Đồ án Khảo sát khả năng chịu mặn của cây tràm chua melaleuca leucadendra L

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH _________________________ Nguyễn Kiều Thu KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA CÂY TRÀM CHUA Melaleuca leucadendra L. LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thành phố Hồ Chí Minh - 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH _________________________ Nguyễn Kiều Thu KHẢO SÁT KHẢ NĂNG CHỊU MẶN CỦA CÂY TRÀM CHUA Melaleuca leucadendra L. 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. Bùi Trang Việt TS. Lê Thị Trung Thành phố Hồ Chí Minh – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Kết quả trình bày trong luận văn là trung thực và chưa được các tác giả công bố trong bất kì công trình nào. Các trích dẫn về bảng biểu, kết quả nghiên cứu của những tác giả khác; tài liệu tham khảo trong luận văn đều có nguồn gốc rõ ràng và theo đúng quy định. TP. Hồ Chí Minh, ngày 16 tháng 09 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Kiều Thu LỜI CẢM ƠN Xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - PGS. TS. Bùi Trang Việt, người đã truyền đạt cho tôi nhiều kiến thức quý báu, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn. Thầy đã gợi ý đề tài, hướng dẫn nghiên cứu và cho tôi những lời khuyên bổ ích trong thời gian tôi thực hiện đề tài. - TS. Lê Thị Trung, người đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu và hoàn thiện luận văn này. Cô đã truyền đạt cho tôi nhiều kinh nghiệm quý báu trong học tập, nghiên cứu khoa học cũng như trong cuộc sống. Và tôi cũng xin chân thành cảm ơn sự giảng dạy, đóng góp ý kiến, động viên và giúp đỡ của: - Các thầy cô giảng dạy Cao học ngành Sinh học thực nghiệm trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Các thầy cô quản lý Phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật và Phòng thí nghiệm Hình thái - Giải phẫu - Phân loại thực vật của trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Các thầy cô quản lý phòng thí nghiệm sinh lý thực vật của trường Đại học Khoa học tự nhiên Thành phố Hồ Chí Minh. - Khoa Sinh học, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Phòng Sau đại học, trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Chị Hồ Thị Mỹ Linh – Cán bộ Phòng thí nghiệm Sinh lý thực vật, trường Đại học Sư Phạm Thành phố Hồ Chí Minh. - Anh Trần Minh Trang – Giám đốc vườn ươm Thùy Linh, huyện Hóc Môn. - Anh Đặng Tiến Dũng – Cán bộ Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn Thành phố Hồ Chí Minh. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, những người đã động viên và giúp đỡ tôi hết mình trong thời gian tôi thực hiện đề tài này. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ...................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................ 1 3. Đối tượng nghiên cứu .............................................................................. 2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 2 5. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................. 2 6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn ..................................................... 2 6.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................. 2 6.2. Ý nghĩa thực tiễn .................................................................................. 2 Chương 1. TỔNG QUAN ................................................................................ 3 1.1. Sơ nét về cây tràm chua ........................................................................ 3 1.1.1. Phân loại ......................................................................................... 3 1.1.2. Mô tả .............................................................................................. 4 1.1.3. Phân bố ........................................................................................... 4 1.1.4. Thành phần hóa học ........................................................................ 5 1.1.5. Đặc điểm thích nghi ........................................................................ 5 1.1.6. Công dụng ...................................................................................... 5 1.1.7. Xuất xứ ........................................................................................... 5 1.2. Stress ở thực vật ................................................................................... 6 1.2.1. Thuật ngữ ....................................................................................... 6 1.2.2. Tính chất của các tác nhân gây stress ............................................. 6 1.2.3. Cách đáp ứng của thực vật đối với stress ........................................ 7 1.2.4. Acid abscisic và khả năng chống chịu với stress ............................ 8 1.3. Các vấn đề liên quan đến nồng độ muối cao ...................................... 14 1.3.1. Sự tích tụ muối làm hư hại cấu trúc đất và chức năng thực vật .... 15 1.3.2. Sự nhiễm mặn cản tăng trưởng và quang hợp .............................. 18 1.3.3. Nồng độ muối cao tác động lên sự thẩm thấu ............................... 18 1.3.4. Kiểm soát sinh tổng hợp glycerol khi cây chống chịu với stress nồng độ muối cao ................................................................................... 18 1.3.5. Thực vật có nhiều cách tránh tổn hại do muối .............................. 19 1.3.6. Các phản ứng và biểu hiện của thực vật khi bị stress mặn ........... 20 1.3.7. Stress mặn cảm ứng sự tổng hợp các protein mới ........................ 22 1.4. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về cây tràm chua ...................... 22 1.4.1. Nghiên cứu phản ứng của cây con với các kim loại ..................... 22 1.4.2. Nghiên cứu kỹ thuật trồng, lai giống tràm Melaleuca leucadendra L. ..................................................................................................... 24 1.4.3. Nghiên cứu công dụng của tràm Melaleuca leucadendra L. ........ 25 1.5. Các nghiên cứu nước ngoài về khả năng chống chịu với stress của thực vật ....................................................................................................... 26 Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................... 32 2.1. Vật liệu ............................................................................................... 32 2.2. Thời gian, địa điểm............................................................................. 33 2.2.1. Thời gian nghiên cứu .................................................................... 33 2.2.2. Địa điểm nghiên cứu ..................................................................... 33 2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................... 33 2.3.1. Quan sát thực địa .......................................................................... 33 2.3.2. Quan sát hình thái giải phẫu ......................................................... 35 2.3.3. Khảo sát khả năng chịu mặn ......................................................... 35 2.3.4. Xác định trọng lượng tươi, trọng lượng khô ................................. 37 2.3.5. Đo cường độ hô hấp, quang hợp ................................................... 38 2.3.6. Đo hàm lượng diệp lục tố tổng số ................................................. 38 2.3.7. Đo hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................... 38 2.3.8. Ứng dụng ...................................................................................... 42 2.3.9. Xử lý thống kê .............................................................................. 45 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................... 46 KẾT QUẢ ...................................................................................................... 46 3.1. Hình thái ............................................................................................. 46 3.2. Cấu trúc giải phẫu .............................................................................. 51 3.3. Độ mặn của nước ................................................................................ 57 3.4. Khả năng chịu mặn của rễ .................................................................. 59 3.5. Trọng lượng tươi, trọng lượng khô của lá sau khi nuôi cấy ............... 59 3.6. Cường độ hô hấp, quang hợp của lá sau khi nuôi cấy ........................ 60 3.7. Hàm lượng diệp lục tố tổng số của lá sau khi nuôi cấy ...................... 61 3.8. Khả năng chịu mặn của lá .................................................................. 61 3.9. Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng của lá và rễ sau khi nuôi cấy62 3.10.Ứng dụng............................................................................................ 63 3.9.1. Trong vườn ................................................................................... 63 3.9.2. Trong tự nhiên .............................................................................. 68 THẢO LUẬN ................................................................................................ 69 Về khả năng chịu mặn của cây tràm chua .................................................. 69 Về hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật .................................. 71 Về xử lý các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây tràm chua .......... 73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................................ 75 KẾT LUẬN .................................................................................................... 75 KIẾN NGHỊ ................................................................................................... 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 76 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Chú giải ABA Abscisic acid ADH Alcohol dehydrogenase ALDH Aldehyde dehydrogenase GLYDH Glycerol dehydrogenase G3P Glycerol 3-phosphate G3PP G3P phosphatase IAA 3- indolacetic acid DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 2. 1. Bố trí nghiệm thức khảo sát ảnh hưởng của các chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây con có xử lý NaCl 2,5% ............................ 43 Bảng 3. 1. Độ mặn của nước ở mười khu vực trên địa bàn Huyện Nhà Bè ...... 58 Bảng 3. 2. Chiều dài và số rễ con của rễ tràm chua sau 2 tuần nuôi cấy ........... 59 Bảng 3. 3. Trọng lượng tươi, trọng lượng khô của lá tràm chua trưởng thành sau 7 ngày nuôi cấy................................................................................. 60 Bảng 3. 4. Cường độ hô hấp, quang hợp của lá tràm chua trưởng thành sau bảy ngày nuôi cấy .................................................................................... 60 Bảng 3. 5. Hàm lượng diệp lục tố tổng số của của lá tràm chua trưởng thành sau bảy ngày nuôi cấy ............................................................................. 61 Bảng 3. 6. Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật của lá tràm chua sau 1 tuần nuôi cấy trên môi trường MS ................................................ 62 Bảng 3. 7. Hoạt tính các chất điều hòa tăng trưởng thực vật của rễ tràm chua sau 2 tuần nuôi cấy trên môi trường MS ở các nồng độ NaCl khác nhau .......................................................................................................... 63 Bảng 3. 8. Tỷ lệ lão suy của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi ........................................................ 64 Bảng 3. 9. Sự thay đổi diện tích của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi .................................... 65 Bảng 3. 10. Cường độ hô hấp và quang hợp của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi ............................ 66 Bảng 3. 11. Hàm lượng diệp lục tố tổng số của lá sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực vật trên cây con bốn tháng tuổi ............................ 66 Bảng 3. 12. Trọng lượng tươi và trọng lượng khô của cây con bốn tháng tuổi sau 2 tuần xử lý chất điều hòa tăng trưởng thực vật. .............................. 68 Bảng 3. 13. Tỷ lệ cây tràm chua con sống sót sau 1 tháng trồng ở 3 khu vực có độ mặn trung bình 2,5% thuộc Huyện Nhà Bè. ............................... 68 DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Cây tràm chua Melaleuca leucadendra L. .......................................... 3 Hình 1.2. Hình thái các cơ quan của cây tràm chua ............................................ 4 Hình 1.3. Quá trình sinh tổng hợp và điều hòa Acid abscisic ............................ 12 Hình 1.4. Điều hòa hoạt động gen của thực vật trong các điều kiện stress. ....... 14 Hình 1.5. Ảnh hưởng của stress mặn đối với thực vật ....................................... 16 Hình 1.6. Các biến đổi sinh lý của cơ thể thực vật khi bị stress mặn................. 17 Hình 1.7. Sự thích ứng của thực vật đối với stress mặn ..................................... 20 Hình 1.8. Các phản ứng của thực vật khi bị stress mặn ..................................... 21 Hình 1.9. Tỷ lệ nảy mầm của hạt ở các điều kiện stress mặn khác nhau ........... 27 Hình 2.1. Cây tràm chua ba tháng tuổi lấy từ vườn ươm Thùy Linh, huyện Hóc Môn, TP. HCM .................................................................................. 32 Hình 2.2. Vị trí địa lý của các xã thuộc khu vực Huyện Nhà Bè ....................... 34 Hình 2.3. Vị trí lấy mẫu rễ .................................................................................. 35 Hình 2.4. Vị trí lấy mẫu lá .................................................................................. 37 Hình 2.5. Sơ đồ ly trích các chất điều hòa tăng trưởng thực vật ........................ 39 Hình 3.1. Cây tràm chua con ba tháng tuổi được lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP. HCM. .............................................................. 46 Hình 3.2. Thân cây tràm chua con ba tháng tuổi được lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP. HCM. .................................................... 47 Hình 3.3. Cây tràm chua trưởng thành bốn năm tuổi được quan sát ở Huyện Nhà Bè, TP. HCM ..................................................................................... 48 Hình 3.4. Thân cây tràm chua trưởng thành bốn năm tuổi được quan sát ở Huyện Nhà Bè, TP. HCM .................................................................. 49 Hình 3.5. Bộ rễ của cây tràm chua con ba tháng tuổi lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP. HCM. .................................................... 50 Hình 3.6. Các giai đoạn phát triển của lá cây tràm chua con ba tháng tuổi lấy từ vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn, TP. HCM. ........................ 50 Hình 3.7. Cấu trúc giải phẫu lá trưởng thành của cây tràm chua được quan sát qua lát cắt ngang ................................................................................ 52 Hình 3.8. Lát cắt ngang qua bó mạch ở gân chính lá trưởng thành của cây tràm chua .................................................................................................... 52 Hình 3.9. Lớp biểu bì mặt trên lá trưởng thành của cây tràm chua .................... 53 Hình 3.10. Lớp biểu bì mặt dưới lá trưởng thành của cây tràm chua ................ 53 Hình 3.11. Cấu trúc giải phẫu thân non của cây tràm chua được quan sát qua lát cắt ngang ............................................................................................ 54 Hình 3.12. Lát cắt ngang qua nhu mô vỏ thân non của cây tràm chua .............. 54 Hình 3.13. Cấu trúc bó mạch thân non của cây tràm chua được quan sát qua lát cắt ngang ............................................................................................ 55 Hình 3.14. Cấu trúc tế bào bó mạch thân non của cây tràm chua được quan sát qua lát cắt ngang ................................................................................ 55 Hình 3.15. Cấu trúc rễ non ép dọc của cây tràm chua lấy từ chóp rễ đến vị trí 5mm.................................................................................................... 56 Hình 3.16. Cấu trúc bó mạch rễ non của cây tràm chua quan sát qua lát cắt ngang .................................................................................................. 56 Hình 3.17. Độ mặn của nước ở mười khu vực thuộc Huyện Nhà Bè ................ 58 1 MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Hiện nay, thiên tai, bão lụt xuất hiện ngày càng nhiều trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Chính vì thế, vấn đề bảo vệ môi trường đang được đặt lên hàng đầu. Bảo vệ và phát triển rừng, mảng xanh thành phố là một vấn đề cấp thiết đang được nhiều người quan tâm. Chính vì lẽ đó, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn thành phố đang kết hợp với các địa phương ở huyện ngoại thành, trong đó có Huyện Nhà Bè để thực hiện đề án “Trồng rừng và cây xanh thành phố Hồ Chí Minh giai đoạn 2011 – 2015”. Trong số các loài cây được chọn để trồng trong dự án thì tràm chua là loài được đánh giá cao. Tràm là nhóm cây trồng quan trọng cho vùng đất ngập nước, trong lúc loài tràm Cajuputi của nước ta sinh trưởng chậm, thì tràm Melaleuca leucadendra có xuất xứ từ Úc lại có khả năng sinh trưởng rất nhanh, thân cây thẳng đẹp. Đặc biệt, khi trồng các loài tràm trong điều kiện ngập phèn thì loài có tỷ lệ sống cao nhất là M. leucadendra L. với 97,0 - 98,8%, và đây cũng là loài sinh trưởng nhanh nhất, sau 5 năm có thể cho thể tích thân cây 24,0 - 50,5 dm3 (trung bình là 39,8 dm3) (Lê Đình Khả và cộng sự, 2006). Vì vậy giống tràm Melaleuca leucadendra L. đã được chọn để trồng trong dự án. Thế nhưng, hiện tại ở Huyện Nhà Bè đang gặp phải tình trạng xâm lấn của nước biển, làm cho một số khu vực bị nhiễm mặn. Vậy, vấn đề đặt ra là phải làm tăng khả năng chịu mặn của cây tràm chua, giúp cây chống chịu với điều kiện bất lợi này. Từ những lí do trên, đề tài “Khảo sát khả năng chịu mặn của cây tràm chua Melaleuca leucadendra L.” được thực hiện. 2. Mục tiêu nghiên cứu Khảo sát khả năng chịu mặn của cây tràm chua, giúp cây phát triển tốt ở khu vực ven sông của Huyện Nhà Bè. 2 3. Đối tượng nghiên cứu Cây tràm chua Melaleuca leucadendra L. ở vườn ươm Thùy Linh, Huyện Hóc Môn và khu vực Huyện Nhà Bè, Thành phố Hồ Chí Minh. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu Tìm hiểu khả năng chịu mặn của cây tràm chua trên cơ quan tách rời (lá, rễ) trong phòng thí nghiệm. Tìm phương pháp giúp cây tràm chua chống chịu với điều kiện nồng độ muối cao trong vườn ươm và vùng ngập mặn khu vực ven sông ở Huyện Nhà Bè. 5. Phạm vi nghiên cứu Phân tích biến đổi hình thái, cấu trúc và sinh lý của cây tràm chua chủ yếu ở các cơ quan tách rời và cây nguyên vẹn. Khu vực trồng tràm chua ở Huyện Nhà Bè – Thành phố Hồ Chí Minh. 6. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn 6.1. Ý nghĩa khoa học Tìm hiểu khả năng chịu mặn của cây tràm chua. 6.2. Ý nghĩa thực tiễn Tìm phương pháp giúp cây tràm chua chống chịu với điều kiện nồng độ muối cao trong vườn ươm và vùng ngập mặn khu vực ven sông ở Huyện Nhà Bè. 3 Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Sơ nét về cây tràm chua Hình 1. 1. Cây tràm chua Melaleuca leucadendra L. (Wrigley and Fagg, 1993) 1.1.1. Phân loại Giới : Thực vật (Plantae) Phân giới : Thực vật có mạch (Tracheobionta) Liên ngành : Thực vật có hạt (Spermatoph