BÁO CÁO KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM ĐÁNH GIÁ RỦI RO NGÔ GA21 ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC



BÁO CÁO KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM
ĐÁNH GIÁ RỦI RO NGÔ GA21 ĐỐI VỚI MÔI TRƯỜNG
VÀ ĐA DẠNG SINH HỌC

Số báo cáo: SYTVN-04-2012
Tên tổ chức đăng ký: Công ty TNHH Syngenta Việt Nam
Địa chỉ liên hệ: Số 16 đường 3A, Khu Công nghiệp Biên Hoà 2 Đồng Nai, Việt Nam
Điện thoại: 0618826026

Fax: 0618826015

Website: www.syngenta.com

Biên Hòa, ngày 09 tháng 5 năm 2012


MỤC LỤC

Nội dung

Trang

Phần I. THÔNG TIN CHUNG
1.1. Tổ chức đăng ký khảo nghiệm

1

1.2. Giống cây trồng biến đổi gen đăng ký khảo nghiệm

1

1.3. Đơn vị khảo nghiệm

2

1.4. Giấy phép khảo nghiệm

2

Phần II. TỔNG QUAN VỀ GIỐNG CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN GA21
2.1. Thông tin liên quan đến gen chuyển/gen cho

3

2.1.1. Phương pháp chuyển gen

3

2.1.2. Nguồn gốc vectơ sử dụng và chức năng của chúng

3

2.1.3. Nguồn DNA nhận, kích thước và chức năng của mỗi đoạn trong 5
vùng gắn vào hệ gen ngô (T-DNA)
2.2. Thông tin liên quan đến cây ngô chuyển gen GA21

5

2.2.1. Các tính trạng và đặc tính trong ngô GA21

5

2.2.2. Trình tự đoạn gen chèn vào hoặc mất đi

5

2.3. Sinh vật nhận gen

8

2.3.1. Mô tả về cây ngô/bắp (sinh vật nhận gen):

8

2.3.2. Đặc điểm giống ngô nền (NK66)

19

2.4. Biểu hiện protein biến đổi trong cây ngô GA21

20

2.4.1. Tính trạng, điểm khác biệt giữa ngô GA21 và ngô không chuyển 20
gien
2.4.2. Biểu hiện protein biến đổi (mEPSPS) trong cây ngô GA21

20

2.4.3. Tình hình cấp phép, sử dụng ngô GA21 trên thế giới

23

Phần III. XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ KHẢO NGHIỆM Ở VIỆT NAM
3.1. Kết quả khảo nghiệm đánh giá rủi ro trên thế giới đối với ngô GA21 và 26
protein EPSPS bị biến đổi
3.2. Xác định các yêu cầu cần khảo nghiệm đánh giá rủi ro ngô GA21 đối 31
với môi trường và đa dạng sinh học tại Việt Nam.
3.2.1. Tính an toàn của ngô chuyển gen GA21 hay enzyme mEPSPS

32

3.2.2. Nguyên lý chung đánh giá rủi ro đối với cây trồng chuyển gen

33

i


3.2.3. Cơ sở lý luận cho việc đề nghị các nghiên cứu đánh giá rủi ro 35
cho khảo nghiệm hạn chế và diện rộng của ngô GA21 đối với môi
tường và đa dạng sinh học ở Việt Nam
Phần IV. MỤC TIÊU, NỘI DUNG, VẬT LIỆU, PHƯƠNG PHÁP KHẢO
NGHIỆM
4.1. Khảo nghiệm hạn chế

50

4.1.1. Mục tiêu khảo nghiệm

50

4.1.2. Nội dung khảo nghiệm

50

4.1.3. Ý nghĩa khảo nghiệm

50

4.1.4. Địa điểm và thời gian tiến hành khảo nghiệm

51

4.1.5. Bố trí thí nghiệm

53

4.1.6. Chỉ tiêu theo dõi, phương pháp đánh giá và xử lý số liệu

54

4.2. Khảo nghiệm diện rộng

61

4.2.1. Mục tiêu khảo nghiệm

62

4.2.2. Nội dung khảo nghiệm

62

4.2.3. Ý nghĩa khảo nghiệm

62

4.2.4. Địa điểm và thời gian tiến hành khảo nghiệm

62

4.2.5. Bố trí thí nghiệm

70

4.2.6. Chỉ tiêu theo dõi, phương pháp đánh giá và xử lý số liệu

72

PHẦN V: KẾT QUẢ KHẢO NGHIỆM
5.1. KHẢO NGHIỆM HẠN CHẾ
5.1.1. Kết quả

79
79

5.1.1.1. Đánh giá các đặc điểm nông sinh học, hình thái của ngô 79
GA21 trong điều kiện canh tác tại Việt Nam
5.1.1.2. Đánh giá ảnh hưởng đến sinh vật không chủ đích của ngô 80

GA21
5.1.1.3. Hiệu quả của ngô GA21 trong phòng trừ cỏ dại trên ngô

89

5.1.2. Thảo luận

91

5.1.2.1. Nguy cơ trở thành dịch hại, cỏ dại xâm lấn môi trường tự nhiên 91
của ngô GA21 và các nguy cơ trôi gen, phát tán gen
5.1.2.2. Nguy cơ trở ảnh hưởng bất lợi đến sinh vật không chủ đích của 95
ngô GA21
5.1.2.3. Các nguy cơ khác ảnh hưởng bất lợi đến hệ sinh thái xung 96
quanh

ii


5.1.2.4. Các tác động bất lợi khác

99

5.1.3. Kết luận từ khảo nghiệm hạn chế

100

5.2. KHẢO NGHIỆM DIỆN RỘNG

101

5.2.1. Kết quả so sánh đặc tính nông sinh học/nguy cơ trở thành dịch hại, 101
cỏ dại của ngô GA21 kháng thuốc trừ cỏ glyphosate
5.2.2. Kết quả đánh giá nguy cơ ảnh hưởng đến sinh vật không chủ đích 105
của ngô GA21
5.2.3. Đánh giá hiệu quả kháng thuốc trừ cỏ glyphosate của ngô chuyển 123
gen NK66GA21
5.2.4. Đánh giá hiệu lực quản lý cỏ dại của ngô chuyển gen GA21

124

5.2.5. Năng suất và hiệu quả kinh tế của ngô chuyển gen GA21

125

5.2.5.1 Năng suất của ngô GA21

125

5.2.5.2 Hiệu quả kinh tế của ngô GA21

126

5.3. KẾT QUẢ QUẢN LÝ RỦI RO

127

PHẦN VI: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
6.1. Kết luận

132

6.2. Đề nghị

136

Phần VII. Tài liệu tham khảo

138

iii


MỤC LỤC HÌNH
Hình I:

Bản đồ plasmid của vectơ biến nạp pDP434

4

Hình II.

Quy trình đánh giá rủi ro của cây trồng chuyển gen đối với môi 35
trường theo quyết định 2001/18/EC

Hình 1.

Diễn biến chỉ số gây hại của rệp muội ngô, (BRVT, vụ Hè thu 83
2010)

Hình 2.

Diễn biến mật độ Bọ rùa bắt mồi ăn thịt trong thí nghiệm ngô 83
GA21 (Vụ 1 Tân Thành, Bà Rịa, 2010)

Hình 3.

Diễn biến mật độ nhện lớn bắt mồi ăn thịt trong thí nghiệm ngô 84
GA21 (BRVT, 2010)

Hình 4.

Diễn biến mật độ cánh cứng cánh ngắn trong thí nghiệm ngô 85
GA21 (Vụ 2, BRVT, 2010)

Hình 5.

Diễn biến chỉ số gây hại của Rệp ngô trong thí nghiệm ngô 108
chuyển gen GA21 tại Hưng Yên (A), Sơn La (B), BRVT (C),
Đăk Lăk (D)

Hình 6.

Diễn biến mật độ bọ rùa BMAT trong thí nghiệm ngô chuyển gen 112
GA21 tại Hưng Yên (A), Sơn La (B), BRVT (C), Đăk Lăk (D)

Hình 7.

Diễn biến mật độ nhện lớn BMAT trong thí nghiệm ngô GA21 113
tại Hưng Yên (A), Sơn La (B), BRVT (C) và Đăk Lăk (D)

Hình 8.

Diễn biến mật độ nhện lớn BMAT trong thí nghiệm ngô GA21 115
tại Hưng Yên (A), Sơn La (B), BRVT (C), Đăk Lăk (D)

iv


MỤC LỤC BẢNG
Bảng 1.

Các thành phần trong vùng backbone của vectơ

5

Bảng 2.

Các vùng của vectơ dự định biến nạp (vùng T-DNA) vào hệ gen
ngô

5

Bảng 3.

Kích thước và chức năng của mỗi vùng trong đoạn T-DNA

6

Bảng 4:

Nồng độ m PSPS trên m u đo c n tươi trên cây nhận được từ ngô
GA21

21

Bảng 5:

Nồng độ mEPSPS trên một m u đo khô trong cây ngô GA21

22

Bảng 6:

Nồng độ mEPSPS trong lá ngô GA21 từ ba thế hệ lai hồi giao

23

Bảng 7.

Danh sách các nước chấp thuận ngô GA21 được sản xuất và sử
dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi trên thế giới

25

Bảng 8.

Sự phát tán gen qua các con đường khác nhau

37

Bảng 9.

Tỉ lệ thụ phấn chéo ở các khoảng cách khác nhau so với nguồn cho
phấn ở cây ngô

40

Bảng 10.

Một số đặc điểm nông sinh học của ngô GA21 (BRVT, vụ Hè Thu
và Thu Đông 2010)

80

Bảng 11.

Đặc điểm hình thái của ngô GA21 (BRVT, vụ Hè Thu và Thu Đông
2010)

80

Bảng 12a.

Thành phần loài côn trùng và nhện trong khảo nghiệm ngô GA21
theo hệ thống phân loại (BRVT, vụ Hè Thu 2010 và Thu Đông
2010)

81

Bảng 12b.

Số lượng các loài côn trùng và nhện trong khảo nghiệm ngô GA21
theo nhóm đối tượng (BRVT, vụ Hè Thu 2010 và Thu Đông 2010)

82

Bảng 13.

So sánh quần thể bọ đuôi bật (Collembola) trong đất trồng ngô
chuyển gen GA21 và ngô không chuyển gen (Tân Thành, Bà Rịa,
vụ Hè Thu 2010 và Thu Đông 2010)

86

Bảng 14.

So sánh tỷ lệ loài ưu thế (bọ đuôi bật Collembola) trong đất trồng
ngô GA21 và không chuyển gen (Tân Thành, Bà Rịa, vụ Hè Thu
2010 và Thu Đông 2010)

87

Bảng 15.

Thành phần bệnh hại và tần suất bắt gặp trong thí nghiệm ngô
GA21 (Tân Thành, Bà Rịa, vụ Hè Thu 2010 và Thu Đông 2010)

88

Bảng 16.

Mức độ gây hại của một số bệnh hại chính trong thí nghiệm ngô
GA21 tại 70-75 NSG (Tân Thành, Bà Rịa, vụ Hè Thu 2010 và Thu
Đông 2010)

89

v


Bảng 17.

Ảnh hưởng của phun Glyphosate đến sinh trưởng, phát triển của
cây ngô(Tân Thành, Bà Rịa, 2010)

90

Bảng 18.

Hiệu lực quản lý cỏ dại của giống chuyển gen GA21 kháng thuốc
trừ cỏ

90

Bảng 19.

Một số đặc tính nông học của các giống ngô GA21 và NK66 trong
khảo nghiệm diện rộng tại Hưng Yên, Sơn La, BRVT và Đăk Lăk

102

Bảng 20.

Một số đặc điểm hình thái của các giống ngô GA21 và NK66 trong
khảo nghiệm diện rộng tại Hưng Yên, Sơn La, BRVT và Đăk Lăk

104

Bảng 21a.

Thành phần loài côn trùng và nhện trong khảo nghiệm ngô chuyển
gen GA21 theo hệ thống phân loại

106

Bảng 21b.

Số lượng các loài côn trùng và nhện trong khảo nghiệm ngô chuyển
gen NK66GA21 theo nhóm đối tượng

106

Bảng 22.

So sánh một số chỉ số định lượng của Collembola trên đất trồng ngô
GA21 và NK66 trong khảo nghiệm diện rộng, 2011

117

Bảng 23.

Thành phần loài Collembola ưu thế trên đất trồng ngô GA211 và
NK66

119

Bảng 24a.

Mức độ gây hại của một số bệnh hại chính trong thí nghiệm ngô
chuyển gen NK66GA21 tại Hưng Yên và Sơn La

121

Bảng 24b.

Mức độ gây hại của một số bệnh hại chính trong thí nghiệm ngô
chuyển gen GA21 tại BRVT và Đăk Lăk

122

Bảng 25.

Khả năng kháng thuốc trừ cỏ Glyphosate của ngô NK66GA21trong
khảo nghiệm diện rộng tại Hưng Yên, Sơn La, BRVT và Đăk Lăk

123

Bảng 26.

Hiệu lực quản lý cỏ dại của ngô chuyển gen GA21 phun glyphosate

124

Bảng 27.

Năng suất của ngô chuyển gen GA21 và giống nền NK66 trong
khảo nghiệm rộng năm 2011

125

Bảng 28

Hiệu quả kinh tế của ngô chuyển gen GA21

127

vi


Phần I. THÔNG TIN CHUNG
1.1. Tổ chức đăng ký khảo nghiệm
Tên Tổ chức đăng ký: Công ty TNHH Syngenta Việt Nam
Địa chỉ liên hệ: Số 16 đường 3A, khu Công nghiệp Biên H a 2, Đồng Nai, Việt Nam
Điện thoại: 0618826026

Fax: 0618826015

E-mail:

Website: www.syngenta.com

Người và địa chỉ liên lạc tại Việt Nam:
Đại diện: Ông Shane Emms
Chức vụ: Tổng Giám đốc
Địa chỉ liên hệ: Văn ph ng đại diện Công ty TNHH Syngenta tại TP Hồ Chí Minh
Tầng 11 Toà nhà Đại Minh, 77 Hoàng Văn Thái, Phường Tân Phú, Quận 7, TP Hồ Chí
Minh
Điện thoại: (08) 54318900

Fax: (08) 54318898

Email:

Website: www.syngenta.com

1.2. Giống cây trồng biến đổi gen đăng ký khảo nghiệm
-

Cây trồng chuyển gen khảo nghiệm: Ngô/Bắp (Zea May L.), thuộc chi Maydeae, họ
hoà thảo (Poaceae hay gramineae), bộ hoà thảo (Poales hay Graminales), lớp một lá
mầm (Monocotylens), ngành hạt kín (Angiospermatophyta), phân giới thực vật bậc
cao (Cosmobionia).

-

Sự kiện chuyển gen: GA21, có gen biến đổi 5-enol pyruvylshikimate-3-phosphate
synthase (mepsps) là từ enzyme EPSPS từ ngô được biến đổi, enzyme này là
enzyme phổ biến có trong thực vật và vi sinh vật nhưng không xuất hiện ở động
vật. nzyme m PSPS là enzyme được biến đổi với các đặc tính nhận biết là giống

với enzyme gốc trong ngô tới 99,3%

-

Đặc tính biểu hiện: Ngô GA21 mang đặc tính có lợi là chống chịu được thuốc trừ
cỏ chứa hoạt chất glyphosate, với tính năng sử dụng linh hoạt khi chúng ta có thể
phun thuốc trừ cỏ glyphosate trùm lên cây ngô GA21 trong khoảng 16 đến 40 ngày
sau gieo hoặc trước khi khép tán (tùy vào mùa vụ và giống ngô). Sau khi phun cỏ
sẽ chết còn cây ngô mang sự kiện GA21 v n sống và sinh trưởng bình thường.

1


-

Giống nền sử dụng: NK66, là giống đã được thương mại hóa tại Việt Nam năm
2006.

1.3. Đơn vị khảo nghiệm
Theo quyết định số 252/QĐ-BNN-KHCN, v/v Chỉ định Tổ chức khảo nghiệm đánh giá rủi
ro đối với đa dạng sinh học và môi trường của giống cây trồng chuyển gen, Công ty Trách
nhiệm Hữu Hạn Syngenta Việt Nam đã chọn Viện Di Truyền Nông nghiệp, Trung tâm
khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón Nam Bộ và Viện Bảo vệ Thực
vật là các đơn vị thực hiện khảo nghiệm đánh giá tác động của ngô chuyển gen GA21 đối
với môi trường và đa dạng sinh học ở Việt Nam.
Viện Di truyền Nông nghiệp- Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam.
Đại diện: PGS.TS. Lê Huy Hàm
Chức vụ: Viện trưởng, Viện Di truyền Nông nghiệp
Địa chỉ: Đường Phạm Văn Đồng, Từ Liêm, Hà Nội, Việt Nam



Điện thoại: 84 4 8386734;

Fax: 84 4 7543196

E-mail:

Website: http:// www.agi.gov.vn

Viện Bảo vệ thực vật
Đại diện: Tiến sĩ Ngô Vĩnh Viễn
Chức vụ: Viện Trưởng
Địa chỉ: Đông Ngạc, Từ Liêm, Hà Nội
Điện thoại: + 84 4 38389724

Fax: +84 4 38363563

Email:


Trung tâm khảo kiểm nghiệm giống, sản phẩm cây trồng và phân bón Nam Bộ
Đại diện: ThS. Nguyễn Quốc Lý
Chức vụ: Giám đốc
Địa chỉ: 135A Paster, Quận 3, Hồ Chí Minh
Điện thoại: + 84 838229085

Fax: + 84 838229086

Email:

1.4. Giấy phép khảo nghiệm

2


1.4.1. Khảo nghiệm hạn chế
Thực hiện theo quyết định số 773/QĐ/BNN-KHCN quyết định V/v “Khảo nghiệm hạn chế
đánh giá rủi ro đối với đa dạng sinh học và môi trường của cây ngô chuyển gen” do Bộ
trưởng bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ký ngày 29 tháng 03 năm 2010.
1.4.2. Khảo nghiệm diện rộng
Thực hiện theo quyết định số 403/QĐ/BNN-KHCN quyết định V/v “Công nhận kết quả
khảo nghiệm hạn chế và cấp phép khảo nghiệm diện rộng đánh giá rủi ro đối với đa dạng
sinh học và môi trường của cây ngô chuyển gen” do Thứ trưởng bộ Nông nghiệp và Phát
triển Nông thôn ký ngày 07 tháng 03 năm 2011.

3


Phần II. TỔNG QUAN VỀ GIỐNG CÂY TRỒNG BIẾN ĐỔI GEN GA21
2.1. Thông tin liên quan đến gen chuyển/gen cho
2.1.1. Phương pháp chuyển gen
Ngô GA21 được tạo ra qua phương pháp bắn gen, sử dụng các tế bào huyền phù làm
mô đích bắn. Điều này được mô tả trong bằng sáng chế quốc tế PCT/VS98/06640
(trang 75-77, Spencer và cs., 1998a).
2.1.2. Nguồn gốc vectơ sử dụng và chức năng của chúng
Plasmid pDPG434 được sử dụng để tạo ra dòng ngô GA21 qua biến nạp bằng súng bắn
gen (Spencer và CS., 1998a,b). Plasmid có nguồn gốc từ vectơ pSK, được sử dụng rộng
rãi trong sinh học phân tử và có nguồn gốc từ PUC19 (Short và CS., 1988). Bản đồ
vectơ của pDPG434 được chỉ ra trong Hình I. Đoạn giới hạn NotI chứa cassette biểu
hiện được sử dụng để biến nạp gen. Các thành phần được chỉ ra trong Bảng 1 và 2 dưới

đây nêu rõ nguồn gốc của chúng. Đoạn giới hạn NotI chứa cassette biểu hiện gen 5’ enolpyruvylshikimate-3 Phosphate Synthase cải biến (mepsps) nhưng không chứa đoạn
cho khởi động sao mã, gen bla hoặc trình tự gen lacZ.

Hình I: Bản đồ plasmid của vectơ biến nạp pDP434

4


Bảng 1. Các thành phần trong vùng backbone của vectơ
Thành phần
của vectơ

Mô tả

LacZ

Trình tự gen mã hóa cho lacI, promoter plac và trình tự gen mã hóa cho
protein -galactosidase hoặc các protein LacZ (Yanisch - Perron và CS.,
1985).

Bla

Gen -lactamase dạng TEM từ Plasmid pBR322 của E.coli có tác dụng
kháng ampicillin và các penicillin khác (Sutcliffe, 1978). Gen được điều
khiển bởi promoter của chính vi khuẩn.

ColE1 ori

Khởi đầu sao mã DNA từ plasmid PUC19 của E.coli (Yanisch - Perron và
CS. 1985).

Bảng 2. Các vùng của vectơ dự định biến nạp (vùng T-DNA) vào hệ gen ngô
Thành phần của
vectơ
Promoter actin
intron của lúa.

Đoạn peptide
chuyển tối ưu

Mô tả

và Vùng đầu 5’ của gen actin 1 của lúa chứa promoter, exon thứ
nhất và intron (Mc Elroy và CS., 1990). Nó được mô tả là “Act
promoter + intron” trong vector được chỉ ra ở Hình I.
vận Trình tự peptide vận chuyển tối ưu đầu N được xây dựng trên cơ
sở trình tự peptide từ gen ribulose -1,5- bis phosphate carboxylase
oxygenase (Rubis co) từ ngô và hoa hướng dương (Le Brun và
CS., 1996). Đoạn này được mô tả là “mSSU (CTP) và SSSU
(CTP)” trong vectơ được chỉ ra trong Hình I.

Gen epsps cải biến Gen epsps của ngô dạng dại (ngân hàng gen số X63374) chứa các
của ngô GA21
trình tự đột biến tại vị trí axít amin thứ 102 (threonine tới
isoleucine) và 106 (proline tới serine). Đoạn gen này được mô tả
là “m PSPdm” trong vectơ được chỉ ra ở Hình I.
Đoạn kết thúc Nos 3’

Vùng không được dịch mã 3’ từ gen tổng hợp nopaline từ
Agrobacterium tumefaciens (Bevan, 1984).

2.1.3. Nguồn DNA nhận, kích thước và chức năng của mỗi đoạn trong vùng gắn vào hệ
gen ngô (T-DNA)
Các yếu tố dự tính để chèn vào hệ gen ngô được nằm trong vùng đoạn cắt giới hạn Not1
của plasmid pDPG434 được chỉ ra trong Hình I. Đoạn giới hạn này được sử dụng trong
quá trình biến nạp. Nguồn và kích thước của mỗi vùng được chỉ ra trong Bảng 2 ở trên.
Kích thước và chức năng của mỗi vùng được nêu rõ trong Bảng 3.

5


Bảng 3. Kích thước và chức năng của mỗi vùng trong đoạn T-DNA
Thành phần của Kích thước
vectơ
(kb)

Chức năng

Promoter actin và
intron của lúa

1,4

Tạo ra biểu hiện của gen mepsps ở ngô. Đoạn này
được mô tả là “Act promoter + intron” trong vectơ
pDPG434, Hình I.

Peptide có chức
năng vận chuyển
(transit peptide).

0,4

Hướng protein mEPSPS chuyển tới lục lạp (Le Brun
và CS., 1996). Đoạn này được mô tả là “mssu (CTP)
và sssu (CTP)” trong vectơ pDPG434, Hình I.

Gen epsps cải
biến (mepsps) của
cây ngô

1,3

Gen mã hóa cho protein EPSPS ở cây ngô biến đổi
gen, chống chịu glyphosate. Đoạn này được mô tả là
“m PSPm” trong vectơ pDPG434, Hình I.

Đoạn kết thúc
Nos 3’

0,3

Kết thúc phiên mã và trực tiếp tạo ra poly A của
mRNA.

2.2. Thông tin liên quan đến cây ngô chuyển gen GA21
2.2.1. Các tính trạng và đặc tính trong ngô GA21
Ngô GA21 là ngô biến đổi gen biểu thị enzym mEPSPS. EPSPS là một enzym quan
trọng trong con đường axit shikimic liên quan đến quá trình sinh tổng hợp các axit amin
thơm (phenylalamine, tyrosine, tryptophan) và được tìm thấy trong tự nhiên ở tất cả thực

vật, nấm, vi khuẩn nhưng không có trong động vật. EPSPS rất nhậy cảm với chế phẩm
thuốc diệt cỏ chứa glyphosate, cây ngô được biến nạp với gen biến đổi mepsps (GA21)
có khả năng tổng hợp protein mEPSPS để chống chịu sự gây hại của thuốc diệt cỏ chứa
hoạt chất glyphosate (Spencer và CS., 2000; Le Brun và CS., 2003). Đột biến gen này
được đưa vào cây, tạo ra khả năng chống chịu chế phẩm thuốc trừ cỏ chứa glyphosate,
vì có 2 vị trí thay đổi riêng biệt so với protein EPSPS của ngô dạng dại (ngô không
biến đổi gen). Sự thay đổi này tại vị trí axit amin 102 (threonine thành isoleucine) và
106 (proline thành serine).
2.2.2. Trình tự đoạn gen chèn vào hoặc mất đi
a) Số bản sao của tất cả các đoạn T-DNA hợp nhất vào hệ gen ngô
Đoạn gen mepsps được chèn vào ngô GA21 dạng đầy đủ và các vùng xung quanh gen
mepsps hợp nhất vào hệ gen ngô được xác định trình tự. Phân tích trình tự đoạn DNA
trong ngô GA21 cho thấy đoạn này gồm có 6 vùng liên tục có nguồn gốc từ đoạn cắt
giới hạn NotI dài 3,49kb từ plasmid pDPG343 có mặt trong các cây ngô GA21 (số bản
sao 1-6). Bản sao 1 chứa promoter actin của lúa (khuyết 696 bp), exon thứ nhất của gen
actin và intron, peptit vận chuyển tối ưu, gen mepsps và đoạn kết thúc NOS. Bản sao 2,

6


3 và 4 là các bản sao nguyên vẹn của đoạn giới hạn NotI dài 3,49kb từ plasmid
pDPG434. Bản sao 5 chứa promoter actin nguyên vẹn của lúa, exon thứ nhất và intron
của gen actin, peptide vận chuyển tối ưu, đoạn 288 bp đầu tiên của gen mepsps, kết
thúc tại một codon dừng và không chứa đoạn kết thúc NOS. Bản sao 6 chứa promoter
actin của lúa và đoạn đầu exon thứ nhất của gen actin; nó không chứa các yếu tố nào
khác từ plasmid pDPG434.
Sự thay đổi tại cặp base đơn được thông báo trong đoạn kết thúc NOS ở Bản sao 1 và 2.
Nucleotit tại vùng này trong Bản sao 1, 2 là “C” trong khi ở Bản sao 3 và 4 là “G” và
đây là sự thay đổi mong muốn tại vùng này. Một điểm khuyết ở cặp base đơn cũng
được thông báo trong promoter actin ở Bản sao 6. Promoter actin ở bản sao 6 dài 842

bp. Phân tích Northern và Western được thực hiện để phát hiện ra khả năng phiên mã
của gen mepsps và dịch mã sau đó, kết quả là không phát hiện thấy các bản phiên mã
hoặc protein liên quan đến gen mepsps cải tiến này.
b) Vị trí của nhiễm sắc thể của đoạn T-DNA (nhân, lục nạp, ty thể) và các phương
pháp để xác định
Kiểu di truyền của đoạn T-DNA mang gen chuyển có nguồn gốc từ pDPG434 ở ngô
chuyển gen GA21 được nhận điện bằng các phân tích, các kết quả đã chỉ ra rằng gen
này gắn vào nhiễm sắc thể trong nhân.
c) Tổ chức vật liệu di truyền đoạn T-DNA tại ví trị gắn, thông tin về trình tự của
đoạn T-DNA và các vùng xung quanh đầu 3’ và 5’ đoạn T-DNA
Toàn bộ đoạn T-DNA và các vùng xung quanh đoạn T-DNA được gắn vào nhiễm sắc
thể ở ngô GA21 đã được xác định trình tự, tổ chức của vật liệu di truyền đoạn T-DNA
tại vị trí gắn được mô tả trong Mục 2.2.2/a phần II ở trên. Trình tự DNA vùng xung
quanh đoạn T-DNA hợp nhất vào hệ gen ngô cũng được nhận biết và được mô tả dưới
đây:
Số liệu về trình tự vùng 5’: Đoạn gen chèn trong ngô GA21 nằm ở phần đầu 5’ đoạn
T-DNA được xác định trong trình tự DNA EcoRV dài 20,5 kb của hệ gen. Phân tích
Blast đoạn chèn này cho thấy sự tương đồng của nó với DNA lục lạp ngô (số accession
X86563.2). Sự hiện diện trình tự của bộ phận tế bào trong hệ gen nhân chỉ được phát
hiện ở dòng ngô GA21 mà chưa được phát hiện ở các loài cây không biến đổi gen kể cả
ngô (Figueroa và CS., 1999a, b; Fukuchi và CS., 1991; Goff và CS., 2002; Kemble và
CS., 1983).
Sàng lọc in silico đối với đoạn khung đọc mở (ORFs) tại vị trí gắn giữa hệ gen ngô và
đoạn T-DNA đã được thực hiện. Đánh giá này xác định đoạn ORF được bắt đầu với bộ
ba ATG và kết thúc với một trong các bộ ba dừng (TAG, TAA hoặc TGA) với kích
thước nhỏ nhất của 50 axit amin. Hai ORFs đã được nhận biết tại đầu 5’ của đoạn TDNA trong hệ gen ngô. Một ORF có nguồn gốc ở đoạn đầu 5’ của hệ gen ngô và tiếp
tục vào trong đoạn T-DNA của ngô GA21. OFR thứ hai có 17 axit amin đầu tiên tương

7

ứng với protein phát sinh cytochrom C (số accession CAA60348) tìm thấy trong DNA
lục lạp ngô. Do đó đoạn T-DNA của ngô GA21 đã làm gián đoạn ORF được nhận biết
ở giữa DNA lục lạp ngô và tạo ra protein dung hợp. Sự có mặt của gen có chức năng
sinh tổng hợp cytochrom C trong hệ gen lục lạp ngô GA21 sẽ bổ sung cho giải thích
gián đoạn được quan sát thấy trong hệ gen nhân. Bằng chứng cho biện luận này được
cung cấp bởi các số đo hình thái và thành phần, kết quả cho rằng dòng ngô GA21 là
tương đương với ngô không biến đổi gen. Cả 2 ORF đã được kiểm tra về tính tương
đồng trình tự với độc tố và chất gây dị ứng. Không có ORF nào ở ngô GA21 nằm ở đầu
5’ của đoạn T-DNA giống với các protein được biết là những độc tố hoặc chất gây dị
ứng.
Số liệu về trình tự vùng 3’: Phân tích BLAST đoạn DNA của ngô GA21 nằm ở đầu 3’
của đoạn T-DNA hợp nhất trong hệ gen ngô cho thấy có sự tương đồng về trình tự
nucleotit của ngô trong ngân hàng gen của Trung tâm thông tin công nghệ sinh học
quốc gia (NCBI). Sàng lọc in silico đối với ORF tại vị trí gắn giữa hệ gen ngô và đoạn
T-DNA chèn được thực hiện như được mô tả đối với vùng đầu 5’ của ngô GA21. Theo
mô tả này, ba ORF được nhận biết tại đầu 3’ của đoạn T-DNA. Hai ORF được chứa
toàn bộ trình tự đầu 3’ của đoạn T-DNA ở ngô GA21. Trong khi các ORF này gồm
toàn bộ trình tự của ngô do nằm gần promoter actin tại vị trí đầu 3’ của đoạn T-DNA
của ngô GA21. Một ORF khác (ORF5) có nguồn gốc từ trình tự của hệ gen ngô GA21
nằm ở phần đầu 3’ của đoạn T-DNA và đoạn tiếp theo vào trong đoạn T-DNA. Các
ORF được kiểm tra về sự tương đồng trình tự với các độc tố và chất gây dị ứng được
biết đến, không có ORF nào trong vùng trình tự ở hệ gen ngô nằm ở phần đầu 3’ của
đoạn T-DNA tương đồng với các protein được biết là các độc tố hoặc chất gây dị ứng.
2.3. Sinh vật nhận gen
2.3.1. Mô tả về cây ngô/bắp (sinh vật nhận gen):
2.3.1.1. Đặc điểm hình thái, nông sinh học của ngô
Ngô hay còn gọi là bắp có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi Maydeae, họ hoà thảo
(Poaceae hay gramineae), bộ hoà thảo (Poales hay Graminales), lớp một lá mầm
(Monocotylens), ngành hạt kín (Angiospermatophyta), phân giới thực vật bậc cao

(Cosmobionia).
a) Nguồn gốc và phân bố:
-

Ngô, trong tiếng Anh “maize” xuất phát từ tiếng Tây Ban Nha (maíz) là thuật ngữ
trong tiếng Taino để chỉ loài cây này, là từ thông dụng Vương quốc Anh để chỉ cây
ngô. Tại Hoa Kỳ, Canada và Australia, thuật ngữ hay được sử dụng là corn, là từ trước
đây dùng để gọi cho một loại cây lương thực, hiện nay thuật ngữ này dùng để chỉ cây
ngô, là dạng rút gọn của "Indian corn" là “cây lương thực của người Anh điêng”. Lịch
sử nghiên cứu thuộc các lĩnh vực khảo cổ, di truyền học, thực vật học, dân tộc học và
địa lý học…quan tâm và đưa ra nhiều giả thuyết. Có giả thuyết cho là nguồn gốc cây

8


ngô khoảng năm 5.500 tới 10.000 trước công nguyên (TCN). Những nghiên cứu về di
truyền học gần đây cho rằng quá trình thuần hóa ngô diễn ra vào khoảng năm 7000
TCN tại miền trung Mexico và tổ tiên của nó là loại cỏ teosinte hoang dại gầngiống
nhất với ngô ngày nay v n còn mọc trong lưu vực sông Balsas. Liên quan đến khảo cổ
học, người ta cũng đã phát hiện các bắp ngô có sớm nhất tại hang Guila Naquitz trong
thung lũng Oaxaca, có niên đại vào khoảng năm 4.250 TCN, các bắp ngô cổ nhất trong
các hang động gần Tehuacan, Puebla, có niên đại vào khoảng 2750 TCN. Một số giả
thuyết cho rằng, có lẽ sớm nhất khoảng năm 1500 TCN, ngô bắt đầu phổ biến rộng và
nhanh, ngô là lương thực chính của phần lớn các nền văn hóa tiền Columbus tại Bắc
Mỹ, Trung Mỹ, Nam Mỹ và khu vực Caribe. Với người dân bản xứ tại đây, ngô được
suy tôn như bậc thần thánh và có tầm quan trọng về mặt tôn giáo do ảnh hưởng lớn của
nó đối với đời sống của họ.
-

Việc gieo trồng ngô đã lan rộng từ Mexico vào tây nam Hoa Kỳ sau đó vào đông bắc

nước này cũng như đông nam Canada, làm biến đổi cảnh quan các vùng đất này do thổ
dân châu Mỹ đã dọn sạch nhiều diện tích rừng và đồng cỏ để trồng ngô. Ngô lan truyền
sang châu Âu và phần còn lại của thế giới sau khi có tiếp xúc của người châu Âu với
châu Mỹ

-

Ngô được đưa vào châu Âu đầu tiên ở Tây Ban Nha trong chuyến thám hiểm thứ hai
của Columbus vào khoảng năm 1494. Người châu Âu đã nhận biết được giá trị của nó
và nhanh chóng phổ biến rộng rãi. Vào những năm đầu của thế kỷ XVI, bằng đường
thủy các tầu của Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Italia đã đưa cây ngô ra hầu hết các lục
địa của thế giới cũ. Năm 1517, ngô xuất hiện ở Ai Cập, Thổ Nhĩ Kỳ, Pháp, Đức. sau đó
là nam châu Âu và Bắc Phi. Năm 1521, ngô đến Đông Ấn Độ và quần đảo Indonesia.
Vào khoảng năm 1575 ngô đến Trung Quốc.

-

Ở Việt Nam, ngô là loại cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa. Ngô được trồng
khắp nơi, từ đồng bằng đến trung du và khá nhiều ở miền núi. Có nhiều loại ngô,
thường được xếp vào các loại khác nhau về cả tính chất và công dụng như ngô nếp (hạt
màu trắng, dẻo hạt), chủ yếu để ăn, ngô tẻ (hạt màu trắng hoặc vàng), cứng nhưng sản
lượng cao nên dùng làm thức ăn cho gia súc. hai loại là ngô đường (hạt màu vàng
không đều), vị ngọt và ngô rau (bắp nhỏ, ít tinh bột) dùng để ăn.

-

Cây ngô ở Việt Nam có nguồn gốc từ Trung Quốc. Theo Lê Quý Đôn trong “Vân Đài
loại ngữ “ hồi đầu đời Khang Hi (1662-1762), Trần Thế Vinh, người huyện Tiên Phong
(Sơn Tây, phủ Quảng Oai) sang sứ nhà Thanh lấy được giống ngô đem về nước. Khắp
cả hạt Sơn Tây đã dùng ngô thay cho lúa gạo. Từ đó ngô được phổ biến và phát triển ra

khắp đất nước. Nhà nông có câu: “Được mùa chớ phụ ngô khoai”, điều đó đủ để thấy
rằng, mặc dù trong những năm tháng đã có đủ lúa gạo nhưng ngô v n giữ vai trò quan
trọng đối với người nông dân.

-

Tuy nhiên, do là một nước có truyền thống sản xuất lúa gạo, trong một thời gian dài
ngô ít được chú ý mà chỉ những năm gần đây mới phát triển. Cuộc cách mạng về giống

9


ngô lai đã góp phần phần tăng nhanh diện tích, năng suất và sản lượng ngô toàn quốc,
đưa nước ta đứng vào hàng ngũ những nước trồng ngô lai tiên tiến của vùng châu Á.
b) Đặc tính thực vật học của ngô
Ngô (Zea mays L.) là cây nông nghiệp một lá mầm thuộc chi Zea, họ hòa thảo
(Poaceae hay còn gọi là Gramineae). Các giống ngô ở Việt Nam có những đặc điểm
như chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, chống chịu sâu bệnh và thích ứng với điều
kiện ngoại cảnh khác nhau. Song cây ngô đều có những dặc điểm chung về hình thái,
giải ph u. Các bộ phận của cây ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa (bông cờ, bắp ngô) và
hạt.
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 (còn gọi là rễ mộng, rễ tạm thời, rễ hạt): gồm có: rễ mầm sơ sinh và rễ
mầm thứ sinh.
- Rễ mầm sơ sinh (rễ phôi): là cơ quan đầu tiên xuất hiện sau khi hạt ngô nảy mầm.
Ngô có một rễ mầm sơ sinh duy nhất. Sau một thời gian ngắn xuất hiện, rễ mầm sơ
sinh có thể ra nhiều lông hút và nhánh. Thường thì rễ mầm sơ sinh ngừng phát
triển, khô đi và biến mất sau một thời gian ngắn (sau khi ngô được 3 lá). Tuy nhiên

cũng có khi rễ này tồn tại lâu hơn, đạt tới độ sâu lớn để cung cấp nước cho cây
(thường gặp ở những giống chịu hạn).
- Rễ mầm thứ sinh: Rễ mầm thứ sinh c n được gọi là rễ phụ hoặc rễ mầm phụ. Rễ
này xuất hiện từ sau sự xuất hiện của rễ chính và có số lượng khoảng từ 3 đến 7.
Tuy nhiên, đôi khi ở một số cây không xuất hiện lọai rễ này. Rễ mầm thứ sinh cùng
với rễ mầm sơ sinh tạo thành hệ rễ tạm thời cung cấp nước và các chất dinh dưỡng
cho cây trong khoảng thời gian 2 - 3 tuần đầu. Sau đó vai tr này nhường cho hệ rễ
đốt.
Rễ đốt (còn gọi là rễ phụ cố định): phát triển từ các đốt thấp của thân, mọc vòng
quanh các đốt dưới mặt đất bắt đầu lúc ngô được 3 - 4 lá. Số lượng rễ đốt ở mỗi đốt
của ngô từ 8 - 16 . Rễ đốt ăn sâu xuống đất và có thể đạt tới 2,5m, thậm chí tới 5m,
nhưng khối lượng chính của rễ đốt v n là ở lớp đất phía trên. Rễ đốt làm nhiệm vụ
cung cấp nước và các chất dinh dưỡng suốt thời kỳ sinh trưởng 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 nước và thức ăn.
c) Thân ngô

10


-

Thân ngô đặc và khá chắc, có đường kính từ 2-4 cm tùy thuộc vào giống, điều kiện
sinh thái và chăm sóc. Chiều cao của thân ngô khoảng 1,5-4 m. Thân chính của ngô có
nguồn gốc từ chồi mầm. Từ các đốt dưới đất của thân chính có thể phát sinh ra từ 1-10
nhánh (thân phụ) với hình dáng tương tự như thân chính.

-

Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng (dóng) nằm giữa các đốt và kết thúc bằng
bông cờ. Số lóng và chiều dài lóng là chỉ tiêu quan trọng trong việc phân loại các giống
ngô. Thường các giống ng8a1n ngày (thân cao 1,2-1,5 m) có khoàng 14-15 lóng; các
giống trung ngày (thân cao 1,8-2,0 m) có 18-20 lóng; các giống dài ngày (thân cao từ
2,0-2,5 m) khoảng 20-22 lóng. Nhưng không phải lóng nào cũng có bắp. Lóng mang
bắp có một sãnh dọc cho phép bắp bám và phát triển bình thường.

d) Lá ngô
Căn cứ vào vị trí trên thân và hình thái có thể chia lá ngô làm 4 loại:
- Lá mầm: Là lá đầu tiên khi cây còn nhỏ, chưa phân biệt được phiến lá với vỏ bọc
lá.
- Lá thân: Lá mọc trên đốt thân, có mầm nách ở kẽ chân lá.
- Lá ngọn: lá mọc ở ngọn, không có mầm nách ở kẽ lá.
- Lá bi: Là những lá bao bắp.
Lá ngô điển hình được cấu tạo bởi bẹ lá, bản lá (phiến lá) và lưỡi lá (thìa lìa, tai lá). Tuy
nhiên có một số loại không có thìa lìa làm cho lá bó, gần như thẳng đứng theo cây.
- Bẹ lá (còn gọi là cuống lá): Bao chặt vào thân, trên mặt nó có nhiều lông. Khi cây
còn non, các bẹ lá lồng gối vào nhau tạo thành thân giả bao phủ, bảo vệ thân chính.
- Phiến lá: Thường rộng, dài, mép lá lượn sóng, ở một số giống trên phiến lá có
nhiều lông tơ. Lá ở gần gốc ngắn hơn, những lá mang bắp trên cùng dài nhất và sau
đó chiều dài của lá lại giảm dần.
- Thìa lìa: Là phần nằm giữa bẹ lá và phiến lá, gần sát với thân cây. Tuy nhiên,
không phải giống ngô nào cũng có thìa lìa; ở những giống không có thìa lìa, lá ngô
gần như thẳng đứng, ôm lấy thân.
Số lượng lá, chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông tơ, màu lá, góc lá và gân lá thay đổi tùy
theo từng giống khác nhau. Số lá là đặc điểm khá ổn định ở ngô, có quan hệ chặt với số đốt
và thời gian sinh trưởng. Những giống ngô ngắn ngày thường có 15 - 16 lá, giống ngô
trung bình: 18 - 20 lá, giống ngô dài ngày thường có trên 20 lá.

e) Bông cờ và bắp ngô

11


Ngô là loài cây có hoa khác tính cùng gốc. Hai cơ quan sinh sản: đực (bông cờ) và cái
(bắp) nằm ở những vị trí khác nhau trên cùng một cây.
Bông cờ (hoa đực): Hoa đực nằm ở đỉnh cây, xếp theo chùm gồm một trục chính và nhiều
nhánh. Hoa đực mọc thành bông nhỏ gọi là bông chét, bông con hoặc gié. Các gié mọc đối
diện nhau trên trục chính hay trên các nhánh. Mỗi bông nhỏ có cuống ngắn và hai vỏ nâu
hình bầu dục trên vỏ trấu (mày ngoài và mày trong) có gân và lông tơ. Trong mỗi bông nhỏ
có hai hoa: một hoa cuống dài và một hoa cuống ngắn. Một bông nhỏ có thể có một hoặc
ba hoa. Ở mỗi hoa có thể thấy dấu vết thoái hoá và vết tích của nhụy hoa cái, quanh đó có
ba chỉ đực mang ba nhị đực và hai mày cực nhỏ gọi là vẩy tương ứng với tràng hoa. Bao
quanh các bộ phận của một hoa có hai mày nhỏ - mày ngoài tương ứng với lá bắc hoa và
mày trong tương ứng với lá đài hoa.
Bắp ngô (hoa cái): Hoa tự cái (bắp ngô) phát sinh từ chồi nách các lá, song chỉ 1 - 3 chồi
khoảng giữa thân mới tạo thành bắp. Hoa có cuống gồm nhiều đốt ngắn, mỗi đốt trên
cuống có một lá bi bao bọc. Trên trục đính hoa cái (cùi, lõi ngô), hoa mọc từng đôi bông
nhỏ. Mỗi bông có hai hoa, nhưng chỉ có một hoa tạo thành hạt, còn một hoa thoái hóa. Phía
ngoài hoa có hai mày (mày ngoài và mày trong). Ngay sau mày ngoài là dấu vết của nhị
đực và hoa cái thứ hai thoái hoá; chính giữa là bầu hoa, trên bầu hoa có núm và vòi nhụy
vươn dài thành râu. Râu ngô thuôn dài trông giống như một búi tóc, ban đầu màu xanh lục
và sau đó chuyển dần sang màu hung đỏ hay hung vàng. Trên râu có nhiều lông tơ và chất
tiết làm cho hạt phấn bám vào và dễ nảy mầm.
f) Hạt ngô
Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi, nội nhũ và chân
hạt. Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt. Lớp alơron nằm dưới vỏ hạt và bao lấy
nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần chính của hạt chứa các tế bào dự trữ chất dinh dưỡng.
Nội nhũ có 2 phần: nội nhũ bột và nội nhũ sừng. Tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng

tùy vào chủng ngô, giống ngô.
Phôi ngô chiếm 1/3 thể tích của hạt và gồm có các phần: ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ
và phôi), lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm.
Các hạt ngô có kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan, và bám chặt thành các hàng tương đối đều
xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô. Mỗi bắp ngô dài khoảng 10 – 25 cm, chứa
khoảng 200 - 400 hạt. Các hạt có màu như ánh đen, xám xanh, đỏ, trắng và vàng.
2.3.1.2. Đặc tính sinh sản của ngô
a) Chu kỳ phát triển ngô
Thời gian sinh trưởng của cây ngô dài, ngắn khác nhau phụ thuộc vào giống và điều kiện
ngoại cảnh. Trung bình thời gian sinh trưởng từ khi gieo đến khi chín là 90 - 160 ngày. Sự
phát triển của cây ngô chia ra làm 2 giai đoạn:

12


- Giai đoạn sinh trưởng dinh dưỡng: Từ khi gieo đến khi xuất hiện nhị cái
- Giai đoạn sinh trưởng sinh thực: Bắt đầu với việc thụ tinh của hoa cái cho đến khi hạt
chín hoàn toàn. Có nhiều ý kiến khác nhau về thời gian sinh trưởng phát triể của cây ngô,
song có thể chia ra các thời kỳ sau: Thời kỳ nảy mầm, thời kỳ 3 - 6 lá, thời kỳ 8 - 10 lá,
thời kỳ xoáy nõn, thời kỳ nở hoa và thời kỳ chin.
b) Phương thức sinh sản
Ngô là loài cây có hoa khác tính cùng gốc. Hai cơ quan sinh sản: đực (bông cờ) và cái
(bắp) nằm ở những vị trí khác nhau trên cùng một cây.
Ngô là cây một lá mầm với hoa đực và hoa cái nằm ở các vị trí khác nhau trên cùng một
cây và chúng là cây thụ phấn chéo trong cùng một thế hệ. Tuy nhiên, tỉ lệ tự thụ trong ngô
được báo cáo là khoảng 5%. Hoa đực được mọc trên một cụm gọi là cờ nằm ở trên đỉnh
của thân ngô theo trục thẳng đứng, những nhánh phụ của cờ ngô mọc xoắn quanh một trục.
Hoa cái của ngô thì nằm bên trong một bao được bao bọc dưới lá bắc dưới và chúng mọc
lên từ một trong những nốt của thân ngô thông thường nằm ở giữa thân.
Thời kỳ xoáy nõn: Vào giai đoạn cây được 12 lá, số noãn (hạt thế năng) trên mỗi bắp và

độ lớn của bắp được xác định. Số hàng trên bắp đã được thiết lập. Các chồi bắp trên v n
còn nhỏ hơn các chồi bắp dưới, nhưng đang tiến tới sát dần nhau về độ lớn. Điều kiện quan
trọng cần được đảm bảo ở giai đoạn này là độ ẩm và chất dinh dưỡng , sự thiếu hụt của các
yếu tố này d n đến sự giảm sút nghiêm trọng số hạt tiềm năng và độ lớn của bắp. Các
giống ngô lai chín sớm thường có bắp nhỏ hơn nên cần được trồng với mật độ cây cao hơn
giúp chúng đảm bảo được lượng hạt tương đương với các giống lai chín muộn trên cùng
đơn vị diện tích.
Giai đoạn cây được 15 lá là giai đoạn quyết định đến năng suất hạt. Các chồi bắp phía trên
vượt hơn các chồi bắp phía dưới. Sau 1 - 2 ngày lại hình thành một lá mới. Râu ngô bắt
đầu mọc từ những bắp phía trên. Ở đỉnh của bẹ lá bao quanh, một số chồi bắp trên cũng đã
bắt đầu xuất hiện. Đỉnh của bông cờ cũng có thể nhìn thấy (Nguồn: Viện nghiên cứu ngô).
Trong giai đoạn này, sự đảm bảo đủ nước là điều kiện quan trọng nhất để có được năng
suất hạt tốt. Rễ chân kiềng bắt đầu mọc ra từ các đốt trên mặt đất khi cây được 18 lá.
Chúng giúp cây chống đổ và hút nước, chất dinh dưỡng ở những lớp đất bên trên trong giai
đọan sinh thực. Râu ngô mọc từ noãn đáy bắp rồi đến râu từ đỉnh bắp và tiếp tục phát triển.
Bắp ngô cũng phát triển nhanh chóng. Cây ngô lúc này đang ở vào khoảng 1 tuần trước lúc
phun râu.
Thời kỳ nở hoa: Thời kỳ này bao gồm các giai đoạn: Trỗ cờ, tung phấn, phun râu, thụ tinh
và mẩy hạt
- Giai đoạn trổ cờ: Bắt đầu khi nhánh cuối cùng của bông cờ đã thấy hoàn toàn, còn râu thì
chưa thấy. Đây là giai đoạn trước khi cây phun râu khoảng 2 - 3 ngày. Cây ngô hầu như đã
đạt được độ cao nhất của nó và bắt đầu tung phấn. Tùy thuộc vào giống và điều kiện bên

13


ngoài mà thời gian giữa tung phấn và phun râu có thể dao động khác nhau. Ở điều kiện
ngoài đồng, tung phấn thường xuyên xảy ra vào cuối buổi sáng và đầu buổi chiều. Giai
đoạn tung phấn thường kéo dài từ 1 đến 2 tuần. Trong thời gian này từng sợi râu cá thể có
thể phun ra để thụ tinh nếu như hạt đã phát triển. Thời kỳ này bông cờ và toàn bộ lá đã

hoàn thiện nên nếu gặp mưa đá thì lá sẽ rụng hết sẽ d n đến mất hoàn toàn năng suất hạt.
- Giai đoạn phun râu: Giai đoạn này bắt đầu khi một vài râu ngô đã được nhìn thấy bên
ngoài lá bi. Khi những hạt phấn rơi được giữ lại trên những râu tươi, mới này thì quá trình
thụ phấn xảy ra. Hạt phấn được giữ lại cần khoảng 24 giờ để thâm nhập vào từ râu cho đến
noãn - nới xảy ra thụ tinh và noãn trở thành hạt. Thường thường, tất cả râu trên 1 bắp phun
hết và thụ phấn hết trong khoảng 2 - 3 ngày. Râu mọc khoảng 2,5 - 3,8 cm mỗi ngày và
tiếp tục kéo dài đến khi được thụ tinh. Noãn hay hạt ở giai đoạn phun râu hầu như hoàn
toàn chìm trong các vật liệu cùi bao quanh (mày, mày dưới, lá bắc nhỏ) và ở bên ngoài có
màu trắng. Vật liệu bên trong của hạt biểu hiện trong và hơi lỏng. Phôi hoặc mầm c n chưa
thấy rõ. Đây là thời gian quyết định số noãn sẽ được thụ tinh. Những noãn không dược thụ
tinh sẽ không cho hạt và bị thoái hóa. Ở giai đoạn này cần theo dõi các loại sâu hại rễ ngô,
sau ăn rau và xử lý kịp thời. Nhu cầu về kali của cây đã đủ, c n đạm và lân được hút
nhanh.
- Quá trình thụ phấn, thụ tinh và hình thành hạt ngô: Ngô là cây giao phấn (thụ phấn
chéo), sự giao phấn này được thực hiện chủ yếu nhờ gió và côn trùng. Khi hoa đực chín,
các mày của nó phồng lên, các chỉ nhị dài ra, bao phấn tách ra khỏi hoa và tung ra các hạt
phấn hình trứng có đường kính khoảng 0,1mm. Mỗi bông cờ có 2 hoa, mỗi hoa có 3 nhị
đực, mỗi nhị đực có một bao phấn, mỗi bao phấn có 2 ô và trong mỗi ô có khoảng 1000 2500 hạt phấn. Như vậy tổng cộng mỗi bông cờ cho 10 - 13 triệu hạt phấn. Khi bắt đầu nở,
các hoa ở 1/3 phía đỉnh trục chính tung phấn trước, sau đó theo thứ tự từ trên xuống và từ
ngoài vào trong. Một bông cờ trong mùa xuân, hè đủ ấm thường tung phấn trong 5 - 8
ngày; mùa lạnh, khô có thể kéo dài 10 - 12 ngày. Thời gian phun râu của hoa cái thường
sau tung phấn của hoa đực 1 - 5 ngày tuỳ thuộc vào giống và điều kiện tự nhiên. Tuy
nhiên, cũng có khi râu phun trước tung phấn. Ở điều kiện Việt Nam, râu phun trong
khoảng thời gian từ 5 - 12 ngày. Trên một bắp hoa cái, gần cuống bắp phun râu trước rồi
tiếp đến đỉnh bắp. Trên một cây, bắp trên thường phun râu trước bắp dưới 2 - 3 ngày. Hạt
phấn từ bông cờ rơi trên râu ngô 5 - 6 giờ thì bắt đầu nảy mầm. Ống phấn mọc dài và đi
dọc theo chiều dài của râu ngô đến tận túi phôi. Tế bào phát sinh trong hạt phấn phân chia
nguyên nhiễm sinh ra hai tinh trùng di chuyển ra phía đầu ống phấn, khi noãn đầu ống vỡ
ra, phóng hai tinh trùng vào trong noãn, ở đây quá trình thụ tinh diễn ra.
- Giai đoạn mẩy hạt (10 - 14 ngày sau phun râu): Hạt có dạng hình mẩy và bên ngoài có

màu trắng. Nội nhũ và chất lỏng bên trong có màu trong và có thể thấy phôi rất nhỏ. Rễ
mầm, bao lá mầm và lá phôi đầu tiên đã được hình thành mặc dù phôi còn phát triển chậm.
Nhiều hạt đã mọc ra ngoài, các vật liệu bao quanh của cùi ở hạt và cùi đã gần như đạt tới
kích thước cuối cùng. Râu ngô đã hoàn thành chức năng ra hoa, đang thâm màu và bắt đầu
khô. Trong nội nhũ loãng của hạt bắt đầu tích luỹ tinh bột. Hạt bắt đầu giai đoạn tích luỹ

14


chất khô nhanh, chắc và bắp đầy hạt dần. Mặc dù tổng lượng đạm và lân trong cây đang
c n tích lũy nhanh, nhưng những chất dinh dưỡng này đang bắt dầu di chuyển từ các phần
dinh dưỡng sang các bộ phận sinh thực. Hạt có khoảng 85% độ ẩm, độ ẩm của hạt giảm
dần cho đến thu hoạch.
Thời kỳ chín:
- Giai đoạn chín sữa (18 - 22 ngày sau phun râu): Hạt bên ngoài có màu vàng và chất lỏng
bên trong như sữa trắng do đang tích lũy tinh bột. Phôi phát triển nhanh dần. Phần lớn hạt
đã mọc ra ngoài vật liệu bao quanh của cùi. Râu có màu nâu, đã hoặc đang khô. Do độ tích
lũy chất khô trong hạt nhanh nên hạt lớn nhanh, độ ẩm khoảng 80%. Sự phân chia tế bào
trong nội nhũ của hạt cơ bản hoàn thành, tế bào phồng lên và đầy lên bằng tinh bột.
- Giai đoạn chín sáp (24 - 28 ngày sau phun râu): Tinh bột tiếp tục tích lũy bên trong nội
nhũ làm chất sữa lỏng bên trong đặc lại thành bột hồ. 4 lá phôi đã được hình thành. Cùi tẽ
hạt có màu hồng nhạt đến hồng do các vật liệu bao quanh hạt đổi màu. Vào khoảng giữa
giai đoạn này, bề ngang của phôi bằng quá nửa bề rộng của hạt. Chất lỏng giảm dần và độ
cứng của hạt tăng lên sinh ra trạng thái sáp của hạt. Sau đó, những hạt dọc theo chiều dài
của bắp bắt đầu có dạng răng ngựa hoặc khô ở đỉnh. Lá phôi thứ 5 (cuối cùng) và các rễ
mầm thứ sinh được hình thành.
- Giai đoạn hình thành răng ngựa (35 - 42 ngày sau phun râu): Tuỳ theo chủng mà các hạt
đang hình thành răng ngựa hoặc đã có dạng răng ngựa. Cùi đã tẽ hạt có màu đỏ hoặc trắng
tuỳ theo giống. Hạt khô dần bắt đầu từ đỉnh và hình thành một lớp tinh bột nhỏ màu trắng
cứng. Lớp tinh bột này xuất hiện rất nhanh sau khi hình thành răng ngựa như một đường

chạy ngang hạt. Hạt càng già, lớp tinh bột càng cứng và đường vạch càng tiến về phía đáy
hạt (phía cùi). Vào đầu giai đoạn này hạt có độ ẩm khoảng 55%. Ở giai đoạn này, nếu gặp
thời tiết lạnh, chất khô trong hạt có thể ngừng tích luỹ và lớp đen trên các hạt hình thành
quá sớm. Điều này d n đến sự giảm năng suất và trì hoãn công việc thu hoạch do ngô khô
chậm khi gặp lạnh. Để hạn chế thiệt hại do tác động của lạnh, nên chọn giống chín khoảng
3 tuần trước ngày lạnh gây tác hại đầu tiên ở mức trung bình.
- Giai đoạn chín hoàn toàn - chín sinh lý (55 - 65 ngày sau phun râu): Sự tích luỹ chất khô
trong hạt đạt mức tối đa và tất cả các hạt trên bắp cũng đã đạt trọng lượng khô tối đa của
nó. Lớp tinh bột đã hoàn toàn tiến đến cùi và sẹo đen hoặc nâu đã hình thành. Lớp đen này
bắt đầu hình thành từ các hạt đỉnh bắp đến các hạt đáy bắp. Hạt ngô lúc này ở thời điểm
chính sinh lý và kết thúc sự phát triển. Lá bi và nhiều lá không còn xanh nữa. Độ ẩm của
hạt ở thời gian này tuỳ thuộc vào giống và điều kiện môi trường, trung bình khoảng 30 35%. Nếu thu hoạch ngô cho ủ chua (si-lô) thì đây là thời điểm thích hợp. C n bình thường
nên để ngô ở ngoài đồng một thời gian nữa, lúc cả cây ngô đã ngả màu vàng để hạt ngô đủ
khô (ở ngô tẻ độ ẩm khoảng 13 - 15%) để hạt cất giữ được an toàn.
2.3.1.3. Lịch sử sử dụng sinh vật nhận
a) Lịch sử được thuần hóa, trồng trọt

15


Ngô trồng hiện nay được tiến hóa từ chi Cỏ ngô là một nhóm các loài cỏ lớn với danh
pháp khoa học Zea, được tìm thấy tại Mexico, Guatemala và Nicaragua. Các loài trong
chi Zea bị ấu trùng của một số loài côn trùng trong bộ Cánh vẩy (Lepidoptera) phá hại,
như Spodoptera frugiperda; Helicoverpa zea; Diatraea và Chilo spp. (tại châu Mỹ);
còn tại Cựu thế giới là Gymnoscelis rufifasciata, Agrotis clavis, Agrotis exclamationis,
Hypercompe indecisa, Apamea sordens, Xestia c-nigrum, Agrotis segetum, Ostrinia
nubilalis v.v.
Các loài Cỏ ngô có thể kể ra như sau:
Zea diploperennis
Zea luxurians

Zea mays
Zea mays huehuetenangensis
Zea mays mays (ngô)
Zea mays mexicana
Zea mays parviglumis
Zea nicaraguensis
Zea perennis
Trong đó Zeamays chính là loài ngô được thuần hóa và sử dụng ngày nay.
Quá trình tiến hóa của ngô: Cỏ ngô là thành phần cực kỳ quan trọng trong quá trình tiến
hóa của ngô, nhưng các quan điểm về quá trình này lại rất khác nhau. Theo một mô hình
tiến hóa thì ngô đã phát triển lên trực tiếp từ Zea mays parviglumis bằng chọn lựa với các
đột biến quan trọng; tới 12% thành phần bộ gen của nó có từ Zea mays mexicana thông qua
trao đổi gen. Mô hình khác lại cho rằng ngô dại với các tai nhỏ đã được thuần hóa, và sau
khi được phát tán từ miền đông Trung Mexico, dạng lai ghép giữa ngô dại này với Z.
luxurians hoặc Z. diploperennis đã tạo ra sự bùng nổ lớn trong sự đa dạng gen của ngô,
hình thái tai và lõi, khả năng thích nghi với các môi trường sống mới, cũng như năng suất
cây trồng được gia tăng. Mô hình thứ ba cho rằng ngô nguyên thủy là kết quả lai ghép chéo
giữa Z. diploperennis và các loài cỏ trong chi Tripsacum; nhưng hỗ trợ cho giả thuyết này
là rất ít.
Trong chi Zea này hiện tại người ta công nhận 5 loài cỏ ngô: Zea diploperennis, Zea
luxurians, Zea nicaraguensis, Zea perennis và Zea mays. Loài cuối cùng này được chia
tiếp thành 4 phân loài là: huehuetenangensis, mexicana, parviglumis và mays, trong đó ba
phân loài đầu là cỏ ngô, c n phân loài cuối cùng là ngô, loại cây duy nhất trong chi này
được con người gieo trồng làm lương thực hay thức ăn cho gia súc. Chi này đôi khi cũng

16


được chia ra thành 2 nhánh (sectio), là nhánh Luxuriantes, bao gồm 4 loài đầu tiên, và
nhánh Zea với loài duy nhất là Zea mays. Nhánh thứ nhất có đặc trưng là các chỗ phồng

s m màu cấu thành từ heterochromatin ở cuối ở mỗi nhánh nhiễm sắc thể, trong khi phần
lớn các phân loài của nhánh Zea có thể có 0-3 chỗ phồng giữa mỗi đoạn cuối của nhiễm
sắc thể và trung đoạn và rất ít chỗ phồng ở cuối (ngoại trừ phân loài huehuetenangensis có
nhiều chỗ phồng lớn ở cuối).
Các loài trong chi này có thể là cây một năm l n cây lâu năm. Zea diploperennis và Z.
perennis là cây lâu năm, trong khi các loài c n lại là cây một năm. Gần như tất cả các loài
đều là lưỡng bội (n=10) với ngoại lệ là Z. perennis (tứ bội (n=20)). Các loài và phân loài cỏ
ngô có thể dễ dàng phân biệt dựa trên các khác biệt về hình thái, di truyền học tế bào,
protein và ADN cũng như trên cơ sở nguồn gốc địa lý, cho dù hai loài lâu năm là cùng khu
vực phân bổ và khá giống nhau. Phân loài cỏ ngô khó xử nhất là Zea mays
huehuetenangensis, kết hợp các đặc trưng hình thái tương tự như của Zea mays
parviglumis với nhiều chỗ phồng cuối của nhiễm sắc thể và vị trí trung gian giữa hai
nhánh. Phân loài cỏ ngô khác biệt nhất về hình thái và bị đe dọa nhiều nhất là Zea mays
nicaraguensis, chỉ phát triển trong điều kiện ngập lụt dọc theo 200 mét cửa một con sông
nhỏ ở tây bắc Nicaragua.
Như từ tên gọi có thể thấy, các loài/phân loài cỏ ngô tương tự như ngô ở nhiều điểm, đáng
chú ý nhất là hình thái của cờ (cụm hoa đực) của chúng. Điểm khác biệt đáng chú ý nhất
giữa cỏ ngô và ngô là chúng có nhiều nhánh, mỗi nhánh mang các chùm hoa cái nhỏ và
khác biệt. Mỗi chùm hoa này khi phát triển thuần thục sẽ tạo ra một 'tai' hai cấp gồm 5-10
đoạn rời hình tam giác hay hình thang, màu đen hay nâu, mỗi đoạn chứa một hạt. Mỗi hạt
được che phủ bằng lớp vỏ quả rất cứng, bao gồm một quả đấu hay chỗ lõm xuống trong
cuống và mày thấp và cứng. Lớp vỏ này bảo vệ hạt không bị tiêu hóa trong ruột của các
loài động vật nhai lại và giúp cho việc phát tán hạt khi chúng bị thải ra theo phân. Hạt cỏ
ngô khó nảy mầm nhưng sẽ nhanh chóng nảy mầm nếu được xử lý bằng dung dịch loãng
của perôxít hiđrô.
Tất cả các loài cỏ ngô Nicaragua có thể mọc trong hay rất gần với các cánh đồng trồng
ngô, tạo cơ hội cho việc lai tạp giữa ngô và cỏ ngô. Các thế hệ lai ghép đầu-cuối hay được
tìm thấy trong các đồng ngô này, nhưng tỷ lệ trao đổi gen là khá thấp. Một vài quần thể
Zea mays mexicana có hình dáng bề ngoài giống như ngô trong các cánh đồng trồng ngô,
có lẽ là kết quả của quá trình tiến hóa dưới áp lực từ việc diệt cỏ dại có chọn lọc từ phía

người nông dân. Tại một vài khu vực thuộc Mexico, cỏ ngô bị các nông dân chuyên trồng
ngô coi là một loại cỏ dại khó tiêu diệt, trong khi tại một số khu vực khác thì người ta lại
coi chúng như là cây đồng hành có ích, và khuyến khích việc chuyển gen từ cỏ ngô sang
ngô của họ.
Trên thực tế tất cả các quần thể cỏ ngô hiện đang ở tình trạng bị đe dọa hay nguy cấp: Zea
diploperennis tồn tại trong khu vực chỉ vài dặm vuông; Zea nicaraguensis hiện c n khoảng
6.000 cây trong khu vực 200 x 150 mét. Trong những năm gần đây, chính quyền Mexico
và Nicaragua đã có một số hành động nhằm bảo vệ các quần thể cỏ ngô hoang dã, bằng

17


cách sử dụng các phương pháp bảo tồn in situ (tại chỗ) và ex situ (không tại chỗ). Hiện tại,
có một lượng lớn sự chú ý, quan tâm từ giới khoa học đối với các đặc trưng có ích của cỏ
ngô, như khả năng kháng côn trùng, khả năng sống lâu năm và chịu ngập lụt, nhằm cải tạo
các giống ngô, mặc dù điều này là cực kỳ khó khăn do nó cũng kèm theo các đặc trưng có
hại của cỏ ngô.
Ngô chỉ lan truyền gen tới các loài thực vật khác tương thích về sinh sản và điều này chỉ có
thể xảy ra ở những nơi mà có các loài họ hàng hoang dại của ngô mọc tại đó như Mexico
và Guatemala (EEA, 2002).
Khả năng sống sót của ngô ngoài môi trường: Ngô ngày nay là một loại cây trồng đã
được thuần hóa cao và không thể tồn tại mà không có sự can thiệp của con người (Niebur,
1993). Ngô là loại cây trồng một năm, do cấu trúc đặc thù của bắp nên chúng không thể
phát tán nếu như không có tác động cơ học để tách ra từ lõi và hầu như hạt ngô không có
giai đoạn ngủ nghỉ. Không tồn tại sự tái sinh từ các bộ phận khác của cây ở điều kiện môi
trường tự nhiên.
Sự sống của cây ngô phụ thuộc vào các điều kiện như nhiệt độ, độ ẩm hạt giống, kiểu gen,
sự bảo vệ của vỏ và giai đoạn phát triển. Ngô không phải là loại cỏ dại tồn tại dai dẳng. Hạt
giống ngô chỉ có thể tồn tại dưới một phạm vi hẹp của điều kiện khí hậu. Những cây tự
mọc rễ ràng bị chết do lạnh, hoặc rễ ràng kiểm soát bằng các phương pháp nông học thông

thường như canh tác đất và sử dụng các chất diệt cỏ chọn lọc (Niebur, 1993). Ngô không
có khả năng duy trì sinh sản nếu không có sự canh tác của con người và không xâm hại
môi trường sống tự nhiên (OECD, 2003).
b) Lịch sử sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi
Tùy mỗi loại ngô khác nhau mà chúng được sử dụng cho các mục đích khác nhau. Ngô có
thể dùng trong chế biến thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, làm nguyên liệu chất đốt, nguyên
liệu trong công nghiệp và làm thuốc chữa bệnh.
Toàn thế giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương thực cho người trong đó nhiều nước
sử dụng ngô là lương thực chính. Khẩu phần ăn ở các nước châu Mỹ La Tinh là bánh ngô,
đậu đỗ và ớt giống như các nước châu Á sử dụng cơm (gạo), cá, rau xanh và các nước châu
Âu sử dụng bánh mỳ, khoai tây, sữa.
Ở Việt Nam, ngô là loại lương thực quan trọng thứ 2 sau lúa gạo. Hạt ngô có thể xay nhỏ
nấu với gạo thành cơm hoặc chế biến thành các món ăn như xôi ngô, ngô bung, nhiều vùng
miền núi thường bung ngô nếp với đậu đen ăn thay cơm, xay hạt ngô thành bột nấu bánh
đúc ngô…Ngô sử dụng làm thực phẩm như ngô bao tử xào thịt, súp ngô, chè ngô, cháo
ngô, ngô luộc, ngô hấp ngô rang, ngô nướng, kẹo ngô, bột dinh dưỡng ngô, rượu ngô…
Ngô làm thức ăn chăn nuôi: Từ ngô hạt có thể xay vỡ nuôi gia cầm (gà, vịt, ngan,
ngỗng…), nghiền thành bột và chế biến làm thức ăn cho trâu b , lợn và gia cầm, chế biến

18