Nghiên cứu đánh giá một số dòng ngô chuyển gen kháng sâu cry1a (c) trong điều kiện nhà lưới cách ly côn trùng (KL07015)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA SINH - KTNN
======



BÙI THỊ THỦY


NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ DÕNG NGÔ
CHUYỂN GEN KHÁNG SÂU CRY1A(C)
TRONG ĐIỀU KIỆN NHÀ LƢỚI
CÁCH LY CÔN TRÙNG

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: Di truyền học

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học
TS. PHẠM THỊ LÝ THU





HÀ NỘI – 2015

LỜI CẢM ƠN

Trƣớc tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS. Phạm Thị Lý Thu,
ThS. Phạm Thị Hƣơng và KS. Nguyễn Chiến Hữu, những ngƣời thầy đã tận
tình hƣớng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến những thầy cô giáo đã giảng dạy
em trong suốt bốn năm học qua, những kiến thức mà em nhận đƣợc trên giảng
đƣờng đại học sẽ là hành trang giúp em vững bƣớc trong tƣơng lai.
Em cũng muốn gửi lời cảm ơn đến các cán bộ khoa học, kĩ thuật viên
Phòng Thí Nghiệm Trọng Điểm - Công Nghệ Tế Bào Thực Vật – Viện Di
Truyền Nông Nghiệp đã giúp đỡ em và cho em những lời khuyên bổ ích về
chuyên môn trong quá trình nghiên cứu và thực hiện khóa luận tốt nghiệp.
Cuối cùng em muốn gửi lời cảm ơn tới tất cả các bạn bè, đặc biệt là gia
đình những ngƣời luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ em vƣợt qua những
khó khăn trong cuộc sống.
Sinh viên


Bùi Thị Thủy



LỜI CAM KẾT

Tôi xin cam đoan rằng đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, có sự
hỗ trợ từ giáo viên hƣớng dẫn là TS. Phạm Thị Lý Thu. Các nội dung nghiên
cứu và kết quả trong đề tài này là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong
bất cứ công trình nghiên cứu nào trƣớc đây. Những số liệu trong các bảng,
biểu phục vụ cho việc phân tích, nhận xét, đánh giá đƣợc chính tác giả nghiên
cứu có ghi trong nhật kí thí nghiệm và bảng theo dõi thí nghiệm hàng ngày
trong quá trình thực tập. Ngoài ra, đề tài còn sử dụng một số nghiên cứu, nhận
xét, đánh giá cũng nhƣ số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác đƣợc thể
hiện trong phần tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian dối nào tôi xin hoàn toàn chịu trách
nhiệm trƣớc Hội đồng, cũng nhƣ kết quả luận văn của mình.

Sinh viên



Bùi Thị Thủy





DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BT : Bacillus thuringensis
CCC : Chiều cao cây
CNSH : Công nghệ sinh học
CTAB : Cetyltrimethylammonium Bromide
DNA : Deoxyribonucleic Acid
ĐC : Đối chứng
GFP : Green Fluorescent Protein
GMO : Genetically Modified Organism
GMC : Genetically Modified Corn
OD : Optical Density
PCR : Polymerasa Chain Reaction
RNA : Ribonucleic Acid
TB : Trung bình
TGST : Thời gian sinh trƣởng

MỤC LỤC
CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU 1
1.1. Lý do chọn đề tài 1
1.2. Mục tiêu của đề tài 2
1.3. Nội dung nghiên cứu 2
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3
1.4.1. Ý nghĩa khoa học 3
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn 3
CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
2.1. Giới thiệu chung về cây ngô 4
2.1.1. Nguồn gốc 4
2.1.2. Vai trò 5
2.2. Các đặc điểm sinh học của cây ngô 7
2.2.1. Các giai đoạn sinh trƣởng và phát triển 7
2.2.2. Các cơ quan sinh dƣỡng của cây ngô 7
2.2.3. Các cơ quan sinh sản của cây ngô 9
2.2.4. Một số đặc tính sinh học quan trọng của cây ngô 10
2.3. Tình hình nghiên cứu, sản xuất ngô trên thế giới và tại Việt Nam 11
2.3.1. Tình hình nghiên cứu ngô chuyển gen trên thế giới 11
2.3.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới 15
2.3.3. Tình hình nghiên cứu ngô chuyển gen trong nƣớc 16
2.3.4. Tình hình sản xuất ngô trong nƣớc 18
2.4. Các bƣớc đánh giá cây chuyển gen 19
2.5. Các phƣơng pháp đánh giá cây chuyển gen bằng sinh học phân tử 19
2.5.1. Tách chiết DNA tổng số 19
2.5.2. Phƣơng pháp điện di 20
2.5.3. Phƣơng pháp PCR 23
CHƢƠNG 3. ĐỒI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

3.1. Thời gian, địa điểm thí nghiệm. 25

3.2. Đối tƣợng nghiên cứu 25
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu 26
3.3.1. Phƣơng pháp thí nghiệm đồng ruộng 26
3.3.2. Chỉ tiêu và phƣơng pháp theo dõi 28
3.3.3. Phƣơng pháp phân tích 28
3.3.4. Đánh giá khả năng kháng sâu bằng phƣơng pháp thử sâu trong nhà lƣới31
3.3.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu 32
CHƢƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 33
4.1. Phân tích PCR sự có mặt của gen Cry1A(c) trong các dòng ngô HR9
chuyển gen 33
4.2. Đánh giá sự có mặt của protein Cry1A(c) trong các dòng ngô HR9
chuyển gen 36
4.3. Đánh giá khả năng kháng sâu đục thân của các dòng ngô mang gen kháng
sâu Cry1A(c) 37
4.4. Đánh giá một số đặc tính nông sinh học chính 39
CHƢƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 42
5.1. Kết luận 42
5.2. Kiến nghị 42
TÀI LIỆU THAM KHẢO 43
PHỤ LỤC 47




DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Giá trị dinh dƣỡng trong 100g hạt ngô (chất khô) 6
Bảng 2.2. Thành phần dinh dƣỡng trong thân, lá và lõi ngô 6
Bảng 2.3. Dự báo nhu cầu ngô thế giới năm 2020 11
Bảng 2.4. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới những năm gần đây 15

Bảng 2.5. Tình hình sản xuất ngô của các nƣớc đứng đầu thế giới 16
Bảng 2.6. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam những năm gần đây 18
Bảng 3.1. Danh sách các dòng ngô sử dụng trong nghiên cứu 25
Bảng 3.2. Mẫu bảng ghi số liệu các chị tiêu theo dõi 28
Bảng 3.3. Trình tự các đoạn mồi sử dụng trong nghiên cứu 30
Bảng 4.1. Kết quả PCR phân tích các dòng ngô HR9 chuyển gen Cry1A(c) . 34
Bảng 4.2. Kết quả đánh giá sự hiện diện của protein Cry1A(c) trong các dòng
ngô HR9 chuyển gen kháng sâu thế hệ T2 36
Bảng 4.3. Đánh giá khả năng kháng sâu đục thân của các dòng ngô HR9
chuyển gen Cry1A(c) 38
Bảng 4.4. Đánh giá một số đặc tính nông sinh học chính của các 40
dòng ngô HR9 chuyển gen kháng sâu Cry1A(c). 40









DANH MỤC HÌNH ẢNH


Hình 4.1. Kết quả điện di trên gel agarose 0,8 % kiểm tra mẫu DNA tổng số.34
Hình 4.2. Kết quả phân tích PCR gen Cry1A(c) ở các cây chuyển gen dòng
HR9.14.49 35
Hình 4.3. Kết quả đánh giá sự hiện diện protein Cry1A(c) trong dòng ngô
HR9.20.21 chuyển gen kháng sâu thế hệ T2 37
Hình 4.3. Hình ảnh thả sâu và sau khi thả sâu các dòng HR9 chuyển gen 39

Hình 4.5. Các dòng ngô HR9 chuyển gen kháng sâu Cry1A(c) thế hệ T2 trồng
trong nhà lƣới cách ly côn trùng 41















1
CHƢƠNG I. MỞ ĐẦU
1.1. Lý do chọn đề tài
Ngô ( Zea mays L.) là cây lƣơng thực đƣợc phát hiện cách đây khoảng
7000 năm tại Mehico và Peru, một loại ngũ cốc quan trọng, đứng thứ ba sau
lúa mì và lúa gạo. Là cây lƣơng thực giàu dinh dƣỡng hơn lúa mì và lúa gạo,
góp phần nuôi sống gần 1/3 dân số trên toàn thế giới. Hạt ngô có thành phần
chất dinh dƣỡng phong phú gồm protein, vitamin, khoáng chất, chất xơ, chất
béo và giàu năng lƣợng … Vì thế ngô đƣợc sửa dụng phổ biến làm thực
phẩm, thức ăn gia súc, ngoài ra nó còn đƣợc sử dụng trong rất nhiều sản phẩm
công nghiệp nhƣ dƣợc phẩm, nhựa, cao su, keo dán, sơn, vải, xà bông, pháo
bông, nhuộm sợi thủy tinh … đặc biệt là sản xuất nhiên liệu sinh học trong
những năm gần đây. Nhờ vậy, ngô là một trong những loại ngũ cốc rất đƣợc

quan tâm.
Trên thế giới hiện nay, ngô đƣợc trồng hơn 100 quốc gia tập trung ở
các nƣớc Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Mêhico, Pháp và Ấn Độ ( FAO,2008).
Sản lƣợng ngô ở thế giới trung bình hàng năm từ 696,2 đến 723,3 triệu tấn
(năm 2005-2007). Trong đó nƣớc Mỹ sản xuất 40,62% tổng sản lƣợng ngô và
còn lại 59,38% do các nƣớc khác sản xuất. Sản lƣợng ngô xuất khẩu trên thế
giới trung bình hàng năm từ 82,6 đến 86,7 triệu tấn. Trong đó, Mỹ xuất khẩu
64,41 % tổng sản lƣợng và các nƣớc khác chiếm 35,59 %.
Ở Việt Nam, ngô là cây lƣơng thực đứng hàng thứ 2 sau lúa gạo. Diện
tích gieo trồng và năng suất, sản lƣợng ngô cũng tăng mạnh, từ hơn 200 ngàn
ha với năng suất 1 tấn/ha (năm 1960), đến năm 2014 đã đạt 1,2 triệu ha và sản
lƣợng ƣớc đạt 5,65 triệu tấn [1],[35]. So với các nƣớc thì năng suất ngô ở
nƣớc ta vẫn thuộc loại khá thấp do một số địa phƣơng miền núi vùng sâu,
vùng xa của các tỉnh Lai Châu, Sơn La, Thanh Hóa, Quảng Nam, Lâm
Đồng… Các đồng bào dân tộc ít ngƣời sử dụng ngô là nguồn lƣơng thực,
thực phẩm chính, trồng các giống ngô địa phƣơng và tập quán canh tác lạc
2
hậu nên năng suất ngô thấp. Trong những năm tới việc hiện đại hóa, cơ giới
hóa ngành trồng ngô ở nƣớc ta là kèm theo đó là hàng loạt các vấn đề liên
quan nhƣ kỹ thuật canh tác mới, các giống ngô tốt, phân bón… không thể
tránh khỏi tình trạng sâu bệnh, dịch hại ngô sẽ phát triển mạnh, khó phòng
trừ.
Ở nƣớc ta hiện nay, nhằm mục đích tiếp cận và ứng dụng công nghệ
chuyển gen trong nghiên cứu tạo giống cây trồng từ năm 2006 các nghiên cứu
chuyển gen kháng sâu Cry1A(c) vào cây ngô đã đƣợc bắt đầu triển khai tại Viện
Di truyền nông nghiệp. Kết quả của những nghiên cứu này là các dòng ngô
chuyển gen thuộc các nguồn khác nhau (VH1, HR9, VN106, CM8…). Bằng
các phƣơng pháp sinh học phân tử đã xác định đƣợc sự có mặt của đoạn gen
mã hóa protein Cry1A(c). Tuy nhiên, để có thể sử dụng đƣợc các dòng ngô
chuyển gen đã tạo ra này cần tiến hành các nghiên cứu đánh giá tính ổn định

của gen chuyển qua các thế hệ tiếp theo và sàng lọc các dòng chuyển gen biểu
hiện các đặc tính mong muốn.
Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn nêu trên, chúng tôi thực hiện
đề tài “Nghiên cứu đánh giá một số dòng ngô chuyển gen kháng sâu
Cry1A(c) trong điều kiện nhà lưới cách ly côn trùng”.
1.2. Mục tiêu của đề tài
Đánh giá sự có mặt, biểu hiện của gen chuyển gen kháng sâu Cry1A(c)
và khả năng sinh trƣởng, đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô HR9
chuyển gen trong điều kiện nhà lƣới cách ly côn trùng.
1.3. Nội dung nghiên cứu
 Phân tích sinh học phân tử (PCR) xác định sự có mặt của gen kháng
sâu Cry1A(c) trong các dòng ngô HR9 chuyển gen.
 Đánh giá sự hiện diện của protein CrylA(c) trong các dòng ngô HR9
chuyển gen.
3
 Đánh giá khả năng kháng sâu đục thân của các dòng ngô HR9 chuyển
gen trong điều kiện nhà lƣới.
 Đánh giá một số đặc tính nông sinh chính của các dòng ngô HR9
chuyển gen
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa khoa học
Bổ sung nguồn kiến thức thực tiễn quan trọng, tạo kinh nghiệm và tác
phong làm việc khoa học cho các cán bộ nghiên cứu.
Cung cấp cơ sở các dẫn liệu khoa học phục vụ các nghiên cứu đánh giá
các dòng ngô chuyển gen
1.4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu góp phần đánh giá và sàng lọc đƣợc một số dòng ngô
chuyển gen làm nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống ngô.

4

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu chung về cây ngô
2.1.1. Nguồn gốc
Những nghiên cứu về nguồn gốc cây trồng của Vavilov (1926) đã cho
rằng Mêhicô và Peru là những trung tâm phát sinh và đa dạng di truyền của
ngô. Mêhicô là trung tâm thứ nhất (trung tâm phát sinh), vùng Adet (Peru) là
trung tâm thứ hai nơi mà cây ngô đã trải qua quá trình tiến hóa nhanh chóng.
Nhận định này của Vavilov đƣợc nhiều nhà khoa học chia sẻ (Galinat , 1977;
Wilkes, 1980; Kto, 1984, 1988). Đặc biệt là Harshberger năm 1983 (theo
Wilkes, 1988) đã kết luận ngô bắt nguồn từ Mêhicô và từ một cây hoang dại ở
miền trung Mêhicô trên độ cao 1.500m của vùng bán hạn có mƣa mùa hè
khoảng 350mm [13].
Các dấu tích khảo cổ của các bắp ngô có sớm nhất, đƣợc tìm thấy tại
hang Guila Naquitz trong thung lũng Oaxaca, có niên đại vào khoảng năm
3.250 TCN, các bắp ngô cổ nhất trong các hang động gần Tehuacan, Puebla,
có niên đại vào khoảng 2750 TCN. Cây ngô gắn bó chặt chẽ với cuộc sống
của ngƣời dân Trung Mỹ. Ở đó ngô đƣợc coi trọng, thậm chí còn đƣợc thần
thánh hóa. Ngô là biểu tƣởng của nền văn minh “ Mayca” [3].
Cây ngô ( bắp), tên khoa học là Zea mays L. ssp. Mays, Linnaeus đặt
tên vào năm 1737 là loài duy nhất của giống Zea. Ngô thuộc về chi Maydeae
trong họ cây thân cỏ Poaceae. “Zea” (Zela) bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp tên một
loại cỏ ăn đƣợc. Chi này bao gồm 4 loài trong đó ngô là Zea mays L. ssp có
nguồn gốc từ Trung Mỹ. Số lƣợng nhiễm sắc thể 2n = 20 [2].





5
Giới

Plantae
Nhóm
Magnoliophyta
Lớp
Liliopsida
Bộ
Poales
Họ
Poaceae
Giống
Zea
Loài
Z. mays

2.1.2. Vai trò
Ngô là một loại ngũ cốc quan trọng, đứng thứ ba sau lúa mì và lúa gạo.
Là cây lƣơng thực giàu dinh dƣỡng hơn lúa mì và lúa gạo, góp phần nuôi
sống gần 1/3 dân số trên toàn thế giới. Sản lƣợng sản xuất ngô ở thế giới trung
bình hàng năm từ 696,2 đến 723,3 triệu tấn (năm 2005-2007). Trong đó nƣớc
Mỹ sản xuất 40,62% tổng sản lƣợng ngô và 59,38% do các nƣớc khác sản
xuất. Sản lƣợng ngô xuất khẩu trên thế giới trung bình hàng năm từ 82,6 đến
86,7 triệu tấn. Trong đó, Mỹ xuất khẩu 64,41% tổng sản lƣợng và các nƣớc
khác chiếm 35,59 %[11].
Cây ngô có giá trị dinh dƣỡng cao nên đƣợc sử dụng làm thực phẩm
chủ yếu ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ngô đƣợc đƣa vào châu Phi từ Bồ Đào
Nha vào thế kỷ thứ 16 và trở thành lƣơng thực quan trọng nhất giúp đẩy lùi
nạn đói ở đây. Ngô còn là một món ăn không thể thiếu trong rất nhiều nền văn
hóa trên toàn thế giới, ngoài ra với thành phần dinh dƣỡng cao trong thân, lá
và lõi, ngô còn đƣợc dùng làm thức ăn cho ngành chăn nuôi [13].

6
Bảng 2.1. Giá trị dinh dƣỡng trong 100g hạt ngô (chất khô)
Nƣớc
14.9 g
Chất khoáng
1.5 g
Protein
11.1g
Carbohydrates
66.2 g
Chất béo
3.6 g
Calcium (Ca)
10 mg
Chất xơ
2.7 g
Iron (Fe)
2.3 mg
Calories
342
Potassium (K)
286 mg
Phosphorus (P)
348 mg
Thiamine
0.42 mg
Sodium (Na)
15.9 mg
Carotene
90 ug

Sulphur (S)
114 mg
Vitamin C
0.12 mg
Riboflavin (B2)
0.10 mg
Magnesium (Mg)
139 mg
Amino acids
1.78 mg
Copper (Cu)
0.14 mg
(Nguồn: Gopalan et al., 2007)

Bảng 2.2. Thành phần dinh dƣỡng trong thân, lá và lõi ngô
Thành phần chất
dinh dƣỡng (% chất
khô)
Cây xanh
không bắp
Cây già
không bắp
Lõi ngô
Nƣớc
77.3
13.50
10.17
Protit
1.3
4.36

2.40
Lipit
0.4
0.74
0.50
Đƣờng, bột
1.39
39.25
54.50
Xenlulo
6.0
33.65
30.10
Chất khoáng
1.4
6.70
1.40
(Nguồn: Đƣờng Hồng Dật, năm 2000)
7
2.2. Các đặc điểm sinh học của cây ngô
2.2.1. Các giai đoạn sinh trưởng và phát triển
- Giai đoạn nảy mầm: Hạt trƣơng đầy nƣớc khoảng 24h sau khi gieo.
Khi đó đỉnh sinh trƣởng hãy còn là một khối u rộng nhƣng bên trong đã phân
hóa từ 5 – 7 lá mầm và thân đốt. Các chất dinh dƣỡng trong hạt cũng chuyển
hóa thành đƣờng, protein, axit amin… Nhiệt độ cần thiết là từ 28 – 30
0
C, độ
ẩm 80%.
- Giai đoạn cây con (đâm chồi): là giai đoạn khoảng một tuần sau khi
gieo hạt, ở giai đoạn này các cây ngô phát triển có khoảng từ 2 đến 4 lá.

- Giai đoạn tăng trƣởng (tăng chiều cao): khoảng 35 – 45 ngày sau khi
gieo cây tăng mạnh chiều cao ở giai đoạn này. Chiều cao của cây phụ thuộc
vào từng giống ngô, các giống khác nhau có thể có chiều cao từ 1m đến 4 m.
- Gia đoạn ra cờ: xuất hiện các tua, các tua này là hoa đực của cây
ngô. Cây ngô đạt đủ chiều cao ở giai đoạn này.
- Giai đoạn ra bắp : là giai đoạn xuất hiện các hoa cái của cây ngô
(bắp). Các hoa cái xuất hiện sau giai đoạn cây ngô ra cờ từ 2 đến 3 ngày.
Chúng ta có thể quan sát thấy bằng mắt thƣờng khi các dâu ngô thò ra ngoài
các lá bao xung quanh bắp ngô. Sự thụ phấn xảy ra khi các hoa đực là các cờ
ngô bung phấn để các hoa cái là các dâu ngô ẩm ƣớt đón lấy các hạt phấn.
- Giai đoạn hình thành hạt : là giai đoạn bắt đầu sau khi thụ phấn kết
thúc. Các hạt ngô mềm (ngô non) bắt đầu đƣợc hình thành, dâu ngô héo và trở
thành màu xám. Lớp vỏ ngoài bao bọc bắp ngô thì vẫn màu xanh.
- Giai đoạn thu hoạch (trƣởng thành): các hạt ngô cứng lại, các lá ngô
khô, héo. Hạt ngô trở lên rắn chắc. Đây là giai đoạn có thể thu hoạch[2].
2.2.2. Các cơ quan sinh dưỡng của cây ngô
 Rễ ngô: ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ các cây họ hòa
thảo. Độ sâu và sự mở rộng của rễ phụ thuộc vào giống, độ phì nhiêu và độ
ẩm của đất. Ngô có 3 lọai rễ chính: rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Rễ mầm
8
là rễ tạm thời xuất hiện đầu tiên khi hạt ngô nảy mầm và biến mất sau một
thời gian ngắn (sau khi cây ngô đƣợc 3 lá), rễ có nhiệm vụ cung cấp nƣớc cho
cây. Rễ đốt, còn gọi là rễ phụ cố định mọc vòng quanh các đốt dƣới mặt đất
bắt đầu lúc ngô đƣợc 3 - 4 lá, rễ đốt ăn sâu xuống đất và làm nhiệm vụ cung
cấp nƣớc và các chất dinh dƣỡng suốt thời kỳ sinh trƣởng và phát triển của
cây ngô. Rễ chân kiềng (còn gọi là là rễ neo hay rễ chống) mọc quanh các đốt
sát mặt đất. Rễ chân kiềng to, nhẵn, ít phân nhánh, không có rễ con và lông
hút ở phần trên mặt đất. Ngoài chức năng chính là bám chặt vào đất giúp cây
chống đỡ, rễ chân kiềng cũng tham gia hút nƣớc và thức ăn[3].
 Thân ngô: Thân cây ngô đƣợc chia thành nhiều lóng, thân to, nhỏ,

cao, thấp, dài ngắn tùy vào từng loại giống.Trên thân cây ngô, chiều dài các
lóng không đều nhau. Ở gần gốc thƣờng có lóng ngắn hơn. Càng lên cao lóng
càng dài và to, các lóng mang bắp là phát triển nhất. Thân cây ngô khá chắc,
có đƣờng kính thay đổi trong phạm vi 2 - 4cm. Thân chính của cây ngô có
nguồn ngôc từ chồi mầm, có bao lá mần bao phủ, nằm trong phôi của hạt ngô.
Từ thân chính phát sinh ra nhánh, hay thân phụ từ các đốt dƣới mặt đất số
nhánh thƣờng biến động từ 1 – 10 nhánh, nhánh có hình dạng tƣơng tự nhƣ
thân chính.Qua các thời kỳ sinh trƣởng, cây ngô phát triển với các tốc độ khác
nhau, trong thời gian đầu thân phát triển chậm, về sau thân phát triển nhanh
cho tới thời kỳ có 6 – 7 lá, tùy thuộc vào đặc điểm của từng giống. Các điều
kiện thời tiết, khí hậu, đất đai và kỹ thuật canh tác có ảnh hƣởng rất rõ rệt đến
sự sinh trƣởng và phát triển của cây ngô[13],[36].
 Lá ngô: lá cây ngô phát sinh từ các mắt và mọc đối xứng xen kẽ
trên thân cây. Lá ngô đƣợc chia làm 4 loại là: lá mầm, lá thân, lá ngon và lá
bi. Đặc điểm nổi bật của lá ngô là trên phiến lá có rất nhiều khí khổng, trung
bình 1 lá có khoảng 20 - 30 triệu lỗ khí khổng, trên 1mm
2
phiến lá có đến 300
khí khổng các tế bào này rất mẫn cảm với sự thay đổi của điều kiện khí hậu
bên ngoài[8],[36].
9
2.2.3. Các cơ quan sinh sản của cây ngô
 Hoa ngô: ngô là loài cây có hoa khác tính cùng gốc. Hai cơ quan
sinh sản đực (bông cờ) và cái (bắp) tuy cùng nằm trên một cây xong ở các vị
trí khác nhau [13],[36].
Hoa đực: chùm hoa đực đƣợc gọi bông cờ nằm ở đỉnh cây. Bông cờ
gồm một trụ chính, trụ phân thành nhiều nhánh, nhánh lại đƣợc phân thành
nhiều nhánh nhỏ. Hoa đực mọc thành gié, các gié mọc đối diện nhau trên các
nhánh, mỗi hoa đực ở phía ngoài cùng có hai vỏ trấu hình bầu dục, trên vỏ
trấu có gân và lông tơ. Ở phía trong có 2 mảnh gọi là vỏ trấu trong có màu

trắng. Bên trong có 3 nhị đực, mỗi nhị đực có một bao phấn, mỗi bao phấn có
2 phòng, chứa 4000 – 5000 hạt phấn, mỗi bông cờ có từ 15 đến 20 triệu hạt
phấn[36].
Hoa cái: đƣợc hình thành từ trồi nách các lá. Tuy vậy chỉ có từ 1 -3
chồi ở khoảng giữa thân mới tạo thành bắp. Khi hoa cái nở, râu bắp sẽ mọc
dài ra khỏi lá bi ở đầu trái (gọi là phun râu). Trên râu có nhiều lông tơ và chất
tiết ra làm cho hạt phấn bám vào và dễ nảy mầm. Thời gian phun râu thƣờng
sau tung phấn của hoa đực từ 1 -5 ngày, tùy thuộc vào giống và điều kiện tự
nhiên. Hiện tƣợng tung phấn trƣớc phun râu thƣờng gặp trong điều kiện khí
hậu nƣớc ta. Trong những điều kiện khí hậu khác có thể gặp các hiện tƣợng
ngƣợc lại, phun râu xảy ra trƣớc khi tung phấn[3],[36].
 Bắp ngô: bao gồm các bộ phận chính là cuống bắp, lõi bắp, hoa cái,
hạt ngô. Cuống bắp gồm những đốt rất ngắn, mỗi đốt có một lá bi bao bọc
xung quanh bắp ngô. Lõi bắp là trục của hoa cái, màu sắc của lõi khác nhau
tùy thuộc vào đặc điểm của từng giống. Hoa cái, đƣợc đính thành từng dây
trên lõi. Các hoa cái đƣợc mày bao bọc bên ngoài, giữa là bầu hoa. Trên bầu
hoa có vòi hoa (nhụy hoa cái) vƣơn dài ra thành râu. Sau khi thụ tinh râu
chuyển sang màu nâu và héo dần. Hạt ngô, đƣợc đính xép thành dãy trên lõi.
Hạt ngô đƣợc tạo thành khi bầu hoa cái đƣợc thụ tinh. Số hạt trên một hàng
10
tùy thuộc vào đặc điểm của giống, điều kiện canh tác nhƣ bón phân, tƣới
nƣớc[36].
2.2.4. Một số đặc tính sinh học quan trọng của cây ngô
 Nảy mầm: phôi nảy mầm là hoạt động sinh lý quan trọng có ảnh
hƣởng lớn đến sinh trƣởng và phát triển của cây ngô. Tùy thuộc vào đặc tính
của giống, thời kỳ phát triển và trạng thái của hạt, điều kiện ngoại cảnh mà
khả năng nảy mầm của hạt là khác nhau. Hạt ngô ở giai đoạn chín hoàn toàn,
chín sáp, có thể này mầm hầu nhƣ 100%.
Khi có đủ nƣớc, oxy, nhiệt độ thích hợp, hạt ngô nảy mầm nhanh sau
khi gieo. Điều kiện hàng đầu để ngô nảy mầm trong đất là nƣớc, khi hút đƣợc

khoảng 30% lƣợng nƣớc hạt ngô đã có thể nảy mầm. Nhiệt độ thích hợp cho
cây ngô nảy mầm là từ 23 -25
0
C, thời gian nảy mầm của hạt tùy thuộc và chất
lƣợng hạt giống, điều kiện ngoại cảnh và kỹ thuật gieo hạt[13].
 Quang hợp: ngô thuộc nhóm cây quang hợp theo chu trình C
4
nên có
ƣu thế tạo đƣợc sinh khối lớn hơn so với cây quang hợp theo chu trình C
3
.
Những loài cây quang hợp C
4
không có hiện tƣợng hô hấp ánh sáng, điểm bù
CO
2
rất thấp, và cƣờng độ quang hợp cao. Vì vậy trong suốt thời gian sinh
trƣởng, ngô tích lũy đƣợc một khối lƣợng sinh khối rất lớn so với các loài cây
dùng chu trình quang hợp C
3.
Ngô là loài cây trồng có nguồn gốc nhiệt đới
khô hạn, cho nên khi gặp điều kiện thiếu nƣớc, nắng nóng nhiều, những khí
khổng của lá hầu nhƣ đóng kín hoàn toàn vào ban ngày để hạn chế sự thoát
hơi nƣớc, giữ nƣớc cho các hoạt động sinh lý của cây. Trong điều kiện khô
hạn, ánh sáng nhiều cây ngô có thể sản xuất ra lƣợng chất ngô gấp 1,5 – 2,0
lần so với cây quang hợp C
3.
Khả năng tổng hợp dinh dƣỡng cao nhất của cây
ngô là 52 – 55g/m
2

/ngày. Hiệu suất sử dụng ánh sáng là 4,2 – 4,6%, các giá trị
tƣơng ứng của cây lúa nƣớc là 35 – 36g/m
2
/ngày và 2,7 – 2,8%[3].
 Thụ phấn, thụ tinh: hạt phấn rơi vào râu ngô mở đầu cho quá trình
thụ phấn, tiếp theo đó là quá trình thụ tinh. Thụ phấn, thụ tinh là quá trình
11
sinh học diễn ra liên tục gồm nhiều bƣớc : hạt phấn nảy mầm, phát triển ống
phấn, sự hòa nhập của các tế bào sinh dục, sự phát triển của phôi thai.
Quá trình thụ phấn, thụ tinh diễn ra nhƣ sau: Hạt phấn rơi lên râu ngô,
sau 5 – 6h thì bắt đầu nảy mầm, mầm xuyên vào râu ngô phát triển theo chiều
dọc, hƣớng xuống dƣới và tiến vào phôi châu. Khi vào phôi châu vách ống
phấn tách ra, hạt phấn phân hóa thành hai tinh trùng. Một tinh trùng kết hợp
với tế bào trứng tạo thành phôi, tinh trùng thứ hai kết hợp với hạch thứ cấp
tạo thành phôi nhũ.Sau khi thụ tinh, phôi và nội nhũ đƣợc tạo thành. Phôi
đƣợc phát triển thành hạt[3].
2.3. Tình hình nghiên cứu, sản xuất ngô trên thế giới và tại Việt Nam
2.3.1. Tình hình nghiên cứu ngô chuyển gen trên thế giới
Ngô đƣợc trồng ở hơn 100 quốc gia trên thế giới tập trung ở các nƣớc
Mỹ, Trung Quốc, Brazil, Mehicô, Pháp và Ấn Độ (FAO, 2008). Theo dự đoán
vào năm 2020, nhu cầu ngô sẽ tăng lên 50% với hơn 800 triệu tấn một năm
hiện nay và có thể vƣợt qua cả gạo và lúa mì (Pingani và Padney, 2001).
Bảng 2.3. Dự báo nhu cầu ngô thế giới năm 2020
Vùng
Năm 1977
(Triệu tấn)
Năm 2020
(Triệu tấn)
% Thay đổi
Thế Giới

586
852
45
Các nƣớc phát triển
295
508
72
Đông Á
136
252
85
Nam Á
14
19
36
Cận Sahara-Châu Phi
29
52
79
Mỹ Latinh
75
118
57
Tây và Bắc Phi
18
28
56
(Nguồn: Viện nghiên cứu chƣơng trình lƣơng thực thế giới OPRI, 2003)
12
Tình trạng khí hậu biến đổi không ngừng nhƣ hiện nay, các điều kiện

thời tiết ngày càng khắc nghiệt hạn hán, nƣớc biển dâng cao dẫn đến đất bị
nhiễm mặn, nhiệt độ nóng, lạnh thất thƣờng, sâu bệnh phát triển mạnh,…
ngành trồng ngô cần đƣợc cơ giới hóa trong tƣơng lai để mang lại năng suất
và sản lƣợng cao hơn. Từ các nguyên nhân trên ngô chuyển gen đƣợc ƣu tiên
nghiên cứu theo các hƣớng khác nhau:
 Chọn tạo giống ngô có khả năng chịu hạn: Cây trồng có tính
chống chịu khô hạn đã đƣợc phát triển thành công thông qua biến đổi gen, thí
dụ nhƣ sử dụng các gen mã hóa nguyên tố điều tiết áp suất thẩm thấu
[osmoprotectants] (phần lớn là sugar alcohols), các hợp chất “zwitterionic” và
các chất bảo vệ protein. Cây chuyển gen nhƣ vậy đã thích ứng với điều kiện
thiếu nƣớc ở mức độ trong phòng thí nghiệm và ở nhà lƣới. Các thí nghiệm
trong phòng thí nghiệm cho thấy cây thể hiện tính chống chịu thông qua nhiều
cơ chế họat động rất khác nhau. Các nhà khoa học đã chứng minh những
protein có tính chất “cold shock” của vi khuẩn (Csp) cũng có thể liên quan
đến khả năng đáp ứng với stress trong nhiều loài cây trồng. Csp thuộc họ của
“molecular chaperones”, hỗ trợ ribonucleic acids (RNA). RNA có xu hƣớng
trở thành bẩy gen ở dạng gấp sai (misfolded forms), và CSP proteins, họat
động nhƣ chaperones, có thể phân giải cấu trúc này. Cây bắp chuyển gen thể
hiện Csp proteins (của E. coli và B. subtilis) đã cải tiến đáng kể tính chống
chịu stress phi sinh học, nhƣ lạnh, nóng và thiếu nƣớc. Điều quan trọng là,
những cải tiến này trên đồng ruộng không làm năng suất giảm. Có nhiều gen
liên quan đến khả năng chống chịu hạn đã và đang đƣợc nghiên cứu ở ngô
nhƣ gen ZmDREB2A. Gen này đƣợc hoạt hoá khi cây ngô gặp điều kiện bất
lợi nhƣ: lạnh, mất nƣớc, nóng, và muối. Gen ZmDREB2A đƣợc xác định có
hai loại sao mã đƣợc thiết kế nhƣ ZmDREB2A-L và ZmDREB2A-S[5]. Sự
biểu hiện của ZmDREB2A-S cho thấy khả năng điều hoà chống chịu hạn. Qua
phân tích microarrray cho thấy nhiều gen hoạt hoá khi điều kiện bất lợi đã
13
đƣợc thay đổi trong cây chuyển gen dƣới điều kiện không bị tác động bởi
ngoại cảnh bất lợi (Qin  CS, 2007).

Năm 2009, Assem và cộng sự đã công bố tạo đƣợc cây chuyển gen chịu
hạn bằng cách chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium Tumefaciens
chứa vector mang gen chịu hạn NPK1 vào hai dòng ngô của Ai Cập là Gz639,
Gz649 và dòng ngô của Mỹ là A188. Ba dòng ngô chuyển gen tạo ra đƣợc
đánh giá bằng các phƣơng pháp sinh học phân tử và đánh giá khả năng chịu
hạn ở giai đoạn cây con bằng phƣơng pháp môi trƣờng nhân tạo có chứa
manitol. Kết quả cho thấy cây chuyển gen chịu hạn có chỉ số tăng trƣởng của
rễ, thân và sinh khối sau 6 ngày xử lý hạn bằng 80% so với cây trong điều
kiện không sử lý hạn, trong khi đó cây đối chứng không chuyển gen chỉ đạt
mức tăng trƣởng 20%.
 Chọn tạo giống có khả năng chịu lạnh: Một số điều kiện ngoại
cảnh bất lợi nhƣ nhiệt độ thấp, sƣơng muối, khô hạn, đều dẫn đến tổn
thƣơng màng tế bào hoặc làm tăng các radical tự do trong tế bào. Một số gen
mã hoá các protein có khả năng ổn định cấu trúc màng hay tiêu diệt các
radical tự do nhƣ: dehydrine, superoxy, dismutase, peroxidase, catalase, là
những gen hiện nay đang đƣợc quan tâm để tách chiết và chuyển vào cây
trồng với mục đích làm tăng khả năng chống chịu đối với các điều kiện bất lợi
của môi trƣờng (Thomashow  CS, 1998).
 Chuyển gen kháng sâu hại: Tính kháng một số côn trùng của cây
trồng đƣợc tăng lên rõ rệt từ khi phát hiện ra gen độc tố của Bacillus
thuringiensis (Bt) trong cây trồng. Để có hiệu quả các gen này cần đƣợc biểu
hiện trong bộ phận của cây mà côn trùng (sâu non, bọ trĩ trƣởng thành) ƣa ăn.
Các chất ức chế tác dụng lên bộ phận tiêu hoá. Độc tố Bt gắn vào glycoprotein
niêm mạc ruột, đặc biệt là đoạn giữa ruột làm cho ruột bị thủng, rò rỉ dịch tiêu
hoá vào đƣờng dẫn máu gây nên hiện tƣợng bị loãng dịch tiêu hoá và nhiễm
14
trùng máu. Thực vật mang tính kháng sâu hại có khả năng giúp ngƣời dân
chống lại những thảm họa do sâu gây ra. Ngô kháng sâu hại là ngô mang gen
mã hoá cho độc tố delta. Độc tố này có nguồn gốc từ vi khuẩn đất Bacillus
thuringiensis (Bt). Ngày nay, các nhà nghiên cứu đã chuyển và biểu hiện

thành công một số gen CryIAc, CryIB và CryIE. Các gen Cry đƣợc phân lập
từ vi khuẩn đất phổ biến Bacillus thuringiensis (Bt). Đặc biệt, các gen Bt, Cry
(Cry1Ab, Cry1Ac, Cry1B, Cry1E, và Cry B-1Ab) đƣợc sử dụng để chuyển gen
thành công ở dòng ngô lai CML216 x CML72, gen Cry1Ab đã đƣợc biểu hiện
ở dòng ngô MON810, gen Cry3Bb1 mã hoá protein trừ sâu đặc hiệu, đƣợc
biểu hiện ở dòng MON 863 và A634. Các protein Cry không gây độc tố cho
các tế bào thành ruột động vật. Vì vậy, vật nuôi và con ngƣời không bị tổn
thƣơng bởi các protein này, mà nó chỉ gây chết côn trùng, sâu bọ khi ăn lá cây
mang gen Cry (Mugo  CS, 2002).
 Chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ: Bằng công nghệ sinh học, ngƣời
ta đã có thể tạo ra những giống cây trồng kháng thuốc diệt cỏ, cho phép loại trừ
đƣợc cỏ dại một cách chọn lọc. Nhìn chung, sản xuất cây trồng kháng thuốc
diệt cỏ đƣợc tiến hành bằng việc chuyển gen mã hoá enzym gây bất hoạt thuốc
diệt cỏ vào cây trồng. Glyphosat và basta là những chất diệt cỏ mới, tƣơng đối
lành tính vì tính độc rất thấp đối với động vật. Việc tạo ra cây trồng chống
chịu glyphosat và basta sẽ mở ra thời kì mới thay thế sử dụng loại chất diệt cỏ
rất độc đang dùng hiện nay. Tuy nhiên, phƣơng thức này sẽ thất bại nếu giữa
cây trồng chuyển gen và cỏ dại có sự trao đổi vật liệu di truyền cho nhau. Vì
vậy, cần hạn chế khả năng truyền tính kháng chất diệt cỏ qua thụ phấn chéo
bằng cách chuyển gen kháng vào lục lạp. Theo nghiên cứu của Tilney-Bassett
(1984) hầu hết các loại cây trồng có DNA lục lạp đƣợc chuyển gen thƣờng di
truyền theo dòng mẹ mà không lan truyền qua hạt phấn.Ngày nay, gen kháng
sâu (Bt) và gen kháng chất diệt cỏ (bar) đƣợc chuyển đồng thời vào ngô.
Dòng ngô DBT418 đƣợc chuyển đồng thời gen Cry1A(c)và gen bar. Tuy
15
nhiên, sự biểu hiện của cây mang đồng thời hai gen này là không ổn định. Sự
xuất hiện ở hầu hết nhƣng không phải tất cả các mô của ngô: ở lá mức độ biểu
hiện cao nhất, mức độ thấp hơn ở rễ, rễ phụ, thân, lõi ngô, bao bắp ngô, hạt.
Tuy nhiên, các protein mã hoá cho gen chƣa đƣợc nghiên cứu ở râu và hạt phấn
ngô[37].

2.3.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Trên thế giới, ngô là một trong những cây ngũ cốc quan trọng, nuôi
sống gần 1/3 dân số thế giới. Diện tích đứng thứ 3 sau lúa mì và lúa nƣớc, sản
lƣợng thứ hai và năng suất cao nhất trong các cây ngũ cốc. Năm 1961, diện
tích ngô toàn thế giới đạt 105,5 triệu ha, năng suất 19,4 tạ/ha, sản lƣợng 205
triệu tấn, đến năm 2010, diện tích trồng ngô thế giới đạt khoảng 161,90 triệu
ha, năng suất bình quân 52,15 tạ/ha, sản lƣợng 844,44 triệu tấn. Trong đó Mỹ,
Trung Quốc, Braxin, Ấn Độ là những nƣớc đứng đầu về diện tích và sản
lƣợng.
Bảng 2.4. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới những năm gần đây

(Nguồn: FAOTAT, 2010)
Năm
Diện tích
(Triệu ha)
Sản lƣợng
(Triệu tấn)
Năng suất
(Tạ/ha)
2004
147,52
727,47
49,31
2005
147,47
713,69
48,39
2006
148,41
706,83

47,62
2007
158,23
789,39
49,88
2008
161,20
827,48
51,33
2009
158,84
819,70
51,60
2010
161,90
844,40
52,15
16
Bảng 2.5. Tình hình sản xuất ngô của các nƣớc đứng đầu thế giới

Quốc gia
Năm 2009
Năm 2010

Diện
tích
(Triệu
ha)

Sản lƣợng

(Triệu
tấn)

Năng
suất
(Tạ/ha
)

Diện tích
(Triệu ha)

Sản
lƣợng
(Triệu
tấn)

Năng
suất
(Tạ/h
a)
Mỹ
32,16
332,54
103,37
32,96
316,16
95,92
Trung
Quốc
31,20

164,10
52,59
32,51
177,54
54,59
Brazil
13,65
50,71
37,14
12,81
56,06
43,74
Ấn Độ
8,33
16,68
20,02
7,18
14,06
19,58
Mexico
6,22
20,14
32368
7,14
23,30
32,59
Nigeria
3,33
7,33
22,00

3,33
7,30
21,90
(Nguồn: FAOTAT, 2010 )

2.3.3. Tình hình nghiên cứu ngô chuyển gen trong nước
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 nhau, đa
dạng về mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác. Cây ngô không chỉ cung cấp
lƣơng thực cho ngƣời, vật nuôi mà còn là cây trồng xóa đói giảm nghèo tại
các tỉnh có điều kiện kinh tế khó khăn[13].
Cùng với phƣơng pháp chọn tạo giống truyền thống ngày càng hiệu quả
hơn thì việc ứng dụng công nghệ sinh học để tạo ra các giống ngô biến đổi
gen có khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận sinh học và phi sinh học
đã đƣợc triển khai tại Viện Di Truyền Nông Nghiệp và Viện Nghiên Cứu
Ngô.
17
Nuôi cấy bao phấn/nuôi cấy noãn ngô để tạo dòng ngô thuần đã đƣợc
các tác giả Nguyễn Khánh Vân và cộng sự thực hiện và chuyển giao ứng dụng
thành công tại Viện Nghiên Cứu Ngô.
Phạm Thị Lý Thu (2007) đã tiến hành biến nạp gen gus/pat vào các
dòng ngô mô hình (HR8&HR9).
Viện Di truyền Nông nghiệp cũng đã xây dựng quy trình tái sinh đối
với cây ngô phục vụ cho chuyển gen, quy trình chuyển gen bằng
Agrobacterium và súng bắn gen, tạo các cây chuyển gen bền vững bằng các
phƣơng pháp này trên các dòng ngô có nguồn gốc ôn đới nhƣ A188, H99.
Viện đã tạo đƣợc các dòng ngô chuyển gen bền vững mang các gen: kháng
thuốc diệt cỏ, gen GFP, gen kháng kháng sinh, gen tăng cƣờng hấp thụ nitơ và
gen chịu lạnh. Hiện nay, Viện Di truyền Nông nghiệp đang nghiên cứu
chuyển gen kháng sâu để tạo giống ngô Việt Nam có khả năng kháng sâu đục

thân. Các dòng ngô chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ đã đƣợc chuyển cho Viện
nghiên cứu ngô để tạo giống. Trong thời gian tới, tất cả vật liệu tạo ra tại Viện
Di truyền Nông nghiệp sẽ đƣợc chuyển giao cho các nhóm chọn giống ngô
trong nƣớc để tạo thành giống[38].
Đặc biệt là những năm gần đây, trong khuôn khổ của chƣơng trình
Công Nghệ Sinh Học Nông Nghiệp, việc chọn tạo các dòng ngô mang gen
kháng sâu, kháng thuốc trừ cỏ đã đƣợc tập trung nghiên cứu. Năm 2009,
Nguyễn Văn Đồng và cs đã biến nạp thành công gen Cry1A(c) vào 2 dòng
ngô HR8 và HR9. Hơn thế nữa lần đầu tiên tại Việt Nam, gen kháng sâu
Cry1A(c) đã đƣợc biến nạp thành công vào các dòng ngô chọn lọc (Nguyễn
Văn Đồng và cs,2010). Phân lập và thiết kế vector mang gen điều khiển tính
chịu hạn phục vụ công tác tạo giống cây trồng chuyển gen cũng đang thực
hiện ở Viện Di Truyền Nông Nghiệp (Phạm Xuân Hội và cs,2009). Các bƣớc
tiếp cận với vấn đề chuyển gen chịu hạn vào các dòng ngô ở Việt Nam cũng