Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và sự phát dục của đậu tương

Đặt vấn đề Tính cấp thiết của đề tài Như chúng ta đã biết, đậu tương là cây họ Đậu (Leguminosae) ăn hạt ngắn ngày, có giá trị kinh tế cao, đứng đầu trong số các cây đậu đỗ và còn được gọi là “Vàng mọc trên đất”,”Cây đỗ thần”. Chính vì lẽ đó, đậu tương là một trong những giống cây trồng giải quyết vấn đề lương thực của nước ta, giảm xoá đói giảm nghèo ở những vùng dân trí thấp. Ngày nay, bên cạnh việc nghiên cứu các giống cây trồng lương thực phổ biến và quan trọng khác (lúa, ngô …), các nhà chọn tạo giống cây trồng vẫn tiếp tục nghiên cứu nhằm tuyển chọn ra các giống cây đậu tương cho năng suất cao, phẩm chất tốt, có khả năng chống, chịu tốt. Để công tác tuyển chọn giống đậu tương đạt được kết quả cao, việc nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố vô sinh (ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm …) tới sự sinh trưởng và phát dục của đậu tương là vô cùng quan trọng và cần thiết. Một trong số các điều kiện, yếu tố vô sinh được các nhà chọn giống chú trọng và quan tâm nhất chính là yêu tố nhiệt độ. Như ta đã biết, các giống đậu tương chịu ảnh hưởng mạnh của nhiệt độ và phản ứng quang chu kỳ lên sự sinh trưởng và phát dục của chúng dẫn đến năng suất và chất lượng của chúng phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường và thời gian chiếu sáng trong ngày. Nhờ sự hướng dẫn của giáo viên – Th.S Nguyễn Thị Bích Yên, giảng viên BM. Sinh thái – Môi trường, khoa Tài nguyên & Môi trường, trường ĐH Nông Nghiệp HN, kèm theo những bài báo cáo khoa học, tạp chí khoa học, em đã viết bài cáo báo này. Trong bài báo cáo, em đề cập tới sự ảnh hưởng của nhiệt độ đối với sự phát triển hình thái và sự phát dục của một giống đậu tương không mẫn cảm với quang chu kỳ. Mục đích và ý nghĩa a) Mục đích Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự sinh trưởng và phát dục của giống đậu tương bao gồm các nghiên cứu sau: + Ảnh hưởng của nhiệt độ tới sự sinh trưởng được đánh giá thông qua chiều cao cây và số đốt trên thân ở những ngưỡng nhiệt độ khác nhau trong giai đoạn sinh trưởng của cây. + Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát dục của cây qua sự đánh giá thời gian ra hoa của đậu tương ở các điều kiện nhiệt độ khác nhau và sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự tích luỹ chất khô ở đậu tương. Xác định nhiệt độ tối thấp sinh vật học của đậu tương qua các giai đoạn khác nhau nhiệt độ tối thấp sinh vật học đối với tốc độ sinh trưởng từ khi gieo đến khi ra hoa và nhiệt độ tối thấp sinh vật học đối với quá trình hình thành đốt. Xác định tổng nhiệt độ hữu hiệu hay tích ôn hữu hiệu của đậu tương đối với các nhiệt độ tối thấp sinh vật học trên và các Tb khác nhau để có thể rút ra ý nghĩa của Tb đối với sự sinh trưởng phát dục của đậu tương. b) Ý nghĩa Qua bước đánh giá về ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát dục của đậu tương, các nhà chọn tạo giống có thể bước đầu định hướng để tuyển chọn ra các giống đậu tương cho năng suất cao, khả năng thích nghi tốt với môi trường khí hậu Việt Nam. Trong thực tế sản xuất nông nghiệp, những nghiên cứu về ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát dục của đậu tương sẽ giúp cho các nhà nông dân có thể theo dõi chế độ tưới tiêu, phân bón và chăm sóc các ruộng đậu tương, làm cho năng suất của đậu tương thu được sẽ được nâng cao. Qua đó mà mang lại hiệu quả kinh tế cao cho bà con nông dân. Kết quả nghiên cứu Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ ra đốt và tốc độ phát triển chiều cao cây của giống đậu tương Như chúng ta đã biết, đậu tương là loại cây trồng có nguồn gốc từ vùng ôn đới, tuy nhiên, đây cũng không phải là loại cây trồng có khả năng chịu rét. Nhiệt độ ảnh hưởng sâu sắc đến sự sinh trưởng, phát triển và các quá trình sinh lý khác của cây đậu tương. Theo một vài nghiên cứu chính thức của các nhà khoa học trong nước và trên thế giới, ở nhiệt độ 10 oC ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ vươn dài của trục dưới lá mầm. Nhiệt độ cao trên 40 oC ảnh hưởng sâu sắc đến sự hoàn thành đốt, sinh trưởng lóng. Hình I: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành đốt ở đậu tương (thông qua số ngày theo dõi) Hình II: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự hình thành đốt ở đậu tương (thông qua thời điểm lấy số liệu) Nhìn vào biểu đồ trên ta thấy ứng với chế nhiệt độ từ 18/13oC số đốt của cây là tăng chậm nhất qua thời gian dõi chứng tỏ ở nhiệt độ này đậu tương sinh trưởng phát triển chậm nhiệt độ này không phù hợp để cho đậu tương có thể sinh trưởng và phát triển một cách tốt nhất. Đối với chế nhiệt độ từ 23/18oC số đốt của cây cũng tăng theo thời gian nhưng mức độ tăng không lớn lắm sau 49 ngày theo dõi số đốt tối đa ứng với giai đoạn nhiệt độ này là xấp xỉ 10 đốt. So với chế nhiệt độ trước thì khả năng ra đốt của đậu tương nhanh và nhiều hơn. Ứng với chế độ nhiệt từ 28/23oC số đốt của đậu tương tăng trưởng một cách liên tục theo thời gian và đạt cực đại 12 đốt sau 49 ngày theo dõi. Sự ra đốt của đậu tương ở chế độ nhiệt này rất đồng đều và tăng trưởng một cách liên tục. Đối với chế nhịêt độ từ 33/28oC đốt của đậu tương tăng trưởng nhanh trong giai đoạn từ 0-35 ngày sau đó ngừng ra đốt và số đốt đạt cực đại sau 49 ngày là 12 đốt bằng với số đốt cực đại ở chế độ nhiệt từ 28/33oC. Từ những nhận xét trên ta thấy chế nhiệt độ từ 28/33oC là thích hợp nhất đối với sự ra đốt của đậu tương hay là đối với quá trình sinh trưởng của đậu tương. Từ đây ta có thể đánh giá đậu tương là cây trồng thích hợp với khí hậu nhiệt đới mặc dầu nó có nguồn gốc từ các nước ôn đới. Do đó việc lựa chọn mùa vụ để gieo trồng đậu tương để đạt năng suất cao là rất quan trọng. Ở nước ta đậu tương thường được trồng 3 vụ chính: vụ đông từ 15/9-5/10, vụ xuân từ 15/2-15/3, vụ hè từ 25/5-20/6. Nghiên cứu này cũng cho kết quả giống các nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học khác đã tiến hành trên giống đậu tương khác trên chi phụ Glycine, Soja … Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự phát triển chiều cao cây của giống đậu tương Nhiệt độ ảnh hưởng mạnh mẽ đến khả năng hoạt động, xúc tác của các enzyme, hệ enzyme trong tế bào của đậu tương. Chính vì thế, những ảnh hưởng trực tiếp và gián tiếp của nhiệt độ đã tác động đến sự phân hoá tế bào, ảnh hưởng đến sự phát triển chiều cao cây của đậu tương. Theo một vài nghiên cứu mới đây đã chỉ ra rằng ở phạm vi nhiệt độ tối thiểu và tối đa cho thời kỳ mọc là 5oC và 40oC, nhiệt độ thích hợp nhất cho cây đậu tương mọc nhanh là 30oC. Hình III: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến chiều cao cây đậu tương (thông qua số ngày theo dõi) Dựa vào đồ thị ta thấy ở các chế nhiệt độ khác nhau chiều cao cây tăng trưởng khác nhau rất rõ rệt. Nhiệt độ từ 18/13oC chiều cao cây tăng chậm nhất sau 49 ngày chỉ đạt gần 30cm. Nhiệt độ từ 23/18oC chiều cao cây cũng tăng trưởng mạnh hơn so với mức nhiệt độ trên và đạt chiều cao lớn nhất khoảng 35cm. Đối với mức nhiệt độ cao nhất từ 33/28oC chiều cao cây tăng trưởng mạnh nhất trong giai đoạn đầu khoảng 27 ngày sau đó ngừng tăng trưởng. Sau 49 ngày cây đạt chiều cao cực đại là khoảng 65cm. Đối với chế độ nhiệt từ 28/23oC chiều cao cây tăng trưởng một cách liên tục không gián đoạn hay ngừng sinh trưởng và sau 49 ngày cũng đạt chiều cao cực đại so với mức nhiệt độ trên là khoảng 65cm. Từ đó ta thấy chế độ nhiệt 28/23oC là thích hợp nhất đối với sự phát triển của đậu tương. Kết quả của việc nghiên cứu này cũng thật hợp lý và trùng khớp với các nghiên cứu trước đây của các nhà khoa học. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự tích luỹ chất khô của giống đậu tương Nhiệt độ ảnh hưởng rõ rệt đến sự cố định nitơ của đậu tương. Như những báo cáo trước đây cho thấy, vi khuẩn Rhizobium Japonicum bị hạn chế bởi nhiệt độ trên 33oC, các báo cáo này cũng cho thấy, vi khuẩn này hoạt động thích hợp nhất với nhiệt độ trong khoảng 25oC – 27oC. Hình IV: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến trọng lượng khô của giống đậu tương (gam/cây) Biểu đồ dưới đây cho ta thấy trọng lượng chất khô của đậu tương ở các công thức được thu hoạch vào hai thời điểm: Thời điểm thứ nhất thu hoạch khi đậu tương ở các công thức ra hoa, thời điểm thứ hai thu hoạch cùng lúc khi đậu tương ở công thức 33/28oC đạt mức thu hoạch. Nhìn vào biểu đồ ta thấy trọng lượng chất khô được tích luỹ nhiều nhất ở nhiệt độ từ 28/23oC trong lần thu hoạch 1 chứng tỏ ở nhiệt độ này cây quang hợp mạnh nhất do đó trọng lượng chất khô được tích luỹ nhiều nhất. Nhiệt độ từ 33/28oC cây tích luỹ ít nhất do ở giai đoạn này cây sinh trưởng nhanh ở giai đoạn đầu giai đoạn sau ngừng sinh trưởng và bắt đầu ra hoa khả năng tích luỹ giảm dần. Ở lần thu hoạch 2 cho ta thấy nhiệt độ càng cao cây càng tích luỹ chất khô một cách nhanh chóng sớm ra hoa kết quả do đó thời gian sinh trưởng được rút ngắn hơn khi nhiệt độ thấp đậu tương ở công thức 33/28oC và 28/23oC gần được thu hoạch trong khi ở các công thức còn lại thì tích luỹ vẫn chưa đủ vì ta thấy trọng lượng chất khô ở hai bảng của hai công thức này xấp xỉ bằng nhau. Từ đó ta dẫn đến kết luận nhiệt độ từ 28/23oC cây tích luỹ chất khô nhiều nhất. Nghiên cứu sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến thời gian ra hoa của giống đậu tương Hoa đậu tương là hoa lưỡng tính tự thụ phấn là chính, hiện tượng thụ phấn khác hoá chiếm tỷ lệ rất thấp, chỉ khoảng 0.2%. Như chúng ta đã biết, hoa đậu tương thường nở vào buổi sáng, nếu thời tiết lạnh hoặc âm u thì hoa nở vào buổi trưa hoặc buổi chiều. Theo một số nghiên cứu hiện nay về đậu tương, thời gian kéo hoa kéo dài 15 – 20 ngày, có trường hợp kéo dài tới 40 ngày. Đậu tương ra hoa sớm hay muộn tuỳ thuộc, thời vụ gieo trồng (giống chín sớm trong vụ hè sau mọc 30 ngày ra hoa, trong khi giống chín muộn phải sau 45 – 50 ngày hoặc hơn nữa mới ra hoa). Ở miền Bắc Việt Nam, đậu tương hè có thời gian ra hoa lâu nhất (20 – 30 ngày), trong khi đó, đậu tương đông có thời gian ra hoa ngắn nhất (12 – 20 ngày). Đây là điều rất quan trọng vì ảnh hưởng đến năng suất thu hoạch. Theo như kết quả nghiên cứu của thí nghiệm, Ta thấy ở nhiệt độ từ 18/13oC với nhiệt độ trung bình ngày là 17,68oC thời gian từ khi gieo đến khi cây ra hoa là 70 ngày. Thu hoạch 1 thu hoạch vào lúc đậu tương của mỗi công thức ra hoa. Thu hoạch 2 thu hoạch cùng thời điểm khi đậu tương công thức 33/28oC đạt mức thu hoạch. Nhiệt độ từ 23/18oC với nhiệt độ trung bình ngày là 21,81oC thì thời gian từ khi gieo đến khi ra hoa là 58 ngày. Nhiệt độ từ 28/23oC với nhiệt độ trung bình ngày là 24,8oC thì thời gian từ khi gieo đến khi ra hoa mất 51 ngày. Nhiệt độ từ 33/28oC với nhiệt độ trung bình ngày là 27,62oC thì thời gian từ khi gieo đến khi ra hoa là 41 ngày. Từ những số liệu trên ta thấy nhiệt độ càng cao cây càng nhanh ra hoa thời gian sinh trưởng được rút ngắn (các nhiệt độ trung bình ngày trên được tính cả trong giai đoạn từ gieo ngày 12/7 cho đến ngày 28/7). Xác định nhiệt độ tối thấp sinh vật từ gieo đến khi ra hoa và cho quá trình hình thành đốt của đậu tương. Cách xác định nhiệt độ tối thấp sinh vật học: Bước 1 Xác định nhiệt độ trung bình ngày cho giai đoạn từ khi gieo đến khi đậu tương ra hoa. Bước 2 Xác định tốc độ sinh trưởng của đậu tương trong giai đoạn từ khi gieo đến khi ra hoa bằng cách lấy 1 chia cho thời gian từ khi gieo đến khi ra hoa. Bước 3 Vẽ biểu đồ dạng tuyến tính thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng của cây. Bước 4 Xác định nhiệt độ tối thấp sinh vật học bằng cách cho y = 0 tìm x chính là nhiệt độ tối thấp sinh vật học (Bởi vì nhiệt độ tối thấp sinh vật học là nhiệt độ mà tại đó cây ngừng sinh trưởng và phát triển). Thực hiện tương tự đối với quá trình hình thành đốt. Hình V: Mối quan hệ giữa nhiệt độ trung bình trong ngày với tốc độ sinh trưởng trung bình của giống đậu tương Hình VI: Mối quan hệ giữa nhiệt độ trung bình trong ngày và tốc độ ra đốt trung bình của giống đậu tương Theo số liệu nghiên cứu của thí nghiệm, ta xác định được nhiệt độ tối thấp sinh vật học: - Đối với giai đoạn từ khi gieo đến khi ra hoa nhiệt độ tối thấp sinh vật học là Tb = 3,6. - Đối với quá trình hình thành đốt nhiệt độ tối thấp sinh vật học là Tb = 6,64. Xác định tổng nhiệt hữu hiệu, nhận xét về tổng nhiệt hữu hiệu ở các tb khác nhau Tổng nhiệt độ hữu hiệu hay tích ôn hữu hiệu được tính theo công thức sau: ETS = n(ti-B) - ETS (effective temperature sum):Tổng nhiệt độ hữu hiệu hay tích ôn hữu hiệu. - n: Số ngày hoàn thành giai đoạn sinh trưởng phát dục. - ti: Nhiệt độ trung bình ngày trong giai đoạn sinh trưởng phát dục. - B: Nhiệt độ tối thấp sinh vật học. Từ công thức trên thay số vào ta tính được các giá trị tích ôn hữu hiệu tương ứng. Tổng nhiệt độ hữu hiệu của hai quá trình trên ứng với Tb vừa tìm được và Tb bài cho được cho bởi bảng (đính kèm). Nhận xét về tổng nhiệt độ hữu hiệu ở các Tb khác nhau: - Nhiệt độ tối thấp sinh vật học Tb càng nhỏ thì tổng nhiệt độ hữu hiệu càng lớn do đó quá trình sinh trưởng và phát triển càng kéo dài do cây phải tích luỹ đủ nhiệt độ để hoàn thành giai đoạn sinh trưởng, phát dục của cây. Và ngược lại dựa vào bảng số liệu trên ta thấy Tb càng lớn ứng với các chế độ nhiệt khác nhau ETS càng nhỏ. Chế độ nhiệt càng cao so với Tb thì ETS (tổng nhiệt độ hữu hiệu) càng lớn. - Do đó nhiệt độ càng cao càng rút ngắn thời gian sinh trưởng, phát dục của cây trồng giúp cho thời gian sản xuất được rút ngắn. Thảo luận Nhiệt độ là một trong những yếu tố cơ bản ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển và hình thành năng suất của cây trồng. Nhiệt độ có vai trò quan trọng đối với sự nảy mầm của hạt, sự phát triển của bộ rễ, chu trình dinh dưỡng khoáng và các hoạt động của sinh vật khác có tác động đến cây đậu tương. Mỗi giai đoạn khác nhau, mỗi cây trồng khác nhau đòi hỏi một chế nhiệt độ thích hợp. Đối với giống đậu tương trên ta thấy chế độ nhiệt thích hợp nhất cho quá trình sinh trưởng và phát dục là 28/23oC. Nhiệt độ càng cao càng rút ngắn được thời gian sinh trưởng phát dục của cây trồng dẫn kết quả hình thành sản phẩm nhanh và thời gian thu hoạch rút ngắn. Bởi vì cây trồng đã tích luỹ được các giá trị tích ôn hữu hiệu nhất định cần thiết cho quá trình sinh trưởng và tích luỹ các chất cần thiết. Thông qua việc tìm hiểu các số liệu trong các bài báo cáo khoa học đã được nghiệm thu cũng như trong các bài báo chí khoa học, các thí nghiệm của các nhà khoa học cho thấy những kết quả đạt được trong thí nghiệm nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến sự sinh trưởng và phát dục của giống đậu tương hôm nay là khá trùng khớp nhau. Điều đó chứng tỏ nghiên cứu này đang đi đúng hướng và thu được kết quả nhất định, tạo điều kiện cho công tác tuyển chọn giống sau này của các nhà chọn tạo giống cây trồng nhằm tạo ra giống đậu tương cho năng suất cao và đặc biệt có khả năng chống, chịu cao. Kết luận Từ các kết quả nghiên cứu của thí nghiệm trên, lại một lần nữa khẳng định cho chúng ta thấy vai trò quan trọng của yếu tố nhiệt độ đối với sự sinh trưởng, phát dục của cây trồng, mà ở đây là với cây đậu tương. Nhiệt độ càng cao (thấp hơn giới hạn trên) sẽ rút ngắn thời gian sinh trưởng phát dục của đậu tương, kích thích quá trình hình thành hoa sớm do đó thời gian ra quả cũng được rút ngắn và kết quả là chúng ta có thể nhanh chóng thu hoạch được sản phẩm. Điều này có ý nghĩa cực kỳ quan trọng trong việc sản xuất nông nghiệp thực tế ở nước ta. Nhờ các thông số kỹ thuật đã qua kiểm định, bà con nông dân có thể tự sắp đặt các điều kiện để phù hợp nhất, sao cho ruộng đậu tương đạt thích nghi cao nhất, từ đó cho năng suất, sản lượng cao. Những kết quả thu được của nghiên cứư này cũng mở ra một hướng phát triển mới cho các nhà chọn tạo giống cây trồng nhằm tuyển chọn ra các chủng, giống đậu tương thích nghi cao với điều kiện thời tiết của Việt Nam, từ đó cho năng suất cao. Trong thực tế, nhờ những nghiên cứu về sự ảnh hưởng của các nhân tố vô sinh đến sự sinh trưởng, phát triển của đậu tương mà các nhà chọn tạo giống Việt Nam đã tổ chức lai tạo thành công các giống đậu tương AK – 03, M – 103, DT 84 … Đây cũng là hướng phát triển đúng đắn để tạo ra các dòng có nguồn gốc nhập ngoại mang đặc điểm thích nghi với khí hậu nước ta. * * * Tài liệu tham khảo Giáo trình Khí tượng nông nghiệp (P.GS, T.S Đoàn Văn Điếm chủ biên) – NXB Nông Nghiệp. Giáo trình Cây công nghiệp ngắn ngày (Trần Thị Kim Ba chủ biên) – ĐH Cần Thơ. Tài liệu Cây đậu tương (K.S Vũ Ngọc Thắng cung cấp) – ĐH Nông Nghiệp Hà Nội. Đề tài nghiên cứu trọng điểm cấp Bộ: Nghiên cứu tập đoàn để chọn tạo giống đậu tương thích hợp cho vùng đồng bằng trung du Bắc Bộ - Tác giả : T.S Vũ Đình Chính. Báo cáo: Một số đặc tính sinh trưởng và năng suất của tập đoàn giống đậu tương vụ hè – Tác giả: T.S Vũ Đình Chính, Kết quả nghiên cứu khoa học NXB Nông Nghiệp - Quyển I – 1994. Báo cáo: Kết quả khảo nghiệm một số dòng, giống đậu tương mới lai tạo – Tác giả: T.S Vũ Đình Chính, Thông tin khoa học kỹ thuật Nông Nghiệp - Số II – 1997. Báo cáo: So sánh một số dòng giống đậu tương trong điều kiện vụ hè trên đất Gia Lâm – Hà Nội – Tác giả: T.S Vũ Đình Chính, Tạp chí khoa học và kỹ thuật Nông Nghiệp – 2001. Báo cáo: Khảo sát một số giống, dòng đậu tương (Glycinmax (L) merrill) vụ hè trên đất Gia Lâm – Tác giả: T.S Vũ Đình Chính, Kết quả nghiên cứu khoa học 1986 - 1991, NXB Nông Nghiệp – 1991.