Phân tích đánh giá biểu hiện của gen chịu hạn GmCHS7 trong các dòng ngô chuyển gen

P NGUYÊN
ĐẠI HỌC THÁI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------- -------------

NGUYỄN ĐỨC VỊNH

Tên đề tài:
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ BIỂU HIỆN CỦA GEN CHỊU HẠN GmCHS7
TRONG CÁC DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Khoa

: CNSH - CNTP

Khóa học

: 2010 - 2014

Thái Nguyên, 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
----------- -------------

NGUYỄN ĐỨC VỊNH

Tên đề tài:
PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ BIỂU HIỆN CỦA GEN CHỊU HẠN GmCHS7
TRONG CÁC DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Công nghệ Sinh học

Khoa

: CNSH – CNTP

Khóa học

: 2010 – 2014

Người hướng dẫn : 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Đồng

Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ tế bào
thực vật Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam
2. TS. Nguyễn Văn Duy
Khoa CNSH - CNTP - ĐH Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên, 2014


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn:
Ban Giám Hiệu trường, cùng toàn thể các Thầy Cô Khoa Công Nghệ Sinh
Học và Công Nghệ Thực Phẩm Trường Đại học Nông Lâm - Thái Nguyên đã tạo
điều kiện học tập tốt nhất trong suốt quá trình học tại trường. Đồng thời, định hướng
và sắp xếp cho Em đi thực tập tốt nghiệp tại Viện Di truyền Nông Nghiệp Việt Nam
để hoàn thiện chương trình học, củng cố kiến thức và hoàn thành Khóa luận tốt
nghiệp Đại học.
PGS.TS Nguyễn Văn Đồng giám đốc Phòng thí nghiệm Trọng điểm Quốc
gia Công nghệ Tế bào thực vật Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình
hướng dẫn, giúp đỡ và tạo những điều kiện thuận lợi nhất để Em được thực tập tốt
nghiệp tại Phòng và hoàn thành Khóa luận tốt nghiệp. Đồng thời Em xin gửi lời
cảm ơn tới anh Nguyễn Hữu Kiên, anh Lương Thanh Quang, anh Dương Tuấn Bảo
cùng toàn thể nhân viên, học viên nghiên cứu tại Phòng đã tận tình giúp đỡ chỉ bảo
em trong quá trình thực tập tại đây.
Thầy giáo, giáo viên hướng dẫn TS. Nguyễn Văn Duy đã giúp em những
định hướng, hướng dẫn và giúp đỡ em hoàn thành Kháo luận tốt nghiệp này.
Em xin cảm ơn đến toàn thể bạn bè, người thân, gia đình đã luôn bên cạnh cổ
vũ tinh thần, động viên và khích lệ Em trong học tập cũng như hoàn thành Khóa
luận tốt nghiệp này.
Thái Nguyên, ngày…tháng…năm 2014
Sinh viên

NGUYỄN ĐỨC VỊNH


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1. Giá trị dinh dưỡng của ngô .........................................................................5
Bảng 2.2. Tình hình sản xuất ngô ở một số nước đứng đầu trên thế giới từ
năm 2004 - 20112 .............................................................................................8
Bảng 2.3. Tình hình sản xuất ngô những năm gần đây...............................................9
Bảng 2.4. Dự kiến diện tích, năng suất và sản lượng ngô cả nước đến năm 2020 ...10
Bảng 3.1. Danh sách các dòng ngô sử dụng trong nghiên cứu, đánh giá .................19
Bảng 3.2. Các hóa chất sử dụng trong kĩ thuật lai Shouthern blot............................20
Bảng 3.3. Trình tự mồi trong phân tích PCR ............................................................23
Bảng 3.4. Sơ đồ thí nghiệm đánh giá khả năng kháng hạn của các cây ngô chuyển
gen GmCHS7 ở giai đoạn cây con. .................................................................24
Bảng 4.1. Kết quả PCR gen GmCHS7 của các dòng T0 ...........................................30
Bảng 4.2. Kết quả đo chiều cao trung bình của các dòng ngô chuyển gen...............32
thế hệ T1 lần thứ nhất .................................................................................................32
Bảng 4.3. Kết quả đo chiều cao trung bình của các dòng ngô chuyển gen

và

đối chứng ở lô số 1 (tưới nước đầy đủ) ...........................................................33
Bảng 4.4. Kết quả đo chiều cao trung bình của các dòng ngô chuyển gen sau xử lý
hạn lần 1 và lần 2 ............................................................................................35
Bảng 4.5. Các cây được lựa chọn trong mỗi dòng để tiến hành phân tích Southern
Blot ..................................................................................................................37

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 4.1. Kết quả điện di kiểm tra DNA tổng số của các dòng ngô nghiên cứu ......28
Hình 4.2. Kết quả điện di sản phẩm PCR kiểm tra sự có mặt của gen GmCHS7
ở thế hệ T0 .................................................................................................29
Hình 4.3. Kết quả điện di sản phẩm PCR kiểm tra sự có mặt của gen GmCHS7 của
các dòng ngô chuyển gen thế hệ T1 ..........................................................31
Hình 4.4. Biểu đồ so sánh chiều cao trung bình của các dòng ngô chuyển gen
và đối chứng ở lô số 1 tưới nước đầy đủ ..................................................34
Hình 4.5. Biểu đồ so sánh chiều cao trung bình của các dòng ngô chuyển gen .......35
Hình 4.6. Kết quả lai Southern Blot giữa sản phẩm cắt của gen GmCHS7 với mẫu
dò tương ứng từ các dòng ngô chuyển gen thế hệ T1 ...............................37


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
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

: Polymerase Chain Reaction

RNA

: Ribonucleic Acid

TB

: Trung bình

TGST

: Thời gian sinh trưởng

PEG

: Polyetylenglycol

TCN

: Trước Công nguyên

LEA

: Late embryogenesis abundant


MỤC LỤC
Trang
Phần 1: MỞ ĐẦU........................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ............................................................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài ...............................................................................................2
1.3. Yêu cầu của đề tài ................................................................................................3
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài .............................................................3
Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..............................................................................4
2.1. Giới thiệu chung về cây ngô ................................................................................4
2.1.1. Nguồn gốc và phân loại.....................................................................................4
2.1.2. Giá trị cây ngô ...................................................................................................5
2.1.3. Đặc điểm thực vật của cây ngô .........................................................................6
2.1.4. Đặc tính sinh học của các giống ngô.................................................................6
2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam .......................8

2.2.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới ..........................................8
2.2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô ở Việt Nam ..........................................9
2.2.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất cây ngô chuyển gen trên thế giới và ở Việt
Nam ...........................................................................................................................10
2.3. Các phương pháp chuyển gen ở thực vật ...........................................................12
2.3.1. Phương pháp chuyển gen trực tiếp ..................................................................12
2.3.1.1. Chuyển gen bằng súng bắn gen....................................................................12
2.3.1.2. Chuyển gen bằng xung điện .........................................................................12
2.3.1.3. Chuyển gen bằng PEG (Polyetylenglycol) ..................................................13
2.3.1.4. Chuyển gen bằng phương pháp vi tiêm .......................................................13
2.3.2. Phương pháp chuyển gen gián tiếp .................................................................13
2.3.2.1. Chuyển gen thông qua virus.........................................................................13
2.3.2.2. Chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium .........................................14
2.4. Tổng quan về tính chịu hạn của cây trồng và gen chịu hạn GmCHS.................15
2.4.1. Tính chịu hạn của cây trồng và các chỉ tiêu đánh giá tính chịu hạn ...............15
2.4.1.1. Tính chịu hạn của cây trồng .........................................................................15
2.4.1.2. Các hình thức chịu hạn của cây trồng ..........................................................16


2.4.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá tính chịu hạn của cây trồng .......................................16
2.4.2. Tổng quan về gen chịu hạn GmCHS ..............................................................17
Phần 3 ........................................................................................................................19
VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .............................19
3.1. Vật liệu nghiên cứu ............................................................................................19
3.1.1. Vật liệu thực vật ..............................................................................................19
3.1.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm......................................................................19
3.1.2.1. Hóa chất .......................................................................................................19
3.1.2.2. Thiết bị thí nghiệm .......................................................................................21
3.2. Phạm vi, địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................21
3.2.1. Phạm vi nghiên cứu .........................................................................................21

3.2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ...................................................................21
3.3. Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................21
3.4. Phương pháp nghiên cứu....................................................................................21
3.4.1. Phân tích và đánh giá sự có mặt của gen GmCHS7 trong một số dòng ngô sau
chuyển gen bằng phương pháp PCR. .......................................................................21
3.4.2. Phân tích biểu hiện khả năng kháng hạn của các dòng ngô chuyển gen
GmCHS7 ở giai đoạn cây con. ..................................................................................24
3.4.3. Phân tích và đánh giá sự có mặt của gen GmCHS7 trong các dòng ngô sau
chuyển gen bằng phương pháp Southern blot. ..........................................................25
3.5. Phương pháp xử lý số liệu ..................................................................................27
Phần 4 ........................................................................................................................28
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ..................................................................................28
4.1. Kết quả Phân tích và đánh giá sự có mặt của gen GmCHS7 trong một số dòng
ngô sau chuyển gen bằng phương pháp PCR...........................................................28
4.1.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số .....................................................................28
4.1.2. Kết quả phân tích sự có mặt của gen GmCHS7 của các dòng ngô chuyển gen
bằng phương pháp PCR ............................................................................................29
4.2. Đánh giá khả năng kháng hạn của các cây ngô chuyển gen ở giai đoạn cây con .....31
4.2.1. Kết quả PCR kiểm tra sự có mặt của gen chuyển GmCHS7 trong các dòng
ngô ở thế hệ T1 ..........................................................................................................31


4.2.2. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của thế hệ T1 thông qua chỉ tiêu đo chiều
cao cây trong điều kiện hạn .......................................................................................32
4.3. Kết quả phân tích, đánh giá sự có mặt của gen GmCHS7 trong các dòng ngô
chuyển gen thế hệ T1 bằng phương pháp lai Southern Blot ......................................36
Phần 5 ........................................................................................................................39
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................39
5.1. Kết luận ..............................................................................................................39
5.2. Kiến nghị ............................................................................................................39

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................40
I. Tài liệu tiếng Việt ..................................................................................................40
II. Tài liệu tiếng Anh .................................................................................................41


1

Phần 1: MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi Maydeae, họ Graminaae, là
một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới (ngô, lúa nước, lúa mì, sắn và
khoai tây) [3]. Cây ngô được biết đến từ thế kỷ 16 khi Columbus mang hạt giống từ
châu Mỹ về, sau đó sản xuất ngô đã trở nên phổ biến khắp thế giới và trở thành loại
cây ngũ cốc quan trọng cung cấp lương thực cho con người, cung cấp nguyên liệu
trong chế biến thức ăn chăn nuôi[11]. Sản lượng sản xuất ngô ở thế giới trung bình
hàng năm từ 713,6 đến 789,8 triệu tấn (năm 2005-2007). Trong đó nước Mỹ sản xuất
40,62% tổng sản lượng ngô và còn lại 59,38% do các nước khác sản xuất. Sản lượng
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 lượng và các nước khác chiếm 35,59 % [21].
Ở Việt Nam ngô là loại lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa, có sự phát
triển rộng khắp, liên tục và đạt đỉnh điểm năm 2005. Theo các số liệu thống kê thì
sản xuất ngô năm 2005 có tiến bộ vượt bậc: Diện tích đạt 1039 nghìn ha, năng suất
đạt 35,5 tạ/ha và sản lượng đạt 3,69 triệu tấn, đã làm thay đổi tỉ trọng cơ cấu sản
lượng lương thực từ 5,7% năm 2000 lên 9% năm 2005 [1]. Đến năm 2009 diện tích
gieo trồng ngô tăng mạnh vượt ngưỡng 1 triệu ha so với năm 1960 là 200 nghìn ha
[2]. So với các nước có nền nông nghiệp phát triển thì năng suất ngô của nước ta
vẫn thuộc loại khá thấp do một số địa phương miền núi vùng sâu, vùng xa của các
tỉnh Lai Châu, Sơn La, Hà Giang, Tuyên Quang, Lạng sơn, Phú Thọ, Thanh Hóa,
Quảng Nam, Lâm Đồng… các cộng đồng dân tộc ít người thường sử dụng các
giống ngô địa phương và tập quán canh tác lạc hậu và đặc biệt các điều kiện khí hậu

đất đai khắc nghiệt đều làm cho năng suất ngô thấp. Đặc biệt là hạn hán ảnh hưởng
lớn tới sinh tưởng phát triển và năng suất cây ngô ở các tỉnh vùng cao của Việt
Nam.
Hạn hán là tình trạng lượng nước tự nhiên thấp hơn mức trung bình trong một
thời gian dài trên diện rộng và mang tính khu vực. Trong các yếu tố bất lợi của môi
trường, hạn hán ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất cây trồng trên toàn thế giới [20].
Hạn hán làm giảm sinh khối thân, lá và năng suất của ngô trên thế giới cũng
như ở Việt Nam, nhất là những vùng trồng ngô dựa vào nước tự nhiên. Theo Viện


2

khoa học nông nghiệp Việt Nam diện tích trồng ngô phụ thuộc vào nước mưa chiếm
khoảng 70%, diện tích chủ động được nước tưới chiếm khoảng gần 30%. Ở nước ta
lượng mưa hàng năm phổ biến từ 1700 - 2000 mm đủ cho nhu cầu phát triển của
cây ngô, tuy nhiên lượng mưa tập trung theo mùa nên về mùa khô cây ngô không đủ
nước để phát triển [1].
Trước những thách thức nêu trên, việc nghiên cứu phát triển những giống cây
trồng mới có khả năng thích ứng, chống chịu các điều kiện bất thuận đang là mục
tiêu hàng đầu của các nhà khoa học. Một trong những kỹ thuật luôn mang lại nhiều
kỳ vọng đó là nghiên cứu, phát triển các giống cây trồng biến đổi gen dựa trên việc
phân lập các gen có lợi và thiết kế các vector hiệu năng cao để chuyển các gen mục
tiêu vào đối tượng cây trồng xác định.
10 năm trở lại đây, Việt Nam đã và đang chú trọng đến các nghiên cứu cây
trồng biến đổi gen. Trước mắt, chính phủ đã đặt ra một lộ trình cho phát triển cây
trồng chuyển gen ở Việt Nam từ 2006-2020, tiến đến chính thức chấp nhận cây
trồng biến đổi gen ở Việt Nam, chia làm 2 giai đoạn [9]:
- Giai đoạn 2006-2015: Bắt đầu khảo nghiệm và đưa một số giống cây trồng
biến đổi gen
- Nhập của các công ty nước ngoài trên đồng ruộng của Việt Nam.

- Giai đoạn 2015-2020: Diện tích cây trồng biến đổi gen …(ngô, bông, đậu
tương) đạt từ 30-50% diện tích sản xuất của đối tượng này.
Từ thực tiễn nêu trên, Phòng thí nghiệm trọng điểm Công Nghệ Tế Bào Thực
Vật - Viện Di Truyền Nông Nghiệp Việt Nam đã nghiên cứu tạo ra một số dòng ngô
chuyển gen chịu hạn GmCHS7 bằng phương pháp biến nạp thông qua vi khuẩn
Agrobacterium tumefaciens bước đầu đã thu được kết quả. Việc chuyển gen vào các
dòng này là thành công bước đầu, có ý nghĩa rất quan trọng trong việc chọn, tạo các
giống ngô biến đổi gen ở nước ta. Các dòng ngô chuyển gen được tạo ra cần được
đánh giá sự có mặt và biểu hiện của gen chuyển với mục đích khẳng định được khả
năng chịu hạn so với giống ngô gốc. Do vậy chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Phân tích
đánh giá biểu hiện của gen chịu hạn GmCHS7 trong các dòng ngô chuyển gen”
1.2. Mục tiêu của đề tài
Phân tích và đánh giá sự có mặt của gen chịu hạn GmCHS7 trong các dòng
ngô chuyển gen bằng phương pháp PCR và Southern blot.


3

Đánh giá sự biểu hiện của cây mang gen chịu hạn GmCHS7 ở giai đoạn cây con.
1.3. Yêu cầu của đề tài
Xác định được sự có mặt của gen chịu hạn GmCHS7 trong các dòng ngô
chuyển gen bằng phương pháp PCR và Southern blot.
Xác định được sử biểu hiện chịu hạn của cây mang gen GmCHS7 ở giai đoạn
cây con.
1.4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
- Ý nghĩa khoa học
Thông qua kết quả nghiên cứu đề tài, đánh giá được sự có mặt và biểu hiện
của gen chuyển GmCHS7 trong các dòng ngô chuyển gen. Có được những đánh giá
ban đầu về quá trình chuyển gen chịu hạn vào cây ngô. Làm cơ sở cung cấp thông
tin cho các nghiên cứu tiếp theo.

- Ý nghĩa thực tiễn
Đề tài hoàn thành bước đầu khẳng định những ưu điểm về khả năng chống
chịu trong điều kiện hạn của các dòng ngô chuyển gen so với dòng ngô địa phương,
tiến tới đưa vào đánh giá, khảo nghiệm và sản xuất có hiệu quả các dòng ngô
chuyển gen kháng hạn trên mọi kiểu hình thời tiết mà vẫn đem lại năng suất cao.


4

Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu chung về cây ngô
2.1.1. Nguồn gốc và phân loại
Những nghiên cứu về nguồn gốc cây trồng của Vavilov (1926) đã cho rằng
Mexico và Peru là những trung tâm phát sinh và đa dạng di truyền của ngô. Mexico
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. Các nghiên cứu tiếp theo
(Galinat, 1977; Wilkes, 1980; Kto, 1984, 1988). Đặc biệt là Harshberger năm 1983
(theo Wilkes, 1988) đã chứng minh nhận định trên là đúng và kết luận ngô bắt
nguồn từ Mexico và từ một cây hoang dại ở miền trung Mêhicô trên độ cao 1.500m
của vùng bán hạn có mưa mùa hè khoảng 350mm [11].
Các dấu tích khảo cổ của các bắp ngô có sớm nhất, được 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 người dân Trung
Mỹ. Ở đó ngô được coi trọng, thậm chí còn được thần thánh hóa. Ngô là biểu tưởng
của nền văn minh “ Mayca” [11].
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 [8].
Ngô thuộc về chi Maydeae trong họ cây thân cỏ Poaceae. “Zea” (Zela) bắt
nguồn từ tiếng Hi Lạp tên một loại cỏ ăn được. Chi này bao gồm 4 loài trong đó ngô

là Zea mays L. ssp có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Số lượng nhiễm sắc thể 2n = 20 [8].
Theo hệ thống thực vật học mới nhất cây ngô được phân loại như sau [8]:
Giới

Plantae

Nhóm

Magnoliophyta

Lớp

Liliopsida

Bộ

Poales

Họ

Poaceae

Giống

Zea

Loài

Z. mays

5

2.1.2. Giá trị cây ngô
Trong lịch sử tiến hóa của khoảng một nghìn loài cây trồng phổ biến nhất
trên trái đất hiện nay, chưa có loài cây trồng nào phát triển nhanh chóng và có nhiều
công dụng cho con người như cây ngô [6].
Trước hết ngô là cây ngũ cốc nuôi sống gần 1/3 dân số toàn cầu. Toàn thế
giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương thực. Ngô là lương thực chính của khu
vực Đông Nam Phi, Tây Phi, Nam Á, … Ngô là thành phần quan trọng bậc nhất
trong thức ăn chăn nuôi. Hầu như 70% chất tinh trong thức ăn chăn nuôi tổng hợp là
từ ngô, 71% sản lượng ngô trên thế giới làm thức ăn chăn nuôi [12].
Bảng 2.1. Giá trị dinh dưỡng của ngô
Stt

Thành phần

Hàm lượng các chất
có trong 100g chất khô của hạt

1

Nước

14,9 g

2

Protein

11,1g

3

Chất béo

3,6 g

4

Carbohydrates

66,2 g

5

Chất sơ

2,7 g

6

Riboflavin (B2)

0,10 mg

7

Vitamin C

0,12 mg

8

Thiamine

0,42 mg

9

Carotene

90 ug

10

Amino acids

1,78 mg

11

Phosphorus (P)

348 mg

12

Sodium (Na)

15,9 mg

13

Sulphur (S)

114 mg

14

Calcium (Ca)

10 mg

15

Iron (Fe)

2,3 mg

16

Potassium (K)

286 mg

17

Magnesium (Mg)

139 mg

18

Copper (Cu)

0,14 mg

19

Calories

342
(Nguồn: Gopalan et al., 2007) [23]


6

Ngô còn là một loại hàng hóa xuất khẩu của ngành nông nghiệp, trên thế giới
số lượng ngô xuất nhập khẩu khoảng 70 triệu tấn. Bên cạnh đó ngô còn đem lại
nhiều lợi nhuận cho người dân. [12]
2.1.3. Đặc điểm thực vật của cây ngô
Rễ: Ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ các cây họ hòa thảo. Ngô có ba
loại rễ chính: Rễ mầm, rễ đốt (rễ phụ cố định), rễ kiềng, chúng giúp cây ngô hút
nước và các chất dinh dưỡng từ đất [12].
Thân, lá: Ngô thuộc họ hào thảo, song có thân khá chắc chắn, có đường kính
từ 2-4cm tùy thuộc vào từng giống, điều kiện sinh thái và chăm sóc. Thân có chiều
cao khoảng 1,5-4m. Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng (dóng) nằm giữa
các đốt và kết thúc bằng bông cờ. Lá ngô được mọc từ các đốt của thân ngô, bẹ lá
ôm chặt lấy thân và lưỡi lá (thìa lìa) [12]

Bông cờ và bắp: Ngô là loại cây có hoa khác tính cùng gốc. Hai cơ quan
sinh sản đực (bông cờ) và cái (bắp) tuy cùng nằm trên một cây, song ở các vị trí
khác nhau. Hoa đực thường được gọi là bông cờ nằm ở đỉnh cây. Hoa cái (bắp ngô)
phát sinh từ chồi nách các lá, song chỉ 1-3 chồi khoảng giữa thân mới tạo thành
bắp.[12]
Hạt: Hạt ngô thuộc loại quả dính gồm năm phần chính: vỏ hạt, lớp alơron,
phôi, nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt bao quanh hạt, là một màng nhẵn. Lớp alơron nằm
dưới vỏ hạt, 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 hai phần: nội nhũ bột và nội nhũ sừng. Tỷ lệ
này phụ thuộc vào chủng ngô và các giống ngô khác nhau [12].
2.1.4. Đặc tính sinh học của các giống ngô
- Các giai đoạn phát triển của cây ngô
Thời gian sinh trưởng của cây ngô từ khi gieo đến khi chín trung bình từ 90160 ngày. Thời gian sinh trưởng dài, ngắn khác nhau phụ thuộc vào giống và điều
kiện ngoại cảnh [4].
Sự phát triển của cây ngô có thể chia ra làm hai giai đoạn [4]:
+ Giai đoạn đầu (giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng), những mô khác nhau
phát triển và phân hóa cho đến khi các cấu trúc hoa xuất hiện. Giai đoạn sinh trưởng
dinh dưỡng gồm hai chu kỳ: Ở chu kỳ đầu những lá đầu tiên được hình thành và
tiếp tục phát triển. Việc sản xuất chất khô ở chu kỳ này chậm, nó kết thúc khi mô tế


7

bào bắt đầu phân hóa hình thành cơ quan sinh sản. Ở chu kỳ thứ hai, các lá và cơ
quan sinh sản phát triển, chu kỳ kết thúc với sự xuất hiện của nhị cái.
+ Giai đoạn thứ hai là giai đoạn sinh trưởng sinh thực. Bắt đầu với việc thụ
tinh của các hoa cái. Pha đầu của gai đoạn này có đặc điểm là tăng trọng lượng lá và
những phần hoa khác. Suốt pha thứ hai trọng lượng của hạt tăng nhanh.
- 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 hưởng lớn

đến sinh trưởng 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 như
100%. Khi có đủ nước, oxy, nhiệt độ thích hợp, hạt ngô nảy mầm nhanh sau khi
gieo. Điều kiện hàng đầu để ngô nảy mầm trong đất là nước, khi hút được khoảng
30% lượng nước hạt ngô đã có thể nảy mầm. Nhiệt độ thích hợp cho cây ngô nảy
mầm là từ 23 - 250C, thời gian nảy mầm của hạt tùy thuộc và chất lượng hạt giống,
điều kiện ngoại cảnh và kỹ thuật gieo hạt [12].
+ Quang hợp: Ngô thuộc nhóm cây quang hợp theo chu trình C4 nên có ưu
thế tạo được sinh khối lớn hơn so với cây quang hợp theo chu trình C3. Những loài
cây quang hợp C4 không có hiện tượng hô hấp ánh sáng, điểm bù CO2 rất thấp, và
cường độ quang hợp cao. Vì vậy trong suốt thời gian sinh trưởng, ngô tích lũy được
một khối lượng sinh khối rất lớn so với các loài cây dùng chu trình quang hợp C3.
Ngô là loài cây trồng có nguồn gốc nhiệt đới khô hạn, cho nên khi gặp điều kiện
thiếu nước, nắng nóng nhiều, những khí khổng của lá hầu như đóng kín hoàn toàn
vào ban ngày để hạn chế sự thoát hơi nước, giữ nước cho các hoạt động sinh lý của
cây. Trong điều kiện khô hạn, ánh sáng nhiều cây ngô có thể sản xuất ra lượng chất
ngô gấp 1,5 - 2,0 lần so với cây quang hợp C3. Khả năng tổng hợp dinh dưỡng cao
nhất của cây ngô là 52 - 55g/m2/ngày. Hiệu suất sử dụng ánh sáng là 4,2 - 4,6%, các
giá trị tương ứng của cây lúa nước là 35 - 36g/m2/ngày và 2,7 - 2,8% [4].
+ Thụ phấn: 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 sinh học diễn ra liên tục
gồm nhiều bước : hạt phấn nảy mầm, phát triển ống phấn, sự hòa nhập của các tế
bào sinh dục, sự phát triển của phôi thai.


8

Quá trình thụ phấn, thụ tinh diễn ra như sau: hạt phấn rơi lên râu ngô, sau 5 6 giờ thì bắt đầu nảy mầm, mầm xuyên vào râu ngô phát triển theo chiều dọc,
hướng xuống dưới 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 được tạo thành. Phôi được phát triển thành hạt [4].
2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
2.2.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới
Nhờ có vai trò quan trọng trong nền kinh tế mà cây ngô ngày càng được quan
tâm và phát triển. Ngô là cây lương thực lấy hạt quan trọng trong nền nông nghiệp toàn
cầu và được phổ biến ở nhiều nước trên thế giới đem lại năng suất và sản lượng cao
nhất trong các loại ngũ cốc. Thực tế, năm 2012 theo số liệu của tổ chức Nông Nghiệp
và Lương Thực LHQ (FAO) về sản xuất ngô: Diện tích toàn thế giới là 177,4 triệu ha,
năng suất trung bình là 4,916 tấn/ha, tổng sản lượng 872,0 triệu tấn. Năm 2012, phần
lớn sản lượng ngô trên thế giới tập trung ở các nước Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Mehicô,
Pháp và Ấn Độ, chiếm trên 75% [21].
Bảng 2.2. Tình hình sản xuất ngô ở một số nước đứng đầu trên thế giới từ
năm 2004 - 20112
Chỉ tiêu
Diện tích
(triệu ha)

Năng suất
(tấn/ha)

Sản lượng
(triệu tấn)

Nước
Thế giới
Mỹ
Trung Quốc
Braxin

Thế giới
Mỹ
Trung Quốc
Braxin
Thế giới
Mỹ
Trung Quốc
Braxin

2008
162,9
64,0
29,8
14,4
5,098
6,856
5,556
4,08
830,3
439,0
166,0
589

2009
158,8
61,4
31,2
13,6
5,162
7,178

5,259
3,714
820,0
440,8
164,1
507

2010
164,3
62,8
32,5
12,6
5,180
7,078
5,459
4,366
851,1
445,1
177,5
553

2011
172,0
64,1
33,5
13,2
5,161
6,836
5,748
4,210

888,0
438,4
192,9
556

2012
177,4
67,6
34,9
14,1
4,916
6,181
5,955
5,005
872,0
418,2
208,2
710

(Nguồn FAOSTAT (2014) [21])


9

Mỹ luôn là nước chiếm vị thế hàng đầu thế giới về diện tích và sản lượng
ngô, đồng thời cũng là nước có năng suất cao nhất. Năng suất ngô tăng từ 1,5 triệu
tấn/ha năm 1930 lên đến 7,078 tấn/ha vào năm 2010, với tổng sản lượng 445,1 triệu
tấn [21]
Năm 2009 diện tích trồng ngô ở các nước Đông Nam Á là 8,212 triệu ha, năng
suất bình quân đạt 31,3 tạ/ha với tổng sản lượng 25,67 triệu tấn [21].

Kể từ khi ngô được phát hiện ở châu Mỹ và du nhập vào các khu vực khác
trên thế giới, trong một khoảng thời gian dài năng suất chỉ đạt khoảng 0,1-0,2
tấn/ha. Nhưng đến nay nhờ những ứng dụng khoa học kỹ thuật về kỹ thuật di truyền
chọn tạo giống, các biện pháp canh tác tiên tiến, cơ giới hóa … đặc biệt là sinh học
phân tử, đưa cây ngô biến đổi gen trong quá trình canh tác đã đưa năng suất tăng
cao gấp nhiều lần [13].
2.2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô ở Việt Nam
Trong nền nông nghiệp Việt Nam, cây ngô là cây màu quan trọng, cây lương thực
thứ hai sau lúa nước. Ngô được đưa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm, mặc dù là
cây lương thực đứng thứ hai nhưng do truyền thống là nền nông nghiệp lúa nước nên
ngô vẫn chưa được chú trọng, không phát huy được tiềm năng của nó [13]. Nhưng cho
tới ngày nay, sản xuất ngô đã được phổ biến rộng khắp cả nước từ vùng núi cao đến
đồng bằng và trung du. Năng suất ngô qua các năm không ngừng tăng về diện tích, năng
suất và sản lượng: năm 2001 tổng diện tích ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên
1 triệu ha; năm 2010, diện tích ngô cả nước 1126,9 nghìn ha, năng suất 40,9 tạ/ha, sản
lượng trên 4,6 triệu tấn. Tuy vậy, cho đến nay sản xuất ngô ở nước ta phát triển chưa
tương xứng với tiềm năng, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước, hàng năm
nước ta vẫn phải nhập khẩu từ trên dưới 1 triệu tấn ngô hạt [2].
Bảng 2.3. Tình hình sản xuất ngô những năm gần đây
Năm

Diện tích
Năng suất
Sản lượng
(Nghìn ha)
(Tấn/ha)
(Tạ/ha)
2008
1440,2
4,01

4573,1
2009
1089,2
4,01
4371,7
2010
1126,9
4,09
4606,8
2011
1121,2
4,31
4835,7
2012
1118,2
4,29
4803,1
(Nguồn: Niên giám thống kê 2010, Nhà xuất bản thống kê Hà Nội, 2011) [14]
(FAOSTAT 2014) [21].


10

Những năm qua nhà nước cũng đã hết sức quan tâm đầu tư cho việc nghiên
cứu và phát triển cây ngô. Hai dự án tiêu biểu về phát triển giống ngô đã được đầu
và được tiến hành tại Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam: “Dự án phát triển
giống ngô lai giai đoạn 2006-2010 (đã kết thúc) và “Dự án phát triển sản xuất giống
ngô lai giai đoạn 2011-2015 (đang triển khai).
Chiến lược nghiên cứu và phát triển cây ngô của Việt Nam đến năm 2020
xác định [15]:

- Đẩy mạnh nghiên cứu về cây ngô góp phần đưa diện tích ngô của cả nước
đến năm 2015, phấn đấu đạt 1,3 triệu ha ngô; năng suất đạt trên 50 tạ/ha; sản lượng
6,5 triệu tấn, đến năm 2020 đạt 1,5 triệu ha với năng suất bình quân 60 tạ/ha và sản
lượng 9,0 triệu tấn, nhằm đảm bảo cũng cấp nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn
nuôi và nhu cầu khác trong nước, từng bước tham gia xuất khẩu.
Bảng 2.4. Dự kiến diện tích, năng suất và sản lượng ngô cả nước đến năm 2020
Năm

Diện tích (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (triệu
tấn)

2005

1043300

36,0

3,7

2010

1200000

42,0

5,4

2015

1300000

50,0

6,5

2020

1500000

60,0

7,8

(Nguồn: Chiến lược phát triển cây ngô đến năm 2020 [15]).
- Cải thiện thu nhập và đời sống cho người sản xuất ngô, nâng cao hiệu quả
sử dụng đất, lao động và vốn đầu tư.
- Nghiên cứu các giải pháp về khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản
xuất ngô, tăng thu nhập cho người trồng ngô, bảo vệ môi trường sinh thái, góp phần
xây dựng nền nông nghiệp bền vững.
2.2.3. Tình hình nghiên cứu và sản xuất cây ngô chuyển gen trên thế giới và ở
Việt Nam
- Trên thế giới
Trên thế giới diện tích cây ngô biến đổi gen là lớn thứ 2 sau đậu tương với
diện tích 25,2 triệu ha chiếm 25% diện tích cây trồng biến đổi gen trên thế giới. Cây
ngô biến đổi gen được trồng nhiều nhất ở Mỹ, Achentina, Brazin, Canada, Trung

11

quốc, Nam Phi … Cây ngô chủ yếu được nghiên cứu sản xuất và sử dụng giống có
tính trạng chống chịu thuốc trừ cỏ, kháng sâu, chịu hạn[24].
Năm 2006, thêm một số nước thuộc liên minh Châu Âu (EU) lần đầu tiên
đưa ngô Bt vào trồng đại trà. Tổng diện tích trồng ngô Bt ở 5 nước (Pháp, Cộng
Hòa Séc, Bồ Đào Nha, Đức và Slovakia) đã tăng trên 5 lần từ xấp xỉ 1500ha năm
2005 lên gần 8500ha năm 2006, diện tích này còn đang tăng lên rất nhiều trong năm
2007 [16][40].
Ngô là cây trồng được các quốc gia trên thế giới cấp phép sử dụng làm thực
phẩm và thức ăn chăn nuôi nhiều nhất với tổng số 35 giống khác nhau, vượt hẳn cây
trồng thứ 2 là bông (với 19 giống khác nhau). Ngô được cấp phép nhiều nhất là ngô
kháng sâu bệnh (MON810) và ngô kháng thuốc trừ cỏ (NK603), cả 2 giống này
được 18 nước cấp phép [24].
Năm 2006, theo ước tính của hãng phân tích thị trường Cropnosis, thị trường
cây trồng biến đổi gen toàn cầu trị giá khoảng 6,15 tỷ đô la, chiếm 16% thị trường
cây trồng được bảo hộ trên toàn cầu và chiếm 21% thị trường hạt giống toàn cầu.
Trong đó giá trị của ngô biến đổi gen chiếm 39% tương đương với khoảng 2,39 tỷ
đô la [24]
- Nghiên cứu và sản xuất ngô biến đổi gen ở Việt Nam
Việt Nam là một quốc gia với nền kinh tế nông nghiệp chủ yếu trong đó ngô
là một trong những cây lương thực đóng vai trò quan trọng. Vì vậy, việc nghiên cứu
cây ngô biến đổi gen đang được đầu tư mạnh mẽ.
Vào ngày 12 tháng 1 năm 2006 Thủ tướng Chính Phủ ký quyết định
11/2006/QĐ-TTG và cây trồng biến đổi gen được đầu tư nghiên cứu khảo nghiệm
từ năm 2006 [9].
Đặc biệt mới đây, đề tài/dự án tạo ngô biến đổi gen kháng sâu và kháng
thuốc diệt cỏ được nghiên cứu tại viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam do PGS.TS
Nguyễn Văn Đồng chủ nhiệm đề tài với mục tiêu là tạo dòng ngô kháng sâu và

kháng thuốc diệt cỏ có năng xuất cao và thích nghi tốt với các vùng sinh thái khác
nhau. Đây là dự án thuộc chương trình trọng điểm “Phát triển ứng dụng công nghệ
sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp” thực hiện từ tháng 10 năm 2006.


12

2.3. Các phương pháp chuyển gen ở thực vật
2.3.1. Phương pháp chuyển gen trực tiếp
2.3.1.1. Chuyển gen bằng súng bắn gen
Là sử dụng những công cụ (súng bắn gen) có thể tạo được áp lực trong
không khí đẩy được các viên đạn (bằng kim loại trơ, đường kính khoảng 1µm) có
phủ các vector chuyển gen đi với tốc độ 1300 m/s. Với tốc độ bắn này, viên đạn có
thể xuyên qua các lớp tế bào bên ngoài của mô và xâm nhập vào các tế bào bên
trong gặp nhân và gắn vào nhiễm sắc thể của tế bào. Chọn lọc tế bào mang gen và
tái sinh thành cây chuyển gen [10]
- Ưu điểm:
+ Có thể áp dụng với hầu hết các loại mô và tế bào.
+ Quá trình chuyển DNA ngoại lai vào tế bào nhanh.
+ Dễ sử dụng: qui trình đơn giản, một số lượng lớn mẫu có thể được xử lí
trong thời gian ngắn.
+ Các vectơ được thiết kế đơn giản
+ Cần một lượng nhỏ plasmid DNA.
+ Sự biểu hiện gen chuyển có thể quan sát được sau vài ngày.
- Nhược điểm:
+ Nhiều bản sao được chuyển vào tế bào cùng một lúc gây khó khăn cho việc
phân tích biểu hiện của gen đã chuyển.
+ Hiệu quả chuyển gen thấp, giá thành cao [10].
- Các nghiên cứu chuyển gen thành công bằng phương pháp này:
Báo cáo đầu tiên về chuyển gen bằng súng bắn gen vào đậu tương sử dụng chồi

phân sinh đỉnh làm mô đích được McCabe và cộng sự tiến hành năm 1988 [27].
2.3.1.2. Chuyển gen bằng xung điện
Kỹ thuật này áp dụng cho phương pháp chuyển gen vào tế bào trần. Người ta
chuẩn bị huyền phù tế bào trần và plasmid tái tổ hợp mang gen mong muốn và gen
chọn lọc. Dùng thiết bị điện xung tạo điện thế cao khoảng 200V-600V/cm trong
khoảng thời gian ngắn 4- 5‰S. Kết quả làm cho màng tế bào trần xuất hiện những
lỗ thủng tạm thời có đường kính khoảng 300 ηm mà qua đó các DNA tái tổ hợp ở
bên ngoài có thể xâm nhập vào bên trong tế bào. Sau quá trình xung điện, tế bào
trần được nuôi trong môi trường thích hợp hoặc môi trường chọn lọc để tách các tế


13

bào trần đã thu nhận được DNA. Sau đó các tế bào này được nuôi cấy để tái sinh
cây và tiếp tục chọn lọc [10].
Các nghiên cứu chuyển gen thành công bằng phương pháp xung điện:
Fromm và cộng sự (1985) lần đầu tiên cho rằng có thể cải tiến phương pháp
này để biến nạp gen vào thực vật. Năm 1985, nhóm tác giả đã sử dụng kỹ thuật
xung điện để chuyển gen vào tế bào trần của cây ngô và họ đã thu được cây ngô
chuyển gen bền vững bằng phương pháp này [22].
2.3.1.3. Chuyển gen bằng PEG (Polyetylenglycol)
Phương pháp chuyển gen nhờ PEG thường được sử dụng chuyển gen vào tế
bào trần.
Ở nồng độ cao, PEG làm cho DNA không ở trạng thái hoà tan nữa mà dính
trên màng sinh chất. Sau đó, bằng cách loại bỏ PEG và xử lý Ca2+ hoặc ở độ pH
cao, DNA biến nạp sẽ được chuyển nạp vào tế bào trần [10].
Ưu điểm:
+ Hiệu số chuyển gen cao, ổn định nếu quá trình biến nạp thành công.
+ Có thể chuyển gen vào tế bào trần của bất kỳ loài thực vật nào.
+ Không đòi hỏi những thiết bị đắt tiền.

Nhược điểm:
+ Quá trình biến nạp khó điều khiển, số lượng bản sao trong tế bào biến nạp
có thể lớn.
+ Dễ dẫn đến hiện tượng dung hợp tế bào trần, gây khó khăn trong phân tích
biểu hiện của gen.
2.3.1.4. Chuyển gen bằng phương pháp vi tiêm
Phương pháp vi tiêm là phương pháp sử dụng vi kim và kính hiển vi để đưa
DNA tái tổ hợp vào mỗi tế bào nhất định [10].
2.3.2. Phương pháp chuyển gen gián tiếp
2.3.2.1. Chuyển gen thông qua virus
Virus được sử dụng nhiều làm vectơ chuyển gen trong cây trồng do rất dễ
xâm nhập và lây lan trong cơ thể thực vật. Mặt khác, trong cấu tạo của virus cũng
có sự có mặt của axit nuclêic làm cơ sở cho việc gắn các gen cần chuyển vào. Tuy
nhiên, để trở thành vectơ chuyển gen thì virus cần có những tiêu chuẩn sau [10]:
+ Genome của virus là DNA chứ không phải là ARN.


14

+ Có thể di chuyển từ tế bào này qua tế bào khác thông qua các lỗ trên thành
tế bào.
+ Có khả năng tải được các đoạn DNA gắn vào.
+ Có phổ ký chủ rộng.
+ Không gây hại hoặc gây hại rất nhỏ.
Tuy nhiên, hiện nay việc chuyển gen nhờ virus rất ít được sử dụng. Do về
nguyên tắc virus không truyền qua hạt do nên việc nhân giống cây chuyển gen nhờ
virut phải được tiến hành bằng phương pháp vô tính. Điều này không phải được
thực hiện ở tất cả các loài cây. Cho nên, đây chính là nhược điểm lớn của phương
pháp chuyển gen nhờ virus [10].
2.3.2.2. Chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium

Agrobacterium tumefaciens và Agrobacterium rhizogenes là hai loài vi
khuẩn gây bệnh cho thực vật được sử dụng như các vector tự nhiên để mang các
gen ngoại lai vào mô và tế bào thực vật. A. tumefaciens có chứa một plasmid lớn
kích thước khoảng 200 kb gọi là Ti-plasmid (tumor inducing plasmid) chính là tác
nhân truyền bệnh cho cây. Khi cây bị nhiễm A. tumefaciens qua các vết thương,
biểu hiện bệnh rõ nhất là các khối u được hình thành ở ngay vị trí lây nhiễm. Sự
hình thành khối u sau đó có thể tiếp tục mà không cần thiết phải có sự hiện diện của
vi khuẩn. Khả năng này có được do A. tumefaciens đã chuyển một đoạn DNA của
Ti-plasmid (T-DNA) xâm nhập vào hệ gen của cây bị bệnh [5].
Các nghiên cứu chuyển gen thành công bằng phương pháp này:
Townsend và Thomas (1993) sử dụng quy trình tương tự đã thu được cây chuyển
gen từ giống Pioneer 9341. Các yếu tố quan trọng giúp họ thành công đó là (1) sử dụng
chất acetosyringone, (2) giới hạn nhiệt độ giai đoạn đồng nuôi cấy được kiểm soát trong
khoảng 18-280C, (3) mật độ tế bào vi khuẩn lây nhiễm từ 108 đến 3 x 109 /ml, (4) sử
dụng axit pyroglutamic để bổ sung vào trong môi trường tái sinh [36].
Parrott và cộng sự (1989) đã đưa ra một phương pháp chuyển gen khác đó là
sử dụng vi khuẩn Agrobacterium lây nhiễm với mẫu mô lá mầm hạt non để tạo phôi
vô tính sau đó tái sinh thành cây hoàn chỉnh. Ba cây chuyển gen có chứa gen zein
kích thước 15kD được hình thành. Tuy nhiên, những cây chuyển gen này đều bị
khảm và khi phân tích các cây ở thế hệ sau không thấy có một cây nào có chứa gen
zein 15kD [30].


15

2.4. Tổng quan về tính chịu hạn của cây trồng và gen chịu hạn GmCHS
2.4.1. Tính chịu hạn của cây trồng và các chỉ tiêu đánh giá tính chịu hạn
2.4.1.1. Tính chịu hạn của cây trồng
Hạn hán là tình trạng lượng nước tự nhiên thấp hơn mức trung bình trong một
thời gian dài trên diện rộng và mang tính khu vực. Trong các yếu tố bất lợi của môi

trường, hạn hán ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất cây trồng trên toàn thế giới [20].
Có hai loại hạn hán: hạn trong đất và hạn trong không khí. Có loại hạn thực
do thiếu nước trong môi trường gây nên nhưng cũng có loại hạn sinh lý là loại hạn
không phải do môi trường thiếu nước mà do cây không hút được nước trong môi
trường do nhiệt độ thấp, do nồng độ dung dịch môi trường quá cao ...[7].
Khi hạn hán cây bị stress nước dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng [7]:
- Gây nên hiện tượng co nguyên sinh và làm cho cây bị héo. Sự co nguyên
sinh các tế bào diễn ra khi nồng độ nước trong môi trường quá cao hay do stress
nước làm cho nước trong tế bào thất thoát ra ngoài nên khối nguyên sinh chất của tế
bào co lại, thể tích không bào thu hẹp.
Khi môi trường thiếu nước kéo dài, tế bào mất nước không bào co lại, mô
trở nên mềm yếu và sự héo xảy ra. Sự héo tạm thời nhưng cũng có thể vĩnh viễn nếu
sự thiếu nước nghiêm trọng và kéo dài.
- Hạn hán cản trở sự vận chuyển nước trong mạch gỗ. Khi thiếu nước do hạn
hán sự cung cấp nước cho rễ không đủ trong đêm để thủy hoá các mô đã bị thiếu
nước ban ngày, các lông hút bị tổn thương lớp ngoài vùng vỏ bị phủ suberin... đã
làm giảm áp suất rễ để đẩy cột nước lên trong mạch gỗ. Đặc biệt khi thiếu nước sẽ
hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ phá vỡ tính liên tục của cột nước nên cột
nước trong mạch gỗ không được đẩy lên liên tục.
- Hạn hán làm dày lớp cutin trên bề mặt lá làm giảm sự thoát hơi nước qua
biểu bì.
- Hạn hán làm giảm mạnh quang hợp. Sự thiếu nước làm giảm cường độ
quang hợp. Khi hàm lượng nước trong lá còn khoảng 40-50% quang hợp của lá bị
đình trệ.
- Hạn hán cản trở sự sinh trưởng của cây. Do thiếu nước ảnh hưởng đến các
hoạt động sinh lý nhất là quang hợp, nên làm giảm sinh trưởng, cây chậm lớn, năng
suất giảm sút.


16

2.4.1.2. Các hình thức chịu hạn của cây trồng
Có nhiều hình thức thích nghi với chế độ nước trong môi trường như nhóm
cây thủy sinh, nhóm cây ưa ẩm, nhóm cây trung sinh và nhóm cây hạn sinh. Nhóm
cây thủy sinh sống trong môi trường nước, nhóm cây ưa ẩm sống trong môi trường
có độ ẩm cao cho nên những nhóm cây này không thể sống trong môi trường khô
hạn. Nhóm cây trung sinh sông trong môi trường có độ ẩm thích hợp, nếu thiếu
nước nhóm cây này sinh trưởng phát triển chậm. Nhóm cây hạn sinh có những đặc
điểm thích nghi với môi trường khô hạn.
Trong nhóm cây hạn sinh có 4 hình thức chịu hạn khác nhau [7]:
- Cây mọng nước (xuculen): Đây là nhóm cây vừa chịu hạn vừa chịu nóng
rất cao, có thể sống trong vùng có khí hậu khô nóng kéo dài. Hình thức thích nghi
với hạn hán của nhóm cây này là tiêu giảm lá, rễ cây lan rộng, dự trữ nước trong
cây, lớp cuticum trên lá dày giảm thoát hơi nước, độ nhớt cao và sử dụng nước tiết
kiệm. Một số cây chỉ mở khí khổng vào đêm (cây CAM).
- Cây nửa hạn sinh (hemi xerophit): Đây là nhóm cây chịu hạn trung bình.
đặc điểm chính của nhóm cây này là bộ rễ phát triển để hút nước mạnh. Thoát hơi
nước cũng xảy ra mạnh. Độ nhớt không cao.
- Cây hạn sinh thực: là nhóm cây có khả năng chịu hạn cao. Cây hạn sinh
thực có độ nhớt Nguyên sinh chất cao, áp suất thẩm thấu cao, tính đàn hồi của
Nguyên sinh chất cao, quá trình thoát hơi nước yếu. Sử dụng nước tiết kiệm .. là
những đặc điểm giúp nhóm cây này chịu hạn tốt.
- Cây không điều tiết chế độ nước: Đây là nhóm thực vật có lối sống đặc biệt
thích nghi với chế độ nước trong môi trường. Khi khô hạn nhóm thực vật này sống ở
trạng thái tiềm sinh hay sống ngầm. Khi gặp mưa môi trường đủ nước chúng tiến hành
mọi quá trình sinh trưởng, phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng kết thúc vòng đời
2.4.1.3. Các chỉ tiêu đánh giá tính chịu hạn của cây trồng
- Phương pháp xác định gián tiếp [7]:
Dựa vào những đặc điểm hình thái giải phẫu, đặc điểm sinh lý đặc trưng của
cây chịu hạn như: Cường độ thoát hơi nước, sức hút nước của tế bào, độ thiếu nước

của cây, khả năng chịu héo của cây và cuối cùng là một chỉ tiêu rất quan trọng để
xác định khả năng chịu hạn của cây trồng đó là năng suất cây khi gặp hạn hán.
- Phương pháp xác định trực tiếp