nghiên cứu đánh giá đặc tính nông sinh học và tác động tới quần thể bọ đuôi bật (collembola) của một số dòng ngô chuyển gen kháng sâu trong điều kiện nhà lưới

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN
-----------------*-------------------

LÊ THỊ LAN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NÔNG SINH HỌC VÀ
TÁC ĐỘNG TỚI QUẦN THỂ BỌ ĐUÔI BẬT
(COLLEMBOLA) CỦA MỘT SỐ DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN
KHÁNG SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN NHÀ LƯỚI

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI, 2015


BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VN
-----------------*-------------------

LÊ THỊ LAN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ ĐẶC TÍNH NÔNG SINH HỌC VÀ
TÁC ĐỘNG TỚI QUẦN THỂ BỌ ĐUÔI BẬT
(COLLEMBOLA) CỦA MỘT SỐ DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN
KHÁNG SÂU TRONG ĐIỀU KIỆN NHÀ LƯỚI
Chuyên ngành: Khoa học cây trồng
Mã số: 60620110

LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. Phạm Thị Lý Thu

HÀ NỘI, 2015
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
TS. Phạm Thị Lý Thu, người đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp
đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể cán bộ Phòng Thí nghiệm Trọng điểm
Công nghệ Tế bào Thực vật - Viện Di truyền Nông nghiệp và TS. Nguyễn Thị
Thu Anh, Viện Sinh thái và Tài nguyên Thực vật đã giúp đỡ, tạo điều kiện về
cơ sở vật chất và phòng thí nghiệm cho tôi thực hiện các nghiên cứu.
Cuối cùng, tôi xin gửi tới bố mẹ, anh chị cùng bạn bè, những người đã
luôn quan tâm, ủng hộ và là chỗ dựa cho tôi trong suốt thời gian tôi làm khóa
luận này, cũng như trong cuộc sống.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đối với những giúp đỡ quý báu đó.

Học viên

Lê Thị Lan

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là
trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ cho một học vị nào. Mọi thông
tin được sử dụng trong luận văn đều được trích dẫn và ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, ngày 20 tháng 10 năm 2015
Học viên

Lê Thị Lan

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iii


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa

i

Lời cảm ơn

ii

Lời cam đoan

iii

Mục lục

iv

Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt

vii

Danh mục bảng

viii

Danh mục hình

x

MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
1. Tính cấp thiết của đề tài ........................................................................... 1
2. Mục đích và yêu cầu của đề tài ................................................................ 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. ............................................... 3
PHẦN 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU.............................................. 4
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài...................................................................... 4
1.1.1. Cơ sở khoa học nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng biến đổi gen ... 4
1.1.2. Cơ sở khoa học nghiên cứu chọn tạo cây ngô biến đổi gen kháng sâu .. 6
1.1.3. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu ảnh hưởng của cây biến đổi gen
đến bọ đuôi bật (Collembola) ........................................................................ 8
1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam............................... 9
1.2.1. Sản xuất ngô trên thế giới ................................................................... 9
1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam .................................................. 11
1.3. Tình hình nghiên cứu, phát triển cây trồng biến đổi gen .................. 12

1.3.1. Các nghiên cứu về cây trồng và tính trạng chuyển gen .................... 12
1.3.2. Tình hình canh tác cây trồng biến đổi gen trên thế giới ................... 14
1.3.3. Thực trạng cây trồng biến đổi gen ở Việt Nam ................................. 18
1.4. Khái quát về độc tố và cơ chế hoạt động ............................................ 19
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iv


1.5. Một số đặc điểm về sâu đục thân ngô châu Á Ostrinia furnacalis ..... 21
1.6. Một số nghiên cứu về bọ đuôi bật Collembola.................................... 22
PHẦN 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...... 24
2.1. Vật liệu nghiên cứu. ............................................................................. 24
2.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................... 24
2.3. Sơ đồ bố trí thí nghiệm ........................................................................ 25
2.4. Đánh giá đặc điểm nông sinh học và đặc tính kháng sâu .................. 26
2.4.1. Phương pháp đánh giá các chỉ tiêu nông sinh học ...........................26
2.4.2. Đánh giá sự có mặt của Protein cry1Ac bằng Kit thử nhanh ........... 27
2.4.3. Đánh giá khả năng kháng sâu đục thân ........................................... 27
2.5. Đánh giá sự đa dạng của quần thể bọ đuôi bật (Collembola) ............. 28
2.5.1. Thu mẫu bọ đuôi bật bằng phương pháp bẫy cốc (Pitfall trap) ........ 28
2.5.2. Thu mẫu bọ đuôi bật bằng phương pháp thu mẫu đất...................... 29
2.5.3. Các chỉ tiêu theo dõi .......................................................................... 31
2.6. Phân tích và xử lý số liệu ..................................................................... 32
PHẦN 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................... 33
3.1. Đánh giá một số đặc điểm nông học chính của các dòng ngô............ 33
3.1.1. Kiểm tra sự có mặt của protein cry1Ac bằng phương pháp thử nhanh
..................................................................................................................... 33
3.1.2. Đánh giá và sàng lọc các cây ngô chuyển gen kháng sâu bằng
phương pháp thử sâu nhân tạo ................................................................... 35

3.1.3. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển trong điều kiện nhà lưới
không có áp lực sâu nhân tạo ...................................................................... 41
3.1.4. Đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển trong điều kiện nhà lưới
có áp lực sâu nhân tạo ................................................................................ 47
3.2. Đánh giá sự đa dạng của quần thể bọ đuôi bật (Collembola) trong
phạm vi nhà lưới......................................................................................... 49
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


3.2.1. Đánh giá sự đa dạng của quần thể bọ đuôi bật (Collembola) bằng
phương pháp thu bẫy cốc ............................................................................ 50
3.2.2. Đánh giá sự đa dạng của quần thể bọ đuôi bật (Collembola) bằng
phương pháp thu mẫu đất ........................................................................... 56
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ....................................................................................... 63
1. Kết luận................................................................................................... 63
2. Đề nghị .................................................................................................... 63
DANH MỤC TÀI LIỆU ĐÃ CÔNG BỐ ................................................................ 64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 65
PHỤ LỤC

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


DANH MỤC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT
ADN

: phân tử nucleic axit

Bt

: Bacillus thuringiensis

CCC

: Chiều cao cây

CCCCC

: Chiều cao cây cuối cùng

CCĐB

: Chiều cao đóng bắp

CNSH

: Công nghệ Sinh học

cs

: Cộng sự

CV (%)

: Hệ số biến động

CIMMYT

: International Maize and Wheat Improvement Center - Trung

tâm cải tiến lúa mỳ và ngô quốc tế
ĐC

: Đối chứng

FAO

: Food and Agriculture Organization of the United Nations -Tổ

chức Lương thực và Nông nghiệp của Liên Hiệp Quốc
G–M

: Gieo - mọc

GMC

: Genetically Modified Crops - Cây trồng biến đổi gen

GMO

: Genetically modified organism - Sinh vật biến đổi gen

G – TC

: Gieo - trỗ cờ

G – TP

: Gieo - tung phấn

G – PR

: Gieo đến phun râu

ISAAA

: International Service for the Acquisition of Agri-biotech

Applications - Tổ chức quốc tế về tiếp thu các ứng dụng CNSH trong nông
nghiệp
LSD0,05

: Giới hạn sai số nhỏ nhất cho phép

PCR

: Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi trùng hợp

TGST

: Thời gian sinh trưởng

TLNM

: Tỷ lệ nảy mầm

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vii


TN

: Thí nghiệm

TP – PR

: Tung phấn - phun râu
DANH MỤC BẢNG

TT
1
2

TÊN BẢNG
Bảng 1.1: Tình hình sản xuất ngô trên thế giới giai đoạn 2009 -2013
Bảng 1.2: Tình hình sản xuất ngô một số nước trên thế giới năm
2012

TRANG
10
10

3

Bảng 1.3: Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam giai đoạn 2010-2014

12

4

Bảng 1.4: Cây trồng và sự kiện chuyển gen

13

5

Bảng 1.5: Các tính trạng chuyển gen

14

6

Bảng 1.6: Diện tích trồng cây chuyển gen của các nước năm 2014

16

7

Bảng 1.7: Các tính trạng chuyển gen được thương mại hóa

18

8

Bảng 2.1: Các dòng ngô sử dụng trong nghiên cứu

24

9

Bảng 3.1: Sự hiện diện của protein cry1Ac

34

10

Bảng 3.2: Tỷ lệ sâu chết trong phòng thí nghiệm

36

11

Bảng 3.3: Đánh giá khả năng kháng sâu đục thân trong điều kiện nhà lưới

38

12

Bảng 3.4: Một số giai đoạn sinh trưởng chính ở ngô

42

13

Bảng 3.5: Đặc điểm hình thái của các dòng ngô trong điều kiện nhà lưới

44

14

Bảng 3.6: So sánh các chỉ tiêu về bắp giữa các dòng ngô

46

15

Bảng 3.7: Đánh giá một số chỉ tiêu nông sinh học chính khi có áp lực

48

sâu nhân tạo
16

Bảng 3.8: Thành phần loài của Collembola ở khu vực thí nghiệm nhà

51

lưới trồng ngô biến đổi gen, trạm thực nghiệm Văn Giang
17

Bảng 3.9: So sánh các giá trị về số lượng loài, số cá thể theo từng đợt

52

thu mẫu

18

Bảng 3.10: So sánh giá trị chỉ số đa dạng H’ và chỉ số đồng đều (J’)

54

giữa công thức đối chứng và công thức thí nghiệm tại nhà lưới
19

Bảng 3.11: Các loài Collembola ưu thế và phổ biến ở khu vực nhà

56

lưới thí nghiệm
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page viii


20

Bảng 3.12: Thành phần loài của Collembola ở đất trồng ngô thí

57

nghiệm tại nhà lưới
21

Bảng 3.13: So sánh số loài và số lượng cá thể của Collembola ở đất

59

trồng ngô thí nghiệm tại nhà lưới
22

Bảng 3.14: So sánh chỉ số đa dạng H’, chỉ số đồng đều J’ của

60

Collembola ở đất trồng ngô thí nghiệm tại nhà lưới
23

Bảng 3.15: Các loài Collembola ưu thế và phổ biến ở khu vực nhà

61

lưới thí nghiệm

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ix


DANH MỤC HÌNH
TT

TÊN HÌNH

TRANG

1
2
3
4
5
6

Hình 2.1: Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Hình 3.1: Sự hiện diện protein Cry1Ac
Hình 3.2: Tỷ lệ sâu đục thân chết do ăn lá
Hình 3.3: Đánh giá khả năng kháng sâu trong phòng thí nghiệm
Hình 3.4: Khả năng kháng sâu đục thân trong điều kiện nhà lưới
Hình 3.5: Bắp của dòng đối chứng và dòng chuyển gen
CH9.13.159.1.6 trồng trong nhà lưới

25
34
36
37
40
56

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page x


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Cây ngô (Zea mays L.) là một trong ba cây lương thực quan trọng nhất

trên thế giới. Năm 2013, so với lúa mì và lúa gạo thì ngô đứng thứ hai về diện
tích, thứ nhất về năng suất và sản lượng; diện tích trồng ngô trên thế giới
khoảng 185,12 triệu ha với tổng sản lượng trên 1 tỷ tấn (FAOSTAT, 2014).
Với giá trị kinh tế cao và khả năng thích ứng rộng, cây ngô đã được trồng ở
hầu hết các vùng trên trái đất.
Tại Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa, là đối
tượng chủ lực trong công cuộc xóa đói giảm nghèo, đặc biệt ở các tỉnh vùng
núi. Năm 2014, năng suất ngô của Việt Nam đạt khoảng 4,41 tấn/ha với sản
lượng 5,19 triệu tấn (Tổng cục thống kê, 2015). Nhưng hiện nay ngô không
đáp ứng đủ nhu cầu trong nước, tính riêng 8 tháng đầu năm 2015, khối lượng
nhập khẩu mặt hàng này đạt 4,14 triệu tấn, giá trị nhập khẩu đạt tới 939 triệu
USD, tăng 43% về khối lượng và tăng 24,9% về giá trị so với cùng kỳ
năm 2014. Theo chiến lược của Bộ Nông nghiệp & PTNT đến năm 2020, sản
lượng ngô của Việt Nam cần đạt 8 – 9 triệu tấn/năm để đảm bảo cung cấp đầy
đủ cho nhu cầu sử dụng trong nước và từng bước tham gia xuất khẩu. Tuy
nhiên, ngành sản xuất ngô đang phải đối mặt với rất nhiều vấn đề như: khí
hậu biến đổi phức tạp, hạn hán, lũ lụt ngày càng nặng nề, tình hình sâu bệnh
dịch hại ngày càng tăng. Rất nhiều loại thuốc trừ sâu hóa học đang được sử
dụng để phòng trừ sâu bệnh với chi phí tốn kém, gây ô nhiễm môi trường và
gây độc hại cho sức khỏe con người, vật nuôi.
Sự kiện cây trồng biến đổi gen (GMC) đã mang lại những đóng góp to
lớm, góp phần xóa đói giảm nghèo, giảm ảnh hưởng của hệ thống nông
nghiệp tơi môi trường... Các nhà khoa học đã phát hiện ra gen Bt có nguồn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


gốc từ Bacillius thuringiensis là loại vi khuẩn đất, phần lớn độc tố do Bt sinh

ra có khả năng gây độc cao đối với các loại côn trùng. Các nghiên cứu đó
được ứng dụng và chuyển gen thành công ở cây vào cây ngô, bông, đậu
tương, lúa… bao gồm gen cry1Ab, cry1Ac, cry1Af, cry2A, cry3Bb1….
Ở Việt Nam, để tạo đà cho phát triển cây trồng biến đổi gen, nhiều cơ
quan, trường đại học, Viện nghiên cứu đã có những nghiên cứu cơ bản ban
đầu như sàng lọc các gen hữu ích, thiết kế vector chuyển gen. Tại Viện Di
truyền Nông nghiệp các nghiên cứu chuyển gen kháng sâu cry1Ac trên đối
tương cây ngô thông qua vi khuẩn Agrobacterium Tumefaciens từ năm 2006
và bước đầu thu được kết quả ở các dòng VH1, HR9, VN 106, CH9. Các
dòng ngô chuyển gen đã tạo ra này cần được tiếp tục đánh giá sự có mặt và
biểu hiện bền vững của gen chuyển trong các thế hệ tiếp theo với mục đích
khẳng định được khả năng kháng sâu, đặc điểm sinh trưởng, phát triển so với
các dòng gốc không chuyển gen và bước đầu đánh giá tác động của cây ngô
biến đổi gen đối với môi trường trong phạm vi nhà lưới. Xuất phát từ thực
tiễn trên, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu đánh giá đặc điểm nông
sinh học và tác động tới quần thể bọ đuôi bật (Collembola) của một số
dòng ngô chuyển gen kháng sâu trong điều kiện nhà lưới”.
2. Mục đích và yêu cầu của đề tài
Mục đích của đề tài
Chọn được dòng ngô chuyển gen mang đặc điểm nông sinh học và đặc
tính kháng sâu tốt nhất, từ đó đánh giá tác động tới quần thể bọ đuôi bật
(Collembola) trong nhà lưới.
Yêu cầu của đề tài
- Đánh giá được một số chỉ tiêu nông học chính (thời gian sinh trưởng,
chiều cao cây,..) của các dòng ngô trong phạm vi nhà lưới.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2

- Đánh giá được khả năng kháng sâu của các dòng ngô chuyển gen
thông qua các chỉ tiêu: mức độ gây hại trên lá, thân, bắp…
- Đánh giá sự đa dạng của quần thể bọ đuôi bật (Collembola) trong điều
kiện nhà lưới.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Ý nghĩa khoa học:
Kết quả nghiên cứu của đề tài sẽ là dẫn liệu khoa học làm cơ sở cho
hướng nghiên cứu chọn tạo và đánh giá cây trồng chuyển gen, tạo cơ sở cho
công nghệ nền ứng dụng CNSH trong chọn tạo giống cây trồng.
Ý nghĩa thực tiễn:
Các dòng ngô chuyển gen kháng sâu được chọn tạo sẽ góp phần tạo
nguồn vật liệu phục vụ cho công tác tạo giống cây ngô biến đổi gen tại Việt
Nam.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


PHẦN 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài
1.1.1. Cơ sở khoa học nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng biến đổi gen
Vào đầu thế kỷ 21, dân số thế giới đạt 6,1 tỷ vào năm 2000 và tiến tới
9,2 tỷ vào năm 2050 nên thách thức cho việc nhân đôi sản lượng lương thực
trong vòng 50 năm là rất lớn. Hiện tại, hơn 1 tỷ người trên thế giới đang phải
đối mặt với nạn đói và suy dinh dưỡng. Công nghệ hứa hẹn nhất trong tăng
sản lượng thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và bông sợi là việc tạo ra những
giống cây trồng với các tính trạng mới. Do đó, cây trồng biến đổi gen hiện

đang được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi tại nhiều quốc gia trên thế giới.
Nghiên cứu cây trồng biến đổi gen đã mang lại những lợi ích rõ rệt, bao gồm:
- Tăng sản lượng cây trồng toàn cầu để tăng an ninh lương thực, thức ăn
chăn nuôi và sợi, đảm bảo hệ thống canh tác cây trồng bền vững đồng thời
bảo tồn sự đa dạng sinh học
Trong suốt những năm vừa qua, các nhà khoa học đã nỗ lực tạo ra các
giống cây trồng chịu được các tác động bất lợi từ sâu bệnh, cỏ dại và bệnh
hại. Với diện tích canh tác không đổi, sản lượng gia tăng ổn định sẽ giúp đảm
bảo đa dạng sinh học, ngăn chặn nạn đốt phá rừng làm đất trồng trọt. Công
nghệ kháng sâu được ứng dụng đối với cây bông vải và cây ngô đã góp phần
khai thác tốt hơn tiềm năng năng suất của giống thông qua khả năng làm giảm
thiệt hại do sâu đục thân gây ra. Trong số 116,9 tỷ USD lợi nhuận tăng thêm
nhờ CNSH, có 42% lợi nhuận từ việc tăng năng suất cây trồng (377 triệu tấn),
58% lợi nhuận từ giảm chi phí sản xuất (ISAAA, 2013).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


- Góp phần xóa đói giảm nghèo
Cây trồng biến đổi gen đã mang lại lợi ích kinh tế ròng ở cấp độ trang
trại trong năm 2011 là 19,8 tỷ USD, tương đương với mức tăng trung bình
133 USD/ha. Từ năm 1996 đến năm 2012, cây trồng BĐG đã góp phần đảm
bảo an ninh lương thực, phát triển bền vững và đem lại giá trị kinh tế 217 tỷ
USD cho toàn cầu. Năm 2013 canh tác giống cây trồng BĐG đã mang lại lợi
nhuận cho 16,5 triệu hộ nông dân nhỏ và gia đình của họ với tổng số trên 65
triệu người. Trong số đó, có khoảng 15 triệu là hộ nông dân nhỏ, nghèo, ở các
nước như Ấn Độ và Trung Quốc. Trong tương lai, việc tập trung phát triển
các giống lúa biến đổi gen có thể mang lại lợi nhuận cho khoảng 250 triệu hộ

nông dân nghèo canh tác lúa ở châu Á (ISAAA, 2013).
- Giảm các ảnh hưởng của nông nghiệp đối với môi trường
Tập quán canh tác nông nghiệp truyền thống ảnh hưởng rất lớn đến môi
trường. CNSH có thể làm giảm các ảnh hưởng này. Các tiến bộ trong thập
niên đầu tiên của cây trồng CNSH bao gồm: làm giảm đáng kể lượng thuốc
trừ sâu, tiết kiệm nhiên liệu và làm giảm lượng khí CO2, nhờ phương pháp
canh tác không cần cày xới đất, bảo tồn đất, tăng hiệu quả sử dụng nước góp
phần bảo vệ nguồn nước trên thế giới. Cây trồng BĐG cũng giúp giảm sử
dụng 497 triệu kg thuốc trừ sâu, giảm 27 tỷ kg CO2 phát thải chỉ trong năm
2012, và giúp tiết kiệm 123 triệu ha đất sản xuất nông nghiệp (ISAAA, 2013).
Sự thay đổi trong hệ thống sản xuất của cây trồng CNSH đã giảm thiểu
mức độ khí thải nhà kính vào môi trường bằng việc giảm các nhiên liệu sử
dụng cho máy kéo và tăng lưu trữ khí carbon trong đất. Điều này tương ứng
với năm 2011, hơn 23 tỷ kg carbon dioxide đã được ngăn ngừa không bị thải

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


vào môi trường (khí thải giảm thiểu tương đương với việc “chặn” thành công
10,2 triệu xe ô tô lưu thông trên đường trong 1 năm) (ISAAA, 2013).
- Góp phần sản xuất nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn
CNSH giúp sản xuất nhiên liệu sinh học hiệu quả hơn, nhờ tối đa hóa
sản xuất sinh khối/ha đối với thế hệ đầu tiên cây lương thực, thức ăn chăn
nuôi, cây lấy sợi và nhờ thế hệ thứ hai là các cây trồng dùng để sản xuất năng
lượng. Mục tiêu này có thể đạt được nhờ tạo ra các giống cây nhiên liệu
chống chịu tốt các điều kiện bất lợi từ môi trường như hạn/ mặn và các bất lợi
như sâu bệnh, cỏ dại, dịch bệnh, cho năng suất cao và ổn định. CNSH cũng
tạo ra các loại enzym có hiệu quả hơn sử dụng trong quá trình sản xuất nhiên

liệu sinh học (James, 2014).
1.1.2. Cơ sở khoa học nghiên cứu chọn tạo cây ngô biến đổi gen kháng sâu
Các gen Bt (các gen có nguồn gốc từ Bacillius thuringiensis) được ứng
dụng và chuyển gen thành công ở cây ngô bao gồm gen cry1Ab, cry1Ac,
cry1Af, cry2A, cry3Bb1, cry34Ab1, cry35Ab1. Điều đáng lưu ý là hầu hết các
giống ngô chuyển gen kháng sâu đã được thương mại hóa đều mang gen
cry1Ab. Tuy nhiên, nghiên cứu biến nạp sử dụng vector mang gen cry1Ac
cũng đã thành công trên một số đối tượng cây trồng như lúa, ngô, khoai tây
(Saxena et al., 2004). Từ thập niên 80 của thế kỳ trước, các độc tố của Vi
khuẩn Bacillus thuringensis đã được nghiên cứu để sử dụng làm thuốc trừ sâu
sinh học. Các nghiên cứu của Mosanto với chế phẩm 87.701MON , thuốc trừ
sâu sinh học mang độc tố cry1Ac từ vi khuẩn Bt có khả năng diệt hiệu quả
các loài côn trùng cánh phấn mục tiêu trên cây đậu tương như Anticarsia
gemmatalis, Pseudoplusia includens, Epinotia aporema.
Khả năng biểu hiện của các gen cry1A trên cây ngô chuyển gen đã
được kiểm nghiệm trong điều kiện phòng thí nghiệm và điều kiện đồng ruộng.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


Công ty Monsato tiến hành các thí nghiệm đồng ruộng đối với giống ngô
chuyển gen “YieldGard” Baccillus thuringiensis chứa gen cry1Ac tại Trung
Quốc (Ali et al, 2010), nhằm đánh giá khả năng kháng đối với sâu đục thân
châu Á Ostrinia furnacalis. Kết quả đánh giá thiệt hại của cây và số lượng ấu
trùng còn sống sót chỉ ra rằng, giống ngô Bt có khả năng kháng cao đối với
sâu đục thân ngô châu Á. Speese và cs (2005) tiến hành thí nghiệm đánh giá
khả năng kháng sâu của các giống ngô ngọt chuyển gen Bt trong các điều kiện
canh tác khác nhau tại Virginia, Mĩ. Kết quả cho thấy trong điều kiện áp lực

sâu vừa phải, cây ngô chuyển gen có khả năng kháng sâu mà không cần sử
dụng bất kì biện pháp phòng trừ nào.
Hiện nay, nhiều công ty giống đã bán ra thị trường các giống ngô
chuyển gen kháng sâu phát triển từ các “sự kiện biến nạp gen”. Các giống ngô
này có thể mang một hoặc nhiều gen kháng. Cho đến nay, đã có khá nhiều
nghiên cứu thành công tạo ra được các giống ngô chuyển gen mang một hoặc
hai gen (kháng sâu và kháng thuốc diệt cỏ). Dòng ngô chuyển gen MON
88017 có khả năng kháng côn trùng ở miền tây (Diabrotica virgifera) và miền
bắc nước Mỹ (Diabrotica barberi) và biểu hiện khả năng kháng thuốc trừ cỏ
glyphosate. Hai gen cry3Bb1 và EPSPS đã được chuyển vào dòng ngô LH198
bằng phương pháp biến nạp thông qua A.tumefaciens. Dòng ngô chuyển gen
DAS-59122-7 kháng 3 loại côn trùng cánh cứng

Diabrotica virgifera,

Diabrotica barberi và Diabrotica baberi zeae của Mexico nhờ việc chuyển 3
gen cry34Ab1, cry35Ab1 và gen pat vào dòng ngô lai HiII thông qua
A.tumefaciens. Dòng ngô BT11 vừa có khả năng kháng côn trùng, vừa có khả
năng kháng thuốc diệt cỏ đặc biệt là glufosinate. Dòng ngô ngày được tạo ra
bằng việc chuyển trực tiếp plasmid pZ01502 có chứa một dạng gen cry1Ab và
gen pat vào tế bào trần và tái sinh cây trên môi trường chọn lọc (Duyn, 2008).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7


1.1.3. Cơ sở khoa học của việc nghiên cứu ảnh hưởng của cây biến đổi gen
đến bọ đuôi bật (Collembola)
Nói đến chất lượng môi trường đất (sức khỏe của đất) người ta thường

quan tâm đến các thành phần sinh học trong đất vì có liên quan trực tiếp đến
số lượng và mức độ đa dạng của các động vật không xương sống ở đất. Các
động vật không xương sống này được coi như những thành phần sống của đất
và là những sinh vật chỉ thị cho chất lượng đất (Blair et al., 1996). Trong số
các động vật không xương sống ở đất, Collembola được chú ý đến như một
nhóm sinh vật chỉ thị vì vai trò to lớn của chúng trong các chu trình dinh
dưỡng và phân hủy, đóng vai trò quan trọng trong mạng lưới thức ăn ở cạn
(Frampton et al., 1997). Chúng tham gia tích cực vào các hoạt động sống của
các quần xã ở đất và là nhóm tiên phong trong quá trình tạo đất. Phần lớn các
động vật chân khớp bé, trong đó có Collembola thường xuất hiện ở lớp đất mặt
0-10cm và chúng chiếm 90-95% số lượng trong các mẫu thu động vật ở đất.
Chúng có khả năng thích ứng với chế độ đất, đa dạng nhất và nhiều loài có
thể sống trong những điều kiện cực kỳ bất lợi của môi trường sống. Do bọ
đuôi bật Collembola khá nhạy cảm với thay đổi của môi trường nơi chúng
sống, nhất là sự thay đổi của lớp thảm thực vật; do có chu kỳ sống ngăn, sinh
sản nhanh vào thời gian bất kỳ trong năm. Hơn nữa, bọ đuôi bật Collembola
lại rất phong phú, chúng có số lượng lớn trong đất, có thể thu bắt dễ dàng, nên
là đối tượng được sử dụng để đánh giá mức độ thay đổi của môi trường nơi
chúng cư trú (Straalen et al., 2002; Greenslade et al., 1997).
Bọ đuôi bật Collembola hình thành một quần xã đa loài, phản ánh tính
khảm của điều kiện quần lạc thực vật trên mặt đất. Tuy nhiên, Collembola
không hoàn toàn bị lệ thuộc bởi giới hạn quần lạc thực vật. Điều kiện sinh
cảnh càng bất thường bao nhiêu thì thành phần loài càng nghèo bấy nhiêu và
có thể số lượng cá thể mỗi loài càng tăng lên bấy nhiêu. Thông thường, thành
phần loài Collembola nghèo nàn khi môi trường không khí bị tác động, khi

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8

nhiệt độ tới hạn, độ ẩm biến đổi và những dị thường khác của quá trình phân
hủy vụn hữu cơ. Thành phần loài cũng nghèo ở giai đoạn đầu tiên của quá
trình hình thành đất. Trong quần xã Collembola thường có những loài hạt
nhân, đó là những loài ưu thế. Chúng xác định chỉ số cơ bản của sự phân
nhóm. Những điều kiện ưu thế, thường là loài có số lượng cá thể chiếm 510% trong tổng số chung. Mỗi một sinh cảnh được đặc trưng không chỉ bởi
một loài hay một nhóm loài ưu thế, mà còn bởi phạm vi của những dạng ưu
thế tiềm tàng, bởi vì sự biến đổi các điều kiện trong năm và theo mùa có thể
làm thay đổi mạnh tỷ lệ số lượng các loài. Quần xã Collembola khi chiếm lĩnh
sinh cảnh thì phản ánh đặc điểm của môi trường sinh sống. Những dẫn liệu về
thành phần loài, mật độ quần thể (mức độ phong phú của quần thể), sự biến
động số lượng, các nhóm hình thái, sinh thái, phổ các dạng sống, các nhóm
loài đặc trưng, sự phân bố thẳng đứng của chúng và thậm chí cả sự phân bố vi
sinh cảnh,… sẽ cho ta một bức tranh khá đầy đủ về mối quan hệ của quần xã
Collembola với đặc điểm sinh thái của môi trường sinh sống.
1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Sản xuất ngô trên thế giới
Theo tài liệu công bố của CIMMYT, diện tích trồng ngô tăng đáng kể
trong vòng 20 năm trở lại đây, tuy nhiên trong những năm gần đây thì diện
tích trồng ngô trên toàn thế giới biến động không nhiều, năm 2001 diện tích
trồng ngô trên thế giới là 139,4 triệu ha; năm 2013 là 185,12 triệu ha
(FAOSTAT, 2014). Nguyên nhân làm cho diện tích ngô hiện nay tăng chậm
là do quỹ đất canh tác hạn hẹp, đất đai bị sa mạc hoá, hạn hán, lũ lụt, xói mòn,
rửa trôi... mặc dù vậy năng suất và sản lượng ngô vẫn tăng mạnh, do các nước
đã đầu tư cho việc phát triển sản xuất ngô như: áp dụng các tiến bộ khoa học
kỹ thuật về giống, phân bón, kỹ thuật canh tác....

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9

Bảng 1.1: Tình hình sản xuất ngô trên thế giới giai đoạn 2009 -2013
Năm
2009
2010
2011
2012
2013

Diên tích (triệu ha)
158,74
164,03
171,69
179,22
185,12

Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (triệu tấn)
5,16
820,20
5,19
851,26
5,17
887,66
4,89
877,92
5,49
1018,11
Nguồn: FAOSTAT – 2015

Qua số liệu bảng 1.1 cho thấy: trong 5 năm gần đây diện tích trồng ngô
trên thế giới biến động không đáng kể, nhưng năng suất và sản lượng liên tục
tăng. Sản lượng ngô thế giới năm 2013 đạt 1018,11 triệu tấn tăng 197,91 triệu
tấn so với năm 2009. Tuy nhiên thực tế cho thấy năng suất ngô cao (trên mức
trung bình của thế giới) chỉ tập trung ở những nước phát triển, vì các nước
này đã sử dụng gần như 100% diện tích để gieo trồng những giống ngô lai có
năng suất cao, đồng thời có điều kiện để đầu tư thâm canh cao.
Bảng 1.2: Tình hình sản xuất ngô một số nước trên thế giới năm 2012
Nước
Mỹ
Trung Quốc
Brasil
Ấn Độ
Mêxicô
Indonesia
Argentina
Pháp
Hungari
Thái Lan

Diện tích
(triệu ha)
35,35
34,96
14,22
8,40
6,92
3,95
3,50
1,71

1,19
1,08

Năng suất
(tấn/ha)
7,74
5,95
5,01
2,50
3,18
4,89
7,34
9,08
3,98
4,45

Sản lượng
(triệu tấn)
273,83
208,25
71,29
21,06
22,06
19,37
25,70
15,61
4,74
4,81
Nguồn: FAOSTAT – 2014

Số liệu bảng 1.2 cho thấy: Mỹ là nước có diện tích trồng ngô nhiều nhất
trên thế giới, năm 2012 diện tích ngô của Mỹ là 35,35 triệu ha chiếm 31,7%
diện tích trồng ngô trên toàn thế giới, tiếp Mỹ là Trung Quốc với 34,96 triệu

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


ha chiếm 31,3% diện tích trồng ngô trên thế giới, đứng thứ ba là Brasil (14,22
triệu ha). Theo đánh giá của FAO, sự tăng trưởng về nhu cầu ngô trên thế giới
giai đoạn 2001- 2010 chậm, hàng năm tăng trưởng 1,9%. Năm 2000, lượng
ngô xuất khẩu của thế giới là 72,5 triệu tấn, giảm 0,2 triệu tấn so với năm
1996, các nước thuộc khu vực Đông Á là những nước nhập khẩu ngô chính.
Năm 2000, Nhật Bản nhập khoảng 16 triệu tấn, chiếm 14% tổng lượng ngô
nhập khẩu toàn thế giới, Hàn Quốc nhập khẩu khoảng 8 triệu tấn và Đài Loan
nhập khoảng 5,1 triệu tấn. Những nước xuất khẩu ngô chính là Mỹ, Pháp.....
như vậy trên toàn cầu trong những năm qua và thời kỳ sắp tới diện tích thị
trường ngô không còn nhiều biến động lớn, chỉ có năng suất ngô sẽ tăng
tương đối nhanh ở nhiều quốc gia. Năng suất ngô tăng mạnh sẽ đem lại sự
tăng trưởng về sản lượng đặc biệt là ở các nước đang phát triển.
1.2.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam
Ngô được trồng ở nước ta cách đây khoảng 300 năm nhưng đã nhanh
chóng trở thành một trong hai cây lương thực quan trọng nhất trong hệ thống
các cây lương thực chính. Ngô có khả năng thích ứng rộng, trồng được nhiều
vụ trong năm, trồng được trên nhiều loại đất và địa hình khác nhau, điều kiện
tự nhiên ở nước ta rất thuận lợi cho cây ngô phát triển. Chính vì vậy, ở nước
ta ngô được trồng ở hầu hết các vùng trong cả nước, giai đoạn từ năm 1990 –
2000 tỷ lệ tăng trưởng ngô ở nước ta khá cao đạt 3,7%/năm về diện tích,
5,5%/năm về năng suất, 9,2%/năm về sản lượng (theo số liệu thống kê năm

2000 của tổ chức CIMMYT). Nhìn chung, tiềm năng phát triển và sản xuất
ngô ở nước ta còn rất lớn cả về diện tích và thâm canh tăng năng suất.
Những năm trước đây, sản xuất ngô ở Việt Nam chưa được chú trọng
nên phát triển chậm chưa tương xứng với tiềm năng của nước ta. Theo số liệu
thống kê, những năm trước 1985 diện tích trồng ngô biến động từ 270.000 ha
– 400.000 ha, năng suất khoảng 0,9 – 1,1 tấn/ha và sản lượng không vượt quá

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


45 vạn tấn. Nguyên nhân chính dẫn đến tình trạng trên là do tập quán canh tác
lạc hậu, chưa đầu tư thích đáng cho việc phát triển sản xuất ngô, cơ cấu mùa
vụ chưa ổn định cho từng vùng sinh thái, về đầu tư vật chất kỹ thuật, cơ sở hạ
tầng còn thấp, tiêu thụ không ổn định. Tình hình sản xuất ngô của Việt Nam
trong những năm gần đây được thể hiện qua bảng 1.3.
Bảng 1.3: Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam giai đoạn 2010-2014
Năm
2010
2011
2012
2013
2014

Diện tích (1000 ha)
1125,7
1121,3
1118,2
1170,4

1177,5

Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (1000 tấn)
4,14
4625,7
4,31
4835,6
4,30
4973,6
4,44
5191,2
4,41
5191,7
Nguồn:Tổng cục thống kê, 2015

Số liệu bảng 1.3 cho thấy diện tích trồng ngô của Việt Nam trong các
năm gần đây tăng ít, từ 1125,7 nghìn ha (2010) lên 1177,5 nghìn ha (2014).
Năng suất tăng không đáng kể từ 4,14 tấn/ha (2010) lên 4,41 tấn/ha
(2014). Năng suất ngô của Việt Nam cũng tăng dần trong 5 năm qua, nhưng
nếu so với năng suất trung bình của thế giới thì năng suất ngô của nước ta
còn rất thấp. Năm 2012, năng suất ngô của thế giới là 4,89 tấn/ha, còn ở Việt
Nam là 4,30 tấn/ha. Tuy vậy sản xuất ngô trong nước vẫn chưa đáp ứng đủ
nhu cầu, hàng năm nước ta phải nhập khẩu trên 1 triệu tấn ngô làm nguyên
liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi.
1.3. Tình hình nghiên cứu, phát triển cây trồng biến đổi gen
1.3.1. Các nghiên cứu về cây trồng và tính trạng chuyển gen
Theo số liệu báo cáo của Tổ chức Dịch vụ Quốc tế về tiếp thu các ứng
dụng Công nghệ Sinh học trong Nông nghiệp (ISAAA, 2015), đến nay các
nhà khoa học trên thế giới đang tập trung nghiên cứu, phát triển cây trồng
biến đổi gen cho 24 loại cây trồng khác nhau với 364 sự kiện (Event) chuyển

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


gen đã được tạo ra, bao gồm các nhóm cây lấy hạt, cây lấy dầu, cây lấy củ,
cây lấy quả, cây lấy sợi và cây hoa (bảng 1.4). Trong số đó, cây ngô được
nghiên cứu chủ yếu với 138 sự kiện, tiếp đến là cây bông vải (54), khoai tây
(42), cải dầu (36), đậu tương (30). Trong tổng số 36 gen đã được chuyển vào
cây trồng có 14 gen được ứng dụng rộng rãi hơn cả như: gen kháng kháng
sinh, gen kháng côn trùng, gen kháng thuốc diệt cỏ, gen nâng cao khả năng
chống chịu hạn, gen kháng bệnh virus, gen biến đổi màu sắc hoa,.. (bảng 1.5).
Bảng 1.4: Cây trồng và sự kiện chuyển gen
Cây trồng
Ngô (Zea mays L.)

Sự
kiện

Cây trồng

Alfalfa
138
(Medicago sativa)

Cả dầu Ba
Bông
(Gossypium
54 Lan (Brassica

hirsutum L.)
rapa)
Khoai tây (Solanum
tuberosum L.)
Cải dầu
Argentina (Brassica
napus)
Đậu tương (Glycine
max L.)
Cẩm chướng
(Dianthus
caryophyllus)
Cà chua
(Lycopersicon
esculentum)
Lúa (Oryza sativa
L.)

Củ cải đường
42
(Beta vulgaris)

Sự
kiện

Cây trồng

Sự kiện

4

Thuốc lá
(Nicotiana
tabacum L.)

2

4

Cà tím (Solanum
melongena)

1

3

Creeping
Bentgrass
(Agrostis
stolonifera)

1

32

Mía đường
(Saccharum sp.)

3

Lanh (Linum
usitatissumum L.)

1

30

Táo (Malus x
Domestica)

2

Mận (Prunus
domestica)

1

19

Hoa hướng dương
(Populus sp.)

2

Petunia (Petunia
hybrida)

1

Hoa hồng (Rosa

11
hybrida)
7

Bí (Cucurbita
pepo)

2
2

Ớt ngọt
(Capsicum
1
annuum)
Lúa mì (Triticum
1
aestivum)
Nguồn: ISAAA, 2015

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13


Bảng 1.5: Các tính trạng chuyển gen
TT

Tính trạng

Cây trồng

1

Kháng kháng sinh

Bông, Alfalfa, Lanh

2

Kháng côn trùng bộ cánh vẩy

Ngô, khoai tây

3

Kìm hãm quá trình chín

Cà chua, cẩm chướng, chanh

4

Chịu hạn

Ngô, mía đường

5

Phục hồi hữu dục

Cải dầu, ngô

6

Kháng thuốc diệt cỏ Glufosinate

Bông, cải dầu

7

Kháng thuốc diệt cỏ Kháng thuốc diệt
Ngô, Alfalfa, cải dầu
cỏ Glyphosate

8

Kháng côn trùng bộ cánh cứng

Bông, ngô, đậu tương, lúa

9

Gây bất dục đực hạt phấn

Cải, ngô

10

Biến đổi màu sắc hoa

Hoa hồng, hoa cẩm chướng

11

Biến đổi acid béo

Đậu tương, cải dầu

12

Gen kháng đa côn trùng

Hướng dương, bông, ngô

13
14

Tổng hợp amino acid thiết yếu với sự
có mặt của thuốc diệt cỏ Sulfonylurea
Kháng bệnh virus

Cây lanh, đậu tương, bông, ngô
Đậu, bí, ớt ngọt, cà chua, mận, đu
đủ, khoai tây
Nguồn: ISAAA, 2015

1.3.2. Tình hình canh tác cây trồng biến đổi gen trên thế giới
Theo báo cáo hàng năm của ISAAA, sau 19 năm phát triển (kể từ năm
1996), các loại cây trồng chuyển gen được thương mại hóa ngày càng tăng
qua các năm. Tính riêng năm 2014, cây trồng biến đổi gen được trồng rộng rãi
tại 28 nước với tổng diện tích khoảng 181,5 triệu ha (số nước trồng cây biến

đổi gen tăng 4 lần, diện tích tăng hơn 100 lần so với năm 1996), tỷ lệ tăng
trưởng hàng năm khoảng 3 đến 4%. Trong đó Mỹ là quốc gia đứng đầu về

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14