Giáo trình Xử lý ra hoa
Chương 1 SINH HỌC VÀ SỰ PHÁT
TRIỂN HOA
1.1 Mục tiêu của môn học
¾ Thảo luận sự thay đổi về sinh hóa, sinh lý và hình thái trong quá trình sinh
sản.
¾ Giải thích những yếu tố nội sinh và ngoại sinh ảnh hưởng lên sự sinh sản và
sự liên hệ lẫn nhau giữa hai yếu tố nầy.
¾ Xác định được những đòi hỏi khác nhau cho sự sinh sản của các loại cây
trồng (horticulture crops)
¾ Giải thích và chỉ ra những kỹ thuật thích hợp ảnh hưởng đến quá trình ra hoa
cho một vài loại cây có giá trị kinh tế.
1.2 Một số khái niệm về sinh học sự phát triển
1.2.1 Đủ khả năng ra hoa (Competence)
Đủ khả năng ra hoa được biểu lộ nếu một tế bào, mô hay một cơ quan biểu lộ
một dấu hiệu và sự đáp ứng của nó trong một cách được mong muốn. Điều nầy
được minh họa ở các mô hay cơ quan còn tơ (juvenile). Cây trong thời kỳ còn tơ sẽ
không đủ khả năng đáp ứng với sự kích thích ra hoa. Chúng phải đạt được sự sẵn
sàng hay sự thành thục cần thiết để ra hoa.
Tình trạng đủ khả năng ra hoa trên cây xoài được Protacio (2000) định nghĩa
là khi đạt được tình trạng mà hàm lượng gibberellin trong lá xuống dưới một
ngưỡng nào đó. Có nhiều bằng chứng để chứng minh cho luận điểm nầy. Ở Thái
Lan, mức độ GA giảm đều đặn và cây ra hoa ở thời điểm có hàm lượng GA thấp
nhất. Tongumpai và csv. (1991) cho rằng chất giống như GA giảm trong chồi của
cây xoài ở giai đoạn 6 tuần trước khi ra hoa không thể phát hiện được. Ngoài ra,
việc áp dụng GA ngoại sinh ở các nồng độ từ 10-1 đến 10-2 M trước khi phân hóa
mầm hoa có tác dụng ngăn cản sự ra hoa từ 95-75 % (Kachru và csv., 1971).
Bằng chứng khác là việc làm ức chế sinh tổng hợp của GA có tác dụng thúc
đẩy sự ra hoa (Rath và Das, 1979; Salomon và Reuveni, 1994 và Villanueva, 1997).
Hoặc hạn chế sự tổng hợp GA bằng biện pháp vật lý như việc cắt rễ cũng cho thấy
làm tăng sự ra hoa (Bugante và csv., 1994).
Những bằng chứng trên cho thấy rằng sự hiện diện của GA biểu hiện sự ngăn
cản sự đủ khả năng ra hoa trên cây xoài. Trên cây còn rất tơ (7 tháng tuổi) nhưng
nếu được tháp lên nó chồi đã được xử lý ra hoa bằng paclobutrazol cũng có đủ khả
năng ra hoa (Villanueva, 1997).
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
1.2.2 Cảm ứng (Induction)
Sự cảm ứng xuất hiện khi một dấu hiệu đem lại một sự đáp ứng tiến triển duy
nhất từ những mô đủ khả năng ra hoa. Sự cảm ứng có thể được hiểu như là như là
một sự chuyển đổi đột ngột một sự kiện phát triển một cách đặc biệt.
Trên cây xoài, khi có đủ khả năng ra hoa trong lá và mầm thì một dấu hiệu
cảm ứng cần thiết xảy ra đồng thời với sự phân hóa mầm hoa. Dấu hiệu nầy là
những đợt lạnh của mùa đông ở vùng Á Nhiệt đới, trong khi ở vùng nhiệt đới thì
thiếu dấu hiệu nầy. Sự khô hạn có thể thay thế phần nào yếu tố nhiệt độ lạnh nhưng
ở vùng nhiệt đới với lượng mưa phân bố tương đối đều trong năm làm sự ra hoa
không đều nên năng suất thấp.
Qua việc tìm thấy được tác động kích thích ra hoa của Nitrate kali trên cây
xoài, khái niệm cảm ứng ra hoa được định nghĩa bởi McDaniel (1984) như sau:
Nitrate kali không phải là một chất điều hòa sinh trưởng hoặc thúc đẩy sự ra hoa
mà gây ra sự chuyển đổi từ tình trạng sinh trưởng sang tình trạng sinh sản
nhưng từ một chương trình ra hoa đã có sẵn. Do đó có thể khẳng định rằng tác
động của Nitrate kali có thể chỉ là một sự phá miên trạng mầm hoa, thúc đẩy sự phát
triển mầm hoa đã hình thành trước đó.
1.2.3 Sự quyết định (Determination)
Sự quyết định được chỉ ra nếu một tế bào, hay một nhóm tế bào biểu hiện sự
phát triển giống nhau hoặc là trong sự cô lập, ở một nơi mới hoặc là trên một cơ
quan nào đó.
Trên cây xoài, Protacio (2000) cho rằng sự quyết định sự ra hoa cũng có thể
là một tình trạng mà một sự cân bằng các chất điều hòa sinh trưởng khác nhau có
thể cần thiết và duy trì cho sự ra hoa tiếp theo. Cụ thể là khi nồng độ GA giảm
xuống mức dưới ngưỡng để chồi đủ khả năng ra hoa thì một sự cân bằng giữa
Cytokinin và Auxin có thể đạt được và sự khởi phát hoa phát triển.
1.3 Sự chuyển từ giai đoạn sinh trưởng sang sinh sản
1.3.1 Sự thay đổi về hình thái giải phẩu của chồi ngọn
Đo lường thời gian chính xác của sự thay đổi về hình thái giải phẩu ở đỉnh
chồi trong thời kỳ chuyển sang giai đoạn ra hoa cho thấy rằng sự hình thành hoa
thường đi cùng hoặc đi trước bởi nhiều thay đổi mà thường được ghi nhận là triệu
chứng ra hoa. Những dấu hiệu chung và sớm nhất bao gồm:
• Sự kéo dài lóng
• Sự tượng của mầm chồi bên
• Sự sinh trưởng của lá giảm
• Sự thay đổi hình dạng của lá
• Sự tăng tỉ lệ của sự khởi của mô phân sinh lá
• Sự thay đổi hình dạng và kích thước mô phân sinh
Mô phân sinh sinh trưởng thường phẳng hoặc hơi cong
2
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
Khi có sự tượng của mầm hoa, ta thường thấy mô phân sinh ngọn nhô lên
(tăng kích thước chiều rộng và chiều cao)
Tăng kích thước mô phân sinh bởi sự gia tăng kích thước tế bào.
1.3.2 Sự thay đổi về kiểu sắp xếp lá (Change in Phyllotaxis)
Cùng với sự tạo thành của những triệu chứng nầy có thể gọi là “hội chứng ra
hoa” (flowering syndrome). Nhịp độ sinh trưởng ở ngọn tăng nhanh một cách khác
thường, điều nầy làm cho Thomas đề nghị rằng điều kiện cảm ứng sự khởi phát hoa
lấy đi sự ức chế sự sinh trưởng nói chung không những bên trong mô phân sinh mà
còn xuyên qua cả đỉnh chồi.
Những triệu chứng nầy có cần thiết cho sự ra hoa không? Thật ra, nhiều triệu
chứng trong số nầy thường khác nhau trong những loài khác nhau trong đặc tính
sinh trưởng, yêu cầu quang kỳ,... có thể được dùng để trả lời một cách khẳng định.
Tuy nhiên, sự hình thành hoa có thể đôi khi thiếu một hoặc nhiều trong số những
triệu chứng trên mà ở một số loài, ít nhất chỉ có một phần của những sự thay đổi
nầy là cần thiết. Bằng sự kiểm tra cẩn thận mô hình sinh trưởng ở đỉnh trong nhiều
chu kỳ cảm ứng khác nhau, người ta hy vọng rằng sẽ xác định được những thay đổi
cần thiết trong những loài được cho.
Sự khởi phát hoa sớm của mầm chồi nách, sự tăng tỉ lệ sự hình thành lá và
những phần phụ khác và có lẽ kiểu sắp xếp lá thay đổi xuất hiện như là một dấu
hiệu chung nhất cho sự khởi phát hoa và như vậy có thể được ghi nhận như là một
lời dự báo tốt cho sự cần thiết và giá trị của những nghiên cứu nầy.
Mặc dù những sự thay đổi nầy rõ ràng không thể tách rời ra từ sự gợi phát
hoa, sự ra hoa có thể xuất hiện riêng lẽ trong điều kiện cảm ứng không đủ để gây ra
sự hình thành hoa được gọi là sự cảm ứng từng phần (partial evocation). Sự thay
đổi từng phần nầy chỉ ra rằng: (1) Những dấu hiệu thay đổi trong mỗi bước theo sau
để hình thành hoa hoặc hoàn tất sự gợi phát hoa và (2) sự gợi phát hoa không cần
thiết phải qua đủ các giai đoạn khi đã có dấu hiệu khởi phát hoa.
Không có lý do gì để có một sự ưu tiên loại trừ những xác suất mà yếu tố gây
ra sự gợi phát hoa từng phần không giữ một vai trò quan trọng trong mô phân sinh
và có lẽ trong một vài cách tổng hợp gây ra sự gợi phát hoa cho chính nó. Như vậy,
chúng ta chú ý sự kiện gợi phát hoa từng phần như là một đầu mối cho bản chất của
những nhân tố nội sinh mà nó kiểm soát sự luân phiên sự phát triển sinh dục.
1.3.3 Sự thay đổi về mặt sinh hóa của mô phân sinh
* Sự tăng nhanh tế bào
Nhiều nghiên cứu từ sự xác định sự phân bào một cách đơn giản đến sự đo
lường tinh vi quá trình nhân đôi tế bào, tất cả cho thấy rằng sự gợi phát hoa được
đặc trưng bởi sự thúc đẩy quá trình phân chia tế bào ở cả phía ngoài và ở giữa của
mô phân sinh chồi. Những hoạt động nầy rõ ràng là một yếu tố cần thiết của sự gợi
phát hoa ở nhiều loài. Ở loài Silene, sự tăng tỉ lệ phân chia được qui cho sự thu ngắn
lại thời gian của một chu kỳ phân bào. Trong khi, ở loài Sinapis, ít nhất một phần có
thể do sự tăng tỉ lệ của chu kỳ tế bào.
3
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
Trong thời kỳ chuyển tiếp ra hoa, một số tế bào ở mô phân sinh trở nên đồng
thời một cách nhanh chóng. Hiện tượng đáng chú ý nầy được phát hiện trong tất cả
các loài được nghiên cứu và tin rằng nó là cần thiết nhưng không đủ cho quá trình
gợi phát hoa.
Ở loài Sinapis, có hai đợt phân bào trong thời gian chuyển tiếp: (1) Đợt đầu
tiên rõ ràng liên kết đồng thời với nhau, (2) trong lúc lần thứ hai xuất hiện rõ ràng
với sự bắt đầu của sự khởi phát hoa được liên quan với sự tăng tỉ lệ phân chia tế
bào.
* Sự thay đổi phân tử
Sự thay đổi mức độ phân tử của sự gợi của quá trình ra hoa hiện vẫn còn biết
rất ít. Kết quả đến nay cho biết sự gợi phát hoa làm tăng cơ chất hô hấp và tỉ lệ hô
hấp đồng thời trong ARN, sự tổng hợp và hàm lượng protein. Sự thay đổi chất
lượng trong những loại protein được tổng hợp được tìm thấy trong những đỉnh
chuyển hóa. Ở loài Sinapis, một sự thay đổi trong nhóm bổ sung protein được ghi
nhận ở mô phân sinh vào khoảng 24 giờ trước khi bắt đầu sự khởi phát hoa. Những
sự quan sát nầy khẳng định quan điểm ít nhất có một sự thay đổi trong biểu hiện
gene. Tuy nhiên, nó còn chứng minh rằng sự thay đổi trong thành phần protein của
mô phân sinh là cần thiết cho sự chuyển tiếp sang giai đoạn ra hoa. Kiểm soát
những sự thay đổi nầy ở mức độ hoặc sao chép lại, giải mã hay vượt quá mức độ
nầy thì chưa được biết.
Sự gợi phát hoa còn làm tăng sự hoạt động của nhiều enzyme thủy phân và
sự mở rộng một cách hợp lý của ADN nào đó tiếp theo và sự thay đổi tính chất của
màng tế bào.
− Sự sử dụng chất ức chế sự trao đổi chất
− Năng lượng sự trao đổi chất
− Thành phần và hàm lượng ADN
− Sự thể hiện của thông tin di truyền
• Hàm lượng protein và ARN
• Sự tổng hợp protein và ARN
• Nhóm bổ khuyết ARN
• Nhóm bổ khuyết protein
• Kiểm soát sự thể hiện về mặt di truyền
− Enzyme thủy phân
− Chức năng và cấu trúc màng tế bào
* Bản chất của sự gợi phát hoa
Mặc dù có rất nhiều yếu tố môi trường ảnh hưởng lên sự ra hoa và các hình
thức sinh sản, nhưng đặc trưng của sự chuyển tiếp sự ra hoa dường như chung nhất
giữa các loài. Từ kết luận nầy cho thấy rằng những sự kiện yêu cầu cho sự bắt đầu
của sự khởi phát hoa thì giống nhau ở tất cả các loại cây, ngay cả những sự kiện
khác có thể thay đổi đáng kể.
Có vô số sự kiện thay đổi xảy ra ở mô phân sinh khi có sự gợi phát hoa, tuy
nhiên, điều khó xác định là sự thay đổi nào quyết định sự gợi của sự ra hoa còn sự
thay đổi nào xảy ra kèm theo mang tính ngẫu nhiên hay tình cờ. Điều nầy rất khó
xác định bởi vì có sự liên hệ lẫn nhau trong các quá trình sinh học mà không thể
4
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
tách rời hay ức chế một quá trình nào. Tạm thời có thể liệt kê một số thay đổi của sự
khởi phát hoa như liệt kê dưới đây:
(a) Cấu tạo dưới mức tế bào
• Gia tăng cơ chất (substrate) hô hấp và tỉ lệ hô hấp
• Gia tăng sự tổng hợp protein và ARN
• Gia tăng sự hoạt động của nhiều enzyme
• Thay đổi trong phần bổ sung protein
(b) Cấu tạo tế bào
• Sự đồng thời hóa tế bào
• Gia tăng tỉ lệ phân chia tế bào
(c) Cấu tạo mô
• Sự sắp xếp lại mô phân sinh: Sự biến mất của sự phân tầng, sự tạo không
bào của mô phân sinh lỏi gân chính của lá.
(d) Hình thái bên ngoài
• Sự khởi phát hoa của mô phân sinh chồi bên
• Gia tăng tỉ lệ hình thành các phần phụ
• Sự thay đổi kiểu sắp xếp lá
Sự gợi ra hoa được quan niệm một cách kinh điển như là kết quả sinh ra từ
một chất điều hòa sinh trưởng đặc biệt nào đó mà thúc đẩy sự ra hoa. Chất điều hoà
sinh trưởng nầy khi đạt đến mô phân sinh tiếp nhận sẽ gây ra hàng loạt sự thay đổi
phức tạp tiếp theo xảy ra một cách đồng thời dẫn đến sự hình thành mầm hoa.
* Sự liên tục của sự gợi ra hoa
Thornley và Cockshull () đã đưa ra mô hình toán học về sự gợi ra hoa liên
tục bởi những nguyên nhân độc lập nhau ở những phần khác nhau của cây (Hình
1.1). Nhiều thí dụ về sự gợi ra hoa từng phần cho thấy rõ rằng sự gợi ra hoa không
cần thiết phải hoàn tất khi mà một phần của nó được khởi đầu và đề nghị rằng
không có một sự khởi đầu riêng lẻ mà có thể cả hệ thống chuyển động trong tất cả
những sự kiện liên tục.
Thí dụ: Những cấu thành sự liên tục được ghi nhận trên cây Sinapis
* Sự liên tục của những sự thay đổi liên quan đến sự trao đổi năng lượng mà
có thể được sản xuất bởi cây chịu đựng trong một chu kỳ ngày ngắn ở bức xạ cao.
* Sự liên tục bao gồm sự phóng thích sớm vào sự phân bào của tế bào G2 và
sự đồng nhất hóa tế bào tiếp theo mà có thể được sản xuất bởi cây được đưa ra cảm
ứng điều kiện ngày dài dưới mức tối thiểu 11 hoặc 12 giờ.
Những sự liên tục khác nhau có thể độc lập ở lúc khởi đầu nhưng chúng có
thể tương tác với nhau ở một vài bước tiếp theo của quá trình ra hoa. Nếu chấp nhận
quan điểm nầy có nghĩa là không có một sự kiện nào là một sự gợi hoàn toàn mà nó
chỉ là một phần của sự gợi ra hoa. Do đó, khó mà dự đoán có bao nhiêu sự khởi đầu
5
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
độc lập trong quá trình ra hoa và như vậy sự khởi phát hoa tùy thuộc vào một hệ
thống của nhiều yếu tố chi phối.
* Tính đặc trưng của sự gợi ra hoa
Tính đặc trưng của sự gợi ra hoa được đặt ra bởi Evans () và nhiều nhà
nghiên cứu khác trên cơ sở hầu hết những sự kiện được phát hiện trong sự gợi ra
hoa thì không đặc trưng cho sự ra hoa. Những thay đổi tương tự được tin rằng xuất
hiện trong quá trình tạo thành các cơ quan mới khác như rễ hoặc sự tượng mầm chồi
và ngay cả sự phóng thích của mầm chồi nách từ sự miên trạng. Theo quan điểm
nầy thì sự gợi ra hoa được nhìn nhận như là một sự hoạt động không đặc trưng của
toàn thể đỉnh mà cho phép thành lập một mô hình mới của sự sinh trưởng và sự hình
thành một cơ quan. Sự thay đổi đặc biệt như là sự giải phóng của một gene khỏi bị
cản trở được tin là chỉ xuất hiện ở thời kỳ sau của sự chuyển đổi.
Trong khi chưa có thể bác bỏ giả thuyết khiêu khích nầy thì nhiều bằng
chứng được cho thấy rằng sự gợi ra hoa là một hỗn hợp của những sự kiện đặc
trưng và không đặc trưng. Những sự kiện đặc trưng như là sự thay đổi sự sắp xếp
của lá, sự tạo không bào và sự biến mất của mô phân sinh lỏi gân chính của lá, sự
đồng nhất hóa tế bào, sự thay đổi chất lượng trong thành phần của protein,..Hơn
nữa, sự đặc trưng của sự gợi ra hoa có thể không chỉ tồn tại trong những đặc trưng
của những thành phần riêng biệt của nó mà còn trong sự tương tác liên tục xuất hiện
trong cả không gian và thời gian.
* Sự ức chế sự sinh trưởng có phải là một thành phần sớm và cần thiết của sự
gợi ra hoa?
Sự ức chế sự sinh trưởng như là một bằng chứng thứ hai xuất hiện ở thời kỳ
chuyển tiếp giai đoạn ra hoa. Kết quả ngoài đồng ruộng trên cây ăn trái và cây hoa
kiểng thân gổ qua việc khoanh cành, tỉa cành, hạn chế bón phân đạm hoặc áp dụng
những biện pháp ức chế sự tăng trưởng thúc đẩy sự ra hoa cho thấy rằng có một sự
đối lập giữa sự sinh trưởng dinh dưỡng và sinh sản. Sự khô hạn hay lạnh thúc đẩy
sự hình thành mầm hoa cũng được xem như là kết quả quả của việc xử lý làm giảm
sự sinh trưởng.
Kết quả đạt được trên cây ngày ngắn Chenopodium rubrum của Seidlova
được dùng để chứng minh cho quan điểm nầy. Người ta dùng cây con 3-6 ngày tuổi
đem xử lý 3 chu kỳ đêm dài (16 giờ) liên tục và nhận thấy rằng quá trình sinh tổng
hợp và hàm lượng ARN trong tất cả các vùng của mô phân sinh giảm ngay lập tức.
Sự hoạt động của mô phân sinh trong 2 chu kỳ kích thích đầu tiên giữ ở mức thấp
và sau đó tăng nhanh ở tất cả các vùng khi đạt được giá trị trên sự kiểm sóat sinh
trưởng giữ trong ánh sáng liên tục. Hơn nữa việc xử lý ức chế sự trao đổi chất mô
phân sinh bằng chất ức chế tăng trưởng actinomycin D, 6-azauridine, 5-
fluordeoxyuridine hoặc bằng sự khô hạn đã làm giảm sự sinh trưởng, chủ yếu trên
sự hình thành và sự mở của lá đã dẫn đến sự hình thành hoa.
Sự ức chế quá trình đồng hóa bằng hóa chất thúc đẩy quá trình hình thành
hoa trên một số cây trồng khác cũng được ghi nhận như:
− Chloramphenicol và 5-fluorodeoxyuridine trên họ cam quýt
− 6-azauracil và 8-azaguanine trên mô thân cây thuốc lá
6
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
Từ những kết quả nầy, Krekule và Seidlova () xem sự ức chế tăng trưởng
như là một sự cần thiết cho quá trình gợi ra hoa.
Tuy vậy, người ta cũng không biết rõ bằng cách nào hoặc ở đâu những hóa
chất tác động lên chức năng của cây để gây ra việc ức chế sự đồng hóa làm sự thúc
đẩy quá trình hình thành mầm hoa. Như trường hợp của chất cycloheximide được
xem là chất có tác dụng ngăn cản quá trình sinh tổng hợp protein nhưng nó cũng
ngăn cản quá trình quang tổng hợp trên lá và chuyển các chất đồng hóa.
* Sự bắt đầu của sự gợi ra hoa
Điểm không
Đảo ngược
Bắt đầu khởi
phát hoa
E1
E2
E3
En
E1'
E2'
E3'
En'
E1"
E2"
E3"
En"
E1"'
E2"'
En"'
Thời gian từ lúc bắt đầu sự gợ ra hoa
Hình 1.1 Mô hình giả thuyết của sự gợi ra hoa bao gồm sự tương tác liên tục của
nhiều sự kiện. Sự kiện liên tục trong mỗi chuổi là những số E1, E2, E3, ...
Sự bắt đầu của những chuổi sự kiện khác nhau được đánh dấu bằng E1,,
’
’’
’’’
E1 , E1 , E1 .
Sự bắt đầu của sự khởi phát hoa được định nghĩa như là sự bắt đầu của một
chuổi sự kiện liên tiếp theo sau. Xác định những sự kiện khởi đầu nầy rất quan
trọng vì nó sẽ giúp chúng ta hiểu được bản chất của những yếu tố kiểm soát sự gợi
ra hoa. Tuy nhiên điều nầy rất khó xác định vì nó liên quan tới một chuỗi quá trình
biến đổi của một hệ thống chức năng phát triển hình thái của cây.
Trong nhiều cây có chu kỳ đơn, sự thay đổi đầu tiên được xác định rất sớm ở
đỉnh ở thời kỳ tới hạn của đêm hay ngày đạt được hoặc sớm hơn như trên cây
Sinapis sự gia tăng quá trình tổng hợp ARN được quan sát 10 giờ sau khi có chu kỳ
ngày dài và tăng hoạt động men Envertase sau 2 giờ. Khi tạo điều kiện ngày dài
cảm ứng ra hoa cho cây Sinapsis alba, người ta nhận thấy quá trình chuyển tiếp ra
hoa bao gồm bốn giai đoạn:
− Sự nhận cảm ứng ngày dài của lá trưởng thành
− Sự thủy giải tinh bột trong lá và thân và sự chuyển sucrose trong libe
tới rễ và mô phân sinh chồi ngọn
− Sự vận chuyển ZR (Zeatine riboside) và iPR (isopentyl adenine
Riboside) trong mạch mộc từ rễ tới lá trưởng thành
7
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
− Sự vận chuyễn iP (isopentyl adenine) trong libe từ lá tới mô phân sinh
ngọn
Như vậy dưới sự cảm ứng của ngày dài, sự ra hoa của Sinapsis alba liên
quan tới các dấu hiệu sacarose và cytokinine, mỗi dấu hiệu gây một số biến đổi
chuyên biệt trong mô phân sinh ngọn, dẫn tới sự ra hoa (Bùi Trang Việt, 2000)
Tuy vậy, vì sự biến đổi của hoa có thể bắt đầu trong nhiều cây trước khi
được đưa vào điều kiện kích thích, ngay cả những sự thay đổi sớm nhất được phát
hiện trên cây được kích thích có thể cũng không phải là sự kiện khởi đầu của sự gợi
cho chuỗi liên tục tiếp theo. Do đó, có thể nói rằng hầu như không thể tìm được một
sự kiện duy nhất mà có thể nói chắc chắn rằng đó là sự kiện khởi đầu của sự gợi ra
hoa.
* Kết thúc của sự gợi ra hoa hoặc sự quy định không thể đảo ngược đối với sự
khởi phát hoa
Sự xác định thời kỳ mà sự hình thành hoa đã hoàn toàn và không thể đảo
ngược lại (trở lại quá trình sinh trưởng) cũng rất quan trọng vì khi mô phân sinh
phân hóa hình thành hoa hoàn toàn được xem là kết quả của quá trình gợi ra hoa
trước đó và thực hiện thời kỳ tiếp theo. Ở nhiều loài đòi hỏi xử lý lâu nên thời kỳ
kết thúc sự ra hoa chỉ ước lượng một cách đại khái bằng cách dựa vào sự phát triển
của mô phân sinh.
* Sự đảo ngược của đỉnh sinh sản đối với sự sinh trưởng dinh dưỡng
Thông thường một cây chuyển qua giai đoạn sinh sản thường bị chi phối bởi
yếu tố môi trường mà thường là yếu tố quang kỳ hoặc nhiệt độ thấp. Khi cây được
kích thích trong điều kiện tối hảo thì ít khi sản xuất ra loại hoa có cấu trúc hỗn hợp,
tức là vừa ra hoa vừa ra lá. Sự xuất hiện nhiều cấp độ khác nhau giữa sinh trưởng và
sinh sản cho thấy rằng chồi ngọn ít nhiều có thể biến đổi trở lại tình trạng sinh
trưởng. Như vậy mặc dù điều kiện hình thái chắc chắc đã xảy ra, hoa được sản xuất
khi sự gợi ra hoa đã hoàn thành thì tình trạng sinh sản không nhất thiết ổn định vô
hạn định. Trong một số loài và dưới những tình huống riêng biệt tình trạng sinh sản
có thể bị mất một cách rõ ràng và chồi dường như trở lại tình trạng sinh trưởng dinh
dưỡng như trước. Có nhiều hình thức biến đổi khác nhau như:
− Cành sớm ra hoa và lá có hình hoa thị: Cành 'sớm ra hoa' hay còn được gọi
là bông lá (vegetative inflorescence). Nguyên nhân gây ra tình trạng nầy là do sự
kích thích dưới mức tối hảo hoặc áp dụng GA3. Sự xuất hiện của tình trạng nầy có
thể gây ra sự nhầm lẫn là mô phân sinh chưa thực sự chuyển sang giai đoạn ra hoa.
− Lá bất bình thường hoặc lá bắc có bộ phận như lá: Trong điều kiện cây chỉ
được kích thích ở bên ngoài (marginal induction) làm cho lá trở lại tình trạng sinh
trưởng hoặc lá bắc có hình dạng hoặc kích thước bất bình thường. Những lá bất
bình thường nầy cho thấy rằng khi cây được kích thích thì kích thích sự sinh trưởng
của lá, nhưng nếu điều kiện kích thích kéo dài thì nó sẽ ức chế sự sinh trưởng của
lá.
− Sự đảo ngược phát hoa: Nghĩa là phát hoa đã hình thành đầy đủ các bộ phận
của hoa hoặc tất cả những đặc tính của một chồi sinh trưởng dinh dưỡng. Hiện
tượng nầy xuất hiện một cách tự phát trên một số loài như trên cây khóm. Sự biến
8
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
đổi phát hoa do (1) sự phát triển của lá bắc có những bộ phận như lá, trong lúc đó ở
những phát hoa bình thường thì không có lá bắc (2) Sự phát triển chệch hướng của
mầm hoa, mầm hoa biến thành chồi nách thay vì một hoa bình thường. Những chồi
nầy thường phát triển chậm cần đưa trở lại điều kiện sinh trưởng bình thường cho
cây phục hồi.
Trên cây xoài, chôm chôm hay cây nhãn khi mầm hoa hình thành và phát
triển mầm hoa không thể đảo ngược nhưng nếu điều kiện thích hợp cho sự phát
triển dinh dưỡng thì mầm lá sẽ phát triển mạnh ức chế sự phát triển mầm hoa làm
cho hoa không phát triển được (bông lá). Do đó, khi điều khiển ra hoa phải kiểm
soát yếu tố môi trường, duy trì điều kiện kích thích cho đến khi phát hoa phát triển
hoàn toàn mới chấm dứt quá trình kích thích ra hoa.
Trên cây chôm chôm hay sầu riêng khi 'xiết nước' và đậy nylon để kích thích
ra hoa, nếu hoa phát triển chưa hoàn toàn mà dở nylon hoặc cho nước vào cây sẽ
chuyển qua sinh trưởng.
− Hoa có màu lục và phát triển nhanh: Hoa có màu lục và phát triển nhanh có thể
thấy trong tự nhiên hay qua thực nghiệm. Một cách căn bản thì những hoa bất thường nầy
phản ảnh sự bất bình thường của sự phát triển và sự tượng mầm hoa.
1.4 Sinh học của sự ra hoa
Theo Bùi Trang Việt (2000) hoa thành lập từ chồi ngọn hay chồi nách qua 3
giai đoạn: (1) sự chuyển tiếp ra hoa: Mô phân sinh dinh dưỡng thành mô phân sinh
tiền hoa- Đánh thức mô phân sinh chờ; (2) sự tượng hoa: Sự sinh cơ quan hoa (quan
sát được dưới kính hiên vi), sự phát triển của sơ khởi hoa làm chồi phồng lên thành
nụ hoa và (3) sự tăng trưởng và nở hoa: Mầm hoa vừa hình thành có thể tiếp tục
tăng trưởng và nở hoa hoặc vào đi vào trạng thái ngủ.
Sự tăng trưởng và nở hoa ít được chú ý vì giống với sự phát triển dinh dưỡng
trong khi sự tượng hoa rất được quan tâm vì chuyên biệt cho sự ra hoa. Thời gian
chuyển tiếp ra hoa tùy thuộc từng loài và sực tác động của yếu tố môi trường. Điều
tra biện pháp xử lý ra hoa trên cây chôm chôm tại Chợ lách (Bến Tre) và Long Hồ
(Vĩnh Long) Trần Văn Hâu và csv. (2005) nhận thấy thời gian xiết nước cần thiết
cho quá trình chuyển tiếp ra hoa từ 40-60 ngày, tỉ lệ ra hoa có tỉ lệ thuận với thời
gian xiết nước. Kết quả xử lý paclobutrazol ở nồng độ 600 ppm tác giả nhận thấy
thời gian chuyển tiếp ra hoa sớm hơn từ 10-15 ngày. Khi quan sát quá trình hình
thành mầm hoa trên kính hiển vi sau khi xử lý paclobutrazol trên cây xoài Kiew
savoey, Tongumpai và csv. (2001) nhận thấy có 30% mầm hoa hình thành sau 92
ngày và 100% mầm hoa hình thành sau 112 ngày. Xử lý ra hoa mùa nghịch trên cây
sầu riêng Khổ Qua Xanh, Trần Văn Hâu (2000) nhận thấy mầm hoa xuất hiện 18-20
ngày sau khi xử lý paclobutrazol ở nồng độ 1.000 ppm kết hợp với xiết nước trong
mương vườn và đậy mặt liếp bằng nylon. Tuy nhiên, trên cây sầu riêng Sữa Hột Lép
mầm hoa thường xuất hiện sau khi xử lý hóa chất từ 25-30 ngày và thời gian xuất
hiện mầm hoa sẽ kéo dài đến tháng 11-12, khi có điều khi có nhiệt độ thấp và khô
hạn.
9
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
1.4.1 Sự khởi phát hoa (initiation)
Khi mà một hay những tế bào bắt đầu phân cắt để cho ra tế bào làm ra hoa
sau nầy ta có sự khởi phát hoa. Sự khởi của phát hoa được bộc lộ bằng:
(1) Sự ngưng hoạt động của vòng phân sinh của Plantefol và Buvat.
(2) Sự hoạt động của phân sinh mô sinh dục.
(*) Tế bào phân sinh mô nầy, lúc xưa hơi chuyên hóa (thấu nguyên sinh
chất của màng acid, thủy thể to) nay trở lại tế bào phôi (Buvat, 1956).
(*) ADN trong phân sinh mô gia tăng.
(*) Tế bào chất chứa nhiều histon.
(*) Chỉ số phân cắt tăng trở lại.
Cây chuyển từ giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng sang giai đoạn sinh dục khi
có điều kiện như chu kỳ ánh sáng thích hợp thì “sự phát triển của cây đã biến đổi”.
1.4.2 Sự phát triển của khối nguyên thủy thành nụ
- Các khối nguyên thể bắt đầu nhô lên, ta có các phát thể.
- Sự hình thể sinh của hoa khác với sự hình thể sinh của thân ở các điểm sau:
(*). Trên thân, các lá tuần tự thì phát sinh trong khi các phần của hoa thì
xuất hiện từng loạt (loạt cánh, một hay nhiều loạt tiểu nhụy).
(*). Plantefol và Bauvat cho rằng sự hoạt động cuối cùng của 2 vòng phân
sinh sẽ cho các lá non và các lá đài.
(*). Phân sinh mô sinh dục tạo ra hoa bắt đầu từ các cành hoa vào trong.
1.4.3 Sự nở hoa
Phát thể của hoa khi đã hoàn thành, có thể trở vào trong trạng thái nghỉ trong
một thời gian.
Thí dụ: Hoa cà phê sau khi hình thành phải có một lượng mưa tối thiểu 3-10
mm hoặc ẩm độ trong đất tăng thì hoa sẽ nở sau 7 ngày.
Giai đoạn nghỉ nầy do nhiều nguyên nhân gây ra như sau:
- Trời khô hạn
- Nhiệt độ thấp
Sự nở hoa gồm có hai giai đoạn: sự tăng trưởng và sự nở hoa thật sự.
* Sự tăng trưởng (elongation)
Khi phát hoa tới giai đoạn nghỉ nói trên thì nó gia tăng bề dài của nó rất mau.
Phát hoa trồi ra khỏi thân, cọng hoa dài ra.
Thí dụ:- Đòng đòng hoa trở thành phát hoa
- Bắp chuối ló ra ngoài
Sự gia tăng nầy do GA và người ta có thể làm cho cây dài ra bằng chất nầy.
* Sự nở hoa thật sự (anthesis)
10
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
Đây là giai đoạn chót. Đài và cánh xòe ra, các chỉ của tiểu nhụy dày hay
ngay ra. Nguyên nhân do áp suất trương của các tế bào của đài và vành tăng lên vì
hoa bỗng hấp thu nước mau lẹ.
−
Ở gié hoa hòa bản, dĩnh và trấu không nở được, song nhờ tiểu dĩnh
(lodicule) phù to ra, nông trấu và dĩnh nên gié hoa mở ra.
−
Khi hoa nở, thực vật phung phí năng lực. Sự biến dưỡng đường bột và hô
hấp tăng nhiều làm nhiệt độ của hoa tăng hơn môi trường, có khi nhiều độ.
−
Thời gian hoa nở tùy loài:
+ Sáng sớm (nhãn, xoài)
+ Sầu riêng (17 - 21 giờ )
+ Thanh long (11 - 22 giờ)
+ Quỳnh hoa (Phyllocactus) giữa đêm.
Ở vùng nhiệt đới, hầu hết các cây đều mang lá khi trổ hoa (ngoại trừ một số
ít cây ra hoa nhưng chưa ra lá như cây phượng). Trong khi ở vùng ôn đới, cây đơm
hoa trước vào mùa xuân, lá xuất hiện sau. Cây ra hoa một lần rồi chết gọi là cây đơn
kỳ hoa như cây lúa, cây vạn thọ. Nhiều cây đơn kỳ hoa thường cần nhiều năm mới
đến tuổi phát hoa. Nhưng khi cây đơm hoa rồi thì cây chết. Cây có khả năng ra hoa
nhiều lần gọi là cây đa kỳ hoa như xoài, nhãn.
1.5 Yêu cầu dinh dưỡng của sự ra hoa
1.5.1 Yêu cầu về lượng
Do sự cạnh tranh giữa hai quá trình tăng trưởng và phát triển cơ quan sinh
sản, có hai giới hạn:
− Giới hạn dưới, mà dưới đó, thực phẩm không đủ cho sự ra hoa
− Giới hạn trên, mà trên đó sự phát triển dinh dưỡng chiếm ưu thế
1.5.2 Yêu cầu về chất
Thông thường sự dinh dưỡng giàu đạm kích thích sự phát triển dinh dưỡng
trong khi sự dinh dưỡng giàu carbon kích thích sự ra hoa. Do đó, cần một tỉ lệ C/N
thích hợp cho sự ra hoa:
− Quá cao: sự phát triển dinh dưỡng sẽ yếu (N là yếu tố giới hạn)
− Cao: Sự ra hoa được kích thích
− Thấp: Phát triển dinh dưỡng mạnh
− Quá thấp: Phát triển dinh dưỡng yếu (Carbon là yếu tố giới hạn)
1.6 Các kiểu ra hoa
Vị trí ra hoa trên cây có liên quan đến sự sinh trưởng và có ảnh hưởng rất lớn
đến biện pháp canh tác của cây. Đối với ra hoa ở chồi tận cùng như cây xòai, nhãn,
vải,.. cây sẽ không sản xuất chồi sinh trưởng khi đang ra hoa hay mang trái.
Bảng 1.1 Vị trí ra hoa trên một số lọai cây (Cull, 1991)
11
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
Cây không phân nhánh
1. Ra hoa ở chồi tận cùng
− Chuối
− Khóm
2. Ra hoa ở nách lá
Đu đủ
Cây phân nhánh
1. Ra hoa ở chồi tận cùng
− Bơ, xòai
− Nhãn, vải, chôm chôm
2. Ra hoa ở nách lá
Trên cành đang phát triển: Cây có múi, ổi
Trên cành 1 năm tuổi: cà phê
Trên cành 1, 2 năm tuổi hay cành già: Khế
3. Ra hoa trên thân: Ca cao, mít, sầu riêng
Dừa
1.7 Phương pháp nghiên cứu
1.7.1 Chọn đối tượng nghiên cứu
Rõ ràng không có một loại vật liệu lý tưởng cho việc nghiên cứu sự ra hoa
bởi vì yêu cầu của thí nghiệm nầy thường mâu thuẩn với yêu cầu của các thí nghiệm
khác. Tuy vậy những vật liệu đặc biệt thì chắc chắn thích hợp cho những nghiên
cứu chuyên sâu. Sự chọn lựa vật liệu nghiên cứu thích hợp cho nhà nghiên cứu
thường được quyết định sau khi có những phân tích cẩn thận tất cả các khía cạnh
của vấn đề đặt ra. Đây là bước đầu tiên của công tác nghiên cứu, nó phải được đánh
giá đúng mức.
Loài cây ra hoa hay phát hoa ở tận cùng rất thích hợp để nghiên cứu sự gợi
ra hoa vì sự chuyển đổi hoàn toàn của cây nầy có thể phát hiện ra trong cây và
trong cùng mô phân sinh. Cây có lá xếp thành hình chữ thập hoặc thành hai dãy sẽ
thích hợp cho việc nghiên cứu đòi hỏi sự định hướng chính xác dưới kính hiển vi.
Cây Sinapis có dấu hiệu gợi phát hoa 6 giờ sau khi được cảm ứng quang kỳ
trong 18 giờ. Như vậy, loại cây nầy có chu kỳ cảm ứng ngắn, mau cho kết quả thí
nghiệm.
1.7.2 Cách thu thập số liệu
Mỗi thứ (variety) có một phương pháp dùng để đo lường sự khởi phát hoa.
Một phương pháp lý tưởng phải đánh giá được cả chỉ tiêu định tính và định lượng
của quá trình phát triển nhưng mục tiêu nầy thường rất khó đạt được. Do đó, khi
nào có thể được thì nên dùng nhiều phương pháp để nghiên cứu cho một loài.
Kỹ thuật đo lường thích hợp nhất được chọn tùy thuộc vào mục đích của
nghiên cứu, độ chính xác, số cây sẵn có,.. Bất cứ phương pháp nào được chọn phải
loại trừ khả năng có những sai số. Nhiều kỹ thuật được sử dụng kể cả hệ thống thời
kỳ ra hoa dựa trên sự đo lường của tỉ lệ ra hoa hay sự sinh trưởng và sự phát triển
của phát hoa. Nhằm mục đích giảm ảnh hưởng tiếp theo của quá trình khởi phát hoa
nên quan sát dưới kính hiển vi trong khoãng thời gian ngắn nhất. Khi xác định đốt
ra hoa đầu tiên, nên giới hạn những phương pháp ảnh hưởng đến tỉ lệ sinh trưởng.
Một nguy hiểm khác cũng thường gặp phải là phương pháp đo lường đặc điểm hình
12
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
thái như độ phồng của mô phân sinh (meristem swell), là những bộ phận tổng hợp
của quá trình khởi phát hoa nhưng có thể cũng xuất hiện trong sự vắng mặt hoàn
toàn của sự sản xuất hoa.
Bởi vì kỹ thuật đo lường được dựa trên sự hình thành của mầm hoa nên phải
nhấn mạnh rằng chúng ta không có một trắc nghiệm độc lập của sự kích thích lá.
13
Giáo trình môn học Xử Lý Ra Hoa - Trần Văn Hâu - 2005
MỞ ĐẦU............................................................................. Error! Bookmark not defined.
1.1 Mục tiêu của môn học ................................................................................................. 1
1.2 Một số khái niệm về sinh học sự phát triển................................................................. 1
1.2.1 Đủ khả năng ra hoa (Competence) ........................................................................... 1
1.2.2 Cảm ứng (Induction) ................................................................................................ 2
1.2.3 Sự quyết định (Determination)................................................................................. 2
1.3 Sự chuyển từ giai đoạn sinh trưởng sang sinh sản ...................................................... 2
1.3.1 Sự thay đổi về hình thái giải phẩu của chồi ngọn..................................................... 2
1.3.2 Sự thay đổi về kiểu sắp xếp lá (Change in Phyllotaxis)........................................... 3
1.3.3 Sự thay đổi về mặt sinh hóa của mô phân sinh ........................................................ 3
1.4 Sinh học của sự ra hoa................................................................................................. 9
1.4.1 Sự khởi phát hoa (initiation)................................................................................... 10
1.4.2 Sự phát triển của khối nguyên thủy thành nụ......................................................... 10
1.4.3 Sự nở hoa................................................................................................................ 10
1.5 Yêu cầu dinh dưỡng của sự ra hoa ............................................................................ 11
1.5.1 Yêu cầu về lượng.................................................................................................... 11
1.5.2 Yêu cầu về chất ...................................................................................................... 11
1.6 Các kiểu ra hoa .......................................................................................................... 11
1.7 Phương pháp nghiên cứu........................................................................................... 12
1.7.1 Chọn đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 12
1.7.2 Cách thu thập số liệu .............................................................................................. 12
14
CHƯƠNG 2 NHỮNG KHÁI NIỆM VỀ SỰ
KÍCH THÍCH VÀ ỨC CHẾ SỰ RA HOA
2.1 Lý thuyết kinh điển về sự kích thích sự ra hoa
Khi xem xét sự đáp ứng đa dạng của cây trồng đối với quang kỳ, nhiệt độ
thấp và những thông số môi trường khác, Lang (1952) cho rằng có hai sự khác biệt
rất cơ bản có thể nhận thấy được ở cây bị ảnh hưởng bởi quang kỳ và cây đòi hỏi
nhiệt độ thấp là:
(1) Điều kiện kích thích đã thúc đẩy sự khởi phát hoa
(2) Điều kiện không kích thích đã ngản cản nó.
Ở sự lựa chọn thứ nhất cho thấy rằng cây không thể khởi phát hoa trừ khi
chúng được kích thích, trong khi ở sự lựa chọn thứ hai thì bản thân cây có khả năng
để ra hoa nhưng nó bị ức chế bởi điều kiện không kích thích của môi trường. Sự lựa
chọn thứ nhất đã phát triển thành khái niệm florigen mà nó đã trở nên lý thuyết
thống trị trong lĩnh vực nầy. Sau hơn 40 năm nghiên cứu, người ta vẫn chưa có cơ
sở của sự tách ra hormon ra hoa hoặc florigen. Sự thất bại nầy không những do
thiếu những sinh trắc nghiệm mà còn có lẽ do kỹ thuật ly trích không thích hợp.
Rõ ràng là một chất kích thích ra hoa có thể dẫn truyền hiện diện trong nhiều
loại cây trồng như được chứng minh trong thí nghiệm tháp nhưng hoặc là vật liệu
nầy đơn giản hoặc phức tạp; đặc biệt hoặc là không đặc biệt thì không trả lời được
trong những thí nghiệm nầy. Xem lại những thất bại và sự bất bình thường bắt gặp
trong sự cố gắng để chuyển sự kích thích ra hoa xuyên qua một cây tháp, nó cho
thấy rằng kết quả có thể làm sáng tỏ rất tốt dưới dạng toàn thể các chất kích thích ra
hoa, sự truyền của nó biểu hiện không đều hoặc là dưới dạng nhiều hormon kích
thích ra hoa khác nhau mà mỗi chất chỉ tác động lên một loài nhất định.
Bằng chứng thí nghiệm cho thấy rằng, mặc dù không phải là tất cả nhưng sự
kích thích ra hoa phát ra trong lá được kích thích của một loài cây quang cảm
thường được chuyển tới mô phân sinh tiếp nhận trong mô libe song song với sự
đồng hóa. Sự làm rụng lá liên tục trong một cây đơn chu kỳ cho thấy rằng sự kích
thích nầy di chuyển ra khỏi lá ngay sau khi nó được hình thành và được di chuyển
rất nhanh sau khi kích thích.
2.2 Thuyết Florigen bổ sung của Chailakhyan
Dựa trên khám phá của Lang (1956) về hiệu quả của GA3 có thể kích thích
ra hoa cho một số cây ngày dài và cây ngày ngắn-dài (LSDP) trồng trong điều kiện
ngày ngắn, Chailakhyan (1958) đã đưa ra thuyết Florigen bổ sung cho rằng
gibberelin xuất hiện như là chất thay thế cho yêu cầu ngày dài của các cây nầy. Ông
cho rằng chất kích thích ra hoa sinh ra trong lá bao gồm hai thành phần, trong đó
một là cùng một họ với gibberellin, phần còn lại là một chất “anthesins” – là hợp
chất chưa được khám phá. Gibberellin là yếu tố giới hạn sự ra hoa của các cây bị
ảnh hưởng bởi quang kỳ trồng trong điều kiện ngày ngắn và anthesins là yếu tố giới
hạn trong điều kiện ngày dài. Giả thuyết nầy chưa bao giờ đuợc chấp nhận một cách
rộng rãi vì trong một số trường hợp kết quả ngược với giả thuyết nầy như sự kết
hợp tháp giữa cây ngày ngắn sinh trưởng dinh dưỡng trồng trong điều kiện ngày dài
(LD) và như vậy có thể dự đoán là giàu gibberellins với cây ngày dài sinh trưởng
dinh dưỡng trồng trong điều kiện ngày ngắn sẽ dự đoán là giàu anthesins và kết quả
là không ra hoa. Mặc dù vậy giả thuyết về anthesin cũng được ghi nhận là đã đưa ra
khái niệm quan trọng là (1) ngụ ý một hormon ra hoa phức tạp và (2) đề nghị những
yếu tố giới hạn khác nhau có thể tồn tại trong những nhóm khác nhau của cây trồng.
Mặc dù có những điều trở ngại nêu trên nhưng khái niệm về florigen về sự
khởi phát hoa vẫn chiếm ưu thế từ năm 1937. Sự hấp dẫn của khái niệm nầy bởi nó
đơn giản và ảnh hưởng bởi sự khám phá hormon giới tính trên động vật. Tuy nhiên,
hormon được hình thành ở những cơ quan đặc biệt chưa nhận biết trên thực vật
thượng đẳng. Người ta gọi ‘plant hormones’ thường là để phân biệt với hormon
động vật.
2.3 Lý thuyết về sự ức chế sự ra hoa
Lý thuyết chống lại thuyết hormon ra hoa cho rằng cây trồng trong điều kiện
không thích hợp cho sự ra hoa sẽ sản xuất ra một hay nhiều chất ngăn cản sự ra hoa
và sự tượng hoa xuất hiện trong điều kiện ngăn cản sự sản xuất những chất ức chế
nầy. Như vậy, sự kích thích làm giảm nồng độ chất ức chế dưới một ngưỡng nào đó.
Khái niệm ức chế bắt đầu từ những quan sát đầu tiên như sau: (1) Sự hình
thành hoa có thể đạt được trên cây ngày dài Hyoscyamus và cây ngày ngắn
Chenopodium amaranticolor, giữ trong điều kiện quang kỳ hoàn toàn không kích
thích ra hoa, ngắt lá liên tục kết hợp với phun đường trên cây Chenopodium và (2)
đánh dấu những lá không được kích thích để chúng không thể can thiệp vào sự vận
chuyển chất kích thích ra hoa đã có hiệu quả ức chế trên cây Spinach.
2.3.1 Những thí nghiệm chứng minh sự ức chế ra hoa
* Thí nghiệm tháp
Thực hiện thí nghiệm tháp kết hợp giữa giống đậu ra hoa sớm (Massey) và
giống ra hoa trễ (Telephone), Paton và Barber (1955) nhận thấy rằng giống đậu
Massey (M) khi tháp lên cây Telephone (T) hoặc tháp lên chính gốc của nó nhưng
còn tử diệp sẽ ra hoa trễ so với khi tháp lên gốc của chính nó nhưng không có tử
diệp. Như vậy tử diệp và hệ thống rễ của giống trễ Telephone đã tổng hợp ra những
chất làm chậm sự đáp ứng thúc đẩy sự ra hoa của tế bào mô phân sinh của mắt ghép
của giống sớm Massey. Kết quả tương tự khi tháp giống Telephon lên gốc giống
Massey và giống Telephone có mang tử diệp, cây sẽ ra hoa sớm hơn cây Telephon
tháp lên chính nó. Từ những kết quả nầy tác giả cho thấy sự ra hoa sớm trên cây đậu
được kiểm soát bởi sự cân bằng giữa chất cản và chất kích thích ra hoa. Cả hai chất
nầy được sản xuất trong lá mầm (cotyledon) và có lẽ cũng ở trong lá (Hình ).
14
Murfet (1977), Murfet và Reid (1973) chỉ ra rằng có một gene đặc biệt, gene
Sn, trong giống ra hoa trễ sản xuất ra chất ức chế sự ra hoa mà truyền qua sự tháp ở
trong lá mầm và chồi. Hoạt động của gene nầy rất mạnh trong điều kiện ngày ngắn
nhưng giảm trong điều kiện ngày dài và nhiệt độ thấp.
Lang (1977) nhận thấy mắt ghép không được kích thích của cây thuốc lá
ngày dài (Nicotiana sylvestris) bị ức chế ra hoa hoàn toàn khi tháp trên gốc ghép là
cây thuốc lá trung tính Trapezond. Kết quả cũng ghi nhận đặc tính sinh trưởng của
gốc ghép Trapezond trở nên lùn hơn. Kết quả nầy cho thấy rằng cây thuốc lá
(Nicotiana sylvestris) không được kích thích sản xuất ra chất có thể chuyển qua vết
ghép để điều khiển sự sinh trưởng và ức chế sự ra hoa.
* Sự vận chuyển chất ức chế sự ra hoa
Khảo sát sự vận chuyển của các chất ức chế ra hoa, Guttridge (1956) sử dụng
cây dâu tây ngày ngắn với những cặp thân bò, trong đó ông cho một cặp được trồng
trong điều kiện ngày ngắn, một phần khác chiếu sáng liên tục và một phần trong
điều kiện ngày ngắn nhưng pha tối bị gián đoạn. Kết quả thí nghiệm cho thấy sự
hình thành hoa trên đoạn thân trong điều kiện ngày ngắn bị kéo dài do ảnh hưởng
của những đọan thân trong điều kiện ngày dài. Tuy nhiên, sự sinh trưởng dinh
dưỡng (chiều dài cuống lá, diện tích lá và sự tạo thân mới) ở những đoạn thân khác
thì được thúc đẩy. Kết quả nầy tỉ lệ với số lá còn giữ lại trên thân trong điều kiện
ngày dài. Những cố gắng chỉ ra sự chuyển chất kích thích ra hoa từ phần thân trong
điều kiện ngày ngắn sang phần thân trong điều kiện ngày dài đều cho kết quả ngược
lại, ngay cả trong điều kiện rất thích hợp cho sự chuyển ảnh hưởng từ điều kiện
ngày ngắn sang điều kiện ngày dài. Những kết quả nầy được giải thích tốt nhất bởi
cho rằng sự tượng hoa được kiểm soát không hiệu quả trong cây nầy đó là hiệu quả
kích thích của ngày ngắn là sự ngăn chặn một cách cần thiết sự sản xuất ra chất ức
chế sự ra hoa và chất điều hòa sinh trưởng điều khiển sự sinh trưởng. Bổ sung cho
sự giải thích nầy là những cây bị ngắt lá ra hoa trong điều kiện ngày dài trong khi
cây không ngắt lá thì không ra hoa.
Sự ngăn cản sự ra hoa cũng được phát hiện bởi Evans (1960) trên cây
Lolium temulentum. Sự đáp ứng ra hoa của cây ngày dài đơn chu kỳ phụ thuộc vào
sự cân bằng giữa diện tích lá ngày ngắn và lá ngày dài. Mười cm2 của lá mẫn cảm
ngày dài thì đủ để tượng mầm hoa nếu không có lá ngày ngắn nhưng số lượng nầy
không đủ nếu có 5 cm2 lá ngày ngắn. Những lá không được kích thích nằm phía
dưới lá được kích thích và bằng phương pháp đánh dấu phân tử CO2, cho thấy rằng
lá không kích thích bên dưới không có chứa sản phẩm đồng hóa từ các phần được
kích thích ở trên mà cũng không giảm sự vận chuyển từ các lá ngày dài ở phần trên
lên chồi ngọn. Điều nầy cho phép kết luận rằng trên cây Lolium, chất ức chế ra hoa
được sản suất ra từ lá không được kích thích. Ngắt lá không kích thích (lá trong điều
kiện ngày ngắn) trong những nhóm khác nhau của cây Lolium ở những thời điểm
xen kẻ sau khi bắt đầu đưa phần lá ở phía trên vào điều kiện ngày dài cho thấy giữ
lá không kích thích càng lâu trên cây thì tỉ lệ tượng hoa càng thấp. Sự tượng hoa
hầu như bị ức chế hoàn toàn nếu lá không kích thích được giữ lại trên cây cho đến
32 giờ (một chu kỳ cảm ứng) sau khi bắt đầu ngày dài.
Tuy vậy, bản chất hóa học của những chất cản thì hoàn toàn chưa được biết.
15
Tóm lại, chất cản được sản xuất ở những lá mà được đặt trong điều kiện
không thích hợp cho sự ra hoa và có lẽ tác động ở mô phân sinh chồi. Những chất
cản nầy dường như không tích lũy trong cây mà được chứa đựng trong những điều
kiện không kích thích.
Kulkarni (1993 và 1995) đã thí nghiệm chứng minh có sự ảnh hưởng qua lại
của gốc ghép và mắt ghép lên sự ra hoa. Ông đã thành công trong việc kích thích ra
hoa trong mùa nghịch bằng cách ghép chồi (đã cắt lá) của hai giống Alphonso và
Dashehari (không ra hoa trong mùa nghịch) lên giống Royal Special là giống có thể
ra hoa trong mùa nghịch-như là nguồn cung cấp chất kích thích ra hoa được tổng
hợp từ lá. Ông cho rằng qua việc tháp các chất kích thích ra hoa được tổng hợp ở lá
của gốc ghép sẽ chuyển lên cành ghép qua mạch libe sẽ kích thích cành ghép có thể
ra hoa trong mùa nghịch. Tuy nhiên ông cũng nhận kết quả ngược lại là lá cũng có
thể là yếu tố ức chế sự ra hoa được chuyển qua gốc ghép. Qua kết quả của những thí
nghiệm nầy ông cho rằng thuyết ra hoa bởi việc hình thành Florigen trên cây bị ảnh
hưởng quang kỳ có thể áp dụng trên cây ăn trái mà tiêu biểu là cây xoài. Kết quả
nầy mở ra triển vọng cải thiện đặc tính ra hoa của một số giống xoài khó ra hoa
thông qua phương pháp tháp đổi giống và đây có lẽ cũng là một tiêu chuẩn để chọn
lựa gốc ghép cho cây xoài. Ở Thái Lan, giống xoài Choke Anan là giống xoài ra hoa
quanh năm trong khi giống Kiew-Savoey được xem là giống khó ra hoa nhưng
Pojanagaroon (2000) tìm thấy khi tháp lên gốc xoài Choke Anan, xoài Kiew-Savoey
và xoài Nam Dok Mai có tỉ lệ ra hoa, tổng số phát hoa và trái nhiều hơn.
2.3.2 Sự cân bằng giữa chất cản và chất kích thích của sự tượng hoa
Nhiều tác giả cho rằng sự gợi ra hoa ở mô phân sinh được kiểm soát bởi sự
cân bằng giữa hai chất cản và kích thích sự ra hoa. Có ý kiến cho rằng sự khởi phát
hoa được kiểm soát bởi một sự thay đổi trong tỉ lệ của hai hay nhiều chất thúc đẩy
và ức chế sự ra hoa. Trên căn bản, rất khó thấy được tỉ lệ như vậy:
(1) Sự di chuyển rất xa từ lá lên mô phân sinh mà không thay đổi.
(2) Được duy trì trong mô phân sinh bởi một lá được kích thích riêng lẻ
trong sự hiện diện của nhiều lá không được kích thích mà có lẽ tạo ra một tỉ lệ
không thích hợp.
(3) Tồn tại một thời kỳ của những điều kiện không kích thích mà kết quả
trong một tỉ lệ không thích hợp.
Những khó khăn nầy có thể gặp bởi cho rằng tỉ lệ thích hợp phải được sản
xuất chỉ ở mô phân sinh và chỉ trong một khoảng thời gian giới hạn. Như vậy, tỉ lệ
thích hợp nhất giữa những chất từ những lá được kích thích và không được kích
thích có lẽ thay đổi khi sự gợi ra hoa tiếp diễn.
2.4 Gene kiểm soát sự ra hoa
Có hơn 80 loci liên quan đến sự ra hoa được giải mã trong bộ gene của cây
Arabidopsis thông qua đột biến. Nhiều gene trong số nầy đã được xác định chức
năng (Bảng 2.1). Tùy thuộc vào thời kỳ hoạt động khác nhau trong sự kiểm soát sự
16
ra hoa, các gene nầy có thể chia thành hai nhóm là nhóm gene định dạng mô phân
sinh hoa và gene định dạng cơ quan.
Genes kiểm soát sự chuyển từ mô phân sinh chồi ngọn sang mô phân sinh
hoa được gọi là genes kiểm soát sự ra hoa như LEAFY (LFY), APETALA 1 (AP1),
AP2, CALIFLOWER (CAL), UNASUAL FLORAL ORGANS (UFO),... (Levy và
Dean, 1998). Sự biểu hiện của những gene nầy kiểm soát thời điểm ra hoa của cây.
Hai gene LFY và AP1 giữ vai trò đầu tiên trong sự khởi phát hoa của của chương
trình ra hoa. Chức năng của gene được xác định bằng phương pháp chuyển gene.
Trong cây chuyển gene của cây Arabidopsis chứa 35S::LFY, phát hoa thứ hai của
lóng ở phía dưới được thay thế bằng một hoa đơn. Số lá dạng hoa hồng không giảm
nhưng ít mầm trong chồi nách của dạng hoa hồng phát triển thành hoa và phát hoa
trở thành hoa tận cùng. Trong trường hợp cực trọng, hoa tận cùng được tạo ra ngay
sau khi lá dạng hoa hồng xuất hiện. Điều nầy cho thấy rằng sự biểu hiện quá mạnh
của gene LFY có thể thúc đẩy sự tạo ra hoa tận cùng.
Sự sinh trưởng dinh dưỡng và sự ra hoa là hai mặt trái ngược trong cây được
cân bằng bởi nhiều yếu tố. Một số gene thúc đẩy sự sinh trưởng dinh dưỡng và ức
chế sự ra hoa và một số gene có tác động ngược lại. Do đó, có hai con đường kiểm
soát sự ra hoa là ức chế và thúc đẩy.
Bảng 2.1 Những gene kiểm sóat sự ra hoa trên cây arabidopsis
Kiểu hình của sự đột biến
Genes
Tác giả
hoặc chức năng
1. Ra hoa tự lập
Ra hoa sớm, ra hoa mà Sung và ctv., 1992
không cần sự sinh trưởng
dinh dưỡng
Ra hoa sớm, phát hoa xác Bradley va ctv., 1997
định
EMF
TFL
Sự biến đổi từng phần của Weigel và ctv., 1992
hoa thành phát hoa
LFY
Lá đài trở thành lá bắc, cánh Irish và Sussex,
AP1
AG
hoa bất bình thường
1990; Mandel và ctv.,
1992
Nhị hoa trở thành cánh hoa, Mizukami và Ma,
lá noãn thành hoa 1997
Đài hoa thành lá noãn, Cánh Jofuku, và ctv., 1994
hoa thành nhị
Thúc đẩy kiểu hình của AP1 Bowan, và ctv., 1992
Đột biến ra hoa trễ và đáp Koornneef và ctv.,
ứng rất mạnh với sự thụ hàn 1991
AP2
CAL
FCA
Đột biến ra hoa trễ và đáp Pineiro và Coupland,
LD
ứng với sự thụ hàn
1998
Đột biến ra hoa trễ và đáp Martinez-Zapater và
FPA, FVA, FY
ứng với sự thụ hàn
ctv., 1994
17
Mô phân sinh lớn, Nhiều bộ Fletcher và ctv., 1999
phận hoa
CLV
2. Ảnh hưởng quang kỳ
CO
Đột biến ra hoa trễ
Đột biến ra hoa trễ
Đột biến ra hoa trễ
Putterill và ctv., 1995
Gou và ctv., 1998
FHA
HY4
Koornneef và ctv.,
1980
Pineiro và Coupland,
1998
FD, FE, FT, FWA, GI, Đột biến ra hoa trễ
Đột biến ra hoa trễ và biến Wang và Tobing,
mất theo chu kỳ một ngày/lần 1998
LHY, CCAI
3. Ảnh hưởng nhiệt độ
thấp
VRN1, VRN2, VRN3, Đột biến ra hoa trễ kết hợp Chandler và ctv.,
VRN4 với sự đáp ứng với sự thụ hàn 1996
2.4.1 Con đường ức chế sự ra hoa
Kiểu hình của sự ra hoa được thúc giục trong sự đột biến mất chức năng
(loss-of-function mutants) cho thấy rằng một số gene giữ vai trò ức chế sự ra hoa ở
cây hoang dại. Gene EMF1 (EMBRYONIC FLOWER) được xem là có vai trò
chính trong sự ức chế sự ra hoa vì sự đột biến emf1 ra hoa mà trước đó không qua
giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng. Trong sự đột biến emf1 cấu trúc các cơ quan sinh
sản như núm nhụy và cấu trúc như bầu noãn xuất hiện trên tử diệp và chồi sản xuất
lá không có dạng hoa hồng (Sung và ctv., 1992; Castle và Sung, 1995). Gene EMF
được xem là giữ vai trò chính trong việc ức chế sự ra hoa và chức năng nầy giảm
cùng với sự phát triển của cây. Khi mà mức độ EMF giảm đến một mức độ nào đó,
mô phân sinh chồi ngọn phân hóa thành mô phân sinh hoa và quá trình khởi phát
hoa. Trong một số trường hợp đột biến kép (như emf/co và emf/gi) kiểu hình của đột
biến emf không thể phục hồi lại. Điều nầy cho thấy rằng chức năng của những gene
nầy là ngăn cản sự hoạt động của emf trong trường hợp bình thường. Thời gian ra
hoa kéo dài trong sự đột biến co và gi do kết quả từ sự thúc đẩy của gene EMF
(Martinez-Zapater và ctv., 1994; Weigel và Nilsson, 1995). Phân tích sự đột biến
EMF cho thấy sự sinh trưởng sinh sản là tình trạng căn bản trong sự phát triển của
cây và sự phát triển sau đó là một quá trình làm giảm sự ức chế.
TFL1 (TERMINAL FLOWER) là một gene ức chế sinh trưởng khác được
tạo dòng. Đột biến tfl1 ra hoa sớm hơn và ảnh hưởng không giới hạn thông thường
kết thúc với một hoa. Chức năng của TFL1 là ức chế sự hình thành hoa ở mô phân
sinh chồi ngọn. Trong cây chuyển gene với 35S::TFL1, vị trí của hoa được thay thế
bởi một giai đoạn tăng trưởng phát hoa mới trên cây Arabidopsis. Điều nầy cho thấy
rằng gene TFL1 được sao chép ở mức độ thấp trong các vị trí nầy. Sự thể hiện quá
mức của gene TFL1 ức chế sự phân hóa đến mức cây tiếp tục sinh trưởng dinh
dưỡng. Nghiên cứu sự đột biến kép cho thấy gene TFL1 gây ra sự chậm trễ trong sự
ra hoa bằng cách ức chế chức năng của một số gene họat động theo cơ chế tự lập
như FCA, FVE và FPA. Gene TFL1 được thể hiện trong nhiều lớp tế bào bên dưới
18
Tải về để xem bản đầy đủ
183 trang
24160
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Xử lý ra hoa", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_xu_ly_ra_hoa.pdf
