Tài liệu Phản ứng của cây vừng đối với điều kiện thiếu nước

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 PHẠM THỊ THANH HUYỀN PHẢN ỨNG CỦA CÂY VỪNG ĐỐI VỚI ĐIỀU KIỆN THIẾU NƯỚC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 01 14 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Văn Mã HÀ NỘI, 2012 2 LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản khóa luận này, em xin bày tỏ lòng biết ơn, sự kính trọng sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Nguyễn Văn Mã đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới khoa Sinh – KTNN và Trung tâm Hỗ trợ nghiên cứu khoa học và chuyển giao công nghệ - Trường ĐHSP Hà Nội 2 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để em thực hiện tốt đề tài này. Hà Nội, tháng 5 năm 2012 Học viên Phạm Thị Thanh Huyền 3 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Học viên Phạm Thị Thanh Huyền 4 MỤC LỤC Lời cam đoan Lời cảm ơn MỞ ĐẦU 1 1.Lí do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn 3 Chương I. Tổng quan tài liệu nghiên cứu 4 1.1 Giới thiệu khái quát về cây vừng. 4 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố. 4 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây vừng 4 1.1.3.Đặc điểm sinh thái, sinh trưởng và phát triển của cây vừng. 6 1.1.4. Giá trị của cây vừng. 8 1.1.5. Tình hình sản xuất vừng trên thế giới và ở Việt Nam. 10 1.2 Ảnh hưởng của hạn hán tới vừng và tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây vừng 12 1.2.1 Ảnh hưởng của hạn đối với thực vật nói chung và vừng nói riêng 12 1.2.2 Tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây vừng. 15 1.3. Prolin và vai trò của prolin. 17 1.4. Huỳnh quang diệp lục 19 1.5 Một số enzym trong hạt nảy mầm 23 Chương II. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 25 2.1. Đối tượng nghiên cứu 25 2.2. Phương pháp nghiên cứu 25 5 2.2.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 25 2.2.2 Phương pháp xác định chỉ tiêu nghiên cứu 26 2.2.3 Phương pháp xử lý thống kê các kết quả thực nghiệm 31 Chương III. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 33 3.1. Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến sinh trưởng của mầm và hàm 33 lượng proline trong mầm 3.1.1.Khả năng nảy mầm của hạt 33 3.1.2. Sinh trưởng rễ mầm, thân mầm 34 3.1.3. Khối lượng tươi và khối lượng khô của mầm. 37 3.1.4. Hàm lượng proline trong mầm 39 3.2. Hoạt độ của các enzym phân giải chất dự trữ trong mầm vừng trong điều kiện gieo hạt trong dung dich đường saccarozo 41 3.2.1. Hoạt độ của enzym protease 41 3.2.2. Hoạt độ của enzym lipase 43 3.2.3. Hoạt độ của enzym amilase 44 3.3 Ảnh hưởng của sự thiếu nước đến cây vừng trong thời kì ra hoa và tạo quả. 45 3.3.1 Chiều cao cây. 45 3.3.2. Diện tích lá. 47 3.3.3. Hàm lượng proline của rễ trong thời kì ra hoa và tạo quả 48 3.3.4 Huỳnh quang diệp lục của lá. 51 KẾT LUẬN 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 6 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Vừng (Sesamum indicum L.) là một loại cây thuộc chi Vừng (Sesamum), họ Vừng (Pedaliaceae). Hạt vừng chứa 40-55% dầu màu vàng, 58% nước, 20-22% protein, 5% tro (trong đó có 1,7 mg đồng) 1% canxi oxalat, 6,3-8,8% chất không có nitơ gồm: sesamin, sesamolin, sesamol, pedaliin planteose, sesamose. Dầu Vừng chứa khoảng 12-16% acid đặc và 75-80% acid loãng, 0,9-1,7% phần không xà phòng hóa; khoảng 1% lexitin. Trong dầu có chất sesamin với tỷ lệ chừng 0,25-1% và chất sesamol là một phenol, chừng 0,1%. Vừng là loại cây trồng có giá trị dinh dưỡng được sử dụng nhiều trong đời sống hàng ngày, ngoài ra vừng còn là một dược liệu quý được biết đến như là một vị thuốc “trường sinh” trong vừng có chứa rất nhiều các chất chống lão hóa như vitamin E...; có các chất mà cơ thể cần như protein, chất béo, đường, khoáng chất, có các chất phòng chống bệnh xơ cứng động mạch như axit béo không bão hòa, vitamin PP, vitamin B1, những thứ này đều là cơ sở cho việc kéo dài tuổi thọ. Nhiệt độ thích hợp cho vừng sinh trưởng phát triển tốt là từ 25- 300C; nhu cầu nước của vừng phụ thuộc vào từng thời kì, tổng lượng mưa trong cả thời gian sinh trưởng phát triển của cây vừng là 500600mm. Tuy nhiên với những vùng có nhiệt độ quá cao, lượng mưa thấp thì ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng phát triển của vừng. Hiện nay, vừng đã được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới với tổng diện tích hơn 7,7 triệu ha, năng suất: 3,5-4,5 tạ/ha. Sản lượng vừng của thế giới trong 10 năm gần đây đạt khoảng trên 3 triệu tấn/ năm. Diện tích vừng của Việt Nam đạt khoảng 45 ngàn ha, năng suất 4,8 tạ/ha và sản lượng 22 ngàn tấn [23], [32]. Được trồng chủ yếu ở các vùng đồng bằng như Sông Hồng, đồng bằng sông Cửu Long, Duyên hải Nam Trung bộ, Đông Nam bộ… 7 Trên thế giới cây vừng đã được các nhà khoa học nghiên cứu theo nhiều hướng khác nhau như: những biến đổi sinh lý, hóa sinh trước và sau khi nảy mầm, ảnh hưởng của điều kiện hạn đến sự nảy mầm, sinh trưởng và phát triển, năng suất của cây vừng, các chỉ tiêu hóa sinh và sự đa dạng di truyền...[58], [61], [63]. Việt Nam, đất đai khí hậu thích hợp cho cây vừng phát triển. Vừng được gieo trồng khắp nơi từ Bắc vào Nam bởi khả năng thích ứng rộng, có thể trồng trên nhiều loại đất, đồng thời vừng là loại cây có khả năng chịu hạn khá, trong cả thời kì sinh trưởng cần lượng nước mưa khoảng 500 -600mm. Nhưng cho đến nay các công trình và các hướng nghiên cứu về vừng còn rất ít. Các nghiên cứu chủ yếu tập trung và chọn tạo giống vừng mới như V6, V36, VĐ10 cho năng suất cao, chất lượng tốt [28], [30], hay những nghiên cứu về các chỉ tiêu sinh hóa thực phẩm, thành phần dinh dưỡng trong hạt, việc khai thác sử dụng các chế phẩm từ vừng....song một trong những ưu điểm của cây vừng là khả năng chịu hạn, những biến đổi sinh lý, hóa sinh trong điều kiện hạn lại chưa được nghiên cứu sâu. Trong khi đó đối với cây trồng như ngô, lúa, đậu tương, lạc... thì có rất nhiều công trình nghiên cứu về khả năng chịu hạn của những nhóm cây này. Chính vì thế, việc tìm hiểu ảnh hưởng của hạn đối với các cây trồng nói chung và vừng nói riêng là cần thiết để đánh giá được các giống cây trồng, và chọn lọc được những giống vừng, có khả năng chịu hạn, cho năng suất cao, phẩm chất tốt, và giúp cho người sản xuất gieo các giống vừng ở những vùng đất phù hợp. Xuất phát từ lí do nêu trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Phản ứng của cây vừng đối với điều kiện thiếu nước”. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu phản ứng của cây vừng trong điều kiện thiếu nước ở giai đoạn nảy mầm, ra hoa, tạo quả. 8 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xác định khả năng nảy mầm, sinh trưởng của mầm trong điều kiện gieo hạt trong dung dịch đường saccarozo. - Xác định hàm lượng prolin, hoạt độ các enzym protease, lipase và amylase trong mầm vừng ở điều kiện thiếu nước. - Xác định chỉ tiêu sinh trưởng của cây ở thời kì ra hoa và tạo quả trong điều kiện đủ nước và thiếu nước. - Xác định hàm lượng prolin rễ, huỳnh quang diệp lục lá ở thời kì ra hoa và tạo quả trong điều kiện đủ nước và thiếu nước. 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu Tiến hành nghiên cứu trên 2 giống vừng: vừng vàng và vừng đen Sơn La, được trồng phổ biến ở khu vực Xuân Hòa - Phúc Yên - Vĩnh Phúc. Các giống vừng này được cung cấp từ Trung tâm tài Nguyên Thực Vật, Viện KHKTNN Việt Nam. 4.2 Phạm vi nghiên cứu Tiến hành xác định chỉ tiêu nghiên cứu trên đối tượng vừng trong giai đoạn nảy mầm ở điều kiện phòng thí nghiệm và giai đoạn ra hoa, tạo quả ở vườn thí nghiệm dưới ảnh hưởng của điều kiện thiếu nước. 5. Ý nghĩa lí luận và thực tiễn Các kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là dẫn liệu khoa học về các phản ứng sinh lý, sinh hóa liên quan đến khả năng chịu hạn của vừng. Qua kết quả nghiên cứu giúp chọn lọc được giống chịu hạn tốt, chọn được nơi trồng vừng phù hợp đối với các giống. 9 Chương I. Tổng quan tài liệu 1.1 Giới thiệu khái quát về cây vừng. 1.1.1. Nguồn gốc và sự phân bố. Cây vừng (Sesamum indicum L.), thuộc chi Sesamum, họ Pedaliaceae bộ Tubiflorae, lớp Mộc lan Magnoliopsida, ngành Mộc lan Magnoliophyta. Cây vừng có nguồn gốc có từ Châu Phi. Vừng là loại cây có dầu được trồng lâu đời (khoảng 2000 năm trước công nguyên). Sau đó được đưa vào vùng tiểu Á (Babylon) và được di về phía tây - vào châu Âu và phía nam vào châu Á dần dần được phân bố đến Ấn Độ và một số nước nam Á. Trung Quốc, Ấn Độ được xem như là trung tâm phân bố của cây vừng. Cho đến nay vừng được trồng phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, nhưng tập chung chủ yếu vẫn là ở Châu Á và Châu Phi . Hiện nay trên thế giới đang gieo trồng khoảng 300 giống vừng, sản lượng vừng hàng năm vào khoảng 2,2 triệu tấn với năng suất tương ứng 3,5 ta/ha [5]. Theo tài liệu công bố trên tạp chí “Dầu thực vật thế giới” thì có khoảng 30 nước trên thế giới trồng vừng với quy mô tối thiểu trên 10000ha và dành một lượng nhất định để xuất khẩu. Điển hình là các nước: Ấn Độ, Trung Quốc, Miến Điện...Ở các nước này, ngoài việc cung cấp các sản phẩm cho tiêu dùng thì vừng còn có giá trị xuất khẩu rất lớn, chiếm khoảng 68% tổng sản lượng vừng trên thế giới [57], [58]. Ở Việt Nam, vừng là cây trồng có từ lâu đời, thích nghi rộng nên được trồng ở khắp các vùng sinh thái trong cả nước nhưng tập trung chủ yếu ở các tỉnh miền Nam và Bắc Trung Bộ. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây vừng Đặc điểm của rễ Thuộc loại rễ cọc, rễ chính ăn sâu. Đồng thời hệ rễ bên của vừng cũng rất phát triển về bề ngang. Rễ vừng phân bố chủ yếu ở lớp đất từ 0 – 25 cm. 10 Đối với vùng đất cát, vùng khô hạn, rễ cái có thể ăn sâu từ 1m đến 1,2 m để tìm nguồn nước ngầm. Trên đất cát, rễ mọc tốt hơn trên đất sét và không chịu ngập trong thời gian ngắn. [27] Đặc điểm của thân. Thân vừng thuộc thân thảo, thân thường có hình 4 cạnh với những tiết diện vuông và những rãnh dọc. Tuy nhiên, có những dạng thân rất rỗng hình chữ nhật. Thân có thể tròn, trên thân có nhiều lóng hoặc ít lóng. Đặc tính này cũng để phân biệt giống. Màu sắc của thân thay đổi từ màu xanh nhạt đến màu tím, phổ biến nhất là màu xanh đậm. Thân cao từ 60-120 cm. Trong điều kiện hạn, thân có thể thấp hơn, nhưng cũng có giống đạt đến 3m.[27] , [32] Số lượng cành trên cây phụ thuộc chủ yếu vào giống, thường có khoảng 2 – 6 cành. Cành mọc từ các nách lá gần gốc. Đặc điểm của lá: Lá vừng rất biến đổi về dạng và kích thước trên cùng một cây và giữa các giống. Lá dưới thường rộng đôi khi có thùy, mép (rìa) hình răng cưa hướng ra ngoài lá giữa thường nguyên hình móc, đôi khi răng cưa lá trên hẹp hơn. Lá mọc đối hay luân phiên tùy giống, cách sắp xếp lá ảnh hưởng đến số hoa mang trên nách lá và năng suất hạt trên cây. Lá mọc đối tạo diều kiện có nhiều hoa. Kích thước của lá thay đổi từ 3 -17,5 cm chiều dài và 1-1,5 cm chiều rộng. Lá có màu xanh đậm, xanh nhạt tùy thuộc vào giống. Mặt trên của lá có lông tơ bao phủ. [27], [32] Đặc điểm của cành. Xuất phát từ thân chính, cành có thể mọc cách hay mọc đối nhau, cành sẽ mang hoa và trái, trên các cành chính còn có cành cấp hai. Sự phân cành trên thân chính cũng là một yếu tố để phân biệt các giống vừng , thường màu của cành trên thân giống như thân chính. [26], [32] 11 Đặc điểm của hoa. Hoa vừng thuộc hình chuông. Cuống hoa ngắn, tràng hoa gồm 5 cánh hợp thành hình chuông. Đài hoa màu xanh, 5 cánh cạn. Ống hoa dài 3 – 4 cm. Hoa mọc ở nách lá thành chùm. Mỗi chùm có 4 – 8 hoa. Nhị đực 5 nhưng có 1 bất dục. Bầu nhụy nằm trên đài hoa, có 2 ngăn với nhiều vách giả. [26], [32] Đặc điểm của quả. Là một loại quả nang, tiết diện hình chữ nhật, có rãnh sâu, có đầu nhọn hình tam giác ngắn. Hình dạng của quả cũng là một yếu tố để phân biệt các giống. Chiều dài trái thay đổi từ 2,5 – 8cm, đường kính trái thay đổi từ 0,5-2 cm số vách ngăn từ 1-12 trái thường có lông tơ bao phủ. Trái mở ra bằng cách chẻ dọc vách ngăn từ trên xuống. Mức độ mở trái là đặc tính quan trọng khi chọn giống để trồng cho phù hợp với điều kiện thu hoạch. [27], [32] Chất lượng quả cũng khác nhau tùy vị trí đóng quả. Thường quả ở vị trí thấp có hạt lớn hơn ở vị trí cao. Đặc điểm của hạt. Hạt vừng nhỏ thường có hình trứng hơi dẹp trọng lượng 1000 hạt từ 2 – 4 g. Vỏ láng hoặc nhăn màu đen, trắng, vàng, nâu đỏ hay xám, cũng có hạt màu xám nâu, xanh olive và nâu đậm. Hạt vừng tương đối mảnh và chứa rất nhiều dầu, do đó, dễ mất sức nảy mầm sau khi thu hoạch. Hạt vừng chứa khoảng 45 – 54% lipit, 16 -18% protein, ngoài ra còn có các chất khoáng và vitamin…[27], [32] 1.1.3.Đặc điểm sinh thái, sinh trưởng và phát triển của cây vừng. - Nhiệt độ: Nhiệt độ thích hợp cho hạt nảy mầm, sinh trưởng, các bộ phận dinh dưỡng và sự hình thành hoa khoảng 25 – 270C. Nhiệt độ thích hợp cho sự nở hoa và sự phát triển quả vào khoảng 28 – 320C. Nếu nhiệt độ dưới 200C kéo dài thời gian nảy mầm. Nhiệt độ dưới 180C sẽ gây khó khăn cho sự 12 phát triển và nếu nhiệt độ dưới 100C cây ngừng phát triển và chết. Nhiệt độ cao trên 400C vào thời gian ra hoa sẽ cản trở sự thụ phấn, thụ tinh, tăng tỷ lệ hoa rụng và do đó làm giảm số hoa. [26] - Ánh Sáng: Vừng là cây ngắn ngày. Trong điều kiện thời gian chiếu sáng dưới 10 giờ/ngày sẽ rút ngắn thời gian sinh trưởng dinh dưỡng của vừng. Vừng sẽ ra hoa sớm hơn 15 - 20 ngày trong điều kiện tự nhiên (12giờ/ngày). Cường độ ánh sáng trong ngày ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất của vừng. Trong thời gian sinh trưởng, nhất là sau khi trổ hoa, vừng cần khoảng 200 300 giờ nắng/tháng cho tới khi trái chín. Một số kết quả nghiên cứu cho thấy: Cường độ ánh sáng trong thời gian kết quả đến khi chín 28.000 lux thích hợp nhất cho quá trình hình thành dầu. Hàm lượng dầu trong hạt giảm 8% nếu cường độ ánh sáng giảm xuống 7.000 lux. - Nước : Là yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến năng suất vừng .Vừng tương đối chịu hạn nhưng cho năng suất thấp, khi đất có ẩm độ dưới 70%. Vừng ít cần nước mưa, vừng cho năng suất cao ở lượng mưa 500 650mm. Trong điều kiện có tưới tổng lượng nước cần lên tới 900 - 1000mm. Cây vừng yêu cầu lượng nước phân bố đều trong vụ: Thời kỳ sinh trưởng dinh dưỡng 34%; thời kỳ ra hoa kết quả 45%; và thời kỳ chín là 21%. Độ ẩm đất thích hợp cho sự sinh trưởng, phát triển và cho năng suất của vừng khoảng 70 - 80%. [26] - Độ cao. Vừng thích hợp ở độ cao từ 500- 1250m so với mực nước biển. Nhưng không chịu được sương gió. Vừng rất dễ bị thiệt hại do gió, nhất là khi thân chính phát triển, gió cũng làm cho mất hạt khi trái bị nứt. - Đất. Vừng phát triển được trên nhiều loại đất khác nhau, nhưng phát triển tốt nhất là trên loại đất phì nhiêu, thoát thủy tốt. Cơ cấu đất không quan trọng bằng khả năng thoát nước, cây sẽ chết nếu nước ngập kéo dài, nhất là 13 thời kỳ sinh trưởng đầu. Các loại đất cát, cát pha có pH từ 5,5 đến 8 đều trồng vừng được, nhưng tốt nhất là pH = 6. Độ ẩm thích hợp nhất là 70%.[26] - Thời vụ gieo trồng: Vụ đông xuân: Đối với các tỉnh phía nam. Gieo từ 15/11 đến cuối tháng 2 dương lịch,vụ này cho năng suất cao nhất trong năm. Vừng trồng vụ Đông Xuân có điều kiện thuận lợi phơi hạt dễ dàng. hạt có màu sáng đẹp, không bị nấm mốc tấn công làm biến dạng hạt, do đó giá trị kinh tế cao. Trồng vụ này, cây không bị đổ ngã, ít sâu bệnh, không ngập úng. Vụ xuân hè: Bắt đầu từ tháng 2 đến giữa tháng 3 dương lịch, tốt nhất là trong tháng 2. Không nên quá muộn vì gây khó khăn cho việc thu hoạch Vụ hè thu: Thường được trồng trên đất rẫy để tránh bị úng khi mưa nhiều, bắt đầu gieo vào tháng 5 - 6 duơng lịch thu hoạch vào tháng 8-9 dương lịch. Vụ này năng suất thấp nên chỉ trồng trên đất rẫy lấy giống cho vụ sau. Vụ thu đông: Thời vụ gieo trồng thích hợp từ đầu tháng 9 đến đầu tháng 10 dương lịch để có thể thu hoạch vào cuối tháng 12 đầu tháng 1 năm sau. 1.1.4. Giá trị của cây vừng. Cây vừng được mệnh danh là "hoàng hậu của các cây lấy dầu" [35], [65] với sản phẩm thu hoạch chính là hạt. Thành phần dinh dưỡng chủ yếu trong hạt vừng là lipit với 45-54%, protein 18 -25%, gluxit 18 - 22%. Ngoài ra trong hạt vừng còn chứa nhiều chất khoáng, các vitamin quan trọng. Dầu vừng không những được coi là loại dầu có khả năng chống oxy hóa, có giá trị dinh dưỡng cao, chất lượng tốt mà còn là nguồn thực phẩm có giá trị đặc biệt và ngày càng được sử dụng rộng rãi trên thế giới [36]. Vừng từ lâu đã trở thành một phần trong các món ăn của con người [62], trong thức ăn cho vật nuôi dưới dạng hat, dầu và thức ăn chế biến. Khoảng 70% lượng hạt vừng trên thế giới được chế biến thành dầu và sử dụng nhiều trong bữa ăn [53]. Ở nhiều nước, dầu vừng được dùng trực tiếp 14 trong nấu nướng hoặc ăn sống với rau, làm phụ gia trong công nghiệp thực phẩm như nước chấm, công nghệ dược liệu, mỹ phẩm....[33],[37], [48], [54],[57],[58]. Gần đây dầu vừng được sử dụng như thực phẩm chức năng có lợi cho sức khỏe. Bên cạnh các chất chống oxi hóa hòa tan được lipit như: sesamin, sesamol và sesamolin người ta còn phát hiện rằng các hợp chất: lignans và lignan glucozit cũng có khả năng chống phản ứng peroxyt hóa chất béo, tăng nguồn cung cấp vitamin E ở động vật. Nên dầu vừng được coi là 1 trong những chất béo khá lí tưởng làm thực phẩm cho người lớn, trẻ em, cho người béo phì [ 40], [42], [55], [56]. Thức ăn từ vừng đã được khử mỡ là nguồn cung cấp protein quan trọng cho con người nhờ các axit amin chứa lưu huỳnh . Trong đông y, vừng đen có tên là "hắc ma chi", được dùng làm thuốc bổ, nhuận tràng, lợi sữa... Vừng vị ngọt, tính bình, không độc, đi vào phế kinh, tì kinh, đại trường kinh. Trên lâm sàng thường dùng để chữa trị các chứng bệnh thân thể hư nhược, đầu tóc bạc sớm, thiếu máu, người khô héo, tân dịch không đủ, đại tiện phân táo bón, váng đàu, ù tai, cao huyết áp, cao mỡ trong máu, ho, thiếu sữa, bệnh giun kim, bệnh kiết lỵ, tiểu tiện ra máu … [3] Trong hạt vừng trung bình có từ 20 - 30% protein, trong đó có đủ 8 loại axit amin không thay thế, trong đó có một số axit amin có hàm lượng cao hơn so với đỗ tương, trứng gà và lạc. Chính vì thế bột vừng được chế biến làm thức ăn bổ sung, phòng chống suy dinh dưỡng cho trẻ. [18], [29],[45]. 15 Bảng so sánh thành phần axit amin của vừng với lạc, đậu tương.(mg/g) [26] Axit amin Vừng đen Vừng vàng Lạc Đậu tương Lysin 2,9 3,5 3,0 6,8 Phenylalanin 6,2 6,3 5,1 5,3 Methionin 3,3 3,8 1,0 1,7 Loxin 8,9 7,4 6,7 8,0 Izolơxin 3,9 3,7 4,6 6,0 Valin 3,5 3,6 4,4 5,3 Histidin 2,1 2,4 2,1 2,9 Threonin 3,6 3,9 1,6 3,9 Trong hạt vừng còn chứa nhiều vitamin A, B1, B2, PP và một số nguyên tố khoáng như sắt, kẽm, đồng, canxi... 1.1.5. Tình hình sản xuất vừng trên thế giới và ở Việt Nam. Trước chiến tranh thế giới thứ 2 , diện tích trồng vừng từ 5 triệu ha vào năm 1939, đạt sản lượng 1,5 tấn trong đó Ấn Độ là quốc gia trồng nhiều nhất với diện tích 2,5 triệu ha, kế đó là Trung Quốc 1,2 triệu ha, Miến Điện 700.000 ha, Mêhicô 200.000 ha. Các quốc gia có diện tích trồng < 50.000 ha gồm: Pakistang, Thổ Nhĩ Kỳ... Hiện nay, tuy với diện tích không nhiều vừng đã được trồng khắp các châu lục trên thế giới. Hàng năm trên thế giới có khoảng 6 triệu ha vừng được trồng, tập trung chủ yếu ở một số nước đang phát triển ở Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ với tổng sản lượng gần 2,4 triệu tấn. Trong đó Châu Á, vừng được trồng với quy mô lớn nhất, chiếm 55% diện tích và 62,00% sản lượng. Các nước ở Châu Phi chiếm 33,58% diện tích và 21,76% sản lượng. Phần còn lại không nhiều được phân bố ở khu vực Châu Mỹ và một số các quốc gia khác [34], [44]. 16 Sản lượng vừng trên thế giới trong 10 năm gần đây đạt khoảng 2,5 triệu tấn/năm. Nước đứng đầu sản lượng vừng là Ấn Độ với 700.000 tấn/năm, tiếp đó là Trung Quốc với 500.000 tấn/năm, Sudan với 300.000 tấn/năm và Mexico với 250.000 tấn/năm. Những nước có sản lượng vừng thấp hơn 250.000 tấn/năm tập trung chủ yếu ở khu vực Tây và Đông Nam Á, Châu Phi, Châu Úc, Châu Mỹ [5]. Ở Việt Nam, đất đai và khí hậu thích hợp cho cây vừng sinh trưởng và phát triển. Tuy nhiên, so với một số cây trồng khác như lạc, đậu tương…cây vừng chưa được coi là cây trồng chính nên năng suất thấp, chưa được quan tâm chưa được đầu tư đúng mức; diện tích gieo trồng còn ít, năng suất chưa cao. Diện tích vừng hàng năm biến động từ 30000 đến hơn 40000 ha trong suốt hai thập niên qua. Năm 2004, cả nước gieo trồng được 40800ha, tăng 4000 ha so với năm 2000. Diện tích tăng chủ yếu ở vùng đồng bằng sông Cửu Long và Duyên hải miền trung Nam Bộ, nhưng ở vùng Tây Nguyên diện tích lại giảm mạnh. Diện tích vừng phân bố chủ yếu tại các tỉnh miền Nam, khoảng 25600ha, các tỉnh miền Bắc đạt 15200ha. Tổng sản lượng vừng năm 2004 của cả nước đạt gần 21000 tấn, tăng 4400 tấn so với năm 2000. Trong đó các tỉnh miền Bắc chiếm 33,97% và các tỉnh miền Nam đạt 66,03%. Bảng: Diện tích, năng suất và sản lượng vừng ở Việt Nam từ năm 2000 - 2010 Năm Năng suất (tấn/ ha) Sản lượng (tấn) Diện tích (ha) 2000 2001 2002 2003 2004 2005 0,46 0,52 0,38 0,42 0,52 0,52 2006 2009 0,49 2010 0.49 16.800 19.400 12.900 14.300 21.200 27.400 22000 24.900 36.800 37.000 33.800 34.200 41.100 52.800 45.000 51.000 (Niên giám thống kê 2010) 17 Năng suất vừng chưa cao do nhiều nguyên nhân: đất đai, khí hậu, yếu tố đầu tư thâm canh thấp, thiếu giống chống chịu với điệu kiện hạn hán và sâu bệnh. Các giống vừng hiện nay đang gieo trồng đều là giống địa phương, tồn tại nhiều năm không chọn lọc, không phục tráng nên ảnh hưởng nhiều đến năng suất và phẩm chất sau khi thu hoạch. 1.2 Ảnh hưởng của hạn hán tới vừng và tình hình nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây vừng. 1.2.1 Ảnh hưởng của hạn hán tới thực vật nói chung và cây vừng nói riêng. * Tính chống chịu Trong suốt quá trình sống thực vật luôn chịu tác động của nhân tố ngoại cảnh: ánh sáng, nhiệt độ, hàm lượng nước.... để tồn tại, sinh trưởng và phát triển. Qua quá trình tiến hoá ở các loài thực vật đã hình thành nên những nhu cầu xác định đối với môi trường sống. Đồng thời mỗi cơ thể có khả năng thích nghi với môi trường biến đổi. Tính chống chịu môi trường bất lợi có các đặc trưng đa dạng. Cơ thể có thể bằng cách nào đó tránh khỏi tác động bất lợi.Trong các điều kiện môi trường bất lợi gây nên stress ở cơ thể thực vật, thường gặp nhất là thiếu nước (hạn), nhiệt độ cao (nóng), nhiệt độ thấp (rét)… Tính chống chịu đối với mỗi một tác động đó được xác định do một loạt những đặc điểm sinh lý hoá sinh của cơ thể [25]. * Tính chịu hạn Hạn là hiện tượng xảy ra khi cây bị thiếu nước. Do thiếu nước, lượng nước hút vào cây không bù đắp được lượng nước bay hơi đi qua các bộ phận trên mặt đất, làm cho cây mất cân bằng nước và bị héo. Có ba loại hạn: Hạn đất xảy ra khi lượng nước dự trữ cho cây hấp thu trong đất bị cạn kiệt nên cây không hút đủ nước và mất cân bằng nước trong cây và xuất hiện dấu hiệu héo. Mức độ khô hạn của đất tùy thuộc vào sự bốc hơi nước trên bề 18 mặt và khả năng giữ nước của đất. Hạn đất thường xảy ra với các vùng có lượng mưa trung bình rất thấp và kéo dài nhiều tháng trong năm như các tỉnh miền Trung, Tây Nguyên…vào mùa khô. Đối với cây trồng cạn, hạn đất ảnh hưởng nghiêm trọng tới thời kì mầm [25]. Hạt của một số loài cây chỉ nảy mầm khi lượng nước không ít hơn 125mm. Lượng nước đó là mức khởi đầu cho sinh trưởng tiếp của cây.Khi lượng nước không đủ, cây mầm bị héo, thiếu nước trầm trọng sẽ làm mầm không sinh trưởng được và chết. Hạn không khí xảy ra khi độ ẩm không khí quá thấp làm cho quá trình thoát hơi nước của cây quá mạnh và cũng có thể dẫn đến mất cân bằng nước trong cây. Hạn không khí thường đặc trưng cho nhiệt độ cao và độ ẩm thấp < 62% , gió mạnh. Thường xảy ra ở các vùng có gió khô và nóng như vùng có gió mùa Tây Nam của các tỉnh miền Trung, mùa khô ở Tây Nguyên hoặc đôi lúc gió mùa Đông Bắc cũng có độ ẩm không khí thấp… Đối với thực vật, hạn không khí thường gây nên hiện tượng héo tạm thời vì rễ cây không hút đủ nước mà quá trình thoát hơi nước xảy ra quá nhanh. Hạn không khí ảnh hưởng trực tiếp đến các bộ phận của cây trên mặt đất như hóa, lá, chồi..[25]. Hạn sinh lý xảy ra do trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút được nước mặc dù trong môi trường không thiếu nước. Rễ cây không lấy được nước trong khi quá trình bay hơi nước vẫn diễn ra nên cây mất cân bằng nước. Ví dụ khi đất yếm khí, rễ cây thiếu oxy để hô hấp nên không có không có năng lượng cho hút nước; hoặc khi nồng độ muối trong đất quá cao vượt quá nồng độ dịch bào của rễ làm rễ cây không hút nước được, hay trường hợp nhiệt độ của đất quá thấp cũng xảy ra hạn sinh lý…Hạn sinh lý kéo dài cũng tác hại như hạn đất và hạn không khí. 19 * Ảnh hưởng của hạn đối với thực vật Hạn làm giảm hàm lượng nước tự do, lớp nước màng bào quanh các gôc mang điện tích của phân tử protein trong tế bào chất cũng bị giảm sút gây ảnh hưởng đến hoạt động của các protein - enzim. Hạn kéo dài làm giảm hoạt tính của các enzim tổng hợp và hoạt hóa các enzim thủy phân, gia tăng sự phân giải các chất cao phân tử như protein, cacbonhydrat...Hệ thống màng (màng sinh chất, màng ti thể, màng lục lạp...) bị hư hại, dẫn đến bộ máy quang hợp, hô hấp bị tổn thương. Thiếu nước ban đầu làm tăng cường độ hô hấp nhưng sau đó hô hấp giảm mạnh nếu tiếp tục thiếu nước. Hạn ảnh hưởng xấu đến cấu trúc của bộ máy quang hợp, ức chế tổng hợp diệp lục, phá hủy cấu trúc binh thường của thylacoit dẫn đến cường độ quang hợp của cây giảm hoặc bị ngưng trệ [59]. Kìm hãm sự vận chuyển sản phẩm quang hợp ra khỏi lá làm giảm năng suất kinh tế. Mức độ thiếu hụt nước càng lớn thì ảnh hưởng càng xấu đến quá trình sinh trưởng phát triển của cây: tế bào phân sinh trong đỉnh sinh trưởng không phân chia, quá trình dãn của tế bào bị ức chế, tế bào ngừng sinh trưởng và cây còi cọc. Khi gặp hạn, sự phân hóa hoa bị ảnh hưởng, hạt phấn không nảy mầm, ống phấn không sinh trưởng được, không thụ tinh được và hạt bị lép. Thiếu nước nhiều làm ảnh hưởng đến hàm lượng nước liên kết trong tế bào dẫn đến biến đổi trạng thái của hệ thống keo nguyên sinh chất, làm tăng cường quá trình già hóa tế bào. Khi bị khô kiệt nước, nguyên sinh chất bị phá hủy, mô bị tổn thương và chết. Như vậy hạn làm ảnh hưởng đến cơ thể thực vật ở các mức độ khác nhau của tế bào, mô, cơ quan, cơ thể, ở các giai đoạn sinh trưởng phát triển khác nhau của cây. Hạn là nguyên nhân chính của sự mất mùa và giảm năng suất . 20 1.2.2 Tình hình nghiên khả năng chịu hạn của cây vừng. Cây vừng được trồng ở nhiều nơi trên thế giới. Đây là cây trồng có nhiều lợi thế vì có thể trồng ở điều kiện nhiệt độ tương đối cao, lượng nước thấp. Vừng được đánh giá là cây trồng cạn, trong chu kì sinh trưởng và phát triển cây vừng cần lượng mưa 500 -600 mm/năm, tốt nhất là từ 500 - 1000 mm/năm. Trong điều kiện khô hạn, lượng mưa < 600 mm/ năm nhiều cây trồng khó có khả năng sinh trưởng, ra hoa, kết quả nhứng vừng vẫn cho thu hoạch. Điều đó cho thấy cây vừng là cây trồng chịu hạn [26], [27]. Trên thế giới, việc nghiên cứu về cây vừng đã được tiến hành từ nhiều năm nay. Các nghiên cứu chủ yếu đề cập đến hàm lượng lipit, protein, axit amin, các axit béo no, chưa no, các hợp chất chống oxi hóa có trong hạt vừng[40], [41], [52], [60]. Ở Việt Nam, cũng có 1 số công trình nghiên cứu về hàm lượng các chất (lipit, protein, axit amin...), chỉ số hóa sinh trong hạt vừng [10],[ 31]. Khả năng chịu hạn của vừng cũng là một vấn đề được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Vừng là cây trồng thích hợp với khí hậu ẩm và khô cằn nên cây luôn phải đối mặt với sự thiếu nước. Trên thế giới đã có một số công trình nghiên cứu về ảnh hưởng của hạn đến sự nảy mầm, hàm lượng protein, hàm lượng lipit, các enzim oxi hóa trong hạt vừng; hàm lượng nước liên kết và hàm lượng diệp lục trong lá vừng; quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất của cây vừng [ 46], [ 51], [61]. Bằng nhiều cách gây hạn khác nhau, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng: điệu kiện hạn ảnh hưởng đến các chỉ tiêu sinh lý, hóa sinh trong giai đoạn nảy mâm, sinh trưởng, phát triển của cây vừng và ảnh hưởng đến năng suất. Trong điều kiên hạn cũng xuất hiện các protein mới, các gen liên quan đến tính chịu hạn....