Luận án TS: Brassinolide ảnh hưởng chịu mặn lúa cao sản Đồng bằng Sông Cửu Long

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ LÊ KIÊU HIẾU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐIỀU HÒA SINH TRƯỞNG THỰC VẬT BRASSINOLIDE ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA LÚA CAO SẢN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ LÊ KIÊU HIẾU NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CHẤT ĐIỀU HÒA SINH TRƯỞNG THỰC VẬT BRASSINOLIDE ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA LÚA CAO SẢN VÙNG ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN GS. NGUYỄN BẢO VỆ PGS. PHẠM PHƯỚC NHẪN 2020 LỜI CẢM TẠ ………… Kính dâng Ba má suốt đời tận tụy không quản khó khăn dạy dỗ, yêu thương và nuôi con khôn lớn nên người. Xin cảm ơn những người thân đã giúp đỡ, động viên và cho con những gì tốt đẹp nhất trong suốt thời gian qua.

Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Gs. Nguyễn Bảo Vệ và PGs. Phạm Phước Nhẫn - người đã tận tình hướng dẫn, gợi ý, giúp đỡ và cho những lời khuyên hết sức quý báo cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận án này. Chân thành biết ơn Gia đình anh Tùng, Minh, anh Khởi, chị Kiều Oanh, anh Chiến, anh Trân, em Trí, Thiện, Ngôn, Hảo, My, Ngân, Trung, Khang,.

đã quan tâm, nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện thí nghiệm trong nhà lưới và tại địa phương. Cô Phan Thị Bích Trâm, anh Dương Hoàng Sơn đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện thí nghiệm tại Bộ môn Sinh lý. Trân trọng cảm ơn Toàn thể quý Thầy cô khoa Nông Nghiệp đã dìu dắt và truyền đạt kiến thức quí báu cho tôi trong suốt thời gian theo học ở trường. Đồng cảm ơn quý Thầy cô khoa Sau đại học, Trung tâm học liệu, Viện Nghiên cứu và phát triển đồng bằng sông Cửu Long và thư viện tỉnh Thành phố Cần Thơ đã tạo điều kiện, giúp đỡ, cung cấp thông tin tư liệu trong quá trình sưu tầm, nghiên cứu để tôi hoàn thành tốt luận án.

Ban lãnh đạo và tập thể cán bộ Chi cục Trồng trọt và Bảo vệ thực vật Bạc Liêu đã động viên, giúp đỡ về tinh thần để tôi yên tâm học tập. Thân thương gởi về Em Khúc Ngọc Vy, Trần Thu Hương và các em sinh viên lớp Sinh học ứng dụng K41 (Oghel, Tuyết, Đạt, Hùng, Ngân.) và các em sinh viên lớp Sinh học ứng dụng K42 – Trường Đại học Cần Thơ đã rất nhiệt tình giúp đỡ cho tôi trong quá trình thực hiện nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Bộ môn Sinh lý. Các anh chị học viên lớp Nghiên cứu sinh Khoa học cây trồng K22 đã tận tình động viên và giúp đỡ về mặt tinh thần trong thời gian thực hiện luận án. Luận án này người viết dù đã cố gắng rất nhiều nhưng kiến thức còn hạn hẹp, nên không tránh khỏi những thiếu sót.

Kính mong quý Thầy cô và bạn đọc chân thành góp ý để luận án được hoàn thiện hơn. Trân trọng! Tác giả i TÓM TẮT Đề tài "Nghiên cứu ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng thực vật Brassinolide đến khả năng chịu mặn của lúa cao sản vùng đồng bằng Sông Cửu Long" được thực hiện nhằm: (i) Xác định ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng thực vật brassinolide đến một số đặc tính sinh lý – sinh hóa của cây lúa cao sản khi bị mặn; (ii) Tìm ra nồng độ brassinolide xử lý cho cây lúa bị mặn ở những giai đoạn sinh trưởng của lúa (mạ, đẻ nhánh, tượng đòng và trổ) và mức độ mặn khác nhau. Đề tài đã thực hiện 12 thí nghiệm (2 thí nghiệm trong phòng, 8 thí nghiệm trong nhà lưới, 2 thí nghiệm ngoài đồng ruộng được thực hiện tại tỉnh Bạc Liêu) với 2 nội dung chính bao gồm (i) nghiên cứu một số đặc tính sinh lý sinh hóa của cây lúa cao sản khi bị mặn dưới tác động của brassinolide; (ii) nghiên cứu xử lý chất điều hòa sinh trưởng thực vật brassinolide khi lúa bị mặn ở từng giai đoạn sinh trưởng khác nhau trong điều kiện nhà lưới, sau đó ứng dụng kết quả vào sản xuất thực tiễn đồng ruộng. Trong đó, brassinolide xử lý ở các thí nghiệm trong phòng và nhà lưới gồm có các mức nồng độ là 0; 0,05; 0,10; 0,20; 0,40 mg/L với các nồng độ mặn nghiên cứu gồm 3‰ và 6‰.

Thời gian thực hiện các thí nghiệm của luận án từ năm 2015 đến năm 2018. Kết quả nghiên cứu cho thấy: (1) Trong điều kiện cây lúa bị mặn, brassinolide đã tác động lên các đặc tính sinh lý, sinh hóa của cây bao gồm hàm lượng proline, hàm lượng các sắc tố quang hợp và hoạt tính enzyme thủy phân protease để giúp cây gia tăng khả năng chịu mặn. Trường hợp độ mặn (6‰), brassinolide nồng độ 0,10mg/L có tác động tích cực đến enzyme catalase, gia tăng hấp thụ đạm của cây (Ntổng số tăng 10,97% so với đối chứng); nồng độ brassinolide 0,05 mg/L làm tăng sự hấp thụ lân (tăng 39,19%) cũng như làm giảm hấp thụ natri của cây (giảm 11,70%); (2) Phun brassinolide giúp cải thiện sự sinh trưởng và năng suất lúa khi bị mặn. Nồng độ dung dịch phun brassinolide thay đổi tùy theo độ mặn và giai đoạn sinh trưởng của cây lúa như sau: (i) Khi cây lúa bị mặn 3‰ ở giai đoạn mạ, phun brassinolide có nồng độ 0,05 mg/L giúp gia tăng khối lượng hạt trên chậu 9,17% so với không xử lý, còn ở độ mặn 6‰, xử lý phun brassinolide không làm thay đổi khối lượng hạt/chậu; (ii) Khi cây lúa bị mặn 3‰ vào thời điểm đẻ nhánh, phun brassinolide nồng độ 0,05 mg/L có hiệu quả cải thiện tích cực đến khối lượng hạt trên chậu (tăng 29,58% so với đối chứng), còn ở độ mặn 6‰, phun brassinolide có nồng độ 0,10 mg/L giúp lúa cải thiện khối lượng hạt/chậu tốt nhất (tăng 25,73% so với đối chứng); (iii) Khi lúa bị mặn 3‰ ở giai đoạn tượng đòng và trổ, phun brassinolide 0,10 mg/L làm tăng khối lượng hạt/chậu 48,50% và 44,62%, còn ở độ mặn 6‰ làm tăng khối lượng hạt/chậu 58,97%; (3) Trong điều kiện đồng ruộng bị mặn 3- 5‰ ở tỉnh Bạc Liêu, phun brassinolide 3 lần/vụ (0,05 mg/L ở giai đoạn mạ, 0,1 mg/L lúc nhảy chồi và tượng đòng) giúp cải thiện sự sinh trưởng và gia tăng năng suất lúa 21- 29%.

Từ khoá: Brassinolide, catalase, đất mặn, đồng bằng Sông Cửu Long, lúa cao sản, proline, protease. ii ABSTRACT The experiment “Effects of brassinolide on saline tolerance of high yield rice in the Mekong delta” was conducted to (i) determine the effects of different brassinolide concentrations on physiological and biochemical characteristics of high yield rice under salt-stressed condition; (ii) find out brassinolide-treated concentrations when rice treated by salt concentrations at seedling, tillering, panicle initiating, and flowering stage. There were 12 experiments to be carried including 2 experiments in laboratory, 8 experiments in net house, and 2 trials on the paddy rice field in Bac Lieu province with 2 main contents (i) investigation of some biochemical and physiological characteristics of rice treated with brassinolide and (ii) effects of brassinolide treatments on rice at different stages of rice grown in net house and application of the most effective brassinolide- treated level on field trials. The brassinolide concentrations of 0; 0,05; 0,10; 0,20; 0,40 mg/L were used for the experiments at laboratory and in net house under the salted conditions of 3‰ and 6‰.

All the experiments in this thesis were done from 2015 to 2018. The results showed that (1) when rice living under saline condition treated with brassinolide contributed to increase proline, photosynthetic pigments, and protease activity which enhanced rice tolerance to salinity. At the 6‰-salted condition, brassinolide of 0,10 mg/L had also positive effects on catalase, total nitrogen content in shoots (10,97% higher than the control). Rice treated by brassinolide level of 0,05 mg/L increased 39,19% of total phosphorous content but decreased 11,7% of total sodium content in shoots in comparison to those of the control.

(2) When growing rice in salted condition treated with brassinolide contributed to improve growth and rice yield. The concentration of brassinolide spray solution varies according to salinity and growth stage of rice as follows: (i) When growing rice at the seedling stage in 3‰-salted condition and treated plants with brassinolide of 0,05 mg/L improved rice yield of 9,17% in contrast to that of brassinolide-free treatment. At salinity of 6‰, however, brassinolide treatments caused no change in rice yield; (ii) When rice 3‰-salt-stressed at tillering stage and treated with brassinolide of 0,05 mg/L showed enhancement of yield per pot of 29,58% higher than that of the control. At salt level of 6‰ and brassinolide application of 0,10 mg/L showed the most effective on rice yield (25,73% higher than counterpart of the control); (iii) At stages of panicle initiating and flowering, rice treated with brassinolide of 0,10 mg/L under saline condition of 3‰ enhanced rice yield of 48,5% and 44,62%, respectively comparing to those of the controls.

For those of 6‰ treatment were 58,97% and 54,79% of rice yield improvement, respectively; (3) In the natural-salted field (3 ‰ and 5 ‰) in Bac Lieu province, brassinolide application 3 times per crop season for rice grown (0,05 mg/L BL at the seedling stage, 0,10 mg/L BL at the tillering stage and panicle initiating) improved growth and rice yield from 21% to 29%. Keywords: Brassinolide, catalase, Mekong delta, salt-effected soils, high yield rice, proline, protease. iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết Luận án này được hoàn thành dựa trên các nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả nghiên cứu trong Luận án này là trung thực và chưa được dùng cho bất cứ công trình nghiên cứu nào khác.

Ngày: ………………… Người hướng dẫn Tác giả Luận án GS. Nguyễn Bảo Vệ PGS. Phạm Phước Nhẫn Lê Kiêu Hiếu iv MỤC LỤC Chương Nội dung Trang Lời cảm tạ i Tóm tắt ii Abstract iii Lời cam đoan iv Mục lục v Danh sách bảng ix Danh sách hình xii Danh mục từ viết tắt xiii Chương 1: GIỚI THIỆU .1 Tính cấp thiết đề tài .2 Mục tiêu nghiên cứu .3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .4 Nội dung nghiên cứu .5 Tính mới của luận án .6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 3 Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .1 Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng và năng suất cây trồng .1 Sơ lược về đất mặn .2 Ảnh hưởng của mặn đến sinh trưởng và năng suất cây trồng .3 Cơ chế chống chịu mặn của cây trồng .2 Sự xâm nhập mặn ở Đồng bằng Sông Cửu Long .3 Một số kết quả chọn tạo giống lúa chịu mặn .4 Sơ lược về chất điều hòa sinh trưởng Brs .1 Lược sử nghiên cứu và phát hiện Brs.2 Sinh tổng hợp Brs .3 Cơ chế hoạt động của Brs .4 Vai trò sinh lý của Brs đến đời sống cây trồng .5 Ảnh hưởng của BL đến đời sống cây trồng khi bị mặn .1 Ảnh hưởng của BL đến quá trình sinh lý – sinh hóa .2 Ảnh hưởng của BL đến quá trình sinh trưởng và năng suất v cây trồng .