ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

VÕ TRẦN LÂM

KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA OLIGOCHITOSAN LÊN SỰ
SINH TRƯỞNG CỦA LÚA IR64 TRONG ĐIỀU KIỆN MẶN

Chuyên nghành: Công nghệ Sinh học
Mã số: 8420201

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 7 năm 2023


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Thị Thủy Tiên

Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Bùi Thị Mỹ Hồng

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Trần Thị Thanh Hiền

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
Ngày 17 tháng 7 năm 2023
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. Chủ tịch: PGS.TS Nguyễn Thị Thúy Hương
2. Thư kí: TS. Hồng Mỹ Dung
3. Phản biện 1: TS. Bùi Thị Mỹ Hồng

4. Phản biện 2: TS. Trần Thị Thanh Hiền
5. Ủy viên: PGS.TS Lê Thị Thủy Tiên
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Nguyễn Thị Thúy Hương

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Võ Trần Lâm
Ngày, tháng, năm sinh: 20/07/1998
Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học

MSHV: 2070448
Nơi sinh: Bến Tre
Mã số: 8420201

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Khảo sát ảnh hưởng của oligochitosan lên sự sinh trưởng của lúa IR64 trong

điều kiện mặn (Effects of oligochitosan on the growth of IR64 rice under saline
conditions)
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG :
1. Đánh giá khả năng tổng hợp các yếu tố điều hòa áp suất thểm thấu của cây
mạ lúa trong điều kiện mặn với sự hỗ trợ của oligochitosan.
2. Tìm hiểu các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động đóng mở khí khẩu ở lá cây
mạ lúa trong điều kiện mặn.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 06/02/2023
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 06/07/2023
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Lê Thị Thủy Tiên

Tp. HCM, ngày 06 tháng 07 năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
(Họ tên và chữ ký)


i

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp dỡ tận tình và động
viên từ thầy cô, anh chị và các bạn cũng như từ phía gia đình. Tơi xin gửi lời cảm
ơn chân thành đến

Toàn thể thầy, cô trường đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh; đặc
biệt là các thầy cơ, cán bộ Phịng thí nghiệm Cơng nghệ Sinh học, Bộ mơn Cơng
nghệ sinh học, Khoa Kĩ thuật Hóa học đã tạo điều kiện và giúp đỡ tơi trong suốt q
trình học tập, thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Cô Lê Thị Thủy Tiên đã giảng dạy, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kinh
nghiệm và ln động viên tơi trong q trình làm luận văn.
Thầy Trần Trọng Tuấn đã cho phép tôi mượn và hướng dẫn tôi sử dụng
thiết bị tại Viện Sinh học Nhiệt đới.
Các thầy, cô trong hội đồng đã dành thời gian đọc và đóng góp nhiều ý kiến
cho luận văn.
Cuối cùng, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn với gia đình, bạn bè, những người đã
ln động viên, giúp đỡ trong cuộc sống và xuyên suốt quá trình thực hiện luận văn.
Một lần nữa, tôi xin được gửi lời chúc sức khỏe, lời cảm ơn chân thành nhất
đến thầy cô, các anh chị và các bạn.
Chúc mọi người gặt hái được nhiều thành công! Tôi xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, ngày 06 tháng 07 năm 2023
Học viên thực hiện

Võ Trần Lâm


ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN
Nghiên cứu được thực hiện với mục tiêu đánh giá ảnh hưởng của
oligochitosan kích thước 5.994 Da ở nồng độ 75 ppm lên sự sinh trưởng của cây mạ
lúa IR64 trong điều kiện mặn (NaCl 0,6%) trong điều kiện nhà lưới. Trong điều
kiện mặn, các chỉ tiêu sinh trưởng (số lượng lá, chiều cao cây, khối lượng tươi, khối
lượng khô) bị suy giảm, nồng độ đường tan và proline được tăng cường tổng hợp ở
lá để cân bằng áp suất thẩm thấu, mức độ biểu hiện của gen OsPP2C50 giảm, nồng

độ acid abscisic tăng làm khí khẩu đóng để ngăn cản sự thốt hơi nước qua lá. Khi
xử lý với oligochitosan, các chỉ tiêu sinh trưởng không đổi so với điều kiện khơng
xử lí, nồng độ proline cũng không thay đổi, nồng độ đường tan giảm nhưng vẫn ở
mức cao để duy trì nước cho cây. Nồng độ các sắc tố quang hợp tương tự như
trường hợp khơng bị stress. Kích thước của các thể silica trên bề mặt biểu bì tăng,
các tinh thể sáp có kích thước nhỏ hơn và dày để làm giảm sự thoát hơi nước. Mức
độ biểu hiện của gen OsPP2C50 tăng cao cùng với sự mở khí khẩu để thực hiện sự
trao đổi khí, duy trì hoạt động sống cho cây.


iii

ABSTRACT
The study was carried out with the aim of evaluating the effect of
oligochitosan size 5,994 Da at 75 ppm concentration on the growth of IR64 rice
seedlings under saline conditions (NaCl 0.6%) under net house conditions. Under
saline conditions, growth parameters (number of leaves, plant height, fresh weight,
dry weight) were reduced, soluble sugars and proline are enhanced synthesis in
leaves to balance osmotic pressure, the expression level of the OsPP2C50 gene
decreases, the abscisic acid content increases, causing the stomata to close to
prevent transpiration through leaves. When treated with oligochitosan, the growth
parameters remained unchanged compared to the untreated condition, the proline
content also did not change, the soluble sugar content decreased but remained at a
high level to maintain water for the plants. The content of photosynthetic pigments
was similar to the case without stress. The size of the silica body on the epidermal
surface increased, and the wax crystals were smaller and thicker to reduce
transpiration. The expression level of the OsPP2C50 gene increases with the
opening of the stomata to carry out gas exchange and maintain plant life.



iv

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài ‘‘Khảo sát ảnh hưởng của oligochitosan lên sự sinh
trưởng của lúa IR64 trong điều kiện mặn’’ là cơng trình nghiên cứu độc lập được
thực hiện bởi chính bản thân tơi. Số liệu và tài liệu dẫn chứng trong luận văn có
nguồn gốc rõ ràng, công bố đúng quy định. Các kết quả thu được của luận văn phản
ánh khách quan, trung thực, hồn tồn khơng sao chép và chưa từng được cơng bố
trong bất kỳ nghiên cứu nào khác. Nếu phát hiện có gian dối, tơi xin chịu mọi trách
nhiệm.
Tp. Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 7 năm 2023
Tác giả đề tài

Võ Trần Lâm


v

MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH ...................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix
DANH MỤC VIẾT TẮT ............................................................................................x
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................2

1.1. Cây lúa .............................................................................................................2
1.1.1. Nguồn gốc phân bố ...................................................................................2
1.1.2. Đặc điểm sinh học cây lúa .......................................................................3

1.1.3. Giống lúa IR64 ..........................................................................................5
1.2. Tình hình nhiễm mặn ở đồng bằng sơng Cửu Long ........................................5
1.3. Stress mặn ........................................................................................................6
1.3.1. Stress ở thực vật ........................................................................................6
1.3.2. Stress phi sinh học và phản ứng của thực vật ...........................................7
1.3.3. Stress mặn và phản ứng của thực vật ......................................................11
1.4. Vai trò của PP2CA (clade A type 2C protein phosphatases) với đóng mở khí
khẩu .......................................................................................................................17
1.4.1. SLAC.......................................................................................................17
1.4.2. SAPK.......................................................................................................18
1.4.3. PP2CA .....................................................................................................18
1.5. Chitosan..........................................................................................................19
1.5.1. Đặc điểm cấu trúc....................................................................................19
1.5.2. Các con đường tín hiệu của chitosan trên thực vật .................................19
1.5.3. Phản ứng của thực vật dưới tác động chitosan trong điều kiện stress ....20


vi

CHƯƠNG 2.

VẬT LIỆU PHƯƠNG PHÁP ........................................................24

2.1. Vật liệu ...........................................................................................................24
2.1.1. Giống lúa IR 64 (OM 89) ........................................................................24
2.1.2. Oligochitosan .........................................................................................24
2.2. Phương pháp...................................................................................................24
2.2.1. Tạo hạt lúa nảy mầm in vitro ..................................................................25
2.2.2. Thủy canh cây mạ lúa in vivo..................................................................26
2.2.3. Khảo sát chỉ tiêu sinh trưởng ..................................................................26

2.2.4. Nồng độ sắc tố quang hợp (Chlorophyll a, b và carotenoid) ..................26
2.2.5. Nồng độ proline.......................................................................................27
2.2.6. Nồng độ đường tổng, đường tan .............................................................28
2.2.7. Nồng độ protein tổng ..............................................................................29
2.2.8. Đặc điểm bề mặt lá và khí khẩu ..............................................................30
2.2.9. Yếu tố điều khiển đóng mở khí khẩu ......................................................31
2.2.10. Phương pháp phân tích thống kê ..........................................................32
CHƯƠNG 3.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ..........................................................33

3.1. Kết quả ...........................................................................................................33
3.1.1. Sự sinh trưởng của cây mạ lúa trong điều kiện mặn ...............................33
3.1.2. Nồng độ sắc tố quang hợp .......................................................................34
3.1.3. Nồng độ proline.......................................................................................35
3.1.4. Nồng độ đường........................................................................................35
3.1.5. Nồng độ protein tổng ..............................................................................36
3.1.6. Đặc điểm bề mặt lá và khí khẩu ..............................................................37
3.1.7. Các yếu tố liên quan đến hoạt động của khí khẩu...................................40


vii

3.2. Bàn luận .........................................................................................................42
3.2.1. Ảnh hưởng của muối lên sự sinh trưởng cây lúa ....................................42
3.2.2. Vai trò của oligochitosan trong sự duy trì hoạt động quang hợp ............44
3.2.3. Vai trị của oligochitosan lên sự sinh tổng hợp các chất điều hoà thẩm
thấu của cây mạ lúa trong điều kiện mặn ..........................................................45
3.2.4. Ảnh hưởng của stress mặn lên hoạt động của khí khẩu ở cây mạ lúa ....45
CHƯƠNG 4.


KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................47

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................48
PHỤ LỤC ..................................................................................................................57


viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ cây lúa [7] .................................................................................................... 3
Hình 1.2. Căng thẳng thẩm thấu và con đường tín hiệu ABA [46] .................................... 12
Hình 1.3. Con đường tín hiệu stress ion [51] ...................................................................... 14
Hình 2.1. Qui trình thực hiện thí nghiệm ............................................................................. 25
Hình 3.1. Cây mạ lúa sau 14 ngày được trồng trong vườn ươm (thước đo 5cm) ................ 33
Hình 3.2. Hình ảnh mặt dưới lá lúa dưới kính hiển vi điện tử soi nổi, độ phóng đại x164 .......... 38
Hình 3.3. Hình ảnh lớp sơn mặt dưới lá lúa dưới kính hiển vi quang học, độ phóng đại x 400......... 39
Hình 3.4. Hình ảnh mặt dưới lá lúa dưới kính hiển vi điện tử qt ..................................... 40
Hình 3.5. Biểu đồ thể hiện mức độ phiên mã gen OsPP2C50 so với gen OsActin ............. 41


ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1. Trình tự cặp mồi [86] .......................................................................................... 31
Bảng 3.1. Các chỉ tiêu sinh trưởng của cây mạ lúa trong điều kiện mặn............................. 34
Bảng 3.2. Nồng độ sắc tố quang hợp của cây mạ lúa trong điều kiện mặn (µg/g) .............. 34
Bảng 3.3. Nồng độ proline của cây mạ lúa trong điều kiện mặn (µg/g) .............................. 35
Bảng 3.4. Nồng độ đường của cây mạ lúa trong điều kiện mặn (mg/g) .............................. 36
Bảng 3.5. Nồng độ protein của cây mạ lúa trong điều kiện mặn (µg/g) .............................. 36

Bảng 3.6. Mật độ khí khẩu (/mm2) ...................................................................................... 37
Bảng 3.7. Nồng độ ABA của cây mạ lúa trong điều kiện mặn (µg/g)................................. 41
Bảng 3.8. Mức độ phiên mã gen OsPP2C50 so với gen OsActin của cây mạ lúa trong điều
kiện mặn ............................................................................................................................... 41


x

DANH MỤC VIẾT TẮT
ABA: acid abscisic
ABF: ABRE binding factor
ABRE: ABA-responsive element
AMY3: α-amylase3
BAM1: β-amylase1
CAT: catalase
COLD1: chilling-tolerance divergence 1
CPK: calcium-dependent protein kinases
GA: gibberellic acid
MAPK: mitogen-activated protein kinase
MDA: malondialdehyde
NCA1: no catalase activity1
NO: nitric oxide
OSCA1: reduced hyperosmolality - induced calcium increase 1
PAL: phenylalanine amoniac lyase
PLD: phospholipase
POD: peroxidases
PP2CA: clade A type 2C protein phosphatases
Rboh: respiratory burst oxidase homologs
RLK: receptor-like kinases
ROS: reactive oxygen species

SAPK: osmotic Stress/ABA-activated protein kinases
SLAC1: slow-type anion channel
SNF1: sucrose non-fermenting 1
SnRK: SNF1-related protein kinases
SOD: superoxide dismutase
SOS: salt overly sensitive
TF: transcription factor


1

MỞ ĐẦU
Đồng bằng sông Cửu Long là nơi sản xuất lúa chính của Việt Nam. Trong
những năm gần đây, tình hình biến đổi khí hậu ngày càng nghiêm trọng dẫn đến sự
nhiễm mặn hàng năm ở vùng hạ lưu sông Mekong [1]. Sự gia tăng lượng muối
trong đất hạn chế hoạt động trao đổi chất của rễ, từ đó làm giảm năng suất cây
trồng. Lúa là loại cây mẫn cảm với mặn, chỉ có thể tồn tại trong điều kiện mặn thấp.
Khi độ muối trong đất tăng, sự sinh trưởng và và phát triển của lúa bị ức chế dẫn
đến sự giảm mạnh năng suất [2].
Chitosan - một loại polymer sinh học, là mạch dài khơng phân nhánh hình
thành từ hai tiểu đơn vị D-glucosamine và N-acetyl-D-glucosamine liên kết với
nhau bằng cầu nối glycoside, có nguồn gốc từ vỏ tơm, cua, mai mực, một số loại
nấm … Những ứng dụng của chitosan trong nông nghiệp được nghiên cứu từ năm
1979 và được chứng minh là yếu tố giúp thực vật chống stress sinh học như bệnh do
vi khuẩn, nấm hay virus cũng như stress phi sinh học như mặn, hạn hán, kim loại
nặng … [3]. Chitosan giúp tăng cường phản ứng sinh lý và làm giảm tác động bất
lợi của stress phi sinh học thông qua các con đường truyền tín hiệu thứ cấp. Gần
đây, oligochitosan được quan tâm nghiên cứu do có khả năng hịa tan trong nước
cùng với các hoạt tính sinh học vượt trội so với chitosan [4].
Nhằm tiếp tục các nghiên cứu về tác động hỗ trợ của oligochitosan với stress

mặn của lúa, đề tài này thực hiện trên cây lúa IR64 14 ngày tuổi trong vườn ươm
với phân đoạn oligochitosan 5.994 Da, nồng độ 75 ppm. Mục tiêu đề tài:
1. Khảo sát ảnh hưởng của muối lên sự sinh trưởng cây lúa
2. Vai trò của oligochitosan lên sự sinh tổng hợp các chất điều hoà thẩm thấu
của cây mạ lúa trong điều kiện mặn
3. Ảnh hưởng của stress mặn lên bề mặt lá ở cây mạ lúa
4. Ảnh hưởng của stress mặn lên hoạt động của khí khẩu ở cây mạ lúa
Nhằm giải thích cơ chế thích nghi giúp cây mạ lúa ngồi vườn ươm chống
chịu với stress mặn với sự hỗ trợ của oligochitosan.


2

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Cây lúa
1.1.1. Nguồn gốc phân bố
Lúa trồng (Oryza sativa L.) là cây trồng có từ lâu đời và gắn liền với quá
trình phát triển của xã hội loài người, nhất là vùng châu Á. Lúa trồng hiện nay có
nguồn gốc từ lúa dại (Oryza fatua, Oryza offcinalis, Oryza minuta) do quá trình
chọn lọc tự nhiên và chọn lọc nhân tạo lâu dài tạo nên [5].
Lúa thuộc ngành thực vật có hoa (Angiospermes), lớp một lá mầm
(Monocotyledones), bộ hồ thảo có hoa (Poales), họ hồ thảo (Proaceae). Lúa trồng
thuộc chi Oryza, chi Oryza có 23 loài phân bố rộng khắp thế giới. Loài Oryza sativa
L. được trồng phổ biến ở khắp các nước trên thế giới và phần lớn tập trung ở châu
Á. Loài Oryza gluberrima S. được trồng một diện tích nhỏ ở một số nước thuộc
châu Phi [5].
Loài Oryza sativa L. được chia làm ba loài phụ: japonica, indica, javanica.
Loài phụ japonica phân bố ở những nơi có vĩ độ cao (bắc Trung Quốc, Nhật Bản,
Triều Tiên), có những đặc điểm như chịu rét cao, nhưng ít chịu sâu bệnh. Lồi phụ
indica được trồng ở các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới (Việt Nam, Ấn Độ,

Mianma, Philippines). Lồi phụ indica có đặc điểm: hạt dài, thân cao, mềm, dễ đổ,
chịu sâu bệnh khá, năng suất thấp, mẫn cảm với chu kỳ ánh sáng. Lồi phụ javanica
có hình thái trung gian. Hạt dài nhưng dày và rộng hơn hạt của Indica, chỉ được
trồng ở một vài nơi thuộc Indonesia [5].
Ở Việt Nam, các kết quả khảo sát nguồn gen cây lúa trong những năm gần
đây ghi nhận được các loài là các loài O.granulata, O.nivara, O.ridleyi,
O.rufipogon. Với điều kiện khí hậu nhiệt đới, Việt Nam cũng có thể là cái nơi hình
thành cây lúa nước. Từ lâu, cây lúa đã trở thành cây lương thực chủ yếu có ý nghĩa
quan trọng trong nền kinh tế và xã hội của nước ta.


3

1.1.2. Đặc điểm sinh học cây lúa
Mục này được trích từ Giáo trình sinh lý thực vật [6].

Hình 1.1. Sơ đồ cây lúa [7]
1.1.2.1. Rễ lúa
Cây lúa có 2 loại rễ: rễ mầm và rễ phụ. Rễ mầm là rễ mọc ra đầu tiên khi hạt
lúa nảy mầm. Thường mỗi hạt lúa chỉ có một rễ mầm. Rễ mầm khơng ăn sâu, ít
phân nhánh, chỉ có lơng ngắn, thường dài khoảng 10 - 15 cm. Rễ mầm giữ nhiệm vụ
chủ yếu là hút nước cung cấp cho phôi phát triển và sẽ chết sau 10 - 15 ngày, lúc
cây mạ được 3 - 4 lá. Rễ phụ (còn gọi là rễ bất định) mọc ra từ các mắt (đốt) trên
thân lúa. Mỗi mắt có từ 5 - 25 rễ phụ, rễ phụ mọc dài, có nhiều nhánh và lơng hút.
Tại mỗi mắt có 2 vịng rễ: vịng rễ trên to và khỏe, vòng rễ dưới nhỏ và kém quan
trọng hơn. Trong giai đoạn tăng trưởng, các mắt này thường rất khít nhau và nằm ở
dưới mặt đất, nên rễ lúa tạo thành một chùm, do đó, rễ lúa cịn gọi là rễ chùm. Tầng
rễ phụ đầu tiên mọc ra ở mắt đầu tiên ngay trên trục trung diệp.
1.1.2.2. Thân lúa
Thân lúa gồm những mắt và lóng nối tiếp nhau, lóng là phần thân rỗng ở

giữa 2 mắt và thường được bẹ lá ơm chặt. Thơng thường các lóng bên dưới ít phát


4

triển nên các mắt rất khít nhau, chỉ có khoảng 3 - 8 lóng trên cùng bắt đầu vươn dài
khi lúa trổ đòng (2 - 35 cm). Thiết diện của lóng có hình trịn hay bầu dục với thành
lóng dày hay mỏng và lóng dài hay ngắn tùy từng loại giống và điều kiện môi
trường, đặc biệt là nước.
1.1.2.3. Lá lúa
Lúa là cây đơn tử diệp. Lá lúa mọc đối ở 2 bên thân lúa, lá ra sau nằm về
phía đối diện với lá trước đó. Lá trên cùng (lá cuối cùng trước khi trổ bông) gọi là lá
cờ hay lá đòng. Lá lúa gồm phiến lá, cổ lá và bẹ lá (hình 1.1).
Phiến lá là phần lá phơi ra ngoài ánh sáng, bộ phận quang hợp chủ yếu của
cây lúa nhờ vào các tế bào nhu mơ có chứa nhiều hạt diệp lạp. Bẹ lá là phần ôm lấy
thân lúa. Bẹ lá có nhiều khoảng trống nối liền các khí khẩu ở phiến lá thơng với
thân và rễ, dẫn khí từ trên lá xuống rễ giúp rễ có thể hô hấp được trong điều kiện
ngập nước. Cổ lá là phần nối tiếp giữa phiến lá và bẹ lá. Cổ lá to hay nhỏ ảnh hưởng
tới góc độ của phiến lá. Cổ lá càng nhỏ, góc lá càng hẹp, lá lúa càng thẳng đứng và
càng thuận lợi cho việc sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp.
1.1.2.4. Bông lúa
Bông lúa là loại phát hoa chùm gồm một trục chính mang nhiều nhánh gié
bậc nhất, bậc hai và đôi khi có nhánh gié bậc ba. Hoa lúa được mang bởi một cuống
hoa ngắn mọc ra từng nhánh gié này.
Hạt lúa (trái lúa) gồm có: phần vỏ lúa và hạt gạo. Vỏ lúa gồm 2 vỏ trấu ghép
lại (trấu lớn và trấu nhỏ). Ở gốc 2 vỏ trấu chỗ gắn vào đế hoa có mang hai tiểu dĩnh.
Phần vỏ chiếm khoảng 20 % trọng lượng hạt lúa. Hạt gạo ở bên trong vỏ lúa. Hạt
gạo gồm 2 phần: phần phôi hay mầm (embryo) và phơi nhũ. Phơi nằm ở góc dưới
hạt gạo, chỗ đính vào đế hoa, ở về phía trấu lớn. Phôi nhũ chiếm phần lớn hạt gạo
chứa chất dự trữ, chủ yếu là tinh bột. Bên ngoài hạt gạo được bao bọc bởi một lớp

vỏ lụa mỏng chứa nhiều vitamin, nhất là vitamin nhóm B.
1.1.2.5. Các giai đoạn sinh trưởng cây lúa
Thời gian sinh trưởng cây lúa được tính từ lúc nảy mầm cho đến khi chín có
thời gian từ 80 ngày đến 180 ngày, tùy theo giống và điều kiện ngoại cảnh.


5

Đời sống cây lúa bắt đầu từ lúc hạt nẩy mầm cho đến khi lúa chín. Có thể
chia làm 3 giai đoạn chính: giai đoạn tăng trưởng (sinh trưởng dinh dưỡng), giai
đoạn sinh sản (sinh dục) và giai đoạn chín.
Giai đoạn tăng trưởng bắt đầu từ khi hạt nảy mầm đến khi cây lúa bắt đầu
phân hóa địng. Giai đoạn này, cây phát triển về thân lá, chiều cao tăng dần và ra
nhiều chồi mới (nở bụi). Cây ra lá ngày càng nhiều và kích thước lá ngày càng lớn
giúp cây lúa nhận nhiều ánh sáng mặt trời để quang hợp, hấp thụ dinh dưỡng, gia
tăng chiều cao, nở bụi và chuẩn bị cho các giai đoạn sau.
Giai đoạn sinh sản bắt đầu từ lúc phân hóa địng đến khi lúa trổ bông. Giai
đoạn này kéo dài khoảng 27 – 35 ngày, trung bình 30 ngày và giống lúa dài ngày
hay ngắn ngày thường khơng khác nhau nhiều.
Giai đoạn chín bắt đầu từ lúc trổ bông đến lúc thu hoạch. Giai đoạn này trung
bình khoảng 30 ngày đối với hầu hết các giống lúa ở vùng nhiệt đới. Tuy nhiên, nếu
đất ruộng có nhiều nước, thiếu lân, thừa đạm, trời mưa ẩm, ít nắng trong thời gian
nầy thì giai đoạn chín sẽ kéo dài hơn và ngược lại.
1.1.3. Giống lúa IR64
Thời gian sinh trưởng 105 - 115 ngày. Chiều cao cây trung bình 95 - 105 cm.
Dạng hạt dài (7,5 mm), khối lượng 1000 hạt trong khoảng 26 – 27 g. Tỷ lệ gạo trên
70%, không bạc bụng, gạo trắng, cơm dẻo, ngon, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu, được
nhiều nước ưa chuộng. Năng suất trung bình: vụ Hè thu 40 - 50 tạ/ha, vụ Đông xuân
60 – 65 tạ/ha, nếu thâm canh tốt có thể đạt 70 - 80 tạ/ha. Kháng rầy nâu (cấp 3 - 5),
rất kháng đạo ôn (cấp 1), hơi kháng bạc lá (cấp 3 - 5), nhiễm khơ vằn (cấp 5 - 7),

chịu phèn nhẹ.
1.2. Tình hình nhiễm mặn ở đồng bằng sơng Cửu Long
Quy luật khí hậu nhiệt đới gió mùa xứ sở châu Á đã ấn định quy luật mùa
khô - kiệt trùng mùa gió Đơng Bắc (tháng 12 - tháng 4 năm sau), mùa mưa lũ trùng
mùa gió Tây Nam (tháng 5 đến tháng 11) diễn ra trên ĐBSCL hàng năm. Trong mùa
khô - kiệt, thường tổ hợp hạn, kiệt, mặn tác động mạnh nhất đến sản xuất và đời
sống vào khoảng thời gian từ 15/2 đến cuối 15/4 (tùy từng năm).


6

Mùa mưa năm 2019 trên lưu vực sông MeKong xuất hiện muộn, thời gian
mùa mưa ngắn, tổng lượng dòng chảy năm chỉ ở mức trung bình - thấp. Dịng chảy
về đồng bằng từ đầu mùa khô đến nay giảm nhanh, đang xuống ở mức rất thấp so
với tài liệu trung bình nhiều năm từ 1980 đến nay.
Hai yếu tố thượng lưu quan trọng chi phối chủ đạo đến nguồn nước, xâm
nhập mặn mùa khô 2019 - 2020 ở vùng đồng bằng sông Cửu Long là lượng trữ
trong Biển Hồ (TonleSap) và dòng chảy đến Kratie (đầu châu thổ MeKong). Lưu
lượng về đồng bằng sông Cửu Long bị thiếu hụt nghiêm trọng so với trung bình
nhiều năm, thậm chí thấp hơn cả năm 2015 - 2016 (năm xuất hiện xâm nhập mặn kỷ
lục). Đây là nguyên nhân chính gây xâm nhập mặn sớm, sâu và kéo dài trong mùa
khô 2019 - 2020.
Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, xâm nhập mặn
đã ảnh hưởng đến sản xuất và dân sinh từ tháng 12/2019 và liên tục tăng cao, đã ảnh
hưởng đến 10/13 tỉnh ở đồng bằng sông Cửu Long (trừ An Giang, Đồng Tháp và
Cần Thơ). Trong tháng 2/2020, xâm nhập mặn tăng cao từ ngày 8/2 đến 16/2/2020,
với ranh mặn 4 g/L tại vùng 2 sông Vàm Cỏ từ 100 - 110 km, sâu hơn cùng kỳ năm
2016 từ 4 - 6 km; vùng cửa sông Cửu Long từ 66 - 75 km, sâu hơn cùng kỳ năm
2016 từ 3 - 10 km.
1.3. Stress mặn

1.3.1. Stress ở thực vật
Khái niệm stress được dùng để chỉ những yếu tố bên ngoài gây ảnh hưởng
bất lợi cho thực vật và những phản ứng của cơ thể thực vật đối với các tác nhân gây
stress. Đó là tính chống chịu của thực vật đối với điều kiện bất lợi của môi trường.
Các yếu tố gây stress đối với thực vật rất đa dạng: stress nóng, stress lạnh, stress
hạn, stress muối, dư thừa phân bón và sâu bệnh. Stress có thể làm giảm mạnh sự
tăng trưởng và phát triển, qua đó làm giảm năng suất thực vật. Tính chống chịu
stress là q trình hình thành các đặc điểm thích nghi, là những phản ứng tự vệ
mang tính đặc thù. Phản ứng trả lời của cây với các điều kiện bất lợi có thể rất khác
nhau tùy thuộc vào đặc tính và cường độ của các nhân tố gây ra stress. Cải thiện khả
năng chống chịu căng thẳng của thực vật rất quan trọng đối với năng suất nông


7

nghiệp cũng như tính bền vững của mơi trường vì cây trồng có khả năng chống chịu
căng thẳng kém sẽ tiêu thụ quá nhiều nước, phân bón, thuốc bảo vệ thực vật do đó
tạo gánh nặng lớn cho mơi trường…
1.3.2. Stress phi sinh học và phản ứng của thực vật
Các yếu tố môi trường bao gồm nước, muối, ánh sáng, nhiệt độ và chất dinh
dưỡng khi thiếu hoặc dư thừa có thể gây căng thẳng phi sinh học, gây thiệt hại đáng
kể đến sự tăng trưởng và năng suất cây trồng, và thậm chí làm giảm tỷ lệ sống của
chúng. Các tác động bất lợi của các căng thẳng phi sinh học này càng trở nên trầm
trọng hơn do biến đổi khí hậu, được dự đốn là tần suất thời tiết cực đoan tăng lên
trong tương lai [8].
Stress phi sinh học làm giảm sự phát triển của thực vật vì điều kiện mơi
trường khơng tối ưu cho các q trình tăng trưởng như phân chia và gia tăng kích
thước tế bào. Ví dụ, hạn hán ức chế sự phát triển của thực vật vì gây thiếu hụt nước,
yếu tố cần thiết cho sự trương lên của tế bào, từ đó cản trở q trình tăng kích thước
tế bào. Stress lạnh cũng làm giảm sự phát triển của thực vật do hoạt động của các

enzyme và protein bị ức chế ở nhiệt độ lạnh. Lũ lụt và mưa lớn có thể gây ra sự nén
chặt đất, làm giảm nồng độ oxy trong đất và dẫn đến căng thẳng do thiếu oxy gây ra
thiệt hại cho cây trồng [9].
Cả ba loại stress hạn, mặn và lạnh đều gây ra 2 loại stress sơ cấp là stress
thẩm thấu, stress ion và stress thứ cấp là stress oxi hóa. Nguyên nhân gây mất nước
của tế bào khác nhau giữa các stress: (i) sự giảm nồng độ nước trong tế bào khi hạn
hán là do thiếu nước trong đất hoặc/và trong khí quyển, (ii) khi bị stress do mặn,
khả năng thẩm thấu hoặc nước của vùng rễ xung quanh bị giảm bởi các chất hòa tan
Na+ và Cl−, do đó tạo ra nhiều bất lợi trong hoạt động hấp thu của rễ và chuyển
nước đến các tế bào cho hoạt động trao đổi chất; (iii) áp suất thẩm thấu được tạo ra
trong điều kiện căng thẳng lạnh chủ yếu là do nhiệt độ thấp làm tăng độ nhớt của
nước, ở nhiệt độ đóng băng, các tinh thể băng được tạo ra trong không gian ngoại
bào của tế bào thực vật, làm giảm khả năng dẫn nước.
Trong hệ thống thực vật, việc mất nước của tế bào không chỉ phá vỡ cân
bằng thẩm thấu nội môi (osmotic homeostasis) mà còn làm tăng nồng độ chất tan


8

(đặc biệt là Na+) và phá vỡ cân bằng ion nội môi (ionic homeostasis). Căng thẳng
do thiếu nước gây hại vì ức chế hoạt động quang hợp do ảnh hưởng đến màng
thylakoid. Lục lạp là nơi sản sinh gốc tự do (reactive oxygen species – ROS) bao
gồm các gốc anion superoxide (O2−), gốc hydroxyl (OH) và oxy nhóm đơn (singlet
oxygen - 1O2, một sản phẩm phụ quá trình quang hợp). Do đó căng thẳng mơi
trường tác động lên lục lạp sẽ làm trầm trọng thêm quá trình sản xuất ROS, lấn át hệ
thống kiểm soát ROS và gây độc tế bào dưới dạng stress thứ cấp là stress oxi hóa
(oxidative stress).
Trạng thái ngập lụt làm giảm nồng độ oxy trong đất, hạn chế sự khuếch tán
khí và dinh dưỡng vào đất, đồng thời làm giảm sự sinh trưởng và phát triển của cây
trồng [10]. Khi thời gian ngập nước tăng lên thì số nhánh, số lá xanh và trọng lượng

khơ của lúa giảm. Sự sống sót và sinh trưởng của cây lúa bị ảnh hưởng nghiêm
trọng bởi tình trạng ngập nước [11, 12].
1.3.2.1. Tín hiệu thứ cấp và con đường tín hiệu
Khi tế bào thực vật cảm nhận được stress, tín hiệu được chuyển tiếp và
khuếch đại bởi các chất truyền tin thứ cấp như calci, các loại ROS, phospholipid và
nitric oxide (NO), cùng với các loại protein kinase khác nhau [13, 14]. Sự gia tăng
nồng độ calci do căng thẳng gây ra khác nhau về cường độ, tần suất và vị trí dưới tế
bào. Sự thay đổi nồng độ calci có thể được phát hiện trong các tế bào bảo vệ (guard
cell) của cây Arabidopsis trong vòng 15 giây sau khi xử lý gây áp suất thẩm thấu
[15]. Các tín hiệu calci sau đó có thể được phát hiện bởi các protein liên kết với
calci, thường cung cấp tín hiệu cho một protein kinase tương tác hoặc một protein
kinase được hợp nhất trực tiếp với chúng, chẳng hạn như các protein kinase phụ
thuộc calci (calcium-dependent protein kinases - CDPK hoặc CPK). ROS trong
thực vật có thể được tạo ra từ nhiều bào quan bao gồm lục lạp, ty thể và
peroxisome, hoặc bởi các Rboh NADPH oxydase cố định ở màng sinh chất. Cụ thể,
ROS bên ngoài màng sinh chất (apoplastic ROS) được sản xuất bởi RbohD và
RbohF (respiratory burst oxidase homologs D và F) có thể kích thích các tín hiệu
điện và calci cụ thể và làm trung gian truyền tín hiệu hệ thống phản ứng nhanh để
đối phó với căng thẳng [16]. Loại tín hiệu này được phát hiện lan truyền trong


9

Arabidopsis với tốc độ ~8,4 cm mỗi phút [17]. Các căng thẳng phi sinh học khác
nhau cũng tạo điều kiện cho việc sản xuất phosphatidic acid (PA), được xúc tác bởi
phospholipase Ds (PLDs) và đóng vai trị tích cực hoặc tiêu cực trong các điều kiện
căng thẳng khác nhau [18, 19]. Trong tế bào bảo vệ, việc sản xuất PA do hạn hán
gây ra cần thiết để tích lũy ROS qua trung gian RbohD/F và đóng khí khẩu [20]. Tín
hiệu căng thẳng ở thực vật cũng liên quan đến các họ kinase khác nhau, bao gồm cả
những họ thuộc nhóm protein kinase hoạt hóa phân bào (mitogen-activated protein

kinase - MAPK) [21], protein kinase liên quan đến SNF1 (SNF1-related protein
kinases - SnRK), CDPK và RLK (receptor-like kinases). Chẳng hạn, MPK3, MPK4
và MPK6 có thể được kích hoạt trong vịng 2 phút khi tiếp xúc với hạn hán, muối
hoặc nhiệt độ thấp [22-24].
Ethylene cũng góp phần vào phản ứng của thực vật đối với các căng thẳng
sinh học và phi sinh học khác nhau như nhiễm côn trùng hoặc vi vật, hạn hán và
điều kiện muối [25, 26]. Một số nghiên cứu đã chứng minh protein trên lưới nội
chất Ethylene Insensitive 2 (EIN2) hoạt động như một bộ chuyển đổi tín hiệu chính
truyền tín hiệu kích hoạt downstream tới các thành viên của họ các yếu tố phiên mã
Ethylene Insensitive 3 (EIN3) ở trong nhân. EIN3 tiếp tục liên kết với các promoter
của các gen kích hoạt bởi ethylene [27, 28]. Trong điều kiện thiếu oxy, ethylene
đóng vai trị chính trong việc điều hòa ABA và gibberellic acid (GA) để ảnh hưởng
đến sự kéo dài của tế bào [29]. Hydrogen peroxide (H2O2) đóng vai trị là chất
truyền tin thứ cấp ở cuối con đường truyền tín hiệu liên quan đến tín hiệu ethylene
để thúc đẩy sự hình thành khí mơ trong điều kiện thiếu oxy [30]. H2O2 điều chỉnh
việc tạo ra ethylene-responsive factor 73 (ERF73) và biểu hiện alcohol
dehydrogenase 1 (ADH1) khi thiếu oxy [31].
1.3.2.2. Phản ứng của thực vật
Một cơ chế thích nghi để thực vật chống đỡ trong thời gian thiếu nước là
điều chỉnh áp suất thẩm thấu của tế bào. Có hai con đường chính để thực hiện điều
này. Đầu tiên, tế bào có thể cơ lập các ion vào các ngăn tế bào. Thứ hai, các chất
thẩm thấu chuyên biệt như proline, glycine betaine, mannitol, trehalose, ononitol, và
ectoine có thể được tổng hợp để điều hịa thẩm thấu của tế bào. Những chất thẩm


10

thấu này cũng hoạt động tích cực trong việc loại bỏ ROS, đặc biệt nếu chúng nhắm
vào lục lạp [32, 33]. Sự mất nước cũng có thể tạo ra những thay đổi sinh hóa cụ thể
như vận chuyển các chất lưỡng cực (amphiphilic substances) như các glycosylated

flavonol và hydroquinone vào màng, làm tăng tính linh động của màng [34, 35].
Proline và đường có thể bao phủ các phân tử protein, loại bỏ chất tan khỏi bề mặt
của chúng, và do đó làm giảm tốc độ tháo các nếp gấp của protein [34]. Trong điều
kiện khô hạn, trehalose được tổng hợp với một lượng lớn, có thể tạo liên kết hydro
với các amino acid hữu cực trên bề mặt phân tử protein để duy trì cấu trúc và hoạt
hoạt động của pretein [36].
Khả năng chịu hạn dường như dẫn đến cả việc nén chặt và giãn nở thành tế
bào. Có ý kiến cho rằng một trong những phản ứng vật lý và cơ học chính của cây
đối với tình trạng căng thẳng do mất nước là tăng cường hoạt động ở các mô cần
thiết nhất cho hoạt động sinh lý, và hạn chế tối đa các hoạt động ở những mô khơng
cần thiết, điều này cho phép thực vật duy trì hoạt động sống trong điều kiện thiếu
nước [37, 38]. Các nghiên cứu về tế bào của rễ ngô đang chịu ảnh hưởng hạn
nghiêm trọng đã ghi nhận thành tế bào của mơ vùng chóp rễ (0–3 mm tính từ đỉnh
chóp) rất linh hoạt dẫn đến sự phát triển liên tục của mô [38, 39]. Tuy nhiên, thành
tế bào của các mơ cách xa vùng chóp khơng được nới lỏng, điều này dẫn đến các
mô này không kéo dài nữa [40].
Để bảo vệ bản thân khỏi tác hại của ROS, thực vật đã phát triển một số chiến
lược, bao gồm sản xuất các chất chống oxy hóa, chẳng hạn như ascorbic acid,
glutathione và α-tocopherol. Các hợp chất này hoạt động bằng cách giảm nồng độ
của các điện tử nguy hiểm. Ngoài ra, các enzyme peroxidase và superoxide
dismutase, cũng được tiết ra để dọn sạch các gốc tự do [33, 35, 41, 42]. Các enzyme
này thường sử dụng các kim loại như sắt, kẽm, đồng hoặc mangan làm chất nhận
điện tử. Do đó, các ion kim loại phải có sẵn nếu quá trình giải độc ROS bằng
enzyme được tiến hành.
Con đường tín hiệu ethylene ngoài tạo sự xuất hiện của rễ bất định ở ngô và
lúa [43-45], tận dụng ROS sinh ra do ức chế để kích hoạt q trình chết theo
chương trình của tế bào. Từ đó nhu mơ biến đổi thành dạng xốp, dẫn đến sự hình


11


thành mơ khí do sự chết tế bào (lysigenous arenchyma) để tăng cường trao đổi khí
giữa chồi và rễ.
1.3.3. Stress mặn và phản ứng của thực vật
1.3.3.1. Stress mặn
Đất mặn là loại đất chứa nồng độ muối cao (>0,2%) với nhiều ion độc. Tuy
nhiên, độ mặn cũng có thể biến thiên dựa vào nguồn gốc của mặn, pH đất, nồng độ
các chất hữu cơ trong đất, chế độ tưới tiêu và nhiệt độ. Thành phần các loại muối
trong đất mặn phổ biến là NaCl, Na2SO2, Na2SO4, Na2CO3, MgCl2, MgSO4 ... các
muối này ở nồng độ cao đều gây độc cho cây. Cây lấy nước và khoáng chất trong
đất nhờ vào sự chênh lệch áp suất thẩm thấu, áp suất thẩm thấu trong rễ cao hơn so
với trong đất giúp cây lấy được nước và dưỡng chất. Khi đất bị nhiễm mặn, áp suất
trong đất tăng cao, vượt mức áp suất của cây, cây khơng thể hút được nước và
khống chất nếu khơng có cơ chế thích nghi. Bên cạnh đó hơi nước khơng ngừng
thốt ra ở lá, gây nên hiện tượng hạn sinh lý.
Quang hợp giảm mạnh do lá kém phát triển, sắc tố ít do các chất độc ức chế
quá trình tổng hợp sắc tố, các quá trình xảy ra trong quang hợp bị giảm sút do ảnh
hưởng của chất độc và thiếu nước. Hô hấp tăng mạnh, các cơ chất bị phân huỷ mạnh
nhưng hiệu quả năng lượng thấp, phần lớn năng lượng của các quá trình phân huỷ
đều thải ra dưới dạng nhiệt, đồng thời không hấp thu được P từ khống chất trong
đất nên khơng thể phosphoryl hóa tạo năng lượng, làm cho tế bào thiếu ATP để hoạt
động. Chênh lệch áp suất thẩm thấu làm thất thốt một vài ion ra ngồi mơi trường,
gây rối loạn q trình tổng hợp protein, cây sẽ tích tụ amino acid và các amide. Sự
vận chuyển và phân bố các chất đồng hóa trong mạch libe bị kìm hãm nên các chất
hữu cơ tích trữ trên lá, ảnh hưởng đến q trình tích lũy của cơ quan dự trữ như quả,
... Cytokinin được tổng hợp nhờ vào hệ thống rễ. Trên cây nguyên vẹn thì khi hệ rễ
phát triển mạnh mẽ sẽ là lúc cây trẻ và sinh trưởng mạnh. Nếu hệ thống rễ bị thương
tổn thì cơ quan trên mặt đất sẽ chóng già, thối hóa và chết.
Khi bị stress mặn, thực vật bước đầu cũng có những thay đổi để thích nghi
với mơi trường. Về hình thái, cây sẽ giảm diện tích lá, tăng độ mọng nước, giảm khí

khẩu, tăng lớp cutin và lớp sáp trên lá, giảm mạch dẫn, rễ nhanh chóng bị lignin


12

hoá, giảm khối lượng thân và rễ. Đồng thời, thực vật khắc phục áp suất thẩm thấu
của đất cao bằng cách nâng cao áp suất trong rễ. Rễ thực hiện nhiều hoạt động
nhưnhư tích lũy các ion Na+ và K+, hoặc tăng tích trữ các chất hữu cơ đơn giản,
phân tử lượng thấp như acid hữu cơ, amino acid và các loại đường.
1.3.3.2. Tín hiệu của thực vật dưới tác động stress mặn
Stress muối bao gồm 1 loạt tác động gây căng thẳng cho thực vật như stress
thẩm thấu và stress do nồng độ ion hoặc do ion gây độc cho tế bào. Các tác động
thứ cấp của stress hạn và stress do muối rất phức tạp và bao gồm stress oxy hóa, tổn
thương các thành phần tế bào như lipid màng, protein và acid nucleic, rối loạn chức
năng trao đổi chất. Một đặc điểm quan trọng của stress do mặn là tín hiệu tăng thẩm
thấu gây ra sự tích tụ acid abscisic (ABA), từ đó tạo ra nhiều phản ứng thích nghi ở
thực vật. Các phản ứng thích nghi đối với stress do muối có thể được nhóm thành ba
quá trình: stress thẩm thấu, stress ion và phản ứng giải độc.
a) Các con đường tín hiệu căng thẳng thẩm thấu

Hình 1.2. Căng thẳng thẩm thấu và con đường tín hiệu ABA [46]