ỨNG DỤNG AMINO ACID NGOẠI SINH CẢI THIỆN TĂNG TRƯỞNG VÀ NĂNG SUẤT RAU DIẾP BẰNG CÁCH TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG ĐỒNG HÓA QUANG HỢP VÀ KHẢ NĂNG CUNG CẤP DINH DƯỠNG

 Rau diếp (Lactuca sativa L.) là một trong những cây rau chính được trồng rộng rãi ở Trung Quốc và được tiêu thụ như một món salad trên khắp thế giới. Do giá trị dinh dưỡng cao gồm nhiều khoáng chất, vitamin và folate đóng vài trò quan trọng trong dinh dưỡng và chế độ ăn ở người.

Các acid amin được xem như chất kích thích sinh học, thúc đẩy tăng trưởng thực vật, cải thiện khả năng cung cấp chất dinh dưỡng và tăng cường chất lượng thực vật. Nó không chỉ giảm bớt tổn thương do stress mà còn đóng vai trò là tiền tố cho hormone thực vật, yếu tố tín hiệu của các quá trình phát triển sinh lý khác nhau chẳng hạn như hấp thu glutamate, điều chỉnh hấp thu nito, sự phát triển ở rễ và chuyển hóa chất chống oxy hóa.

Các nghiên cứu trước đây chỉ ra mối liên hệ giữa L-methionine với sự sinh tổng hợp các chất điều hòa tăng trưởng như cytokinin, auxin và brassinosteroids trong thực vật. L-methionine có chức năng như một tiền chất của rất nhiều các phân tử sinh học thiết yếu như vitamin, polyamine, cofactor và các chất chống oxy hóa như glutathione, quyết định đáng kể sự cân bằng nội môi. Tất cả các phân tử sinh học này đều chứa các gốc lưu huỳnh hoạt động như các nhóm chức và có nguồn gốc từ L-methionine. Ở thực vật, sinh tổng hợp L-methionine đóng vai trò trung tâm trong việc cố định lưu huỳnh vô cơ từ môi trường, tạo ra glutathione, phytochelatins, Sắt–lưu huỳnh clusters, cofactor và nhiều chất chuyển hóa thứ cấp.

Mục tiêu của thử nghiệm nhằm đánh giá hiệu quả của việc sử dụng riêng biệt amino acid đơn L-tryptophan, L-glycine và L-methionine trong dung dịch dinh dưỡng nhằm đánh giá về sự tăng trưởng, năng suất và sinh lý của cây rau diếp.

Nghiên cứu được thực hiện tại Viện rau và hoa, Viện Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, Bắc Kinh từ năm 2017-2018. Cây rau diếp được trồng thủy canh và chia ra làm 2 đợt thí nghiệm.

Đợt 1: Sử dụng riêng lẻ 3 loại amino acid là L-methionine, L-tryptophan và L-glycine ở nồng độ lần lượt là 20mg/L, 210 mg/L và 220mg/L tương ứng. Xử lý amino acid được tiến hành vào ngày thứ 8 sau khi gieo để tránh bị sốc dinh dưỡng. Dữ liệu được ghi lại mỗi tuần và sau 30 ngày xử lý.

Đợt 2: sử dụng một amino acid duy nhất là L-methionin ở 6 nồng độ chia làm 2 nhóm: nhóm xử lý 2200 mg/L, 220 mg/L, và 22 mg/L tương ứng với nhóm đối chứng 2.2 mg/L, 0.2 mg/L, và 0.02 mg/L.

Kết quả thí nghiệm

Thử nghiệm 3 loại amino acid

Tác dụng các acid amin khác nhau đã được nghiên cứu cho sự tăng trưởng thực vật. Các chỉ số ở thực vật cho thấy phản ứng tích cực và có ý nghĩa đối với tất cả các nồng độ L-methionine (hình 2A-F). Chiều dài, chiều rộng của lá và số lượng lá tăng đáp ứng với L-methionine và giảm với L-Glycine và L-tryptophan. Chiều dài lá được xử lý L-methionine tăng 11,4% so với đối chứng, trong khi đó giảm lần lượt ở L-glycine (giảm 13,76%) và L-tryptophan (giảm 63,49%) ở hình 2B. Tương tự diện tích lá và số lượng lá cũng tăng với L-methionine lần lượt là 31,41% và 50,4%, ngược lại diện tích lá giảm khi xử lý với L-Glycine ( giảm 29,67%) và L-tryptophan (giảm 86,25%) và số lượng lá cũng giảm 50,36% ở L-tryptophan so với đối chứng hình 2C và 2D.

Hơn nữa chiều cao và mật độ của cây cũng có cải thiện đáng kể khi xử lý L-Methionine (hình 2E và 2F), có sự giảm đột ngột về chiều cao và mật độ cây tương ứng giảm 82,91% và giảm 90,78% khi xử lý với L-tryptophan.

Tương tự chiều dài rễ, tỷ lệ chồi rễ, hàm lượng nước tương đối, tỷ lệ đồng hóa, trọng lượng khô và trọng lượng tươi đều cho kết quả tích cực khi xử lý với L-methionine và có tác động xấu với L-tryptophan và L-glycine (hình 3). Rau diếp cho kết quả gia tăng đáng kể chiều dài rễ (3A), hàm lượng nước tương đối (3D) và tỷ lệ đồng hóa (3B) khi xử lý với L-methionine và giảm với L-tryptophan và L-glycine. Đáng chú ý là tỷ lệ chồi rễ cao hơn so với đối chứng khi xử lý với L-tryptophan, cho thấy ngoài L-methionine thì L-tryptophan cũng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển ở thực vật. Sinh khối (trọng lượng) khô và tươi khi xử lý L-methionine là 20,88% và 15,71%, trong khi sinh khối giảm ở L-tryptophan và L-glycine.

Kết quả chỉ ra rằng L-methionine là một chất kích thích sinh học đóng vai trò quan trọng trong nông nghiệp, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của cây rau diếp.

Thử nghiệm L-methionine ở các nồng độ khác nhau

Trong thử nghiệm thứ 2, L-methionine ở nồng độ cao làm giảm sự phát triển và sinh lý của cây. Kết quả cho thấy nồng độ thấp giúp cây sinh trưởng tốt hơn về số lượng lá, chiều cao cây, chiều dài lá và chiều rộng của lá (hình 4). Đáng chú ý nồng độ L-methionine 0,22 mg/L dẫn đến sự tăng trưởng thực vật tăng dần so với đối chứng trong tất cả các tuần. Ngược lại, ở nồng độ cao lại có kết quả tiêu cực như chiều dài ngắn và ít lá hơn ở nồng độ 2200 mg/L và 220 mg/L L-methionine (Hình 4B, D), mức giảm tương ứng là 80% và 50%. Chiều dài lá giảm tương ứng 42,24% và 23,3%, chiều rộng lá giảm tương ứng 54,5% và 25,23% ơ hình 4A, C. Kết quả cho thấy nồng độ cao có tác dụng ức chế cây phát triển.

Diện tích lá, mật độ bao phủ, chiều dài rễ, trọng lượng sinh khối khô và tươi của rau diếp được cải thiện ở nồng độ L-methionine, đặc biệt ở 0,2mg/L trong giai đoạn tăng trưởng (hình 5). Diện tích lá và mật độ giảm mạnh ở nồng độ 2200mg/L là 75,5% và 74,65%. Nồng độ tăng dẫn đến giảm sinh khối, quan sát trọng lượng khô và tươi của rau diếp cho thấy có stress dinh dưỡng và giảm quang hợp dẫn đến làm giảm tích lũy chất hữu cơ và hạn chế tốc độ tăng trưởng của lá.

Thảo luận kết quả

Sử dụng amino acid trong nông nghiệp trở nên phổ biến trên toàn thế giới, phần lớn sử dụng hỗn hợp các amino acid như một chất kích thích sinh học. Nghiên cứu này nhằm mục đích kiểm tra hoạt động của một amino acid duy nhất để đánh giá ảnh hưởng đến sự tăng trưởng ở thực vật, cụ thể là rau diếp. Kết quả cho thấy các amino acid không chỉ là các chất dinh dưỡng cho cây trồng mà còn đóng vai trò là phân tử truyền tín hiệu, với một lượng nhỏ có thể gây phản ứng đến quá trình sinh trưởng và sinh lý thực vật. Có các nghiên cứu chứng minh cung cấp amino acid dạng phun qua lá cây là một kỹ thuật có thể được áp dụng. L-methionine gây ra sự hấp thụ lưu huỳnh và nito ở thực vật và nó phụ thuộc vào hàm lượng sử dụng.

Một số tác dụng của L-methionine dẫn đến tác dụng tích cực với cây trồng. Nó có vai trò trong duy trì cấu trúc của protein cần thiết để phân chia, biệt hóa tế bào và tăng trưởng. Cung cấp đủ lưu huỳnh và nito theo nhu cầu của thực vật. Chuyển đổi L-methionine thành polyamine và chuyển hóa thành cấu trúc hormone cho phép nito di chuyển giữa các tế bào và các mô. Nó còn hoạt động như chất đệm, nguồn cacbon và năng lượng, tiền chất sinh tổng hợp spermidine và gibberellin, điều hòa tăng trưởng và nhiều chất chuyển hóa thứ cấp khác. L-methionine cũng hoạt động như một chất điều hòa tăng trưởng của cytokinin, Brassinosteroids và auxin, làm tăng sự khởi đầu của rễ; giúp cây hấp thụ nhiều chất dinh dưỡng hơn, kích thích cân bằng nội hormone và cần cho phát triển lông rễ tối ưu hơn.

Gia tăng nồng độ L-methionine ảnh hưởng đến các phytohormone, làm tăng lượng diệp lục và phát triển lục lạp hoặc cytokinin. Phytohormone và các hợp chất tín hiệu cải thiện hoạt động quang hợp dẫn đến năng suất tốt hơn. L-methionine nồng độ cao làm giảm sự phát triển của thực vật, làm tổn hại bộ máy quang hợp và ngăn chặn sự hấp thu chất dinh dưỡng. Nói cách khác, các amino acid nên được sử dụng một cách tỉ mỉ vì chúng có thể làm giảm tỷ lệ % trọng lượng khô vì chúng có thể khiến mô sung nước, sưng mô làm suy giảm sự tăng trưởng ở thực vật.

Tối ưu hóa hàm lượng amino acid có thể mang lại các phản ứng khác nhau. Thông tin từ các nghiên cứu cho thấy mức độ tối ưu các amino acid phụ thuộc vào loài và kiểu gen, cần phải xác định rõ trước khi sử dụng. Tác dụng ức chế của L-tryptophan và nồng độ cao L-methionine đối với năng suất có thể là do tác dụng ức chế tích lũy auxin giảm tăng trưởng thực vật, rối loại hấp thu khoáng chất hoặc tăng cường hô hấp sáng của thực vật.

Kết luận

L-methionine làm tăng hàm lượng chất diệp lục của thực vật và góp phần tiết kiệm năng lượng, do đó làm tăng năng suất của cây. L-methionine làm thay đổi đáng kể các yếu tố sinh lý quan sát được ở rau diếp với các nồng độ, ảnh hưởng đến sự hấp thu của auxin, có thể làm chết cây. Tóm lại L-methionine ở nồng độ 0,2mg/L cho thấy hiệu quả tốt nhất đối với sự phát triển của cây rau diếp. Do đó, có thể nói rằng L-methionine là một chất thay thế phù hợp trong phân bón nhằm tăng năng suất cây trồng.