Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn agrobacterium tumefaciens

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

NGUYỄN THỊ PHƯỢNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA TỪ TRƯỜNG TỚI HIỆU QUẢ CHUYỂN GEN VÀO ĐẬU
TƯƠNG THÔNG
QUA VI KHUẨN AGROBACTERIUM TUMEFACIENS

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI, 2015




MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ..........................................................................................................................1
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU...........................................................................4
1.1. Giới thiệu chung về đậu tương ..................................................................................4
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại..........................................................................................4
1.1.2. Vai trò.....................................................................................................................4
1.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam..........................................6
1.2.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới ............................................................6
1.2.2. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam .............................................................7
1.3. Từ trường và vai trò của từ trường lên hệ thống sinh học ........................................9
1.3.1. Định nghĩa từ trường ..............................................................................................9
1.3.2. Vai trò của từ trường đối với cơ thể sống ............................................................10
1.4. Các nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên quá trình sinh học ở thực vật ..........11
1.4.1. Ảnh hưởng của từ trường đến sự phát triển của thực vật.....................................11

1.4.2. Tác động của từ trường lên sự nảy mầm của hạt .................................................12
1.4.3. Tác dụng của từ trường lên chồi và rễ .................................................................14
1.4.4. Ảnh hưởng của từ trường tới quá trình quang hợp ..............................................14
1.5. Vai trò của từ trường lên hệ thống nuôi cấy mô thực vật .......................................15
1.6. Chọn tạo giống đậu tương bằng phương pháp chuyển gen.....................................15
1.7. Thực trạng nghiên cứu biến nạp gen vào đậu tương ...............................................20
1.8. Các nghiên cứu về từ trường tại Việt Nam .............................................................22
CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................................23
2.1. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu ..............................................................................23
2.1.1. Vật liệu thực vật ...................................................................................................23
2.1.2. Vật liệu vi khuẩn ..................................................................................................23
2.1.3. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm...........................................................................23
2.1.4. Thiết bị .................................................................................................................23
2.2. Địa điểm và thời gian tiến hành ..............................................................................24




2.3. Phương pháp nghiên cứu.........................................................................................25
2.3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều và từ trường không đều lên quá trình
sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens

.............................25

2.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều và từ trường không đều lên khả năng
tái sinh của cây đậu tương ..............................................................................................26
2.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều và không đều tới hiệu quả chuyển gen
vào đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens....................................27
2.3.4. Phương pháp đánh giá tính kháng thuốc trừ cỏ Basta của các cây đậu tương
chuyển gen trong điều kiện nhà lưới ..............................................................................30

2.3.5. Phương pháp tách chiết DNA tổng số..................................................................30
2.3.6. Phương pháp PCR ................................................................................................31
2.3.7. Các chỉ tiêu đánh giá ............................................................................................32
2.3.8. Phương pháp thu thập và xử lý số liệu .................................................................32
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................33
3.1. Ảnh hưởng của từ trường đều và không đều lên quá trình sinh trưởng và phát triển của vi
khuẩn Agrobacterium tumefaciens......................................................................33
3.1.1. Ảnh hưởng của từ trường đều lên quá trình sinh trưởng và phát triển của vi
khuẩn Agrobacterium tumefaciens.................................................................................33
3.1.2. Ảnh hưởng của từ trường không đều lên quá trình sinh trưởng và phát triển của
vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens ............................................................................35
3.2. Ảnh hưởng của từ trường đều và không đều lên khả năng tái sinh của đậu tương.37
3.2.1. Ảnh hưởng của từ trường đều lên khả năng tái sinh của đậu tương ....................37
3.2.2. Ảnh hưởng của từ trường không đều lên khả năng tái sinh của đậu tương .........39
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều và không đều đến quá trình
chuyển gen vào đậu tương .............................................................................................41
3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều đến quá trình chuyển gen vào đậu
tương........................................................................................................................41
3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường không đều đến quá trình chuyển
gen vào đậu tương ..........................................................................................................44
3.4. Phân tích hiệu quả tiếp nhận gen của đậu tương dưới tác động của từ trường bằng
phương pháp PCR ..........................................................................................................51




3.4.1. Tách chiết và kiểm tra DNA tổng số từ các dòng đậu tương chuyển gen ...........51
3.4.2. Phân tích sự có mặt của gen bar trong các dòng đậu tương chuyển gen bằng kĩ
thuật PCR .......................................................................................................................51
CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................54

4.1. Kết luận ...................................................................................................................54
4.2. Kiến nghị .................................................................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO..............................................................................................55
PHỤ LỤC: BẢNG THÀNH PHẦN MÔI TRƯỜNG




MỞ ĐẦU
Cây đậu tương (Glycine max L. Merr.) là loại cây trồng ngắn ngày, có giá trị kinh tế
cao. Hạt đậu tương được dùng làm nguồn thực ăn giàu đạm cho con người và là nguồn
nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến [2] . Ngoài ra, đậu tương
rất dễ canh tác, có khả năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái, khí hậu khác nhau vì
vậy đậu tương được trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Biến đổi khí hậu toàn cầu ảnh hưởng xấu đến tình hình sản xuất đậu tương
không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả các quốc gia sản xuất đậu tương hàng đầu thế giới.
Việc nghiên cứu tạo giống đậu tương có khả năng thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu,
trong đó có chọn tạo giống đậu tương bằng công nghệ gen là hướng nghiên cứu rất
được quan tâm và đã đạt được nhiều thành tựu.
Từ trường trái đất (5.10

-6

Tesla) do hoạt động tự quay của Trái Đất sinh ra và có

ảnh hưởng đến đời sống của mọi sinh vật. Khoa học phát triển đã nghiên cứu và ứng dụng
từ trường nhân tạo phục vụ đời sống con người. Từ trường được sớm ứng dụng trong y học
và phát triển nhanh chóng trên các lĩnh vực chẩn đoán, điều trị, dược học... để chăm sóc
sức khỏe cho con người [68]. Sử dụng cốc từ có tác dụng từ hóa nước, đẩy mạnh quá
trình trao đổi chất, đào thải độc tố trong cơ thể người uống tốt hơn. Từ trường còn có

tác dụng ngăn chặn quá trình loãng xương hay gãy xương chậm liền do sự hình thành cấu
trúc xương chịu ảnh hưởng của lực từ [16]. Ngoài ra, từ trường còn có nhiều ứng dụng
khác, như làm giảm đau cho người bệnh bằng việc tác động vào các dây thần kinh, hạ
huyết áp, ăn không tiêu...[113]. Trong nông nghiệp, từ trường nhân tạo đã được ứng dụng
trong việc tạo nguồn nước sạch bằng từ hoá nước dùng trong chăn nuôi, thuỷ sản, hoạt
hoá dinh dưỡng tưới bón cho cây trồng, kích thích sinh trưởng cây trồng trong nuôi cấy
mô... Các nghiên cứu gần đây nhất tiến hành tại Viện Di truyền Nông nghiệp đã phát hiện
tác dụng của từ trường có thể tăng hiệu quả nuôi cấy bao phấn ngô lên 3 lần [5]. Trên
nguyên lý tác động tích cực của từ trường lên cơ thể sinh vật, nhiều tác giả đã ứng dụng từ
trường nhân tạo nhằm kích thích tăng trưởng cây trồng trong nuôi cấy mô các cây
như chuối, hồng, khoai tây, thuốc lá, lúa mỳ, đậu đỗ, ngô …[14], [15], [20]. Hay xử lý hạt
giống bằng từ trường để tăng sức nảy mầm, xử lý từ nhằm tăng hoạt tính của


1


nước trước khi tưới đã tăng cường sinh trưởng của cây trồng. Hầu hết các kết quả
nghiên cứu cho thấy từ trường đã làm tăng tốc độ sinh trưởng của cây lên rõ rệt như tăng
chiều cao thân, chiều dài rễ, tăng tỉ lệ tạo chồi, cụm chồi phát sinh, số rễ tạo thành ở
Paulownia [15], [106]; Phalaenosis [97] , [98] ; Prunus martima [104], Cybidium và
Spathiphyllum [99] , [100] và tăng hàm lượng diệp lục trong lá. Từ trường nhân tạo tác
động kích thích hoặc kìm hãm sinh trưởng của thực vật, thực chất là ảnh hưởng đến quả
trình trao đổi chất ở tế bào mà bản chất là tác động lên điện tích trong tế bào sinh vật.
Từ trường có tác dụng tốt tới sức khỏe, làm tăng hiệu quả quá trình nuôi cấy mô
thông qua quá trình phân chia của tế bào thực vật. Từ trường cũng có ảnh hưởng tích cực
tới sự sinh trưởng của vi khuẩn từ đó từ trường có thể ảnh hưởng tích cực tới quá trình
biến nạp gen và tần số biến nạp gen của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens vào mô thực
vật.
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây nghiên cứu chuyển gen ở đậu tương đã được

tiếp cận triển khai ở một số phòng thí nghiệm, bước đầu cho kết quả [7], [8]. Tuy nhiên,
hiệu quả chuyển gen thu được vẫn thấp, do vậy việc cải tiến các nhân tố nhằm tăng hiệu
quả của quá trình biến nạp gen là cần thiết để đạt được tỉ lệ gen chuyển thành công
cao vào cây đậu tương. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và các nghiên cứu đã tiến hành,
chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường

tới

hiệu

quả

chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens”.
Mục tiêu đề tài
- Xây dựng được hệ thống từ trường nhằm nâng cao hiệu quả chuyển gen vào đậu
tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens.
Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều và từ trường không đều lên
quá trình sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens lên quá trình
sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens


2


Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đều và từ trường không đều
lên khả năng tái sinh của đậu tương
Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hưởng của hệ thống từ trường đều và từ trường
không đều tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn
Agrobacterium tumefaciens

Nội dung 4: Phân tích các cây chuyển gen bằng kỹ thuật PCR


3


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về đậu tương
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại
Đậu tương được biết đến là “Ông hoàng của những cây họ đậu” với hơn 40% protein
và 20% dầu. Các bằng chứng về lịch sử, địa lý, khảo cổ học chỉ ra rằng đậu tương có nguồn
gốc từ Trung Quốc vào khoảng thế kỉ XVII trước công nguyên. Cây đậu tương được truyền
bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỉ thứ VIII, du nhập vào nhiều nước Châu Á khác như:
Indonesia, Philippin, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam,… vài thế kỷ sau đó. Cây đậu tương được
trồng ở Châu Âu vào thế kỷ XVII và ở Hoa Kỳ thế kỷ XVIII. Đậu tương là nguồn dầu thực vật
và protein lớn nhất trên thế giới với quy mô canh tác lớn và tập trung ở vài quốc gia
như Mỹ, Argentina, Brazil, Canada, Trung Quốc, Ấn Độ và Paraguay.
Theo hệ thống phân loại dựa vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý và số
lượng nhiễm sắc thể do Hymowit và Newell (1984), đậu tương hay đỗ tương, đậu nành có
tên khoa học là Glycine max L. Merr. Đậu tương thuộc chi Glycine, phân họ
Leguminosae, họ Đậu Fabaceae, bộ Fabales. Đây là loại cây trồng đem lại lợi ích kinh tế to
lớn nhất trên thế giới hiện nay [2] , [3].
1.1.2. Vai trò
* Giá trị dinh dưỡng
Đậu tương là một trong những cây trồng thương mại của nhiều nước. Hạt đậu tương
thành phần dinh dưỡng cao với protein chiếm khoảng 40-50%, lipit dao động từ 12-24%,
carbohydrate từ 10-16%; Trong khi đó protein của gạo tẻ chỉ đạt 6,212%; ngô là 9,8-13,2%; thịt bò là 21%; thịt gà là 20%; cá là 17-20%; trứng là 1314,8%. Như vậy, protein của đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong các protein có
nguồn gốc động vật, thực vật khác [6].
Bên cạnh hàm lượng lớn về protein và lipit, hạt đậu tương còn chứa nhiều loại
axit amin trong đó có 8 axit amin không thay thế như: arginin, histidin, lysin,

4


triptophan... Hàm lượng của các axit amin có chứa lưu huỳnh như methionin, sixtin trong
đỗ tương rất gần với hàm lượng của các chất này ở trứng. Điều này cho thấy đây là loại
hạt mà có đầy đủ các loại axit amin cần thiết. Đậu tương là cây cung cấp dầu thực vật
quan trọng nhất thế giới. Hạt đậu tương có chứa hàm lượng dầu béo cao hơn các loại
đậu khác. Ngoài ra, trong hạt đậu tương còn chứa nhiều loại vitamin đặc biệt là
vitamin B1, B2, PP, A, K, C... (vitamin C có nhiều trong giá đậu tương) [3]. Hạt đậu tương
có chứa nhiều hợp chất phenolic như axit chlorogenic, axit cafeic, axit ferulic acid pcoumaric. Đây là những chất chống oxy hóa tác dụng có lợi cho sức khỏe con người.
* Giá trị về nông nghiệp
Đậu tương là nguồn thức ăn cho chăn nuôi rất tốt. Chúng được sử dụng làm thức
ăn tươi (thân, lá đậu tương) cho đại gia súc, thức ăn khô (nghiền tổng hợp) cho gia cầm.
Khô dầu đậu tương có hàm lượng dinh dưỡng khá cao trong đó N chiếm
6,2%; P2O5 chiếm 0,7%; K2O chiếm 2,4%) [2] .
Trong trồng trọt, đậu tương là cây trồng luân canh cải tạo đất, chống xói mòn. Thân,
lá đậu tương có thể sử dụng làm phân bón, thức ăn cho chăn nuôi. Rễ đậu tương có
nốt sần hoạt động cung cấp đạm cho cây và cải tạo đất [3].
* Giá trị về mặt công nghiệp
Bên cạnh hàm lượng dinh dưỡng của đậu tương thì chính giá trị protein của đậu
tương đã mở ra con đường sản xuất sản phẩm mới và nâng cao chất lượng sản phẩm. Đậu
tương là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến như: thực phẩm, thức ăn
chăn nuôi, công nghệ ép dầu, cao su chất dẻo, xà phòng, tơ nhân tạo, dầu... Hiện nay, trên
thế giới đậu tương chiếm khoảng 50% tổng sản lượng sử dụng cho công nghiệp ép dầu.
Dầu đậu tương có rất nhiều ưu điểm là dung dịch có mầu vàng sáng, có hệ số đồng hoá
cao (98%). Dầu đậu tương có nhiệt độ đông đặc thấp
0
0

(-15 C; -18 C) có tác dụng làm bôi trơn máy móc động cơ, chỉ số xà phòng hoá cao
(185 – 195 mg) sử dụng để thuỷ phân 1 g dầu, chỉ số iốt cao (122 – 150mg) dùng để đo độ
bão hoà của axit trong dầu. Ngoài ra, đậu tương còn được chế biến thành nhiều sản
phẩm khác nhau như làm nến, xà phòng, ni lông... [3].


5


1.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam
1.2.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới
Cây đậu tương là một cây trồng có khả năng thích ứng rộng nên được phân bố ở
0
khắp các châu lục và được trồng ở nhiều nước trên thế giới, tập trung ở các nước có 48 vĩ
độ Bắc đến 30

0

vĩ độ Nam. Hiện nay, phần lớn đậu tương trồng trên thế giới là các

giống biến đổi gen. 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 – 4%. Trong đó,
Mỹ là quốc gia đứng đầu về diện tích
cây trồng chuyển gen trên thế giới (73,1 triệu ha, chiếm 40%), tiếp đến là Barazil (42,2
triệu ha), Argentina (24,3 triệu ha), Ấn Độ (11,6 triệu ha), Canada (11,6 triệu ha). Trong số
các cây trồng biến đổi gen, đậu tương luôn là cây được nghiên cứu, trồng thử nghiệm
và thương mại hóa với quy mô và diện tích lớn. Trong tổng số

113,05 triệu ha đậu tương, giống chuyển gen chiếm 85% diện tích [54]. Đây là sự đóng
góp to lớn của các nhà chọn tạo giống đậu tương thế giới góp phần vào sự phát triển
của ngành nông nghiệp toàn cầu. Thể hiện tầm quan trọng của cây đậu tương đối với
mỗi quốc gia. Theo thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp Quốc
và báo cáo hằng năm của ISAAA (2014), diện tích đậu tương trên thế giới tăng khoảng
9,23 triệu ha so với năm 2010 được thể hiện rõ ở bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới trong những năm gần đây
Năm
2010
2011
2012
2013
2014

Diện tích gieo trồng
Năng suất
(triệu ha)
(Tạ/ha)
102,81
25,79
103,82
25,23
105,02
22,95
111,54
24,75
113,05
25,11
(Nguồn FAOSTAT, 2015 và ISAAA, 2014)

6

Sản lượng
(triệu tấn)
265,12
261,89
240,97
276,03
283,873


Hiện nay, có 4 quốc gia sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới là Mỹ, Brazil,
Argentina, Ấn Độ. Trong đó, Mỹ là nước sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu đậu tương lớn
nhất. Có trên 94% đậu tương được trồng ở Mỹ là đậu tương biến đổi gen [54].
1.2.2. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây đậu tương được gieo trồng phổ biến trên cả 7 vùng sinh thái trong
cả nước. Theo số liệu thống kê chính thức, đậu tương đang được trồng tại 25 trong số 63
tỉnh thành cả nước, với khoảng 65% tại các khu vực phía Bắc và 35% tại các khu vực
phía Nam [114]. Đậu tương không chỉ được trồng trong vụ Xuân như một cây trồng phụ
mà nó đã trở thành cây trồng chính trong vụ hè của những vùng đồng bằng và trung du
Bắc Bộ, có thể thay hẳn cho vụ lúa mùa. Ngoài ra, đậu tương còn là một cây trồng rất phù
hợp với phương thức luân canh 3 vụ/năm. Tuy nhiên, quy mô sản xuất vẫn còn tương đối
nhỏ và không đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước. Nguyên nhân chủ yếu là do
năng suất cây trồng còn thấp, các biện pháp canh tác chưa hợp lý, chi phí sản xuất lại khá
cao và công nghệ thu hoạch vẫn còn rất lạc hậu. Trong các yếu tố hạn chế trên thì giống và
biện pháp kỹ thuật là yếu tố cản chở chính đến năng suất đậu tương.
Trong những năm gần đây, diện tích gieo trồng đậu tương của Việt Nam bị sụt giảm
một cách nghiêm trọng. Năm 2012, theo thống kê sơ bộ diện tích đậu tương Việt Nam chỉ
đạt 120,8 ngàn ha, năng suất 1,45 tấn/ha, sản lượng 175 ngàn tấn; so với năm 2010 diện

tích gieo trồng các nước bị giảm gần 80 ngàn ha, và sản lượng giảm 123,4 ngàn tấn (Niên
giám thống kê 2013). Với số liệu này thì Việt Nam chỉ đạt 30% so với chỉ tiêu kế hoạch đề
ra cho năm 2010 (400 ngàn ha) và khó đạt chỉ tiêu kế hoạch đến 2020 (500 ngàn ha).
Theo chủ trương phát triển của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn nếu không có
giải pháp phù hợp sự suy giảm diện tích gieo trồng, đồng nghĩa với việc suy giảm sản
lượng, và hậu quả là sản lượng đậu tương của Việt Nam không đủ để đáp ứng nhu cầu
dầu thực vật và nguyên liệu thức ăn gia súc hằng năm. Theo Cục chăn nuôi Việt Nam,
hằng năm Việt Nam phải nhập nguồn nguyên liệu để chế biến dầu thực vật và thức ăn gia
súc với tổng giá trị


7


lên đến 3,7 tỷ USD, trong đó riêng khô dầu đậu tương đã có 2,7 triệu tấn (tương
đương 5,4 triệu tấn hạt, gấp 30 lần so với sản lượng sản xuất được tại Việt Nam). Năm
2012, đậu tương hạt nhập khẩu đạt 1,3 triệu tấn, kim ngạch nhập khẩu 780,2 triệu USD,
đây là sự nghịch lý của một quốc gia với ngành nông nghiệp là chính và có truyền thống
sản xuất đậu tương. Năm 2013, nước ta nhập khẩu khoảng 1,26 triệu tấn đậu tương và
2,97 triệu tấn khô đậu tương, giảm 13,7% so với năm trước do nhu cầu xay xát giảm.
Trong đó, nhập khẩu từ Hoa kỳ khoảng 556 nghìn tấn, giảm 3,7% so với năm 2012 nhưng
tăng 145% so với năm 2011. Trong năm 2014, lượng nhập khẩu đậu tương tăng lên 1,56
triệu tấn, với giá trị ướng tính 913 triệu USD, tăng 20,5% về lượng và gần 12% về giá trị.
Trong năm 2015, Việt nam tiếp tục tăng nhẹ lượng nhập khẩu đậu tương do nhu cầu của
sản xuất thức ăn chăn nuôi tiếp tục tăng. Đến tháng 8/2015, Việt Nam đã nhập trên 1,13
triệu tấn đậu tương hạt, tăng 2,2% so với cùng kỳ năm 2014. Trong khi đó, tính đến tháng
10/2015, lượng khô đậu tương nhập khẩu đã đạt tới trên 3,59 triệu tấn, và có thể tăng
lên tới 4,2 triệu tấn cho đến cuối năm [114].

Hình 1.1. Lượng kim ngạch nhập khẩu khô đậu tương của Việt Nam năm 2014 - 2015

Theo tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông
thôn, mưa bão nặng nê và kéo dài suốt năm đã khiế n năng suất cây trồng và diện tích
thu hoạch đậu tương giảm và được thống kê ở bảng 1.2. Tính cho đến nay, chúng ta mới
cung ứng được khoảng 7% lượng nhu cầu đậu tương trong nước. Đây là một thách thức
cho ngành nông nghiệp và cây đậu tương Việt Nam.


8


Bảng 1.2. Sản lượng đậu tương tại Việt Nam trong những năm gần đây
Năm

2011

2012

2013

2014*

2015*

Diện tích gieo trông
(nghìn ha)

181,1

119,6

117,8

120

130

1,47

1,45

1,43

1,47

1,48

266,9

173,7

168,4

176,4

192,4

Năng suất (tấn/ha)
Tổng sản lượng
(nghìn tấn)

Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,
*số liệu dự báo cua USDA

Hình 1.2. Diện tích trồng và sản lượng cây đậu tương tại Việt Nam
Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,
*số liệu dự báo cua USDA
1.3. Từ trường và vai trò của từ trường lên hệ thống sinh học
1.3.1. Định nghĩa từ trường
Từ trường là môi trường vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển động
hoặc do sự biến thiên của điện trường hoặc có nguồn gốc từ các mômen lưỡng cực từ như
nam châm.


9


Độ lớn của từ trường thường được đo bằng cảm ứng từ (B) và được định nghĩa như
sau:

Trong đó:
B: Cảm ứng từ (T)
ΦB: Từ thông (Wb)
2
S: Diện tích từ thông gửi qua (m )
1.3.2. Vai trò của từ trường đối với cơ thể sống
Từ trường là một yếu tố môi trường không thể thiếu ở tất cả các cơ thể sống như
con người, vật nuôi và cây trồng. Trong suốt quá trình tiến hóa, tất cả các sinh vật đều
trải qua những hoạt động của từ trường Trái Đất (geomagnetic, GMF), là một thành
phần tự nhiên của môi trường. GMF có ảnh hưởng lên toàn bộ hệ thống sống và được biết
là ảnh hưởng đến nhiều các quá trình sinh học [57]. Ở những vị trí khác nhau, từ trường

Trái Đất có độ lớn và hướng khác nhau. Ở bề mặt Trái Đất, theo phương thẳng đứng, độ
lớn của từ trường đại tối đa ở các cực từ khoảng 67 μT và bằng không tại đường xích đạo
từ. Đối với phương nằm ngang độ lớn của từ trường đạt tối đa tại xích đạo từ khoảng
33 μT và bằng không tại các cực từ [58]. Ở bề mặt của Trái Đất (Nam Mỹ và Nam Phi), độ
lớn của từ trường nhỏ hơn 30 mT, ở miền Bắc Canada và phía nam của Australia và một
phần của Siberia khoảng 70 μT [71]. Hầu hết từ trường quan sát thấy ở bề mặt của Trái Đất
có nguồn gốc nội bộ, có thể được tạo ra bởi các chuyển động mạnh của các chất dẫn điện
lỏng trong lòng đất [83].
Từ trường là một nhân tố phi sinh học có ảnh hưởng mạnh mẽ tới các quá trình sinh
học diễn ra trong cơ thể sống. Từ trường làm thay đổi các tính chất của màng tế bào, tác
động tới quá trình phân bào và gây ra một số thay đổi về trao đổi chất trong tế bào. Từ
trường cũng ảnh hưởng tới các đặc điểm trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cơ
thể sống, các hoạt động ở cấp độ phân tử như biểu hiện của gen, sinh tổng hợp protein
và hoạt động enzyme trong tế bào, từ đó dẫn tới một loạt các


10


thay đổi liên quan tới một loạt các chức năng ở cấp độ mô và cơ quan [94] , [49] . Từ
trường còn ảnh hưởng tới sự phân bố các ion trong tế bào thông qua tác động vào các
kênh dẫn truyền ion [21], [22]. Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng, từ trường cũng tác
động tới một số đặc tính khác của thực vật như sự nảy mầm của hạt, tốc sinh trưởng
của rễ, của cây non, sự tăng sinh của mô phân sinh đỉnh sinh trưởng và thay đổi hàm
lượng diệp lục. Thêm vào đó, từ trường cũng ảnh hưởng tới năng suất của cây trồng. Tác
động của từ trường phụ thuộc vào cường độ của từ trường, cực tác dụng, đối tượng sinh
học và thời gian tiếp xúc. Cường độ từ trường quá thấp hoặc quá cao gây ra sự ức chế các
hoạt động sinh học. Trong khi ở cường độ thích hợp thì từ trường lại làm tăng cường
các hoạt động của tế bào như quá trình nguyên phân, trao đổi chất, thúc đẩy sự sinh
trưởng và phát triển.

Các nghiên cứu trên đối tượng vi sinh vật cho thấy, từ trường có tác dụng ức chế hoặc
kích thích sự sinh trưởng của vi sinh vật tùy thuộc vào cường độ và cực từ. Chủng vi
khuẩn Agrobacterium sinh trưởng nhanh hơn và khỏe hơn so với đối chứng khi sinh
trưởng ở từ trường 330 Gauss [13].
1.4. Các nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường lên quá trình sinh học ở thực vật
1.4.1. Ảnh hưởng của từ trường đến sự phát triển của thực vật
Trải qua nhiều năm, những tác động của từ trường về đời sống thực vật đã là chủ đề
của nhiều nghiên cứu. Ngay từ năm 1930, những nghiên cứu của Savostin đã cho thấy sự
tăng 100% trong tỷ lệ kéo dài của cây lúa mì dưới ảnh hưởng của từ trường [90] . Hạt
giống hoa hướng dương (Helianthus annuus) tiếp xúc với cường độ từ trường 20 μT tuy
rất nhỏ, nhưng lại tăng đáng kể tổng trọng lượng tươi, trong khi trọng lượng khô và tỷ lệ
nảy mầm vẫn không bị ảnh hưởng [42]. Bên cạnh đó, sự kéo dài trụ dưới lá mầm hạt đậu
cũng đã được nghiên cứu, kết quả là sự kéo dài của tế bào và áp suất thẩm thấu của cây
khi chịu tác động của từ trường cao hơn so với đối chứng. Nghiên cứu này cho thấy việc
thúc đẩy sự kéo dài của các tế bào dưới tác dụng của từ trường có thể liên quan đến sự
tăng áp suất thẩm thấu trong tế bào [70]. Đối với hạt đậu tằm (Vicia faba) dưới tác dụng
của từ trường với cường độ 10 μT và 100 μT tại tần số 50 Hz, 60 Hz làm thay đổi quá
trình vận chuyển qua màng ở chóp rễ [93].


11


Một số nghiên cứu cũng cho rằng từ trường có khả năng trì hoãn sự hình thành và
phát triển của thực vật. Dưới tác dụng của một loạt từ trường với cường độ thấp (từ 20 nT
– 0,1 mT) trên cây lúa mì trong vòng 3-5 ngày làm cây phát triển chậm hơn so với đối
chứng [24]. Cây con Vulgare hordeum trồng dưới tác dụng của từ trường cường độ 10
nT cho thấy sự giảm trọng lượng tươi của chồi (12%) và rễ (35%), cũng như trọng lượng
khô của chồi (19%) và rễ (48%) so với đối chứng [59].
1.4.2. Tác động của từ trường lên sự nảy mầm của hạt

Từ trường làm tăng tỉ lệ phát triển của cây con ở giai đoạn tiếp theo ở các cây lúa
mạch, ngô, đậu, lúa mỳ, các cây hoa quả và một số loài cây khác. Hơn nữa, từ trường với
tần số 16 Hz được sử dụng như một phương pháp cải thiện giống sau thu hoạch đối với các
loại giống khác nhau, đặc biệt cho hạt giống của loài nhạy cảm với nhiệt độ nảy mầm
thấp [85].
Hạt của cây rong (Cryptotaenia japonica) khi phơi nhiễm với sự thay đổi thời gian
theo hình sin với tần số thấp (ELF) kết hợp với từ trường trái đất cho thấy có ảnh hưởng
đến hoạt động của tế bào và enzyme ở trong giai đoạn nảy mầm hạt. Từ trường cũng
được ứng dụng để thúc đẩy sự nảy mầm của hạt đậu Phaseolus vulgaris [87].
Đậu tương (Glycine max) dưới tác dụng của từ trường có cường độ 1500 nT ở các tần
số 0,1 Hz; 1,0 Hz; 10 Hz và 100 Hz trong vòng 5 giờ/ngày liên tục trong 20 ngày. Kết quả
cho thấy, tỉ lệ nảy mầm tăng và đạt hiệu quả cao nhất dưới tần số 10
Hz và 100 Hz. Từ trường làm tăng các thông số liên quan đến sự nảy mầm như sự hấp thu
nước, tốc độ nảy mầm, chiều dài cây giống, trọng lượng tươi, trọng lượng khô và chỉ số
sức sống của hạt giống đậu tương trong điều kiện phòng thí nghiệm [92]. Các hạt đậu
tiếp xúc với từ trường cường độ 60 mT, 120 mT, 180 mT trong các khoảng thời gian 5
phút, 10 phút và 15 phút trước khi gieo cho thấy tăng đáng kể tốc độ nảy mầm. Ngoài ra,
cũng thấy rằng việc tiếp xúc với từ trường cường độ
60 mT và 180 mT tăng đáng kể các thông số nảy mầm của hạt đậu và phương pháp tác
động này có thể được sử dụng trong thực tế để đẩy nhanh tốc độ nảy mầm trong hạt đậu
[53].


12


Hiệu quả của phương pháp sử lý từ trường trước khi gieo hạt đã được nghiên
cứu ở giống đậu bắp (Abelmoschus esculentus) được sử lý từ trường với cường độ
99 mT trong 3 phút và 11 phút cho thấy, tỷ lệ nảy mầm tăng lên khoảng 50%, số hoa,
diện tích lá, số quả trên cây, khối lượng quả trên cây cao hơn so với đối chứng [69].

Tiền xử lý hạt giống ngô với từ trường trong thời gian 0 phút, 15 phút, 30 phút và 45
phút giúp cải thiện phần trăm nảy mầm, hàm lượng chlorophyll, diện tích lá, trọng lượng
tươi và trọng lượng khô của cây và sản lượng. Hạt được phơi nhiễm ở từ trường trong thời
gian 30 phút và 45 phút cho kết quả tốt nhất làm tăng hiệu quả kinh tế đối với sản xuất
trong bối cảnh của một nền nông nghiệp hiện đại, hữu cơ và bền vững [23].
Đối với cây cà chua (Solanum lycopersium), khi sử dụng từ trường ở cường độ và thời
gian khác nhau có hiệu quả đáng kể lên cây cà chua. Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy,
thời gian hạt nảy mầm giảm từ 10% đến 90%, tỷ lệ nảy mầm tăng, chiều dài rễ và chồi
tăng hơn so với hạt không được xử lý với từ trường. Xử lý từ trường ở cường độ 160 mT
trong thời gian 1 phút và 200 mT trong thời gian 1 phút cho hiệu quả tốt nhất [35].
Đối với đậu xanh (Vigna radiata) khi tiếp xúc với từ trường có cường độ 87 mT 26 mT trong vòng 100 phút, cho thấy tốc độ nảy mầm tăng tuyến tính theo cường độ từ
trường tăng dần. Tính toán các giá trị như thời gian nảy mầm trung bình, tỷ lệ nảy mầm
trung bình, hệ số tương quan tỉ lệ nảy mầm, hằng số từ trường, thời gian tiếp xúc, sự hấp
thu nước đã chỉ ra tác động của từ trường tĩnh giúp cải thiện tỉ lệ nảy mầm hạt đậu xanh
ngay cả khi không phải đúng mùa vụ [64].
Tuy nhiên, tác dụng của từ trường đến sự nảy mầm cũng có nhiều kết quả trái
ngược. Ví dụ như, thời gian nảy mầm trung bình của lúa (Oryza sativa) khi được tiếp
xúc với từ trường ở cường độ 125 mT và 250 mT trong thời gian khác nhau (1 phút, 10
phút, 20 phút, 1 giờ, 24 giờ) cho tỉ lệ nảy mầm giảm đáng kể so với các mẫu không
được xử lý từ trường. Như vậy, từ trường ảnh hưởng kìm hãm đến sự nảy mầm và giai
đoạn đầu của sự phát triển ở cây lúa [44].


13


1.4.3. Tác dụng của từ trường lên chồi và rễ
Đối với một số loài thực vật, khi xử lý hạt với từ trường làm tăng tỉ lệ tăng trưởng
của cây. Cây ngô khi được xử lý với từ trường có trọng lượng tươi tăng lên so với mẫu đối
chứng. Tỉ lệ tăng trưởng cao nhất thu được khi xử lý mẫu ở cường độ từ trường 125 mT

và 250 mT [45]. Carbonel và cs (2011) cũng thu được kết quả tương tự khi xử lý hạt giống
đậu ở cường độ 125 mT và 250 mT. Kết quả cho thấy khi tăng thời gian tiếp xúc với từ
trường ở hai cường độ trên sẽ làm tăng tỉ lệ nảy mầm của hạt [27].
Martinez đã cho thấy, từ trường có tác dụng kích thích ở giai đoạn đầu sự phát triển
của hạt giống lúa mạch. Hạt lúa mạch cho tiếp xúc với từ trường cường độ 125 mT ở các
khoảng thời gian khác nhau (1 phút, 10 phút, 20 phút, và 60 phút, 24 giờ, và tiếp xúc mãn
tính), kết quả là tăng trọng lượng và chiều dài cây con [66].
Ở cây Dioscorea opposita khi được xử lý với từ trường, người ta nhận thấy ở giai
đoạn cây con có sự phát triển tốt nhất. So sánh với mẫu đối chứng, tỉ lệ tăng lên
30%, số lượng rễ tăng lên 8% và chiều dài trung bình của rễ tăng lên 2,62 cm [60]. Từ
trường có cường độ 5 mT và tần số 16 Hz cũng ảnh hưởng đế số lượng rễ và lá của cây củ
cải đường (Beta vulgaris var saccharifera) [86]. Nghiên cứu của Vashisth và
Nagarajan (2010) cho thấy, trong hạt nảy mầm được xử lý từ trường, hoạt tính của
enzyme amylase, dehydrogenase và protease cao hơn đáng kể so với mẫu đối chứng
[101] .
1.4.4. Ảnh hưởng của từ trường tới quá trình quang hợp
Khi đặt ngô vào trong từ trường tĩnh ở cường độ 100 và 200 mT, quá trình quang
hợp, lỗ khí khổng và hàm lượng chlorophyll ở cây ngô đều tăng [17]. Xử lý hạt bằng điện
từ trường trước khi gieo trồng có thể giảm thiểu những tác động bất lợi gây ra bởi hạn
hán ở các cây trồng khác nhau. Tiền xử lý hạt của hai giống ngô ở hai cường độ từ trường
100 mT và 150 mT trong 10 phút làm giảm bớt đáng kể bởi tác động của hạn hán lên sự
sinh trưởng của cây do cải thiện được hàm lượng chlorophyll a và do sự dập tắt quang
hóa và dập tắt không quang hóa [55].


14


Tỉ lệ hấp thu CO2 của cây củ cải được đặt trong từ trường thấp hơn so với các cây
đối chứng. Trọng lượng khô và diện tích lá mầm của các cây đặt trong từ trường cũng thấp

hơn đáng kể so với cây đối chứng [105].
1.5. Vai trò của từ trường lên hệ thống nuôi cấy mô thực vật
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu về tác động của từ từ trường lên hệ
thống nuôi cấy mô đã được tiến hành nhưng chưa nhiều và không được xác định rõ. Atak
(2003) đã nghiên cứu ứng dụng của từ trường trên in vitro tái sinh của đậu tương từ chồi
đỉnh. Thân, lá và rễ tái sinh, trọng lượng tươi và hàm lượng chất diệp lục thay đổi dưới các
cường độ từ trường (2,9 – 4,6 mT) và thời gian tiếp xúc (2,2 –
19,8 giây) [19]. Thí nghiệm nuôi cấy mô của Paulownia tomentosa và Paulownia
fortunei tiếp xúc với từ trường cường độ 2,9 – 4,8 mT ở thời gian 2,2 giây; 6,6 giây;
19,8 giây cho thấy tăng khả năng tái sinh của Paulownia và rút ngắn thời gian tái sinh. Khi
các mẫu nuôi cấy được tiếp xúc với từ trường có độ lớn 2,9 – 4,8 mT trong 19,8 giây;
sự tái sinh Paulownia tomentosa và Paulownia fortunei chiếm ưu thế hơn so với đối
chứng [106]. Hiệu quả tương tự của từ trường cũng được tìm thấy trong Phalenosis,
Cybium và Spathipyllum [99] , [100] . Về cơ bản từ trường nhân tạo có tác dụng tăng hiệu
quả của quá trình nuôi cấy mô bởi nó làm thay đổi các đặc tính của màng tế bào, thực
hiện việc tái tạo tế bào và gây ra một số thay đổi trong chuyển hóa tế bào.
1.6. Chọn tạo giống đậu tương bằng phương pháp chuyển gen
Năm 1988, cây đậu tương chuyển gen đầu tiên được công bố Hinchee và cs,
(1988) [52]. Kể từ đó, đậu tương biến đổi gen đã được nghiên cứu và chọn tạo rộng rãi bởi
các nhà sản xuất của Mỹ, Argentina, Canada, Brazil… Từ những năm 1990, cây đậu tương
kháng thuốc diệt cỏ “Roundup – ready” là sản phẩm độc quyền của công ty Monsanto.
Hiện nay, họ đã và đang cung cấp giống cho hơn một nửa diện tích trồng đậu tương tại
Mỹ. Brazil là nước sản xuất đậu tương lớn thứ hai sau Mỹ, đang trong quá trình tranh
luận để công nhận về mặt luật pháp đối với cây trồng biến đổi gen (bao gồm đậu
tương), tuy nhiên một số báo cáo cho rằng hơn một nửa lượng đậu tương trồng tại miền
bắc Brazil đã là các giống được biến đổi gen [43].


15

Trong những năm gần đây, công nghệ gen phát triển mạnh các nhà nghiên cứu của
viện Energy – Joint genome đã tiến hành giải trình tự genome của đậu tương và đã
phát hiện trong genome của đậu tương có khoảng 60.000 gen được phân tích trong đó
5.671 là các nhân tố phiên mã sẽ quyết định kiểu hình bao gồm kháng hạn, kháng ngập
úng, nồng độ protein và dầu cao... [102]. Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất chính yếu
bao gồm các yếu tố sinh học như cỏ dại, sâu, bệnh và các yếu tố phi sinh học như hạn,
mặn, lạnh, nóng, nhiễm độc kim loại. Năng suất giảm 37% bởi cỏ dại, 11% do các loại mầm
bệnh, 1% do virus và 11% do sâu hại có nguồn gốc động vật. Mức giảm do cỏ dại thay đổi
không lớn giữa các khu vực (35 –
40%), tuy nhiên mức thiệt hại do mầm bệnh và sâu hại khá cao, tương ứng dao động ở 7 –
16% đối với mầm bệnh và 4 – 20% đối với sâu hại bởi vì sự khác biệt về sâu hại chính giữa
các vùng, miền [72]. Trong khi đó, các yếu tố bất lợi cũng gây ảnh hưởng nghiêm trọng
đến năng suất và sản lượng của đậu tương. Trong đó, ảnh hưởng của hạn là đặc biệt
nghiêm trọng, có thể làm giảm từ 40-60% năng suất đậu tương. Hiện nay, các tính trạng
đã và đang được các nhà chọn tạo giống đậu tương bằng công nghệ gen quan tâm nghiên
cứu bao gồm [63]:
- Kháng thuốc diệt cỏ: Ngày nay, hơn 85% đậu nành ở Mỹ và 56% đậu tương trên
thế giới là đậu tương kháng thuốc diệt cỏ và đây là tính trạng phổ biến nhất của cây
chuyển gen. Các gen mã hóa cho tính trạng kháng các thành phần trong thuốc diệt cỏ đã
được ứng dụng gồm: ALS (acetolactate synthase), aroA (phân lập từ Agrobacterium
dòng CP4), GAT (phân lập từ Bacillus lichenformis), PAT (phân lập từ Streptomyces
viridochromogenes), BAR (phân lập từ Streptomyces hygroscopicus).
- Kháng nấm: Nấm là một trong những nguyên nhân gây bệnh ở đậu tương. Các nhà
khoa học đã phát hiện có hơn 40 loài nấm gây bệnh đã được xác định là có hại lên sự
phát triển của thực vật, trong đó có các loài xâm nhiễm trên cây đậu tương mà
nghiêm trọng nhất là Phytophthora (gây thối rễ). Các gen kháng với Phytophthora tự
nhiên (Rps) cũng đã được nhận diện, phân lập và chuyển vào cây đậu tương [47]. Ngoài
ra, Sclerotina sclerotiorum (một loại mốc trắng) cũng là một tác nhân gây quan trọng trên
đậu tương. Gen OXO đã được nghiên cứu biến nạp vào đậu tương để giúp cây kháng với

mốc trắng [26].


16


- Kháng tuyến trùng: Hơn 100 loài tuyến trùng có thể xâm nhiễm vào cây đậu nành,
gây hư hại rễ, làm cây héo và do đó làm năng suất giảm. Khi xâm nhiễm vào rễ, tuyến
trùng tiết một số các hợp chất làm cho một số tế bào của rễ hình thành nên một cấu trúc
đặc biệt gọi là hỗn bào SCN [61]. Gen kháng SCN tự nhiên đã được định vị và dòng hóa để
chuyển vào cây đậu tương. Ngoài ra, người ta còn tạo ra các cây kháng tuyến trùng bằng
cách chuyển vào cây gen mã hóa cho các peptide ức chế tuyến trùng,ví dụ như OcI∆D86 hay CpT1.
- Kháng virus: Có khoảng hơn 100 loại virus gây hại trên thực vật, trong đó virus
khảm BPMV và SbDV là hai loại virus quan trọng nhất tác động lên đậu tương [110].
Phương pháp biến nạp làm im lặng gen sau phiên mã thông qua RNA đã được sử dụng để
tạo ra các cây chuyển gen kháng virus, bằng cách chuyển một cassette gồm mạch sense
và mạch antisense của gen mã hóa cho protein vỏ virus (CP – coat protein) vào cây.
- Kháng côn trùng: Có rất nhiều loài côn trùng tấn công vào cây đậu tương. Bt
(phân lập từ Bacillus thuringiensis) được xem là chiến lược hiệu quả nhất cho việc tạo
cây đậu tương chuyển gen kháng côn trùng. Hơn 50 gen độc Bt đã được dòng hóa cho
mục đích này [112] . Bên cạnh gen Bt, protein TcdA (được phân lập từ Photorhabdus
luminescens) cũng được chứng minh là có tiềm năng ứng dụng trong thực vật chuyển
gen kháng côn trùng [62]. Ở đậu tương, sâu hại là nhóm đối tượng thường xuyên gây ra
những thiệt hại đáng kể đối với sản xuất đậu tương. Sâu hại tất cả các bộ phận của cây,
nhóm sâu hại lá, thân, quả, sâu hại trong đất. Có tới
360 loài sâu hại đậu tương ở các vùng trồng đậu tương trên thế giới. Tuy nhiên, các loài
sâu hại và mức độ gây hại ở các vùng có sự biến thiên. Ở Mỹ, các sâu hại phổ biến trên
đậu tương là các sâu ăn lá Hypena scabra, sâu đo, bọ xít vệt đỏ (Piezodorus
guildinii). Ở Ấn Độ, các loài sâu hại nghiêm trọng gồm có dòi đục lá (Aproaerema
modicella) và đục thân (Melanagromyza sojae) làm giảm 20 – 30 % năng suất hàng năm.

Ngoài ra, các nhóm sâu ăn lá (sâu xanh, sâu khoang), và bọ trĩ cũng là những đối tượng
hại nghiêm trọng đối với sản xuất ở Ấn Độ [91], [25]. Ở Thái Lan, sâu hại đậu tương được
chia ra 3 nhóm sâu ăn lá, sâu hại quả và sâu hại thân. Các sâu quan trọng và phổ biến ở cả
2 vụ đậu gồm có sâu xanh, sâu khoang, sâu đục thân, sâu đục quả, sâu cuốn lá, bọ trĩ
[10]. Ở Indonesia, số liệu điều tra ghi


17


nhận sâu đục quả đậu Etiella zinkenella và sâu xanh tấn công 9% và 11% số quả đậu,
thiệt hại quả là 12% và chủ yếu là do sâu đục quả [96]. Tính cho đến hiện nay, đã có giống
đậu tương kháng sâu mang các gene Cry1Ac, Cry1Ab, Cry2Ab, Cry1F được đưa vào sản xuất
(ISSA, 2014).
- Kháng các stress phi sinh học: Tạo ra cây chuyển gen kháng với các stress phi
sinh học là một thách thức lớn với công nghệ sinh học thực vật. Các stress này bao gồm:
hạn hán, lạnh, tính mặn, nhiệt và kim loại nặng. Một số gen tiềm năng cho kháng stress phi
sinh học trên cây đậu tương là: CAX1 (mã hóa cho protein của kênh vận chuyển
cation/proton trên màng tế bào, ứng dụng trong việc tạo cây chuyển gen kháng mặn),
P5CR (mã hóa cho một enzyme chìa khóa trong con đường tổng hợp proline, tích lũy
proline có thể dẫn đến sự hình thành tính kháng hạn và kháng nhiệt độ cao)… Nghiên cứu
của Gottikonda và cs, cũng tạo được dòng đậu tương kháng hạn sau khi biến nạp gen
DREB1D [50]. Tương tự như vậy, Quach và cs, cũng đã chứng minh được các gen
GmNAC003 và GmNAC004 có tiềm năng ứng dụng trong chọn tạo giống đậu tương kháng
hạn bằng công nghệ gen. Các cây Arabidopsis sau khi được biến nạp các gen này đã thể
hiện tính chống chịu hạn tốt, bộ rễ phát triển khỏe hơn so với đối chứng [84]. Các điều
kiện bất lợi của môi trường diễn ra do hệ quả của sự thay đổi biến đổi khí hậu toàn cầu,
trong đó, đặc biệt là tình trạng hạn hán và thiếu nước sử dụng đã và đang trở thành vấn
nạn chung của nhiều quốc gia [28]. Đối với đậu tương, ảnh hưởng bởi sự thiếu hụt nước
gây ra các hệ quả to lớn. Trong vòng từ năm 2008 đến 2012, lượng mưa của các vùng sản

xuất nông nghiệp bị suy giảm, đặc biệt là vùng châu Mỹ La Tinh như Brazil, Argentina,
Paraguay, Uruguay, đặc biệt là vụ mùa năm 2011 – 2012 [11]. Sản lượng đậu tương của
Brazil bị mất tới 64% so với dự kiến. Ở Argentina, sự thiếu hụt mưa vào cuối năm 2011 và
đầu năm 2012 dẫn đến năng suất trung bình giảm 30%. Theo tính toán của CREA, năng
suất đậu tương khi trồng dự kiến là 3545kg/ha, nhưng đến tháng 2/2012 năng suất thực
chỉ còn 2523kg/ha. Tuy năng suất không giảm 50% như dự kiến của năm
2009 – 2009 (1800kg/ha), nhưng thiệt hại do hạn hán gây ra là đặc biệt nghiêm trọng.
Ở Paraguay, 45% sản lượng đậu tương năm 2012 bị mất đi khi so sánh với năm trước
[32]. Tình hình hạn hán vẫn tiếp tục trong những năm sắp tới của thế kỷ này, do vậy, việc
giảm thiểu ảnh hưởng của hạn đến năng suất đậu tương đang là


18


vấn đề đặc biệt được coi trọng. Tuy nhiên, việc tạo ra cây đậu tương chống chịu hạn vẫn
còn khó khăn.
- Thay đổi thành phần dầu: Dầu đậu tương cũng tương tự như các loại dầu thực
vật khác, chứa 5 loại acid béo thường gặp là: palmitic acid (11%), stearic acid (4%), oleic
acid (22%), linoleic acid (53%) và linolenic acid (8%). Mục tiêu chiến lược để làm gia tăng
chất lượng dầu đậu tương là giảm hàm lượng acid béo bão hòa và acid béo chưa bão hòa
đa (polyunsaturated), đồng thời tăng hàm lượng các acid béo bão hòa đơn
(monounsaturated). Ngoài lợi ích cho sức khỏe con người, việc tạo đậu tương chuyển gen
có hàm lượng oleic acid cao (80%) và hàm lượng acid béo bão hòa cũng như acid béo
bão hòa đa thấp (lần lượt là 6% và 5%) bằng cách khóa sự biểu hiện của gen FAD2 đem lại
tiềm năng ứng dụng làm dầu sinh học (biodiesel hay biofuel) [82].
- Thay đổi hàm lượng protein: Đậu nành là một trong những thực phẩm giàu
protein nhất (40% trọng lượng là protein) bao gồm chủ yếu là 2S, 7S và 11S globulin
(còn được gọi là conglycinin và glycinin). Gen mã hóa cho conglycinin và glycinin đã được
phân lập và dòng hóa vào một vector biểu hiện antisense vào năm

2002 [56]. Việc biến nạp cấu trúc này sẽ tạo ra các cây đậu nành không có protein
7S hoặc 11S.
- Thay đổi thành phần amino acid: Động vật hữu nhũ hấp thu các amino acid từ
thực phẩm, một trong số các amino acid quan trọng là lysine. Để bổ sung lysine vào hạt
đậu nành, người ta tạo cây chuyển gen với 2 gen mã hóa cho enzyme liên quan đến con
đường sinh tổng hợp lysine là AK và DHDPS. Sự biểu hiện của DHDPS và AK đã làm
tăng lượng lysine lên 100 lần [40]. Ngoài ra còn có các gen mục tiêu khác để làm gia tăng
giá trị dinh dưỡng cho hạt đậu nành như gen mã hóa cho methionine và cysteine.
- Bổ sung vitamin E: Vitamin E là một nhóm các hợp chất gồm có 8 dạng: α-, β-, γvà δ-tocopherol và 4 dẫn xuất chưa bão hòa α-, β-, γ- và δ- tocotrienol. Hạt đậu tương
tổng hợp tocopherol với tỉ lệ: γ-tocopherol 60 – 65% và δ-tocopherol 20
– 26%, tuy nhiên các tocopherol này có hoạt tính thấp. Việc chuyển gen HGGT làm tăng
tích lũy vitamin E tổng lên 10 – 15 lần. Gen At- VTE3 từ Arabidopsis đã được


19


dòng hóa và chuyển vào đậu tương cho kết quả tăng tích lũy α-tocopherol lên 95%
[89].
1.7. Thực trạng nghiên cứu biến nạp gen vào đậu tương
Công nghệ biến nạp gen ở đậu tương đã được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới
nghiên cứu và cải tiến. Trong đó, phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn
Agrobacterium tumefaciens vào mô in vitro nhằm tạo cây trồng biến đổi gen đem lại tỷ lệ
thành công cao và ít tốn kém. Ngày nay, hai hệ thống chuyển gen ở đậu tương là
chuyển gen thông qua nốt lá mầm (cotyledon node) và thông qua phôi vô tính
(embryogenesis) được cho là có hiệu quả và được ứng dụng rộng rãi. Hinchee và cs
(1988) đã tái sinh thành công cây đậu tương biến đổi gen thông qua vi khuẩn
Agrobacterium tumefaciens bằng cách sử dụng nốt lá mầm làm mô đích [52]. Các nghiên
cứu ban đầu cho thấy chỉ có một giống đậu tương thích hợp để lây nhiễm với
Agrobacterium và có sẵn hệ thống tái sinh [36], [52], [78]. Tuy nhiên, các nghiên cứu

gần đây đã khắc phục được các hạn chế đó [37], [76].
Các nhà nghiên cứu đã xây dựng thành công phương pháp chuyển gen đậu
tương và có thể lặp lại được bằng cách sử dụng các mảnh nốt lá mầm từ các cây con và các
hạt trưởng thành cho chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium [38], [52], [75].
Vùng nốt lá mầm có chứa vùng mô phân sinh nách lá nằm giữa lá mầm và trụ dưới lá
mầm. Mô phân sinh nách lá sẽ biệt hóa và tái sinh thông qua hình thành nhiều chồi
bất định khi nuôi cấy trên môi trường chứa cytokinin và benzylaminopurine. Mức độ
hình thành chồi phụ thuộc vào kiểu gen của mẫu nuôi cấy, hầu hết đều có thể hình
thành chồi bất định ở vùng nốt lá mầm. Kỹ thuật gây tổn thương nốt lá mầm bằng dao
phẫu thuật đòi hỏi phải người làm phải có kĩ năng để chuẩn bị mẫu cho lây nhiễm với vi
khuẩn [111]. Ngược lại, kỹ thuật tạo vết cắt trên nốt lá mầm đậu tương bằng cách sử dụng
thép không gỉ để rạch là phương pháp dễ sử dụng, tạo vết cắt đồng đều, không đòi hỏi kĩ
năng của người làm thí nghiệm [103]. Thêm vào đó, các tác nhân khử như L-cysteine và
thiol trong môi trường đồng nuôi cấy lỏng làm tăng đáng kể hiệu quả chuyển gen vào
các tế bào nốt lá mầm [73] , [74] và tạo ra các cây chuyển gen hữu thụ [75]. Kết hợp
sử dụng tác nhân khử và vector nhị thể, acetosyringone sẽ làm tăng hiệu quả chuyển
gen [33],


20


[88]. Cây đậu tương chuyển gen đầu tiên được tạo ra sử dụng gen nptII kháng lại
kanamycine là gen chỉ thị chọn lọc [52]. Hiện nay, các mẫu chuyển gen đậu tương thường
được chọn lọc bằng gen bar và thuốc trừ cỏ phosphinothricin (glufosinate) [108], [111].
Nồng độ của tác nhân chọn lọc có ảnh hưởng đáng kể tới tần suất chuyển gen [108],
vì thế với mỗi giống đậu tương khác nhau có nồng độ chọn lọc phù hợp. Tần số chuyển
gen thu được từ 0,2% đến 10% [75], [79], [108] cho thấy hiệu quả chuyển gen còn phụ
thuộc vào kĩ năng của người thực hiện thí nghiệm và phụ thuộc giống đậu tương.
Tiếp đến, nhiều nhóm tác giả ở các phòng thí nghiệm khác nhau trên thế giới tiến

hành ứng dụng, nghiên cứu cải tiến phương pháp nhằm nâng cao hiệu quả biến nạp gen
[73] , [65]. Christianson và cs, 1983 lần đầu tiên công bố kết quả tái sinh thông qua phôi
vô tính [31]. Sau đó, một số tác giả đã cải tiến và tối ưu môi trường, xây dựng phương
pháp tái sinh thông qua phôi vô tính ở giai đoạn quả non [41], [107], [95]. Nhược điểm
của cả hai phương pháp trên là tiêu tốn nhiều thời gian, hiệu quả biến nạp gen chỉ đạt
từ 0,3 - 2,8%. Vì những nhược điểm này, một số nhà khoa học tiến hành thử nghiệm, tìm
kiếm phương pháp mang lại hiệu quả cao hơn như chuyển gen qua trụ dưới lá mầm
(hypocotyls) [18]; [48], phương pháp nửa hạt [79], và các lá mầm hợp tử chưa trưởng
thành [104]. Tuy nhiên, các phương pháp này cũng không mang lại hiệu quả, mặt khác ít
được ứng dụng. Paz và cs (2005) đã tiến hành cải tiến phương pháp nốt lá mầm không qua
giai đoạn nuôi cấy nảy mầm trước khi lây nhiễm với vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens.
Phương pháp này có ưu điểm hơn các phương pháp trước đó là thời gian được rút ngắn,
hiệu quả biến nạp nâng cao (3,8%) [80]. Cho tới nay, kết quả công bố về hiệu quả của
phương pháp này vẫn cao hơn các phương pháp khác.
Ở nước ta, việc ứng dụng công nghệ sinh học trong tạo giống cây trồng đã được
triển khai nghiên cứu một cách đầy đủ từ khá lâu. Nghiên cứu chuyển gen vào đậu tương
đã được tiến hành thành công ở nhiều trung tâm, viện nghiên cứu như Viện Di truyền
Nông nghiệp, Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long, Viện Công nghệ Sinh học … Tuy nhiên,
nghiên cứu chuyển gen kháng sâu, kháng hạn đã và đang được triển khai tại Viện Di
truyền Nông nghiệp [4] và Viện Lúa đồng bằng sông


21