Đánh giá khả năng chịu hạn và nhân gen P5CS của một số giống đậu tương địa phương của tỉnh Cao Bằng

đại học tháI
n
guyê
n

Trờng đại học
s


phạm













Hà tiến
sỹ

ĐáNH GIá KHả NĂNG CHịU HạN Và NHÂN GEN
P5CS
CủA MộT Số GiốNG ĐậU TƯƠNG ĐịA
PHƯƠNG
Củ
A
TỉNH CAO
Bằ
NG



Chuyên ngành : Di truyền
học

Mã số : 60.42.70






Lun vn thc s sinh hc

Ngời
hớng
dẫn khoa học : pgs.ts.Chu hoàng
M
ậu














TháI nguyên -
2007

đại học tháI
n
guyê
n

Trờng đại học
s


phạm













H Tin S

ĐáNH GIá KHả NĂNG CHịU HạN Và NHÂN GEN
P5CS
CủA MộT Số GiốNG ĐậU TƯƠNG ĐịA PHƯƠNG CủA
TỉNH CAO Bằ
NG













Lun vn thc s sinh hc

TháI nguyên -
2007














MỤC
LỤC


Lời cam đoan 1

Lời cảm ơn. 2

Mục lục 3

Những chữ viết tắt 5

Danh mục các bảng 6

Danh mục các hình 7

MỞ ĐẦU 8

Ch
ƣ
ơng
1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

1.1 CÂY ĐẬU
T
Ƣ
ƠNG
10

1.1.1. Đặc điểm thực vật học 10

1.1.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam 11

1.1.3. Thành phần hoá sinh hạt đậu tương 12

1.1.3.1. Protein dự trữ và thành phần axit amin 13

1.1.3.2. Lipit, vitamin và một số chất khác 13

1.2. ĐẶC TÍNH CHIỤ HẠN VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHỊU HẠN Ở CÂY
ĐẬU
T
Ƣ
ƠNG
14
1.2.1. Ảnh hưởng của hạn đối với cây trồng 14

1.2.2. Đặc tính chịu hạn và nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây đậu tương 15

1.2.3. Cơ sở sinh lý, sinh hoá và sinh học phân tử của tính chịu hạn 17

1.3. GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ TỔNG HỢP PROLINE 21

Ch
ƣ
ơng
2. NGUYÊN LIỆU VÀ
PH
Ƣ
ƠNG PHÁP
25

2.1. NGUYÊN LIỆU 25

2.2. HOÁ CHẤT THIẾT BỊ VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 25

2.3.
PH
Ƣ
ƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU 26

2.3.1. Nhóm phương pháp sinh lý, hoá sinh 26

2.3.2. Các phương pháp sinh học phân tử 31



2.3.3. Phương pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu 33

Ch
ƣ
ơng
3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 34




3.1. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, KHỐI L
Ƣ
ỢNG VÀ THÀNH PHẦN HOÁ

SINH HẠT CỦA CÁC GIỐNG ĐẬU
T
Ƣ
ƠNG

NGHIÊN CỨU 34

3.1.1. Đặc điểm hình thái và khối lượng 1000 hạt 34

3.1.2. Hàm lượng lipit và protein ở hạt 35

3.1.3. Kết quả phân tích hàm lượng axit amin liên kết trong hạt 37

3.1.4. Nhận xét về đặc điểm hoá sinh của các giống đậu tương 40

3.2. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÁC GIỐNG

ĐẬU
T
Ƣ
ƠNG
NGHIÊN CỨU 41

3.2.1. Ảnh hưởng của hạn sinh lý đến hoạt độ của

- amylase và hàm lượng


đường trong giai đoạn hạt nảy mầm 41

3.2.2 Đặc điểm phản ứng của cây đậu tương non đối với hạn 47

3.2.2.1. Tỷ lệ thiệt hại của các giống đậu tương ở giai đoạn cây non 3 lá dưới tác
động của hạn 47
3.2.2.2.Khả năng chịu hạn của các giống đậu tương ở giai đoạn cây non 48

3.2.2.3. Hàm lượng protein và proline của các giống đậu tương ở giai đoạn cây

non 3 lá. 51

3.2.3. Mối quan hệ giữa các giống đậu tương dựa trên sự biểu hiện của các tính

trạng đối với hạn 53

3.2.4. Nhận xét về khả năng chịu hạn của các giống đậu tương 55

3.3. KẾT QUẢ NHÂN ĐOẠN ADN THUỘC GEN P5CS CỦA CÁC GIỐNG
ĐẬU
T
Ƣ
ƠNG
NGHIÊN CỨU 56
3.3.1.Tách chiết ADN tổng số của các giống đậu tương 56

3.3.2. Nhân đoạn ADN thuộc gen P5CS của các giống đậu tương 58

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 60

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 61

TÀI LIỆU THAM KHẢO 62

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT



ABA : Axit abscisic (Abscisis acid)
ADN: Axit deoxyribonucleic
ARN : Axit ribonucleic
ASTT: Áp suất thẩm thấu
ATP : Adenosin triphosphat
ATP – ase : Enzym phân giải ATP
AtproT
1
: Arabidopsis proline transporter 1
AtproT
2
: Arabidopsis proline transporter 2
Bp : Cặp bazơ
cADN : Sợi ADN bổ sung được tổng hợp từ mARN nhờ enzyme phiên mã ngược
dNTP : Deoxynucleotide
EDTA : Ethylendiamin tetraacetic acid
HSP : Heat shock protein - Protein sốc nhiệt
Kb : Kilo bazơ = 1000 bp
KTPT : Kích thước phân tử
LEA : Late embryogenesis abundant
LeproT
1
: The proline transporter 1
LeproT
2
: The proline transporter 2

LeproT
3
: The proline transporter 3
MGPT : Môi giới phân tử - Molecular chaperone
MW : Molecular weight - Khối lượng phân tử
NaOAC : Natriacetat
P
5
C : Deltal - pyrroline - 5- carboxylate
P
5
CS : Delta pyrroline - 5 - Carborxylate Synthetase
P
5
CR : Deltal pyrroline – 5- Carboxylate reductase
PCR : Polymerase chain reaction - Phản ứng chuỗi polimerase
TBE : Tris - Boric acid - EDTA




DANH MỤC CÁC BẢNG



Trang


Bảng 1.1. Sản lượng đậu tương Thế giới niên vụ 2006 – 2007 12

Bảng 2.1. Nguồn gốc của các giống đậu tương 25

Bảng 2.2. Thành phần của phản ứng PCR 33

Bảng 3.1. Hình dạng, kích thước, màu sắc, khối lượng 1000 hạt của các giống
đậu tương nghiên cứu 34
Bảng 3.2. Hàm lượng protein và lipit của 7 giống đậu tương 36

Bảng 3.3. Hàm lượng các axit amin trong hạt của các giống đậu tương 38

Bảng 3.4. Thành phần và hàm lượng axit amin trong protein hạt của các giống
đậu tương (g axit amin/100g protein 39
Bảng 3.5. Hàm lượng các axit amin không thay thế trong hạt 40

của 7 giốngđậu tương (g axit amin/100g protein 42

Bảng 3.6. Hoạt độ  - amylase trong các giai đoạn hạt nảy mầm khi xử lý sorbitol

7% (ĐVHĐ/mg hạt nảy mầm) 42

Bảng 3.7. Hàm lượng đường tan của các giống nghiên cứu ở giai đoạn này mầm 44

Bảng 3.8. Tương quan giữa hoạt độ  - amylase và hàm lượng đường tan ở các
giai đoạn hạt nảy mầm…………………………………………… 46
Bảng 3.9. Tỷ lệ thiệt hại của 7 giống đậu tương ở giai đoạn cây non 3 lá 47

Bảng 3.10. Bảng tổng hợp các chỉ tiêu đánh giá khả năng chịu hạn 50

Bảng 3.11. Hàm lượng protein và proline của cây đậu tương 3 lá 52

Bảng 3.12. Hệ số khác nhau giữa các giống đậu tương 54

Bảng 3.13. Hàm lượng và độ tinh sạch của ADN tổng số của 7 giống đậu tương 57






DANH MỤC CÁC HÌNH



Trang


Hình 1.1. Sơ đồ mô tả quá trình biến đổi của proline trong tế bào 22

Hình 3.1. Hạt của 7 giống đậu tương nghiên cứu 35

Hình 3.2. Biểu đồ so sánh hàm lượng axit amin không thay thế của các giống đậu
tương nghiên cứu với tiêu chuẩn của FAO 40

Hình 3.3. Sự biến động hoạt độ α - amylase trong các giai đoạn hạt nảy mầm
khi xử lý bởi sorbitol 7% ở 7 giống đậu tương 42

Hình 3.4. Hoạt độ của  - amylase ở 7 giống đậu tương trong các giai đoạn hạt
nảy mầm 43
Hình 3.5. Hàm lượng đường tan ở giai đoạn hạt nảy mầm khi xử lý sorbitol 7%

của 7 giống đậu tương 45

Hình 3.6. Tỷ lệ thiệt hại của 7 giống đậu tương 48

Hình 3.7. Ảnh cây đậu tương non sau 9 ngày hạn .48

Hình 3.8. Chiều dài rễ của 7 giống đậu tương sau 7 ngày hạn 49

Hình 3.9. Đồ thị thể hiện khả năng chịu hạn của 7 giống đậu tương 51

Hình 3.10. Biểu đồ so sánh sự biến động hàm lượng protein trước và sau hạn 53

Hình 3.11. Biểu đồ so sánh sự biến động hàm lượng proline trước và sau hạn 53

Hình 3.12. Sơ đồ quan hệ giữa các giống đậu tương dựa trên sự biểu hiện của các
tính trạng đối với hạn 55
Hình 3.13. Hình ảnh điện di ADN tổng số của các giống đậu tương 57

Hình 3.14. Hình ảnh điện di đoạn gen P5CS (1,8kb) được nhân lên bằng kỹ thuật

PCR ở các giống đậu tương 58

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

MỞ ĐẦU

Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là loại cây thuộc họ đậu, có hàm lượng
các chất dinh dưỡng cao, đặc biệt giàu protein, nên đậu tương được trồng để làm
thức ăn cho người và gia súc. Sản phẩm từ cây đậu tương được sử dụng rất đa dạng
như dùng trực tiếp hạt thô hoặc chế biến thành đậu phụ, ép thành dầu đậu nành, sữa
đậu nành, làm bánh kẹo, nước giải khát, nước chấm…đáp ứng nhu cầu đạm trong
khẩu phần ăn hàng ngày của người cũng như gia súc [10].
Cây đậu tương có thời gian sinh trưởng ngắn, hệ rễ có nốt sần mang vi khuẩn
cố định đạm, nên trồng cây đậu tương còn có tác dụng cải tạo đất, tăng năng suất
các cây trồng khác, vì vậy cây đậu tương thường được trồng luân canh với lúa và
ngô để tăng vụ và cải tạo đất bạc màu.
Ở Việt Nam cây đậu tương có một vị trí quan trọng trong nền sản xuất nông
nghiệp, đặc biệt là những vùng nông thôn nghèo, kinh tế chưa phát triển. Hiện nay
cây đậu tương được gieo trồng tại 43 trong số 61 tỉnh thuộc cả 7 vùng nông nghiệp
trên cả nước [10].
Các giống đậu tương ở nước ta hiện nay rất đa dạng phong phú gồm các giống
đậu tương nhập nội, giống lai tạo giống đậu tương đột biến và tập đoàn các giống
đậu tương địa phương. Trong những năm gần đây cùng với việc tạo ra các giống
đậu tương mới cho năng suất cao, các nhà chọn giống đậu tương còn quan tâm
nghiên cứu các giống đậu tương địa phương, những giống này thường có năng suất
thấp nhưng chất lượng hạt cao và có khả năng chống chịu tốt với điều kiện ngoại
cảnh bất lợi như nóng, lạnh, hạn… [10].
Địa bàn nước ta chủ yếu là đồi núi, diễn biến khí hậu phức tạp, lượng mưa phân
bố không đều giữa các vùng miền và các thời kỳ trong năm, hạn hán thường xuyên xảy
ra cùng với những yếu tố môi trường bất lợi khác đã làm giảm năng suất, chất lượng và
khả năng chống chịu của thực vật nói chung và cây đậu tương nói riêng .

Đậu tương là cây tương đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh và thuộc vào
nhóm chịu hạn kém. Cho đến nay, ở nước ta đã có một số công trình nghiên cứu về
đặc tính chịu hạn của cây đậu tương [6], [5]. Tiêu biểu là một số nghiên cứu tìm
hiểu sở phân tử của các đặc tính này như một số nhóm protein chịu nhiệt LEA,




HSP, axit amin proline enzyme trong hạt của một số giống đậu tương chịu hạn
khác nhau như protein dự trữ protease, amylase [7], [8], [9], [11], [12]. Proline là
axit amin có vai trò quan trọng trong quá trình điều hoà áp suất thẩm thấu của tế
bào, đồng thời nó còn là một axit amin ưa nước có khả năng giữ và lấy nước cho tế
bào. Sự tổng hợp proline trong tế bào có liên quan đến gen detal – pyrroline – 5 –
carboxylate synthetase (P5CS). Trên thế giới gen P5CS đã được nghiên cứu ở một
số đối tượng như Lúa, Thuốc lá, Arabidopsis thaliana, Ngô, Đậu tương [20], [28],
[31], [35]. Tuy nhiên ở Việt Nam việc nghiên cứu về gen P5CS vẫn còn là vấn đề
mới mẻ.
Xuất phát từ những lý do trên tôi đã tiến hành đề tài luận văn thạc sĩ là:
"Đánh giá khả năng chịu hạn và nhân gen P5CS của một số giống đậu tƣơng
địa
ph
ƣ
ơng
của tỉnh Cao Bằng".
2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

- So sánh khả năng chịu hạn và phân tích cơ sở hoá sinh của tính chịu hạn của một
số giống đậu tương địa phương của tỉnh Cao Bằng.
- Phân lập gen P5CS của các giống đậu tương địa phương của tỉnh Cao Bằng.

3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Phân tích đặc điểm hình thái hạt (màu sắc, hình dạng, kích thước hạt) và khối
lượng 1000 hạt của các giống đậu tương nghiên cứu.
-Xác định hàm lượng protein, lipit và thành phần axit amin của các giống đậu tương
nghiên cứu.
- Xác định hoạt độ của - amylase và hàm lượng đường tan ở giai đoạn hạt nảy mầm.

- Phân tích một số chỉ tiêu sinh lý, hoá sinh của cây đậu tương non 3 lá trong điều
kiện hạn nhân tạo.
- Xác định mối quan hệ giữa các giống đậu tương dựa trên phản ứng của kiểu gen
trước tác động của hạn.
- Nhân đoạn ADN thuộc gen P5CS của các giống đậu tương bằng kỹ thuật PCR.




Ch
ƣ
ơng
1


TỔNG QUAN TÀI
LIỆU




1.1. CÂY ĐẬU

T
Ƣ
ƠNG

1.1.1. Đặc điểm thực vật học

Đậu tương có tên khoa học là (Glycine max (L.) Merrill) là loại cây trồng
thuộc họ đậu (Fabaceae), họ phụ cánh bướm (papilionoi dea). Cây đậu tương có
nguồn gốc từ Đông Bắc Trung Quốc vào khoảng thế kỷ thứ XI trước công nguyên.
Từ Trung Quốc cây đậu tương được phân bố đến nhiều nước trên thế giới như:
Triều Tiên, Nhật Bản, Ấn Độ, Mỹ, Brazin, Acgentina… ở Việt Nam cây đậu tương
được du nhập từ Trung Quốc rất sớm [7], [10]. Trong thời gian gần đây người ta
phát hiện ra được nhiều giá trị của cây đậu tương cũng như việc áp dụng những tiến
bộ khoa học kỹ thuật mới trong sản xuất đậu tương.
Về hình thái, rễ đậu tương là rễ cọc gồm rễ cái và rễ bên, trên bộ rễ của cây
đậu tương có nhiều nốt sần chứa vi khuẩn Rhizobium Japonicum có khả năng cố
định nitơ từ khí trời cung cấp đạm cho cây có vai trò cải tạo đất [4]. Thân đậu tương
có hình tròn, thân non có màu xanh hoặc tím, mầu thân non có mối tương quan chặt
chẽ với màu sắc hoa, thân có khả năng phân nhiều cành từ 3 - 8 cành, khi quả chín
thì thân ngả sang màu vàng nâu. Lá đậu tương gồm 3 loại lá: lá mầm, lá đơn và lá
kép (có 3 lá chét đôi khi có 4-5 lá chét). Hoa mọc thành chùm ở nách lá, mỗi chùm
hoa có từ 10-15 hoa, có màu trắng hoặc tím. Hoa đậu tương tự thụ phấn hoàn toàn.
Quả có thể thẳng hoặc cong có nhiều lông. Mỗi chùm hoa có từ 2-20 quả và có tới
400 quả trên một cây. Một quả chứa từ 1-5 hạt nhưng thông thường là 2-3, vỏ hạt
đậu tương có màu nâu, đen, vàng, xanh. Khối lượng hạt rất đa dạng từ 20-400
mg/hạt. Hạt đậu tương không có nội nhũ mà chỉ có một lớp vỏ bao quanh phôi và 2 lá
mầm. 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 [10].
Đậu tương là loại cây trồng tương đối mẫn cảm với điều kiện ngoại cảnh. Trong

tập đoàn đậu tương có những giống chỉ trồng vào vụ hè, có những giống chỉ trồng vào vụ
đông [10].




1.1.2. Tình hình sản xuất đậu
t
ƣ
ơng
trên thế giới và Việt Nam

Đậu tương là cây trồng lấy hạt, cung cấp dầu quan trọng bậc nhất trong các cây
lấy dầu. Ngoài ra trồng đậu tương còn có tác dụng cải tạo đất vì vậy mà đậu tương
được trồng ở khắp các châu lục, theo thống kê của FAO từ năm 1980 trở lại đây sản
lượng đậu tương trên thế giới đã tăng lên 2 lần chủ yếu nhờ vào tăng diện tích và
năng suất. Trong vòng 20 năm qua diện tích gieo trồng tăng nhanh, năng suất bình
quân tăng cao 23 tạ/ha. Các nước sản xuất đậu tương đứng đầu thế giới là: Mỹ,
Brazin, Argentina và Trung Quốc chiếm khoảng 90-95% tổng sản lượng đậu tương
trên thế giới [10], bảng 1.1 cho thấy trong niên vụ 2006 – 2007 sản lượng đậu tương
của thế giới là 236,1 triệu tấn trong đó Mỹ có sản lượng cao nhất 86,8 triệu tấn, tiếp
đến là Brazil và Argentina. Trong một vài năm trở lại đây thời tiết không thuận lợi,
hạn hán và các yếu tố môi trường xấu khác đã có ảnh hưởng mạnh đến sản lượng
đậu tương toàn cầu. Theo Oil World các nước sản xuất đậu tương hàng đầu thế giới
đều giảm sản lượng đậu tương trong niên vụ 2006- 2007, Brazil giảm 7,5%,
Argentina giảm 6% , còn ở Mỹ giảm hơn 10% so với vụ trước [35].
Ở Việt Nam cây đậu tương chiếm một vị trí quan trọng trong nền sản xuất
nông nghiệp đặc biệt là những vùng nông thôn nghèo. Trước Cách mạng Tháng 8
năm 1945 diện tích gieo trồng đậu tương khoảng 3000 ha, năng suất chỉ đạt 4,1tạ/ha
[10], được phân bố chủ yếu ở các tỉnh Cao Bằng, Lạng Sơn, Hà Giang… Sau khi

thống nhất đất nước diện tích đậu tương của nước ta đã tăng lên 39954 ha năng suất
5,1 tạ/ha. Hiện nay cây đậu tương được trồng trên cả 7 vùng nông nghiệp, trong đó
vùng núi phía Bắc có diện tích gieo trồng lớn nhất là 46,6%, đồng bằng Sông Hồng
19,3%, vùng Tây Nguyên 11%, miền Đông Nam Bộ 10,2%, đồng bằng Sông Cửu
Long 8,9%, khu 4 2,3% và vùng duyên hải miền Trung 1,6%[10]. Mặc dù sản lượng
đậu tương ở nước ta có tăng nhưng vẫn còn thấp hơn nhiều so với năng suất trung
bình của thế giới (thế giới năm 2004 đạt 22,531 tạ/ha, ở Việt Nam năm 2004 đạt
12,632 tạ/ha). Đặc biệt trong thời gian gần đây hạn hán thường xuyên xảy ra ở
nhiều nơi đã gây ra nhiều thiệt hại cho ngành sản xuất đậu tương ở nước ta, chính vì
vậy mà hàng năm nước ta phải nhập khoảng 400 – 500.000 tấn đậu tương để chế
biến dầu ăn và thức ăn chăn nuôi [35]. 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.
Bảng 1.1. Sản lượng đậu tương thế giới niên vụ 2006 – 2007 (Theo Oil World )

Đơn vị tính: triệu tấn


Thế giới
236,1
Mỹ
86,8
Brazil
59,0
Argentina

47,2
Paraguay
6,5
Bolivia
1,7
Uruguay
0,8
Trung Quốc
16,2
Hàn Quốc
0,2
Triều Tiên
0,2
Nhật Bản
0,2
Ấn Độ
7,7
Canada
3,5
Ukraine
0,9
Liên bang Nga
0,7
Indonesia
0,8
Việt nam
0,3
Thái lan
0,2
Myanma

0,2
Italy
0,6
Pháp
0,1
Nam Phi
0,2
Nigeria
0,4
Uganda
0,2
Serbia and Montenegro
0,4
Romania
0,1
Iran
0,4
Các nước khác
0,8

1.1.3. Thành phần hoá sinh hạt đậu tƣơng




1.1.3.1. Protein dự trữ và thành phần axit amin

Hàm lượng protein trong hạt chiếm từ 12-55%, thực tế cho thấy tuy kiểu gen và
điều kiện canh tác làm ảnh hưởng tới hàm lượng protein nhưng chúng vẫn lớn hơn
hàm lượng protein của các loài thực vật khác [10]. Protein được dự trữ trong các bào

quan và có chức năng duy nhất là cung cấp nguồn axit amin và nitơ cho quá trình nảy
mầm của hạt, protein dự trữ chủ yếu ở hạt đậu tương là albumin và globulin.
Dựa vào hệ số lắng, người ta chia protein của hạt đậu tương thành 3 loại: 11S -
legumin, 7S - vixilin, 2S - albumin. Những loại protein chính trong hạt đậu tương
là: protein dự trữ (chiếm 70% tổng số protein), các enzim, các chất ức chế proteaza
và lectin. Thành phần của protein gồm có albumin (9,5%), globulin tan trong nước
(75,8%), globulin chỉ tan trong NaCl là 3%, glutelin - protein tan trong NaOH 0,2M
là 11,7% [8], [12].
Protein dự trữ trong hạt đậu tương bao gồm hai thành phần: Conglyxinin
(7,9S ) và Glyxinin (12,2 S). Conglyxinin còn có tên gọi khác là Vixilin và có hệ số
lắng là 7,9S. Đây là loại protein dự trữ phổ biến trong hạt. Conglyxinin tách biệt ra
trong các thể protein và được dự trữ trong suốt quá trình phát triển của hạt. Nó được
thuỷ phân sau khi hạt nảy mầm để cung cấp nguồn cacbon và nitơ cho hạt phát triển.
Có thể nói, protein của cây họ đậu nói chung và cây đậu tương nói riêng được
coi là có chất lượng tốt nhất trong các loại protein của thực vật bởi vì chúng chứa tất
cả các axit amin không thay thế và cần thiết cho cơ thể. Hơn nữa protein cuả cây họ
đậu còn có hàm lượng lyzin rất cao so với protein từ các loại ngũ cốc khác. Tuy
vậy, hàm lượng các axit amin chứa gốc SH như metionin, xystein vẫn còn thấp [10]
1.1.3.2. Lipit, vitamin và một số chất khác

Lipit là hợp chất hữu cơ có trong tế bào sống, không có khả năng hoà tan
trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như ete, benzen,
toluen, ete dầu hoả… Lipit còn là thành phần quan trọng của màng sinh học, là
nguồn năng lượng cung cấp cho cơ thể. Ở đậu tương hàm lượng lipit chiếm từ 12 -
25% khối lượng khô, chất lượng lipit của hạt đậu tương rất tốt, cho nên nó được sử
dụng rộng rãi trong công nghiệp chế biến thực phẩm. Hạt đậu tương còn có các loại
vitamin tan trong lipit, đặc biệt là vitamin E = 200 mg/100g lipit [10], ngoài ra trong

hạt đậu tương còn chứa một số chất khác như hydrat cacbon, muối khoáng, axit
nucleic, kích thích sinh trưởng [10].
Tóm lại, hạt đậu tương có giá trị dinh dưỡng rất cao, giá trị của nó được đánh
giá đồng thời cả về hàm lượng protein và lipit, trong đó hàm lượng protein dự trữ và
chất lượng của chúng là yếu tố quyết định làm cho đậu tương trở thanh nguồn thực
phẩm quan trọng cho người và gia súc, hạt đậu tương có thể chế biến ra 600 sản
phẩm khác nhau, ngoài ra đậu tương còn dùng làm thuốc chữa bệnh rất tốt nhất là
hạt đậu tương có màu đen.
1.2. ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN VÀ NGHIÊN CỨU TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY
ĐẬU TƢƠNG
1.2.1. Ảnh
h
ƣ
ởng
của hạn đối với cây trồng

Hạn là hiện tượng thường xuyên xảy ra trong tự nhiên và liên quan trực tiếp
đến vấn đề nước trong cơ thể thực vật. Hạn là một trong những nguyên nhân chính
ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật nói chung và cây đậu tương
nói riêng, tuỳ vào mức độ của hạn mà có ảnh hưởng khác nhau đến cây trồng nếu
hạn nhẹ thì làm giảm năng suất, hạn nặng thì phá huỷ cây cối và mất mùa. Những
cây trồng có khả năng duy trì sự phát triển và cho năng suất ổn định trong điều kiện
khô hạn được gọi là cây chịu hạn và khả năng của thực vật có thể làm giảm thiểu
mức độ tổn thương do mức độ thiếu hụt nước gây ra gọi là tính chịu hạn
Khô hạn có thể phân biệt thành hai trường hợp:

(1) Hiện tượng khô xảy ra khi mất một phần nước trong các cơ quan ở những
giai đoạn nhất định trong chu kỳ sống của thực vật (hạt, tạo phấn, bào tử), hiện
tượng này không làm ảnh hưởng đến tế bào, mô của cây. Đây là quá trình biến đổi

trạng thái trong tế bào có sự điều khiển của hệ thống thông tin di truyền [18]. Trong
giai đoạn hình thành hạt, tế bào bị mất nước, khả năng chịu hạn tăng lên. Khả năng
này đạt cực đại ở thời kỳ hạt chín và có chiều hướng giảm dần khi hạt nảy mầm.
Hạt khô còn có khả năng chống chịu với hàng loạt các điều kiện ngoại cảnh bất lợi
khác như nhiệt độ, gió
(2) Hạn do tác động của môi trường chịu sự tác động của bên ngoài rất lớn,
gây ảnh hưởng đến đời sống của cây, có thể dẫn đến huỷ hoại cây cối và mất mùa,


hiện tượng này xảy ra khi trong môi trường đất và không khí thiếu nước đến mức áp




suất thẩm thấu của cây không cạnh tranh được để lấy nước vào tế bào. Những yếu
tố bất lợi này chính là các thành phần như thổ nhưỡng, nhiệt độ, gió nóng hay thời
tiết và khí hậu. Có hai loại hạn do môi trường tác động là hạn đất và hạn không khí
[1], [6]. Hạn đất sẽ làm cho áp suất thẩm thấu của đất tăng cao đến mức làm cho rễ
cây không cạnh tranh được nước của đất. Sự tác động này được biểu hiện qua sự
điều tiết các hoocmon giúp cho cây chống chịu được điều kiện cực đoan. Hạn
không khí thường tác động chủ yếu lên các bộ phận bên trên mặt đất như lá, hoa.
Hạn do tác động của môi trường dẫn đến hiện tượng mất nước trong cây ở các bộ
phận mô, tế bào khác nhau.
Hạn tác động lên cây theo hai hướng chính làm tăng nhiệt độ cây và gây mất
nước trong cây. Nước là yếu tố giới hạn đối với cây trồng, vừa là sản phẩm khởi đầu
vừa là sản phẩm trung gian và cuối cùng của các quá trình chuyển hoá sinh học. Nước
là môi trường để các phản ứng trao đổi chất xảy ra, do vậy việc cung cấp nước cho
cây trồng và hướng nghiên cứu tăng cường tính chịu hạn của cây trồng là mục tiêu
thường xuyên được quan tâm của ngành chọn giống. Mức độ thiếu hụt nước càng lớn
thì càng ảnh hưởng xấu đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây, nếu thiếu

nước nhẹ sẽ làm giảm tốc độ sinh trưởng, thiếu nước trầm trọng sẽ làm biến đổi hệ
keo nguyên sinh chất làm tăng cường quá trình già hoá tế bào khi bị khô kiệt nước,
nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến tế bào, mô bị tổn thương và chết. Đối với
thực vật nói chung và cây trồng nói riêng hạn ảnh hưởng tới hai giai đoạn sinh trưởng
và phát triển của cây đó là giai đoạn cây non và giai đoạn ra hoa.
Như vậy, ảnh hưởng cực đoan của hạn ở bất cứ ở giai đoạn sinh trưởng nào
của cây trồng cũng ảnh hưởng đến các yếu tố cấu thành năng suất làm giảm năng
suất của cây trồng.
1.2.2. Đặc tính chịu hạn và nghiên cứu khả năng chịu hạn của cây đậu tƣơng

Các cây họ đậu nói chung, cây đậu tương nói riêng là cây có nhu cầu về nước
cao hơn các loại cây khác. Đó chính là do trong hạt và cây đậu tương có hàm lượng
protein và lipit rất cao, để tổng hợp 1kg chất khô cần 500 - 530 kg nước. Trong quá
trình nảy mầm thì nhu cầu về nước của đậu tương cũng khá cao 50%, trong khi đó ở
ngô chỉ là 30%, lúa là 26% [10].




Khi nghiên cứu về các đặc tính chịu hạn của cây đậu về phương diện sinh lý và
di truyền đã cho thấy rằng, các đặc tính này liên quan chặt chẽ đến đặc điểm hoá
keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất. Tính chịu hạn của
cây đậu tương là tính trạng đa gen. Chúng có sự biểu hiện khác về sự phát triển của
bộ rễ, tính chín sớm tương đối, cũng như bản chất di truyền của từng giống có khả
năng sử dụng nước tiết kiệm trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây. Căn
cứ vào đặc điểm này, đậu tương được chia thành hai nhóm.
- Nhóm chịu được sự mất nước trong từng giai đoạn phát triển của cây.

- Nhóm chịu được sự thiếu nước trong tất cả giai đoạn phát triển của cây.

Ở giai đoạn cây con khi gặp hạn, đậu tương có thể dễ vượt qua hơn, còn ở
những giai đoạn sau như giai đoạn ra hoa, kết quả, hạt chín sữa mà gặp hạn thì sẽ
dẫn đến năng suất giảm đáng kể.
Với mục tiêu là tạo ra những giống đậu tương có năng suất cao và có khả
năng chống chịu tốt, hàng loạt các tổ chức, mạng lưới nghiên cứu, cải tạo đậu tương
quốc tế được thành lập: Chương trình nghiên cứu đậu tương Quốc tế ở Mỹ
(INTSOY - International Soybean Program), Viện Nông nghiệp nghiệt đới ở
Nigeria (IMA - Institute of Tropical Agriculture), Trung tâm phát triển rau màu
Châu Á (AVRDC - Asian Vegetable Research Devlopment Center) ở Đài Loan,
Viện nghiên cứu lúa quốc tế ở Philippin (IRRI - International Rice Research
Institute). Trong đó, Trung tâm phát triển rau màu Châu á là nơi nghiên cứu và đánh
giá tập đoàn gen đậu tương sớm nhất thế giới. Tại đây đã thiết lập hệ thống đánh giá
đậu tương (ASET - AVRDC Soybean Evaluation Trial), kết quả đã chọn lọc thành
công 24 giống đậu tương có năng suất cao, thích ứng với điều kiện trồng trọt và sinh
thái của nhiều quốc gia. Công tác nghiên cứu giống đậu tương trên thế giới đang
hướng tới những mục đích: thứ nhất là nhập nội giống sau đó chọn lọc, thử nghiệm
với điều kiện của các vùng sinh thái khác nhau; thứ hai là khảo nghiệm các giống ở
các vùng sinh thái khác nhau để tìm ra khả năng thích ứng cho các vùng sinh thái đó;
thứ ba là tạo tính trạng mới bằng lai hữu tính và dùng các tác nhân vật lý, hoá học,
chọn lọc ra những dòng, giống tốt nhất phục vụ cho sản xuất; thứ tư là xác định
nguồn địa bàn trồng đậu tương trên thế giới và các nước trồng đậu tương đạt năng
suất và sản lượng cao. Để đạt được những mục tiêu trên trong tình hình khí hậu trái




đất có xu hướng ngày càng nóng lên, thì vấn đề nghiên cứu khả năng chống chịu với
các điều kiện ngoại cảnh đặc biệt là tính chịu hạn phải được đặt lên hàng đầu.
Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã có nhiều thành công khi nghiên
cứu sâu hơn về tính chịu nóng, chịu hạn của cây đậu tương. Maitra và Cushman (1994)

đã phân lập được cDNA của dehydrin từ lá đậu tương khi bị mất nước, ngoài ra các tác
giả còn phân lập được cDNA của LEA nhóm D - 95 từ lá và rễ cây đậu tương khi bị
hạn [30]. Nghiên cứu của porcel và cộng sự (2005), đã chỉ ra rằng, gen mã hoá protein
dehydrin (LEA-DII) có vai trò với khả năng chống chịu của đậu tương.
Ở Việt Nam đã có một số tác giả nghiên cứu khả năng chịu nóng, chịu hạn của
cây đậu tương, tiêu biểu là công trình đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu
tương nhập nội của Nguyễn Huy Hoàng (1992) [6], nghiên cứu phân lập, xác định
trình tự gen chaperonin tế bào chất từ giống đậu tương đột biến M103 [7], phân lập
gen dehydrin liên quan đến khả năng chịu hạn của cây đậu tương của Trần Thị
Phương Liên và cs (1999) [7], [8], [9], nâng cao tính chịu hạn của cây đậu tương
bằng phương pháp đột biến thực nghiệm của Chu Hoàng Mậu (2001) [11], [12].
1.2.3. Cơ sở sinh lý, sinh hoá và sinh học phân tử của tính chịu hạn

Để chống lại khô hạn thực vật có những biến đổi về sinh lý, sinh hoá nhằm
không 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, mập có sức xuyên
sẽ giúp cây hút được nước ở những vùng khô hạn, hay những vùng sâu hơn, xa hơn.
Hạn tác động mạnh lên bộ rễ của cây gây ra các biểu hiện thích ứng tại vùng xảy ra
các nhân tố cực đoan (stress) - LAS (local adaption symsptom) và mức độ cao hơn
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 còn yếu.
Để giảm tối thiểu sự mất nước tế bào thực vật còn có khả năng tự điều chỉnh áp
suất thẩm thấu nội bào thông qua việc tích luỹ các chất hoà tan, các protein… như
prolin, fluctose, mannitol, ion K
+
… Cơ chế chịu mất nước còn liên quan đến những
thay đổi sinh hoá trong tế bào nhằm sinh tổng hợp ra các chất bảo vệ hoặc nhanh
chóng bù lại sự thiếu hụt nước. 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. Trong điều
kiện ASTT tăng lên giúp cho tế bào có thể thu nhận được những phân tử nước ít ỏi từ
đất. Bằng cơ chế như vậy, thực vật có thể vượt qua tình trạng hạn cục bộ [1].
Khi tế bào mất nước, các chất hoà tan trong cơ thể thực vật sẽ được tích luỹ dần
trong tế bào chất nhằm chống lại việc giảm tiềm năng nước và tăng khả năng giữ nước
của nguyên sinh chất. Hầu hết các loại chất hữu cơ hoà tan có tác dụng điều chỉnh
ASTT được sinh ra ngay trong quá trình đồng hoá và trao đổi chất. Những thay đổi hoá
sinh khác do hạn gây ra cũng đã được nghiên cứu, chẳng hạn như giảm cố định CO
2
,
giảm tổng hợp protein và axit nucleic, tăng hoạt tính ribonucleaza, làm tăng hàm lượng
ABA và prolin, tăng nồng độ các chất hoà tan như betaine [1], [20].
Khả năng chịu mất nước dựa trên những thay đổi tinh vi trong chu trình
chuyển hoá của tế bào, dẫn đến sự xuất hiện và tích luỹ các chất hoà tan, protein,
axit amin đặc hiệu. Hiện tượng này xảy ra rất nhanh khi tế bào bị mất nước. Các
chất đó bao gồm : ion K
+
, axit amin prolin, estoin, các chất đường như sucaroza,
manitol. Ngoài ra glycine betaine và alanine betaine cũng tham gia vào quá trình
này. Các chất điều chỉnh ASTT có 2 chức năng:
(1) Giữ và lấy nước vào tế bào và ngăn chặn sự xâm nhập của ion Na
+


(2) Thay thế vị trí nước nơi xảy ra các phản ứng sinh hoá, tương tác với lipit hoặc
protein trong màng, ngăn chặn sự phá huỷ của màng và các phức protein [1], [7].

Một số công trình nghiên cứu về cơ chế chịu hạn của cây trồng đã cho thấy vai
trò của một số chất đối với khả năng tăng cường tính chống chịu ở điều kiện cực
đoan [1], [3], [13], [16], [18].
Hướng nghiên cứu tính chịu hạn thông qua hàm lượng đường tan và hoạt độ
của - amylase, protease cũng được nhiều tác giả quan tâm. Đường tan ở thực vật là
một trong những chất tham gia điều chỉnh ASTT trong tế bào, sự gia tăng hàm
lượng đường tan làm tăng khả năng chịu hạn ở cây trồng . Đỗ Thị Dương (2001)
nghiên cứu một số đặc điểm hoá sinh của 5 giống lúa cạn đã cho thấy khả năng chịu
hạn có tương quan thuận với hàm lượng đường tan và protein. Nguyễn Thị Sâm
(2002) và Ngô Thị Liêm (2006) khi nghiên cứu tính trạng hình thái hoá sinh hạt của
một số giống lạc cũng nhận thấy có mối tương quan giữa hàm lượng đường, protein,
và hoạt độ enzyme với khả năng chịu hạn.




Enzyme là chất xúc tác sinh học, có hiệu quả cao. Mỗi loại enzyme xúc tác cho
một quá trình chuyển hoá theo một kiểu phản ứng nhất định. Trần Thị Phương Liên
(1999) đã nhận xét rằng, protease trong quá trình nảy mầm của hạt ở tất cả các
giống đậu tương nghiên cứu rất đa dạng, có hoạt tính cao, có khả năng phân giải
hoàn toàn protein dự trữ tạo nguyên liệu để tổng hợp protein cho cơ thể mới . Xử
lý nhiệt độ cao chỉ ảnh hưởng đến hoạt tính protease ở một số giống chịu hạn,
không ảnh hưởng đến các giống chịu nóng, còn ở điều kiện áp suất thẩm thấu cao
đều ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme này ở tất cả các giống. Nguyễn Thị Kim
Dung (2003) nghiên cứu sự biến động hoạt độ enzyme protease ở giai đoạn hạt nảy
mầm đã rút ra kết luận, protease trong giai đoạn hạt nảy mầm có xu hướng tăng từ 1
đến 5 ngày tuổi sau đó có xu hướng giảm dần ở 7 và 9 ngày tuổi. Cũng nghiên cứu
về loại enzyme này Nguyễn Thị Hoa Lan (2004) lại cho rằng giống có hàm lượng
protease cao thì hoạt độ enzyme protease cũng cao, giống có hàm lượng protein
thấp thì có hoạt độ protease thấp, có thể tồn tại mối tương quan giữa hàm lượng

protein và hoạt độ enzyme protease. Khi nghiên cứu về α – amylase các tác giả cho
rằng , trong giai đoạn nảy mầm, - amylase có vai trò quan trọng trong quá trình
chuyển hoá các chất để cung cấp năng lượng cho quá trình nảy mầm của hạt.
Enzyme này tham gia vào quá trình thuỷ phân tinh bột thành dextrin và mantose. Sự
gia tăng hoạt độ α- amylase làm tăng hàm lượng đường tan trong cây vì vậy làm
tăng ASTT trong tế bào nên khả năng chịu hạn của cây trồng tăng lên.
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 trò đặc biệt quan trọng. Những
nhóm chất đó bao gồm protein sốc nhiệt, môi giới phân tử, LEA
Protein sốc nhiệt (heat shock protein - HSP) có hầu hết ở các loại thực vật như
lúa mì, lúa mạch, lúa gạo, ngô, đậu, hành tỏi… chúng chiếm 1% protein tổng số
trong lá của các loài thực vật này. Ngoài ra HSP còn tìm thấy ở vi khuẩn và động
vật bậc cao. HSP được tổng hợp khi tế bào gặp điều kiện cực đoan như hạn, nhiệt
độ cao, độ muối cao. Sự xuất hiện của HSP có chức năng ngăn cản hoặc sửa chữa
sự phá huỷ do stress nóng và mở rộng giá trị ngưỡng với sự chống chịu nhiệt độ
cao. Trong các tế bào thực vật HSP tế bào chất tập trung thành các hạt sốc nhiệt
(HSG-Heat Shock Granules). Người ta cho rằng các HSP gắn kết trên các ARN




polymease để ngăn cản sự phiên mã tổng hợp mARN trong quá trình bị stress nóng.
Sau sốc nóng các hạt này phân tán và liên kết dày đặc với các ribôxôm hoạt động
sinh tổng hợp protein [8].
HSP có thể chia thành 6 nhóm dựa trên khối lượng phân tử khác nhau: HSP
110, HSP 100, HSP 90, HSP 70, HSP 60, HSP 8,5. Trong đó nhóm HSP 70 và HSP
60 có đại diện của chất MGPT, HSP 8,5 (Ubiquitin) có chức năng bảo vệ cho tế bào
nhưng không phải là MGPT, chúng có hoạt tính proteaza và thực hiện chức năng
phân giải các protein không có hoạt tính enzym, ngăn chặn các protein này gây độc

cho tế bào. Ubiquitin có MW thấp, ít chịu ảnh hưởng của nhiệt độ, nên chúng có vai
trò tự sửa chữa khi gặp các yếu tố cực đoan, nhất là nhiệt độ cao [8].
Môi giới phân tử (MGPT) là một nhóm gồm nhiều loại protein khác nhau,
nhưng chúng đều có chức năng tham gia tạo cấu trúc không gian đúng cho protein
trong tế bào. Phần lớn các chất MGPT có hoạt tính ATP-ase, có chức năng: (1) Giữ
ổn định chuỗi polypeptit khi đang tổng hợp và tạo cấu trúc không gian đúng cho
chúng, (2) Tạo lại cấu trúc không gian của protein sau khi vận chuyển qua màng tế
bào, (3) Lắp ráp các chuỗi polipeptit vào phức để tạo cấu trúc bậc 4, (4) MGPT
được tăng cường nhờ quá trình tổng hợp trong điều kiện cực đoan do nhu cầu cấp
thiết của tế bào, nhất là sốc nhiệt.
MGPT có thể chia thành một số nhóm như sau:
HSP 70 là nhóm MGPT có hoạt tính ATP-ase và có tính bảo thủ cao. Trong
điều kiện cực đoan HSP có thể ngăn chặn sự co cụm và kết tụ protein.
HSP 60 (chaperonin) là loại protein cấu tạo từ các tiểu đơn vị có khối lượng
60 kDa và cũng có hoạt tính ATP-ase.
Các nhóm HSP 100, HSP 90 đều có tính bảo thủ cao và có hoạt tính ATP-ase.
Một số tìm thấy trong tế bào bình thường, nhưng phần lớn chúng sinh ra khi gặp các
điều kiện ngoại cảnh bất lợi như hạn, nóng, lạnh. Chức năng chính của chúng là
ngăn chặn sự co cụm của protein và tái hoạt hoá các protein biến tính [8].
Protein LEA (Late embryogenesis abudant protein-LEA) là một trong những
nhóm protein quan trọng liên quan đến điều kiện mất nước của tế bào, nhóm gen mã
hoá loại protein LEA còn đóng vai trò quan trọng trong sự chịu khô hạn của hạt.
Khi hiện tượng mất nước xảy ra, ARN của chúng xuất hiện trong hạt đang hình
thành và dần trở thành một lượng lớn gồm nhiều loại ARN thông tin khác nhau
trong hạt chín và bị phân giải hết trong quá trình nảy mầm. Ngoài ra LEA không




những điều chỉnh quá trình mất nước sinh lý khi hạt chín, mà còn hạn chế sự mất

nước bắt buộc do các điều kiện ngoại cảnh bất lợi gây ra [8], [9] .
LEA được chia thành các nhóm sau: nhóm 2-D19, nhóm 2-D11 (còn gọi là
dehydrin), nhóm 3-D7; nhóm 4-D113; nhóm 5-D29; nhóm 6 -D95 [8] . Khi điều
kiện mất nước xảy ra, protein LEA được tổng hợp với số lượng lớn, trong đó
dehydrin có thể chiếm tới 1% tổng số protein hoà tan của hạt [8]. Ngày nay người ta
phân lập được 30 gen khác nhau thuộc thành viên của các nhóm gen dehydrin ở
những cây trồng khác nhau [8]. Gen mã hoá protein dehydrin ở đậu tương đã được
nghiên cứu tại một số phòng thí nghiệm trên thế giới và cho đến nay đã có một số
trình tự gen dehydrin đậu tương và một số thực vật khác đã được công bố trên ngân
hàng trình tự gen quốc tế .
Axit amin proline có vai trò quan trọng trong quá trình điều hoà áp suất thẩm
thấu (ASTT) của tế bào, đồng thời nó còn là một axit amin ưa nước có khả năng giữ
và lấy nước cho tế bào, ngăn chặn sự xâm nhập của ion Na
+
, tương tác với protein
màng và lipit màng, ngăn chặn sự phá huỷ của màng và các phức protein khác. Các
kết quả nghiên cứu đều cho thấy khi cây trồng gặp hạn thì cây giảm tổng hợp
protein và tăng tổng hợp prolin [31, [29], [16].
Theo thông báo của Chen và Muranta (2002) [19]. sức chống chịu của thực vật
tăng lên khi được chuyển các gen mã hoá enzyme tham gia vào con đường sinh tổng
hợp prolin trong tế bào. Nhiều công trình nghiên cứu cho thấy sự tích luỹ prolin có
thể tăng từ 10 đến 100 lần ở thực vật dưới tác động của ASTT. Nghiên cứu của
Nguyễn Hữu Cường và cs cho rằng sự gia tăng hàm lượng prolin của các giống lúa
nghiên cứu có mối tương quan thuận với tính chống chịu lạnh, mặn và hạn [3].
1.3. GEN LIÊN QUAN ĐẾN SỰ TỔNG HỢP PROLINE

Soulages và cs (2003) [31] đã chứng minh ngoài vai trò tăng cường khả năng
chịu hạn thì chuỗi axit amin L-prolin nhóm II còn có khả năng chống lại tác động
bất lợi của nhiệt độ thấp đối với cây đậu tương.
Sự gia tăng hàm lượng proline ở thực vật khi gặp phải những điều kiện bất lợi

như do nước, do mặn có liên quan đến các gen tổng hợp proline và các gen điều
khiển quá trình vận chuyển proline. Khi môi trường đất thiếu nước đến mức áp suất
thẩm thấu của tế bào không thể cạnh tranh được với áp suất của đất thì các gen tham
gia vào quá trình tổng hợp proline sẽ được hoạt hoá xúc tiến việc tổng hợp proline




và vận chuyển proline đến các mô, tế bào có nhu cầu proline. Proline trong tế bào
được tổng hợp từ axit glutamic qua ba phản ứng với sự xúc tác của hai enzyme là
detal - pyrroline - 5- carboxylate synthetase (P5CS) và detal - pyrroline - 5 -
carboxylate - reductase (P5CR).

P5C
GSA




Proline

Không có stress

Glutamate



P5CR
Stress
P5CS

P5C
GSA

Hình 1 .1. Sơ đồ mô tả quá trình biến đổi của proline trong tế bào

Sơ đồ trên cho thấy khi cây ở tình trạng bình thường thì proline trong cây sẽ
được chuyển hóa thành glutamate. Còn khi cây rơi vào tình trạng thiếu nước do hạn
thì glutamate sẽ được biến đổi thành proline qua ba phản ứng . Đầu tiên là enzyme
P5CS sẽ xúc tác cho phản ứng biến đổi glutamate thành GSA rồi từ GSA biến đổi
thành P5C, từ P5C sẽ chuyển hoá thành proline dưới sự xúc tác của enzyme P5CR.
Như vậy trong quá trình tổng hợp proline hai enzyme giữ vai trò quyết định là P5CS
và P5CR. Enzyme P5CS là enzyme đầu tiên xúc tác cho phản ứng biến đổi
glutamate thành proline. Theo nghiên cứu của Verma DPS và cs (1992) [33] và
Yoshiba (1995) [36], khi cây rơi vào tình trạng thiếu nước do hạn hoặc do nồng độ
muối cao đến một mức nhất định, thì gen mã hoá cho enzyme P5CS sẽ được biểu
hiện mạnh, làm tăng hoạt tính của enzyme P5CS xúc tác cho phản ứng biến đổi
glutamic thành proline. Nên có thể nói gen mã hoá cho enzyme P5CS ( gen P5CS)
là nhân tố giới hạn cho nhịp độ tổng hợp proline ở thực vật trong điều kiện bất lợi
do hạn và do mặn gây nên [33], [32].
Đã có nhiều công trình công bố liên quan đến gen P5CS [31], [33], [34], [36] .
Gen P5CS đã được tìm ra ở một số loài thực vật do Kreuger, Treichel (1986) [26]. và
Larosa (1991) [27] Rayapati (1989) đã phát hiện ra enzyme này ở trong lục lạp của
cây đậu (pea). Hiện nay trên ngân hàng gen quốc tế có một số trình tự nucleotit của
gen P5CS được công bố.