1. Tác hại của stress nước
Hạn hán là một nguyên nhân quan trọng làm giảm năng suất cây trồng. Có hai loại hạn hán: hạn trong đất và hạn trong không khí. Có loại hạn thực do thiếu nước trong môi trường gây nên nhưng cũng có loại hạn sinh lý là loại hạn không phải do môi trường thiếu nước mà do cây không hút được nước trong môi trường do nhiệt độ thấp, do nồng độ dung dịch môi trường quá cao ...
Khi hạn hán cây bị stress nước dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng:
- Gây nên hiện tượng co nguyên sinh và làm cho cây bị héo. Sự co nguyên sinh các tế bào diễn ra khi nồng độ nước trong môi trường quá cao hay do stress nước làm cho nước trong tế bào thất thoát ra ngoài nên khối Nguyên sinh chất của tế bào co lại, thể tích không bào thu hẹp.
Khi môi trường thiếu nước kéo dài, tế bào mất nước không bào co lại, mô trở nên mềm yếu và sự héo xảy ra. Sự héo tạm thời nhưng cũng có thể vĩnh viễn nếu sự thiếu nước nghiêm trọng và kéo dài.
- Hạn hán cản trở sự vận chuyển nước trong mạch gỗ. Khi thiếu nước do hạn hán sự cung cấp nước cho rễ không đủ trong đêm để thủy hoá các mô đã bị thiếu nước ban ngày, các lông hút bị tổn thương lớp ngoài vùng vỏ bị phủ suberin... đã làm giảm áp suất rễ để đẩy cột nước lên trong mạch gỗ. Đặc biệt khi thiếu nước sẽ hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ phá vỡ tính liên tục của cột nước nên cột nước trong mạch gỗ không được đẩy lên liên tục.
- Hạn hán làm dày lớp cutin trên bề mặt lá làm giảm sự thoát hơi nước qua biểu bì.
- Hạn hán làm giảm mạnh quang hợp. Sự thiếu nước làm giảm cường độ quang hợp. Khi hàm lượng nước trong lá còn khoảng 40-50% quang hợp của lá bị đình trệ.
- Hạn hán cản trở sự sinh trưởng của cây. Do thiếu nứơc ảnh hưởng đến các hoạt động sinh lý nhất là quang hợp, nên làm giảm sinh trưởng, cây chậm lớn, năng suất giảm sút.
2. Tính chịu hạn của cây
Có nhiều hình thức thức nghi với điều kiện hạn hán và chịu đựng Stress nước khác nhau:
- Giảm bề mặt lá và giảm thoát hơi nước. Thiếu nước làm sinh trưởng lá chậm lại. Bề mặt lá thu hẹp. Sự thu hẹp đó lại thích nghi với điều kiện thiếu nước. Stress nước còn làm đóng khí khổng qua tác dụng của axit abxixic và kích thích sự rụng lá do tác dụng của etylen.
- Lá biến đổi về hình thái, giải phẫu theo chiều hướng giảm thoát hơi nước: lớp sáp dày, nhiều lông phủ trên lá, giảm số lượng khí khổng, lá có dạng hình kim ...
- Khi thiếu nước tăng trưởng của lá và quang hợp đều giảm nhưng quang hợp giảm ít hơn so với giảm tăng trưởng lá. Điều này khiến cho phần lớn sản phẩm quang hợp được chuyển xuống rễ làm cho bộ rễ phát triển mạnh. Mặt khác khi thiếu nước lớp đất mặt thường khô trước và cứng nên rễ thường có khuynh hướng phát triển theo chiều sâu. Như vậy việc phát triển bộ rễ là hình thức thích nghi với hạn.
- Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu để duy trì cân bằng thế nước giữa tế bào với môi trường là hình thức thích nghi với hạn hán của nhiều cây. Khi đất khô hạn, áp suất thẩm thấu của dung dịch đất rất cao, cây muốn hút được nước vào phải điều chỉnh áp suất thẩm thấu theo hướng tăng lên cao hơn áp suất thấm thấu của môi trường để có thể hút được nước. Sự điều chỉnh áp suát thẩm thấu bằng cách tích tụ các chất hoà tan trong tế bào làm tăng áp suất thẩm thấu của dịch bào. Tích tụ ion để điều chỉnh áp suất thẩm thấu xảy ra chủ yếu trong không bào nhờ vậy các ion không ảnh hưởng đến hoạt động của các enzim trong tế bào chất.
3. Các hình thức chịu hạn của cây.
Có nhiều hình thức thích nghi với chế độ nước trong môi trường như nhóm cây thủy sinh, nhóm cây ưa ẩm, nhóm cây trung sinh và nhóm cây hạn sinh. Nhóm cây thủy sinh sống trong môi trường nước, nhóm cây ưa ẩm sống trong môi trường có độ ẩm cao cho nên những nhóm cây này không thể sống trong môi trường khô hạn. Nhóm cây trung sinh sông trong môi trường có độ ẩm thích hợp, nếu thiếu nước nhóm cây này sinh trưởng phát triển chậm. Nhóm cây hạn sinh có những đặc điểm thích nghi với môi trường khô hạn.
Trong nhóm cây hạn sinh có 4 hình thức chịu hạn khác nhau:
- Cây mọng nước (xuculen): Đây là nhóm cây vừa chịu hạn vừa chịu nóng rất cao, có thể sống trong vùng có khí hậu khô nóng kéo dài. Hình thức thích nghi với hạn hán của nhóm cây này là tiêu giảm lá, rễ cây lan rộng, dự trữ nước trong cây, lớp cuticum trên lá dày giảm THN, độ nhớt cao và sử dụng nước tiết kiệm. Một số cây chỉ mở khí khổng vào đêm (cây CAM).
- Cây nửa hạn sinh (hemi xerophit): Đây là nhóm cây chịu hạn trung bình. đặc điểm chính của nhóm cây này là bộ rễ phát triển để hút nước mạnh. Thoát hơi nước cũng xảy ra mạnh. Độ nhớt không cao.
- Cây hạn sinh thực: Llà nhóm cây có khả năng chịu hạn cao. Cây hạn sinh thực có độ nhớt Nguyên sinh chất cao, áp suất thẩm thấu cao, tính đàn hồi của Nguyên sinh chất cao, quá trình THN yếu. Sử dụng nước tiết kiệm .. là những đặc điểm giúp nhóm cây này chịu hạn tốt.
- Cây không điều tiết chế độ nước: Đây là nhóm thực vật có lối sống đặc biệt thích nghi với chế độ nước trong môi trường. Khi khô hạn nhóm thực vật này sống ở trạng thái tiềm sinh hay sống ngầm. Khi gặp mưa môi trường đủ nước chúng tiến hành mọi quá trình sinh trưởng, phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng kết thúc vòng đời
4. Biện pháp nâng cao tính chịu hạn của cây
Phần lớn cây trồng thuộc nhóm cây trung sinh, khả năng chịu hạn yếu. Do đó nếu gặp hạn hán năng suất giảm. Để đảm bảo năng suất cây trồng ngay cả trong trường hợp bị hạn, ngoài các biện pháp chống hạn thì việc nâng cao khả năng chịu hạn cho cây để cây duy trì hoạt động sống bình thường trong điều kiện hạn là biện pháp quan trọng.
Để nâng cao tính chịu hạn của cây trước hết phải xác định khả năng chịu hạn của chúng, tuỳ mức độ chịu hạn mà có biện pháp tác động thích hợp.
Có nhiều phương pháp xác định tính chịu hạn của cây. Có thể dựa vào những đặc điểm gián tiếp đến khả năng chịu hạn của cây như hình thái giải phẫu, đặc điểm sinh lý đặc trưng của cây chịu hạn: như cường độ thoát hơi nước, sức hút nước của tế bào, độ thiếu nước của cây, khả năng chịu héo của lá ... Cuối cùng một chỉ tiêu rất quan trọng để xác định khả năng chịu hạn của cây trồng đó là năng suất của cây khi gặp hạn hán. Nên gặp điều kiện hạn hán mà cây vẫn sinh trưởng phát triển tốt nên năng suất vẫn bình thường gần như khi không bị hạn thì cây đó có khả năng thích nghi với hạn cao, có thể chọn là giống cây chịu hạn.
Ngoài phương pháp xác định gián tiếp trên thì phương pháp trực tiếp hỏi khả năng chịu hạn của cây là phương pháp cơ bản. Đó là việc xác định các chỉ tiêu liên quan trực tiếp đến khả năng chịu hạn của cây như độ nhớt của nguyên sinh chất, hàm lượng nước liên kết trong tế bào , tính đàn hồi của nguyên sinh chất, khả năng giữ nước của Nguyên sinh chất, khả năng duy trì các hoạt động sinh lý, Trao đổi chấtkhi gặp hạn hán. Dựa vào những chỉ tiêu liên quan trực tiếp, quyết định khả năng chịu hạn của cây đó để xác điịnh mức độ chịu hạn của cây, từ đó có biện pháp xử lý thích hợp.
Tính chịu hạn của cây (chịu stress nước)
Dạng hẹp
