PHẢN ỨNG SINH LÝ CỦA CÂY SƠN MÀI (TOXICODENDRON VERNICIFLUUM (STOKES) F.A. BARKLEY) VỚI STRESS CADMIUM TRONG HAI ĐIỀU KIỆN DINH DƯỠNG ĐỦ VÀ THIẾU NITROGEN

          Cadmium (Cd) là một trong những kim loại nặng phổ biến, có độc tính cao đối với người và động vật, dễ dàng bị cây trồng hấp thụ. Việc tiếp xúc với Cd sẽ gây ra những ảnh hưởng xấu đến sức khỏe đối với nhiều cơ quan ở người và động vật. Sự có mặt của Cd trong đất có thể gây ra phản ứng sinh lý và phiên mã của thực vật, gây thiệt hại cho cây trồng thông qua sự biến tính protein, màng và các tổn thương trao đổi chất khác dưới áp lực oxy hóa, từ đó làm giảm sinh khối và năng suất cây trồng. Những yếu tố độc hại này cũng làm gián đoạn các mô thực vật và bào quan, do đó làm thay đổi cấu trúc và chức năng của các bào quan này. Quá trình quang hợp có thể bị giảm khi bộ máy quang hợp có thể bị gián đoạn và chất diệp lục bị giảm bởi kim loại nặng. Việc giảm tỷ lệ quang hợp cũng liên quan đến việc giảm độ dẫn khí và hàm lượng sắc tố quang hợp khi đáp ứng với stress Cd.

            Người ta cho rằng sự thích nghi của thực vật đối với stress môi trường như kim loại nặng có thể được kiểm soát bởi nhiều chất dinh dưỡng trong đất như nitơ (N), photpho, silic và lưu huỳnh. Nitơ là một chất dinh dưỡng chủ yếu mà thực vật cần, và nó rất cần thiết trong việc sản sinh ra các axit amin, protein, hormon, chlorophyll và axit nucleic, tất cả đều đóng vai trò quan trọng trong sự tăng trưởng và phát triển của thực vật. Thiếu N có thể làm giảm đáng kể quang hợp, vì hơn một nửa là N được phân bổ cho bộ máy quang hợp. Hơn nữa, sự thiếu hụt N cũng ảnh hưởng đến chuyển hóa đường hoặc phân đoạn carbohydrate, dẫn đến sản xuất sinh khối thấp hơn. Tuy nhiên, thông tin chi tiết về cách nitơ tác động đến phản ứng sinh lý của các loài cây đối với stress kim loại nặng, chẳng hạn như trao đổi khí, điều tiết tín hiệu hoóc-môn và điều chỉnh thẩm thấu chưa được làm sáng tỏ.

            Cây Sơn mài, Toxicodendron vernicifluum (Stokes) F.A. Barkley (tên khác Rhus verniciflua), là một loài cây rụng lá có nguồn gốc ở phía nam Trung Quốc. Cây có tầm quan trọng về mặt kinh tế vì nó là một nguồn chính của véc-ni được sử dụng trong ngành công nghiệp thủ công mỹ nghệ và thuốc nhuộm tự nhiên. Hơn nữa, gỗ có giá trị kinh tế lớn do các tính chất vật lý và hóa học tốt. Cadmium (Cd) là kim loại nặng phổ biến ở phía nam Trung Quốc, do các hoạt động của con người như khai thác mỏ, giao thông đô thị và sản xuất phân lân. Đồng thời, sự lắng đọng hơi nước nitơ ở phần phía nam của Trung Quốc đã tăng lên trong những năm gần đây, điều này có thể ảnh hưởng tiềm năng đến rừng trồng.           Vì vậy, việc phát hiện các mô hình sinh lý và phiên mã của cây Sơn mài đáp ứng với stress Cd trong các điều kiện nitơ khác nhau là có ý nghĩa quan trọng. Ở đây, chúng tôi tiến hành các thí nghiệm nhà kính để giải quyết các câu hỏi sau đây: (1) Cd tác động đến sự tăng trưởng của cây Sơn mài trong điều kiện N tương phản như thế nào? (2) Phản ứng sinh lý và phiên mã của cây Sơn mài đối với stress Cd có bị ảnh hưởng bởi điều kiện nitơ không?

            Để tiết lộ vai trò tiềm năng của nitơ (N) có sẵn trong phản ứng thích ứng của cây Sơn mài với stress cadmium (Cd), một thí nghiệm nhà kính đã được tiến hành. Một thiết kế giai thừa bao gồm điều kiện đủ N và thiếu N được kết hợp với điều kiện stress Cd vừa phải. Các đặc điểm tăng trưởng và quang hợp chính đã bị ức chế đáng kể bởi stress Cd trong điều kiện thiếu N, trong khi ứng dụng N đã làm giảm nhẹ tác động ức chế của stress Cd lên thực vật. Việc điều chỉnh hormone ABA và điều chỉnh khí khổng khi căng thẳng Cd có ý nghĩa hơn trong trạng thái đủ N, góp phần tăng khả năng chống chịu của cây Sơn mài với stress Cd. Mức độ hoóc-môn IAA bị suy giảm bởi stress Cd trong điều kiện thiếu dinh dưỡng N, dẫn đến sự ức chế đáng kể về tăng trưởng, ngược lại sự sụt giảm của IAA đã được giảm bớt khi N được bổ sung, điều này góp phần vào nâng cao hiệu suất tăng trưởng của cây sơn mài dưới ảnh hưởng của căng thẳng Cd. Các enzyme chống oxy hóa đóng một vai trò quan trọng giúp thực vật đáp ứng với stress Cd. Các hoạt động của các enzym SOD, APX và GR trong lá, và POD, APX, GR và CAT trong rễ tất cả đã được kích hoạt đáng kể để đáp ứng với stress Cd trong điều kiện đủ N. Hơn nữa, sự biểu hiện của hầu hết các gen mã hóa các enzym chống oxy hóa đã được gây ra đáng kể khi đáp ứng với stress Cd trong điều kiện chất dinh dưỡng N là đủ. Ngược lại, các hoạt động của hầu hết các enzym chống oxy hóa và sự biểu hiện của hầu hết các gen mã hóa các enzym này không được gây ra đáng kể khi đáp ứng với stress Cd trong điều kiện thiếu N. Những kết quả này chỉ ra rằng chất dinh dưỡng N đầy đủ có thể cải thiện khả năng thích ứng của cây Sơn mài với stress Cd thông qua việc thúc đẩy các tín hiệu hoóc-môn và các hệ thống chống oxy hóa.

            Có thể kết luận rằng dinh dưỡng đầy đủ N là điều cần thiết cho phản ứng thích nghi và khả năng chịu đựng của cây Sơn mài với stress Cd do tác dụng tích cực của dinh dưỡng N đối với tín hiệu phytohormone và sản xuất các enzym chống oxy hóa.

 

Hình ảnh trao đổi khí của cây Sơn mài với stress cadmium trong hai điều kiện dinh dưỡng đủ và thiếu nitơ 

Nguồn tài liệu: Thi Tuyet Xuan Bui, Mei Lu, Dinh Duy Vu, Hien Ngoc Dinh, Niamat Ullah, Siddiq Ur Rahman, Xiao Hua Huang, Yi Zhang (2018) Physiological responses of Toxicodendron vernicifluum (Stokes) F.A. Barkley to cadmium stress under sufficient- and deficient-nitrogen conditions. Trees, https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00468-018-1727-7

Tin: TS. Vũ Đình Duy
Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam
Viện hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

 

 

Tin cùng loại