Cung cấp amoni giúp tăng cường sự xâm nhập và tích lũy auxin từ chồi vào mạch rễ, tạo ra nguồn auxin cho sự di chuyển của auxin vào rễ phụ. Sự hấp thụ amoni phụ thuộc AMT kích thích giải phóng proton, dẫn đến axit hóa bất sản sinh và proton hóa auxin (IAA) thành IAAH, chất này khuếch tán từ hệ mạch ra tế bào biểu bì phủ lên rễ phụ. Sự xâm nhập một cách thuận lợi của auxin đã được proton hóa vào tế bào vỏ và biểu bì giúp tăng cường biểu hiện của các enzym nới lỏng thành tế bào, làm giảm sức đề kháng cơ học cần thiết cho sự xuất hiện của rễ phụ.

Nguồn: IPK / Ying Liu.

Những thay đổi trong cấu trúc rễ và các cơ chế tích hợp các tín hiệu dinh dưỡng bên ngoài ảnh hưởng đến sự phát triển của hệ rễ. Giáo sư Nicolaus von Wirén từ Viện Di truyền thực vật và Nghiên cứu cây trồng Leibniz (IPK) thông tin rằng nguồn cung cấp đạm tại chỗ kích thích sự tích tụ của auxin trong mạch rễ và thúc đẩy sự khuếch tán auxin và hình thành rễ phụ để xây dựng hệ thống rễ phụ.

Do mọi quá trình phát triển rễ phụ, bao gồm sự hình thành, sự nảy sinh và sự kéo dài đều được điều chỉnh bởi auxin, câu hỏi đặt ra là làm thế nào auxin phản ứng với sự hiện diện của lượng đạm sẵn có trong đất, một nguồn nitơ chính trong đất tự nhiên và nông nghiệp. Giáo sư von Wirén cho biết sự hấp thụ amoni của rễ gây ra sự thay đổi pH, chuyển hormone thực vật auxin thành dạng proton cho phép auxin khuếch tán vào các tế bào rễ bên ngoài, nơi nó kích hoạt sự xuất hiện của rễ phụ và các kết quả nghiên cứu này hiện đã được công bố trên tạp chí khoa học Nature Plants.

Theo dõi pH và auxin cho thấy sự hấp thụ amoni làm axit hóa quá trình apoplast của rễ, tức là không gian thành tế bào, làm tăng sự xâm nhập của auxin đã được proton hóa vào các tế bào biểu bì phủ lên rễ phụ và sau đó thúc đẩy sự xuất hiện của chúng từ rễ chính. Mặc dù thực vật thiếu nitơ nhưng cũng tích lũy auxin trong hệ mạch của rễ, giống như rễ được cung cấp amoni, tuy nhiên chúng có một apoplast kiềm hơn xung quanh mạch dẫn, duy trì auxin trong các mô này và ngăn cản sự xuất hiện của rễ phụ. Nói một cách dễ hiểu, sự tiếp xúc của rễ với amoni làm cho rễ mất kiểm soát trong việc vận chuyển hormone thúc đẩy tăng trưởng này.

Việc auxin xâm nhập vào tế bào vỏ và biểu bì giúp tăng cường biểu hiện của các gen liên quan đến quá trình nới lỏng thành tế bào, làm giảm sức đề kháng cơ học cần thiết cho sự hình thành rễ phụ. GS. Von Wirén cho biết sự khuếch tán của auxin phụ thuộc vào pH, nó được xem là một cơ chế điều chỉnh khả năng sử dụng chất dinh dưỡng dao động trong cấu trúc hệ thống rễ.

Trong đất, sự xuất hiện của rễ phụ do amoni kích hoạt không chỉ liên quan đến việc định hình cấu trúc hệ thống rễ trong điều kiện thiếu nguồn đạm sẵn có trong môi trường tự nhiên mà còn liên quan đến sản xuất cây nông nghiệp, ví dụ: khi rễ tiếp xúc với đất giàu chất hữu cơ sẽ giải phóng amoni qua quá trình khoáng hóa.

Theo Giáo sư Von Wirén để giảm lượng phân bón, nitơ đầu vào được thay thế bằng cách rải các loại phân bón gốc amoni photphat hòa tan vào đất. Các nguồn amoni như vậy đã được chứng minh là tăng cường sự hình thành rễ phụ của các loại cây trồng trên đồng ruộng cũng như đồng cung cấp và hấp thụ phân lân. Vì phân lân thường kích thích sự kéo dài của rễ phụ trong khi amoni kích thích sự hình thành của rễ phụ, nên có thể suy đoán rằng sự phát triển rễ phụ phụ thuộc vào chất dinh dưỡng có thể được khai thác thêm để tối ưu hóa sự thích nghi của cấu trúc hệ thống rễ cây trồng với các biện pháp quản lý chất dinh dưỡng trong nông nghiệp.

Mai Thanh Trúc theo Phys.org