Biến thiên kiểu hình kiến trúc chồi thân tương quan với tán lá, hấp thu ánh sáng của cây đậu nành (Glycine max)

 Biến thiên kiểu hình kiến trúc chồi thân tương quan với tán lá, hấp thu ánh sáng của cây đậu nành (Glycine max)

Nguồn: Suma Sreekanta, Allison Haaning, Austin Dobbels, Riley O'Neill, Anna Hofstad, Kamaldeep Virdi, Fumiaki Katagiri, Robert M Stupar, Gary J Muehlbauer, Aaron J Lorenz. 2024. Variation in shoot architecture traits and their relationship to canopy coverage and light interception in soybean (Glycine max). BMC Plant Biol.; 2024 Mar 16; 24(1):194. doi: 10.1186/s12870-024-04859-2.

 

Trong cây đậu nành, sự che phủ nhanh của tán cây CC (canopy coverage) là tính trạng mà người ta rất mong muốn nhưng tán cây được phủ hoàn toàn là không có lợi cho tán xạ (light interception) ở mức độ thấp trong tán lá với hầu hết bức xạ đều bị chặn ở đỉnh tán cây. Kiến trúc chồi thân có ảnh hưởng đến CC được nghiên cứu rất kỷ trong cây trồng như cây bắp và lúa mì, làm thay đổi tính trạng kiến trúc ấy đã làm tăng năng suất. Tuy nhiên, trong đậu nành, nghiên của kiến trúc chồi thân, nhánh thân chưa được sâu rộng.

 

Nghiên cứu tiến hành tìm hiểu sự khác biệt có ý nghĩa trong sự che phủ nhanh của tán cây CC trong tập đoàn giống đậu nành đang canh tác. Mật độ của CC được tìm thấy để làm giảm trong thời kỳ bắt đầu sinh trưởng sinh dục (R1), kèm theo đó là sự gia tăng của các giai đoạn R2-R3. Hầu hết các mẫu giống đậu nành trong tập đoàn nghiên cứu đều đạt  giá trị tối đa CC vào giữa giai đoạn R2-R3. Người ta đo lường giá trị LI (light interception), xác định được tỷ lệ PAR (photosynthetically active radiation: bức xạ tích cực trong quang hợp) xuyên qua tán cây để trở thành “incoming PAR” (PAR mới) hoặc bức xạ trên tán cây. Giá trị LI tương quan có ý nghĩa với các thông số của CC, nêu bật mối quan hệ giữa kiến trúc tán cây và sự tán xạ của ánh sáng. Nghiên cứu còn khai thác được tác động của dạng hình cây đậu nành đối với giá trị LI và sự đồng hóa CO2. Dạng hình cây được định tính thành thông số định lượng với khác biệt rõ và bằng mô phỏng toán học tác động của dạng cây đối với LI và đồng hóa CO2, người ta thấy rằng cây đậu nành có dạng cây xòe rộng và phẳng (broad and flat) ở đỉnh có thể đạt hiệu quả quang hợp tốt hơn ở cường độ ánh sáng yếu, trong khi đó, dạng hình nón (conical shapes) có vẻ thuận lợi khi ánh sáng rất đầy đủ. Kiến trúc chồi thân, nhánh thân trong nghiên cứu này được mô tả theo toàn thân cây, tính trạng phân nhánh và tính trạng liên quan đến lá đậu nành. Có biến thiên đáng kể đối với tính trạng kiến trúc thân giữa các mẫu giống đậu nành khác nhau, kết quả đáng tin cậy. Người ta thấy rằng có nhiều tính trạng kiến trúc thân ví dụ chiều cao cây, lá và lóng thân có ảnh hưởng rất mạnh mẽ đến CC và LI.

 

Nghiên cứu này cung cấp lý luận về  tương quan giữa  kiến trúc thân đậu nành, độ che phủ của tán lá, và tán xạ ánh sáng. Người ta chứng minh được các tính trạng mới về kiến trúc thân có đặc điểm biến dị di truyền, tác động đến CC và LI, góp phần giúp người ta hiểu rõ hơn về hình thái học cây đậu nành. Tương quan giữa các tính trạng nói trên, CC và LI gợi ra rằng có thể tối hóa hóa tăng trưởng cây đậu nành mà không ảnh hưởng bởi sự truyền ánh sáng trong tán cây. Hơn nữa, nghiên cứu còn nhấn mạnh tiện ích của đánh giá kiểu hình tích hợp 2D chi phí rẻ là phương pháp thực tiễn thay cho phương pháp 3D tốn nhiều thời gian và đắt tiền hơn. Phương pháp tiếp cận ấy khả thi dựa trên kết quả nghiên cứu kiến trúc thân tại ruộng, tạo điều kiện cho đánh gia kiểu hình quy mô rộng hơn, hiệu quả hơn theo hình thái học.

 

Xem https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38493116/

 

“Light interception” (LI: ánh sáng tán xạ) trong tán cây đậu nành được mô phỏng bằng thuật toán “logistic regression”.

 

(a) Giá trị PAR (photosynthetically active radiation)

(b) Biến thiên tính trạng liên quan đến LI (tán xạ ánh sáng)

(c) Giá trị BLUPs (best linear unbiased predictions) từ số liệu LI và CC thu thập năm 2018 và 2019, sử dụng phép tính tương quan. Pearson correlation (FDR adjusted p value < 0.05) giữa các tính trạng khác nhau biểu thị trong phổ “heat map”