Nghiên cứu tăng cường khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trường trên đối tượng cây xoan ta (melia azedazach l ) bằng công nghệ gen thực vật ( Luận án thạc sĩ)

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÙI VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CÁC ĐIỀU KIỆN
BẤT LỢI CỦA MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐỐI TƯỢNG CÂY XOAN TA
(Melia azedarach L.) BẰNG CÔNG NGHỆ GEN THỰC VẬT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Hà Nội, 2014



VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

BÙI VĂN THẮNG

NGHIÊN CỨU TĂNG CƯỜNG KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU CÁC ĐIỀU KIỆN
BẤT LỢI CỦA MÔI TRƯỜNG TRÊN ĐỐI TƯỢNG CÂY XOAN TA
(Melia azedarach L.) BẰNG CÔNG NGHỆ GEN THỰC VẬT

Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 62 42 01 21

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Chu Hoàng Hà
2. TS. Lê Văn Sơn

Hà Nội, 2014


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Biến đổi khí hậu ngày càng diễn ra mạnh mẽ là nguyên nhân làm tăng những
bất lợi từ môi trƣờng, ảnh hƣởng đến sự sinh trƣởng và phát triển của nhiều loài cây
trồng. Do sự thay đổi khí quyển với hiệu ứng nhà kính, nhiệt độ của khí quyển ấm
dần lên, băng tan ở hai cực sẽ tạo sự ngập lụt ở các vùng đất thấp. Lũ lụt, hạn hán và
sự xâm nhập mặn sẽ trở thành vấn đề lớn gây ảnh hƣởng nghiêm trọng đến phát triển
nông lâm nghiệp. Để thích ứng với những biến đổi khí hậu và những hệ quả của
chúng, chiến lƣợc chung của ngành nông lâm nghiệp là ƣu tiên tạo ra những giống
cây trồng chống chịu đƣợc khô hạn, mặn, ngập úng, lạnh và chống chịu với đất có
vấn đề nhƣ acid, thiếu lân, ngộ độc sắt, ngộ độc nhôm.
Những tác động bất lợi từ môi trƣờng nhƣ khô hạn, đất nhiễm mặn, ngập
úng, nhiệt độ cực đoan thƣờng làm mất cân bằng về áp suất thẩm thấu gây ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lƣợng của nhiều loài cây trồng (Linhui
et al., 2012). Một trong những phản ứng thƣờng gặp nhất khi cây gặp các điều kiện
bất lợi về nƣớc đó là tăng cƣờng tổng hợp và tích lũy các chất chuyển hóa nhƣ các
loại đƣờng tan, axít amin, v.v. để tăng cƣờng áp suất thẩm thấu cho tế bào. Proline
và glycine betaine đƣợc biết đến là một trong những chất đóng vài trò quan trọng
trong quá trình điều chỉnh áp suất thẩm thấu nội bào khi thực vật sống trong các
điều kiện bất lợi nhƣ khô hạn, mặn, lạnh (Sávio et al., 2012). Trong tế bào thực vật,
glycine betaine (GB) đƣợc tổng hợp từ choline thông qua hai phản ứng liên tiếp
đƣợc xúc tác bởi choline monooxygenase (CMO) và betain aldehyde
dehydrogenase (BADH) (Rathinasbapathi et al., 1997). Cũng giống nhƣ thực vật
bậc cao, ở vi khuẩn E. coli và ở một số động vật, con đƣờng sinh tổng hợp GB cũng

trải qua hai bƣớc là khử choline thành betaine aldehyde và oxy hóa betaine
aldehyde thành GB (Takabe et al., 1998). Ngƣợc lại, con đƣờng sinh tổng hợp GB ở
vi khuẩn Arthrobacter globiformis và Arthrobacter panescens lại rất đơn giản, từ
choline chuyển hóa thành sản phẩm trực tiếp là GB chỉ cần xúc tác bởi choline
oxydase (COD) (Ikuta et al., 1977). Sinh tổng hợp proline ở thực vật bậc cao có thể
đƣợc thực hiện qua hai con đƣờng hoặc từ glutamate hoặc từ ornithine. Con đƣờng
sinh tổng hợp proline từ glutamate đƣợc chứng minh đầu tiên ở vi khuẩn bởi
Leisinger (Leisinger, 1987) và sau đó là ở nhiều loài sinh vật nhân sơ và nhân chuẩn


2

khác nhau. Ở thực vật bậc cao, chu trình này chỉ đƣợc xác định sau khi các nhà
khoa học thành công trong việc phân lập đƣợc đoạn cDNA của gen mã hóa cho
enzyme pyrroline-5-carboxylate synthetase (P5CS) (Hu et al., 1992). P5CS là một
enzyme giữ hai chức năng, thứ nhất enzyme hoạt hóa glutamate trở thành dạng hoạt
động là glutamic semialdehyde và sau đó xúc tác cho phản ứng đóng vòng để tạo ra
pyrroline-5-carboxylate. Dẫn xuất này sau đó sẽ bị khử bằng phản ứng xúc tác bởi
enzyme pyrroline-5-carboxylate reductase để tạo proline.
Từ những hiểu biết sâu sắc về con đƣờng sinh tổng hợp glycine betaine và
proline ở sinh vật, cùng với sự phát triển mãnh mẽ của lĩnh vực công nghệ gen, đặc
biệt là kỹ thuật tạo cây trồng biến đổi gen. Các nhà khoa học đã phân lập đƣợc các
gen: codA (COD), COX, BADH, betA (CDH), CMO, GSMT, SDMT, P5CS và P5CR
từ nhiều nguồn khác nhau, mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng
hợp GB và proline. Các gen này đã đƣợc thiết kế với các promoter biểu hiện đặc
hiệu, mạnh và chuyển thành công vào nhiều loài cây trồng, các loài cây trồng biến
đổi gen tăng cƣờng khả năng chống chịu điều kiện bất lợi của môi trƣờng (Amudha
& Balasubramani, 2011). Các kết quả công bố cho thấ y : Cây Arabidopsis thaliana
chuyể n gen codA,COX, GSMT/SDMT tăng cƣờng khả năng chiụ la ̣nh , nhiê ̣t đô ̣ cao,
chịu mă ̣n và băng giá (Ali et al., 1998a, 1998b; Hayashi et al., 1997, 1998;

Sakamoto et al., 2000; Huang et al., 2000), cây cải be ̣ (Brassica juncea) chuyể n gen
codA có khả năng chiụ mă ̣n tố t hơn cây đố i chƣ́ng (Waditee et al., 2005). Tƣơng tự,
cây lúa (Oriza sativa) chuyển gen codA, betA,COX, CMO, cây cà chua, cây hồng,
cây bạch đàn chuyể n gen codA cũng tăng cƣờng kh ả năng chiụ la ̣nh , hạn, mă ̣n và
oxy hóa (Sakamoto et al., 1998, Takabe et al., 1998; Su et al., 2006; Shirasawa et
al., 2006; Mohanty et al., 2002; Park et al., 2004, 2007a; Yu et al., 2009). Cây thuốc
lá chuyển gen COX, betA, CMO, BADH (Lilius et al., 1996; Nuccio et al., 1998;
Yang et al., 2008), cây cà rốt chuyển gen BADH (Kumar et al., 2004); cây bông và
ngô chuyển gen betA (Lv et al., 2007; Quan et al., 2004a, 2004b) cũng đã đƣợc
chứng minh là chống chịu tốt hơn với các điều kiện cực đoan của môi trƣờng. Kết
quả nghiên cứu chuyển gen P5CS, P5CR,  -OAT tham gia sinh tổng hợp proline
vào cây thuốc lá, lúa nƣớc, lúa mì, cà rốt, chanh, đậu tƣơng, Arabidopsis cho thấy
cây chuyển gen chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trƣờng sống bị mặn, hạn, oxy
hóa, nhiệt cao và băng giá (Kavi Kishor et al., 1995; Zhu et al., 1998; Hong et al.,


3

2000; Anoop et al., 2003; Su & Wu, 2004; Sawahel & Hassan, 2002; Han &
Hwang, 2003; Hur et al., 2004; Molinari et al., 2004; De Ronde et al., 2004).
Việt Nam là một trong những quốc gia bị tác động mạnh mẽ của việc biến
đổi khí hậu, do đó hạn hán và đất nhiễm mặn hoang hóa đang ngày một gia tăng,
đây sẽ là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất và chất lƣợng cây
trồng nông lâm nghiệp và thu hẹp diện tích đất canh tác. Vì vậy, viê ̣c triể n khai các
nghiên cƣ́u nhằ m ta ̣o ra đƣơ ̣c các giố ng cây trồ ng nông lâm nghiệp có khả năng
chố ng chiụ đƣơ ̣c các điề u kiê ̣n bấ t lơ ̣i của môi trƣờng nhƣng vẫn đảm bảo đƣơ ̣c
năng suấ t và chấ t lƣơ ̣ng tố t đang là vấ n đề cấ p bách và cầ n thiế t nhấ t hiê ̣n nay. Trên
thế giới, các nghiên cứu tạo cây trồng biến đổi gen tăng cƣờng chống chịu các điều
kiện môi trƣờng bất lợi chủ yếu tập chung vào nhóm cây nông nghiệp, còn nhóm
cây lâm nghiệp (cây gỗ) mới chỉ có một vài công trình công bố (Yu et al., 2009, Yu

et al., 2010). Trong lâm nghiệp, cây dƣơng (Populus sp.) đƣợc sử dụng nhƣ là cây
mô hình cho các nghiên cứu chuyển gen. Tuy nhiên, hạn chế duy nhất của loài cây
này đó là khó sinh trƣởng trong điều kiện khí hậu của Việt Nam. Vì vậy, việc tìm
kiếm một loài cây dễ thích ứng và phổ biến ở Việt Nam để làm cây mô hình cho các
nghiên cứu theo hƣớng quan tâm trên đối tƣợng cây lâm nghiệp trở nên rất cần thiết.
Cây Xoan ta đƣợc đánh giá là một trong những cây trồng quan trọng trong chiến
lƣợc phát triển lâm nghiệp ở nƣớc ta. Nó có mặt ở 6/9 vùng sinh thái lâm nghiệp,
trong đó 3 vùng: Vùng Trung tâm, vùng Đồng bằng Sông Hồng và vùng Nam
Trung bộ Xoan ta đứng đầu trong danh mục các cây trồng đƣợc ƣu tiên phát triển
theo quyết định số 16/2005/QĐ-BNN ngày 15/03/2005 của Bộ trƣởng Bộ
NN&PTNT. Hơn nữa, những kết quả nghiên cứu bƣớc đầu trong việc xây dựng
phƣơng pháp chuyển gen ở đối tƣợng cây Xoan ta là rất có triển vọng (Bui Van
Thang et al., 2007a; Nirsatmanto & Gyokusen, 2007; Ngo Van Thanh et al., 2010)
cho phép các nhà khoa học có thể tiến hành các nghiên cứu cải thiện giống, đặc biệt
là nâng cao tính chống chịu của loài cây này và có thể sử dụng nhƣ một loài cây mô
hình cho các nghiên cứu chuyển gen vào cây lâm nghiệp ở Việt Nam. Xuấ t phát tƣ̀
nhƣ̃ng lý do nêu trên, chúng tôi đã tiế n hành thƣ̣c hiê ̣n đề tài “Nghiên cứu tăng
cƣờng khả năng chống chịu các điều kiện bất lợi của môi trƣờng trên đối
tƣợng cây Xoan ta (Melia azedarach L.) bằng công nghệ gen thực vật”.


4

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
2.1. Mục tiêu chung:
Thông qua công nghệ chuyển gen để nghiên cứu khả năng tăng cƣờng tính
chống chịu các điều kiện môi trƣờng bất lợi trên đối tƣợng cây Xoan ta nhằm bổ
sung thêm cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc tạo giống cây trồng lâm nghiệp có
khả năng chống chịu tốt với điều kiện môi trƣờng bất lợi.
2.2. Mục tiêu cụ thể:

(1) Xây dựng đƣợc quy trình chuyển gen vào cây Xoan ta đạt hiệu suất cao để làm
công cụ nghiên cứu;
(2) Đánh giá đƣợc hoạt động của promoter rd29A cảm ứng hạn ở các dòng Xoan ta
chuyển gen;
(3) Đánh giá đƣợc khả năng chịu hạn của các dòng Xoan ta chuyển gen P5CS đột
biến loại bỏ hiệu ứng phản hồi ngƣợc (P5CSm);
(4) Đánh giá đƣợc khả năng chịu hạn, mặn của các dòng thuốc lá và Xoan ta chuyển
gen codA.
3. Nội dung nghiên cứu
(1) Xây dựng và tối ƣu hóa quy trình chuyển gen vào cây Xoan ta thông qua
Agrobacterium tumefaciens;
(2) Tạo các dòng Xoan ta chuyển gen mang cấu trúc gen rd29A::gus intron và đánh
giá hoạt động của promoter rd29A điều khiển biểu hiện gen gus trong điều kiện bình
thƣờng và xử lý hạn nhân tạo;
(3) Tạo các dòng Xoan ta chuyển gen mang cấu trúc gen rd29A:: P5CSm và đánh
giá kiểu hình, đặc tính sinh lý, sinh hóa của cây chuyển gen trong điều kiện xử lý
hạn nhân tạo;


5

(4) Tạo các dòng thuốc lá và Xoan ta chuyển gen mang cấu trúc gen 35S::TPcodA/35S::codA và đánh giá kiểu hình, đặc tính sinh lý, sinh hóa của cây chuyển
gen trong điều kiện xử lý hạn, mặn nhân tạo.
4. Đóng góp mới của luận án
Luận án là công trình đầu tiên ở Việt Nam cũng nhƣ trên thế giới xây dựng
đƣợc quy trình chuyển gen vào cây Xoan ta đạt hiệu suất cao thông qua
Agrobacterium tumefaciens. Luận án là công trình đầu tiên tạo đƣợc các dòng cây
Xoan ta chuyển gen P5CSm/codA và chứng minh đƣợc khả năng tăng cƣờng tính
chịu hạn và chịu mặn ở các dòng cây chuyển gen. Luận án cũng là công trình đầu
tiên sử dụng gen codA đã đƣợc thích ứng mã di truyền ở thực vật để chuyển vào cây

thuốc lá và cây Xoan ta, kết quả cho thấy cây chuyển gen sinh tổng hợp và tích lũy
hàm lƣợng glycine betaine cao hơn rất nhiều lần so với các công trình công bố trƣớc
đây. Luận án đã góp phần bổ sung thêm cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc ứng
dụng công nghệ chuyển gen trong tạo giống cây trồng nông lâm nghiệp nói chung
và cây Xoan ta nói riêng chống chịu tốt với các điều kiện môi trƣờng bất lợi.


6

Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. TÁC ĐỘNG CỦA ĐIỀU KIỆN MÔI TRƢỜNG BẤT LỢI ĐẾN CÂY TRỒNG
Thực vật có đặc điểm về trạng thái sống đặc thù, đó là bám trụ vào đất tại
một chỗ, không di chuyển từ nơi sống này đến nơi sống khác trong suốt quá trình
phát triển. Do đó, khác với động vật, thực vật thƣờng xuyên đối mặt trực tiếp với
các điều kiện ngoại cảnh bất lợi, tác động lên quá trình sinh trƣởng và phát triển.
Những tác động bất lợi từ môi trƣờng có thể gây ra những biến đổi sinh lý, hóa sinh
và hình thái; từ đó ảnh hƣởng đến năng suất và chất lƣợng cây trồng.
1.1.1. Tác hại của hạn đến sinh trƣởng và phát triển của cây trồng
Hạn hán là một nguyên nhân quan trọng làm giảm năng suất và chất lƣợng
sản phẩm của cây trồng. Khi môi trƣờng hạn hán cây bị stress mất nƣớc dẫn đến
nhiều hậu quả nghiêm trọng (Abdullah et al., 2011; Belkheiri & Mulas, 2013): (i)
Gây nên hiện tƣợng co nguyên sinh và làm cho cây bị héo. Sự co nguyên sinh chất
xảy ra khi tế bào bị stress nƣớc làm cho nƣớc trong tế bào thất thoát ra ngoài nên
khối nguyên sinh chất của tế bào co lại, thể tích không bào bị thu hẹp. Khi cây sống
trong môi trƣờng thiếu nƣớc kéo dài, tế bào mất nƣớc dẫn đến các mô trở nên mềm
yếu và sự héo xảy ra. Mô thực vật bị héo tạm thời nhƣng cũng có thể vĩnh viễn nếu
sự thiếu nƣớc xảy ra nghiêm trọng và trong thời gian dài. (ii) Môi trƣờng sống bị
khô hạn cản trở sự vận chuyển nƣớc trong mạch gỗ. Khi thiếu nƣớc do khô hạn sự
cung cấp nƣớc cho rễ không đủ trong đêm để thủy hóa các mô đã bị thiếu nƣớc ban

ngày, dẫn đến các lông hút bị tổn thƣơng lớp ngoài vùng vỏ bị phủ chất sáp
(suberin) làm giảm áp suất rễ nên ảnh hƣởng đến đẩy cột nƣớc lên cao trong mạch
gỗ. Đặc biệt khi thiếu nƣớc sẽ hình thành nhiều bọt khí trong mạch gỗ dẫn đến phá
vỡ tính liên tục của cột nƣớc nên cột nƣớc trong mạch gỗ không đƣợc đẩy lên liên
tục. (iii) Hạn hán làm dày lớp cutin trên bề mặt lá làm giảm sự thoát hơi nƣớc qua
biểu bì. (iv) Sự thiếu nƣớc làm giảm cƣờng độ quang hợp. Khi hàm lƣợng nƣớc


7

trong lá còn khoảng 40 -50% quang hợp của lá bị đình trệ. (v) Đặc biệt, hạn hán cản
trở sự sinh trƣởng của cây trồng. Thiếu nƣớc ảnh hƣởng đến các hoạt động sinh lý,
nhất là quang hợp nên làm giảm sinh trƣởng và năng suất cây trồng nghiêm trọng.
1.1.2. Tác hại của đất nhiễm mặn đến sinh trƣởng và phát triển của cây trồng
Đất mặn là loại đất chứa hàm lƣợng muối cao (>0,2%) có nhiều ion độc. Nếu
hàm lƣợng muối trong đất cao, áp suất thẩm thấu của dung dịch đất rất cao, có thể
đạt 200 - 300 atm. Do đất nhiễm mặn có áp suất thẩm thấu cao nên cây không thể
hút đƣợc nƣớc từ môi trƣờng gây nên hiện tƣợng hạn sinh lý. Cây bình thƣờng
không thể sống trong môi trƣờng có áp suất thẩm thấu trên 40 atm. Ngoài ra, trong
đất nhiễm mặn còn chứa nhiều ion độc. Các ion này cạnh tranh với chất dinh dƣỡng
trong quá trình hút của rễ làm cho rễ khó hút chất dinh dƣỡng dẫn đến cây trồng
sinh trƣởng chậm và giảm năng suất mạnh. Trong đất nhiễm mặn có các muối
NaCl, Na2SO2, Na2SO4, Na2CO3, MgCl2,, v.v. các muối này có hàm lƣợng cao trong
đất đều gây độc cho cây. Khi cây hút các ion độc vào trong tế bào sẽ gây ra rối loạn
các quá trình trao đổi chất của tế bào. Các ion độc sẽ ức chế hoạt động của các
enzyme, các chất điều hòa sinh trƣởng dẫn đến làm rối loạn các quá trình trao đổi
chất và các hoạt động sinh lý bình thƣờng của tế bào. Các ion độc còn làm ảnh
hƣởng bất lợi đến nguyên sinh chất, làm giảm mạnh độ nhớt, tính thấm của nguyên
sinh chất làm cho tế bào mất chất dinh dƣỡng. Các hoạt động sinh lý của tế bào
cũng bị ảnh hƣởng nghiêm trọng khi cây bị tác động của muối mặn. Quá trình

quang hợp giảm mạnh do lá kém phát triển, sắc tố quang hợp ít do các chất độc ức
chế quá trình tổng hợp các sắc tố quang hợp. Quá trình hô hấp tăng mạnh, các cơ
chất bị phân hủy mạnh nhƣng hiệu quả tạo năng lƣợng thấp do phần lớn năng lƣợng
của các quá trình dị hóa bị thải ra dƣới dạng nhiệt làm cho tế bào thiếu năng lƣợng
ATP để duy trì các hoạt động bình thƣờng. Phân hủy mạnh, tổng hợp lại yếu nên
không bù đủ lƣợng vật chất do hô hấp phân hủy, dẫn đến các chất dự trữ bị hao hụt
mạnh, do đó cây không sinh trƣởng hoặc sinh trƣởng chậm, còi cọc và năng suất


8

thấp. Cây sẽ bị chết nếu bị tác động của môi trƣờng nhiễm mặn cao hay nhiễm mặn
trong thời gian dài (Jouyban, 2012).
1.1.3. Tác hại của nhiệt độ cao đến sinh trƣởng và phát triển của cây trồng
Thực vật là sinh vật biến nhiệt nên nhiệt độ môi trƣờng có ảnh hƣởng lớn đến
hoạt động sống của cây. Biên độ nhiệt độ sinh lý của cây khoảng 1 – 45oC. Stress
nhiệt do nhiệt độ môi trƣờng xung quanh cao là một mối đe dọa nghiêm trọng đối
với cây trồng sản xuất trên toàn thế giới (Hall, 2001; Harrison et al., 2011). Nhiệt độ
cao gián đoạn hoặc liên tục là nguyên nhân gây ra một loạt thay đổi về hình thái giải
phẫu, sinh lý và sinh hóa ở thực vật, ảnh hƣởng đến sự tăng trƣởng và phát triển của
thực vật và có thể dẫn đến suy giảm sản lƣợng.
Sự tiếp xúc của thực vật tới nhiệt độ cao, hạt giống có thể đẩy nhanh quá trình
lão hóa, làm giảm sự đậu quả, trọng lƣợng hạt giống và làm giảm năng suất. Điều
này là do thực vật có xu hƣớng chuyển hƣớng các nguồn năng lƣợng để chống lại
stress do nhiệt và do đó hạn chế sinh trƣởng và sinh sản. Một ảnh hƣởng khác của
stress do nhiệt cao cho nhiều loài thực vật là gây ra vô sinh khi nhiệt cao tác dụng
ngay trƣớc hoặc trong khi nở hoa. Cây họ đậu đặc biệt nhạy cảm với stress do nhiệt
ở giai đoạn nở hoa, chỉ có một vài ngày tiếp xúc với nhiệt độ cao (30 – 35oC) có thể
gây ra tổn thất nặng cho năng suất thông qua giảm lƣợng hoa hoặc tình trạng không
phát triển đầy đủ của vỏ quả. Ở nhiệt độ rất cao gây tổn thƣơng tế bào nghiêm trọng

và thậm chí làm cho tế bào bị chết trong vòng vài phút, dẫn đến sự sụp đổ nhanh
chóng của các tổ chức tế bào (Schoffl et al., 1999). Ở nhiệt độ cao vừa phải, tổn
thƣơng hoặc chết chỉ có thể xảy ra sau khi tiếp xúc lâu dài. Tổn thƣơng trực tiếp do
nhiệt độ cao bao gồm sự biến tính protein và sự kết tụ, tăng tính lƣu động của màng
lipid. Tổn thƣơng gián tiếp hoặc tổn thƣơng nhiệt chậm hơn bao gồm bất hoạt các
enzyme trong lục lạp và ty thể, ức chế tổng hợp protein, suy thoái protein và màng
tế bào mất tính linh hoạt (Howarth, 2005).


9

Stress nhiệt cao cũng ảnh hƣởng đến tổ chức của các cấu trúc vi ống bằng
cách chia tách và/hoặc kéo dài của chúng, hình thành các thể sao hình ống trong các
tế bào phân bào và kéo dài của vi ống hạt vách. Tổn thƣơng này cuối cùng dẫn tới
ức chế sự tăng trƣởng, giảm dòng ion, tạo ra hợp chất độc hại và các loại ôxy phản
ứng (reactive oxygen species = ROS) gây độc cho tế bào (Howarth, 2005).
Sinh trƣởng của cây trồng giảm sút là kết quả chính của việc cây sinh trƣởng
trong điều kiện nhiệt độ cao. Nguyên nhân chủ yếu là do nhiệt độ cao làm giảm
năng suất quang hợp, năng lƣợng tạo ra giảm sút nghiêm trọng. Có giả thiết cho
rằng trong các phản ứng của pha sáng, nhiệt độ của lá tăng lên do việc tổng hợp
ATP liên tục (bằng quá trình vận chuyển điện tử có tính chu trình) cho đến khi cân
bằng với lƣợng ATP tiêu thụ (Bukhov et al., 1999). Trong các phản ứng pha tối của
quá trình quang hợp, sự hoạt hóa Rubisco trong chu trình Calvin đã đƣợc xác định
nhƣ là bƣớc trung gian, sự hoạt hóa này bị ức chế ở 35–40◦C dẫn đến việc giảm tiêu
thụ CO2 và giảm tạo ra các carbohydrates (Dubey, 2005; Wahid et al., 2007). Trong
ty thể, điều kiện bất lợi thông thƣờng sẽ là nguyên nhân phá hủy NAD+, ATP tiêu
thụ vƣợt trội và việc hô hấp sẽ tăng lên. Việc phá vỡ NAD+ một phần do nguyên
nhân của việc tăng cƣờng hoạt động của poly(ADP-ribose) polymerase (PARP),
chất sử dụng NAD+ nhƣ là cơ chất để tổng hợp ADP-ribose. Quá trình poly(ADP)
ribosyl hóa này là quá trình điều hòa sau dịch mã của các protein nhân, là bƣớc

đƣợc khởi đầu bởi sự oxi hóa và các dạng khác của việc phá hỏng DNA. Sự suy yếu
gây ra bởi điều kiện bất lợi mang lại sự suy yếu của năng lƣợng khi mà các phân tử
ATP đòi hỏi để tái tổng hợp NAD+ (Zidenga, 2005). Cuối cùng, có thể nói rằng
việc chống chịu nhiệt độ của cây là một quá trình tiêu tốn nhiều năng lƣợng nội bào
đáng kể để đối phó nhiệt độ cao. Nói chung các phản ứng đó làm suy yếu năng
lƣợng và tăng cƣờng sản xuất ROS, rốt cuộc có thể gây chết tế bào, mô và cả cơ thể
(De Block et al., 2005).


10

1.1.4. Tác hại của nhiệt độ thấp đến sinh trƣởng và phát triển của cây trồng
Nhiệt độ thấp làm cho lá cây bị héo mặc dù môi trƣờng vẫn đủ nƣớc do nhiệt
độ thấp ức chế sự hút nƣớc của hệ rễ và sự vận chuyển nƣớc của hệ mạch. Nhiệt độ
thấp cũng gây ức chế quá trình quang hợp của lá, làm giảm hô hấp, ức chế các quá
trình tổng hợp nhất là tổng hợp các phân tử protein do các enzyme hoạt động yếu. Ở
nhiệt độ thấp làm cho màng nguyên sinh chất bị tổn thƣơng dẫn đến tăng tính ngoại
thấm nên thất thoát chất dinh dƣỡng của tế bào ra bên ngoài. Nhiệt độ thấp ảnh
hƣởng đến cấu trúc và chức năng của hệ rễ. Sự hút nƣớc và chất khoáng bị giảm
mạnh làm cho cây thiếu nƣớc và chất dinh dƣỡng. Nhiệt độ thấp còn làm tổn hại
màng lục lạp, ty thể dẫn đến ảnh hƣởng nghiêm trọng đến các quá trình sinh lý của
cây nhƣ quá trình quang hợp, hô hấp. Nói chung nhiệt độ thấp làm giảm mạnh sinh
trƣởng, năng suất và chất lƣợng sản phẩm của cây trồng (Gulzar et al., 2011).
1.1.5. Phản ứng của thực vật đối với các điều kiện môi trƣờng bất lợi
Các yếu tố cực đoan nhƣ nhiệt độ cao, băng giá, ánh sáng, oxy hóa,v.v.
thƣờng tác động lên lá. Hạn, úng và mặn muối thƣờng tác động lên bộ rễ. Các yếu
tố cực đoan thƣờng gây ra diện rộng về các phản ứng của thực vật, từ việc thay đổi
biểu hiện gen, trao đổi chất trong tế bào cho đến những thay đổi lớn liên quan đến
tốc độ sinh trƣởng và năng suất cây trồng. Những biến đổi lớn liên quan đến mức độ
sinh trƣởng và trao đổi chất khi gặp các yếu tố cực đoan của môi trƣờng sẽ làm thay

đổi sự biểu hiện của gen. Điều đó bắt đầu từ việc nhận biết tín hiệu ở mức độ tế bào,
lan truyền tín hiệu này trong tế bào và tiếp sau đó lan truyền khắp cơ thể sinh vật.
Sự biểu hiện của các gen phản ứng đối với các yếu tố cực đoan thể hiện đầu tiên là
ở mức độ tế bào, sau đó đến mức độ toàn bộ cơ thể, tiếp theo là sự thay đổi về hình
thái, sinh trƣởng, phát triển và cuối cùng làm ảnh hƣởng đến khả năng tạo năng suất
và chất lƣợng sản phẩm của cây trồng (Trần Thị Phƣơng Liên, 2010).
Sự biểu hiện các gen phản ứng với các yếu tố cực đoan của môi trƣờng phụ
thuộc vào khả năng nhận biết chúng. Bằng chứng là tăng cƣờng các chất điều khiển


11

những phản ứng của cây trồng đối với các yếu tố cực đoan nhƣ xuất hiện abscisic
acid (ABA), jasmonic acid (JA), ethylene, sau đó xuất hiện các phản ứng thứ cấp
nhƣ xuất hiện Ca2+ (Shinozaki et al., 2007). Mức độ biểu hiện của một số gen tăng
hẳn lên, một số khác yếu hẳn đi. Điều hòa việc biểu hiện các gen này khi gặp các
yếu tố cực đoan của môi trƣờng đã và đang đƣợc nhiều nhà khoa học quan tâm
nghiên cứu ở các giai đoạn khác nhau: trƣớc khi phiên mã, sau phiên mã, dịch mã,
sau dịch mã và từng bƣớc làm sáng tỏ dần cơ chế phân tử liên quan đến tích chống
chịu các điều kiện cực đoạn của thực vật. Nhƣ vậy, khi gặp các yếu tố cực đoan đột
ngột, thực vật phải điều chỉnh để thích ứng với sự thay đổi môi trƣờng sống nhằm
kéo dài khả năng tồn tại, sinh trƣởng và phát triển. Phản ứng của thực vật khi gặp
điều kiện nhƣ hạn, mặn, v.v. gây mất nƣớc tế bào, chúng thƣờng tăng cƣờng biểu
hiện các gen liên quan đến tổng hợp các chất thứ cấp nhƣ các loại đƣờng tan,
proline, glycine betaine, v.v. để tăng cƣờng áp suất thẩm thấu của tế bào (Khan et
al., 2009; Szabados & Savoure´, 2009) hoặc biểu hiện các gen mã hóa cho các
protein chịu hạn, mặn nhƣ protein LEA (Porcel et al., 2005). Đối với hiện tƣợng
nhiệt độ cao, chúng sẽ tăng cƣờng mức độ biểu hiện các gen mã hóa cho các protein
sốc nhiệt (Hsp – heat shock protein) (Simões-Araújo et al., 2003).
Thời gian, mức độ khốc liệt của các yếu tố cực đoan ảnh hƣởng khác nhau đến

khả năng phản ứng của cây trồng. Hiện tƣợng mất nƣớc cục bộ chỉ gây thiệt hại cho
một nhóm nhỏ, nhƣng hạn hán, nhiễm mặn kéo dài sẽ gây thiệt hại cho nhiều loài cây
trồng trên một vùng rộng lớn, ảnh hƣởng đến năng suất và chất lƣợng sản phẩm cây
trồng (Trần Thị Phƣơng Liên, 2010). Ngoài ra, các cơ quan, các mô tế bào khác nhau
sẽ phản ứng với các yếu tố cực đoan không giống nhau. Các loài thực vật khác nhau
sẽ có khả năng chống chịu khác nhau với các yếu tố cực đoan của môi trƣờng phụ
thuộc vào bản chất di truyền (hệ gen) của chúng. Vì vậy, khi đối mặt trực tiếp với các
yếu tố bất lợi của môi trƣờng có loài cây có thể chống chịu đƣợc để tồn tại, sinh
trƣởng và phát triển, có loài cây sẽ bị chết. Ngay trong cùng một loài cây, các cá thể
khác nhau cũng có mức độ phản ứng khác nhau với yếu tố cực đoan của môi trƣờng
(Buchanan et al., 2000).


12

1.2. TÍNH CHỐNG CHỊU VỚI CÁC ĐIỀU KIỆN MÔI TRƢỜNG BẤT LỢI CỦA
THỰC VẬT
1.2.1. Cơ chế chống chịu các điều kiện môi trƣờng bất lợi
Điều kiện bất lợi từ môi trƣờng sống - stress (điều kiện bất lợi phi sinh học
nhƣ mặn, hạn, lạnh, nhiệt độ cao, băng giá, v.v.) dẫn đến hàng loạt các thay đổi về
hình thái, tính chất vật lý, hóa sinh, phân tử, điều đó ảnh hƣởng xấu đến sự sinh
trƣởng và phát triển của thực vật. Để đảm bảo tính toàn vẹn và sống còn, nhiều loài
thực vật có các chiến lƣợc đối phó với những bất lợi phi sinh học khác nhau. Sự
phản ứng của cơ thể sống với các yếu tố cực đoan phụ thuộc vào từng loài, kiểu
gen, thời gian tác động và tính khốc liệt của yếu tố cực đoan, độ tuổi và giai đoạn
phát triển, dạng đặc thù của các cơ quan hoặc tế bào và phần ngoại vi của chúng.
Khi bị tác động bởi các yếu tố bất lợi của môi trƣờng, thực vật sẽ tạo ra một số chất
kích thích, protein giải độc hoặc hoormon giúp chúng có khả năng thích ứng.
Hiện nay, các nghiên cứu về cơ chế chống chịu các điều kiện bất lợi từ môi
trƣờng ở thực vật đang đƣợc tập trung vào hƣớng nghiên cứu làm tăng cƣờng các

chất giúp bảo vệ áp suất thẩm thấu của tế bào khỏi sự mất cân bằng về nƣớc. Sự
tăng cƣờng các chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu đƣợc phát hiện trong nhiều
trƣờng hợp môi trƣờng bất lợi nhƣ hạn hán, muối mặn và lạnh giá (Khan et al.,
2009; Szabados & Savoure´, 2009). Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu là một
đặc tính rất quan trọng của tế bào khi bị mất nƣớc do lạnh, muối hoặc hạn. Những
thực vật sống trong môi trƣờng thiếu nƣớc bị mất cân bằng về áp suất thẩm thấu
trong tế bào đòi hỏi phải có khả năng chống chịu lại điều kiện khắc nghiệt đó.
Một trong những phƣơng thức của thực vật chống lại sự mất cân bằng về áp
suất thẩm thấu đó là dựa trên sự thay đổi trong chuyển hóa tế bào chất dẫn đến sự
xuất hiện và tích lũy các chất hòa tan tƣơng tích, protein hoặc các axít amin đặc
hiệu (Ashraf et al., 2009). Hiện tƣợng này xảy ra rất nhanh khi tế bào bị mất nƣớc.
Sự tích lũy các chất này không làm ảnh hƣởng đến hoạt động bình thƣờng của các
enzyme nội bào. Ngƣợc lại, sự tích lũy lƣợng lớn các chất hòa tan trong tế bào sẽ
điều chỉnh áp suất thẩm thấu bằng tác động tổng thể mà chúng có khả năng giữ và
lấy nƣớc vào tế bào. Ngoài ra, chúng có thể thay thế vị trí nƣớc nơi xảy ra các phản
ứng hóa sinh, tƣơng tác với lipid hoặc protein trong màng, ngăn chặn sự phá hủy
màng tế bào và các phức hệ protein. Về mặt hóa học, chúng thƣờng là những phân


13

tử trung hòa về điện, có kích thƣớc rất nhỏ, đóng vai trò quan trọng giúp các phân
tử protein và màng tế bào chống lại sự biến tính dƣới tác động của các điều kiện bất
lợi phi sinh học (Trần Thị Phƣơng Liên, 2010). Chất bảo vệ áp suất thẩm thấu hay
các chất hòa tan tƣơng thích đƣợc chia làm 4 nhóm chất sau đây: (1) glycine betaine
(là dẫn xuất methyl hóa nhóm nitơ của axít amin), (2) proline và ectoine (axít amin),
(3) polyols và trehalose (là một hợp chất polyme không phải đƣờng) và (4) các loại
đƣờng tan: glucose, sucrose, fructan, manitol và pinitol.
Glycine betaine, proline và các nhóm đƣờng thực hiện chức năng nhƣ các
chất điều chỉnh áp suất thẩm thấu và bảo vệ tế bào khỏi bị mất nƣớc. Quá trình này

liên quan đến một số enzyme chức năng đã đƣợc phân lập và phân tích về mặt sinh
hóa nhƣ các enzyme chủ chốt tham gia sinh tổng hợp và chuyển hóa các chất điều
hòa áp suất thẩm thấu, các enzyme giải độc và các loại protease khác. Protein vận
chuyển nƣớc qua màng, chất vận chuyển các đƣờng đơn, proline và glycine betaine
đƣợc xem nhƣ có chức năng chuyển nƣớc, proline, glycine betaine, các chất đƣờng
đơn qua màng nguyên sinh chất và màng không bào để điều chỉnh áp suất thẩm thấu
khi gặp điều kiện môi trƣờng cực đoan.
1.2.2. Cơ chế phân tử liên quan đến tính chống chịu điều kiện môi trƣờng bất lợi
Dƣới tác động của yếu tố cực đoạn của môi trƣờng, đầu tiên tế bào thực vật sẽ
nhận biết tín hiệu, cảm ứng với điều kiện môi trƣờng, tiếp đến tổng hợp các hormone
nhƣ ABA, sau đó hoạt hóa các yếu tố phiên mã – TF (transcrition factor). Phần lớn các
protein cảm ứng với ABA đƣợc xếp vào nhóm RAB. Tuy nhiên, có một số gen có thể
biểu hiện trong điều kiện thiếu ABA. Đa số các gen cảm ứng điều kiện môi trƣờng bất
lợi đều đáp ứng với xử lý ABA ngoại sinh, một số khác thì không (Ingram & Barttels,
1996; Shinozaki et al., 1997). Vì vậy, sự biểu hiện gen liên quan đến các đặc tính
chống chịu điều kiện môi trƣờng bất lợi không chỉ có các con đƣờng phụ thuộc ABA
mà còn có cả các con đƣờng độc lập ABA (không phụ thuộc ABA).
ABA là một hormone thực vật, điều chỉnh sự phát triển cây trồng, hạt giống
ngủ, nảy mầm, phân chia tế bào và phản ứng của tế bào với các áp lực môi trƣờng
nhƣ hạn hán, mặn muối, lạnh giá, các tác nhân gây bệnh và bức xạ UV (Ueno, 1998;
Albinsky et al., 1999). ABA thƣờng thấy trong các loài thực vật bậc thấp và bậc cao.
Con đƣờng sinh tổng hợp và dị hóa của ABA đã đƣợc làm sáng tỏ (Zeevaart, 1999).
ABA hoạt động để thực hiện các thay đổi trên nhiều quá trình sinh lý, ví dụ nhƣ


14

nhanh chóng gây đóng các lỗ khí khổng bằng việc bơm các ion từ tế bào bảo vệ, do
đó hạn chế sự mất nƣớc thông qua sự thoát hơi nƣớc (Hetherington et al., 1998;
Assmann & Shimazaki, 1999) và bằng cách kích hoạt sự biểu hiện gen, đƣợc cho là

để tái lập trình các tế bào để chống chịu đƣợc áp lực do mất nƣớc gây ra (Ingram &
Bartels, 1996; Leung & Giraudat, 1998). Hạt trong giai đoạn phát triển, ABA đạt mức
cao nhất trong giai đoạn phôi muộn khi các protein lƣu trữ và dự trữ dinh dƣỡng, sau
đó giảm dần (Rock & Quatrano, 1995). Khi mô thực vật bị stress (hạn, mặn,v.v.),
mức ABA tăng gấp nhiều, có thể đến 40 lần trong vài giờ và giảm dần sau khi đƣợc
bù nƣớc (Zeevaart, 1999). Các bằng chứng hiện có cho thấy, quá trình này ít nhất là
do sự điều khiển phiên mã của các gen sinh tổng hợp và dị hóa ABA (Cutler et al.,
1997; Qin & Zeevaart, 1999).
Khi gặp điều kiện cực đoan, các gen liên quan đến tính chống chịu thƣờng
biểu hiện với tốc độ nhanh. Bởi vậy, vấn đề khởi động phiên mã cũng nhƣ cấu trúc
của promoter và các protein tham gia vào điều khiển sự biểu hiện gen thông qua
việc nhận biết và hoạt hóa quá trình khởi động đƣợc đặc biệt quan tâm. Trong quá
trình này, có thể đồng thời tham gia của nhiều gen tổng hợp cùng một lúc nhiều loại
protein điều hòa phiên mã cũng nhƣ các protein/enzyme liên quan đến tính chống
chịu. Phần lớn các gen cảm ứng với điều kiện khô hạn đều cảm ứng với các điều
kiện lạnh, mặn (điều kiện mất nƣớc sinh lý). Sự điều hòa biểu hiện gen đƣợc điều
khiển ở nhiều bƣớc khác nhau, từ trƣớc phiên mã, sau phiên mã và dịch mã. Nhƣng
nhìn chung, kiểu điều hòa cơ bản nhất là ở giai đoạn khởi đầu phiên mã. Gen đƣợc
biểu hiện khi RNA-polymerase có thể liên kết vào vùng promoter (trình tự khởi
động) của nó và tiến hành tổng hợp bản phiên mã mRNA chứa vùng mã hóa của
gen. Mức độ biểu hiện của gen trong tế bào đƣợc xác định bằng mức gắn kết (ái
lực) của RNA-polymerase và các yếu tố phiên mã với promoter.
Promoter hay vùng gen khởi động là trình tự DNA rất cần thiết để biểu hiện
gen. Phần lớn các gen đều đƣợc biểu hiện mạnh hay yếu dƣới sự điều khiển của các
yếu tố phiên mã – TF (transcription factor). TF là các protein có khả năng nhận biết
các trình tự cis đặc hiệu trên promoter và hoạt hóa sự phiên mã. Các đoạn trình tự
cis – yếu tố cis còn đƣợc gọi là các yếu tố điều hòa (regulatory element).
Yếu tố điều hòa phiên mã – TF có rất nhiều loại khác nhau thích hợp với
nhiều loại đoạn trình tự cis, các nghiên cứu ở cây đậu tƣơng cho thấy có trên

15

1.200 loại TF đặc hiệu cho các loại mô và trong các điều kiện ngoại cảnh môi
trƣờng khác nhau. Trong đó, biết đến có trên 180 loại TF đặc hiệu ở mô rễ liên
quan đến tính chịu hạn, mặn, v.v.. Khoảng 5,9% hệ gen của cây Arabidopsis
mã hóa cho trên 1.500 loại TF (Trần Thị Phƣơng Liên, 2010). Các protein tham
gia điều khiển biểu hiện gen có thể có chức năng trong việc phản ứng với các
điều kiện cực đoan nhƣ là protein kinase và các TF. TF có các motif có khả
năng gắn với trình tự DNA nhƣ bZIP (ABI5, ABF và ABREB), MYB, MYC,
CBF4, DREB2, v.v. (Choi, 2000). Các yếu tố cực đoan của môi trƣờng tác
động lên các TF, tiếp theo các TF hoạt hóa khả năng phát hiện và gắn với trình
tự cis trên promoter của gen tạo thành đƣờng truyền tín hiệu phức tạp. Từ sự
nhận biết, cảm ứng với điều kiện môi trƣờng đến việc tổng hợp hormone nhƣ
ABA, sau đó hoạt hóa các TF. Phần lớn các protein cảm ứng với ABA đƣợc
xếp vào nhóm RAB (Choi, 2000). Tuy nhiên, có một số gen có thể biểu hiện
trong điều kiện thiếu ABA. Phụ thuộc vào phản ứng với ABA, những yếu tố
điều hòa trên promoter có thể chia thành 2 loại (hình 1.1): Các yếu tố điều hòa
phụ thuộc ABA và không phụ thuộc ABA (Shinozaki et al., 2007).

Hình 1.1: Sơ đồ cơ chế biểu hiện gen khi thực vật bị tác động bởi điều kiện môi trƣờng bất
lợi (Shinozaki et al., 2007).


16

1.2.3. Vai trò của proline và con đƣờng sinh tổng hợp proline ở thực vật
1.2.3.1. Proline đối với tính chống chịu điều kiện môi trƣờng bất lợi ở thực vật
Proline là một trong những axít amin đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều nhất đối
với tính chống chịu điều kiện môi trƣờng bất lợi ở thực vật. Ở nhiều loài thực vật khác

nhau hàm lƣợng proline tăng lên rất cao khi gặp các điều kiện môi trƣờng bất lợi nhƣ
hạn, mặn, lạnh, nóng, nồng độ chất kim loại cao, nhiễm các loại bệnh, thiếu dinh
dƣỡng và bị chiếu tia tử ngoại (Hare & Cress, 1997; Saradhi et al., 1995;
Siripornadulsi et al., 2002). Mức độ tích lũy proline ở các loài thực vật khác nhau là
khác nhau và có thể cao hơn 100 lần so với cây sống trong điều kiện bình thƣờng.
Chính vì vậy, sự tích lũy proline đƣợc khẳng định là có vai trò rất quan trọng trong các
cơ chế chống chịu với các điều kiện môi trƣờng bất lợi của thực vật. Proline đƣợc cho
là phản ứng nhƣ một loại chất trao đổi thích ứng và là chất để cây dự trữ nguồn carbon
và nitơ (Hare & Cress, 1997). Proline còn là một chất có chức năng khử các gốc oxy
phản ứng sinh ra trong tế bào khi tế bào gặp các điều kiện bất lợi oxy hóa (oxidative
stress) (Smirnoff & Cumbes, 1989). Ngoài ra, proline cũng giữ chức năng trong quá
trình ổn định các cấu trúc protein và tạo ra trạng thái cân bằng pH và oxy hóa khử của
tế bào. Với những chức năng của proline nêu trên, nó đƣợc xem là tham gia vào cơ
chế truyền tín hiệu của tế bào trong các đáp ứng thích ứng (Maggio et al., 2002).
Ngoài những chức năng nêu trên, proline còn đóng vai trò quan trọng trong
quá trình sinh trƣởng và phát triển của cây trồng mặc dù proline không phải là một
trong những axít amin không thay thế. Sự tích lũy proline đƣợc xác nhận ở các loại
mô và cơ quan sinh sản của khá nhiều loài cây, bởi vậy proline còn có vai trò trong
quá trình phát triển các loại cơ quan sinh sản ở thực vật. Hai quá trình phát triển đã
đƣợc chứng minh đó là proline tham gia vào quá trình kéo dài cuống hoa và thời
gian nở hoa (Mattioli et al., 2009).
Proline đƣợc xem là một chất thẩm thấu có vai trò bảo vệ các cấu trúc nội
bào và các đại phân tử (DNA, protein) khi tế bào bị tác động bởi các điều kiện bất


17

lợi về áp suất thẩm thấu (Szabados & Savoure, 2009). Tuy nhiên, sự tích lũy proline
trong tế bào có thể ảnh hƣởng đến khă năng chống chịu của cơ thể thực vật theo
nhiều con đƣờng khác nhau. Hình 1.2 khái quát về vai trò của proline đối với đặc

tính chống chịu ở thực vật.

Hình 1.2: Vai trò của proline ở thực vât (Szabados & Savoure, 2009)

Vai trò của proline nhƣ là một chất định hình phân tử trong việc bảo vệ các
cấu trúc protein và nâng cao hoạt tính xúc tác của nhiều loại enzyme khác nhau.
Nhƣ là, proline có vai trò ổn định hoạt tính của enzyme M4 lactate dehydrogenase
khi tế bào bị các tác động bất lợi về nhiệt độ; Proline bảo vệ enzyme nitrate
reductase khi tế bào bị các tác động bất lợi về áp suất thẩm thấu và kim loại nặng;
Proline cũng có vai trò ổn định hoạt tính của enzyme ribonuclease và protease
trong điều kiện tế bào bị tác động bởi nồng độ arsen bên ngoài môi trƣờng tăng
cao (Sharma & Dubey, 2005; Mishra & Dubey, 2006). Một số các công trình
nghiên cứu đã chứng minh rằng proline có vai trò nhƣ một chất chống oxy hóa,
với chức năng phân cắt các gốc oxy phản ứng và làm bất hoạt các gốc oxy tự do
(Matysik et al., 2002). Khi nuôi tế bào nấm men trên môi trƣờng bổ sung proline
cho thấy rằng nồng độ các gốc oxy phản ứng giảm mạnh, nên làm chậm quá trình
gây chết theo chƣơng trình định sẵn của tế bào (Chen & Dickman, 2005). Proline
có thể bảo vệ các tế bào ngƣời chống lại stress oxy hóa gây ung thƣ (Krishnan et


Luận án dầy đủ ở file: Luận án Full