Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt nano kim loại (coban, bạc, sắt và đồng) đến quá...

Tài liệu Nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt nano kim loại (coban, bạc, sắt và đồng) đến quá trình chuyển gen vào giống đậu tương việt nam

.PDF
69
288
98

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------------- Nguyễn Trung Anh “Nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt nano kim loại (coban, bạc, sắt và đồng) đến quá trình chuyển gen vào giống đậu tương Việt Nam” LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Nguyễn Văn Đồng PGS.TS. Đỗ Thị Hoa Viên Hà Nội – Năm 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 Tác giả luận văn Nguyễn Trung Anh 1 LỜI CẢM ƠN Trước tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Văn Đồng, Giám đốc Phòng Thí nghiệm Trọng điểm quốc gia Công nghệ Tế bào thực vật, Viện Di truyền Nông nghiệp – người thầy luôn kiên nhẫn và hết lòng hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình tôi thực hiện luận văn. Tôi xin gửi tới PGS.TS. Đỗ Thị Hoa Viên, Viện Công nghệ Sinh học & Công nghệ Thực phẩm lời cảm ơn chân thành, người đã luôn hỗ trợ và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với sự giúp đỡ nhiệt tình, những ý kiến đóng góp quý báu cũng như sự chỉ dẫn tận tình của TS. Hà Văn Chiến trong suốt quá trình tôi thực hiện và hoàn thành luận văn cùng tập thể cán bộ Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Tế bào Thực vật – Viện Di truyền Nông Nghiệp về sự nhiệt tình giúp đỡ và đã tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi có thể thực hiện được đề tài này một cách suôn sẻ và thuận lợi. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Viện Di truyền Nông nghiệp và Viện Công nghệ Môi trường đã hỗ trợ và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn Cuối cùng, tôi xin gửi tới bố mẹ, anh chị, người thân cùng bạn bè lời cảm ơn thân thương nhất - những người đã luôn sát cánh, quan tâm và dành cho tôi tình cảm chân thành trong suốt thời gian tôi học tập và hoàn thành luận văn này cũng như đã luôn luôn bên cạnh và ủng hộ tôi trong cuộc sống. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2017 Học viên cao học Nguyễn Trung Anh 2 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................................ 1 MỞ ĐẦU ............................................................................................................................. 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ............................................................................................. 11 1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tương ......................................................................... 11 1.1.1. Nguồn gốc và tình hình sản xuất đậu tương ........................................................ 11 1.1.2. Giá trị của cây đậu tương đối với con người ....................................................... 14 1.1.3. Một số giống đậu tương ở Việt Nam ................................................................... 15 1.2. Hạt nano kim loại và vai trò của các hạt kim loại lên cây trồng ............................. 17 1.2.1. Định nghĩa về vật liệu hạt nano ........................................................................... 17 1.2.2. Ảnh hưởng của hạt kim loại nano tới cây trồng................................................... 17 1.3. Gen bar .................................................................................................................... 20 1.4. Chọn tạo giống đậu tương bằng phương pháp chuyển gen ..................................... 21 1.5. Thực trạng nghiên cứu biến nạp gen vào đậu tương ............................................... 23 1.6. Các nghiên cứu về ứng dụng hạt nano trong nông nghiệp tại Việt Nam ................ 25 CHƯƠNG 2 - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ............................................................. 27 2.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................................... 27 2.2. Vật liệu nghiên cứu ................................................................................................. 27 2.2.1. Vật liệu .................................................................................................................... 27 2.2.2. Hóa chất và môi trường .......................................................................................... 28 2.2.3. Thiết bị và dụng cụ .................................................................................................. 29 2.2.4. Trình tự mồi và enzyme cắt giới hạn sử dụng trong nghiên cứu ............................. 29 3 2.3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 30 2.3.1. Phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens ........... 30 2.3.2. Chọn lọc cây con ra đất bằng Basta......................................................................... 32 2.3.3. Phương pháp tách chiết ADN tổng số từ mẫu lá ..................................................... 32 2.4.4. Phương pháp nhân bản trình tự ADN bằng kỹ thuật PCR ...................................... 33 2.5. Các chỉ tiêu đánh giá .................................................................................................. 34 2.5. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu ...................................................................... 35 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................... 36 3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hạt nano đến quá trình chuyển gen vào giống đậu tương ĐT22 ................................................................................................................. 36 3.1.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hạt nano đơn lẻ đến từng giai đoạn trong quá trình chuyển gen vào đậu tương ĐT22 bằng A. tumefaciens ..................................... 36 3.1.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của hạt nano kết hợp đôi lên quá trình chuyển gen vào đậu tương ĐT22 bằng Agrobecterium tumefaciens ............................................. 44 3.2. Phân tích hiệu quả tiếp nhận gen của đậu tương ĐT22 dưới tác động của hạt nano đơn lẻ và nano kết hợp đôi bằng phương pháp PCR ......................................................... 52 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ..................................................................... 56 4.1. Kết luận....................................................................................................................... 56 4.2. Kiến nghị .................................................................................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 57 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 64 4 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Tình hình sản xuất đậu tương của 4 quốc gia đứng đầu thế giới trong những năm gần đây ..................................................................................................12 Bảng 1.2: Sản lượng đậu tương của Việt Nam trong những năm gần đây ..............13 Bảng 2.1: Trình tự cặp mồi sử dụng trong thí nghiệm .............................................29 Bảng 2.2:Thành phần phản ứng PCR .......................................................................33 Bảng 3.1: Ảnh hưởng của các hạt nano đơn lẻ đến khả năng phát sinh đa chồi của đậu tương ..................................................................................................................36 Bảng 3.2: Ảnh hưởng của các loại hạt nano đơn lẻ ở giai đoạn sống sót sau chọn lọc của đậu tương trong quá trình chuyển gen .........................................................39 Bảng 3.3: Tỉ lệ cây con sống sót sau khi phun basta ................................................42 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của hạt nano kết hợp đôi tới việc tạo đa chổi trong chuyển gen vào đậu tương ĐT22 ..........................................................................................45 Bảng 3.5: Ảnh hưởng của hạt nano kết hợp đôi đến khả năng sống sót sau chọn lọc của đậu tương trong quá trình chuyển gen ...............................................................47 Bảng 3.6: Tỉ lệ cây con sống sót sau khi phun basta ................................................50 Bảng 3.7: Kết quả phân tích PCR các dòng đậu tương chuyển gen.........................53 5 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ....................... 19 Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc vector pZY101 .................................................................. 28 Hình 3.1: Khả năng phát sinh đa chồi của đậu tương ở các công thức thí nghiệm... 37 Hình 3.2: Khả năng đa chồi sống sót trong môi trường chọn lọc của đậu tương ở các công thức thí nghiệm ................................................................................................. 40 Hình 3.3: Các chồi của đậu tương được kéo dài trên môi trường SEM ................... 41 Hình 3.4: Cây đậu tuơng chuyển gen trên môi trường ra rễ RM .............................. 42 Hình 3.5: Cây đậu tuơng chuyển gen và đối chứng trước khi phun và sau 6 ngày phun Basta nồng độ 100 mg/l.................................................................................... 43 Hình 3.6: Ảnh hưởng của hạt nano kim loại đơn lẻ (Ag, Co, Fe, Cu) trong quá trình chuyển gen................................................................................................................. 44 Hình 3.7: Khả năng phát sinh đa chồi của đậu tương ở các công thức thí nghiệm sau 14 ngày trên môi trường kích thích ra chồi ............................................................... 46 Hình 3.8: Khả năng đa chồi sống sót trong môi trường chọn lọc của đậu tương ở các công thức thí nghiệm ................................................................................................. 48 Hình 3.9: Các chồi của đậu tương trong môi trường kéo dài và môi trường ra rễ.... 49 Hình 3.10: Cây đậu tuơng chuyển gen và đối chứng trước khi phun và sau 6 ngày phun Basta nồng độ 100 mg/l.................................................................................... 50 Hình 3.11: Ảnh hưởng của hạt nano kim loại đơn lẻ (Ag, Co, Fe, Cu) trong quá trình chuyển gen................................................................................................................. 51 Hình 3.12: Kết quả tách chiết DNA tổng số của các dòng đậu tương chuyển gen To ................................................................................................................................... 52 6 Hình 3.13: Kết quả PCR kiểm tra sự có mặt của gen bar trong cây đậu tương chuyển gen T0 ........................................................................................................................ 53 7 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT A.tumefaciens Agrobacterium tumefaciens ADN Axit deoxyribonucleic AS Acetosyringone BAP 6 – benzylaminopurine Bar Gen mã hóa cho enzyme phosphinothricin acetyl transferase BGĐ Biến đổi gen Bp Base pair CCM Cocultivation medium – môi trường đồng nuôi cấy Cs Cộng sự dNTP Deoxynucleoside triphosphate ĐT22 Giống đậu tương ĐT22 ĐT26 Giống đậu tương ĐT26 DT84 Giống đậu tương DT84 ĐVN9 Giống đậu tương ĐVN9 EDTA Ethylene Diamine Tetra Acetic GA3 Gibberelic acid GM Germination medium – môi trường nảy mầm hạt IBA Indole-3-butyric acid Kb Kilo base OD Optical density PCR Polymerase chain reaction – phản ứng chuỗi polymerase RM Rooting medium – môi trường ra rễ SDS Sodium dodecysulfat SEM Shoot elongation medium – môi trường kéo dài chồi SIM Shoot induction medium – môi trường tạo đa chồi T0 Cây chuyển gen TAE Tris – acetate – EDTA v/p vòng/phút YEP Yeast extract peptone GSO Tổng cục Thống kê Việt Nam 8 MỞ ĐẦU Đậu tương (Glycine max L. Merr) hay còn gọi là đỗ tương, là cây trồng có giá trị dinh dưỡng cao được các nhà khoa học xếp vào một trong những “thực phẩm chức năng” [2] và đóng vai trò thiết yếu để nâng cao tiêu chuẩn thực phẩm cho con người ở những nước đang phát triển trong tình trạng thiếu hụt protein [26]. Lượng dầu của cây đậu tương đứng ở vị trí thứ nhất trong tổng số dầu thực vật được tiêu thụ ở thế giới (http://worldvegetableoil). Đây cũng là loại cây trồng có tác dụng trong việc luân xen canh, cải tạo đất rất hiệu quả. Ngày nay, công nghệ nano đã được triển khai nghiên cứu rộng rãi trên phạm vi toàn cầu, trong nhiều lĩnh vực khác nhau và bước đầu tạo ra những sản phẩm được ứng dụng trong đời sống của con nguời, đặc biệt trong lĩnh vực nông nghiệp. Một số những nghiên cứu đã ứng dụng các hạt nano để xử lý hạt giống nhằm cải thiện tốc độ nảy mầm và sinh trưởng, chất lượng và năng suất thu hoạch của nông sản [20]. Công nghệ nano cũng được ứng dụng trong phân bón lá bao gồm các nguyên tố vi lượng cần thiết trong từng giai đoạn phát triển của cây trồng. Việc sử dụng các công cụ hỗ trợ như cảm biến, công nghệ nano cũng có thể phát hiện và chẩn đoán nhanh các chứng bệnh do vi sinh vật gây ra cho cây trồng. Trong các nghiên cứu ứng dụng của các hạt nano trong nông nghiệp, phương pháp được sử dụng nhiều là xử lý hạt giống cây trồng với hạt nano trước khi trồng. Năm 2010, Roghayyeh và cộng sự đã nghiên cứu và thấy rằng các hạt nano sắt (Fe) có ảnh hưởng lên các đặc điểm sinh học ở đậu tương [49]. Ngoài ra, các hạt nano sắt (Fe), coban (Co) và đồng (Cu) cũng cho hiệu quả lớn khi xử lý hạt giống cây trồng, trong đó có các cây họ đậu. Hiện nay, việc tạo ra cây trồng biến đổi gen bằng kỹ thuật chuyển gen để ứng dụng vào thực tiễn nhằm nâng cao năng suất cây trồng (trong đó có cây đậu tương) đem lại lợi ích cho nền nông nghiệp là vô cùng quan trọng. Tuy nhiên, hiệu suất chuyển gen vào giống đậu tương ĐT22 đang trồng phổ biến tại Việt Nam hiện nay chỉ đạt dưới 1% [13]. Ở quy trình chuyển gen vào đậu tương bằng phương pháp tạo cụm chổi thông qua nuôi cấy in vitro nốt lá mầm của một vài giống đậu tương mô hình (William. Mark, Thom...) đã được triển khai ở một số phòng thí nghiệm, bước đầu đã cho kết quả. Tuy nhiên các giống đậu tương mô hình (William, Mark, Thom...) rất khó trồng phổ biến tại các mùa vụ ở Việt Nam, đặc biêt tại các tỉnh thuộc miền Bắc Việt 9 Nam tỉ lệ đậu quả của các giống đậu tương mô hình này còn rất hạn chế. Do đó, với mong muốn nâng cao hiệu suất chuyển gen vào đậu tương Việt Nam, chúng tôi tiến hành nghiên cứu tìm hiểu ảnh hưởng của các hạt nano kim loại lên quá trình chuyển gen vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và các nghiên cứu đã tiến hành, chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của các hạt nano kim loại (coban, bạc, sắt và đồng) đến quá trình chuyển gen vào giống đậu tương Việt Nam”. Với mong muốn phát triển và tăng hiệu quả của quy trình chuyển gen vào giống đậu tương thương mại Việt Nam Mục tiêu của đề tài Chuyển thành công gen chỉ thị kháng thuốc diệt cỏ (bar) vào giống đậu tương ĐT22 của Việt Nam và xác định ảnh hưởng của hạt nano kim loại đến quá trình chuyển gen. Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Xác định ảnh hưởng của hạt nano kim loại đơn lẻ (coban, bạc, sắt, đồng) đến quá quá trình chuyển gen vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Nội dung 2: Xác định ảnh hưởng của hỗn hợp các hạt nano kim loại (coban, bạc, sắt, đồng) ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Nội dung 3: Phân tích cây chuyển gen và đánh giá hiệu quả chuyển gen của quy trình. 10 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tương 1.1.1. Nguồn gốc và tình hình sản xuất đậu tương Nguồn gốc đậu tương Đậu tương hay còn gọi là đỗ tương là loại cây họ Đậu Fabaceae, có tên khoa học (Glycine max L. Merr) và là loài có hàm lượng protein cao được trồng để làm thức ăn cho người và gia súc [18]. Các bằng chứng về lịch sử, địa lý, khảo cổ học chỉ ra rằng đậu tương có nguồn gốc từ Trung Quốc vào khoảng thế kỉ XVII trước công nguyên và được truyền bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỉ thứ VIII, sau đó du nhập vào nhiều nước Châu Á khác như: Indonesia, Philippin, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam,… vài thế kỷ sau đó. Đậu tương là nguồn dầu thực vật và protein lớn nhất trên thế giới với quy mô canh tác lớn và tập trung ở vài quốc gia như Mỹ, Argentina, Brazil, Canada, Trung Quốc, Ấn Độ và Paraguay. Ngay cả đến ngày nay đậu tương cung cấp một nguồn protein rất quan trọng trong khẩu phần của nhiều quốc gia ở Châu Á và là một thực phẩm và sản phẩm công nghiệp cực kỳ có giá trị trên khắp Châu Á. Tình hình nghiên cứu và sản xuất đậu tương Trên thế giới Cây đậu tương là cây trồng có khả năng thích ứng rộng nên được phân bố ở khắp các châu lục và được trồng ở nhiều nước trên thế giới, tập trung ở các nước có 480 vĩ độ Bắc đến 300 vĩ độ Nam. Theo báo cáo hàng năm của ISAAA, các loại cây trồng chuyển gen được thương mại hóa ngày càng tăng qua các năm. Tính riêng năm 2016, cây trồng biến đổi gen (BĐG) được trồng rộng rãi ở các nước với tổng diện tích khoảng 185,1 triệu ha (là năm cây trồng BĐG bắt đầu thương mại hóa) và tăng 5,4 triệu ha so với năm 2015. Năm 2016, có 26 quốc gia, gồm 19 quốc gia đang phát triển và 7 nước công nghiệp, đã canh tác cây trồng BĐG. Trong đó, 54% diện tích được trồng tại các quốc gia đang phát triển và 46% diện tích tại các nước công nghiệp. Các quốc gia dẫn đầu trong việc canh tác cây trồng BĐG là Mỹ, Brazil, Argentina, Canada và Ấn Độ. Diện tích canh tác cây trồng BĐG tại 5 quốc gia này chiếm tới 91% tổng diện tích canh tác toàn cầu. Đứng đầu trong việc trồng cây trồng BĐG là Mỹ (72,9 triệu ha) tiếp đến là Brazil (49,1 triệu ha), Argentina (23,8 triệu ha), Canada (11,6 triệu ha), Ấn Độ (10,8 triệu ha). Trong số các cây trồng biến đổi gen, đậu tương luôn 11 là cây được nghiên cứu, trồng thử nghiệm và thương mại hóa với quy mô và diện tích lớn. Trong tổng số 181,1 triệu ha cây trồng BĐG thì diện tích trồng các giống đậu tương BĐG chiếm 50% diện tích canh tác cây trồng biến đổi gen trên toàn thế giới (ISAAA, 2016). Đây là sự đóng góp to lớn của các nhà chọn tạo giống đậu tương thế giới góp phần vào sự phát triển của ngành nông nghiệp toàn cầu. Theo thống kê của Tổ chức Quốc tế về tiếp thu các ứng dụng công nghệ sinh học trong Nông nghiệp (ISAAA 2016), diện tích canh tác cây trồng biến đổi gen đã tăng gấp 110 lần sau 21 năm thương mại hoá Trong năm 2016 diện tích đậu tương công nghệ sinh học chiếm 50% tổng số diện tích cây trồng trong công nghệ sinh học trên thế giới giảm 1% so với năm 2015 nhưng diện tích trồng cây đậu tương chống chịu được thuốc trừ cỏ trong năm 2016 là 23,4 triệu ha, tăng khoảng 82% so với năm 2015. Hiện nay, có 3 quốc gia sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới là Mỹ, Brazil, Argentina. Trong đó, năm 2016 Brazil là nước sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu đậu tương lớn nhất cụ thể ở bảng 2. Bảng 1.1: Tình hình sản xuất đậu tương của 4 quốc gia đứng đầu thế giới trong những năm gần đây 2015 Năm 2016 Diện tích Diện tích gieo Sản lượng trồng (triệu ha) (triệu tấn) Mỹ 32,39 57,2 31,84 106,9 Brazil 30,3 96,2 32,7 101 Argentina 21,1 61,4 18,7 58,5 Quốc Gia gieo trồng (triệu ha) Sản lượng (triệu tấn) (Nguồn FAOSTAT, 2016) Trên thế giới có 28 nước đã báo cáo việc tăng năng suất của cây đậu tương công nghệ sinh học có khả năng chịu được thuốc diệt cỏ. Ba nước phát triển lớn nhất như Mỹ, Braxin, Argentina có khu vực trồng giống đậu tương chống chịu thuốc diệt cỏ lần lượt trong năm 2016 là: Mỹ (31,84 triệu ha) giảm nhẹ so với năm 2015 là 1,7%, Braxin (12,43 triệu ha) và Argentina (18,6 triệu ha) (https://www.isaaa.org Báo cáo ISAAA 2016). Có nhiều nguyên nhân gây ra sự không ổn định về năng suất và sản 12 lượng đậu tương , một trong những nguyên nhân là do diện tích đất canh tác đậu tương ở một số nước giảm nhẹ nhưng chỉ riêng Braxin là tăng diện tích trồng đậu tương. Đáng chú ý là do tình hình biến đổi khí hậu và hạn hán là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất đậu tương trên toàn thế giới. Ở Việt Nam Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, cục trồng trọt năm 2016 cho thấy: Năm 2016, là mô ̣t năm vô cùng khó khăn với ngành Nông nghiệp nói chung và liñ h vực trồ ng tro ̣t nói riêng. Việc ảnh hưởng của điều kiện khí hậu tới năng suất của cây trồng trên cả nước trong đó có đậu tương là yếu tố quan trọng. Nhưng do những giá trị về mặt dinh dưỡng cũng như giá trị về mặt công nghiệp của cây đậu tương rất lớn nên hằng năm Việt Nam nhập khẩu một lượng lớn đậu tương từ các quốc gia khác trên thế giới (Năm 2016 diện tích trồng đậu tương đạt khoảng 98 ngàn ha, giảm 2 ngàn ha so với năm 2015, sản lượng đạt 145 ngàn tấn giảm khoảng hơn 1 nghìn tấn so với năm 2015. Dự báo trong năm 2017 Việt Nam sẽ nhập 5,2 triệu tấn đậu tương và là nước nhập khẩu đậu tương nhiều nhất thế giới). Theo tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, mưa bão nặng nề và kéo dài suốt năm đã khiến năng suất cây trồng và diện tích thu hoạch đậu tương giảm và được thống kê ở bảng 2. Bảng 1.2: Sản lượng đậu tương của Việt Nam trong những năm gần đây Năm Diện tích gieo trồ ng (nghìn ha) Năng suất (tấn/ha) Tổng sản lượng (nghìn tấn) 2013 2014 2015 2016 117,2 110,2 100 98 1,44 1,43 1,46 1,48 168,2 157,9 146 145 Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, số liệu dự báo của USDA Ở nước ta, việc ứng dụng công nghệ sinh học trong tạo giống cây trồng đã được triển khai nghiên cứu một cách đầy đủ từ khá lâu. Trong lĩnh vực biến nạp gen ở đậu tương thuộc đề tài: “Tạo các dòng đậu tương biến đổi gen kháng sâu” đã được 13 triển khai bởi nhóm nghiên cứu của TS. Trần Thị Cúc Hòa (Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long) [16]. Ngoài ra, Viện Công nghệ Sinh học cũng đã thực hiện các nghiên cứu cấp cơ sở: “Nghiên cứu và hoàn thiện kỹ thuật biến nạp gen ở đậu tương (2005 - 2006)”; phát triển hệ thống tái sinh in-vitro ở đậu tượng phục vụ cho biến nạp gen của Nguyễn Thị Thúy Hường và cs, “tạo dòng đậu chịu hạn” tại Viện Di truyền Nông nghiệp [11]. Tuy nhiên khả năng ứng dụng triển khai để tạo cây đậu tương biến đổi gen ở Việt Nam vẫn còn hạn chế. Do có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả biến nạp gen. Tuy nhiên, việc cải tiến các yếu tố nhằm tăng hiệu quả của quy trình biến nạp gen là cần thiết để đạt được tỷ lệ gen chuyển thành công cao vào giống đậu tương thương mại Việt Nam. 1.1.2. Giá trị của cây đậu tương đối với con người Đậu tương là cây trồng cạn ngắn ngày có giá trị kinh tế cao và mang lại nhiều lợi ích khác nhau. Sản phẩm của nó làm thực phẩm cho con người, thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp, hàng xuất khẩu và là cây cải tạo đất tốt. Vì thế cây đậu tương được gọi là "Ông Hoàng trong các loại cây họ đậu". Do vậy, cây đậu tương được đánh giá là cây trồng có giá trị trong nhiều lĩnh vực như: * Giá trị về dinh dưỡng Đậu tương là một trong những cây trồng thương mại được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao với protein chiếm khoảng 35,5 - 40%, lipit dao động từ 12-24%, carbohydrate từ 10-16%. Trong khi đó protein của gạo chỉ đạt 6,2 - 12%; ngô: 9,8 - 13,2%; thịt bò: 21%; thịt gà: 20%; cá là 17 - 20%; trứng là 13 - 14%. Như vậy, protein của đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong các protein có nguồn gốc động vật, thực vật khác [8]. Bên cạnh hàm lượng lớn về protein và lipit, hạt đậu tương còn chứa nhiều loại axit amin trong đó có 8 axit amin không thay thế như: Valine; Leucine; Isoleucine; Methionine; Tryptophan; Threonine; Lysine; Phenylalanine. Điều này cho thấy đây là loại hạt mà có đầy đủ các loại axit amin cần thiết. Ngoài ra, đậu tương là cây cung cấp dầu thực vật quan trọng nhất thế giới. Hạt đậu tương có chứa hàm lượng dầu béo cao hơn các loại đậu khác. Trong hạt đậu tương còn chứa nhiều loại vitamin đặc biệt là vitamin B1, B2, A, C... (vitamin C có nhiều trong giá đậu tương) [6]. Hạt đậu tương có 14 chứa nhiều hợp chất phenolic như axit chlorogenic, axit caffeic, axit ferulic acid pcoumaric. Đây là những chất chống oxy hóa tác dụng có lợi cho sức khỏe con người. Giá trị về nông nghiệp * - Làm thức ăn cho gia súc: Đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc (1 kg hạt đậu tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi). Cây đậu tương gồm: thân, lá, quả, hạt có hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân lá tươi có thể làm thức ăn cho gia súc rất tốt, hoặc nghiền khô làm thức ăn tổng hợp của gia súc. Sản phẩm phụ công nghiệp như khô dầu có thành phần dinh dưỡng khá cao: N2: 6,2%, P2O5: 0,7%, K2O: 2,4%, vì thế làm thức ăn cho gia súc rất tốt [6] - Cải tạo đất: Đậu tương là cây luân canh cải tạo đất tốt (1 ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng phát triển tốt để lại trong đất từ 30-60 kg N2). Trong hệ thống luân canh, nếu bố trí cây đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng tốt đối với cây trồng sau, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng mà giảm chi phí cho việc bón N2. Thân lá đậu tương dùng bón ruộng thay phân hữu cơ rất tốt bởi hàm lượng N2 trong thân chiếm 0,05%, trong lá: 0,19% [18]. * Giá trị về công nghiệp Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, vv…, nhưng chủ yếu đậu tương được dùng để ép dầu. Hiện nay trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật. Đặc điểm của dầu đậu tương: khô chậm, chỉ số iốt cao: 120- 127; ngưng tụ ở nhiệt độ: -15 đến -18oC. Từ dầu này người ta chế ra hàng trăm sản phẩm công nghiệp khác như: làm nến, xà phòng, v.v... [18]. 1.1.3. Một số giống đậu tương ở Việt Nam Giống đậu tương ĐT22 Tác giả: Trần Đình Long, Trần Thị Trường, Hoàng Minh Tâm, Quách Ngọc Truyền, Nguyễn Thị mỹ Hạnh, Nguyễn Thị Chúc, Lê Tuấn phong, Nguyễn Đạt Thuần. Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Giống ĐT22 do trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ chọn tạo từ dòng đột biến của hạt lai (DT95 x ĐT12) và được Hội đồng Khoa học Công nghệ (Bộ 15 NN&PTNT) công nhận là giống mới. Quyết định số 219 QĐ/BNN-KHCN ngày 19/01/2006. Những đặc điểm chính: Thời gian sinh trưởng trung bình từ 85-90 ngày. Hoa màu trắng, hạt vàng, rốn nâu đâm, quả chín có màu nâu. Khối lượng 1000 hạt khoảng 155160g. Có khả năng kháng bệnh phấn trắng. Năng suất từ 18-27 tạ/ha, tùy thuộc vào mùa vụ và điều kiện thâm canh. ĐT22 thích hợp gieo trồng trong cả 3 vụ trong năm. Giống đậu tương ĐVN9 Giống đậu tương ĐVN9 do nhóm các nhà khoa học của Viện nghiên cứu Ngô lai tạo và chọn lọc từ tổ hợp lai ĐT12 x VN205 Những đặc tính chính: ĐVN9 là giống đậu tương chín sớm: vụ xuân khoảng 8890 ngày, vụ hè: từ 75 – 77 ngày, vụ đông: 78-80 ngày. Dạng cây đứng, lá hình trứng nhọn, hoa tím, vỏ quả chín màu vàng rơm, hạt vàng, rốn hạt nâu nhạt. Chiều cao cây trung bình 27,3 - 56,5 cm; phân cành mạnh khoảng 1,7 – 3,1 cành cấp 1 trên một cây; sai quả khoảng 22,9 – 49,5 quả trên một cây. Khối lượng 1000 hạt khoảng 148,5 – 171,8 gam. Năng suất trung bình ở vụ xuân đạt 17 tạ/ha, vụ hè đạt 21 tạ/ha. Giống đậu tương ĐT26 Tác giả: Trần Đình Long, Trần Thị Trường, Nguyễn Thị Loan, Nguyễn Thị Chinh, Nguyễn Văn Thắng, Trần Thanh Bình và CTV. Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam. Giống đậu tương ĐT26 được chọn từ tổ hợp lai ĐT2000 x ĐT12. Được công nhận cho sản xuất thử theo Quyết định số 111/QĐ-TT-CCN ngày 3 tháng 6 năm 2008. Những đặc điểm chính: Thời gian sinh trường trung bình từ 90-95 ngày. Chiều cao cây 45-60 cm, hoa màu trắng, hạt vàng, rốn nâu đậm, quả chính có màu nâu, phân cành khá nhiều từ 2-3 cành/cây, có 30-35 quả chắc/cây, tỷ lệ quả 3 hạt 20-40%. Khối lượng 1000 hạt 180-190g. Năng suất 21-29 tạ/ha, tùy thuộc vào mùa vụ và điều kiện thâm canh. Giống thích hợp trong vụ xuân và vụ đông. Giống đậu tương DT84 Giống đậu tương DT84 do Viện Di truyền Nông nghiệp chọn tạo bằng phương pháp xử lý đột biến dòng 33-3 (tổ hợp lai ĐT80 x ĐH4) được công nhận giống Quốc gia năm 1995 và đưa vào khảo nghiệm, sản xuất từ năm 1995. 16 Những đặc điểm chính: Thời gian sinh trưởng 85 – 90 ngày. Chiều cao cây từ 50 – 60 cm, cây sinh trưởng khỏe, ít phân cành. Hạt to, màu vàng sáng, hoa màu tím, khối lượng 1000 hạt 160 – 180 hạt, năng suất đạt 15 – 20 tạ/ha. Giống được trồng cả 3 vụ: xuân, hè, đông, thích hợp trồng thâm canh. Trong đề tài nghiên cứu khả năng tiếp nhận gen vào các giống đậu tương của Việt Nam của Ths. Đỗ T.Như Quỳnh tại Phòng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Tế bào Thực vật, Viện Di truyền Nông Nghiệp đã chỉ ra trong các giống đậu tương của Việt Nam bao gồm giống ĐT22, ĐVN9, ĐT26, DT84 cho thấy giống đậu tương ĐT22 có khả năng tái sinh cụm chồi cao và có tiềm năng tiếp nhận gen tốt nhất trong 4 giống đậu tương nghiên cứu [3]. Do vậy, chúng tôi chọn giống ĐT22 làm nguyên liệu cho đề tài nghiên cứu. 1.2. Hạt nano kim loại và vai trò của các hạt kim loại lên cây trồng 1.2.1. Định nghĩa về vật liệu hạt nano Hạt nano kim loại là một khái niệm để chỉ các hạt có hình dáng, kích thước trên quy mô nanomet (nm, 1nm = 10-9 m) được tạo thành từ các kim loại. Hạt nano là vật liệu trong đó ít nhất có một chiều có kích thước nm. Về trạng thái của vật liệu nano, người ta phân chia thành ba trạng thái, rắn, lỏng và khí. Vật liệu nano được tập trung nghiên cứu hiện nay, chủ yếu là vật liệu rắn, sau đó đến chất lỏng và khí. Về hình dáng của hạt nano người ta chia thành các loại sau: Vật liệu nano không chiều: Là cả ba chiều đều có kích thước nano, không còn chiều tự do nào cho điện tử. Ví dụ: đám nano, hạt nano… Vật liệu nano một chiều: Là vật liệu trong đó có hai chiều có kích thước nano, điện tử được tự do trên một chiều. Ví dụ; dây nano, ống nano… Vật liệu nano hai chiều: Là vật liệu trong đó một chiều có kích thước nano, hai chiều tự do. Ví dụ: màng mỏng … Ngoài ra còn có vật liệu có cấu trúc nano hay nanocomposite trong đó chỉ có một phần của vật liệu có kích thước nm, hoặc cấu trúc của nó có nano không chiều, một chiều hoặc hai chiều đan xen lẫn. 1.2.2. Ảnh hưởng của hạt kim loại nano tới cây trồng Kim loại đóng vai trò quan trọng trong sự sinh trưởng và phát triển của tế bào, trong đó có các tế bào nuôi cấy. Mỗi loại kim loại có các đặc tính riêng biệt với từng 17 loài, từng mô và từng giai đoạn sinh trưởng riêng biệt. Trong đất tồn tại lượng kim loại rất lớn, có những yếu tố từ 1 - 10% trọng lượng đất khô như Al, Fe; có yếu tố từ 0,01 - 0,1% đất khô như Zn, Cu; có yếu tố chiếm 0,001 - 0,01% đất khô như Co, Mo. Nhưng hàm lượng kim loại cây cần dùng thường rất ít (dưới 0,001%). Nhưng phần lớn cây đều không hấp thụ đủ lượng kim loại cần dùng. Theo các nhà khoa học, thì nguyên nhân chính của hiện tượng này là do lượng kim loại nằm trong đất thường là dạng khó hấp thu nhưng đây cũng là những chất vi lượng cần thiết để cây phát triển và làm tác nhân hoạt hoá trong các hệ thống enzyme của cây trồng. Đối với các kim loại ở dạng tinh thể có (kích thước 40 – 100 nm) là những hạt nano được biết đến là trạng thái siêu phân tán thì các hạt nano kim loại dễ dàng được hấp thụ bởi tế bào thực vật trong quá trình nuôi cấy. Hạt nano kim loại có khả năng tạo sức căng bề mặt lớn có tác dụng tăng cường trao đổi chất. Nano kim loại bạc (Ag): Bạc (Ag) và các hợp chất của bạc thể giúp tăng hiệu suất quang hợp thúc đẩy quá trình tổng hợp đường giúp cây trồng tăng trưởng nhanh, khỏe mạnh, tăng khả năng chống chịu bệnh tốt hơn. Đặc biệt, đối với hạt nano bạc (Ag) khi gặp các vi khuẩn, virus sẽ thì tương tác với lớp protein trên bề mặt vi khuẩn, virus rồi từ đó phá hủy màng tế bào làm ức chế phát triển. Do có diện tích bề mặt lớn nên hạt nano bạc có khả năng kháng khuẩn tốt hơn so với các vật liệu khối do khả năng giải phóng nhiều ion Ag+ hơn. Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của các ion Ag+. Ion này có khả năng liên kết mạnh với peptidoglican, thành phần cấu tạo nên thành tế bào của vi khuẩn và ức chế khả năng vận chuyển oxy vào bên trong tế bào dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào ngay sau đó, khả năng hoặt động của vi khuẩn lại có thể được phục hồi. Do động vật không có thành tế bào, vì vậy chúng ta không bị tổn thương khi tiếp xúc với các ion này. Có một cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn đáng chú ý được mô tả như sau: Sau khi Ag+ tác động lên lớp màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ đi vào bên trong tế bào và phản ứng với nhóm sunfuahydrin – SH của phân tử enzym chuyển hóa oxy và vô hiệu hóa men này dẫn đến ức chế quá trình hô hấp của tế bào vi khuẩn. -SAg+ -SH 18 Men hoạt hóa Men thụ động + 2 Ag+ + 2H+ - SAg+ -SH Hình 1.1: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn Ngoài ra các ion bạc còn có khả năng liên kết với các base của DNA và trung hòa điện tích của gốc phosphate do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA. Các hạt nano bạc có hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt. Hiện tượng này tạo nên màu sắc từ vàng nhạt đến đen cho các dung dịch có chứa hạt nano bạc với các màu sắc phụ thuộc vào nồng độ và kích thước hạt nano [9]. Nano kim loại sắt (Fe): Sắt là một yếu tố tác động đến sự phát triển của thực vật. Đối với cây trồng sắt (Fe) tham gia hỗ trợ và xây dựng enzyme trong dây truyền tổng hợp sắc tố diệp lục, tham gia vào quá trình phân ly nước, photphoryl hóa quang hóa và là thành phần bắt buộc trọng hệ enzyme oxy-hóa khử (cytocrom). Kim loại sắt (Fe) tồn tại nhiều trong đất, nhưng hàm lượng sắt có trong cây trồng lại rất thấp. Do đó việc thiếu sắt trong nông nghiệp là một vấn đề khá phổ biến. Thực vật có thể hấp thu sắt ở dạng Fe2+ và Fe3+ nhưng hầu hết sắt trên lớp vỏ trái đất tồn tại dưới hình thức Fe3+. Trong cây trồng sắt được hấp thụ và tồn tại nhiều dưới hình thức Fe2+ do trạng thái Fe2+ dễ hòa tan, nhưng lại dễ dàng bị oxy hóa thành Fe3+ và sau đó bị kết tủa. Trạng thái Fe3+ không hòa tan trong môi trường trung tính cao. Vì vậy hàm lượng sắt là rất ít trong cây trồng ở môi trường đất kiềm và môi trường đất có chứa nhiều canxi. Hơn nữa, trong các loại đất, sắt dễ dàng kết hợp với phosphat, carbonat, magiê, canxi và các ion hydroxit. Sắt là một nguyên tố cần thiết cho hệ thống các enzyme để thực hiện phản ứng oxy hóa khử và chuỗi vận chuyển điện tử trong cây, tổng hợp chất diệp lục, duy trì cấu trúc của lục lạp. Sắt cũng có vai trò điều hòa hô hấp, quang hợp, khử nitrat và sulfat những phản ứng cần thiết để thực vật phát triển và sinh sản [31]. Hiện nay, trong nuôi cấy mô tế bào thực vật, sắt chủ yếu được sử dụng dưới dạng chelate (Fe-EDTA). FeEDTA cho phép giải phóng từ từ và liên tục ion sắt vào môi trường nuôi cấy và hạn chế sự kết tủa của sắt thành dạng oxide [51]. Một số nghiên cứu đã được tiến hành như nghiên cứu của Zhu et al. (2008) về sự hấp thu, vận chuyển và tích lũy của nano Fe3O4 trên cây bí ngô [60]; nghiên cứu về độc tính của nano sắt/sắt oxide và đồng/đồng oxide trên cây rau diếp [54] hay nghiên cứu của Racuciu và Creagna 19
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan

thumb
Lv duong quy...
95
1486
67

Tài liệu vừa đăng

Tài liệu xem nhiều nhất