08 0,13 ± 0.03 0,11 ± 0.03 7 lá 2,15 ± 0,10 2,42 ± 0,15 2,09 ± 0,16 1,85 ± 0,14 Ra hoa 2,06 ± 0,12 2,82 ± 0,05 2,21 ± 0,10 2,12 ± 0,15 Tạo quả 2,00 ± 0,09 2,61 ± 0,11 2,32 ± 0,12 2,08 ± 0,09 Bảng 4. Cường độ quang hợp (mg chất khô/dm2/giờ) Giai đoạn sinh trưởng, phát triển Công thức đối chứng Công thức Na2SO3 20 mg/l 40 mg/l 60 mg/l 5 lá 6,30 ± 0,16 8,06 ± 0,15 6,20 ± 0,18 6,80 ± 0,09 7 lá 7,80 ± 0,20 8,96 ± 0,16 6,65 ± 0,10 6,14 ± 0,13 Ra hoa 8,00 ± 0,18 9,40 ± 0,22 7,06 ± 0,28 6,82 ± 0,20 Tạo quả 8,12 ± 0,21 10,15 ± 0,34 7,12 ± 0,91 7,07 ± 0,20 Với nồng độ Na2SO3 20 mg/l, cường độ quang hợp cao hơn so với đối chứng. Ở các nồng độ Na2SO3 cao hơn, hoạt động quang hợp giảm sút. Hàm lượng diệp lục tổng số phản ánh cường độ của quang hợp. Natri sunfit ở nồng độ 20 mg/l đã làm tăng hàm lượng diệp lục. Kết quả này đã phù hợp với nhận xét của Mazliak (1974) và Haller (1980) cho rằng sự hiện diện của lưu huỳnh có vai trò nâng cao sự tổng hợp diệp lục, khi thiếu nó sẽ gây nên bệnh vàng lá. Nồng độ thích hợp natri sunfit có ý nghĩa làm tăng hoạt động quang hợp, tăng hoạt động của rubisco về phía cacboxylaza. 2.2.4. Hiệu lực của Na2SO3 đến các chỉ tiêu thành tạo sinh khối và năng suất thu hoạch của cây cà chua Theo dõi số lượng và chất lượng hoạt động quang hợp, chất hữu cơ thu hoạch và chất lượng của sản phẩm, chúng tôi thu được kết quả trình bày ở Bảng 5. Dùng chất ức chế quá trình hô hấp ánh sáng ở nồng độ thích hợp (20 mg/l) cho thấy cây sử dụng một diện tích tương đối lá (LAR) ít hơn 8 - 10% so với đối chứng để tạo một g chất khô dẫn tới năng suất thuần quang hợp (NAR) cao hơn 103 Nguyễn Duy Minh đối chứng. Zelich (1987) cho rằng tốc độ đồng hóa và khả năng vận chuyển tích lũy cao chất khô khi dùng nồng độ chất kìm hãm quang hô hấp ở nồng độ thích hợp. Chất kìm hãm ánh sáng ở nồng độ 20 mg/l đã làm tăng sản lượng chất khô (C) g/ngày, khối lượng quả kg/cây cũng như hàm lượng chất khô (W) (%), hàm lượng Vitamin C cao hơn đối chứng. Hiệu lực khi dùng Na2SO3 làm tăng hoạt động quang hợp ở cơ quan sinh dưỡng và tích lũy chất hữu cơ ở quả. Kết quả thu được phù hợp với nhận định của Heller (1969) và Mazliak (1974). Bảng 5. Hiệu lực của Na2SO3 đến số lượng trung bình sau mỗi đợt thu mẫu và chất lượng sản phẩm quang hợp Giai đoạn sinh trưởng, phát triển Công thức đối chứng Công thức Na2SO3 20 mg/l 40 mg/l 60 mg/l Diện tích tương đối của lá (LAR) dm2/g 5 lá 1,47 1,35 1,46 1,52 7 lá 1,62 1,56 1,76 1,72 Ra hoa 0,86 0,66 0,84 0,82 Tạo quả 0,72 0,63 0.80 0,79 Năng suất thuần quang hợp (NAR g/dm2/ngày 5 lá 0,4750 0,5020 0,3920 0,2900 7 lá 0,1880 0,1990 0,1802 0,1782 Ra hoa - Tạo quả 0,1330 0,1605 0,1601 0,1550 Sản lượng chất khô C (g/ngày) 5 lá 0,4410 0,5195 0,4125 0,3807 7 lá 0,7781 1,0044 0,8411 0,8385 Ra hoa - Tạo quả 0,5920 0,7786 0,6870 0,6475 Năng suất quả (kg/cây) 2,15 2,21 2,14 2,13 Hàm lượng chất khô trong quả (%) 15,20 15,35 12,08 11,90 Hàm lượng vitamin C (mg/100 g quả) 185 240 190 143 3. Kết luận - Quá trình hô hấp ánh sáng làm giảm sút chất hữu cơ trong quang hợp. Dùng chất kìm hãm quá trình này bằng Na2SO3 ở nồng độ thích hợp (20 mg/l) có hiệu lực nâng cao các chỉ tiêu sinh lí ở cà chua. - Diện tích lá, hàm lượng diệp lục, cường độ quang hợp ở công thức xử lí Na2SO3 đều tăng cao hơn đối chứng. 104 Hiệu quả của chất kìm hãm hô hấp ánh sáng Na2SO3... - Cường độ thoát hơi nước, diện tích tương đối của lá (LAR) ở nồng độ thích hợp sử dụng tiết kiệm hơn khi tạo thành chất hữu cơ. - Năng suất thuần túy quang hợp (NAR), chất khô thu được C (g/ngày), năng suất quả thu được (kg/cây), hàm lượng chất khô trong quả, hàm lượng vitamin C (mg/100 g quả) ở nồng độ thích hợp đều tăng cao hơn đối chứng. Ở các nồng độ Na2SO3 cao hơn (40 - 60 mg/l) kết quả thu được không sai nhiều so với đối chứng. Từ khóa: Quang hợp, hô hấp ánh sáng, cà chua, Na2SO3. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Duy Minh, 2002. Sinh lí thực vật. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [2] Nguyễn Duy Minh, 1981. Quang hợp. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [3] Nguyễn Duy Minh, 1988. Les peroxysomes. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [4] Nguyễn Duy Minh, 2009. Bài tập sinh lí thực vật. Nxb Giáo dục, Hà Nội. [5] Chu Jimping, 1994. The photosynthesis Assimilation of tomato. Proceeding tomato variety trial, p. 205. [6] Gabriel, 1991. Effect of temperature on net CO2 assimilation and photosystem II quantum yield electron transfer of bean (Phasoelus vulgaris) leaves during drought stress. Laphotosynteza, p. 207. [7] Ishihi R., 1977. The effect of temperature on the rate of photosynthesis, respi- ration and the activity RuDP carboxylase in barley, rice and maize leaves. The RuDP in photosynthesis, p. 202. ABSTRACT The effects of photorespiration inhibitor Na2SO3 on photosynthesis of Tomatoes (Lycopersicum esculentum Mill) The photo-respiration makes organic matter in photosynthesis decrease. Using in- hibitor Na2SO3 at a suitable concentration 20 mg/l helps to increase physiologi- cal indicators of tomatoes. Leaf surface, chlorophyll concentration, photosynthesis intensity of the experimental formula are more than the control. At the suitable concentration, transpiration intensity on the plants (g/dm2/h) is weaker and leaf area ratio (LAR) is smaller for formation organic matter. All net assimilation rate (NAR), crop growth rate (g/day), fruit yield (kg/plant), concentration of dry matter in fruit, concentration of vitamin C (mg/100 g fruit), at the optimal concentration are higher than the control. At the higher Na2SO3 concentration (40 - 60 mg/l), there is no large difference between experimental plants and the control. 105