Giáo trình Dinh dưỡng khoáng cây trồng - Nguyễn Bảo Vệ

lạp (ở stroma hay ở màng thylakoid) vẫn còn là vấn đề đang thảo luận (Jackson et al., 1978; Sandmann và Böger, 1983). Tuy nhiên, các nhà khoa học thừa nhận rằng, ngoài chức năng trong hệ thống phân ly nước, Mn còn có chức năng chính trong lục lạp (là thành phần kim loại của enzyme SOD) bảo vệ bộ máy quang hợp không bị tổn thương do sự kích hoạt oxygen. Một số enzyme khác có chức năng tương tự, như là catalase, peroxidase và các phân tử nhỏ như glutathione và acid ascorbic. Khi cây bị thiếu Mn, superoxide gây thiệt hại cho hệ thống lục lạp. Vì vậy vai trò của Mn là rất quan trọng trong bảo vệ hệ thống nầy. 10.2.3 Sự điều biến các hoạt tính của enzyme Nhiều phản ứng trong phòng thí nghiệm cho thấy Mn có thể thay thế Mg trong sự kích hoạt enzyme (một vài trường hợp hiệu quả hơn). Hai thí dụ điển hình được trình bày sau đây : 185 xúc tác phản ứng Malate + NADP+ pyruvate + NADPH + H+ + CO2 Enzyme Malic Mn2+, Mg2+ xúc tác phản ứng Isocitrate + NADP+ oxalosuccinate + NADPH Isocitrate dehydrogenase Mn2+, Mg2+ Trung bình ở tế bào thì hàm lượng Mg chiếm khoảng 50-100 lần cao hơn hàm lượng Mn. Trong thực tế, sự kích hoạt do Mn hiệu quả cao hơn nhiều so với sự kích hoạt do Mg. Một thí dụ cho thấy hiệu quả cao của Mn, được trình bày trong Hình 10.5. Hoạt tính của enzyme nầy cần hàm lượng Mg cao hơn gấp 10 lần so với Mn. Hoạt tính của peroxidase gia tăng ở mô thiếu Mn, trái lại hoạt tính của catalase không bị ảnh hưởng (Vielemeyer et al., 1966; Bar-Akiva và Lavon, 1976). Lá thiếu Mn thì hoạt tính enzyme IAA oxidase cao khác thường (Morgan et al., 1976) làm gia tăng sự phân hủy IAA trong mô. Có lẽ thành phần cấu tạo chính của hệ thống oxy hóa IAA là enzyme peroxidase. Sự tổ ng h ợp A R N Nồng độ ion dương hoá trị hai (mM) Hình 10.5 Ảnh hưởng nồng độ Mn và Mg trên sự tổng hợp ARN trong diệp lục tố (Ness và Woolhouse, 1980) 10.2.4 Sự tổng hợp protein, carbohydrate và lipid Mặc dù Mn là thành phần cấu tạo của cấu trúc ribosome (Lyttleton, 1960) và Mn kích hoạt RNA polymerase (Hình 10.5). Sự tổng hợp protein không bị giảm ở các mô thiếu Mn. Ở các cây thiếu Mn, hàm lượng protein bằng hoặc hơi cao hơn ở cây được cung cấp đủ Mn (Lerer và Bar-Akiva, 1976). 186 Thiếu Mn ảnh hưởng nghiêm trọng đến mức độ carbohydrate hòa tan, đặc biệt xảy ra ở rễ (Bảng 10.5). Như vậy, hàm lượng carbohydrate giảm cho thấy Mn có vai trò trong quang tổng hợp. Bảng 10.5 Ảnh hưởng thiếu Mn đến phát triển và thành phần của cây đậu (bean) (Vielemeyer et al., 1969) Thông số Lá Thân Rễ +Mn -Mn +Mn -Mn +Mn -Mn Trọng lượng khô (g/cây) 0,64 0,46 0,55 0,38 0,21 0,14 Đạm Protein (mg/g trọng lượng khô) 52,7 51,2 13,0 14,4 27,0 25,6 Đạm hoà tan (mg/g trọng lượng khô) 6,8 11,9 10,0 16,2 17,2 21,7 Carbohydrates hoà tan (mg/g trọng lượng khô) 17,5 4,0 35,6 14,5 7,6 0,9 Vai trò của Mn trong sự biến dưỡng lipid chưa được hiểu rõ. Ở tế bào thiếu Mn, không chỉ hàm lượng diệp lục tố bị giảm mà hàm lượng của những thành phần cấu tạo màng lục lạp, như glycolipid (acid béo không no) cũng giảm (Constantopoulus, 1970). Manganese đóng vai trò gián tiếp trong diệp lục tố mà còn có vai trò trong sự hình thành enzyme Mn-SOD, chống lại sự quang oxy hóa (photooxidation) của thành phần cấu tạo màng như là các acid béo không no. Hàm lượng lipid và thành phần hột bị thay đổi khi cây thiếu Mn (Hình 10.6). Ở trong khoảng thiếu Mn, hàm lượng Mn ở lá có tương quan thuận với năng suất hạt và hàm lượng dầu. Trái lại, hàm lượng protein thì tương quan nghịch với hàm lượng Mn ở lá. Thành phần cấu tạo acid béo của dầu cũng thay đổi một cách đáng kể, như hàm lượng acid oleic (Hình 10.6) và các acid béo khác gia tăng (Wilson et al., 1982), còn linoleic thì giảm. Hàm lượng dầu trong hạt ở cây thiếu Mn thì thấp, có lẽ do tốc độ quang hợp thấp, làm giảm sự cung cấp khung carbon để tổng hợp acid béo. Pr ot ei n ở hạ t ( % ) N ăn g su ất (t ấn /h a) Li no le ic a ci d (% ) O le ic a ci d (% ) Linoleic acid Oleic acid Protein ở hạt Dầu ở hạt Năng suất Mn ở lá (mg/g) trọng lượng khô Mn ở lá (mg/g) trọng lượng khô Hình 10.6 Mối quan hệ giữa hàm lượng Mn ớ lá và năng suất hạt, và thành phần hạt của đậu nành (Wilson et al., 1982) 187 10.2.5 Sự phân cắt và kéo dài của tế bào Khi bị thiếu Mn, tốc độ vươn dài bị ảnh hưởng nhanh hơn tốc độ phân cắt tế bào. Ở cây thiếu Mn, sự hình thành rễ bên hoàn toàn bị dừng lại (Abbott, 1967). Neumann và Steward (1968), trong thí nghiệm cấy mô, cũng tìm thấy sự kéo dài tế bào bị giảm do thiếu Mn nhiều hơn là sự phân chia tế bào. 10.2.6 Thiếu Mn và ngộ độc Ngưỡng thiếu của Mn ở khoảng 10-20 mg/g trọng lượng khô của lá trưởng thành. Ở ngưỡng nầy, chất khô (Ohki et al., 1979), quang tổng hợp thuần và hàm lượng diệp lục tố giảm nhanh chóng; trong khi đó tốc độ hô hấp và bốc thoát hơi nước không bị ảnh hưởng (Ohki, et al., 1981). Cây bị thiếu Mn dễ bị thiệt hại do băng giá (Bunje, 1979). Ở cây hai lá mầm, thiếu Mn, các đốm vàng giữa các gân lá còn non là triệu chứng dễ nhận diện nhất; trong khi ở ngũ cốc thể hiện các đốm xám hơi xanh ở đáy lá. Ngoài đồng, thiếu Mn thường ít gặp trên đất vùng nhiệt đới có trực di cao, hoặc đất có pH cao có nhiều hữu cơ (Farley và Draycott, 1973). Có thể khắc phục tình trạng thiếu Mn bằng cách áp dụng phân chứa Mn (thí dụ như MnSO4) qua đất hoặc phun qua lá. Ngược lại với ngưỡng thiếu Mn ở lá, có khoảng biến động hẹp, ngưỡng gây độc Mn biến động rộng giữa các loài thực vật và điều kiện môi trường (Bảng 10.6). Ngay cả trong một loài, ngưỡng gây độc có thể thay đổi bởi hệ số từ 3-5 giữa các giống (Ohki et al., 1981; Edwards và Asher, 1982). Nhiệt độ và silicon là hai yếu tố môi trường quan trọng ảnh hưởng đến ngưỡng gây độc của Mn. Ở nhiệt độ cao, ngưỡng gây độc ở lá thường cao hơn nhiều so với nhiệt độ thấp (Heenan và Carter, 1977; Rufty et al., 1979). Ảnh hưởng của silicon có thể so sánh như ở nhiệt độ cao, nghĩa là silicon giúp mô chống lại sự ngộ độc Mn. Bảng 10.6 Mức độ ngưỡng gây độc của Mn trên chồi non (cành non) giữa các loài cây khác nhaua (Edwards và Asher, 1982) Loài Hàm lượng Mn (mg/g trọng lượng khô) Bắp 200 Đậu (Pigeon pea) 300 Đậu nành 600 Cây Bông (cotton) 750 Khoai lang 1.380 Hoa hướng dương 5.300 a: Mức độ ngưỡng gây độc liên quan với sự giảm 10% chất khô 188 Các đốm nâu (do sự kết tủa của MnO2) có viền vàng trên lá già là triệu chứng điển hình do Mn gây độc (Bussler, 1958; Horst và Marschner, 1978b). Tuy nhiên, thường thì Mn gây ra triệu chứng thiếu dinh dưỡng của các chất khác như Fe, Mg và Ca. Manganese gây ra thiếu Fe bằng cách ngăn cản sự hấp thu Fe và cạnh tranh với Fe (hoặc là sự mất cân bằng) ở mức tế bào. Manganese gây ra thiếu Mg (Heenan và Campbell, 1981) bằng cách cạnh tranh vị trí liên kết ở rễ trong lúc hấp thu, cũng như cạnh tranh nhiều phản ứng biến dưỡng khác nhau. Ức chế sự hấp thu Mg bởi nồng độ cao Mn2+ có liên quan tới sự cạnh tranh với tỷ lệ nhiều hơn 1:1 ở các vị trí liên kết ở rễ (Bảng 10.7). Manganese không chỉ cạnh tranh có hiệu quả hơn mà còn ngăn cản vị trí liên kết của Mg2+. Vì vậy, cung cấp một lượng lớn Mg có thể làm giảm gây độc do Mn (Löhnis, 1960). Bảng 10.7 Gia tăng hàm lượng Mn trong chất nền ảnh hưởng đến sự hấp thu Mn và Mg trong rễ cây đậu nànha (Heenan và Campbell, 1981) Hàm lượng Mn cung cấp (µM) Dinh dưỡng 1,8 90 275 Mn 0,5 3,1 4,8 Mg 121,8 81,1 20,2 a số liệu tính µM gram trọng lượng khô của rễ. Thiếu Ca là triệu chứng được biết rõ (lá bị nhăn lại) do Mn gây ra ở cây hai lá mầm, như bông vải (Foy et al., 1981) và đậu (Horst và Marschner, 1978c). Khi cung cấp quá nhiều Mn làm ức chế sự chuyển vận lại của canxi vào trong đỉnh chồi. Điều này cho thấy, mức độ cao của Mn làm giảm khả năng trao đổi cation ở mô lá (Horst và Marschner, 1978c). Theo Morgan et al. (1966, 1976), hoạt tính enzyme IAA oxidase mạnh hơn khi mô cây bị thiếu hoặc quá thừa Mn. Ở điều kiện như thiếu nước tạm thời, sự gia tăng nồng độ Mn2+ trong dung dịch đất là không tránh khỏi. Vì vậy, lựa chọn đặc tính di truyền có khả năng kháng lại hàm lượng cao Mn ở mô cây là hướng tốt để khắc phục khó khăn nầy. 10.3 Dưỡng chất khoáng Cu Ion có Cu hóa trị hai (Cu2+), nó liên kết với các acid humic và acid fulvic trong đất hình thành các phức hợp chất hữu cơ chứa Cu (Steveson và Fitch, 1981). Trong dung dịch, đất có tới 98% Cu tạo phức với các hợp chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp (Hodgson et al., 1966). Nhiều báo cáo chưa thống nhất về sự hấp thu của Cu ở dạng Cu2+ hoặc ở dạng chelate Cu (Graham, 1981). Do Cu2+ có ái lực cao với nhiều ligand (amino acid, phenolic, và chất chelate tổng hợp), nên đồng tạo phức nhanh chóng, ngay cả trong dung dịch dinh dưỡng (Graham, 1979). Khi Cu hiện diện ở nồng độ cân bằng, thì Cu được cây hấp thu nhiều hơn so với dạng chelate Cu, như với EDTA (Coombes et al., 1977) hoặc DTPA, diethylenetriaminepentaacetic acid (Wallace, 1980a,b. Trong rễ và trong nhựa 189 nguyên, có trên 99% Cu hiện diện ở dạng phức chất (Graham, 1979). Đồng ở nhựa gỗ và nhựa libe hầu hết tạo phức với các amino acids và các hợp chất có liên quan (White et al., 1981a,b). Đồng hai hóa trị bị khử thành Cu+, nó không ổn định. Trong trường hợp nầy Cu giống với Fe. Hầu hết chức năng của Cu dựa trên sự tham gia của Cu liên kết với enzyme trong nhiều phản ứng redox. Trong phản ứng redox của enzyme oxidase, enzyme Cu phản ứng trực tiếp với phân tử oxy. Vì vậy, sự oxýt hóa trong các tế bào sống bị xúc tác bởi Cu mà không bị xúc tác bởi Fe. 10.3.1 Các protein có chứa Cu Theo Sandmann và Böger (1983), đồng hiện diện ở 3 dạng khác nhau trong protein: (a) dạng blue protein (như plastocyanin) làm chức năng truyền một điện tử; (b) dạng non-blue protein sinh ra peroxidase và oxýt hóa monophenol tạo thành diphenol; và (c) dạng multicopper protein chứa ít nhất 4 nguyên tử Cu/phân tử và hoạt tính như oxidase (ascorbate oxidase và laccase) và xúc tác phản ứng: 2AH2 + O 2 2A + 2H2O Cytochrome oxidase là protein Cu-Fe xúc tác sự oxýt hóa ở ty thể. Khi thiếu Cu hoạt tính của enzyme chứa Cu giảm nhanh chóng. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, không thấy sự tương quan trực tiếp của Cu làm giảm hoạt tính enzyme chứa Cu. Thí dụ, ở tế bào thiếu Cu, việc giảm hoạt tính của enzyme cytochrome oxidase không làm ảnh hưởng đến tốc độ hô hấp (Bligny và Douce, 1977). * Plastocianin Nhìn chung, có trên 50% Cu hiện diện ở lục lạp dưới dạng liên kết trong plastocianin. Hợp chất này có trọng lượng phân tử khoảng 10.000 và chứa 1 nguyên tử Cu trong mỗi phân tử. Plastocianin là thành phần chuổi truyền điện tử của hệ thống quang hóa I. Theo qui luật, một tỷ lệ từ 3-4 phân tử plastocianin chứa trong 1.000 phân tử diệp lục tố (Sandmann và Böger, 1983). Khi bị thiếu Cu, hàm lượng plastocianin giảm và hoạt động của hệ thống quang hóa I bị giảm nhiều hơn so với hàm lượng của các sắc tố diệp lục và hoạt động của hệ thống quang hóa II (Bảng 10.8). Ở cây thiếu Cu, tốc độ quang hợp có thể bị giảm vì có liên quan đến vai trò của Cu trong lục lạp. Đồng là thành phần của các enzyme trong lục lạp, cần thiết để tổng hợp quinone; plastoquianone trong lục lạp bị giảm (Bảng 10.8) cho thấy vai trò của Cu. Lục lạp bị thiếu Cu, sự vận chuyển điện tử bị ức chế nhiều do thiếu 2 polypeptid trong màng lục lạp cần thiết để duy trì trạng thái lỏng của màng, để đảm đảm bảo tính lưu chuyển các phân tử plastoquianone và để chuyển vận điện tử giữa 2 hệ thống quang hóa (Droppa et al., 1984). 190 Bảng 10.8 Ảnh hưởng thiếu Cu đến sắc tố của lục lạp và sự chuyển vận điện tử trong hệ thống quang II và I trong quá trình quang hợp ở rau bina, Spinach (Baszynski, 1978) Nghiệm thức +Cu -Cu * Superox Enz động chứa histidine (S lạp (Reddy Nguyên tử (Halliwell, * Cytochr Enz nguyên tử thể bị ngăn gian bởi e Enzyme nà oxidase” tr (Wahle và * Ascorba Enz dehydroasc Enz Chức năngLượng sắc tố có trong lục lạp(µg/g trọng lượng lá tươi) Hoạt động hệ thống quang (tương đối) Diệp lục tố Carote- noids Plasto- quinone Plastocyanin (nano nguyên tử /mg diệp lục tố) Hệ thống quang II Hệ thống quang I 1.310 248 106 5,16 100 100 980 156 57 2,08 66 22 ide Dismutase yme SOD Cu-Zn có trọng lượng phân tử khoảng 32.000, và ở vị trí hoạt một nguyên tử Cu và một nguyên tử Zn nối chặt lại bằng một nitrogen andmann và Böger, 1983). Ở lá, hầu hết enzyme nầy hiện diện trong lục và Venkaiah, 1984), đặc biệt ở stroma của lục lạp (Jackson et al., 1978). Cu có liên quan đến cơ chế giải độc O2- tạo ra trong quang hô hấp 1978). ome oxidase yme oxidase của chuổi truyền điện tử trong ty thể nầy có chứa hai Cu và hai nguyên tử Fe trong cấu hình heme. Hoạt tính của enzyme có cản bởi cyanide; sự tiêu thụ O2 duy trì hô hấp của các tế bào qua trung nzyme quinal oxidase được biết như enzyme “alternative oxidase”. y chứa Cu nhưng không phải heme Fe. Bằng chứng cho thấy “alternative ong vi thể làm biến đổi các acid béo chuổi dài như acid oleic và linoleic Davies, 1977). te oxidase yme ascorbate oxidase xúc tác sự oxýt hóa acid ascorbic thành L- orbic acid theo phản ứng: yme ascorbate oxidase tìm thấy trong vách tế bào và trong tế bào chất. sinh lý của enzyme nầy chưa được biết rõ, nhưng hoạt tính của nó giống 191 như enzyme oxidase ở hô hấp hoặc kết hợp với các enzyme phenolase. Enzyme ascorbate oxidase cũng nối kết với hệ thống con thoi redox cùng với glutathione. Mặc dù trong trường hợp nầy, hoạt tính của enzyme giảm không có liên quan trực tiếp tới việc giảm sinh trưởng; ở dãy nồng độ cận tối hảo, có mối tương quan chặt giữa hàm lượng Cu trong mô lá và hoạt tính của ascorbate oxidase (Hình 10.8). H oạ t t ín h en zy m e as co rb at e ox yd as e ○ ○ (n m ol O 2/p hú t x lá ) Đồng cung cấp (Muy/3 kg đất) T rọ ng lư ợn g kh ô ch ồi (g /c ây ) H àm lư ợn g đồ ng ở lá k éo d ài --- --- (M uy /g tr ọn g lư ợn g kh ô) Hình 10.8 Mối quan hệ giữa cung cấp đồng, trọng lượng khô chồi, hoạt tính enzyme ascorbate oxydase, và hàm lượng đồng ở cây cỏ subterranean clover (Loneragan et al., 1982a) * Phenolase và Laccase Các enzyme này xúc tác các phản ứng oxy hóa của phenol trong cây. Laccase có thể được tìm thấy trong màng thylakoid của lục lạp để tổng hợp plastoquinone, là thành phần của chuổi chuyển vận điện tử trong quang hợp. Enzyme phenolase có hai chức năng riêng biệt: (a) monooxygenation của monophenol, tương tự hoạt tính của tyrosinase, và (b) monooxygenation của o- diphenol như là dihrdroxyphenyl alanine (Dopa), tương tự hoạt tính của polyphenol oxidase và hình thành các quinone theo sơ đồ sau: Chất Melanotic Ở thực vật thượng đẳng, hai chức năng mô tả trên liên kết như là một phức hệ phenolase (Walker và Webb, 1981). Phenolase có liên quan đến sự sinh tổng hợp lignin và alkaloid và trong sự hình thành chất melanotic có màu nâu khi tế bào bị tổn thương (ở táo và khoai tây). Chất này hoạt động như phytoalexin ức chế nẩy 192 mầm của bào tử và sự sinh trưởng của nấm. Trong điều kiện thiếu Cu, phenolase giảm nghiêm trọng (Bảng 10.9) và có tương quan với sự tích lũy phenolic (Judel, 1972) và làm giảm sự hình thành chất melanotic. Ảnh hưởng làm giảm chất melanotic nầy có tương quan chặt giữa màu sắc của bào tử Aspergillus niger và tình trạng dinh dưỡng Cu. Khi cung cấp nhiều Cu các bào tử có màu đen; hơi thiếu Cu có màu hơi nâu; và thiếu nghiêm trọng có màu trắng. Ở cây bị thiếu Cu, hoạt tính phenolase giảm, gián tiếp làm chậm sự ra hoa và trưởng thành (Reuter et al., 1981), thí dụ sự ra hoa ở Chrysanthemum được trình bày trong Bảng 10.9. Thiếu Cu làm giảm số lượng các mầm hoa, nhưng chủ yếu ngăn chận hoa nở. Ở cây thiếu Cu hoạt tính của phenolase rất thấp và hoạt tính của IAA oxidase và peroxidase cũng thấp hơn. Bảng 10.9 Ảnh hưởng thiếu Cu đến tiến trình ra hoa và hoạt tính enzyme ở Chrysanthemum mofolium (Davies et al., 1978) Hoạt tính enzyme trong lá (có liên quan) Nghiệm thức Lượng Cu (mg/g trọng lượng lá khô) Số mầm hoa/cây Số hoa nở/cây Phenolase IAA oxidase Peroxidase Đủ Cu 7,9 14,2 13,1 100 100 100 Thiếu Cu 2,4 8,3 0,5 26 52 41 Nhiều tài liệu đã công bố một số phenol là chất ức chế hoạt tính của enzyme IAA oxidase; chẳng hạn như acid ascorbic ngăn cản sự oxy hóa IAA bởi peroxidase (Palmieri và Giovinazzi, 1982). Sự thay đổi hoạt tính các enzyme (Bảng 10.9) cho thấy rằng ở những cây thiếu Cu có sự tích lũy IAA và làm chậm sự ra hoa tương tự khi ứng dụng IAA (Graves et al., 1977). * Amine oxidases Các protein chứa Cu xúc tác sự oxýt hóa amine như sau: R--CH2--NH2 + O 2 + 2H2 R--CHO + NH3 + 2H2O Chúng sử dụng các polyamine (như putrescin và permidine) như là chất nền. Vai trò của polyamine như là chất đưa tin thứ hai; ảnh hưởng của thiếu Cu đến sự cân bằng chất điều hòa sinh trưởng và đến quá trình phát triển cũng có thể liên quan tới sự biến dưỡng polyamine. 10.3.2 Sự biến dưỡng carbohydrate và đạm Ở cây thiếu Cu, hàm lượng carbohydrate hòa tan thấp hơn đáng kể so với cây bình thường trong suốt giai đoạn sinh dưỡng (Brown và Clark, 1977; Mizuno et al., 193 1982). Cây lúa mì thiếu Cu ở giai đoạn sau khi nở hoa thì có ít hạt, duy trì màu xanh (quang hợp tích cực) và tích lũy nhiều carbohydrate trong lá và trong rễ. Về vai trò của Cu trong quang hợp cho thấy một lượng thấp carbohydrate hòa tan trong suốt sự sinh trưởng sinh dưỡng. Tuy nhiên, mức độ carbohydrate thấp để hình thành hạt phấn và thụ phấn là vấn đề đang được tranh luận. Ở cây thiếu Cu có mức độ carbohydrate thấp ở đỉnh chồi và thiếu tinh bột trong hạt phấn (Reuter et al., 1981; Bussler, 1981b), và do đó làm giảm khả năng sinh sản (Mizuno et al., 1982), tuy nhiên vấn đề nầy còn đang được tranh luận. Ở cây họ đậu khi cung cấp thiếu Cu, sự hình thành nốt sần và cố định đạm bị giảm (Hallsworth et al., 1964). Triệu chứng thiếu N có thể khắc phục bằng việc áp dụng đạm vô cơ (Snowball et al., 1980). Đồng là chất cần thiết cho cơ chế cố định N ở nốt sần rễ (Carwrigth và Hallsworth, 1970); và một ảnh hưởng gián tiếp nữa Cu, là thiếu carbohydrate cho sự hình thành nốt sần và cho quá trình cố định N ở những cây thiếu N. Ở những cây không thuộc họ đậu, ảnh hưởng của Cu trên quá trình biến dưỡng N hình như bị ảnh hưởng một cách gián tiếp. Trong một vài trường hợp amino acid tự do và nitrate có thể tích lũy ở cây thiếu Cu (Brown và Clark, 1977). Tuy nhiên, ảnh hưởng này không đặc trưng và không cho thấy có sự ức chế tổng hợp protein như đã trình bày ở Bảng 10.10. Ở lá cây thiếu Cu thường có màu xanh xậm (do hàm lượng diệp lục tố và protein cao); tuy nhiên, hiệu xuất quang hợp thì thấp hơn nhiều, tương ứng với việc có ít carbohydrate. Bảng 10.10 Ảnh hưởng thiếu Cu đến sinh trưởng, protein và lượng diệp lục tố, và quang hợp ở rau bina, Spinach (Bottrill et al., 1970) Nghiệm thức Trọng lượng tươi sau 20 ngày (g/cây) Đạm protein (mg/g trọng lượng tươi) Diệp lục tố Cố định CO2 (mg CO2/mg diệp lục tố) +Cu 17 2,2 546 136 -Cu 4 2,8 604 62 Cung cấp N làm gia tăng thiếu đồng; khi bón nhiều N thì cần thiết phải bón Cu để có năng suất tối đa. Đạm có ảnh hưởng đến sự hữu dụng tính di động của Cu, bao gồm (a) huy động một tỷ lệ cao Cu phức hợp với amino acid và protein trong mô trưởng thành và (b) làm giảm tốc độ tái chuyển vị của Cu từ lá già tới các vùng mới sinh trưởng. Sự tái chuyển vị của Cu có liên quan chặt tới sự lão hóa của lá. Việc cung cấp nhiều đạm làm chậm sự lão hóa, điều này cũng có nghĩa là làm chậm sự tái chuyển vị của Cu (Hill et al., 1978). Như vậy, ngưỡng thiếu của Cu ở chồi gia tăng khi gia tăng cung cấp N (Thiel và Finck, 1973), đây là cơ sở trong việc áp dụng Cu để có năng suất tối đa. 194 10.3.3 Sự hóa lignin Giảm lignin hóa ở vách tế bào do thiếu Cu làm thay đổi hình thái ở thực vật thượng đẳng, thể hiện: làm biến đổi đặc tính của lá non (uốn cong), cong xoắn thân và cành non (Oldenkamp và Smilde, 1966), và làm gia tăng sự đổ ngã ở ngũ cốc, đặc biệt khi cung cấp nhiều đạm (Vetter và Teichmann, 1968). Bảng 10.11 Ảnh hưởng thiếu Cu đến thành phần vách tế bào lá non lúa mì đã nhú ra hoàn toàn (Robson et al., 1981b) Thành phần vách tế bào Nghiệm thức Hàm lượng Cu (mg/g trọng lượng lá khô) Hàm lượng vách tế bào (% chất khô) α-cellulose Hemicellulose Lignin +Cu 7,1 46,2 46,8 46,7 6,5 -Cu 1,0 42,9 55,3 41,4 3,3 Đồng có ảnh hưởng đáng kể trên sự hình thành và thành phần hoá học của vách tế bào (Bảng 10.11). Ở lá thiếu Cu, tỷ lệ vách tế bào/tổng số chất khô giảm; đồng thời tỷ lệ của a-cellulose tăng, trong khi đó hàm lượng lignin chỉ ở khoảng một nửa hàm lượng lignin ở lá cung cấp đủ Cu. Ảnh hưởng nầy dễ nhận thấy ở tế bào cương mô của thân (Hình 10.10). Khi thiếu Cu nghiêm trọng, lignin hóa ở mạch gỗ cũng không hoàn toàn. Lignin hóa giảm ngay cả khi hơi thiếu Cu, và vì vậy nó dùng để chỉ thị tình trạng dưỡng khoáng Cu trong cây (Rahimi và Bussler, 1974; Pissarek, 1974). 195 ình 10.10 Các thành phần cây hướng dương được trồng trong điều kiện cung cấp đồng đầy đủ (50 µg Cu/lít) và không cung cấp đồng. (Hình trên) đủ Hđồng; vách của các tế bào cương mô dày và hoá lignin. (Hình dưới) thiếu đồng, vách của các tế bào cương mô mỏng và không hoá lignin (Rahimi và Bussler, 1974) 196 Lignin hóa bị ức chế ở các mô thiếu Cu, có liên quan tới vai trò của multicopper enzyme (như phenolase và laccase) trong sự oxýt hóa các phenol (như p-coumaric acid) là một trong những tiền chất của sự sinh tổng hợp lignin: Như vậy ở mô thiếu Cu không chỉ hoạt tính của enzyme phenolase thấp hơn mà phenols cũng được tích lũy (Adams et al., 1975; Robson et al., 1981b). 10.3.4 Sự hình thành hạt phấn và sự thụ tinh Thiếu Cu, sự hình thành hạt, hột và trái bị ảnh hưởng nhiều hơn sinh trưởng dinh dưỡng. Khi cung cấp Cu ở nồng độ 0,5 µM, trọng lượng khô của rễ và chồi đạt tối đa và hình thành hoa hầu như đầy đủ, tuy nhiên không có trái nào được hình thành (Bảng 10.12). Để hình thành trái cần cung cấp Cu nhiều hơn. Trọng lượng khô của rễ, lá và thân giảm khi cung cấp Cu ở 1,0 và 5,0 µM, cho thấy có sự cạnh tranh với trái (sink). Ở nồng độ 10 µM Cu thì gây độc cho cây. Bảng 10.12 Mối quan hệ giữa cung cấp Cu, sinh trưởng và phân bố chất khô ở Ớt (Rahimi, 1970) Trọng lượng khô (g/cây) Hàm lượng Cu cung cấp (µg/bình) Rễ Thân và lá Nụ và hoa Quả 0,0 0,8 1,7 0,16 Không có 0,5 1,6 3,3 0,28 Không có 1,0 1,5 3,2 0,38 0,87 5,0 1,4 3,0 0,36 1,81 10,0 1,2 2,0 0,28 1,99 Nguyên hân chính làm giảm sự hình thành các cơ quan sinh sản (hạt, hột và trái) là do tính đầy đủ Cu, bao dĩ nhiên nó có bị ức chế hạt p hóa thì mới nứ lignin hóa rất í Sau giai al., 1979c) thì n bất thụ của hạt phấn ở cây thiếu Cu (Graham, 1975). Khi cung cấp phấn và bầu noãn có hàm lượng Cu cao nhất (Knight et al., 1973) và nhu cầu Cu cao nhất. Theo Dell (1981), cây thiếu Cu có ít hạt là do hấn phóng thích khỏi nhị, vì vách tế bào bao phấn phải được lignin t và tung phấn được. Ở cây thiếu đồng, vách tế bào bao phấn được t hoặc không có. đoạn đậu hạt ở lúa mì và đậu hột ở đậu subterranean clover (Hill et sự sinh trưởng hạt và hột không bị ảnh hưởng bởi tình trạng dinh 197 dưỡng Cu trong cây. Lúc hạt thuần thục, hàm lượng Cu trong hạt lúa mì (được cung cấp Cu đầy đủ) cao hơn gấp 5-6 lần so với hạt của cây bị thiếu Cu. Kết quả này cho thấy tầm quan trọng của việc cung cấp đầy đủ Cu trong suốt thời kỳ thụ phấn để đạt được năng suất hạt và trái sau cùng. 10.3.5 Thiếu Cu và tính độc của Cu * Thiếu Cu Ngưỡng thiếu Cu ở các bộ phận dinh dưỡng nói chung nằm trong khoảng từ 3-5 µM/g trọng lượng khô. Tùy thuộc vào loài cây, cơ quan, giai đoạn phát triển và sự cung cấp đạm, mà khoảng này có thể rất lớn (Thiel và Finck, 1973; Robson và Reuter, 1981). Triệu chứng thiếu Cu điển hình có thể thấy là sinh trưởng còi cọc, lá non biến dạng, mô phân sinh ngọn bị hoại tử, lá non có màu trắng ở ngủ cốc, hoặc chết cành (Rahimi và Bussler, 1973a). Gia tăng hình thành chồi ở ngủ cốc và hình thành chồi bên ở cây hai lá mầm là triệu chứng thứ yếu gây ra do sự hoại tử ở mô phân sinh ngọn. Héo khô lá non, cũng là triệu chứng thiếu Cu, được giải thích là do giảm vận chuyển nước vì lignin hóa các mạch gỗ chưa đầy đủ (Rahimi và Bussler, 1973b; Pissarek, 1974). Ức chế vận chuyển Ca tới các vùng mới sinh trưởng có thể xảy ra ở cây thiếu Cu (Brown, 1979), nhưng có lẽ là một triệu chứng thứ yếu có liên quan tới việc làm giảm sự hình thành vách tế bào. Phun qua lá chất Cu ở dạng muối vô cơ, oxide, hoặc dạng chelate là biện pháp nhanh nhất để để khắc phục triệu chứng thiếu đ