Nghiên cứu mối tương quan giữa sự biến đổi hàm lượng anthocyanin và khả năng chịu hạn của cây ngô nếp địa phương giai đoạn cây non - Phạm Thị Thanh Nhàn

NGHIÊN CỨU MỐI TƯƠNG QUAN GIỮA SỰ BIẾN ĐỔI HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY NGÔ NẾP ĐỊA PHƯƠNG GIAI ĐOẠN CÂY NON Phạm Thị Thanh Nhàn1*, Lê Xuân Đắc3, Lê Trần Bình2 1Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, Đại học Thái Nguyên, *ptnhansptn@gmail.com 2Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam 3Viện Sinh thái nhiệt đới, Trung tâm Nhiệt đới Việt-Nga TÓM TẮT: Ngô nếp (Zea mays subsp. ceratina) là một loại ngũ cốc phổ biến ở Việt Nam, đặc biệt ở các vùng núi phía Bắc, vùng có khí hậu khô hạn. Anthocyanin thiên nhiên được coi là một dấu hiện stress và là một phần trong cơ chế hạn chế tác động của stress hạn gây ra. Bài báo này trình bày kết quả đánh giá khả năng chịu hạn và mối tương quan giữa khả năng chịu hạn và sự biến đổi hàm lượng anthocyanin khi cây ngô nếp địa phương bị hạn. Giống Mo và NH là hai giống có khả năng chịu hạn cao nhất (chỉ số chịu hạn tương đối là 15122,75 và 18564,99); giống BS1, DG2, KL có khả năng chịu hạn kém nhất (chỉ số chịu hạn tương đối là 10920,29; 10955,11 và 10982,98). Hàm lượng anthocyanin ở các giống bị xử lý bởi hạn nhân tạo đều tăng so với đối chứng từ 1 ngày đến 5 ngày hạn (trừ BS1, ĐX2, KL giảm nhẹ) và giảm mạnh sau 7 ngày, tăng trở lại sau 9 ngày hạn. cao nhất ở các giống NH, Mo, TB. Hàm lượng anthocyanin và khả năng chịu hạn có mối tương quan thuận khá chặt chẽ, phương trình tuyến tính có dạng Y = aX + b, hệ số dao động từ 0,80 đến 0,99 ở các ngưỡng trước 7 ngày hạn, và 1,0 ở ngưỡng từ 7 đến 9 ngày hạn. Từ khóa: Zea mays subsp. ceratina, anthocyanin, khả năng chịu hạn, chỉ số chịu hạn tương đối. MỞ ĐẦU Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa của nông dân vùng trung du và miền núi phía Bắc, và là cây lương thực chính của đồng bào các dân tộc thiểu số ở các vùng núi cao. Việt Nam có 75% diện tích là đồi núi, tình trạng hạn hán thường xuyên xảy ra dẫn đến năng suất của các giống cây trồng nói chung, cây ngô nếp địa phương (Zea mays subsp. ceratina) nói riêng bị giảm. Trong những năm gần đây việc tăng cường diện tích ngô lai có năng suất cao làm mất đi các giống ngô địa phương quý hiếm mặc dù chất lượng hạt của các giống này cao và khả năng chống chịu tốt. Vì vậy, việc nghiên cứu và chọn tạo các giống ngô có khả năng chịu hạn góp phần bảo tồn nguồn gen và tạo vật liệu cho lai giống. Anthocyanin là chất màu thiên nhiên được sử dụng an toàn trong công nghiệp chế biến thực phẩm và dược phẩm. Anthocyanin được tìm thấy trong không bào của tế bào biểu bì, mô mạch dẫn [7, 10, 11]. Chúng tạo màu cho cả bề mặt, viền sọc, hay các vết đốm trên các bộ phân khác nhau của cây, đặc biệt ở thân, lá, hoa, quả. Gần đây, chức năng của anthocyanin đã được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu [14, 20]. Sinh tổng hợp anthocyanin ở lá được tăng cường để đáp ứng với stress môi trường: hạn, ánh sáng mạnh, UV-B, nhiệt độ cao, thiếu nitơ và photpho, nhiễm nấm và vi khuẩn, tổn thương, côn trùng, ô nhiễm [21]. Chúng còn giữ vai trò rất quan trọng trong tế bào thực vật: tạo điều kiện cho sự thụ phấn và phát tán hạt nhờ màu sắc sặc sỡ trên cánh hoa và quả. Bài báo này trình bày kết quả đánh giá khả năng chịu hạn và mối tương quan giữa khả năng chịu hạn và sự biến đổi hàm lượng anthocyanin khi cây ngô nếp địa phương bị hạn. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Vật liệu Chúng tôi sử dụng 10 giống ngô nếp địa phương do Viện Nghiên cứu ngô Đan Phượng cung cấp: Bản nưa (BN), Bản son 1 (BS1), Dẻ gà 2 (DG2), Đông xuân 2 (ĐX2), Khuổi liềng (KL), Mo, Nà hạo (NH), Pác tàn (PT), Thôn búa (TB), Vân kiều 2 (VK2). Phương pháp Phương pháp chiết tách anthocyanin từ cây ngô non bị xử lý bởi hạn được thực hiện theo mô tả của Luis et al. (2001) [13]. Phương pháp định lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai [13] Giá trị hấp thụ của mẫu được tính theo công thức: A = (Almax.pH=1 – A700nm.pH=1) - (Almax.pH= 4,5 A700nm.pH= 4,5) (1) Trong đó: Almax, A700nm là độ hấp thụ tại bước sóng cực đại và 700nm, ở pH 1 và pH 4,5. Hàm lượng sắc tố anthocyanin đơn tử theo công thức: (2) Trong đó, A là Mật độ quang, A = (Almax, pH=1 - A700nm, pH=1) - (Almax, pH=4,5 - A700nm, pH=4,5); Almax, A700nm: Độ hấp thụ tại bước sóng cực đại và 700nm ở pH 1 và pH 4,5; a là Lượng anthocyanin (mg/l); M là khối lượng phân tử của anthocyanin (449,2); HSPL là hệ số pha loãng; V là thể tích dịch chiết (l); l là chiều dày cuvet (1 cm); e = 26900. % anthocyanin toàn phần (3) Trong đó, a là lượng anthocyanin tính được theo công thức (1); m là Khối lượng nguyên liệu ban đầu (g); w là độ ẩm nguyên liệu (%.). Đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của một số giống ngô địa phương ở giai đoạn cây non theo phương pháp của Lê Trần Bình (1998) [3]. Xác định tỷ lệ cây sống sót (%): Tỷ lệ cây sống sót = Số cây sống (%) (4) Tổng số cây xử lý Xác định khả năng giữ nước: (5) Trong đó: W(%) là khả năng giữ nước của cây sau khi xử lý bởi hạn; Wft(g) là khối lượng tươi của cây sau khi xử lý bởi hạn; Wfc(g) là khối lượng tươi của cây không xử lý. Tỷ lệ thiệt hại do hạn gây ra: (6) Trong đó, a là tỷ lệ thệt hại do hạn gây ra; b là trị số thiệt hại ở mỗi cấp; c là trị số thiệt hại của cấp cao nhất; N0 là số cây của mỗi cấp thiệt hại; N là tổng số cây xử lý. Các trị số: Số cây chết: trị số 3; số cây héo: trị số 1; số cây không bị ảnh hưởng: trị số 0. Chỉ số chịu hạn tương đối được tính theo công thức: (7) Trong đó, S: chỉ số chịu hạn tương đối của các giống ngô; a: góc tạo bởi 2 trục mang trị số gần nhau và tính bằng 360/x; a: % số CKH sau 1 ngày hạn; b: % HP sau hạn 1 ngày; c: % CKH sau hạn 3 ngày; d: % CHP sau hạn 3 ngày; e: % CKH sau hạn 5 ngày: f: % CHP sau hạn 5 ngày; g: % CHP sau hạn 7 ngày; h: % CHP sau hạn 9 ngày; i: % CHP sau hạn 11 ngày; x: số chỉ tiêu theo dõi. Xử lý số liệu Sử dụng toán thống kê để xác định các trị số thống kê như: trung bình mẫu, phương sai (σ2), độ lệch chuẩn (σ), và sai số trung bình mẫu (Sx) với n = 30, a = 0,05. Mỗi mẫu nghiên cứu được nhắc lại ba lần [15]. Sử dụng phần mềm NTSYS version 2.02i để phân nhóm các giống ngô theo khả năng chịuhạn khác nhau. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Đánh giá khả năng chịu hạn của 10 giống ngô giai đoạn cây non 3 lá Tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô khi bị hạn Có hai thời kỳ cây ngô mẫn cảm nhất với điều kiện hạn, là thời kì cây con và thời kỳ ra hoa. Vì vậy, chúng tôi đã đánh giá nhanh khả năng chịu hạn của các giống ngô nghiên cứu ở giai đoạn cây con trong điều kiện hạn nhân tạo. Tỷ lệ thiệt hại (hay mức độ thiệt hại) của mỗi giống ngô được xác định trên cơ sở theo dõi phần trăm số cây héo, cây chết sau 3, 5, 7, 9 và 11 ngày hạn, kết quả được trình bày ở bảng 1 và hình 1. Bảng 1. Tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô nếp bị xử lý bởi hạn (% cây héo, cây chết) Giống BN BS1 DG2 ĐX2 KL Mo NH PT TB VK2 Hạn 1 ngày 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 Hạn 3 ngày 13,89 11,11 11,11 5,56 16,67 5,56 11,11 11,11 11,11 16,67 Hạn 5 ngày 27,78 30,56 27,78 28,89 31,67 11,11 16,67 22,22 19,44 27,78 Hạn 7 ngày 33,33 44,44 33,33 44,44 44,44 33,33 33,33 33,33 33,33 33,33 Hạn 9 ngày 57,33 68,06 46,67 60,54 67,41 44,44 43,45 53,33 51,52 66,67 Hạn 11 ngày 85,42 95,65 86,67 90,8 93,94 85,33 85,19 84,76 83,33 89,33 Khi bị hạn, lượng nước trong tế bào giảm gây tổn thương cho cây. Các giống khác nhau sẽ có những đáp ứng khác nhau để làm giảm hoặc tránh bị tổn thương. Bảng 1 cho thấy, sau 3 ngày gây hạn, các giống ngô bắt đầu bị ảnh hưởng, lá non quăn lại, thân và rễ không bị ảnh hưởng. Sau 5 ngày hạn, mức độ ảnh hưởng tăng lên rõ rệt. Đặc biệt sau 9 ngày, tất cả các giống ngô đều bị héo lá và số lượng cây bị chết cũng tăng lên cao. Giống có tỷ lệ thiệt hại cao nhất là BS1 (sau 3 ngày: 11,11%; sau 5 ngày: 30,56%; sau 7 ngày: 44,44%; sau 9 ngày: 68,06%; sau 11 ngày: 95,65%). Giống có tỷ lệ thiệt hại thấp nhất là Mo và NH, từ ngày hạn thứ 7 trở đi giống NH có tỷ lệ thiệt hại thấp hơn. Hình 1. Đồ thị tỷ lệ thiệt hại của 10 giống ngô nghiên cứu Pham Thi Thanh Nhan, Le Xuan Dac, Le Tran Binh Chỉ số chịu hạn tương đối và đặc điểm phản ứng của kiểu gen 10 giống ngô trong điều kiện hạn nhân tạo Bảng 2. Tổng hợp đánh giá khả năng chịu hạn giai đoạn cây non 3 lá của 10 giống ngô nghiên cứu Chỉ tiêu BN BS1 DG2 ĐX2 KL Mo NH PT TB VK2 % CKH sau hạn 1 ngày 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 % CHP sau hạn 1 ngày 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 % CKH sau hạn 3 ngày 58,33 56,67 66,67 63,33 65,00 83,33 86,67 66,67 66,67 60,00 % CHP sau hạn 3 ngày 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 100,00 % CKH sau hạn 5 ngày 16,67 8,33 16,67 13,33 8,500 66,67 70,00 33,33 41,67 11,67 % CHP sau hạn 5 ngày 83,33 70,00 83,33 81,67 75,00 92,12 91,67 83,33 91,67 73,33 % CHP sau hạn 7 ngày 51,67 43,33 53,33 56,67 45,00 76,67 72,33 71,33 71,33 45,00 % CHP sau hạn 9 ngày 30,33 23,33 31,67 26,67 26,67 36,67 37,33 30,00 36,67 23,33 % CHP sau hạn 11 ngày 20,67 10,67 20,00 16,67 15,33 23,33 24,33 20,67 20,33 11,33 KNGN sau hạn 1 ngày (%) 34,01 39,23 35,32 50,11 37,25 52,51 59,26 42,29 44,41 40,44 KNGN sau hạn 3 ngày (%) 30,91 28,01 30,28 28,45 30,48 45,50 46,32 36,68 38,08 28,01 KNGN sau hạn 5 ngày (%) 27,41 24,16 29,98 26,19 24,12 31,58 34,60 27,49 28,32 26,11 KNGN sau hạn 7 ngày (%) 21,29 20,12 22,48 20,61 19,06 29,71 32,22 24,41 23,48 20,45 KNGN sau hạn 9 ngày (%) 19,57 16,43 20,26 16,68 16,39 23,15 24,98 21,66 22,61 19,50 KNGN sau hạn 11 ngày (%) 17,36 14,46 18,54 15,28 14,32 21,46 23,19 17,81 20,12 17,22 Tỷ lệ rễ/thân, lá trước hạn (% KLT) 46,47 38,28 43,02 37,75 380,71 45,15 62,97 45,33 44,56 42,28 Tỷ lệ rễ/thân, lá sau hạn 5 ngày (% KLT) 47,61 40,85 45,27 41,25 41,50 60,15 71,82 74,23 75,01 48,85 Tỷ lệ rễ/thân, lá sau hạn 9 ngày (% KLT) 140,91 123,16 136,67 126,52 123,55 143,57 150,12 135,81 134,50 123,16 Tỷ lệ rẽ/thân, lá trước hạn (% KLK) 50,25 45,43 48,33 46,15 45,58 60,38 64,15 66,67 65,30 46,43 Tỷ lệ rẽ/thân, lá sau hạn 5 ngày (% KLK) 105,56 78,71 80,12 83,85 88,39 110,18 129,17 80,11 80,57 80,41 Tỷ lệ rẽ/thân, lá sau hạn 9 ngày (% KLK) 111,76 105,11 112,82 111,53 107,73 113,33 126,67 113,33 112,48 105,36 Chỉ số chịu hạn tương đối 12074,64 9789,72 11480,53 10907,30 10449,01 16276,03 18365,61 13381,03 13831,39 10340,04 177 CKH: Cây không héo. CHP: Cây hồi phục, KNGN: Khả năng giữ nước, KLT: Khối lượng tươi, KLK: Khối lượng khô. Tính chống chịu của cây trồng nói chung và khả năng chịu hạn nói riêng là tính trạng đa gen. Vì vậy, chúng tôi tiến hành phân tích các chỉ tiêu khác nhau như tỷ lệ cây không héo, tỷ lệ cây hồi phục, khả năng giữ nước trước và sau khi xử lý hạn ở các ngưỡng hạn. Kết quả được trình bày ở bảng 2. Từ kết quả ở bảng 2, chúng tôi tính toán được chỉ số chịu hạn tương đối của 10 giống ngô ở giai đoạn cây con 3 lá. Những giống có chỉ số chịu hạn tương đối càng lớn thì sẽ có khả năng chịu hạn càng cao và ngược lại (giống Mo và NH là hai giống có khả năng chịu hạn cao nhất (chỉ số chịu hạn là: 16276,03; 18365,61), giống BS1 và VK2, KL có khả năng chịu hạn kém nhất (9789,72; 10340,04 và 10449,01). Khả năng chịu hạn của thực vật là tính trạng đa gen. Mỗi giống có một kiểu gen quy định mức phản ứng đối với các stress từ môi trường. Vì vậy, các giống khác nhau có mức phản ứng khác nhau, trên cơ sở đó, chúng tôi tiến hành phân tích mối tương quan giữa các đối tượng nghiên cứu trong điều kiện hạn nhân tạo thông qua hệ số giống nhau về mức phản ứng của kiểu gen theo chương trình NTSYS version 2.02i. Hệ số giống nhau phản ánh mối quan hệ di truyền của các giống ngô. Các giống càng gần nhau về mặt di truyền thì hệ số giống nhau càng lớn, và ngược lại, các giống có hệ số giống nhau càng thấp thì mối quan hệ di truyền giữa chúng càng xa (Bảng 3). Bảng 3. Hệ số tương đồng về mức phản ứng của các giống trước hạn Giống BN BS1 DG2 ĐX2 KL Mo NH PT TB VK2 BN 1,00 BS1 0,14 1,00 DG2 0,27 0,27 1,00 ĐX2 0,14 0,32 0,14 1,00 KL 0,14 0,18 0,14 0,19 1,00 Mo 0,14 0,14 0,14 0,23 0,14 1,00 NH 0,14 0,23 0,23 0,19 0,19 0,14 1,00 PT 0,36 0,23 0,27 0,19 0,14 0,19 0,27 1,00 TB 0,14 0,27 0,23 0,14 0,14 0,19 0,36 0,27 1,00 VK2 0,32 0,32 0,23 0,27 0,23 0,14 0,14 0,27 0,23 1,00 Bảng 3 trình bày hệ số giống nhau về sự phản ứng của kiểu gen trong điều kiện hạn nhân tạo của từng cặp đối tượng nghiên cứu. Kết quả cho thấy, hệ số giống nhau giữa các đối tượng là rất thấp (từ 0,14 đến 0,36). Các cặp: BN- PT, NH- TB có hệ số giống nhau cao nhất là 0,36. Điều này chứng tỏ các giống có bản chất di truyền khác nhau, mức độ khác nhau này được thể hiện ở hệ số khác nhau của từng cặp đối tượng. Ảnh hưởng của hạn nhân tạo đến lượng anthocyanin trong cây Để định lượng được sự có mặt của anthocyanin trong tế bào cây ngô, chúng tôi tiến hành khảo sát và tìm kiếm dung môi tốt nhất cho việc tách chiết. Trong các dung môi đã sử dụng, dung môi acetone có HCl 0,01% tỏ ra hiệu quả cao nhất, hàm lượng anthocyanin thu được cao và phổ hấp thụ giống với phổ chuẩn đã nghiên cứu trước đó [13]. Nghiên cứu sự biến đổi hàm lượng anthocyanin ở các ngưỡng xử lý bởi hạn khác nhau đối với 10 giống ngô cho thấy, những giống nào có chỉ số chịu hạn tương đối và tỷ lệ không thiệt hại cao thì phần thân có màu đỏ, các gân lá và mép lá cũng chuyển sang màu đỏ-tía. Như vậy, điều kiện khô hạn có lợi cho sự hình thành sắc tố anthocyanin màu đỏ do giảm sự hấp thụ nitrat [22]. Kết quả định lượng anthocyanin trong các mẫu hạn được trình bày ở bảng 4. Bảng 4 cho thấy có sự biến đổi lớn về lượng anthocyanin qua các ngày gây hạn. Sau 1 ngày hạn, hàm lượng anthocyanin ở các giống đều tăng nhẹ (từ 0,03% đến 0,11%) và tiếp tục tăng sau 3 ngày gây hạn so với đối chứng. Sau hạn 5 ngày, hàm lượng anthocyanin của giống BS1, ĐX2, KL giảm song vẫn cao hơn so với đối chứng (giống BS1 chịu hạn kém nhất, ĐX2 và KL chịu hạn ở mức trung bình); riêng hai giống Mo và NH chịu hạn tổt thì lượng anthocyanin tăng vượt trội. Sau ngày hạn thứ 7, giá trị này giảm mạnh ở cả 10 giống nghiên cứu, giống NH vẫn duy trì lượng anthocyanin cao nhất. Sau 9 ngày hạn, lượng anthocyanin trong tất cả các mẫu tăng đột ngột trở lại (cao nhất ở các giống NH, Mo, PT, TB). Kết quả này có sự tương đồng với kết quả nghiên cứu ở ngô của Efeoğlu B. et al. (2009) [8]. Bảng 4. Sự biến đổi hàm lượng anthocyanin qua các ngưỡng xử lý bởi hạn (%) Giống BN BS1 DG2 ĐX2 KL Mo NH PT TB VK2 Trước hạn 0,52 0,40 0,53 0,46 0,46 0,51 0,49 0,50 0,48 0,49 1 ngày ĐC 0,52 0,42 0,52 0,46 0,46 0,52 0,5 0,5 0,48 0,48 Hạn 0,57 0,45 0,57 0,51 0,50 0,65 0,70 0,65 0,59 0,52 % ĐC 110 107 110 111 109 125 140 130 123 108 3 ngày ĐC 0,52 0,43 0,52 0,48 0,47 0,51 0,52 0,52 0,48 0,48 Hạn 0,64 0,50 0,60 0,61 0,56 0,71 0,77 0,69 0,65 0,60 % ĐC 123 116 115 127 119 139 148 133 135 125 5 ngày ĐC 0,53 0,43 0,53 0,48 0,47 0,52 0,52 0,52 0,49 0,49 Hạn 0,78 0,49 0,67 0,60 0,60 0,80 0,94 0,75 0,75 0,65 % ĐC 147 114 126 125 128 154 181 144 153 133 7 ngày ĐC 0,53 0,44 0,53 0,49 0,48 0,53 0,53 0,52 0,5 0,49 Hạn 0,57 0,35 0,56 0,58 0,50 0,71 0,72 0,69 0,68 0,50 % ĐC 108 79,5 106 118 104 134 136 133 136 102 9 ngày ĐC 0,53 0,44 0,54 0,48 0,48 0,53 0,53 0,52 0,5 0,49 Hạn 0,63 0,45 0,62 0,60 0,55 0,75 0,80 0,72 0,71 0,60 % ĐC 119 102 115 125 115 142 151 138 142 122 ĐC: Đối chứng, %ĐC: % so với đối chứng. Theo Srivalli et al. (2003) [19], sinh tổng hợp anthocyanin thường xảy ra trong tế bào thực vật khi tế bào này tiếp xúc với điều kiện môi trường mất cân bằng thẩm thấu, vì các glycoside của anthocyanin có thể điều chỉnh khả năng thẩm thấu của tế bào, giảm thiểu sự mất nước qua bốc hơi. Hơn nữa, anthocyanin là một chất chống oxy hóa có vai trò “dọn sạch” ROS (Reactive oxygen species). Điều này có thể được giải thích khi cây ngô gặp hạn, lượng ROS được sản sinh ra nhiều gây stress cho tế bào, anthocyanin được sử dụng để khử các gốc oxi hóa, bảo vệ tế bào chống lại điều kiện mất nước cực đoan. Anthocyanin có thể chuyển trực tiếp H2O2 thành O2- [17]. Chúng cũng hoạt động như những chất có hoạt tính peroxidase trong tế bào chất, ức chế sự hình thành gốc OH* để bảo vệ DNA [2]. Nhiều nghiên cứu trước đây cho rằng anthocyanin có thể tạo phức với các phân tử khác như DNA [12], sự hình thành phức anthocyanin- DNA có thể giúp duy trì sự toàn vẹn cấu trúc của DNA khi bị stress phi sinh học. Với tư cách là chất chống oxy hóa, anthocyanin có thể hoạt động hiệu quả chống lại tình trạng thiếu nước. Tuy nhiên, ngày hạn kéo dài làm lượng anthocyanin bị cạn dần, các yếu tố tham gia chống chịu được tăng cường hoạt động, trong đó hàm lượng axit absisic cũng được tổng hợp nhiều hơn và tạo hiệu ứng tăng cường tổng hợp các nhân tố phiên mã (Transcription Factors, kí hiệu TF) điều hòa sinh tổng hợp anthocyanin [18, 21]. Có thể anthocyanin không có chức năng trực tiếp điều chỉnh áp suất thẩm thấu hay tăng cường tính chống chịu, nhưng chúng được tăng cường để bảo vệ chất diệp lục khi cây tiếp tục bị hạn vì chúng được định vị nhiều trong các tế bào mô giậu và mô xốp, trong lớp biểu bì vào thời điểm hạn và già hóa [6]. Hàm lượng nước trong mô giảm và hàm lượng anthocyanin tăng dưới ảnh hưởng trực tiếp của khô hạn, đặc biệt trong các lá trưởng thành, những cây sống ở giữa thu hay dưới lớp tuyết cũng tương tự. Lượng anthocyanin ổn định ở lá cây đối chứng, trong khi ở những cây bị xử lý hạn tăng gấp 3 lần. Sau khi lượng anthocyanin đạt giá trị cao nhất có thể, quá trình đồng hóa chúng dừng lại mặc dù hạn ngày càng nghiêm trọng hơn, vì chất diệp lục giảm do quá trình lão hóa của lá, và ít nhu cầu một lượng cao anthocyanin [16]. Kết quả nghiên cứu của Chutipaijit et al. (2008) [5] cũng chứng minh rằng giống lúa có khả năng chịu hạn cao nhất, tích lũy hàm lượng anthocyanin cao nhất (gấp 10 lần so với giá trị trung bình của các giống còn lại). Hàm lượng anthocyanin ở các giống cây mạ chống chịu đều cao hơn 20-70% so với đối chứng, ở các giống nhạy cảm không khác biệt đáng kể. Do đó, anthocyanin tích lũy trong cây có thể tham gia vào quá trình chống chịu hạn thay cho prolin hay các cơ chế khác [1]. Nghiên cứu cho thấy, sự thiếu nước làm tăng cường quá trình hydroxyl hóa và methoxyl hóa của vòng B flavonoid, tăng cường tổng hợp anthocyanin và thúc đẩy sự chuyển hóa anthocyanin hydroxylat thành các dẫn xuất methoxylat [4]. Ở cây Craterostigma, Myrothamnus và Xerophyta có thể tồn tại trong một thời gian dài mất nước. Trong suốt quá trình này, các không bào trung tâm lớn được thay thế bởi các không bào nhỏ hơn và tăng hàm lượng anthocyanin gấp 3- 4 lần so với bình thường [9]. Để tìm hiểu mối quan hệ giữa sự biến đổi hàm lượng anthocyanin và khả năng chịu hạn (thông qua tỉ lệ thiệt hại) của từng giống, chúng tôi tiến hành phân tích mối tương quan tuyến tính giữa hai đại lượng này. Kết quả bảng 5 cho thấy phương trình tuyến tính có dạng Y = aX+ b thể hiện mối tương quan thuận khá chặt chẽ (hệ số dao động từ 0,80 đến 0,99 ở các ngưỡng trước 7 ngày hạn, và 1,0 ở ngưỡng từ 7 đến 9 ngày hạn). Như vậy, khi tỉ lệ thiệt hại tăng theo thời gian xử lý hạn nhân tạo thì cây ngô cũng đòi hỏi sự tích lũy hàm lượng anthocyanin trong tế bào ngày một tăng để giúp tế bào chống chịu lại stress do môi trường thiếu nước gây ra. Bảng 5. Mối tương quan giữa sự biến đổi lượng anthocyanin và tỷ lệ thiệt hại STT Giống Giai đoạn trước hạn đến 5 ngày hạn Giai đoạn 7 ngày hạn đến 9 ngày hạn Phương trình hồi quy Hệ số tương quan tuyến tính R Phương trình hồi quy Hệ số tương quan tuyến tính R 1 BN Y= 112,67X-51,11 0,90 Y= 702,25X-342,95 1,0 2 BS1 Y= 290,1X-115 0,80 Y= 275,9X-28 1,0 3 DG2 Y= 243,3X-127,31 0,91 Y= 2000X-1193,33 1,0 4 ĐX2 Y= 232,4X-110 0,99 Y= 1513X-817 1,0 5 KL Y= 216X-97 0,86 Y= 442,17X-162,52 1,0 6 Mo Y= 107,7X-59 0,90 Y= 922,2X-609 1,0 7 NH Y= 73,38X-37,92 0,98 Y= 446,75X-2 1,0 8 PT Y= 128,8X-66,7 0,92 Y= 1048X-670 1,0 9 TB Y= 123,91X-60 0,99 Y= 795,25X-49 1,0 10 VK2 Y= 205,5X-97,7 0,98 Y= 226,6X-46,6 1,0 KẾT LUẬN Giống Mo và NH là hai giống có khả năng chịu hạn cao nhất (chỉ số chịu hạn tương đối là 16276,03 và 18365,61); giống BS1, VK2, KL có khả năng chịu hạn kém nhất (chỉ số chịu hạn tương đối là 9789,72; 10340,04 và 10449,01). Hàm lượng anthocyanin ở các giống bị xử lý bởi hạn nhân tạo đều tăng so với đối chứng từ 1 ngày đến 5 ngày hạn (trừ BS1, ĐX2, KL giảm nhẹ) và giảm mạnh sau 7 ngày, tăng trở lại sau 9 ngày hạn. cao nhất ở các giống NH, Mo, TB. Hàm lượng anthocyanin và khả năng chịu hạn có mối tương quan thuận khá chặt chẽ, phương trình tuyến tính có dạng Y = aX+ b, hệ số dao động từ 0,80 đến 0,99 ở các ngưỡng trước 7 ngày hạn, và 1,0 ở ngưỡng từ 7 đến 9 ngày hạn. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ashraf M., Foolad M. R., 2007. Roles of glycine betaine and proline in improving plant abiotic stress resistance. Environ Exp Bot, 59, 206-216. Batool F., Sabir S. M., Rocha J. B. T., Shah A. H., Saify Z. S., Ahmed S. D., 2010. Evaluation of antioxidant and free radical scavenging activities of fruit extract from Zanthoxylum alatum: a commonly used spice from Pakistan. The Pakistan Journal of Botany, 42(6): 4299-4311. Lê Trần Bình, Lê Thị Muội, 1998. Phân lập gen và chọn dòng chống chịu ngoại cảnh bất lợi ở cây lúa. Nxb Đại học quốc gia, Hà Nội. Castellarin S. D., Matthews M., Di G. G., Gambeta G., 2007. Water deficit accelerate ripening and induce changes in gene expression regulating flavonoid biosynthesis in grape berries. Planta, 227(1): 101-112. Chutipaijit S., Chaum S., Sompornpailin K., 2008. Influence of drought stress on proline and anthocyanin accumulations in Indica rice cultivars. KMITL Science and Technology Journal, 8(2): 40- 47. Close D. C., Beadle C. L., 2003. The ecophysiology of foliar anthocyanin. Botanical Review, 69: 149-161. David R., Kristen Bell, Gochenaur, 2006. Direct vasoactive and vasoprotective properties of anthocyanin-rich extracts. Apllied Physiology, 00626(4): 1164-1170. Efeoğlu B., Ekmekçi Y., Çiçek N., 2009. Physiological responses of three maize cultivars to drought stress and recovery. South African Journal of Botany, 75(1): 34-42. Farrant J. M., 2000. A comparison of mechanisms of desiccation tolerance among three angiosperm resurrection plant species. Plant Ecology, 151(1): 29-39. Gould K. S., Lister C., 2006. Flavonoid functions in plants. Flavonoids: Chemistry, Biochemistry, and Applications. CRC Press, Boca Raton: 397- 441. Hooijmaijers C. A. M, Gould K. S., 2007. Photoprotective pigments in red and green gametophytes of two New Zealand liverworts. The New Zealand Journal of Botany, 45: 451-461. Kong J. M., Chia L. S., Goh N. K., Chia T. F., Brouillard R., 2003. Analysis and biological activities of anthocyanins. Phytochem., 64: 923-933. Luis E., Rodriguez-Saona, Ronald E., Wrolstad, 2001. Current Protocols in Food Analytical Chemistry. Copyright © 2001 by John Wiley & Sons, Inc. Manetas Y., 2006. Why some leaves are anthocyanic, and why most anthocyanic leaves are red. Flora, 201: 163-177. Chu Hoàng Mậu, 2008. Phương pháp phân tích di truyền hiện đại trong chọn giống cây trồng. Nxb. Đại học Thái Nguyên, 23-41. Merzlyak M. N., Chivkunova O. B., Solovchenko A. E., Naqvi K. R., 2008. Light absorption by anthocyanins in juvenile, stressed, and senescing leaves. J Exp Bot., 59: 3903-3911. Noda Y., Kneyuki T., Igarashi K., Mori A., Packer L., 2000. Antioxidant activity of nasunin, an anthocyanin in eggplant peels. Toxicology, 148(2-3): 119-123. Quattrocchio F., Wing J. F., van der Woude K., Mol J. N., Koes R., 1998. Analysis of bHLH and myb proteins: species-specific regulatory differences are caused by divergent evolution of target anthocyanin genes. Plant J., 4: 475-488. Srivalli B., Sharma G., Khanna-Chopra R., 2003. Antioxidative defense system in an upland rice cultivar subjected to increasing intensity of water stress followed by recovery. Physiologia Plantarum, 119(4): 503-512. Stintzing F. C., Carle R., 2004. Functional properties of anthocyanins and betalains in plants, food, and in human nutrition. Trends in Food Science & Technology, 15(1): 19-38. Winkel-Shirley B., 2002. Biosynthesis of flavonoids and effects of stress. Curr Opin Plant Biol., 5(3): 218-223. THE DROUGHT TOLERANT ABILITY IN LOCAL STICKY CORN CULTIVARS AND ITS RELATIONSHIP WITH THE CHANGE OF ANTHOCYANIN CONTENT AT YOUNG PLANT STAGE Pham Thi Thanh Nhan1, Le Xuan Dac2, Le Tran Binh2 1Thai Nguyen University of Education 2Institute of Biotechnology, Vietnam Academy of Science and Technology 3Institute of Tropical Ecology, Vietnam- Russia Tropical Centre SUMMARY Zea mays subsp. ceratina  is one of the widely grown grain crop in Vietnam, especially in arid mountainous areas in the North. Anthocyanins comprised the group of natural pigments that used safely in foods and functional food. They play an important roles in photoprotection, antioxidant activity and biological defence. This article presents the results on accession of drought tolerant ability in maize and its relationship with anthocyanin content. The drought tolerance ability of local sticky corn cultivars was different. Mo and NH were the two cultivars with the highest drought tolerance, their drought tolerant indexes were 16276.03 and 18365.61. BS1, DG2 and KL were the three lowest, their drought tolerant indexes were 9789.72; 10340.04 and 10449.08, respectively. Except BS1, ĐX2 and KL, anthocyanin contents of investigated artificial drought treated (1 to 5 days) cultivars were higher than those of controls and decreased after 7 days strongly, and increased after 9 days The highest anthocyanin contents were recorded in NH, Mo and TB. Anthocyanin content and drought tolerance were positively correlated, the form of linear equations is y = aX + b, coefficients of regression ranged from 0.80 to 0.99 were obtained before seven-day drought treatment, and 1.0 after seven-day drought treatment . Keywords: Zea mays subsp. ceratina, anthocyanin, drought tolerance ability, index of drought tolerance, coefficient of regression. Ngày nhận bài: 30-6-2013