Trong tự nhiên, cây trồng luôn phải đối mặt với vô số yếu tố bất lợi (stress) đến từ cả môi trường và sinh vật xung quanh. Những dạng stress phi sinh học như hạn, mặn, ngập úng, nhiệt độ cực đoan hay độc kim loại khiến cây mất nước, rối loạn trao đổi chất và suy giảm năng suất. Còn stress sinh học do nấm, vi khuẩn, tuyến trùng hay virus gây ra lại phá hủy mô tế bào, ức chế quang hợp và dẫn đến thoái hóa toàn cây.
Để tồn tại, thực vật đã tiến hóa một hệ thống tín hiệu phức tạp giúp phát hiện, phản ứng và thích nghi với các dạng stress này. Trong đó, Brassinosteroid (BR) – một nhóm hormone steroid tự nhiên – được xem là “trung tâm điều phối tín hiệu” giúp cây vừa duy trì tăng trưởng, vừa kích hoạt các cơ chế phòng vệ sinh học khi cần thiết. Không chỉ dừng ở việc điều hòa sinh trưởng, BR còn giúp cây ổn định màng tế bào, giảm stress oxy hóa, kích hoạt hệ enzyme bảo vệ và khởi phát miễn dịch cảm ứng toàn thân.
Chính vì vậy, Brassinosteroid đang trở thành một trong những hướng nghiên cứu trọng tâm của nông nghiệp sinh học hiện đại, nhằm giúp cây trồng thích nghi linh hoạt, giảm tổn thất năng suất và phát triển bền vững hơn trong điều kiện khí hậu khắc nghiệt.
Vậy điều gì khiến Brassinosteroid có thể giúp cây vượt qua được những thử thách sinh học và phi sinh học đó? Và cơ chế nào đứng sau khả năng “tự vệ thông minh” mà BR mang lại? Bài viết dưới đây sẽ lý giải chi tiết các cơ chế này và gợi mở hướng ứng dụng thực tiễn cho nhà nông trong quản lý stress cây trồng.
📌 Gợi ý đọc thêm: [Vai trò của Brassinosteroid trong điều hòa sinh trưởng và năng suất]
Khái niệm về stress sinh học và phi sinh học ở cây trồng
Trong quá trình sinh trưởng, cây trồng liên tục chịu tác động từ hai nhóm yếu tố bất lợi chính: stress phi sinh học (abiotic stress) và stress sinh học (biotic stress). Mỗi nhóm gây tổn thương theo cơ chế khác nhau, nhưng đều dẫn đến rối loạn cân bằng nội bào, stress oxy hóa và giảm năng suất nghiêm trọng nếu không được điều hòa kịp thời.
2.1. Stress phi sinh học
Đây là nhóm stress do yếu tố vật lý hoặc hóa học của môi trường gây ra, bao gồm:
- Hạn và mặn: làm giảm áp suất thẩm thấu, mất nước tế bào, rối loạn hấp thu ion.
- Nhiệt độ cao hoặc thấp: gây biến tính protein, phá vỡ cấu trúc màng và giảm hoạt tính enzyme.
- Ngập úng, thiếu oxy: ức chế hô hấp rễ, làm rễ thối và giảm trao đổi khí.
- Kim loại nặng và ô nhiễm: gây ngộ độc tế bào, phá hủy lục lạp và ức chế quá trình quang hợp.
- Thiếu hoặc dư sáng, thiếu dinh dưỡng: làm giảm tổng hợp diệp lục và phá vỡ cân bằng sinh lý.
Những yếu tố này khiến cây tích lũy các gốc tự do (ROS) – sản phẩm phụ độc hại của quá trình trao đổi chất. Khi ROS vượt quá khả năng kiểm soát, tế bào bị oxy hóa, màng lipid bị hư hại và các enzyme bị bất hoạt.
2.2. Stress sinh học
Khác với stress vật lý, stress sinh học bắt nguồn từ sự tấn công của sinh vật gây hại, bao gồm:
- Nấm bệnh (như Phytophthora, Fusarium, Colletotrichum) gây thối rễ, héo rũ, thán thư.
- Vi khuẩn và virus, phá vỡ mô dẫn, gây vàng lá, xoăn ngọn, biến dạng lá.
- Tuyến trùng, côn trùng gây tổn thương cơ học, tạo điều kiện cho mầm bệnh xâm nhập.
Những tác nhân này không chỉ gây hại trực tiếp mà còn kích hoạt phản ứng stress oxy hóa, tương tự như stress phi sinh học, khiến cây mất năng lượng, giảm khả năng quang hợp và suy yếu khả năng sinh sản.
2.3. Vai trò của Brassinosteroid trong phản ứng stress
Brassinosteroid (BR) hoạt động như một chất điều hòa tín hiệu sinh học đa hướng, có khả năng kích hoạt gen và enzyme phòng vệ giúp cây chống lại cả hai nhóm stress trên.
Với stress phi sinh học, BR giúp ổn định màng tế bào, duy trì áp suất thẩm thấu và giảm tổn thương do oxy hóa.
Với stress sinh học, BR kích hoạt cơ chế miễn dịch cảm ứng (Induced Systemic Resistance – ISR), giúp cây tạo ra protein phòng vệ, tăng độ dày thành tế bào và ngăn chặn xâm nhiễm của mầm bệnh.
Nhờ khả năng điều phối linh hoạt này, BR không chỉ giúp cây giảm thiệt hại tạm thời mà còn tăng “sức đề kháng lâu dài”, duy trì năng suất và sức sống ổn định trong những môi trường canh tác khắc nghiệt.
Cơ chế chống chịu stress phi sinh học của Brassinosteroid
Khi cây trồng đối mặt với những điều kiện bất lợi như hạn, mặn, nhiệt độ cực đoan hay độc kim loại, toàn bộ quá trình trao đổi chất trong tế bào bị rối loạn, màng sinh học mất ổn định và gốc tự do (ROS) tăng mạnh. Trong tình huống đó, Brassinosteroid (BR) đóng vai trò như “hệ thống điều phối khẩn cấp”, kích hoạt hàng loạt cơ chế bảo vệ giúp cây duy trì sự sống và phục hồi nhanh chóng sau stress.
3.1. Ổn định màng tế bào và duy trì cân bằng nước
Một trong những phản ứng đầu tiên của cây khi gặp stress phi sinh học là mất cân bằng nước và ion, dẫn đến héo lá, teo mô và chết tế bào. BR giúp cây tăng cường khả năng giữ nước nội bào bằng cách kích thích tổng hợp các hợp chất hữu cơ như proline và glycine betaine. Hai chất này hoạt động như “chất chống khô” tự nhiên, giúp duy trì áp suất thẩm thấu, ổn định cấu trúc protein và ngăn hiện tượng co rút tế bào.
Ngoài ra, BR còn giúp giảm rò rỉ ion từ tế bào, bảo vệ màng lipid khỏi peroxy hóa – quá trình gây tổn thương nghiêm trọng trong điều kiện stress nhiệt hoặc mặn. Ở cây lúa, cà chua và dưa lưới, việc xử lý BR đã chứng minh khả năng giảm tích lũy ion Na⁺ và duy trì tỷ lệ Na⁺/K⁺ cân bằng, nhờ đó hạn chế độc tính muối và giúp cây tiếp tục phát triển bình thường trong đất mặn.
3.2. Tăng hoạt động của hệ thống enzyme chống oxy hóa
Stress phi sinh học thường đi kèm với sự gia tăng đột ngột của các gốc oxy tự do (ROS) – nguyên nhân chính gây oxy hóa màng tế bào, phá hủy lục lạp và ty thể. Brassinosteroid giúp kích hoạt mạnh mẽ hệ thống enzyme chống oxy hóa nội sinh, bao gồm:
- Superoxide dismutase (SOD): chuyển gốc superoxide (O₂⁻) thành hydrogen peroxide (H₂O₂) ít độc hơn.
- Catalase (CAT) và Peroxidase (POD): phân giải H₂O₂ thành nước và oxy, ngăn ngừa peroxy hóa lipid.
Nhờ cơ chế này, BR giúp duy trì cấu trúc bền vững của màng tế bào, bảo vệ hệ thống quang hợp và hô hấp, cho phép cây tiếp tục hoạt động sinh lý bình thường ngay cả khi chịu hạn, nóng hay ngập úng.
3.3. Điều hòa hormone và tín hiệu nội bào
Trong điều kiện stress, cây thường tăng tổng hợp Abscisic acid (ABA) – hormone ức chế sinh trưởng và đóng khí khổng để giảm thoát hơi nước. Tuy nhiên, khi ABA tăng quá mức, cây dễ ngừng quang hợp và mất cân bằng năng lượng. BR giúp điều hòa phản ứng này theo hướng đối kháng một phần với ABA, giữ cho khí khổng vẫn hoạt động ở mức tối ưu, nhờ đó cây duy trì trao đổi CO₂ và giảm hiện tượng héo lá.
Bên cạnh đó, BR còn kích hoạt các đường tín hiệu MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinase) – hệ thống giúp truyền tín hiệu stress đến nhân tế bào, điều chỉnh hoạt động gen bảo vệ. Trong điều kiện nhiệt cao, BR tăng biểu hiện HSPs (Heat Shock Proteins) – nhóm protein “chống sốc nhiệt” giúp bảo vệ enzyme và cấu trúc protein khỏi biến tính.
Ngược lại, khi gặp nhiệt độ thấp, BR thúc đẩy gen CBF1/CBF2 – nhóm gen kiểm soát khả năng chống đông và duy trì tính linh hoạt của màng, giúp cây chịu lạnh tốt hơn mà không bị hoại mô.
3.4. Giảm độc tính kim loại nặng
Trong môi trường đất ô nhiễm hoặc có hàm lượng kim loại nặng cao (Cd, Pb, Cu, Zn…), cây dễ bị stress do tích lũy ion độc trong rễ và thân. Brassinosteroid giúp kích thích tổng hợp các hợp chất chelate tự nhiên như phytochelatin và glutathione, có khả năng gắn và cô lập ion kim loại trong không bào. Đồng thời, BR còn tăng cường hoạt tính enzyme khử độc (detoxifying enzymes), giúp phân giải hoặc chuyển hóa các chất oxy hóa độc hại.
Kết quả là cây giảm tổn thương mô rễ, duy trì khả năng hấp thu dinh dưỡng và phục hồi sinh trưởng nhanh sau stress độc kim loại.
Nhờ sự phối hợp của các cơ chế trên, Brassinosteroid trở thành “hormone sinh tồn” thực thụ, giúp cây tự cân bằng sinh lý và hạn chế tối đa tổn thất do stress phi sinh học – một trong những thách thức lớn nhất của canh tác nông nghiệp hiện nay.
📌 Gợi ý đọc thêm: [Brassinosteroid và tương tác với hormone trong phản ứng stress]
Cơ chế chống chịu stress sinh học của Brassinosteroid
Nếu stress phi sinh học xuất phát từ các yếu tố vật lý – hóa học, thì stress sinh học (biotic stress) là kết quả của sự tấn công từ sinh vật gây hại như nấm, vi khuẩn, tuyến trùng, côn trùng hoặc virus. Những tác nhân này không chỉ phá hủy mô thực vật mà còn làm suy yếu hệ thống phòng vệ tự nhiên, khiến cây dễ mắc bệnh và giảm năng suất. Trong bối cảnh đó, Brassinosteroid (BR) đóng vai trò như một “tín hiệu khởi phát miễn dịch”, giúp cây chủ động kích hoạt các phản ứng phòng vệ ở cả cấp độ tế bào lẫn toàn cơ thể.
4.1. Kích hoạt cơ chế miễn dịch cảm ứng – ISR (Induced Systemic Resistance)
Khác với các thuốc trừ bệnh tác động trực tiếp lên mầm bệnh, BR hoạt động gián tiếp bằng cách kích thích hệ thống miễn dịch cảm ứng (ISR) của cây. Khi có tín hiệu tấn công từ nấm hoặc vi khuẩn, BR kích hoạt các gen phòng vệ (Pathogenesis-Related – PR) như PR1, PR2, PR5, giúp tế bào nhanh chóng tổng hợp các enzyme chitinase, β-1,3-glucanase và peroxidase – những protein có khả năng phân giải vách tế bào nấm và hạn chế sự phát triển của vi sinh vật gây hại.
Đồng thời, BR còn khuếch đại tín hiệu Jasmonic Acid (JA) và Ethylene (ET) – hai hormone chính điều khiển phản ứng ISR, tạo nên hệ thống phòng vệ toàn thân. Nhờ đó, cây không chỉ bảo vệ được vùng bị nhiễm mà còn tăng cường sức đề kháng ở các bộ phận chưa bị tấn công, giúp hạn chế lây lan và tái nhiễm.
Các thí nghiệm cho thấy, ở cây cà chua, dưa lưới và lúa, việc xử lý BR làm giảm rõ rệt tỷ lệ nhiễm bệnh sương mai, thán thư và héo rũ – nhờ cây chủ động hình thành “lá chắn sinh học” trước khi mầm bệnh phát triển mạnh.
4.2. Tăng cường thành tế bào và ngăn chặn xâm nhiễm
Bên cạnh việc kích hoạt hệ gen phòng vệ, Brassinosteroid còn giúp củng cố cấu trúc vật lý của cây trồng – tuyến phòng thủ đầu tiên chống lại sự xâm nhập của sinh vật gây hại.
BR kích hoạt enzyme phenylalanine ammonia-lyase (PAL) – mắt xích quan trọng trong quá trình tổng hợp lignin, phenolic và phytoalexin, những hợp chất giúp làm dày và cứng thành tế bào, ngăn mầm bệnh xâm nhập vào mô rễ và lá. Đồng thời, các hợp chất phenolic có tính kháng khuẩn tự nhiên, giúp ức chế quá trình nảy mầm và phát triển của bào tử nấm.
Nhờ sự củng cố này, cây xử lý BR thể hiện khả năng kháng bệnh cơ học tốt hơn: mô lá ít bị thủng, rễ ít bị thối, vết bệnh lan chậm hơn và tỷ lệ tái nhiễm thấp hơn đáng kể so với cây đối chứng.
4.3. Kết hợp tín hiệu với Jasmonic Acid (JA) và Salicylic Acid (SA)
Hệ thống phòng vệ của cây là kết quả của sự phối hợp tinh tế giữa nhiều hormone, trong đó Brassinosteroid, Jasmonic Acid (JA) và Salicylic Acid (SA) là ba “trục tín hiệu” quan trọng nhất.
Ở giai đoạn đầu nhiễm bệnh, BR tăng cường tín hiệu JA để kích hoạt phản ứng phòng vệ nhanh – sản xuất enzyme tiêu diệt mầm bệnh và cô lập vùng nhiễm.
Ở giai đoạn sau, BR điều hòa cân bằng JA – SA, tránh cho cây “phản ứng quá mức”, vì phản ứng miễn dịch quá mạnh sẽ làm giảm quang hợp và ức chế sinh trưởng.
BR còn giúp duy trì trạng thái sinh lý ổn định, đảm bảo quá trình phát triển không bị gián đoạn ngay cả khi cây đang trong tình trạng kháng bệnh.
Thực nghiệm trên cây cà chua cho thấy, xử lý BR kết hợp với JA giúp giảm tới hơn 50% tỷ lệ nhiễm bệnh sương mai so với cây không xử lý, đồng thời cây vẫn duy trì tốc độ phát triển bình thường.
Tổng hợp lại, có thể xem Brassinosteroid là cầu nối giữa “phát triển” và “phòng vệ” – giúp cây trồng không phải lựa chọn giữa sinh trưởng hay kháng bệnh, mà có thể làm cả hai song song một cách tối ưu.
📌 Gợi ý đọc thêm: [Tương tác giữa Brassinosteroid, Jasmonic acid và Salicylic acid trong miễn dịch cây trồng]
Ứng dụng thực tiễn của Brassinosteroid trong quản lý stress nông nghiệp
Những hiểu biết về cơ chế sinh học của Brassinosteroid (BR) đã mở ra hướng ứng dụng rất thực tiễn trong sản xuất nông nghiệp hiện đại. Thay vì chỉ sử dụng BR như một chất kích thích sinh trưởng, các nhà canh tác và chuyên gia sinh học hiện nay xem BR như “một yếu tố phòng hộ sinh học đa năng” – có thể chủ động bảo vệ, phục hồi và nâng cao sức chống chịu của cây trước nhiều loại stress khác nhau.
5.1. Ứng dụng trong phòng và phục hồi stress phi sinh học
BR đặc biệt hữu hiệu khi được phun trước hoặc ngay sau khi cây chịu tác động bất lợi như nắng nóng, mưa lớn, ngập úng hay phun thuốc BVTV mạnh. Trong các trường hợp này, BR hoạt động như chất ổn định sinh lý, giúp cây giảm sốc, phục hồi nhanh và tái lập cân bằng nội bào.
Khi nắng nóng kéo dài: BR tăng tổng hợp protein chống sốc nhiệt (HSPs), giúp lá không cháy và hạn chế héo sinh lý.
Sau mưa hoặc ngập úng: BR kích hoạt enzyme chống oxy hóa, giảm tổn thương mô rễ và thúc đẩy mọc rễ mới.
Sau phun thuốc BVTV: BR giúp giải độc nội sinh, giảm vàng lá, rụng nụ và giúp cây bật đọt trở lại nhanh hơn.
Nhiều mô hình canh tác lúa và rau màu ở miền Tây Việt Nam cho thấy phun BR 0,03–0,05 ppm ngay sau mưa hoặc stress nhiệt giúp cây hồi phục chỉ sau 2–3 ngày, bộ lá xanh trở lại, rễ non mọc khỏe và năng suất không bị suy giảm đáng kể.
5.2. Ứng dụng trong kiểm soát stress sinh học
Trong điều kiện áp lực bệnh hại cao, việc sử dụng BR như một tín hiệu kích hoạt miễn dịch tự nhiên giúp cây giảm phụ thuộc vào thuốc hóa học.
Trên cây lúa: xử lý BR giúp giảm tỷ lệ nhiễm đạo ôn và lem lép hạt, do cây chủ động kích hoạt gen phòng vệ sớm.
Trên cây cà chua và dưa lưới: phun BR giai đoạn ra hoa – nuôi trái giúp giảm rụng hoa và trái non khi gặp thời tiết khắc nghiệt, đồng thời tăng sức đề kháng với bệnh sương mai, héo rũ.
Trên sầu riêng: kết hợp BR với Amino và Bo ở giai đoạn trái non giúp giảm rụng sinh lý sau mưa, phục hồi mô rễ và lá nhanh hơn, duy trì khả năng nuôi trái ổn định.
Hiệu quả của BR còn tăng rõ rệt khi phối hợp cùng Amino acid, Humic acid hoặc vi lượng sinh học (Zn, Bo, Ca), vì sự kết hợp này vừa kích hoạt phản ứng sinh học bên trong, vừa cung cấp vật chất để tái tạo tế bào tổn thương.
5.3. Xu hướng ứng dụng trong nông nghiệp sinh học
Nhờ đặc tính tự nhiên, không gây dư lượng và tương thích với các chế phẩm sinh học khác, BR đang được xem là “trụ cột hormone” trong thế hệ sản phẩm kích thích sinh học (biostimulant) mới.
Các nhà sản xuất hiện đã đưa BR vào công thức kết hợp đa thành phần, gồm BR + Amino + vi lượng chelate, giúp cây vừa tăng sức đề kháng, vừa phát triển cân đối.
Một số nghiên cứu trong canh tác hữu cơ cho thấy BR có thể thay thế hoàn toàn thuốc phục hồi sau stress, đặc biệt trên cây ăn trái và rau màu.
BR còn được thử nghiệm trong hệ thống nhỏ giọt nhà màng, kết hợp với chương trình bón phân dinh dưỡng để duy trì sức bền sinh lý của cây trong điều kiện khép kín.
Nhờ khả năng thích ứng linh hoạt, BR không chỉ là “công cụ giảm stress” mà còn là thành phần cốt lõi trong các quy trình IPM (Integrated Plant Management) hướng đến nông nghiệp bền vững – ít phụ thuộc hóa chất – an toàn cho môi trường.
📌 Gợi ý đọc thêm: [Ứng dụng Brassinosteroid trong nông nghiệp hiện đại]
Kết luận
Trong bức tranh tổng thể về sinh lý thực vật, Brassinosteroid (BR) không chỉ giữ vai trò là hormone điều hòa sinh trưởng, mà còn là “lá chắn sinh học tự nhiên” giúp cây trồng thích nghi và chống chịu trước những biến động khắc nghiệt của môi trường. Từ cấp độ tế bào đến toàn cơ thể, BR tham gia vào mạng lưới điều phối phức tạp – nơi sinh trưởng, phòng vệ và phục hồi được gắn kết chặt chẽ, đảm bảo cây vẫn duy trì được năng suất ngay cả trong điều kiện bất lợi.
Với stress phi sinh học, BR kích hoạt hệ thống enzyme chống oxy hóa (SOD, CAT, POD), tăng tổng hợp proline, glycine betaine để giữ nước và ổn định màng tế bào, đồng thời điều hòa tín hiệu hormone giúp cây duy trì quang hợp và cân bằng năng lượng. Với stress sinh học, BR khởi phát miễn dịch cảm ứng toàn thân (ISR), tăng biểu hiện các gen phòng vệ (PR1, PR2, PR5) và tổng hợp các hợp chất bảo vệ như lignin, phenolic, phytoalexin – tạo nên tuyến phòng thủ kép, vừa hóa học vừa cơ học, giúp cây kháng lại nấm, vi khuẩn và virus.
Nhờ sự linh hoạt này, Brassinosteroid được xem là “chất điều hòa trung tâm” trong quản lý stress nông nghiệp, mang đến lợi ích kép: duy trì sinh trưởng và giảm phụ thuộc vào hóa chất. Khi kết hợp BR với Amino acid, Humic, vi lượng sinh học và vi sinh vật có lợi, hiệu quả còn được khuếch đại, tạo nên hướng đi mới cho nông nghiệp sinh học bền vững – nơi cây trồng phát triển tự nhiên, năng suất cao và thân thiện môi trường.
Tương lai của BR không chỉ dừng lại ở vai trò hormone, mà sẽ trở thành nền tảng cho thế hệ chế phẩm chống stress sinh học – một giải pháp chiến lược giúp nhà nông chủ động ứng phó biến đổi khí hậu, bảo vệ đất, và hướng tới canh tác hiệu quả, an toàn, lâu dài.
⏩⏩ Mời quý vị và các bạn quan tâm theo dõi các nền tảng truyền thông để tìm hiểu, trao đổi và chia sẻ thêm về các kinh nghiệm trong đầu tư và sản xuất nông nghiệp cùng cộng đồng và chuyên gia tại:
- Youtube: Youtube.com/@Kythuattrongcayvn
- Facebook Page: Facebook.com/kythuattrongcay.vn/
- Facebook Group: Facebook.com/6441565519262518
- Tiktok: Tiktok.com/@kythuattrongcay.vn
