Tài liệu Phân lập gen cystatin 10 liên quan đến khả năng kháng mọt của một số giống ngô

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC . NGUYỄN THỊ HƯỜNG PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 10 LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG MỌT CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC NGUYỄN THỊ HƯỜNG PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 10 LIÊN QUAN ĐẾN KHẢ NĂNG KHÁNG MỌT CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh THÁI NGUYÊN - 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dƣới sự hƣớng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh, sự giúp đỡ của các cán bộ Khoa Khoa học sự sống – Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên, Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam. Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chƣa đƣợc ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn này. Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2015 Tác giả luận văn NGUYỄN THỊ HƯỜNG Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh, ngƣời đã hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn chỉnh luận văn của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Khoa học sự sống – Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Sơn và các cán bộ, kỹ thuật viên phòng Công nghệ ADN ứng dụng - Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tốt nhất để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Cuối cùng, tôi xin đƣợc bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ những khó khăn cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2015 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................. v DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN .......................................... vi MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Đ t vấn đề...................................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2 3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 3 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÂY NGÔ ..................................................... 3 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô ............................................................. 3 1.1.2. Đ c điểm sinh học của cây ngô............................................................... 3 1.1.3. Đ c điểm hóa sinh hạt ngô ...................................................................... 6 1.1.4. Giá trị kinh tế .......................................................................................... 7 1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ....................................................... 7 1.1.6. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam ...................................................... 10 1.2. MỌT NGÔ VÀ ẢNH HƢỞNG CỦA MỌT NGÔ ĐẾN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN NÔNG SẢN .............................................................................. 11 1.2.1. Đ c điểm của mọt hại ngô (Sitophilus zeamais Motschulsky) ............. 11 1.2.2. Côn trùng hại ngô trong quá trình bảo quản nông sản .......................... 14 1.3. CYSTEINE PROTEINASE VÀ CYSTATIN ......................................... 16 1.3.1. Cysteine proteinase ............................................................................... 16 1.3.2. Cystatin - chất ức chế Cysteine proteinase ........................................... 18 CHƢƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv 2.1. VẬT LIỆU................................................................................................ 21 2.2. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ...................... 21 2.2.1. Hóa chất................................................................................................. 21 2.2.2. Thiết bị .................................................................................................. 21 2.2.3. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 22 2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 22 2.3.1. Phƣơng pháp sinh lí............................................................................... 22 2.3.2. Phƣơng pháp sinh học phân tử .............................................................. 22 2.3.3. Phƣơng pháp xác định trình tự nucleotide ............................................ 30 2.3.4. Phƣơng pháp xử lí trình tự gen ............................................................. 30 2.3.5. Phƣơng pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu .................................... 30 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 31 3.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG MỌT CỦA CÁC GIỐNG NGÔ BẰNG NHIỄM MỌT NHÂN TẠO ...................................................... 31 3.2. KẾT QUẢ PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 10 ......................................... 33 3.2.1. Kết quả tách chiết RNA tổng số............................................................ 33 3.2.2. Kết quả tổng hợp cDNA và nhân gen ................................................... 33 3.2.3. Kết quả tinh sạch sản phẩm PCR .......................................................... 34 3.2.4. Kết quả tách dòng gen ........................................................................... 35 3.2.5. Kết quả tách plasmid tái tổ hợp............................................................. 36 3.3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH TRÌNH TỰ GEN.................. 37 3.3.1. Kết quả so sánh trình tự gen Cystatin 10 của hai mẫu ngô BG và HG..... 38 3.3.2. Kết quả so sánh hai trình tự nghiên cứu (BG, HG) với hai trình tự đã đƣợc công bố (CB2, MX4) và BN000514 trên GenBank ................................ 41 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 50 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ABA Abscisic acid bp base pair (c p bazơ) cDNA complementary DNA cs cộng sự DEPC diethyl pyrocarbonate DNA Deoxyribose nucleic acid dNTP deoxynucleoside triphosphate EDTA Ethylene diamine tetraacetic acid E. coli Escherichia coli IPTG Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside kb kilo base kDa kilo Dalton µg µl mRNA Microgam Microlite messenger ribonucleic acid NCBI OD National Center for Biotechnology Information Optical density PCR Polymerase chain reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) RNA Ribonucleic acid TAE Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi phiên mã ngƣợc) Tris-acetate-EDTA UV X-gal Ultra violet 5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galacto-pyranoside RT- PCR Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng 1.1. Tỉ lệ các bộ phận hạt ngô và thành phần hóa học của chúng ….….6 Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới trong 10 năm gần đây ............. 8 Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 20149 Bảng 1.4. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ 2006 - 2013 ....................... 10 Bảng 2.1. Thành phần của phản ứng tổng hợp cDNA .................................... 24 Bảng 2.2. C p mồi nhân gen Cystatin 10........................................................ 25 Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PT-PCR nhân gen Cystatin 10.................... 25 Bảng 2.4. Thành phần phản ứng gắn gen Cystatin 10 vào vector PBT .......... 27 Bảng 2.5. Thành phần phản ứng colony – PCR .............................................. 28 Bảng 2.6. Chu kỳ nhiệt của phản ứng colony – PCR ..................................... 28 Bảng 3.1. Lƣợng ngô hao hụt theo thời gian của 6 giống ngô nghiên cứu ..... 31 Bảng 3.2. Giá trị tỉ lệ phổ hấp thụ A260/A280 và hàm lƣợng RNA của giống ngô nghiên cứu ................................................................................................ 33 Bảng 3.3. Sự sai khác giữ các trình tự gen Cystatin 10 của hai mẫu ngô BG, HG38 Bảng 3.4. Hệ số tƣơng đồng giữa các trình tự gen của hai mẫu ngô BG, HG ... 39 Bảng 3.5. Sự sai khác về trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin10 ở hai giống ngô BG, HG ................................................................................. 40 Bảng 3.6. Hệ số tƣơng đồng giữa các trình tự amino acid của 2 mẫu nghiên cứu .................................................................................................................. 41 Bảng 3.7. Sự khác nhau giữa trình tự gen Cystatin 10 của BG, HG với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank...................................................................... 44 Bảng 3.8. Hệ số tƣơng đồng giữa các trình tự gen của 2 mẫu nghiên cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ............................................................. 45 Bảng 3.9. Sự sai khác về trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin10 ở hai mẫu nghiên cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ................... 47 Bảng 3.10. Hệ số tƣơng đồng giữa các trình tự amino acid của 2 mẫu nghiên cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ................................................ 48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN Hình 1.1. Mọt ngô Sitophilus zeamais ............................................................ 11 Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn lƣợng thức ăn hao hụt theo thời gian ở các mẫu ngô nghiên cứu ................................................................................................ 32 Hình 3.2. Hình ảnh điện di sản phẩm RT - PCR nhân gen Cystatin 10 ở 2 giống ngô nghiên cứu ...................................................................................... 34 Hình 3.3. Hình ảnh điện di sản phẩm tinh sạch gen Cystatin 10 ở 2 mẫu ngô nghiên cứu. ...................................................................................................... 35 Hình 3.4. Hình ảnh điện di sản phẩm colony – PCR gen Cystatin 10 ở 2 mẫu ngô nghiên cứu. ............................................................................................... 36 Hình 3.5. Hình ảnh điện di tách plasmid tái tổ hợp. ....................................... 37 Hình 3.6. So sánh trình tự gen Cystatin 10 của hai mẫu ngô BG, HG ............... 38 Hình 3.7. Trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin 10 ở hai mẫu nghiên cứu ....................................................................................................... 40 Hình 3.8. So sánh trình tự gen Cystatin 10 của BG, HG với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ................................................................................... 42 Hình 3.9. Trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin 10 ở hai mẫu nghiên cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank .................................... 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Đ t vấn ề Cây ngô (Zea mays L.) là một trong năm loại cây lƣơng thực chính của thế giới. Hạt ngô chứa khá đầy đủ các chất dinh dƣỡng cho ngƣời và gia súc. Ở Việt Nam, ngô là cây lƣơng thực quan trọng thứ hai sau lúa gạo. Trong những năm gần đây, sản xuất ngô ở Việt Nam tăng nhanh nhờ sự thúc đẩy của ngành chăn nuôi và công nghiệp chế biến. Ngô là cây thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay, 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là từ ngô. Gần đây, cây ngô còn là cây thực phẩm; ngƣời ta dùng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp vì nó sạch và có hàm lƣợng dinh dƣỡng cao; ngô nếp, ngô đƣờng (ngô ngọt) đƣợc dùng làm quà ăn tƣơi (luộc, nƣớng) ho c đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu. Ngô còn là nguyên liệu của ngành công nghiệp lƣơng thực, thực phẩm và công nghiệp nhẹ để sản xuất rƣợu, cồn, tinh bột, dầu, glucôzơ, bánh kẹo. Trong y dƣợc, ngô đƣợc dùng để trị áp huyết, râu ngô đƣợc dùng để làm thuốc [46]. Hiện nay, diện tích ngô ngày càng đƣợc mở rộng và có sự phát triển tiến bộ trong công tác chọn tạo giống cây trồng nhằm tạo ra những giống ngô có năng suất cao, có khả năng kháng sâu bệnh hại, chống chịu hạn tốt. Tùy theo mục đích sử dụng mà sản phẩm ngô phải đƣợc bảo quản trong điều kiện khác nhau và thời gian bảo quản khác nhau. Trong quá trình bảo quản sản phẩm ngô theo thời gian có rất nhiều loại côn trùng phá hoại làm giảm phẩm chất, chất dinh dƣỡng nông sản,…. Thành phần sâu mọt hại ngô tƣơng đối đa dạng xuất hiện trong kho bảo quản ngô nhƣ mọt gạo, mọt răng cƣa, mọt đục thân, mọt thóc,…. Vì vậy, việc nghiên cứu chọn tạo ra giống ngô có năng suất cao và khả năng kháng mọt tốt là yêu cầu thực tiễn đ t ra cho ngành trồng trọt nói chung và ngành chọn giống ngô nói riêng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2 Cystatin là một dạng protein ức chế hoạt động của cysteine proteinase (Cysteine proteinase inhibitor- CPI). Chúng có m t trong vi sinh vật, động vật và thực vật. Các nghiên cứu gần đây bàn luận nhiều về mối liên quan giữa cystatin tới tính chống chịu yếu tố bất lợi của ngoại cảnh nhƣ: hạn, lạnh, muối, sự già và bảo vệ thực vật chống lại côn trùng, vi sinh vật gây bệnh và đ c biệt là khả năng kháng mọt. Ở động vật không xƣơng sống, cysteine proteinase là enzyme tiêu hóa, nếu cysteine proteinase bị ức chế thì hoạt động tiêu hóa của mọt s bị cản trở. Chính vì vậy, nghiên cứu theo hƣớng tăng cƣờng khả năng ức chế cysteine proteinase ở mọt bằng kỹ thuật chuyển gen đƣợc quan tâm nghiên cứu. Để tạo cơ sở cho việc thiết kế vector chuyển gen có khả năng kháng mọt phục vụ việc tạo giống ngô kháng mọt tốt, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Phân lập gen Cystatin 10 liên quan ến khả năng kháng mọt của một số giống ngô”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Phân lập và xác định đƣợc trình tự gen Cystatin 10 của hai giống ngô (kháng mọt tốt và kháng mọt kém). 3. Nội dung nghiên cứu - Thu thập và đánh giá khả năng kháng mọt của một số giống ngô. - Nhân gen, tách dòng và xác định trình tự gen Cystatin 10 của hai giống ngô kháng mọt tốt và kém bằng kỹ thuật RT-PCR. - So sánh trình tự gen Cystatin 10 nghiên cứu với trình tự trên ngân hàng gen và trình tự gen Cystatin 10 đã công bố. - So sánh trình tự amino acid suy diễn trong protein cystatin 10 nghiên cứu với trình tự trên ngân hàng gen và trình tự amino acid trong protein cystatin 10 đã công bố. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÂY NGÔ 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô Cây ngô có tên khoa học là Zea may L., thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo (Gramineae), bộ hòa thảo (Graminales) [13]. Có nhiều giả thuyết khác nhau về nguồn gốc cây ngô dựa trên những kết quả nghiên cứu về khảo cổ học, di truyền học, thực vật học và địa lý học... cho rằng quá trình thuần hóa ngô ban đầu diễn ra ở Mexico, sau đó việc gieo trồng lan rộng ra khu vực Bắc Mỹ. Ngô đƣợc đƣa tới châu Âu (Tây Ban Nha) lần đầu tiên vào năm 1494, là kết quả của chuyến thám hiểm lần thứ hai của Columbus. Đầu thế kỷ XVI, bằng đƣờng thủy với các tàu của Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Ý đã đƣa cây ngô đến hầu hết các nơi trên thế giới. Ở Việt Nam, cây ngô có nguồn gốc từ Trung Quốc, đƣợc trồng vào khoảng thế kỷ XVII (theo “Vân Đài loại ngữ” của Lê Quý Đôn). Tuy nhiên, do là một nƣớc có truyền thống sản xuất lúa nƣớc nên trong thời gian đầu ngô ít đƣợc chú ý mà chỉ phát triển trong những năm gần đây. Ngô có nhiều cách phân loại khác nhau, có thể phân loại theo đ c điểm thực vật học, sinh thái học, nông học, thời gian sinh trƣởng và thƣơng phẩm. Phân loại theo đ c điểm thực vật học thì dựa vào hạt có mày hay không có mày, hình thái bên ngoài và cấu trúc nội nhũ của hạt, ngô đƣợc phân thành các loài phụ: ngô bọc, ngô đá, ngô răng ngựa, ngô đƣờng, ngô nổ, ngô bột, ngô nếp, ngô đƣờng bột, ngô bán răng ngựa. Từ các loài phụ căn cứ vào màu sắc hạt và màu sắc lõi ngô để phân thành các thứ [3]. 1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây ngô Ngô là thực vật một lá mầm có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau nhƣng thích hợp nhất là đất có thành phần cơ giới nhẹ độ màu mỡ cao, dễ thoát nƣớc, tầng canh tác dày, pH 6-7 [13]. Cây ngô gồm các bộ phận: rễ, thân, lá, hoa (bông cờ, bắp ngô) và hạt. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 4 Ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu trong bộ rễ các cây họ Hòa thảo. Tùy theo vị trí, chức năng, nhiệm vụ và thời gian sinh trƣởng mà rễ hoàn chỉnh của cây đƣợc chia làm 3 loại: Rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Rễ mầm (rễ tạm thời, rễ hạt) mọc từ trụ lá mầm, chức năng chính của rễ này là hút nƣớc, thức ăn khi cây còn non. Rễ đốt (rễ phụ cố định) phát triển từ các đốt thấp của thân, mọc vòng quanh các đốt dƣới m t đất bắt đầu lúc ngô đƣợc 3 - 4 lá. Đây là loại rễ quyết định quá trình sinh trƣởng phát triển của cây ngô, nó giúp cây hút nƣớc và các chất dinh dƣỡng suốt đời sống của cây. Rễ chân kiềng (rễ neo, rễ chống) mọc quanh các đốt thấp sát m t đất. Rễ này giúp cây chống đỡ và bám ch t vào đất, ngoài ra còn tham gia hút nƣớc và dinh dƣỡng [6]. Thân ngô đ c, đƣờng kính từ 2 - 4 cm, cao từ 1,8 - 2 m. Thân ngô trƣởng thành bao gồm nhiều lóng nằm giữa các đốt và kết thúc bằng bông cờ. Thân ngô ngoài nhiệm vụ giúp cây đứng vững, là bộ phận dự trữ và vận chuyển chất hữu cơ, ngoài ra còn có khả năng quang hợp để tổng hợp chất hữu cơ [6]. Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen k nhau. Căn cứ vào vị trí và hình thái lá trên cây, lá ngô đƣợc chia thành các nhóm: lá mầm, lá thân, lá ngọn, lá bi. Lá ngô điển hình đƣợc cấu tạo bao gồm các bộ phận: bẹ lá, phiến lá (bản lá), thìa lá (lƣỡi lá, tai lá). Lá ngô là cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp, đồng thời làm nhiệm vụ trao đổi khí, hô hấp, dự trữ dinh dƣỡng… Số lƣợng lá, chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông tơ, màu lá, góc lá và gân lá thay đổi tùy theo từng giống khác nhau. Số lá là đ c điểm khá ổn định ở ngô, có quan hệ ch t với số đốt và thời gian sinh trƣởng. Những giống ngô ngắn ngày thƣờng có 15 - 16 lá, giống ngô trung bình có 18 - 20 lá, giống ngô dài ngày thƣờng có trên 20 lá [6]. Lá ngô là cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp, đồng thời làm nhiệm vụ trao đổi khí, hô hấp, dự trữ dinh dƣỡng… Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 5 Ngô là loại cây có hoa khác tính cùng gốc. Cơ quan sinh sản đực và cái tuy cùng nằm trên một cây song ở những vị trí khác nhau. Hoa đực nằm ở đỉnh cây, xếp theo chùm gồm một trục chính và nhiều nhánh, hoa cái mọc ở các nách lá ở giữa thân cây ngô, số mầm nách nhiều nhƣng chỉ có 1-3 mầm nách trên cùng phát triển thành bắp, số bắp trên cây phụ thuộc vào giống, điều kiện tự nhiên và mật độ gieo trồng, chế độ chăm sóc. Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơrôn, phôi, nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt. Lớp alơrôn nằm dƣới vỏ hạt bao lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự trữ dinh dƣỡng. Nội nhũ gồm hai phần nội nhũ bột và nội nhũ sừng. Tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng tùy vào chủng ngô, giông ngô. Phôi ngô chiếm 1/3 thể tích hạt ngô, gồm có: ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ và phôi), lá mầm, trụ dƣới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm. Trong bốn phần này thì lá mầm thƣờng phát triển rõ rệt nhất. Màu sắc hạt phụ thuộc đ c tính di truyền của giống và chủng loại, vì vậy hạt ngô có nhiều màu sắc khác nhau nhƣ: trắng, vàng, tím, da cam, đỏ…Mỗi bắp ngô có từ 200 - 1000 hạt phụ thuộc vào giống, điều kiện ngoại cảnh, sinh thái, trung bình mỗi bắp có từ 500 - 600 hạt [2]. Quá trình sinh trƣởng, phát triển của cây ngô đƣợc chia thành hai giai đoạn: Giai đoạn sinh dƣỡng là từ khi gieo đến khi xuất hiện nhị cái và giai đoạn sinh trƣởng thực bắt đầu từ khi hoa cái thụ tinh cho đến khi hạt chín hoàn toàn. Căn cứ đ c điểm sinh lý và thời gian sinh trƣởng có thể chia ra các thời kì sinh trƣởng phát triển quan trọng sau: Thời kì hạt nảy mầm và mọc, thời kì từ 3 lá đến 6 lá, thời kì từ 8 đến 10 lá, thời kì xoáy nõn, thời kì nở hoa và thời kì chín [5]. Trong từng giai đoạn cây ngô yêu cầu các điều kiện khác nhau và mỗi giai đoạn đều có ảnh hƣởng khác nhau đến các yếu tố tạo thành năng suất và chất lƣợng hạt ngô. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 6 1.1.3. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô Hạt ngô có giá trị dinh dƣỡng cao, chứa tƣơng đối đầy đủ các chất dinh dƣỡng cần thiết cho con ngƣời và gia súc. Bột ngô chiếm 65 - 83% khối lƣợng hạt, là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp chế biến bột. Thành phần chủ yếu của hạt ngô gồm tinh bột và protein, ngoài ra còn có một số chất nhƣ đƣờng, cellulose, chất khoáng, sinh tố. Bảng 1.1. Tỉ lệ các bộ phận hạt ngô và thành phần hóa học của chúng [11] Các bộ phận của hạt ngô Toàn hạt Tỉ lệ (%) Thành phần hóa học (tính theo % chất khô) 100 Tinh bột 71,5 Protein 0,3 Lipid 4,8 Nội nhũ 82,3 86,4 9,4 0,8 Phôi 11,5 8,2 18,8 34,5 Vỏ 5,3 7,3 3,7 1,0 Mày 0,8 5,3 9,1 3,8 Thành phần chính trong hạt ngô là tinh bột (60 - 70%), chúng tập trung chủ yếu ở nội nhũ. Hàm lƣợng tinh bột ở ngô tẻ nhiều hơn ngô nếp (68% so với 65%) và đƣợc chia thành tinh bột mềm (tinh bột bột) và tinh bột cứng (tinh bột sừng). Ngô nếp đƣợc cấu tạo hoàn toàn từ amylopectin nên có độ dẻo hơn ngô tẻ [11]. Vitamin của ngô tập trung ở lớp ngoài hạt ngô và ở mầm. Ngô cũng có nhiều vitamin C, vitamin B (B1, B2, B6..). Vitamin PP hơi thấp cộng với thiếu tryptophan một amino acid có thể tạo vitamin PP. Riêng ngô vàng chứa nhiều carotene (tiền vitamin A) [16]. Tỷ lệ chất béo trong hạt ngô tƣơng đối cao (3 - 6%), chủ yếu tập trung trong mầm ngô. Trong chất béo của ngô có 50% là acid linoleic, 31% là axít oleic, 13% là axít panmitic và 3% là stearic. Hàm lƣợng lipid là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng hạt [9]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 7 1.1.4. Giá trị kinh tế Ngô là một trong những cây lƣơng thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu, 1/3 dân số trên thế giới dùng ngô làm lƣơng thực chủ yếu. Toàn thế giới sử dụng khoảng 21% sản lƣợng ngô làm lƣơng thực cho con ngƣời, các nƣớc ở Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng ngô làm lƣơng thực chính, các nƣớc Đông Nam Phi sử dụng 85% sản lƣợng lƣơng thực cho ngƣời [13]. Ngô đƣợc sử dụng nhiều trong công nghiệp nhƣ chế biến thực phẩm, công nghiệp nhẹ... Các loại ngô nếp, ngô đƣờng đƣợc đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu. Bột ngô đƣợc dùng để nấu cồn sản xuất đƣờng glucose, làm môi trƣờng nuôi cấy nấm penicillin, sản xuất acid acetic. Lõi ngô đƣợc chế biến làm chất cách điện, nhựa hóa học. Phôi ngô dùng để ép dầu, phục vụ trong công nghiệp thực phẩm, dƣợc phẩm. Ví dụ, nƣớc Mỹ hàng năm sử dụng 18% tổng sản lƣợng ngô để sản xuất tinh bột, 37% sản xuất cồn và 5,8% sản xuất bánh kẹo [18]. Ở nƣớc ta, ngô là cây lƣơng thực chính đứng hàng thứ hai sau lúa nƣớc, giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và nền sản xuất nông nghiệp nói riêng, đ c biệt với đồng bào vùng cao miền núi thì cây ngô còn góp phần xóa đói giảm nghèo [6]. Hàng năm, nƣớc ta phải nhập khẩu một lƣợng lớn ngô từ các nƣớc nhƣ: Braxin, Achentina, Ấn Độ, Thái Lan, Camphuchia, Lào. Theo báo cáo thống kê tháng 9 năm 2015 của Trung tâm Tin học và Thống kê - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, lƣợng ngô nƣớc ta nhập khẩu từ tháng 9/2014 đến tháng 8/2015 là 4.263.903 tấn tƣơng đƣơng 963.184.000 USD [49]. 1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới Ngô là một loại ngũ cốc quan trọng trên thế giới đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa gạo, có địa bàn phân bố rộng, đƣợc gieo trồng rộng khắp trên thế giới với sản lƣợng hàng năm cao hơn bất kỳ cây lƣơng thực nào. Do điều kiện khí hậu, thổ nhƣỡng, tập quán canh tác dẫn đến diện tích, sản lƣợng và năng suất ngô ở các khu vực có sự khác nhau. Sự chênh lệch này đƣợc thể hiện ở bảng 1.2. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 8 Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới trong 10 năm gần đây Năm 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 Diện tích (triệu ha) 147,45 148,16 146,96 158,53 162,87 158,85 164,31 172,05 177,38 184,19 Sản lượng (triệu tấn) 728,92 713,68 706,84 789,88 830,34 820,00 851,17 888,01 872,07 1016,74 Năng suất (tạ/ha) 49,44 48,17 48,10 49,82 50,98 51,62 51,80 51,61 49,16 55,2 Nguồn: FAOSTAT, 2014 [48] Theo số liệu trong bảng, sản lƣợng toàn thế giới năm 2013 là 1016,74 triệu tấn trong khi đó năm 2004, năng suất ngô trung bình của thế giới chỉ đạt 728,92 triệu tấn. Đến năm 2007 năng suất đã đạt gần 50 tạ/ha. Diện tích gieo trồng tăng dần theo các năm đồng thời sản lƣợng và năng suất cũng đƣợc tăng theo. Sản lƣợng tăng không chỉ do diện tích gieo trồng tăng mà còn nhờ có sự đổi mới, phát triển của khoa học công nghệ, nhiều loài ngô có năng suất cao đƣợc đƣa vào sản xuất. Diện tích gieo trồng ngô giữa các châu lục có sự chênh lệch nhau, Nhìn chung diện tích trồng ngày càng đƣợc mở rộng. Năm 2004 diện tích trồng là 147,45 triệu ha nhƣng đến năm 2013 đã đƣợc mở rộng lên 184,19 triệu ha. Năm 2009 diện tích trồng bị giảm xuống còn 158,85 triệu ha tuy nhiên năng suất vẫn tăng. Do có nhiều giá trị sử dụng và giá trị kinh tế, ngô đã trở thành một loại ngũ cốc quan trọng thứ 3 của thế giới. Hiện nay do điều kiện tự nhiên cũng nhƣ sự phát triển về khoa học kỹ thuật mà tình hình sản xuất ngô giữa các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 9 quốc gia trên thế giới có sự khác biệt cả về diện tích, năng suất lẫn sản lƣợng, sự khác biệt đó đƣợc thể hiện qua bảng 1.3. Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2014 Nước Mỹ Trung Quốc Braxin Ấn Độ Ý Hy Lạp Israel Diện tích (triệu ha) 35,48 35,26 15,32 9,50 0,80 0,19 0,004 Sản lượng (triệu tấn) 353,70 217,73 80,54 23,29 6,5 2,19 0,11 Năng suất (tạ/ha) 99,70 61,75 52,58 24,52 80,96 115,00 225,56 Nguồn: FAOSTAT, 2014 [48] Qua bảng trên có thể thấy rằng, trên thế giới Mỹ là quốc gia có diện tích trồng ngô lớn nhất với 35,48 triệu ha và có sản lƣợng lớn nhất với 335,70 triệu tấn tuy nhiên sản lƣợng chỉ đạt 99,70 tạ/ha, trong khi đó cao nhất lại là Israel với diện tích chỉ có 0,004 triệu ha nhƣng lại có năng suất đạt tới 225,56 tạ/ha. Cùng với đó, Hy Lạp cũng có diện tích rất nhỏ 0,19 triệu ha nhƣng có năng suất là 115,00 tạ/ha. Sau Mỹ đó là Trung Quốc, một cƣờng quốc đang phát triển và lớn mạnh. Với diện tích lãnh thổ lớn nhất thế giới nền sản xuất ngô của nƣớc này lớn thứ 2 với diện tích 35,26 triệu ha có sản lƣợng 217,73 triệu tấn. Sản lƣợng ngô trên thế giới tăng nhanh trong những năm gần đây, chủ yếu là tăng năng suất nhờ giống mới và kỹ thuật canh tác tƣới tiêu. Trong giai đoạn hiện nay, ngô cùng với lúa nƣớc, lúa mỳ vẫn là những cây lƣơng thực chiếm vị trí quan trọng nhất, nuôi sống toàn nhân loại. Vì vậy, việc lựa chọn các giống ngô có đ c tính tốt, năng suất cao và biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến là một trong những giải pháp quan trọng để chống lại khủng hoảng lƣơng thực toàn cầu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 1.1.6. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam Ở Việt Nam, ngô là cây lƣơng thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng nhất đƣợc trồng ở nhiều vùng sinh thái khác, đa dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác. Trƣớc đây sản xuất ngô ở nƣớc ta còn nhỏ lẻ, phân tán, m t khác do kỹ thuật canh tác kém và chất lƣợng giống kém dẫn đến năng suất rất thấp. Trong những năm gần đây sản xuất ngô ở nƣớc ta có sự thay đổi đáng kể, đƣợc thể hiện qua bảng 1.4. Bảng 1.4. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ 2006 - 2013 Diện tích Sản lượng Năng suất (triệu ha) (triệu tấn) (tạ/ha) 2006 1,033 3,85 37,31 2007 1,096 4,30 39,26 2008 1,440 4,57 31,75 2009 1,089 4,37 40,14 2010 1,126 4,61 40,90 2011 1,121 4,84 43,13 2012 1,118 4,80 42,95 2013 1,170 5,19 44,35 Năm Nguồn: FAOSTAT 2014 [48] Nhìn chung sản lƣợng ngô của nƣớc ta ngày càng tăng. M c dù diện tích gieo trồng không tăng nhiều năm 2006 là 1,033 triệu ha đến năm 2013 là 1,170 triệu ha nhƣng năng suất tăng mạnh từ 3,85 triệu tấn lên 5,19 triệu tấn. Năm 2008 diện tích gieo trồng tăng mạnh lên 1,440 triệu ha nhƣng năng suất chỉ đạt 31,75 tạ/ha. Đến năm 2009 thì diện tích này lại giảm xuống chỉ còn 1,089 triệu ha nhƣng năng suất lại đạt trên 40 tạ/ha. Qua những số liệu này cho ta thấy những hạn chế trong nền sản xuất nƣớc nhà. Trong những năm gần đây do có sự đầu tƣ về khoa học kỹ thuật, áp dụng các công nghệ mới trong sản xuất vì vậy năng suất gieo trồng ngày càng đƣợc cải thiện. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 1.2. MỌT NGÔ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỌT NGÔ ĐẾN QUÁ TRÌNH BẢO QUẢN NÔNG SẢN 1.2.1. Đặc điểm của mọt hại ngô (Sitophilus zeamais Motschulsky) 1.2.1.1. Sơ lược về mọt hại ngô Mọt hại ngô (gọi tắt là mọt ngô) có tên khoa học là Sitophyllus zeamais Motsch, thuộc bộ Coleoptera, họ Curculionidae. Mọt ngô là loại đa thực, chúng có thể ăn đƣợc hầu hết các loại ngũ cốc, các loại đậu, hạt có dầu và nhiều sản phẩm thực vật khác. Thức ăn thích hợp nhất với nó là ngô hạt. Mọt này có phổ biến ở hầu hết các nƣớc trên thế giới, nhất là ở châu Á, vùng Địa Trung Hải (Châu Âu) và Bắc Mỹ. Ở nƣớc ta trong các kho lƣơng thực, nhất là kho bảo quản ngô, gạo thƣờng g p loài mọt này. Mọt có thể đẻ trứng ở ngoài đồng và cả trong kho. Nó thuộc loại phá hoại nghiêm trọng [35]. Con đ c Con cái Hình 1.1. Mọt ngô Sitophilus zeamais Mọt gây hại trên bắp và hạt ngô ngay giai đoạn ngô chín sáp ngoài đồng, chúng theo ngô vào kho và gây hại liên tục trong suốt quá trình bảo quản. Trong kho mọt hoạt động nhanh nhẹn, hay bay bò và có tính giả chết, chúng thích bò lên các vị trí cao trong đống hạt. Khi g p điều kiện độ nhiệt cao, mọt thƣờng tập trung vào k kho, mép bao… để ẩn nấp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn