Luận án Nghiên cứu một số đặc tính chịu hạn và ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng, phát triển cây mạch môn [ophiopogon japonicus (l.f.) ker – gawl.]

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN THỊ THANH HẢI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN BÓN ĐẾN SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CÂY MẠCH MÔN [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2023 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯ NGUYỄN THỊ THANH HẢI NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA PHÂN BÓN ĐẾN SINH TRƯỞNG, PHÁT TRIỂN CÂY MẠCH MÔN [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] Ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 9 62 01 10 Người hướng dẫn khoa học: 1. TS. Nguyễn Đình Vinh 2. TS. Nguyễn Văn Phú HÀ NỘI, 2023 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa dùng bảo vệ bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Thị Thanh Hải i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ tận tình của nhiều tập thể và cá nhân. Lời đầu tiên cho phép tôi được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Nguyễn Đình Vinh và TS. Nguyễn Văn Phú đã tận tình hướng dẫn, động viên tinh thần, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới Ban Giám đốc Học viện, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông học, Ban Quản lý đào tạo Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam và Nhật Bản, Phòng thí nghiệm trọng điểm Khoa Công nghệ Thực phẩm, các thầy cô giáo Bộ môn Cây công nghiệp & Cây thuốc, Bộ môn Cây lương thực, Bộ môn Sinh lý thực vật, Bộ môn Thực vật học, Bộ môn Khoa học đất và Dinh dưỡng cây trồng, các thầy cô giáo, chuyên gia trong và ngoài Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho nghiên cứu sinh học tập và nghiên cứu. Nghiên cứu sinh xin cảm ơn gia đình ông Chu Văn Tấn và bà con xã Bằng Giã - Hạ Hòa – Phú Thọ đã giúp đỡ, tạo điều kiện cho nghiên cứu sinh thực hiện các thí nghiệm tại huyện Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ. Cuối cùng, nghiên cứu sinh xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, anh chị em, bạn bè - những người đã tận tụy giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Một lần nữa nghiên cứu sinh xin chân thành cảm ơn tất cả những giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân dành cho nghiên cứu sinh. Hà Nội, ngày 26 tháng 12 năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Thị Thanh Hải ii iii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................................ iv Danh mục giải thích từ và cụm từ viết tắt ....................................................................... vii Danh mục bảng .............................................................................................................. viii Danh mục hình .................................................................................................................. x Trích yếu luận án ............................................................................................................ xii Thesis abstract ................................................................................................................ xiv Phần 1. Mở đầu ............................................................................................................... 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................................ 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................. 2 1.2.1. Mục tiêu tổng quát ................................................................................................ 2 1.2.2. Mục tiêu cụ thể ..................................................................................................... 2 1.3. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 2 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................... 2 1.3.2. Thời gian nghiên cứu ............................................................................................ 2 1.3.3. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................................. 2 1.4. Những đóp góp mới của luận án ........................................................................... 3 1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài ................................................. 3 1.5.1. Ý nghĩa khoa học .................................................................................................. 3 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ................................................................................................... 4 Phần 2. Tổng quan tài liệu ............................................................................................. 5 2.1. Giới thiệu chung về cây mạch môn ...................................................................... 5 2.1.1. Nguồn gốc và vị trí phân loại ................................................................................ 5 2.1.2. Đặc điểm thực vật học .......................................................................................... 5 2.1.3. Yêu cầu sinh thái của cây mạch môn .................................................................... 6 2.1.4. Giá trị cây mạch môn ............................................................................................ 6 2.1.5. Khả năng thích ứng của cây mạch môn trong điều kiện biến đổi khí hậu ............ 9 2.1.6. Nghiên cứu về kỹ thuật trồng mạch môn tại Việt Nam ...................................... 11 2.2. Ảnh hưởng của hạn hán đến khả năng sinh trưởng và sinh tổng hợp hoạt chất trong cây dược liệu .............................................................................................. 12 iv 2.3. Phản ứng của cây trồng trong điều kiện hạn ....................................................... 15 2.3.1. Sự thích nghi về đặc điểm hình thái, giải phẫu ................................................... 15 2.3.2. Sự thích nghi về đặc điểm sinh lý, sinh hóa ....................................................... 17 2.4. Vai trò của kali với sinh trưởng và khả năng chịu hạn của cây trồng................. 19 2.4.1. Kali và sinh trưởng của cây trồng ....................................................................... 19 2.4.2. Vai trò của kali với tính chống chịu hạn của cây trồng ...................................... 20 2.5. Vai trò của silic với sinh trưởng và khả năng chịu hạn của cây trồng ................ 21 2.5.1. Silic và sinh trưởng của cây trồng ...................................................................... 21 2.5.2. Vai trò của silic với tính chống chịu hạn của cây trồng ...................................... 23 2.6. Nấm rễ cộng sinh AMF với sinh trưởng và chống hạn của cây trồng ................ 25 2.6.1. Nấm rễ cộng sinh với sinh trưởng của cây trồng ................................................ 25 2.6.2. Vai trò của rễ cộng sinh AMF với tính chống chịu hạn của cây trồng ............... 27 Phần 3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 30 3.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................. 30 3.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................... 31 3.2.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của một số mẫu giống mạch môn .......................... 31 3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón, liều lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ ..................... 31 3.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 31 3.3.1. Phương pháp nghiên cứu các thí nghiệm ............................................................ 31 3.3.2. Phương pháp tiến hành theo dõi các chỉ tiêu ...................................................... 35 3.3.3. Phương pháp lấy mẫu và xử lý số liệu ................................................................ 39 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ................................................................... 40 4.1. Đánh giá khả năng chịu hạn của một số mẫu giống mạch môn .......................... 40 4.1.1. Nghiên cứu đặc điểm chịu hạn của các mẫu giống mạch môn ........................... 40 4.1.2. Xác định sự có mặt của gen chịu hạn OjERF trong các mẫu giống mạch môn ............................................................................................................ 49 4.1.3. Ảnh hưởng của hạn tới cấu tạo giải phẫu lá, rễ của cây mạch môn.................... 52 4.1.4. Đánh giá khả năng sinh trưởng của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ ......................................................................... 55 v 4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón, liều lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ ..................... 63 4.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón kali đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................................. 63 4.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón silic đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................................. 75 4.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón nấm rễ cộng sinh AMF đến khả năng sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước .......... 88 4.2.4. Phân tích thành phần chính PCA tác động của bón bổ sung kali, silic và nấm rễ AMF đến hàm lượng dinh dưỡng khoáng và thành phần hoạt chất trong cây mạch môn .......................................................................................... 103 Phần 5. Kết luận và đề nghị ....................................................................................... 105 5.1. Kết luận ............................................................................................................. 105 5.2. Đề nghị .............................................................................................................. 106 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án ................................... 107 Tài liệu tham khảo ........................................................................................................ 108 Phụ lục ......................................................................................................................... 134 vi DANH MỤC GIẢI THÍCH TỪ VÀ CỤM TỪ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Thuật ngữ ASTT Áp suất thẩm thấu BĐKH Biến đổi khí hậu DRI Drought Resistance Index – Chỉ số chịu hạn LSD0,05 Least Significant Difference – Sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa với độ tin cậy 95% PCA Principal component analysis – Phân tích thành phần chính PGR Plant Growth Regulator – Chất điều hòa sinh trưởng thực vật PSII Photosystem II – Hệ quang hóa II RGR Relative Growth Rate – Tốc độ tăng trưởng tương đối RWC Relative Water Content – Hàm lượng nước tương đối ROS Reactive Oxygen species – Gốc tự do SPAD Soil and plant analyzer development – Chỉ số đánh giá hàm lượng diệp lục trong lá SOD Superoxide dismutase CAT Catalase POD Peroxidase GR Glutathione reductase MDA Malondialdehyde AMF Arbuscular Mycorrhizal Fungi – Nấm rễ cộng sinh THBHN Thiếu hụt bão hòa nước WUE Water Use Efficiency – Hiệu suất sử dụng nước ACC aminocyclopropane-1-carboxylic acid NSTT Năng suất thực thu NSCT Năng suất cá thể vii DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang 3.1. Đặc điểm của các mẫu giống mạch môn ............................................................ 30 3.2. Điều kiện phản ứng PCR .................................................................................... 33 4.1. Ảnh hưởng của hạn tới sinh trưởng thân lá và tích lũy chất khô của cây mạch môn ........................................................................................................... 41 4.2. Ảnh hưởng của hạn tới sinh trưởng rễ của cây mạch môn ................................. 43 4.3. Ảnh hưởng của hạn tới một số chỉ tiêu sinh lý của cây mạch môn .................... 44 4.4. Ảnh hưởng của hạn tới cấu tạo giải phẫu lá cây mạch môn ............................... 53 4.5. Ảnh hưởng của hạn tới cấu tạo giải phẫu rễ cây mạch môn ............................... 54 4.6. Đặc điểm sinh trưởng thân lá của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ .............................................................. 57 4.7. Đặc điểm sinh trưởng rễ và tích lũy chất khô của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ .................................... 59 4.8. Đặc điểm sinh lý của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa – Phú Thọ ................................................................................ 60 4.9. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến đặc điểm sinh trưởng thân lá của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ....................................................... 63 4.10. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến đặc điểm sinh trưởng bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước .............. 64 4.11. Ảnh hưởng của lượng bón kai đến một số đặc điểm sinh lý của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................................................................ 67 4.12. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến cấu tạo giải phẫu lá của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ........................................................................ 68 4.13. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến cấu tạo giải phẫu rễ của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ........................................................................ 69 4.14. Ảnh hưởng lượng bón kali đến năng suất củ mạch môn của mẫu giống G2 trong điều kiện không tưới nước ........................................................................ 69 4.15. Ảnh hưởng của lượng bón silic tới đặc điểm sinh trưởng thân, lá của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ....................................................... 75 4.16. Ảnh hưởng của lượng bón silic tới sinh trưởng bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ........................... 77 viii 4.17. Ảnh hưởng của lượng bón silic đến cấu tạo giải phẫu lá của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ........................................................................ 78 4.18. Ảnh hưởng của lượng silic bón tới cấu tạo giải phẫu rễ của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ........................................................................ 80 4.19. Ảnh hưởng của lượng bón Si đến một số chỉ tiêu sinh lý của cây mạch môn .... 82 4.20. Ảnh hưởng của lượng bón silic đến năng suất củ mạch môn của mẫu giống G2 trong điều kiện không tưới nước .................................................................. 84 4.21. Ảnh hưởng của lượng bón AMF tới đặc điểm sinh trưởng thân lá của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ....................................................... 89 4.22. Ảnh hưởng của lượng bón AMF tới đặc điểm sinh trưởng bộ rễ và khả năng tích lũy chất khô của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................ 91 4.23. Ảnh hưởng của lượng bón AMF tới một số đặc điểm sinh lý của cây mạch môn ........................................................................................................... 94 4.24. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến cấu tạo giải phẫu lá của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................................................................ 96 4.25. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến cấu tạo giải phẫu rễ của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................................................................ 97 4.26. Ảnh hưởng lượng bón AMF đến năng suất củ mạch môn của mẫu giống G2 trong điều kiện không tưới nước .................................................................. 98 4.27. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến dinh dưỡng khoáng trong đất trồng mạch môn ......................................................................................................... 101 ix DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang 2.1. Mạch môn (Ophiopogon japonicus (L.f) Ker-Gawl.) .......................................... 6 4.1. Diễn biến độ ẩm đất trong giai đoạn thí nghiệm ................................................ 46 4.2. Tỷ lệ cây héo và tỷ lệ cây phục hồi của các mẫu giống mạch môn .................... 46 4.3. Chỉ số chịu hạn của các mẫu giống mạch môn................................................... 47 4.4. Biểu đồ phân tích thành phần chính PCA giữa một số chỉ tiêu sinh lý và sinh trưởng thân lá giữa các mẫu giống mạch môn trong điều kiện hạn ............ 48 4.5. Chất lượng DNA tổng số trên gel Agarose 1% .................................................. 49 4.6. Sản phẩm PCR với cặp mồi D1-D2 trên gel Agarose 3% .................................. 50 4.7. Sản phẩm PCR với cặp mồi D3-D4 trên gel Agarose 3% .................................. 50 4.8. Sản phẩm PCR với cặp mồi D5-D6 trên gel Agarose 3% .................................. 51 4.9. Cấu tạo giải phẫu lá mạch môn .......................................................................... 52 4.10. Lát cắt giải phẫu lá (x100) của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện hạn và tưới đầy đủ .............................................................................................. 53 4.11. Cấu tạo giải phẫu rễ cây mạch môn .................................................................... 54 4.12. Lát cắt giải phẫu rễ (x100) của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện hạn (H1) và tưới đầy đủ (Ho) ............................................................................. 55 4.13. Đặc điểm khí hậu giai đoạn 2016-2018 tại Hạ Hòa – Phú Thọ .......................... 56 4.14. Năng suất của một số mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước ............................................................................................................. 62 4.15. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến hàm lượng hoạt chất trong cây mạch môn ........................................................................................................... 70 4.16. Ảnh hưởng của lượng bón kali đến hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây mạch môn ..................................................................................................... 72 4.17. Tương quan giữa giữa một số chỉ tiêu sinh lý, hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây và thành phần hoạt chất của cây mạch môn........................... 73 4.18. Biểu đồ phân tích thành phần chính (PCA) giữa một số chỉ tiêu sinh lý, hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây và thành phần hoạt chất của cây mạch môn khi bón kali ....................................................................................... 74 4.19. Ảnh hưởng của lượng bón silic đến mức độ rò rỉ ion của cây mạch môn .......... 81 x 4.20. Ảnh hưởng của lượng bón Si đến thiếu hụt bão hòa nước của cây mạch môn ........................................................................................................... 83 4.21. Hàm lượng P2O5, K2O và SiO2 trong cây mạch môn ......................................... 85 4.22. Ảnh hưởng của lượng bón Si đến hàm lượng hoạt chất trong rễ, củ của cây mạch môn ........................................................................................................... 86 4.23. Tương quan giữa hàm lượng SiO2 tích lũy với hàm lượng N, P, K và hàm lượng hoạt chất của cây mạch môn .................................................................... 88 4.24. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến độ thiếu hụt bão hòa nước của cây mạch môn ........................................................................................................... 92 4.25. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến độ rò rỉ ion của cây mạch môn ................ 93 4.26. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến hàm lượng hoạt chất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước ................................................................ 99 4.27. Ảnh hưởng của lượng bón AMF đến hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây mạch môn ................................................................................................... 100 4.28. Biểu đồ phân tích thành phần chính PCA giữa một số chỉ tiêu sinh lý, hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây và thành phần hoạt chất của cây mạch môn khi bón AMF ............................................................................................ 102 4.29. Biểu đồ phân tích thành phần chính PCA giữa hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây và các chất flavonoid, saponin, polysacharide của mẫu giống G2 và G6 khi bón kali, silic và AMF ..................................................... 103 xi TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Thị Thanh Hải Tên luận án: Nghiên cứu một số đặc tính chịu hạn và ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng, phát triển cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] Chuyên ngành: Khoa học cây trồng Mã số: 9 62 01 10 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát Xác định được 1 - 2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn và lượng phân bón thích hợp cho cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được đặc điểm chịu hạn của các mẫu giống mạch môn dựa trên đặc điểm sinh trưởng, sinh lý, sinh học phân tử và giải phẫu từ đó chọn ra được 1 - 2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn tốt góp phần mở rộng diện tích trồng mạch môn trên các vùng canh tác nhờ nước trời. - Đánh giá được ảnh hưởng và bước đầu xác định lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. Phương pháp nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu: (1) Nghiên cứu khả năng chịu hạn của một số mẫu giống mạch môn. (2) Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF đến khả năng sinh trưởng, năng suất và chất lượng của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. - Đối tượng nghiên cứu: 7 mẫu giống mạch môn được thu thập ở một số tỉnh phía Bắc. - Phương pháp nghiên cứu: + Thí nghiệm được bố trí ngoài đồng và trong chậu vại. + Chỉ tiêu phân tích: (1) Kiểm tra sự có mặt của đoạn gen chịu hạn OjERF trên các mẫu giống mạch môn. (2) Chỉ tiêu sinh lý liên quan tới trao đổi nước của cây. (3) Chỉ tiêu giải phẫu lá, rễ cây mạch môn. (4) Chỉ tiêu phân tích hàm lượng hoạt chất (saponin, flavonoid, polysacharide). (5) Chỉ tiêu phân tích hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong đất và mẫu cây mạch môn xii Kết quả chính và kết luận 1) Dựa trên kết quả điện di sản phẩm PCR của 7 mẫu giống mạch môn đã xác định được mẫu giống mạch môn G6 và G7 có mang đoạn gen chịu hạn OjERF bằng cặp mồi D3-D4 (528 bp) và cặp mồi D4-D5 (414 bp). Thông qua đánh giá đặc điểm sinh trưởng, sinh lý và cấu tạo của các mẫu giống trong điều kiện hạn đã xác định được chỉ tiêu đánh giá đặc điểm thích nghi với hạn của cây mạch môn bao gồm: (i) tăng hàm lượng nước liên kết, hàm lượng proline và áp suất thẩm thấu; (ii) tăng chiều dài rễ, thể tích rễ và diện tích rễ; (iii) tăng số lượng bó dẫn trên lá và rễ, tăng độ dày lá. 2) Bón phân kali có vai trò làm tăng khả năng chống hạn và hàm polysaccharide trong rễ, củ mạch môn. Mức bón 90 kg K2O trên nền 30 kg N + 30 kg P2O5/ha/năm làm tăng khả năng sinh trưởng, năng suất và tích lũy hoạt chất trong rễ, củ cây mạch môn. 3) Bón phân silic có vai trò làm tăng hàm lượng saponin và flavonoid trong rễ củ mạch môn. Trên đất xám bạc màu mức bón 40 kg SiO2 trên nền 30 kg N + 30 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha/năm cho kết quả tốt với sinh trưởng, phát triển cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. Trong đó, năng suất củ mạch môn của giống G2 cao nhất, đạt 3,7 tấn/ha. 4) Sử dụng nấm rễ cộng sinh AMF có tác động cải thiện khả năng hút nước, dinh dưỡng khoáng và tích lũy hoạt chất trong rễ củ mạch môn đặc biệt là hàm lượng saponin và flavonoid. Xác định được mức phân bón 300 kg AMF trên nền bón 30 kg N + 30 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha/năm là phù hợp cho sinh trưởng, phát triển của cây mạch môn, năng suất củ mạch môn đạt 4,6 tấn/ha ở giống G2. 5) Khi bón bổ sung AMF cây mạch môn tổng hợp và tích lũy các hoạt chất chính cao hơn so với bón kali và silic. Ảnh hưởng của hàm lượng dinh dưỡng khoáng trong cây đến hàm lượng hoạt chất tích lũy trong cây mạch môn có mối tương tác theo cặp như sau: saponin – P2O5, flavonoid – N, polysacharide – K2O. xiii THESIS ABSTRACT PhD candidate: Nguyen Thi Thanh Hai Thesis title: Study on some drought tolerance characteristics and the effect of fertilizers on the growth and development of Mondo grass [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] Major: Crop Science Code: 9 62 01 10 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture Research objectives Overall objectives Determining 1-2 drought resistant accessions of Mondo grass and determine a suitable amount of fertilizer for Mondo grass in non-irrigated conditions. Specific objective - Evaluating the drought tolerance of the Mondo grass considering growth, physiological and anatomical characteristics, then selecting 1-2 Mondo grass varieties that show good drought tolerance, contributing to the expansion of the Mondo grass rainfed cultivated area. - Evaluating the effects and determining the appropriate amount of K2O, SiO2, and arbuscular mycorrhizal fungi AMF on Mondo grass’s growth, yield, and quality under non-irrigated conditions. Research methodology - Research content: (1) Study on the drought tolerance of some Mondo grass varieties. (2) Study on the effects of applied amount of K2O, SiO2, and AMF on the growth, yield, and quality of Mondo grass under non-irrigated conditions. - Research subjects: 7 Mondo grass varieties were collected in some Northern provinces (Tuyen Quang, Yen Bai and Phu Tho). - Research Methods: + Researchs were carried out in the field and in pots + Data analysis (1) Testing the available of the OjERF drought tolerance gene on Mondo grass samples. (2) Physiological analysis related to water exchange of plants. (3) Anatomical analysis of leaves and roots of Mondo grass. (4) Phytochemical analysis (saponins, flavonoids, polysaccharides). (5) Analysis of mineral nutrient content in soil and Mondo grass samples. xiv Main results and conclusions 1) Among the 7 accessions of mondo grass Ophiopogon japonicus (OJ) in this sudy, we identified G6 and G7 carrying 2 protein coding regions of the drought resistant gene OjERF as verified by a PCR using 2 gene specific sets of primers: D3-D4 (528 bp) and D4-D5 (414 bp). By evaluating the growth, physiological, and anatomical characteristics, we detected traits associated with drought tolerance in OJ including: (i) increased bound water content, proline content, and osmotic pressure; increased total root length, root volume, and root surface; (iii) increased leaf vascular bundle number and leaf thickness 2) Potassium increased the polysaccharide content in the roots and tubers. 90 kg K2O on the base of 30 kg N + 30 kg P2O5 /ha/year was suitable for Mondo grass plants in rainfed conditions. This amount of fertilizer was found to increase growth, yield and accumulated active ingredients in roots and tubers. 3) Silicon was found to increase saponins and flavonoids in the roots of the Mondo grass. On haplic acrisols, the fertilizer level of 30 kg N + 30 kg P2O5 + 30 kg K2O + 40 kgSiO2/ha/year resulted in the highest yield on Mondo grass, in which G2’s yield was highest at 3.7 tons/ha. 4) AMF helped improve the ability to absorb mineral nutrients and accumulate active substances in Mondo grass roots, especially saponin and flavonoid. 300 kg AMF on the base of 30 kg N + 30 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha/year resulted in highest yield in Mondo grass, with the yield of Mondo grass being 4.6 tons/ha. 5) Compared with pottasium and silicon, the application of AMF led to a higher increase in the content of the main chemical constituents including polysaccharides, saponins, and flavonoids in the roots and tubers of OJ. Also, the effects of mineral elements on the chemical compound accumulation in OJ followed pairwise interactions, as follows: saponins – P2O5, flavonoids – N, polysaccharides – K2O. xv PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] là một loại dược liệu quý dùng làm thuốc ho long đờm, bồi bổ cơ thể, chữa thiếu sữa, lợi tiểu (Đỗ Tất Lợi, 2006). Ngày nay, với sự phát triển của ngành công nghiệp dược phẩm và mỹ phẩm, củ mạch môn làm nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm hỗ trợ điều trị ho, tiểu đường và chăm sóc da. Ngoài ra, giá trị sử dụng của cây mạch môn còn được biết đến như một cây trồng đa tác dụng: lá được sử dụng làm lá trang trí trong công nghệ lá cảnh (Wijayabandara & cs., 2015), có khả năng hạn chế cỏ dại và nấm bệnh (Iqbal & cs., 2004; Lin & cs., 2009), trồng xen và che phủ đất rất tốt trong các vườn cây ăn quả và cây công nghiệp lâu năm (Nguyễn Đình Vinh & Nguyễn Thị Thanh Hải, 2011). Biến đổi khí hậu đã và đang là một trong những thách thức lớn nhất với sản xuất nông nghiệp (Food and Agriculture Organization of the United Nations., 2020). Trong đó lựa chọn cây trồng có khả năng chịu hạn và việc duy trì tăng trưởng và năng suất cây trồng trong điều kiện thiếu nước là thách thức chính của nền nông nghiệp trong tương lai. Mạch môn là cây dược liệu quý và có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất thuận như: chịu hạn (Zhang, 2003), chịu mặn (Liu & cs., 2010) và có khả năng loại bỏ kim loại nặng từ đất (Ma & cs., 2019). Do đó, đây là một loài cây được đánh giá cao về khả năng chống chịu với những điều kiện bất thuận của môi trường, phù hợp với các vùng đất canh tác nhờ nước trời. Với khả năng duy trì sinh trưởng thân lá trong điều kiện khó khăn về nước tưới, dinh dưỡng nên chúng có giá trị trong việc phủ xanh đất trống, đồi núi trọc, chống xói mòn suy thoái đất. Đây có thể là hướng sử dụng mới của mạch môn bên cạnh giá trị dược liệu của chúng. Để đối phó với nền nông nghiệp thiếu nước trong tương lai nhiều công trình nghiên cứu đã tập trung làm rõ cơ chế chịu hạn cũng như các giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng chống chịu như: chọn tạo giống có khả năng chịu hạn, huấn luyện hạt giống cây con, quản lý dinh dưỡng, quản lý nước tưới trên nhiều đối tượng cây trồng. Trong đó, sử dụng dinh dưỡng kali, silic và nấm rễ cộng sinh (AMF) làm tăng khả năng chịu hạn của cây trồng đã được công bố trong nhiều nghiên cứu trong và ngoài nước. Tuy nhiên cho đến nay, ở Việt Nam chưa có một công trình khoa học nào nghiên cứu đầy đủ về khả năng thích ứng và các biện pháp 1 kỹ thuật nhằm nâng cao sức chống chịu của cây mạch môn trong điều kiện biến đổi khí hậu, đặc biệt là điều kiện canh tác nhờ nước trời. Xuất phát từ thực tiễn nêu trên, thực hiện nghiên cứu để cung cấp dẫn liệu khoa học về khả năng chịu hạn cũng như nâng cao khả năng chống chịu của mạch môn qua biện pháp bón phân, góp phần nâng cao năng suất trong điều kiện canh tác nhờ nước trời là hết sức cần thiết. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 1.2.1. Mục tiêu tổng quát Xác định được 1-2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn và lượng phân bón thích hợp cho cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. 1.2.2. Mục tiêu cụ thể - Đánh giá được đặc điểm chịu hạn của các mẫu giống mạch môn dựa trên nhóm chỉ tiêu về sinh trưởng, sinh lý, sinh học phân tử và giải phẫu từ đó chọn ra được 1 - 2 mẫu giống mạch môn có khả năng chịu hạn tốt góp phần định hướng phát triển trồng mạch môn trên các vùng canh tác nhờ nước trời. - Đánh giá được ảnh hưởng và xác định lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1.3.1. Đối tượng nghiên cứu Đề tài nghiên cứu trên đối tượng cây mạch môn [Ophiopogon japonicus (L.f.) Ker – Gawl.] được thu thập tại tỉnh Phú Thọ, Yên Bái và Tuyên Quang. 1.3.2. Thời gian nghiên cứu Đề tài thực hiện từ năm 2016 – 2022. 1.3.3. Địa điểm nghiên cứu - Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu hạn của cây mạch môn trong điều kiện nhân tạo được thực hiện tại nhà lưới Bộ môn Cây công nghiệp & Cây thuốc, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Kiểm tra sự có mặt của đoạn gen chịu hạn OjERF trên các mẫu giống mạch môn được thực hiện tại Bộ môn Kỹ thuật Di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp. - Các thí nghiệm đồng ruộng được thực hiện trên đất xám bạc màu tại xã Bằng Giã, huyện Hạ Hòa, tỉnh Phú Thọ trong điều kiện không tưới nước. Đề tài 2 tập trung đánh giá ảnh hưởng của phân bón với cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước. - Đánh giá đặc điểm giải phẫu được tiến hành tại Bộ môn Thực vật, Khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Đánh giá đặc điểm bộ rễ, các chỉ tiêu sinh lý khác của cây được thực hiện tại Trung tâm nghiên cứu cây trồng Việt Nam và Nhật Bản, Bộ môn Cây công nghiệp & Cây thuốc, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Phân tích chất lượng dược liệu và hàm lượng SiO2 tại Phòng thí nghiệm trọng điểm – Khoa Công nghệ thực phẩm. - Phân tích hàm lượng dinh dưỡng trong mẫu thực vật và mẫu đất tại Bộ môn Khoa học đất và Dinh dưỡng cây trồng, Khoa Tài nguyên và Môi trường, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. 1.3.4. Nội dung nghiên cứu - Đánh giá khả năng chịu hạn của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện nhà lưới và khả năng sinh trưởng, phát triển của các mẫu giống mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ. - Nghiên cứu ảnh hưởng của phân bón, liều lượng bón K2O, SiO2 và nấm rễ cộng sinh AMF thích hợp đến khả năng sinh trưởng, năng suất của cây mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa, Phú Thọ. 1.4. NHỮNG ĐÓP GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN - Thông qua đánh giá đặc điểm sinh trưởng, sinh lý, cấu tạo giải phẫu của các mẫu giống mạch môn đã xác định khả năng chịu hạn của các mẫu giống nhưng ở mức độ khác nhau gồm: (G6, G7) > (G2, G5) > (G1, G3, G4). Phát hiện mẫu giống G6 và G7 có mang đoạn gen chịu hạn OjERF. - Bổ sung 40 kg SiO2 hoặc 300 kg AMF/ha/năm trên nền 30 kg N + 30 kg P2O5 + 30 kg K2O/ha/năm hoặc 30 kg N + 30 kg P2O5 + 90 kg K2O/ha/năm, giúp tăng năng suất và hàm lượng hoạt chất trong rễ, củ mạch môn trong điều kiện không tưới nước tại Hạ Hòa - Phú Thọ. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về đặc điểm chịu hạn của cây mạch môn, cũng như vai trò của dinh dưỡng khoáng 3