Luận văn thạc sĩ nghiên cứu sự biến động của một số chất có hoạt tính thẩm thấu trong cây đậu tương (glycine max (l ) merrill) chịu hạn qua các giai đoạn phát triển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN ĐOÀN HOÀNG VŨ

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA MỘT SỐ CHẤT
CĨ HOẠT TÍNH THẨM THẤU TRONG CÂY
ĐẬU TƯƠNG (Glycine max L. Merrill) CHỊU HẠN
QUA CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

Bình Định - Năm 2017

e


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

NGUYỄN ĐOÀN HOÀNG VŨ

NGHIÊN CỨU SỰ BIẾN ĐỘNG CỦA MỘT SỐ CHẤT
CĨ HOẠT TÍNH THẨM THẤU TRONG CÂY
ĐẬU TƯƠNG (Glycine max L. Merrill) CHỊU HẠN
QUA CÁC GIAI ĐOẠN PHÁT TRIỂN

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
Mã số: 60 42 01 14

Người hướng dẫn: TS. Trương Thị Huệ

e


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu mà tôi đã thực hiện dưới
sự hướng dẫn khoa học của TS. Trương Thị Huệ. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai cơng bố trong bất kỳ cơng
trình nào khác.

Bình Định, tháng 8 năm 2017
Học viên

Nguyễn Đồn Hồng Vũ

e


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đề tài này, ngoài sự cố gắng phấn đấu của bản thân, tơi
cịn nhận được nhiều sự giúp đỡ tận tình của thầy cơ, và bạn bè.
Trước tiên tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến cơ TS. Trương Thị Huệ,
Phó trưởng khoa Sinh – KTNN, đã tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ và
tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong q trình thực hiện đề tài để tơi
có thể hoàn thành đúng tiến độ và trau dồi cho bản thân những kiến thức
chun mơn bổ ích phục vụ cho công việc sau này.
Đồng thời, tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm Khoa
Sinh – KTNN, các thầy cô giáo bộ môn đã giảng dạy, truyền đạt cho tôi

những kiến thức nền tảng để tôi có thể hồn thành đề tài này.
Trân trọng cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã ln động viên,
giúp đỡ, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi hồn thành tốt luận văn này.
Tơi xin chân thành cảm ơn!
Bình Định, tháng 08 năm 2017
Người thực hiện

Nguyễn Đồn Hồng Vũ

e


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

1. Lý do chọn đề tài ................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài ............................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ............................................ 2
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

4

1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tương ................................................... 4
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại đậu tương ................................................. 4
1.1.2. Đặc điểm thực vật học của cây đậu tương ...................................... 4
1.1.3. Giá trị sử dụng của cây đậu tương .................................................. 5
1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam .............. 7
1.2. Cơ sở sinh lý, hóa sinh của tính chịu hạn ........................................ 9

1.2.1. Ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng ............................................. 9
1.2.2. Cơ sở sinh lý, hóa sinh và sinh học phân tử của tính chịu hạn .. 10
1.3. Vai trị của các hợp chất có hoạt tính thẩm thấu trong việc đánh
giá khả năng chịu hạn ............................................................................. 13
1.3.1. Proline và vai trò của proline......................................................... 13
1.3.2. Glycine betaine và vai trò của glycine betaine .............................. 16
1.3.3. Các chất đường và vai trò của đường trong cơ chế chống chịu
hạn ......................................................................................................... 16
1.3.4. Protein tổng số và vai trò của protein tổng số ............................... 18
1.4. Tình hình nghiên cứu tính chịu hạn của cây đậu tương trên Thế
giới và ở Việt Nam ................................................................................... 19
1.4.1. Tình hình nghiên cứu tính chịu hạn của cây đậu tương trên thế
giới ......................................................................................................... 19
1.4.2. Nghiên cứu tính chịu hạn của cây đậu tương ở Việt Nam .......... 20
1.5. Kỹ thuật điện di protein trên gel polyacrylamide......................... 21
1.5.1. Gel polyacrylamide có SDS (SDS – PAGE) .................................. 21
1.5.2. Chạy điện di và nhuộm băng ......................................................... 23

e


Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN
CỨU

24

2.1. Đối tượng nghiên cứu ...................................................................... 24
2.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu .................................................. 24
2.3. Hóa chất và thiết bị .......................................................................... 25
2.3.1. Hóa chất và nguyên liệu khác ....................................................... 25

2.3.2. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm ...................................................... 25
2.4. Nội dung nghiên cứu ........................................................................ 25
2.4. Phương pháp nghiên cứu ................................................................ 26
2.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm ...................................................... 26
2.4.2. Phương pháp xác đinh áp suất thẩm thấu .................................... 27
2.4.2. Các chỉ tiêu nghiên cứu và phương pháp xác định ...................... 28
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN

34

3.1. Sự biến động hàm lượng proline của đậu tương trong quá trình
gây hạn ..................................................................................................... 34
3.1.1. Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình gây hạn ở giai
đoạn cây mầm ........................................................................................... 34
3.1.2. Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình gây hạn ở giai
đoạn cây non ............................................................................................. 37
3.1.3. Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình gây hạn ở giai
đoạn cây ra hoa......................................................................................... 40
3.1.4. Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình gây hạn ở giai
đoạn cây tạo quả ....................................................................................... 43
3.2. Sự biến động hàm lượng đường khử của đậu tương trong quá
trình gây hạn............................................................................................ 45
3.2.1. Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá trình gây hạn ở
giai đoạn cây mầm .................................................................................... 45
3.2.2. Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá trình gây hạn ở
giai đoạn cây non...................................................................................... 48
3.2.3. Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá trình gây hạn ở
giai đoạn cây ra hoa ................................................................................. 50
3.2.4. Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá trình gây hạn ở
giai đoạn cây tạo quả ................................................................................ 53

e


3.3. Sự biến động hàm lượng glycine betaine của đậu tương trong quá
trình gây hạn............................................................................................ 56
3.3.1. Sự biến động hàm lượng glycine betaine trong quá trình gây hạn
ở giai đoạn cây mầm ................................................................................. 56
3.3.2. Sự biến động hàm lượng glycine betaine trong quá trình gây hạn
ở giai đoạn cây non .................................................................................. 58
3.3.3. Sự biến động hàm lượng glycine betaine trong quá trình gây hạn
ở giai đoạn cây ra hoa .............................................................................. 61
3.3.4. Sự biến động hàm lượng glycine betaine trong quá trình gây hạn
ở giai đoạn cây tạo quả............................................................................. 63
3.4. Sự biến động hàm lượng protein tổng số của đậu tương trong quá
trình gây hạn............................................................................................ 66
3.4.1 Sự biến động hàm lượng protein tổng số trong quá trình gây hạn ở
giai đoạn cây mầm .................................................................................... 66
3.4.2. Sự biến động hàm lượng protein tổng số trong quá trình gây hạn
ở giai đoạn cây non .................................................................................. 68
3.4.3. Sự biến động hàm lượng protein tổng số trong cây đậu tương ở
giai đoạn ra hoa ........................................................................................ 71
3.4.4. Sự biến động hàm lượng protein tổng số ở giai đoạn cây tạo quả
................................................................................................................... 73
3.5. Sự biến động phổ điện di protein tổng số của lá đậu tương trong
quá trình gây hạn qua các giai đoạn phát triển ................................... 76
3.5.1. Kiểm tra protein tổng số tách chiết bằng điện di trên gel
polyacrylamide có SDS (PAGE-SDS) ...................................................... 76
3.5.2. Sự biến động phổ điện di protein tổng số của lá đậu tương trong
quá trình gây hạn ở giai đoạn cây non.................................................... 77

3.5.3. Sự biến động phổ điện di protein tổng số của lá đậu tương trong
quá trình gây hạn ở giai đoạn cây ra hoa ............................................... 79
3.5.4. Sự biến động phổ điện di protein tổng số của lá đậu tương trong
quá trình gây hạn ở giai đoạn cây tạo quả .............................................. 81
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

e


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

%T

Tổng lượng chất rắn

APS

Ammonium persulfate

ASTT

Áp suất thẩm thấu

CBB – G250

Coomassie brilliant Blue – G250

ĐC

Đối chứng

Cs

Cộng sự

KHKT

Khoa học kỹ thuật

RADP

Random amplified polymorphic DNA

ROS

Reactive oxygen species

SDS

Sodium dodecyl sunfate

SDS – PAGE

Sodium dodecyl sunfate - polyacrylamide gel
electrophoresis

TEMED

N, N, N’, N’ – Tetramethylethylenediamine

TN

Thí nghiệm

β – ME

Beta – mecapthoethanol

e


DANH MỤC BẢNG

Số hiệu

Tên bảng

Trang

1.1

Sản lượng đậu tương ở Việt Nam giai đoạn 20112015

8

2.1

Đặc điểm nông học của các giống đậu tương

nghiên cứu

24

2.2

Thành phần gel cô và gel tách acrylamide trong
SDS – PAGE

31

3.1

Hàm lượng proline trong mầm đậu tương

34

3.2

Hàm lượng proline trong lá cây đậu tương ở giai
đoạn cây non

38

3.3

Hàm lượng proline trong lá cây đậu tương ở giai
đoạn cây ra hoa

41

3.4

Hàm lượng proline trong lá cây đậu tương ở giai
đoạn cây tạo quả

43

3.5

Hàm lượng đường khử trong lá cây đậu tương ở
giai đoạn cây mầm

46

3.6

Hàm lượng đường khử trong lá cây đậu tương ở
giai đoạn cây non

48

3.7

Hàm lượng đường khử trong lá cây đậu tương ở
giai đoạn cây ra hoa

50

3.8

Hàm lượng đường khử trong lá cây đậu tương ở
giai đoạn cây tạo quả

53

3.9

Hàm lượng glycine betain trong mầm đậu tương ở
giai đoạn cây mầm

57

3.10

Hàm lượng glycine betain trong lá đậu tương ở
giai đoạn cây non

59

e


3.11

Hàm lượng glycine betain trong lá đậu tương ở
giai đoạn cây ra hoa

61

3.12

Hàm lượng glycine betain trong lá đậu tương ở
giai đoạn cây tạo quả

63

3.13

Hàm lượng protein tổng số trong mầm đậu tương

66

3.14

Hàm lượng protein tổng số trong lá cây đậu tương
ở giai đoạn cây non

69

3.15

Hàm lượng protein tổng số trong lá cây đậu tương
ở giai đoạn cây ra hoa

71

3.16

Hàm lượng protein tổng số trong lá cây đậu tương

ở giai đoạn cây tạo quả

74

e


DANH MỤC HÌNH
Số hiệu

Tên hình

Trang

3.1

Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây mầm

36

3.2

Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây non

39

3.3

Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn ra hoa

42

3.4

Sự biến động hàm lượng proline trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn tạo quả

44

3.5

Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây mầm

47

3.6

Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây non

49

3.7

Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây ra hoa

51

3.8

Sự biến động hàm lượng đường khử trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn tạo quả

55

3.9

Sự biến động hàm lượng glycine betain trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây mầm

58

3.10

Sự biến động hàm lượng glycine betain trong quá
tình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây non

60

3.11

Sự biến động hàm lượng glycine betain trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây ra hoa

62

3.12

Sự biến động hàm lượng glycine betain trong quá
trình gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây tạo quả

64

3.13

Sự biến động hàm lượng protein trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây mầm

67

e


3.14

Sự biến động hàm lượng protein trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây non

70

3.15

Sự biến động hàm lượng protein trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn cây ra hoa

73

3.16

Sự biến động hàm lượng protein trong quá trình
gây hạn và phục hồi ở giai đoạn tạo quả

75

3.17

Kiểm tra protein lá đậu tương tách chiết trên gel
SDS-PAGE

76

3.18

Phổ protein tổng số trong lá đậu tương sau 2 ngày
xử lý hạn

77

3.19

Phổ protein tổng số trong lá đậu tương sau 4 ngày
gây hạn (A) và 6 ngày gây hạn (B)

78

3.20

Phổ protein tổng số trong lá đậu tương ở giai đoạn
ra hoa sau 2 ngày gây hạn

79

3.21

Phổ protein tổng số trong lá đậu tương ở giai đoạn
ra hoa sau 4 ngày gây hạn (A) và 6 ngày gây hạn
(B)

80

3.22

Phổ protein tổng số trong lá đậu tương ở giai đoạn
tạo quả sau 2 ngày gây hạn (A) và 4 ngày gây hạn
(B)

81

3.23

Phổ protein tổng số trong lá đậu tương ở giai đoạn
tạo quả sau 6 ngày gây hạn

82

e


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là cây trồng phổ biến ở nước ta và
trên thế giới. Ở nước ta, đậu tương là cây thực phẩm được sử dụng thường
xuyên cho cả người và vật nuôi. Thành phần dinh dưỡng của đậu tương rất
phong phú, hàm lượng protein cao nên đậu tương được dùng chế biến thực
phẩm giàu dinh dưỡng cho con người như bột ngũ cốc, bột đậu, tương, giá
đỗ... Bên cạnh giá trị dinh dưỡng cao, cây đậu tương cịn có khả năng cố định
đạm nhờ sự cộng sinh với vi khuẩn cố định đạm nên đậu tương cịn có tác
dụng trong việc cải tạo đất.
Ở Việt Nam diện tích trồng đậu tương trong những năm gần đây liên tục
tăng. Đến nay, cây đậu tương đã trở thành cây trồng chính trong cơ cấu cây
trồng của nhiều vùng sản xuất ở nước ta. Tuy nhiên, theo Tổng cục thống kê
Việt Nam (GSO), Bộ Nơng nghiệp và phát triển Nơng thơn thì tổng sản lượng
của cây đậu tương ở Việt Nam đã giảm mạnh từ năm 2011 (với tổng diện tích
trồng là 181,1 nghìn ha và tổng sản lượng là 266,9 nghìn tấn) đến năm 2015
(với tổng diện tích trồng là 192,4 nghìn ha và tổng sản lượng là 192,4 nghìn
tấn). Điều này ảnh hưởng sâu sắc đến một số ngành công nghiệp sản xuất liên
quan đến đậu tương như công nghiệp sản xuất sữa đậu nành, các nhà máy sản
xuất thức ăn chăn ni,...
Ngày nay sự biến đổi khí hậu ngày càng sâu sắc, Việt Nam là một trong
những nước chịu ảnh hưởng nặng nề nhất do biến đổi khí hậu như hạn hán,
ngập mặn…do đó việc sản xuất đậu tương chưa mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Vì vậy, việc nghiên cứu khả năng chống chịu của cây đậu tương ngày càng
trở nên cấp thiết.

Đối với cây trồng, để có thể tồn tại được với điều kiện bất lợi của môi
trường phải có những cơ chế thích nghi. Một trong những phản ứng thích nghi

e


2

đó là khả năng tạo áp suất thẩm thấu cao trong tế bào để cạnh tranh nước với
môi trường xung quanh, dẫn đến sự xuất hiện và tích lũy các chất hịa tan,
protein, axit amin đặc hiệu…
Các nghiên cứu tìm hiểu bản chất khả năng chịu hạn của cây trồng nói
chung và đậu tương nói riêng ngày càng được mở rộng. Với sự tiến bộ của
khoa học kĩ thuật hiện đại, các nhà khoa học có điều kiện đi sâu tìm hiểu cơ
chế sinh lý, hóa sinh của tính chịu hạn, xác định vị trí của gen liên quan đến
khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu, gen tổng hợp một số chất được hình
thành và tích lũy nhiều khi hạn hán… Tuy nhiên việc đi sâu tìm hiểu sự biến
động các chất có hoạt tính thẩm thấu của cây đậu tương trong điều kiện thiếu
nước nhằm làm rõ hơn bản chất phản ứng của đậu tương trong quá trình bị
hạn, để từ đó đánh giá khả năng chịu hạn và tìm kiếm các giải pháp nâng cao
khả năng chịu hạn của đậu tương là vấn đề quan trọng đang cần được nghiên
cứu. Theo hướng này chúng tôi tiến hành đề tài “Nghiên cứu sự biến động
của một số chất có hoạt tính thẩm thấu trong cây đậu tương chịu hạn qua
các giai đoạn phát triển”.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Phân tích sự biến động một số chất có hoạt tính thẩm thấu của cây đậu
tương trong quá trình gây hạn và phục hồi khi tưới nước trở lại ở thời kỳ cây
mầm, cây non, ra hoa và tạo quả.
- Đánh giá sự biến động về thành phần hệ protein của cây đậu tương ở
thời kỳ cây non, ra hoa và tạo quả trong điều kiện thiếu nước và phục hồi.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Cung cấp thêm dữ liệu về sự biến động các chất có hoạt tính thẩm
thấu của đậu tương ở giai đoạn nảy mầm, cây non, ra hoa và tạo quả dưới tác
động của điều kiện thiếu nước và giai đoạn phục hồi, góp phần bổ sung nguồn

e


3

tài liệu nghiên cứu về các chất có hoạt tính thẩm thấu của cây đậu tương trong
quá trình gây hạn.
- Kết quả nghiên cứu giúp đánh giá rõ hơn phản ứng của đậu tương
trong quá trình bị hạn, làm cơ sở khoa học cho việc chọn các giống đậu tương
chịu hạn phục vụ cho nhu cầu sản xuất ở những vùng gặp khó khăn về nước
tưới, góp phần làm tăng năng suất cây đậu tương.
4. Bố cục của luận văn
MỞ ĐẦU (từ trang 1 đến trang 3)
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU (từ trang 4 đến trang 23)
Chương 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU (từ trang 24 đến trang 33)
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN (từ trang 34 đến trang 82)
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ (từ trang 83 đến trang 84)

e


4

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tương
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại đậu tương
Cây đậu tương là một loài thực vật thuộc họ Đậu (Fabaceae), bộ
Fabales là một trong những cây trồng xuất hiện sớm nhất cùng với nền văn
minh của nhân loại. Năm 1948, Ricker và Morse đã khẳng định danh pháp La
tinh chính xác của đậu tương là Glycine max (L) Merrill.
Chi phụ soja có hai lồi Glycine max (L.) Merrill và Glycine soja Sieb
et Zucc. Glycine max (L.) Merrill là cây trồng hàng năm, khơng phát hiện
thấy lồi hoang dại. Nó có nguồn gốc từ vùng Mãn Châu (Trung Quốc); xuất
phát từ một loài đậu nành dại thân mảnh, dạng dây leo, ít phân nhánh, dạng
bụi, xẻ lá chét lơng chim, phiến lá hình ơ van, chùm hoa có cuống ngắn, hoa
tím hoặc trắng, quả thẳng hoặc cong, thường có nhiều lơng. Mỗi quả thường
có ba hạt hình trịn hoặc cầu. Vỏ hạt có màu sắc biến đổi từ vàng sáng đến
nâu, đen, xanh. Khối lượng của hạt dao động từ 10 g đến 20 g.
1.1.2. Đặc điểm thực vật học của cây đậu tương
Về hình thái, rễ đậu tương là rễ cọc, trên rễ chính mọc ra nhiều rễ phụ
cấp 2, cấp 3 tập trung nhiều ở tầng đất 7-8 cm rộng 30-40 cm2. Trên rễ chính
và phụ có nhiều nốt sần. Bộ rễ phân bố nông sâu, rộng hẹp, số lượng nốt sần ít
hay nhiều phụ thuộc vào giống, đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng.
Thân cây đậu tương thuộc loại thân thảo, trên thân có nhiều lơng tơ
ngắn bao phủ. Thân cịn non có màu xanh hoặc màu tím khi về già chuyển
sang màu nâu nhạt, màu sắc của thân có liên quan chặt chẽ đến màu sắc của
hoa sau này. Một số giống có mật độ lơng tơ dày, màu sẫm có sức kháng
bệnh, chịu hạn và chịu rét khỏe. Thực tế cũng có giống khơng có lơng tơ,
những giống này thường sinh trưởng khơng bình thường, sức chống chịu kém.

e


5

Thân có lơng tơ nhiều hay ít, dài hay ngắn, dày hay thưa là một đặc điểm để
phân biệt giữa các giống với nhau.
Lá đậu tương gồm 3 loại: lá mầm, lá đơn và lá kép. Lá mầm lúc mới
mọc có màu vàng hay xanh lục, khi tiếp xúc với ánh sáng thì chuyển sang
màu xanh. Lá đơn mọc đối xứng nhau, xuất hiện sau khi cây mọc từ 2-3 ngày
và mọc phía trên lá mầm. Lá kép có 3 lá chét, mọc so le. Lá kép thường có
màu xanh tươi khi già biến thành màu vàng nâu.
Hoa đậu tương thường có màu tím. Hoa phát sinh ở nách lá, đầu cành
và đầu thân. Hoa mọc thành từng chùm, mỗi chùm có 1-10 hoa và thường có
3-5 hoa. Hoa đậu tương thuộc loại hoa lưỡng tính, tiền khai hoa cờ, được cấu
tạo bởi 5 lá đài, 5 cánh hoa, 10 nhị và 1 nhụy bầu trên.
Quả có thể thẳng hoặc cong, có nhiều lơng. Số quả biến động từ 2-20
quả ở mỗi chùm hoa và có thể đạt tới 400 quả trên một cây. Một quả chứa từ
1-5 hạt, hầu hết từ 2-3 hạt. Quả có màu sắc biến đổi từ vàng trắng tới vàng
sẫm, nâu hoặc đen. Lúc còn non, quả có màu xanh nhiều lơng khi chín có màu
nâu. Hạt có nhiều hình dạng khác nhau: trịn, bầu dục,... Căn cứ vào thời gian
sinh trưởng của cây đậu tương, người ta chia làm 3 loại: chín sớm (75-85
ngày), trung bình (80-100 ngày), muộn (110-120 ngày). Thời gian sinh
trưởng là một yếu tố quan trọng để lựa chọn cây trồng luân canh tăng vụ [7].
1.1.3. Giá trị sử dụng của cây đậu tương
1.1.3.1. Thành phần dinh dưỡng của đậu tương
Hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, gồm có protein, lipit,
hydratcacbon và các chất khống. Trong hạt đậu tương, hàm lượng protein
chiếm khoảng 36-44%, nhiều hơn bất cứ các loại thực phẩm nào, kể cả thịt
động vật. Protein của đậu tương là loại protein dễ tiêu, có phẩm chất tốt nhất
trong số các protein của thực vật. Protein đậu tương hội tụ đủ các thành phần
axit amin thiết yếu với hàm lượng cao. Hàm lượng các axit amin có chứa lưu

e

6

huỳnh của đậu tương như methionine, cysteine,… rất gần với hàm lượng chất
này trong trứng, đặc biệt là hàm lượng lysine cao 1,5 lần so với trứng. Đậu
tương là loại thực phẩm nhiều protein nhưng lại ít chất béo bão hịa và hồn
tồn khơng có cholesterol. Hạt đậu tương cũng rất giàu vitamin như vitamin
B1, B2, B3, B6, A, E, D,… và các chất khoáng như canxi, sắt, kẽm,… hàm
lượng chất xơ trong hạt đậu tương cũng khá cao [3].
1.1.3.2. Giá trị sử dụng
Đậu tương có nhiều giá trị sử dụng khác nhau, từ hạt đậu tương người ta
đã chế biến được trên 600 sản phẩm khác nhau, trong đó có hơn 300 loại làm
thực phẩm được chế biến bằng cả phương pháp cổ truyền, thủ công và hiện
đại dưới dạng tươi, khô và lên men như làm giá, đậu phụ, tương, xì dầu ... đến
các sản phẩm cao cấp khác như cà phê đậu tương, bánh kẹo và thịt nhân tạo...
Đậu tương còn là vị thuốc để chữa bệnh, đặc biệt là đậu tương hạt đen, có tác
dụng tốt cho tim, gan, thận, dạ dày và ruột. Đậu tương là thức ăn tốt cho
những người bị bệnh đái đường, thấp khớp, thần kinh suy nhược và suy dinh
dưỡng.
Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau như
chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phịng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất
đốt lỏng, dầu bơi trơn trong ngành hàng không, 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. Đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc. Tồn cây đậu tương
(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. Sản phẩm phụ công nghiệp
như khô dầu có thành phần dinh dưỡng khá cao: N: 6,2%; P2O5: 0,7%; K2O:
2,4%; vì thế làm thức ăn cho gia súc rất tốt [5].

e


7

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 N (Phạm Gia Thiều, 2000).
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 N. Thân, lá đậu tương được
dùng bón ruộng thay phân hữu cơ bởi hàm lượng N trong thân chiếm 0,05%,
trong lá chiếm 0,19% [14].
1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam
1.1.4.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới
Trên thế giới, diện tích đậu tương ngày càng được mở rộng, năng suất
ngày càng tăng. Đậu tương có mặt ở khắp các châu lục, tập trung nhiều nhất ở
châu Mỹ, tiếp đến là châu Á và một số nơi khác trên thế giới. Hiện nay Mỹ
vẫn là quốc gia có sản lượng đậu tương cao nhất trên thế giới, chiếm 31,9%
tổng sản lượng toàn thế giới.
Hàng năm trên thế giới trồng thêm khoảng hơn 3 triệu ha với năng suất
bình quân khá cao 22-25 tạ/ha đã tạo ra một sản lượng đậu tương gấp hơn 2
lần so với 20 năm về trước. Các nước trồng đậu tương đứng hàng đầu trên thế
giới về diện tích gieo trồng và sản lượng là Mỹ, Braxin, Achentina và Trung
Quốc.
1.1.4.2. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam
Trong những năm gần đây, cây đậu tương đã phát triển khá nhanh về
diện tích đất canh tác. Cả nước hình thành 6 vùng sản xuất đậu tương: vùng
Đơng Nam Bộ có diện tích lớn nhất chiếm 26,2% diện tích đậu tương cả
nước, miền núi Bắc Bộ 24,7%; đồng bằng sông Hồng 17,5%; đồng bằng sông

Cửu Long 12,4%; còn lại là vùng đồng bằng ven biển miền Trung và Tây
Nguyên chiếm 33,4%. Về sản lượng, 3 vùng đồng bằng sông Hồng, Đông
Nam Bộ, đồng bằng sông Cửu Long chiếm 63% sản lượng đậu tương cả

e


8

nước. Đặc biệt vùng đồng bằng sông Cửu Long với 12,4% diện tích nhưng lại
chiếm 20,9% sản lượng đậu tương cả nước, năng suất bình quân đạt 16 tạ/ha
[5], [14].
Bảng 1.1. Sản lượng đậu tương ở Việt Nam giai đoạn 2011- 2015

Năm

2011

2012

2013

2014

2015

Diện tích gieo trờ ng (nghìn ha)

181,1

119,6

117,8

120

130

Năng suất (tấn/ha)

1,47

1,45

1,43

1,47

1,48

Tổng sản lượng (nghìn tấn)

266,9

173,7

168,4

176,4 192,4

(Nguồn: Tổng Cục thống kê Việt Nam (GSO) (2015), Bộ Nông nghiệp và phát triển nông
thôn số liệu dự báo của USDA).

Hiện nay cùng với nhịp độ tăng dân số và việc thay đổi tập quán tiêu
dùng dầu thực vật thay mỡ động vật, thì nhu cầu dầu thực vật đặc biệt là dầu
đậu tương sẽ tăng lên, do đó sẽ tạo ra một cơ hội rất lớn cho việc phát triển
sản xuất đậu tương trong nước để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng. Bởi vậy nghiên
cứu cải tiến các đặc điểm nông sinh học của các giống đậu tương địa phương
và tạo giống mới có năng suất cao, thích nghi với điều kiện sinh thái ở những
vùng khác nhau là yêu cầu cấp thiết đặt ra cho ngành chọn giống đậu tương.
Ở Bình Định, hàng năm, có từ 1.700 - 2.300 ha đất chân cao, bãi bồi ven
sông chuyên sản xuất cây đậu tương. Đây cũng là loại cây trồng truyền thống,
có đầu ra khá thuận lợi, đặc biệt đối với những diện tích đất chân cao thiếu
nước tưới có thể luân canh cây đậu tương với các loại cây trồng khác. Tuy
nhiên, lâu nay, nông dân trong tỉnh chủ yếu sử dụng các giống đậu tương ở
địa phương như MTĐ176, PC19, ĐT84... cho năng suất, hiệu quả thấp,
thường nhiễm sâu bệnh thông thường. Trước tình hình đó, Viện KHKT Nơng
nghiệp Dun hải Nam Trung bộ (Bộ NN-PTNT) đã tiến hành chọn tạo, sản
xuất thử các giống đậu tương mới vừa có tiềm năng năng suất cao, vừa có

e


9

hàm lượng protein cao để bổ sung vào bộ giống của tỉnh, đáp ứng nhu cầu sản
xuất của nông dân địa phương.
1.2. Cơ sở sinh lý, hóa sinh của tính chịu hạn
1.2.1. Ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng
Môi trường khô hạn gây ra hàng loạt những tác động tiêu cực đến thực

vật ở tất cả các cấp độ, từ hình thái, cấu trúc tới phân tử và ở tất cả các giai
đoạn phát triển. Để đối phó với điều kiện hạn hán, thực vật sẽ khởi động cơ
chế phịng vệ chống lại sự thiếu hụt nước, sau đó sẽ là một loạt các cơ chế ở
các cấp độ khác nhau như giữ không để mất nước hoặc nhanh chóng bù lại sự
thiếu hụt nước thơng qua những biến đổi về hình thái, duy trì áp suất nội bào.
Sự đáp ứng chống chịu stress hạn của thực vật được thực hiện thơng qua một
chuỗi các q trình rất phức tạp với sự tham gia của hàng loạt các yếu tố [1].
Hạn hán ảnh hưởng đến sự cân bằng nước trong cây, ảnh hưởng đến các
chức năng sinh lý như hô hấp, quang hợp… dẫn đến năng suất giảm. Khi gặp
hạn, trạng thái chất nguyên sinh của tế bào bị thay đỗi mạnh làm ảnh hưởng
tới tính thấm, mức độ thủy hóa, thay đổi độ pH, độ nhớt dẫn đến sự thay đổi
các thành phần cấu tạo nên chất nguyên sinh, ảnh hưởng tới quá trình trao đổi
chất của cơ thể.
Hạn dẫn đến một số biến đổi trong mô và tế bào như làm biến tính và
kết tủa protein, làm tăng độ lỏng của lipit màng, mở xoắn các acid nucleic.
Hạn cũng phá hoại hệ thống quang hóa II trên màng thylacoid. Ảnh hưởng
của hạn trước hết là gây ra sự mất nước của tế bào và mô, tiếp theo là hệ
nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào và mô bị tổn thương và
chết. Hạn là nguyên nhân chính của sự mất mùa và làm giảm năng suất gieo
trồng [8].
Nước là yếu tố tới hạn của cây trồng, là sản phẩm quan trọng, khởi đầu,
trung gian và cuối cùng của các q trình chuyển hóa các chất, trực tiếp tham

e


10

gia các phản ứng đồng thời cũng là môi trường cho các phản ứng trao đổi chất
xảy ra. Vì vậy, nước có ý nghĩa sinh thái và sinh lý quan trọng trong đời sống

thực vật. Thiếu nước là một trong những nguyên nhân ảnh hưởng đến sự phát
triển và năng suất cây trồng. Do vậy tính chịu hạn của cây trồng và vấn đề
chống chịu hạn thường xuyên được quan tâm.
Như vậy, ảnh hưởng cực đoan của hạn ở bất cứ giai đoạn sinh trưởng
nào của cây trồng cũng ảnh hưởng đến các yếu tố cấu thành năng suất và làm
giảm năng suất của cây trồng [9].
1.2.2. Cơ sở sinh lý, hóa sinh và sinh học phân tử của tính chịu hạn
Để chống lại khơ hạn thực vật có những biến đổi về sinh lý, sinh hố
nhằm khơng để mất nước. Có 2 cơ chế bảo vệ thực vật tồn tại trên môi trường
thiếu nước là cơ chế tránh mất nước và cơ chế chịu mất nước. Cơ chế tránh
mất nước có liên quan đến đặc điểm cấu trúc và hình thái của bộ rễ, bộ rễ dài
khoẻ sẽ giúp cây hút được nước ở những vùng khô hạn, hay những vùng sâu
hơn, xa hơn. Ngồi ra, cây có hệ mạch dẫn phát triển sẽ dẫn nước lên các cơ
quan thốt hơi nước, hệ mơ bì phát triển sẽ hạn chế sự thốt hơi nước của cây.
thì sẽ biểu hiện ra ở mức độ toàn bộ cơ thể. Thực vật nói chung và cây đậu
tương nói riêng, khi ở giai đoạn cây non chịu tác động mạnh của hạn vì bộ rễ
chưa phát triển đầy đủ [23].
Để giảm tối thiểu sự mất nước, tế bào thực vật cịn có khả năng tự điều
chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào thông qua việc tích luỹ các chất hồ tan, các
protein, proline, glycine betaine, fluctose, mannitol, ion K+… Khả năng điều
chỉnh áp suất thẩm (ASTT) có liên quan trực tiếp đến khả năng cạnh tranh
nước của tế bào rễ cây đối với đất. Bằng cơ chế như vậy, thực vật có thể vượt
qua tình trạng hạn cục bộ [1].
Trong điều kiện hạn, áp suất thẩm thấu được điều chỉnh tăng lên giúp
cho tế bào rễ thu nhận được những phân tử nước có rất ít trong đất. Khi tế bào

e


11

bị mất nước dần dần các chất hòa tan sẽ được tích lũy trong tế bào chất nhằm
chống lại việc giảm tiềm năng nước và tăng khả năng giữ nước của ngun
sinh chất. Các chất hịa tan có liên quan bao gồm các loại đường, các axit hữu
cơ, các loại axit amin, các loại rượu đa chức hay các ion (chủ yếu là ion K+).
Các chất có hoạt tính thẩm thấu có khả năng giữ và lấy nước vào tế bào hoặc
ngăn chặn sự xâm nhập của ion Na+, ngoài ra cịn có thể thay thế vị trí của
nước nơi xảy ra các phản ứng sinh hóa, tương tác với protein và lipit màng,
ngăn chặn sự phá hủy màng [25].
Một số cơng trình nghiên cứu về cơ chế chịu hạn của cây trồng đã cho
thấy vai trò của một số chất có hoạt tính thẩm thấu đối với khả năng tăng
cường tính chống chịu ở điều kiện cực đoan [1], [3].
Một trong các chất liên quan đến ASTT được chú ý là proline. Proline là
một axit amin có vai trị quan trọng trong sự điều hòa ASTT trong tế bào.
Theo Ashraf và Foolad (2002) [28], sức chống chịu của thực vật tăng lên khi
được chuyển các gen mã hóa enzyme tham gia vào con đường sinh tổng hợp
proline trong tế bào. Nhiều cơng trình nghiên cứu cho thấy sự tích lũy proline
có thể tăng 10 đến 100 lần ở thực vật dưới tác động của ASTT cao.
Nghiên cứu về tính chịu hạn ở thực vật theo cơ chế chịu mất nước, các
nhà khoa học nhận thấy rằng các nhóm chất liên quan đến việc bảo vệ cấu
trúc tế bào và điều chỉnh áp suất thẩm thấu trong tế bào có vai trị đặc biệt
quan trọng. Những nhóm chất đó bao gồm protein sốc nhiệt, môi giới phân tử,
LEA [31].
Protein sốc nhiệt (heat shock protein –HSP) có ở hầu hết các lồi thực
vật như lúa mì, lúa mạch, lúa gạo, ngơ, đậu nành, hành, tỏi,... chúng chiếm
khoảng 1% protein tổng số trong lá của các loài thực vật này. HSP được tổng

e

12

hợp khi tế bào gặp điều kiện cực đoan như nóng, hạn, lạnh, phèn, mặn,.... Sự
xuất hiện của HSP có chức năng ngăn chặn hoặc sửa chữa sự phá hủy do
stress nóng và mở rộng giá trị ngưỡng chống chịu nhiệt độ cao. Trong các tế
bào thực vật, HSP tế bào chất tập chung thành các hạt sốc nhiệt (HSG – heat
shock granules). Người ta cho rằng các HSP gắn kết trên các ARN
polymerase để ngăn cản sự phiên mã tổng hợp mARN trong q trình bị
stress nóng. HSPs được chia thành 6 nhóm dựa trên cơ sở khối lượng phân tử
khác nhau. Trong đó nhóm HSP 60 và HSP 70 có nhiều đại diện của chất mơi
giới phân tử (chaperonin), HSP 8,5 kDa (ubiquitin) có chức năng bảo vệ tế
bào nhưng không phải chất môi giới phân tử. Ubiquitin có hoạt tính protease
với chức năng phân giải các protein khơng có hoạt tính enzyme. Ubiquitin ít
chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cao nên có vai trị tự sửa chữa khi tế bào gặp
điều kiện cực đoan, đặc biệt là nhiệt độ cao [31].
Protein LEA (Late embryogenesis abundant protein) là protein có vai
trị bảo vệ thực vật bậc cao khi môi trường xảy ra stress, đặc biệt là hạn.
Protein LEA hạn chế sự mất nước do điều kiện ngoại cảnh bất lợi và đóng vai
trị điều chỉnh q trình mất nước sinh lý khi hạt chín. Trong tự nhiên, phơi
sau khi hình thành trong giai đoạn chín thường được chuyển sang trạng thái
ngủ, lượng nước trong phôi và trong hạt giảm đến mức tối thiểu. Protein LEA
được tạo ra hàng loạt trong giai đoạn muộn của quá trình hình thành phôi.
Mức độ phiên mã của gen LEA được điều khiển bởi ABA, độ mất nước của tế
bào và áp suất thẩm thấu trong tế bào. Protein LEA thực hiện các chức năng
như cô lập ion, bảo vệ protein màng tế bào, phân hủy protein biến tính, điều
chỉnh áp suất thẩm thấu. Nhiều gen LEA đã được nghiên cứu và phân lập trên
các đối tượng cây trồng khác nhau [31].

e

13

1.3. Vai trị của các hợp chất có hoạt tính thẩm thấu trong việc đánh giá
khả năng chịu hạn
1.3.1. Proline và vai trò của proline

Proline là một axit amin ưa nước, có khối lượng phân tử nhỏ, được tổng
hợp từ glutamin nhờ sự xúc tác của enzyme delta-1-pyrroline-5-carboxylate
sythetase (P5CS). Axit amin này được tích lũy nhiều ở lá cây của nhiều lồi
thực vật, mơ lá, mơ phân sinh chóp rễ thực vật và ở hạt phấn khi thực vật bị
mất nước [48].
Proline thuộc nhóm các chất điều hịa thẩm thấu, chúng có khối lượng
phân tử nhỏ, các hợp chất này có chung tính chất là khơng tích điện ở pH
trung tính (như các ion vơ cơ) và có khả năng hịa tan tốt trong nước, khơng
độc khi có nồng độ cao và làm ổn định cấu trúc của các phân tử protein [52].
Khi cây gặp stress, proline tự do có hiệu ứng sinh học đa năng, không chỉ
trong chức năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu mà cịn có tác động bảo vệ hàng
loạt enzyme trong điều kiện biến tính (nhiệt độ cao, nồng độ muối cao…), bên
cạnh đó nó còn thể hiện khả năng bảo vệ gián tiếp protein và màng khỏi tổn
thương. Proline còn được xem như một dạng dự trữ nitơ khi gặp stress,
proline còn là nguồn cung cấp năng lượng và đương lượng khử.
Phân tử proline có cấu trúc vịng (pirolidin), cấu trúc này tạo cho
proline một hình dáng vững chắc hơn so với các axit amin khác. Như vậy, vai
trò của proline trong chống chịu stress nước ở thực vật thể hiện prolin tham

e