Quang chu kì và hiện tượng ra hoa

QUANG CHU KỲ CHO
SỰ RA HOA CỦA THỰC VẬT
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Sinh trưởng phát triển của thực vật là kết quả tổng hợp của các hoạt động sinh lý
Sự sinh trưởng phát triển của cây đều chịu tác động của các yếu tố ngoại cảnh. Trong đó ánh sáng (quang chu kỳ) và nhiệt độ thấp (sự xuân hóa) là hai yếu tố quan trọng nhất
Đề tài này của chúng tôi chỉ đề cập tới vai trò của ánh sáng trong giai đoạn chuyển từ sinh trưởng sinh dưỡng sang sinh trưởng sinh sản- hay còn gọi là thời kỳ ra hoa.
Để từ đó chúng ta có thể ứng dụng các biện pháp kỹ thuật để nâng cao năng suất cây trồng. Đây được xem là mối quan tâm hàng của các nhà khoa học.

II. NỘI DUNG
1. SỰ HÌNH THÀNH HOA
Định nghĩa: Sự hình thành hoa là dấu hiệu của sự chuyển tiếp từ giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng sang giai đoạn sinh trưởng sinh sản.

b. Các giai đoạn hình thành hoa
Cảm ứng hình thành hoa
Hình thành mầm hoa
Sinh trưởng của hoa và phân hóa giới tính
Giai đoạn quan trọng nhất đối với sự hình thành hoa là cảm ứng hình thành hoa.
c. Các yếu tố ảnh hưởng
Các yếu tố chính tác động đến giai đoạn cảm ứng hình thành hoa bao gồm: nhiệt độ thấp (xuân hóa), ánh sáng (quang chu kì).
2.Quang chu kỳ
2.1. Lịch sử
2.2. Định nghĩa
2.3. Phân loại
2.4. Thời gian sáng và tối
2.5. Cơ quan cảm thụ
2.6. Quang gián đoạn
2.7. Bản chất quang chu kỳ


2.1.Lịch sử phát hiện
Vào năm 1920 the U.S. Department of Agriculture đã nghiên cứu đặc tính của 1 đột biến mới ở cây thuốc lá. Đột biến này được gọi là ‘Maryland Mammooth’, có lá lớn và chiều cao khác thường. Trong khi tất cả những cây trong vườn đã ra hoa, những cây ‘Maryland Mammoth’ vẫn tiếp tục sinh trưởng. Garner and Allard đã chuyển 1 số cây ‘Maryland Mammoth’ vào trong nhà kính, và những cây này đã ra hoa vào tháng 12

Garner and Allard đã đưa ra giả thuyết rằng kiểu ra hoa này có liên quan đến sự cảm ứng của cây đột biến đối với 1 số tín hiệu môi trường. 2 ông đã thử 1 số yếu tố môi trường khác nhau, chẳng hạn như là nhiệt độ, tuy nhiên độ dài ngày mới là yếu tố quan trọng. Bằng việc chuyển các cây trong điều kiện sáng và tối ở những thời điểm khác nhau để thay đổi độ dài ngày một cách nhân tạo, qua đó họ đã thiết lập được mối liên hệ trực tiếp giữa sự ra hoa và độ dài ngày.

Ngày nay, chúng ta hiểu rằng yếu tố biến động chính là độ dài đêm chứ không phải độ dài ngày, nhưng vào lúc này Garner và Allard vẫn chưa phát hiện ra điều này.
2.2. Định nghĩa:
Định nghĩa:
Độ dài chiếu sáng tới hạn trong ngày có tác dụng điều tiết quá trình sinh trưởng phát triển của cây và phụ thuộc vào các loài khác nhau gọi là hiện tượng quang chu kỳ


Độ dài ngày tới hạn
Mỗi loài thực vật có độ dài ngày tới hạn nhất định
Những cây ‘Maryland Mammoth’ không ra hoa nếu như chúng được đặt trong điều kiện thời gian chiếu sáng dài hơn 14 giờ, nhưng sự ra hoa được khởi động nếu thời gian chiếu sáng trong ngày nhỏ hơn 14 giờ. Như vậy, độ dài ngày tới hạn của ‘Maryland Mammoth’ là 14 giờ
Độ dài ngày tới hạn
2.3. Phân loại
Cây ngày ngắn (short-day plants): ra hoa trong điều kiện thời gian chiếu sáng trong ngày ngắn hơn thời gian chiếu sáng tới hạn
Cây ngày ngắn bắt buộc:Qualitative (Obligate) short-day plants
Cây ngày ngắn không bắt buộc: Quantitative (Facultative) short-day plants
Cây ngày dài (long-day plants): ra hoa trong điều kiện thời gian chiếu sáng trong ngày dài hơn thời gian chiếu sáng tới hạn
Cây ngày dài bắt buộc: Qualitative (Obligate) long-day plants
Cây ngày dài không bắt buộc: Quantitative (Facultative) long-day plants


2.3. Phân loại
Một vài cây yêu cầu tín hiệu quang chu kỳ phức tạp hơn là chỉ là ngày ngắn hay ngày dài.

1 nhóm, những cây ngày ngày ngắn-dài, đầu tiên phải trải qua những ngày ngắn, sau đó là ngày dài để ra hoa. Do đó, cỏ 3 lá hoa trắng và những cây ngày ngắn khác nở hoa trong thời gian ngày dài trước khi bước vào giữa mùa hè.

Nhóm khác, những cây ngày dài-ngắn, không thể ra hoa cho đến tận khi ngày dài của mùa hè phải được nối tiếp bằng thời gian ngày ngắn, chúng ra hoa trong mùa thu.Kalanchoe là cây ngày dài-ngắn.

Quang chu kỳ bắt buộc và không bắt buộc
Qualitative or Obligate Response:
Cây chỉ ra hoa trong điều kiện quang chu kỳ cụ thể.
Ví dụ, 1 cây chỉ có thể ra hoa trong điều kiện quang chu kỳ ngắn được gọi là cây ngày ngắn bắt buộc.

Quantitative or Facultative Response: Cây ra hoa trong bất kì quang chu kỳ nào nhưng ra hoa nhanh hơn trong điều kiện quang chu kỳ cụ thể.
Ví dụ, 1 cây có thể ra hoa trong bất kì độ dài ngày nào nhưng sẽ ra hoa sớm hơn trong điều kiện ngày dài được gọi là cây ngày dài không bắt buộc.

a.Cây ngày ngắn (SDP)
Cây ngày ngắn bắt buộc
Dâu tây
Trạng nguyên
Maryland Mammoth
Bèo tấm
Ngô trồng nhiệt đới
Cây ngày ngắn không bắt buộc
Cây gai dầu
Cây bông
Lúa
Mía
b.Cây ngày dài (LDP)
Cây ngày dài bắt buộc
Campanula carpatica là một ví dụ cho cây ngày dài bắt buộc, nó không ra hoa nếu quang chu kỳ nhỏ hơn 14 giờ
Cây ngày dài bắt buộc
Cẩm chướng
Henbane
Cỏ 3 lá
Hoa chuông
Cây ngày dài không bắt buộc
c.Cây trung tính
2.4. Thời gian sáng và tối
Cụm từ “cây ngày ngắn” và “cây ngày dài” trở nên phổ biến trước khi các nhà khoa học phát hiện ra thời gian tối mới là yếu tố quyết định sự ra hoa của cây.

Thực tế này được chứng minh bởi Karl Hamner -trường đại học California ở LosAngeles và James Bonner -Viện kĩ thuật California.
Light vs. Dark
Tiến hành trên cocklebur, 1 cây ngày ngắn,Hamner và Bonner đã thiết kế một dãy thí nghiệm sử dụng 2 điều kiện.
Hình :Thời gian tối và sự ra hoa: Độ dài của thời gian tối chứ không phải độ dài thời gian sáng mới quyết định sự ra hoa.
Qua đó, Hamner và Bonner đã kết luận rằng thời gian tối là yếu tố quyết định; đối với cây cocklebur, thời gian tối tiêu chuẩn là khoảng 9 giờ
Độ dài đêm tiêu chuẩn
Nhân tố quan trọng quyết định sự ra hoa là thời gian tối hay độ dài đêm mà cây nhận được. Mỗi loài yêu cầu thời gian tối riêng, được gọi là độ dài đêm tiêu chuẩn.

Mặc dầu, ngày nay chúng ta hiểu rằng độ dài đêm chứ không phải độ dài ngày điều khiển sự ra hoa, nhưng cụm từ cây ngày ngắn và cây ngày dài vẫn được sử dụng.

Như vậy:
Cây ngày ngắn là cây đêm dài
Cây ngày dài là cây đêm ngắn
2.5. Cơ quan cảm thụ quang chu kỳ
Lá là cơ quan cảm thụ quang chu kỳ
2.5. Cơ quan cảm thụ quang chu kỳ
Chỉ 1 lá được đặt trong điều kiện quang chu kỳ đúng, toàn bộ cây ra hoa
Cây Xanthium trong ví dụ dưới đây cần ít nhất 8.5 giờ tối để ra hoa.
2.6.Quang gián đoạn
Hiệu quả của quang gián đoạn

(a) Thí nghiệm đã chỉ ra rằng cây có khả năng đo độ dài đêm và sử dụng thông tin này để khởi động sự ra hoa.
(b) Phytochromes có vai trò trong quang chu kỳ
2.7. Bản chất của quang chu kỳ
Học thuyết về hormone ra hoa
Flowering hormone or Florigen
Giberelin và Antesin

Phytochrome:
PR và PFR
Hoocmon ra hoa hay Florigen
Chailakhian đã đưa ra giả thuyết chất tạo hoa (florigen): gồm GA và antezin- hoocmon giả thuyết
-Thực vật ngày dài( đêm ngắn) luôn luôn có antezin nhưng để ra hoa thì cần có GA, mà GA lại chỉ được tạo ra trong điều kiện ngày dài.
- Thực vật ngày ngắn( đêm dài) luôn có GA, nhưng để ra hoa cần có antezin, được tạo ra trong điều kiện ngày ngắn


Flowering hormone or Florigen
Theo M. Kh. Chailakhyan, ông đã đưa ra giả thuyết về hormone ra hoa như sau :
Bảng: Sự ra hoa của cây
Flowering hormone or Florigen
Bảng: Quang chu kỳ ở thực vật
Điều khiển độ dài ngày cho sự ra hoa của thực vật
N: Neutral day
L: Long-day
S: Short-day
Phytochrome
Các sắc tố có thể khởi động các phản ứng quang phát sinh hình thái cây , trong đó quan trọng nhất là ánh sáng xanh và ánh sáng đỏ

ĐN: Sắc tố hấp thụ ánh sáng đỏ và đỏ xa liên quan tới phản ứng quang phát sinh hình thái được gọi là phytochrom

Phytochrome
Cấu trúc:Vùng chức năng của phytochrome gồm 2 protein chính. Mỗi Protein gồm:

Một chromophore.

Một vùng protein đóng vai trò tiếp nhận ánh sáng photoreceptor

Một kinase, khởi động sự cảm ứng của tế bào.
Phytochrome
Phytochrom là một sắc tố lá màu xanh lục, tồn tại dưới hai dạng Pr và Pfr, và chúng biến đổi qua lại nhau

Phytochrome
Hoạt động của Phytochrome
Bởi vì PFR hấp thụ một lượng tia đỏ, do đó trong tế bào thường duy trì tỉ lệ khoảng 85% PFR: 15% PR khi được đặt trong điều kiện có tia đỏ( trong sáng)

Tuy nhiên, do PR không quá nhạy cảm với tia đỏ xa, nên trong điều kiện có tia đỏ xa hay trong tối, tế bào thường duy trì tỉ lệ 97% PR : 3% PFR.
Hoạt động của Phytochrome
LDP: cây ngày dài (long-day plants)
SDP: cây ngày ngắn (short-day plants)
Tương tác với nhiệt độ
Độ dài ngày tới hạn (CDL) thường phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ.
SDP: nếu nhiệt độ tăng, CDL giảm thì yêu cầu ngày ngắn hơn bình thường




LDP - nếu nhiệt độ giảm, CDL giảm thì ngày không cần phải dài như thông thường.

3.Vận dụng trong sản xuất
3.1.Trong nhập nội giống cây trồng:
Tùy vào mục đích của nhà sản xuất mà chọn cây trồng thích hợp:
Cây lấy hạt, củ, quả
Cây lấy lá


3.2. Trong bố trí thời vụ:
Tùy theo độ mẫn cảm của cây trồng với quang chu kỳ
Với những cây trồng mẫn cảm: Ra hoa bất chấp thời gian sinh trưởng
Với những cây trồng ít mẫn cảm: Chỉ ra hoa khi đủ tích ôn hữu hiệu
Nếu như cây ra hoa khi chưa phát triển cơ quan sinh dưỡng thì năng suất sẽ rất thấp
3.3. Thực hiện quang gián đoạn
Rất nhiều cây trồng nếu như trong thời gian trồng mà ra hoa thì năng suất sẽ giảm đi rất nhiều do đây là những cây thu cơ quan sinh dưỡng
VD: mía, thuốc lá,xà lách, củ cải đường...
Tùy theo đó là cây ngày dài hay cây ngày ngắn mà điều chỉnh thời gian chiếu sáng trong ngày thích hợp( để kích thích hoặc kìm hãm sự ra hoa)
Điều chỉnh ánh sáng để điều khiển sự sinh trưởng, phát triển của cây trong nhà kính
Điều khiển độ dài ngày trong nhà kính
Kéo dài độ dài ngày
Chiếu sáng nhân tạo.
(đèn ấm, sáng được sử dụng phổ biến)
Ngắt quãng thời gian tối

Thu ngắn độ dài ngày
Thu ngắn độ dài ngày
Khi quang chu kì tự nhiên dài, ngày ngắn có thể được tạo nên bằng việc ngăn chặn ánh sáng từ bên ngoài với việc sử dụng bạt, vải đen.
Kéo dài độ dài ngày
Một số điểm chú ý trong nhà kính
Hướng của nhà kính
Góc mái nhà kính
Vật liệu của nhà kính
Sự tạo bóng trong nhà kính
Đèn
Materials and the maintenance of them
Góc mái nhà kính phổ biến
Width < 25 ft

32°
Width > 25 ft

26 °
Sự tạo bóng trong nhà kính
Bóng trong nhà kính có thể là vấn đề nghiêm trọng, đặc biệt là nếu nó không di chuyển trong suốt cả ngày.
Loại đèn
Loại đèn
Rudbeckia grown under cool-white fluorescent (CWF), high pressure-sodium (HPS), incandescent (INC), or metal halide (MH) lamps flower at about the same time when provided with 10 footcandles (2 µmol·m-2·s-1).
3.4. Trong công tác chọn tạo giống
Đối với phương pháp truyền thống (phương pháp lai)
Nếu như bố mẹ mà có quang chu kỳ không phù hợp thì phải thực hiện quang chu kỳ nhân tạo để cho thời gian ra hoa trùng nhau: thụ phấn tụ nhiên mới xẩy ra hiệu quả
III.Kết Luận
Tìm hiểu về Quang chu kỳ cảm ứng sự hình thành hoa ở thực vật giúp ta điều chỉnh các quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng theo hướng có lợi cho con người