TRUNG HỌC NNG LM SC CẦN THƠ
  Tuổi thọ ở loài cây
 
Lên mạng ngày 28/11/2009

 
 
Tìm hiểu tuổi thọ ở thế giới thực vật
 
Trần Đăng Hồng
 
Thế giới thực vật và động vật đều giống nhau ở chổ là cấu tạo từ tế bào. Tế bào thực vật và tế bào động vật đều cấu tạo giống nhau, chỉ khác nhau là màng tế bào thực vật có tẩm pectin cellulose. Mọi sinh vật đều giống nhau ở chổ “sinh, bệnh, lảo, tử”, trước khi chết, con vật và cây cối phải trải qua già nua (nếu không chết sớm vì bệnh). Như vậy diển trình “lảo hóa” (ageing process) có giống nhau giữa thực vật và động vật hay không, và tuổi thọ có thể kéo dài thêm được không? Trong bài này, tác giả đề cập tới thế giới loài cây thượng đẳng (có hoa trái).
 
1. Cây. Ba loài thông Pinus aristata, Pinus longaeva Pinus balfouriana ở Hoa Kỳ được cho biết là loài cây thọ nhất, khoảng đã 5000 tuổi và vẫn còn khỏe mạnh. Ba loại cây này sống ở nơi đèo heo gió hút (xa nơi loài người nên tránh được lâm tặc), rất lạnh, đất khô cằn, gió mạnh, và ngày có nắng rất ít, nên tăng trưởng rất chậm, gổ rất chắc, vỏ có lớp nhựa nên không có loại nấm, bệnh hay côn trùng nào phá hại. Vỏ thân chết, nhưng phần gổ sống dẩn nhựa đến các cành còn sống, vì vậy cây sống lây lất muôn đời, không chết.
File:Bristlecone pine closeup.jpg
Thân cây 5000 năm tuổi
 
            Các nhà khoa học Thụy Điển khám phá loài Larrea tridentata sống 10,000 năm. Một cây tìm thấy trong sa mạc Mojave (Hoa Kỳ) sống ít nhất 12,000 năm. Lý do có tuổi thọ kỷ lục này là cây tự sinh sản vô tính, hể phần nào chết thì nhảy nhánh ngay đó, và như vậy tiếp tục mải, mặc dầu phần cây thủy tổ cũng trên cây đó đã chết từ lâu.
            Ở loài cây, có thể tăng tuổi thọ được không?
            Ở loại hòa bảng (Graminae), hể sau khi có hoa trái thì cây chết, hoàn thành một chu kỳ sinh trưởng. Chẳng hạn cây lúa sau khi ra hoa, hạt chín thì cây chết cả bụi. Cây tre có thể sống nhiều năm, nhưng một khi có hoa thì chết cả bụi. Nếu ngăn chặn không ra hoa (bằng ngày dài > 16 giờ trên lúa, hay/và nhiệt độ lạnh, hay bằng kích thích tố) cây hòa bảng sống mải. Kỷ thuật bonsai (cây tiểu cảnh) giới hạn sức tăng trưởng của cây (ít tưới nước, ít dinh duởng, cắt tỉa, v.v.) làm cây sống thọ hơn cây ngoài thiên nhiên. Giống cây nào ra hoa sớm thì ít thọ.
            Ngày nay, khảo sát vòng gổ ở cây cổ thụ vài ba trăm năm có thể cho biết khí hậu của thời quá khứ. Khoa học mới này gọi là Dendrology. Bởi vì, gặp thời tiết bất lợi (hạn hán, lạnh quá hay nóng qua) vòng gổ hẹp, còn nếu thời tiết bình thường thì các vòng gổ bằng nhau, trái lại năm mưa nhiều thì các vòng gổ lớn. Chẳng hạn, nghiên cứu vòng gổ trên cây Pơ Mu 220 tuổi ở Đà Lạt cho thấy các vòng gổ hẹp trùng với các năm có El Nino xảy ra ở Việt Nam trong vòng 50 năm nay. Các nghiên cứu ở Thái Lan giúp tìm hiểu khí hậu bất thường xảy ra trong 7 thế kỷ vừa qua.
 
2. Hạt. Tùy theo khả năng giữ độ nẩy mầm khi rút nước của hạt (desiccation, phơi) hạt được chia làm 3 loại:
Hạt “phản loạn” (Recalcitrant). Loại hạt này có đời sống rất ngắn ngủi, chỉ vài ba tuần sau khi chín, rụng. Đó là hạt mít, chôm chôn, măng cụt, xoài, nhản, v.v. và nhiều loại cây rừng. Chiếm khoảng 7 % loài cây có hạt. Khi vừa chín, hạt có ẩm độ 55-60%, khi ẩm độ hạt xuống khoảng 25-30% thì hạt chết. Muốn hạt sống lâu hơn, ẩm độ hạt phải giữ khoảng 50%, ở nhiệt độ mát 15ºC và phải có đầy đủ Oxy. Trong điều kiện này, tuổi thọ cũng chỉ tối đa 6 tháng đến 12 tháng mà thôi. Nếu nhiệt đô dưới 12 ºC thì hạt chết.
Hạt chính thống (Orthodox). Ở loại hạt này, hạt càng khô (ẩm độ 2-5%) và nhiệt độ càng lạnh (tới -192 ºC ở Nitrogen lỏng) thì tuổi thọ càng cao. Khoảng 85% loại cây có hạt thuộc nhóm này, như lúa, bắp, đậu, v.v. Trong ngân hàng hạt giống (Seed Genebank) trong điều kiện ẩm độ hạt 5% và -20 ºC, hạt có thể thọ vài trăm năm đến ngàn năm. Tiếp cận với Oxy làm giảm tuổi thọ. Như vậy tuổi thọ có thể gia tăng cả vài chục, vài trăm hay cả ngàn lần nhiều hơn khi hạt càng khô, nhiệt độ tồn trử càng lạnh và trong điều kiện kín (hermetic, không có hay ít Oxy).
Hạt trung gian (Intermediate). Ở loại hạt này, tuổi thọ gia tăng khi rút khô hạt xuống 10% ẩm độ, khô dưới ẩm độ này thì hạt chết. Nhiệt đô tồn trử tối hảo cũng 10ºC, lạnh dưới nhiệt độ này hạt cũng chết. Như vậy, tuổi thọ tối đa là tồn trử hạt với ẩm độ 10% và 10ºC, nhưng cũng chỉ thọ tối đa là 5 – 10 năm mà thôi. Đó là trường hợp của hạt cà phê, cam, quít, chanh, bưởi, v.v. Khoảng 8 % loài thực vật thuộc nhóm này.
 
3. Hạt chôn vùi trong đất. Hạt cỏ dại sống trong đất rất lâu, có thể tới 100 năm. Trong thí nghiệm của Dr Beal, hạt Rumex crispus sống 80 năm, còn hạt Verbascum có thể sống trong đất tới 100 năm nếu được chôn vùi trong đất. Lý do sống lâu là vì hạt rất nhỏ, hưu miên rất mạnh, và chỉ nẩy mầm khi gặp ánh sáng, tức là phải trồi lên mặt đất (do cày xới). Vì vậy, công tác diệt cỏ rất khó khăn, vì hạt cỏ nhỏ lẩn lộn với đất ở mọi độ sâu.
            Hạt cây rừng tiền phong (pionner forest trees) có hạt nhỏ, chôn vùi trong đất rừng cả vài chục năm cũng không chết, đến khi phá rừng, cháy rừng hay phát quang, nghĩa là khi gặp ánh sáng thì hạt nẩy mầm, và rừng được tái tạo.
 
Lảo hóa ở hạt. Như mọi sinh vật, sau khi sinh ra (tạo hạt), lớn lên, hạt cũng già nua và cuối cùng chết. Nhưng, khác với động vật, tuổi thọ ở hạt chính thống có thể kéo dài thêm hàng chục, hay trăm lần nhiều hơn.
            Trong một tập đoàn (population) hạt, theo thời gian, hiện tượng lảo hóa xảy ra nhanh hay chậm tùy theo điều kiện tồn trử. Lảo hóa biểu hiện:
-         Giảm độ nẩy mầm.
-         Giảm cường lực (vigour), cây con yếu, tốn nhiều thời gian hơn để trưởng thành. Cây con không có sức đề kháng với môi trường xấu (lạnh quá, nóng quá, hạn hán, phèn, muối, dễ bị côn trùng, bệnh tật tiêu diệt, v.v.). Hậu quả là giảm năng xuất.
-         Hạt có màu thay đổi, các chất cấu tạo trong hạt cũng biến đổi (Cơm gạo mới và cơm gạo củ có khác biệt nhiều)
Nhà nông có thể sửa chửa các vấn đề trên bằng cách tăng số lượng hạt giống để thế nào có đủ mật độ cây con y như hạt giống tốt nẩy mầm 100%, bón nhiều phân, v..v, và áp dụng “biện pháp hồi xuân” cho hạt già nua.
-         Hiện tượng biến-thể-nhiểm-sắc-thể (aberrant chromosomes) gia tăng, gia tăng ngẩu biến di truyền (mutation) và đưa đến hiện tượng thoái hóa của giống. Các nghiên cứu ở Đại Học Reading ở thập niên 1970 và 1980 cho thấy một khi độ nẩy mầm giảm thì số % biến-thể-nhiểm-sắc-thể gia tăng theo logarithm, và khi độ nẩy mầm dưới 85% thì gia tăng rất nhanh. Vì vậy, khuyến cáo là không được để làm giống một khi độ nẩy mầm giảm dưới 85%, vì hiện tượng thoái hóa giống xảy ra rất nhanh, đời con cháu không còn giữ những đặc tính tốt của giống nguyên thủy.
Nguyên nhân chính của lảo hóa ở hạt là hiện tượng oxít-hóa-chất-béo (Lipid Peroxidation) do diển trình tự-oxýt-hóa (Autoxidation) hay qua các enzymes oxýt hóa (như Lipoxygenases) tạo sinh ra gốc ions H* hay COO* tự do. Các gốc tự do này tấn công các acít-béo-không-bảo-hòa (unsaturated fatty acids như linoleic và linolenic acid) và phá hủy màng tế bào, tấn công các hợp chất proteins hòa tan (soluble proteins như cysteine, histidine, tryptophan, methionine và phenylalanine) và tấn công nhiểm sắc thể DNA. Hiện tượng oxít-hóa-chất-béo xảy ra ở mọi tế bào, nhưng khi hạt chứa trên 50% ẩm độ, nước phản ứng như một chất đệm làm giảm sự thiệt hại, và khi giảm ẩm độ từ 50% xuống khoảng 14%, hiện tượng oxít-hóa-chất-béo gia tăng mạnh, nhất là tồn trử ở nhiệt độ cao và có nhiều oxy.
Để gia tăng tuổi thọ ở hạt, qua lai tạo tuyển chọn hạt chứa nhiều acít béo bảo hòa (saturated fatty acids), giảm lipoxygenase enzyme bằng cách sử dụng các ngẩu biến không có chứa lipoxygenase. Ngoài ra, sử dụng các chất chống oxít hóa như Glutathione, vitamin E (tocopherol), vitamin C (ascorbic acid). Sử lý hạt với ascorbic acid, cinnamic acid, a-tocopherol gia tăng cường lực và tuổi thọ. Điều quan trọng nhất, là tránh hạt tiếp xúc với Oxy, nghĩa là phải tồn trử trong kho, thùng hay bao bì thật kín.
 
Biện pháp “hồi xuân” ở hạt. Hạt già nua có thể làm trẻ lại. Kỷ thuật này gọi là “Priming”. Nguyên tắc rất giản dị. Bởi vì hạt có khả năng “tự sửa chửa” (Auto-repair) những khuyết tật của tuổi già một khi hạt khô hấp thụ nước để có ẩm độ cao từ 45 đến 60% trong một thời gian dài. Cái khó khăn là ở ẩm độ này hạt nẩy mầm. Vì vậy, kỷ thuật Priming kiểm soát hạt có ẩm độ cao (khoảng 45%) nhưng chưa đủ ẩm độ để nẩy mầm. Thông thường dùng PEG 6000 (Polyethylene glycol có trọng lượng phân tử 6000). Vì có phân tử lớn, nên màng tế bào chỉ cho nước thẩm thấu vào tế bào. Ngâm hạt trong dung dịch PEG (413 g/lít nước) trong 6 ngày thì hạt già nua được trẻ trung lại, nghĩa là gia tăng độ nẩy mầm, gia tăng cường lực làm hạt nhảy mầm nhanh, tạo sức đề kháng với môi trường xấu và bệnh tật, và gia tăng năng xuất. Vì PEG đắc tiền nên trong kỹ nghệ trồng rau hoa với diện tích lớn, dùng máy trộn hạt với nước theo một lượng nước được tính toán trước để ẩm độ hạt khoảng 45% tồn trử vài ngày trước khi gieo thẳng vào đồng.  Priming chỉ làm hạt già nua trẻ lại, chứ hạt đã chết rồi thì không thể “cải tử hoàn sinh”.  Hạt áp dụng kỷ thuật hồi xuân không tồn trử lâu được, vì tuổi thọ rất ngắn, chỉ tối đa khoảng vài tuần trong điều kiện tồn trử tối hảo. Nông dân vùng Chợ Mới An Giang, trong thập niên 1960, ngâm hạt lúa Thần Nông qua đêm, rồi sáng hôm sau đem phơi, rồi chiều tối ngâm vào nước trở lại, làm như vậy 3- 4 lần ngâm-phơi, kết quả là cây lúa chịu được khô hạn sau này. Đó cũng là một khía cạnh của biện pháp hồi xuân ở hạt.
 
Reading, 11/2009
Kỳ tới: Lảo hóa ở thế giới động vật và người
 
 
 
 
  Số lượt bạn đọc kể từ 01/9/2009 281974 visitors (1136665 hits) on this page!  
 
=> Do you also want a homepage for free? Then click here! <=