1. Tác dụng của Silic đối với cây trồng trước tình trạng đất bị nhiễm mặn

Tác hại của đất bị nhiễm mặn (stress mặn, stress muối) đối với cây trồng thông qua hai yếu tố: 

• Dung dịch đất bị nhiễm mặn có nồng độ muối cao hơn trong rễ. Theo hiện tượng thẩm thấu, nước sẽ di chuyển từ nơi có nồng độ nước cao (có nồng độ chất tan thấp) tới nơi có nồng độ nước thấp (có nồng độ chất tan cao). Điều này làm cây không hấp thu được nước mà cây còn bị mất nước vào đất. Cây không hấp thu được nước nhưng quá trình thoát hơi nước của lá vẫn diễn ra bình thường làm mất cân bằng nước trong cây.
• Theo hiện tượng khuếch tán, ion di chuyển từ nơi có nồng độ cao đến nơi có nồng độ thấp cho tới khi đạt tới sự cân bằng động ở hai bên màng. Vì vậy, ion (Na⁺, Cl⁻) từ dung dịch đất đi vào bên trong tế bào thực vật gây ra độc tính ion và stress oxy hóa.

Hình:  Xâm nhập mặn làm chết cây trồng ở khu vực Nam Bộ

a. Phân bón Silic làm giảm độc tính ion trong điều kiện stress muối

Sử dụng phân bón Silic làm giảm tác động bất lợi của stress mặn bằng cách ngăn cản sự hấp thu Na⁺ của rễ, hạn chế sự vận chuyển Na⁺ từ rễ lên chồi thông qua ba cơ chế. Tuy nhiên, không phải loại cây trồng nào cũng có cơ chế chịu mặn giống nhau.

• Na⁺/H⁺ antiporter

Na⁺/H⁺ antiporter là một protein màng có chức duy trì nồng độ Na⁺ thấp bằng cách loại bỏ Na⁺ khỏi tế bào hoặc ngăn Na⁺ đi vào trong. 

Na⁺/H⁺ antiporter được điều khiển bởi bơm proton H⁺-ATPase và H⁺-pyrophosphatase (H⁺ -PPase). 

Hoạt động của bơm proton H+-ATPase và H⁺-PPase trong rễ giảm khi cây trồng bị stress muối. Nhưng hoạt động của các bơm proton này lại tăng lên đáng kể khi bổ sung phân bón Silic. Sự gia tăng hoạt động của các bơm proton này tạo điều kiện cho việc loại Na⁺ ra khỏi tế bào.

Phân bón Silic làm tăng hấp thu K⁺ bằng cách tăng hoạt động của H⁺-ATPase. Do đó, trong điều kiện muối, Silic có thể làm giảm nồng độ Na+ và tăng nồng độ K+ trong tế bào chất bằng cách kích thích hoạt động H⁺-ATPase và H⁺-PPase.

• Hàng rào vật lý ở rễ

Silic tích lũy trên lớp ngoại bì và nội bì của rễ lúa, kích thích hình thành lớp suberin chống thấm, từ đó làm giảm sự vận chuyển ion muối vào rễ cây. Mặc dù Silic giảm vận chuyển Na+, góp phần vào khả năng chịu mặn ở cây lúa, nhưng cơ chế này có thể không hoạt động ở các cây khác như cây nho.

• Tăng khả năng hấp thu nước

Khả năng chịu mặn ở thực vật không phải lúc nào cũng giảm nồng độ Na⁺ hoặc Cl⁻ trong mô. Trong cà chua, bón phân Silic không có ảnh hưởng đáng kể đến nồng độ Na⁺ và Cl⁻ trong lá nhưng cải thiện hàm lượng nước trong cây. Hàm lượng nước cao hơn này góp phần làm loãng nồng độ muối, do đó làm giảm độc tính của muối và cải thiện sự phát triển của thực vật.

Dinh dưỡng Silic làm giảm độc tính của ion đối với cây trồng khi bị stress muối bằng cách giảm sự tích tụ ion, tăng hàm lượng nước trong cây.

Bảng: Các tác động khác nhau của Silic đối với sự tích tụ ion, hoạt động của enzym chống oxy hóa và sự thoát hơi nước ở các loài cây trồng trong điều kiện stress muối hoặc hạn hán.

Hình: Phản ứng của cây cam trong điều kiện stress muối khi được bón phân Silic qua lá 

Xem thêm: 7 tác dụng của Silic đối với cam, quýt, bưởi,... nhà nông cần biết

b. Phân bón Silic giảm tác hại của gốc tự do khi bị stress muối

Cây trồng chịu tác động của stress muối thường sản xuất quá mức các gốc tự do (stress oxy hóa) như anion superoxide, gốc hydroxyl, hydro peroxide,…  Các gốc tự do phá vỡ quá trình trao đổi chất bình thường và gây tổn hại cho hệ thống màng sinh chất và nội màng.

Cây trồng có hệ thống chống oxy hóa phức tạp bao gồm superoxide dismutase, catalase, guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidases, dehydroascorbate reductase và glutathione reductase, glutathione, axit ascorbic, axit amin nonprotein và các hợp chất phenolic,…

Trong cây dưa chuột bị stress muối, hoạt động của chất chống oxy hóa: guaiacol peroxidase, ascorbate peroxidase, dehydroascorbate reductase và glutathione reductase tăng lên khi bổ sung phân bón Silic. Bên cạnh đó, trung lượng Silic làm giảm sự hình thành gốc tự do ở cây cà chua, dưa chuột và ngô, giúp duy trì tính toàn vẹn của màng và tính thấm của màng sinh chất ở điều kiện stress như trên.

c. Vai trò của Silic giúp tăng khả năng quang hợp

Ở cây lúa, Silic đã làm tăng hàm lượng diệp lục và hoạt động quang hợp của bộ máy quang hợp ngay cả khi có hoặc không có stress muối. Vai trò của dinh dưỡng Silic đối với hiệu quả quang hợp là do sự giảm hấp thu Na⁺, tăng hấp thu K⁺ và tăng cường khả năng bảo vệ chống oxy hóa. 

d. Tác dụng của Silic trong thúc đẩy tăng trưởng cây trồng

Polyamine là một hợp chất hữu cơ, tham gia vào quá trình thúc đẩy tăng trưởng, phân chia tế bào, sao chép DNA và biệt hóa tế bào. Polyamine cũng tham gia vào phản ứng bảo vệ của cây trồng chống lại các bất lợi môi trường. Hàm lượng polyamine cao làm tăng khả năng chịu mặn của cây. Trong đó, putrescine, spermidine và spermine là những polyamine phổ biến.

Silic trong phân bón làm giảm bớt tác hại của stress muối bằng cách điều chỉnh nồng độ của các loại polyamine khác nhau. Việc bổ sung dinh dưỡng Silic làm tăng đáng kể tỷ lệ spermine và spermidine thành putrescine.

Xem thêm: Tác dụng của phân bón Silic - nguyên tố dinh dưỡng đa năng

2. Vai trò của Silic đối với khả năng chịu hạn của cây trồng

Trong những năm gần đây, đồng bằng sông Cửu Long đã trải qua các đợt hạn hán nghiêm trọng nhất trong vòng 100 năm qua. Trước biến đổi này, buộc Chính phủ phải ban bố tình trạng khẩn cấp và kêu gọi sự hỗ trợ của quốc tế. Hạn hán gây tổn thất cho cây trồng bằng cách tác động đến quá trình trao đổi chất, quang hợp, hấp thụ dinh dưỡng,…

Phân bón Silic làm tăng khả năng chịu hạn ở nhiều loại cây trồng: lúa, dưa chuột, ngô, cà chua, tiêu,… Hơn nữa, Silic cũng làm tăng khả năng chịu nhiệt bằng cách duy trì sự ổn định của màng sinh chất. Bởi vì hạn hán đôi khi đi kèm với nhiệt độ cao. Bón phân Silic có thể là một giải pháp thay thế để giảm bớt thiệt hại của cả stress hạn và stress nhiệt.

Hình: Nắng nóng, hạn hán gia tăng gây thiệt hại cho mùa màng (Ảnh: bnews.vn) 

Xem thêm: Vai trò của Silic trên lúa và những điều cần biết

a. Trung lượng Silic giảm sự thoát hơi nước ở lá

Sự thoát hơi nước ở lá diễn ra bằng hai con đường: qua khí khổng và trên lớp biểu bì. Silic điều chỉnh quá trình thoát hơi nước thông qua hai con đường nêu trên.

• Thoát hơi nước qua con đường biểu bì

Tốc độ thoát hơi nước chịu ảnh hưởng bởi hàm lượng Silica gel (gel axit Silixic) liên kết với cellulose trong vách tế bào biểu bì. Lớp Silica gel dày hơn giúp hạn chế sự mất nước, trong khi vách tế bào biểu bì ít Silica gel sẽ thoát hơi nước nhanh hơn.

• Thoát hơi nước qua con đường khí khổng

Silic có thể ảnh hưởng đến việc đóng, mở khí khổng bằng điều chỉnh hoạt động của dòng ion K+ trong các tế bào hạt đậu.

Trong quá trình đóng mở khí khổng, các thay đổi về áp suất được truyền đến các polyme ở vách, gây ra những thay đổi lớn về thể tích và diện tích bề mặt của các tế bào hạt đậu. Các tế bào xung quanh cũng tham gia vào đóng mở khí khổng. Do đó, nguyên tố Silic trong thành tế bào của bộ máy khí khổng ảnh hưởng mạnh đến các đặc tính cơ học và vật lý của tế bào.

Bên cạnh đó, việc bổ sung Silic làm giảm tốc độ dòng chảy của nước trong các mạch xylem (mạch gỗ), dẫn đến việc sử dụng nước hiệu quả hơn.

b. Tăng khả năng quang hợp trong điều kiện stress hạn nhờ phân bón Silic

Bổ sung dinh dưỡng Silic giúp duy trì hàm lượng các sắc tố quang hợp (diệp lục a, diệp lục b, và carotenoit) ở điều kiện stress hạn. Silic không chỉ làm tăng hàm lượng sắc tố quang hợp mà còn làm tăng hiệu suất của bộ máy quang hợp (hệ thống quang hóa II). 

Dinh dưỡng Silic cũng tăng hoạt động của một số enzyme quang hợp như cacboxyl hóa ribulose-bisphosphate, phosphoenolpyruvate carboxylase và nồng độ của photpho vô cơ (Pi) trong lá lúa ở điều kiện hạn hán.

Xem thêm: Phân bón Silic CYTOSICA

c. Silic làm giảm stress oxy hóa trong điều kiện khô hạn

Vai trò cải thiện khả năng chịu hạn ở cây trồng của dinh dưỡng Silic có liên quan đến việc tăng hoạt động của chất chống oxy hóa và giảm sản sinh gốc tự do. Silic tăng hoạt động của các chất chống oxy hóa như: superoxide dismutase, catalase, và glutathione reductase,… Mặt khác, Silic giảm hình thành các gốc tự do như: hydrogen peroxide và quá trình oxy hóa của protein. Vai trò chống oxy hóa của Silic trong điều kiện khô hạn cũng tương tự như trong điều kiện stress muối.

d. Vai trò của Silic làm tăng hấp thu nước

Cải thiện tỷ lệ rễ/chồi

Dinh dưỡng Silic tăng nồng độ polyamine (PA) và axit 1-aminocyclopropane-1-carboxylic (ACC) trong điều kiện hạn hán để tăng sự phát triển của rễ và tỷ lệ rễ/chồi, do đó cải thiện khả năng hút nước của rễ. 

Tham gia quá trình silic hóa nội bì và suberization rễ

Silic tham gia quá trình phát triển của rễ ở giai đoạn silic hóa nội bì và suberization của rễ, do đó tăng cường khả năng giữ nước để khắc phục các tác động của hạn hán. 

Sự phát triển nội bì của rễ bao gồm ba giai đoạn chính: hình thành dải Casparian; lắng đọng các lớp màng suberin; và dày lên của thành tế bào. 

Silic đã được chứng minh là thúc đẩy sự phát triển của dải Casparian bằng cách liên kết chéo phenol với thành tế bào hoặc bằng cách tạo ra sự kết tủa của phenol. Bên cạnh đó, Silic cũng kích thích phiên mã các gen liên quan đến tổng hợp suberin.

Tăng áp suất thẩm thấu của rễ

Điều chỉnh thẩm thấu và tích lũy các chất tan trong tế bào được coi là các quá trình sinh lý xảy ra để đáp ứng điều kiện khô hạn. Sự tích lũy các chất tan hữu cơ như: axit amin, đường hòa tan và khoáng chất, dẫn đến áp suất thẩm thấu cao trong tế bào rễ cây, tạo điều kiện cho việc hút nước dễ dàng.

Bón phân Silic tăng áp suất thẩm thấu bằng cách tích lũy chất tan hữu cơ ở nhiều loài cây trồng. Silic cũng điều chỉnh hoạt động của các enzym liên quan đến chuyển hóa carbohydrate, do đó điều chỉnh quá trình tổng hợp và vận chuyển chất này.

Hình a) Vai trò của Silic làm tăng hấp thu nước thông qua các cơ chế sau:
(1) Tăng tỷ lệ rễ/chồi
(2) Tham gia quá trình silic hóa nội bì và suberization rễ
(3) Tăng áp suất thẩm thấu của rễ
(4) Tăng độ dẫn thủy lực của rễ (Lp)
(5) Tăng hoạt động kênh vận chuyển nước aquaporin (AQP)
(6) Cân bằng chất dinh dưỡng.
Hình b) Silic điều chỉnh độ dẫn thủy lực của rễ và kênh aquaporin trong điều kiện hạn hán. Bón phân Silic cải thiện độ dẫn thủy lực (Lp) của rễ bằng cách ức chế sản xuất hydrogen peroxide (H₂O₂) và tăng hoạt tính AQP bằng cách giảm sản xuất (H₂O₂) và tổn thương màng, do đó cải thiện sự hấp thụ nước.

Tăng độ dẫn thủy lực của rễ (Lp)

Độ dẫn thủy lực của rễ (Lp) là một thông số quan trọng phản ánh khả năng hút nước. Độ dẫn thủy lực của rễ có thể bị ức chế bởi hydrogen peroxide (H₂O₂)  – một chất oxy hóa mạnh. Hydrogen peroxide gây rối loạn chức năng màng sinh chất và ảnh hưởng đến chức năng của aquaporin.

Trong điều kiện chạn hán, cung cấp Silic đầy đủ cho cây, làm giảm hình thành hydrogen peroxide. Tác dụng giảm stress oxy hóa của Silic (đã nêu ở phần c) tăng cường khả năng bảo vệ chống oxy hóa có thể góp phần tăng cường độ dẫn thủy lực của rễ.

Điều khiển kênh vận chuyển nước Aquaporin (AQP)

Aquaporin là protein trên màng tế bào, điều chỉnh sự vận chuyển nước và các chất hòa tan nhỏ, góp phần hấp thụ nước ở rễ, đặc biệt là trong điều kiện khô hạn.

Silic làm tăng đáng kể hoạt động của kênh aquaporin thông qua việc điều chỉnh các gen mã hóa aquaporin (SbPIP1; 6), (SbPIP2; 2), và (SbPIP2; 6), do đó làm tăng khả năng hút nước của rễ trong thời tiết hạn hán.

Tăng khả năng hấp thụ và vận chuyển chất dinh dưỡng

Sự thiếu nước làm hạn chế sự hấp thu chất dinh dưỡng qua rễ và sự vận chuyển tiếp theo đến chồi, dẫn đến tình trạng thiếu chất dinh dưỡng cần thiết cho cây. Hơn nữa, Silic có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc cân bằng sự hấp thụ, vận chuyển và phân phối các khoáng chất ở các cây trồng bị khô hạn.

Ví dụ: sự hấp thụ Đạm (N), Lân (P), Kali (K), Canxi (Ca), Magiê (Mg), Sắt (Fe), Đồng (Cu) và Mangan (Mn) tăng lên khi cây trồng được bón phân Silic trong điều kiện stress hạn.

Cân bằng dinh dưỡng cũng là một cơ chế quan trọng để chống chịu hạn hán của cây. Đặc biệt là các nguyên tố dinh dưỡng có vai trò chống chịu stress phi sinh học như Kali và Canxi. Kali có lợi cho sự phát triển của cây trồng, điều chỉnh thẩm thấu và khả năng chịu hạn. Canxi rất quan trọng trong duy trì tính toàn vẹn và tính thấm chọn lọc của màng sinh chất.

Sự hấp thụ chất dinh dưỡng liên quan đến diện tích bề mặt và chiều dài của rễ. Sự gia tăng diện tích bề mặt rễ làm tăng vị trí tiếp xúc để hấp thụ các ion hòa tan. Do đó, việc tăng cường sự phát triển của rễ khi bón phân Silic, kích thích sự hấp thụ dinh dưỡng và tăng khả năng chịu hạn.

Xem thêm: Các nguồn cung cấp Silic cho cây trồng

Tổng hợp

Tác dụng của Silic giúp cây trồng chống chịu stress mặn và stress hạn bằng cách điều chỉnh cả quá trình sinh lý và sinh hóa của cây. Một số tác hại giống nhau đối với cây trồng trong điều kiện stress mặn và stress hạn như cản trở việc thu nhận nước và chất dinh dưỡng. Vì vậy, đây lý do tại sao một số cơ chế chống chịu stress mặn và hạn hán lại trùng lặp với nhau.

Funo hy vọng bài viết trên đã giúp nhà nông hiểu rõ hơn về tác dụng của Silic trong điều kiện canh tác ngày càng khó khăn (stress mặn, stress hạn). Funo cung cấp sản phẩm CYTOSICA với thành phần Silic, Canxi, Magie nồng độ cao được nhập khẩu từ Tây Ban Nha. Mọi chi tiết vui lòng liên hệ 0911 3111 00 để được tư vấn chi tiết và miễn phí.