Nghiên cứu ảnh hưởng của Chitosan Oligosaccharide lên sinh trưởng và năng suất cây lạc giống lạc L14

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, tập 73, số 4, năm 2012<br /> <br /> NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHITOSAN OLIGOSACCHARIDE LÊN<br /> SINH TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT CÂY LẠC GIỐNG LẠC L14<br /> Võ Thị Mai Hương, Trần Thị Kim Cúc<br /> Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế<br /> <br /> Tóm tắt. Chitosan oligosaccharid (COS) có tác dụng kích thích sinh trưởng của lạc,<br /> tăng khả năng hình thành nốt sần, kích thích sự ra hoa và tăng năng suất của lạc,<br /> đặc biệt ở nồng độ COS 100-150 ppm. Số lượng và trọng lượng nốt sần của lạc<br /> tăng đạt cao nhất (146,5 nốt sần/cây và 1,19g/cây) ở nồng độ COS 100-150 ppm.<br /> Đặc tính ra hoa của lạc (thời gian ra hoa, số lượng hoa...) cũng có sự thay đổi ở các<br /> lô có xử lý COS. Các yếu tố cấu thành năng suất của lạc tăng ở nồng độ COS 100200 ppm. Ở giai đoạn thu hoạch, các lô có xử lý COS đều có hàm lượng chất khô<br /> cao hơn so với đối chứng và COS có nồng độ 100-150 ppm có hiệu quả nhất đối<br /> với khả năng tích lũy chất khô của cây lạc với hàm lượng 26,18-27,06%. Năng suất<br /> đạt cao nhất là 32,82 tạ/ha khi xử lý COS nồng độ 100 ppm, tăng 20,70%.<br /> <br /> 1. Mở đầu<br /> Nghiên cứu và sử dụng hợp chất có nguồn gốc tự nhiên trong các lĩnh vực khác<br /> nhau của đời sống là một trong những hướng đang được đặc biệt quan tâm hiện nay.<br /> Chitosan và các dẫn xuất của chúng là các sản phẩm tự nhiên, không độc, phân hủy sinh<br /> học và thân thiện với môi trường. Chúng có thể ứng dụng trong nông nghiệp nhờ các<br /> hoạt tính sinh học như: kích thích sự nảy mầm và sinh trưởng thực vật, làm tăng hàm<br /> lượng chlorophyll, tăng khả năng hấp thu dinh dưỡng của cây, làm giảm stress….[1], [6],<br /> [11], 12]. Ngoài ra, chúng còn có hoạt tính kháng nấm, kháng khuẩn, kháng virus… và<br /> được ứng dụng như là thuốc bảo vệ thực vật [4], [10]. Trọng lượng phân tử của chitosan<br /> có ảnh hưởng đến hoạt tính sinh học của nó. Chitosan có trọng lượng phân tử trong<br /> khoảng 5-20 kDa biểu hiện hoạt tính sinh học cao hơn chitosan có trọng lượng phân tử<br /> lớn [8].<br /> Hiện nay, đã có một số nghiên cứu cắt mạch chitosan bằng các phương pháp vật<br /> lý, hóa học, sinh học…để tạo các chitosan oligosaccharide (COS) có hoạt tính sinh học<br /> cao. Hydrogen peroxide (H2O2) là một tác nhân hóa học có khả năng oxi hóa cao, có tác<br /> dụng cắt mạch polysaccharides mạnh và là một chất tương đối rẻ tiền, dễ kiếm [9].<br /> Trong một nghiên cứu gần đây, chúng tôi đã tạo được các COS bằng H2O2 (tài liệu chưa<br /> công bố). Bài báo này giới thiệu kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của COS đến sinh<br /> trưởng của cây lạc (Arachis hypogea L.) - một trong những cây trồng chính trong hệ<br /> 125<br /> <br /> thống cây nông nghiệp có giá trị kinh tế cao ở Thừa Thiên Huế, qua đó đánh giá khả<br /> năng kích thích sinh trưởng của các COS trên cây lạc, góp phần tìm thêm hợp chất có<br /> nguồn gốc tự nhiên nhằm tăng năng suất lạc nói riêng và cây trồng nói chung.<br /> 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu<br /> 2.1. Đối tượng<br /> - Giống lạc L14 (Arachis hypogea) do công ty giống cây trồng Thừa Thiên Huế<br /> cung cấp.<br /> - Chitosan oligosaccharide (COS) điều chế tại phòng thí nghiệm Sinh lý - Sinh<br /> hóa – Vi sinh, Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế cung cấp.<br /> 2.2. Bố trí thí nghiệm<br /> Thí nghiệm được bố trí vào vụ Đông – Xuân năm 2011 tại làng La Chữ - xã<br /> Hương Chữ - huyện Hương Trà - tỉnh Thừa Thiên Huế. Làm đất, bón phân và chăm sóc<br /> theo chế độ canh tác của địa phương. Thí nghiệm được bố trí làm 6 lô và lặp lại 3 lần<br /> theo mô hình khối ngẫu nhiên. Mật độ trồng: 36 cây/m2.<br /> Phun dung dịch COS ở các nồng độ 0 ppm (Đối chứng), 50, 100, 150, 200 ppm<br /> và chitosan (CPS - Đối chứng 2) lên lá lạc ở các giai đoạn 3 lá, 5 lá, bắt đầu ra hoa và<br /> kết thúc ra hoa. Lượng phun: 600 ml/ô (diện tích mỗi ô 10m2). Theo dõi các chỉ tiêu<br /> sinh trưởng và năng suất của lạc, qua đó đánh giá ảnh hưởng của các nồng độ COS và<br /> rút ra nồng độ COS thích hợp nhất đối với giống lạc L14.<br /> 2.3. Xác định các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất<br /> Xác định chiều cao thân chính; tổng số cành/cây; chiều dài cặp cành cấp 1; số<br /> nốt sần/cây; xác định tổng số hoa/cây; trọng lượng tươi nốt sần/cây. Xác định hàm<br /> lượng chất khô; Xác định các yếu tố cấu thành năng suất: tổng số quả/cây, số quả<br /> chắc/cây; khối lượng 100 quả và khối lượng 100 hạt bằng các phương pháp đo, đếm,<br /> cân… theo phương pháp thường qui trên 30 mẫu.<br /> - Xác định tỷ lệ hoa hữu hiệu (HHH) theo công thức:<br /> HHH (%) = (Số quả chắc/cây x 100)/Tổng số hoa/cây<br /> - Tính năng suất thực thu dựa trên năng suất quả khô thu được trên thực tế<br /> - Tính năng suất lý thuyết (NSLT) theo công thức<br /> <br /> NSLT (tạ/ha) =<br /> <br /> Số quả chắc/cây x số cây/m2 x P100 quả x 75% x 10.000<br /> 100<br /> <br /> Các chỉ tiêu sinh trưởng xác định theo các giai đoạn 5 lá, 7 lá, ra hoa rộ và thu<br /> hoạch. Các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất được xác định sau khi thu hoạch.<br /> 126<br /> <br /> 2.4. Phương pháp xử lý số liệu<br /> Kết quả nghiên cứu được tính toán, xử lý bằng các phần mềm Excel và SPSS.<br /> 3. Kết quả và thảo luận<br /> 3.1. Ảnh hưởng của chitosan oligosaccharide (COS) đến một số chỉ tiêu sinh<br /> trưởng của lạc<br /> Thân và cành là hai bộ phận tạo nên hình dáng của cây lạc, đồng thời có mối<br /> tương quan thuận rất chặt chẽ với năng suất. Cây lạc sinh trưởng tốt thường có chiều<br /> cao thích hợp, cân đối với các bộ phận sinh dưỡng khác như cành, lá... Số cành trên cây<br /> lạc có liên quan trực tiếp đến số hoa, số quả. Để đánh giá tác động của COS đến sinh<br /> trưởng của cây lạc, chúng tôi tiến hành theo dõi biến động chiều cao thân chính, chiều<br /> dài cành cấp 1 và tổng số cành/cây ở các giai đoạn sinh trưởng khi xử lý COS với các<br /> nồng độ khác nhau. Qua kết quả ở bảng 1 cho thấy, COS có ảnh hưởng đến các chỉ tiêu<br /> sinh trưởng ở cả 4 giai đoạn.<br /> Ảnh hưởng của COS đến chiều cao thân: Cây lạc ở giai đoạn 5 lá có chiều cao<br /> thân cao nhất là 4,99 cm khi xử lý COS nồng độ 200 ppm, cao hơn so với đối chứng<br /> 0,32 cm. Chỉ số này ở các cây có xử lý COS nồng độ thấp (50-100 ppm) và cây xử lý<br /> bởi CPS không có khác biệt có ý nghĩa so với đối chứng.<br /> Bước vào giai đoạn 7 lá, chiều cao thân chính ở cây đối chứng là 6,11 cm, trong<br /> khi đó cây lạc được xử lý bởi COS đạt 6,61-7,04 cm. Chỉ tiêu này ở các nồng độ COS<br /> 150-200 ppm sai khác có ý nghĩa so với đối chứng. Vào giai đoạn ra hoa rộ, COS nồng<br /> độ 100-200 ppm có tác dụng kích thích chiều cao thân lạc rõ rệt (chiều cao thân đạt<br /> 22,89-24,88 cm). COS nồng độ 50 ppm, CPS không có tác dụng đáng kể đến chỉ số này.<br /> Đến giai đoạn thu hoạch, thân lạc ở lô xử lý COS 150 ppm cao hơn ở lô xử lý COS 200<br /> ppm và CPS.<br /> Bảng 1. Ảnh hưởng của COS và CPS đến một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây lạc<br /> <br /> Nồng<br /> <br /> Chiều cao thân chính (cm)<br /> <br /> độ<br /> <br /> Ra<br /> <br /> COS* 5 lá<br /> (ppm)<br /> ĐC<br /> <br /> hoa<br /> rộ<br /> <br /> 6,11b<br /> <br /> hoạch<br /> <br /> Ra<br /> 5 lá<br /> <br /> 7 lá<br /> <br /> hoa<br /> rộ<br /> <br /> Thu<br /> hoạch<br /> <br /> Tổng số cành/cây (cành)<br /> <br /> 5 lá<br /> <br /> 7 lá<br /> <br /> Ra<br /> <br /> Thu<br /> <br /> hoa rộ hoạch<br /> <br /> 22,01d 45,34ab 3,43a 7,17a 21,93b<br /> <br /> 43,62b<br /> <br /> 2,4a 4,37a<br /> <br /> 5,62b<br /> <br /> 6,30b<br /> <br /> 50<br /> <br /> 4,61b 6,61ab 22,20d 45,76ab 3,49a 7,49a 22,40b<br /> <br /> 50,49a<br /> <br /> 2,49a 4,53a<br /> <br /> 5,50b<br /> <br /> 6,27b<br /> <br /> 100<br /> <br /> 4,63b 6,65ab 24,88a 47,16ab 3,52a 7,61a 23,75a<br /> <br /> 47,31ab 2,51a 4,57a<br /> <br /> 5,98a<br /> <br /> 6,95a<br /> <br /> 150<br /> <br /> 4,86ab 6,97a 24,42ab 49,43a 3,60a 8,02a 23,14a<br /> <br /> 46,05ab 2,48a 4,5a<br /> <br /> 6,23a<br /> <br /> 6,63ab<br /> <br /> (0)<br /> <br /> 4,67b<br /> <br /> 7 lá<br /> <br /> Thu<br /> <br /> Chiều dài cành cấp 1 (cm)<br /> <br /> 127<br /> <br /> 200<br /> CPS<br /> (100)<br /> <br /> 22,89c<br /> <br /> 44,63b 3,75a 7,86a 22,01b<br /> <br /> 44,58ab 2,52a 4,37a<br /> <br /> 6,00a<br /> <br /> 6,60ab<br /> <br /> 4,70ab 6,60ab 22,10d<br /> <br /> 45,08b 3,51a 8,22a 21,21c<br /> <br /> 46,28ab 2,52a 4,23a<br /> <br /> 5,60b<br /> <br /> 6,38ab<br /> <br /> 4,99a<br /> <br /> 7,04a<br /> <br /> (ĐC: đối chứng; CPS: chitosan polysaccharid).<br /> <br /> Ảnh hưởng của COS đến chiều dài cành cấp 1: Kết quả cho thấy, việc phun<br /> COS chưa có ảnh hưởng đáng kể đến chiều dài cành cấp 1 ở giai đoạn 5 lá và 7 lá (sự<br /> sai khác về chiều dài cành ở các lô thí nghiệm không có ý nghĩa về mặt thống kê). Đến<br /> giai đoạn ra hoa rộ, chỉ số này ở các cây có xử lý COS 100 -200 ppm đạt 23,75 – 23,14<br /> cm, cao nhất trong các nồng độ xử lý. Ở giai đoạn thu hoạch, sự sai khác về chiều dài<br /> cành cấp 1 ít có ý nghĩa.<br /> Ảnh hưởng của COS đến tổng số cành/cây: Trong quá trình sinh trưởng của cây,<br /> số cành/cây tăng lên qua mỗi giai đoạn và tăng rất chậm vào từ sau giai đoạn ra hoa đến<br /> giai đoạn thu hoạch. Tương tự chiều dài cành cấp 1, tổng số cành/cây vào giai đoạn lạc<br /> 5 lá và 7 lá không có sự sai khác ý nghĩa giữa các công thức thí nghiệm. Vào giai đoạn<br /> ra hoa rộ và giai đoạn thu hoạch, tổng số cành/cây đạt cao nhất khi phun COS ở các<br /> nồng độ 100-200 ppm.<br /> Nhìn chung COS nồng độ 100-200 ppm có tác động kích thích khá rõ đến sự<br /> sinh trưởng của thân và cành lạc so với đối chứng.<br /> 3.2. Ảnh hưởng của COS đến khả năng hình thành nốt sần của cây lạc<br /> Sự sinh trưởng phát triển và năng suất cuối cùng của cây lạc là kết quả tổng hợp<br /> của toàn bộ quá trình trao đổi chất, trong đó quá trình cộng sinh với vi khuẩn nốt sần<br /> của cây lạc (Rhizobium vigna) để cố định nitơ khí quyển đóng một vai trò hết sức quan<br /> trọng .<br /> Hiệu quả của quá trình hình thành nốt sần bị chi phối rất nhiều yếu tố, nhất là<br /> chế độ dinh dưỡng. Kết quả theo dõi số lượng nốt sần của lạc ở bảng 2 cho thấy:<br /> Bảng 2. Số lượng nốt sần/cây và trọng lượng tươi nốt sần/cây<br /> <br /> Chỉ tiêu<br /> <br /> Số lượng nốt sần/cây (nốt)<br /> <br /> Trọng lượng tươi nốt sần/cây<br /> (g)<br /> <br /> 7 lá<br /> <br /> Ra hoa<br /> rộ<br /> <br /> Thu<br /> hoạch<br /> <br /> 7 lá<br /> <br /> Ra hoa<br /> rộ<br /> <br /> Thu<br /> hoạch<br /> <br /> ĐC (0)<br /> <br /> 30,03d<br /> <br /> 126,7c<br /> <br /> 75,70b<br /> <br /> 0,165c<br /> <br /> 0,97b<br /> <br /> 0,48b<br /> <br /> 50<br /> <br /> 38,80ab<br /> <br /> 140,2ab<br /> <br /> 77,90b<br /> <br /> 0,180b<br /> <br /> 1,00b<br /> <br /> 0,48b<br /> <br /> 100<br /> <br /> 37,87abc<br /> <br /> 146,5a<br /> <br /> 81,67ab<br /> <br /> 0,183ab<br /> <br /> 1,18a<br /> <br /> 0,58a<br /> <br /> Nồng độ<br /> COS* (ppm)<br /> <br /> 128<br /> <br /> 150<br /> <br /> 40,60a<br /> <br /> 144,8a<br /> <br /> 87,03a<br /> <br /> 0,211a<br /> <br /> 1,19a<br /> <br /> 0,61a<br /> <br /> 200<br /> <br /> 33,87cd<br /> <br /> 135,7b<br /> <br /> 78,81ab<br /> <br /> 0,195ab<br /> <br /> 1,01b<br /> <br /> 0,47b<br /> <br /> CPS (100)<br /> <br /> 32,60cd<br /> <br /> 128,7c<br /> <br /> 76,00b<br /> <br /> 0,170c<br /> <br /> 1,00b<br /> <br /> 0,46b<br /> <br /> Nhìn chung, ở tất các lô thí nghiệm, vào giai đoạn 7 lá, số lượng nốt sần chưa<br /> nhiều, chỉ khoảng 30,03-40,60 nốt sần/cây. Ở cây lạc, trong thời kỳ này, quan hệ giữa vi<br /> khuẩn nốt sần và cây lạc có thể vẫn còn là quan hệ kí sinh. Vi khuẩn sử dụng dinh<br /> dưỡng carbon của lạc nhưng cố định N2 chưa có ý nghĩa [3]. Ở giai đoạn này các lô có<br /> phun COS 50-150 ppm có số lượng nốt sần/cây nhiều hơn các lô còn lại và lô đối chứng.<br /> Bước sang giai đoạn ra hoa rộ, số lượng nốt sần tăng lên rất nhiều: 126,4-146,5<br /> nốt sần/cây. Đây là giai đoạn mà quan hệ giữa vi khuẩn và cây lạc là quan hệ cộng sinh:<br /> vi khuẩn sử dụng dinh dưỡng carbon (glucid) và năng lượng (ATP) của lạc, đồng thời<br /> nó cung cấp NH3 cố định từ N2 của không khí cho lạc. Ở giai đoạn này tất cả các lô có<br /> xử lý COS đều có số lượng nốt sần/cây cao hơn so với đối chứng, đặc biệt là ở nồng độ<br /> 100 ppm (có 146,5 nốt sần/cây, tăng 15,6% so với đối chứng). Đến giai đoạn thu hoạch<br /> số lượng nốt sần giảm mạnh và khác nhau ít có ý nghĩa ở tất cả các lô thí nghiệm do<br /> quan hệ cộng sinh của cây và vi khuẩn yếu dần, cây không cung cấp đủ glucid cho vi<br /> khuẩn sinh trưởng và hoạt động.<br /> Như vậy, COS với nồng độ 100-150ppm có tác dụng kích thích sự hình thành<br /> nốt sần mạnh nhất so với đối chứng ở tất cả các giai đoạn sinh trưởng của lạc, trong khi<br /> đó ảnh hưởng của CPS lên chỉ tiêu này không khác nhau có ý nghĩa so với đối chứng<br /> không xử lý COS.<br /> Khi hàm lượng COS tăng lên 200ppm thì số lượng nốt sần không tăng so với đối<br /> chứng, điều này cho thấy, COS với nồng độ cao không kích thích sự hình thành nốt sần<br /> ở lạc. Ở đây có thể thấy xu hướng tác động của COS theo nguyên tắc nồng độ tương tự<br /> như các chất điều hòa sinh trưởng thực vật: ở nồng độ thấp tác dụng kích thích chưa rõ,<br /> ở nồng độ thích hợp tác dụng kích thích mạnh, ở nồng độ cao tác dụng kích thích giảm,<br /> ở nồng độ rất cao có thể gây độc.<br /> Ảnh hưởng của COS đến trọng lượng tươi của nốt sần<br /> Hiệu quả của quá trình cố định N2 của cây họ đậu phụ thuộc vào số nốt sần hữu<br /> hiệu. Chỉ tiêu này phụ thuộc rất lớn vào trọng lượng của nốt sần. Trọng lượng tươi nốt<br /> sần càng lớn, số nốt sần hữu hiệu càng nhiều và hoạt tính của enzyme nitrogenase càng<br /> mạnh mặc dù số lượng nốt sần/cây có thể ít hơn.<br /> Bảng 2 cũng cho thấy, động thái biến đổi trọng lượng tươi của nốt sần trong quá<br /> trình sinh trưởng của lạc tương tự như sự thay đổi số lượng nốt sần: ở tất cả các lô thí<br /> nghiệm, trọng lượng của nốt sần ở giai đoạn đầu của quá trình sinh trưởng thấp và đạt<br /> cao nhất ở giai đoạn ra hoa. Chỉ tiêu này thấp nhất vào giai đoạn thu hoạch lạc, là giai<br /> 129<br /> <br />