“Nghiên cứu chuyển gen chịu nhiệt HSP101 trên cây thuốc lá (Nicotiana tabacum) thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens”

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận
này là trung thực và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Mọi trích dẫn trong khóa luận đã được chỉ rõ nguồn gốc.
Bắc Giang, ngày…tháng…năm 2018
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thùy Linh

Khóa luận tốt nghiệp
4A

i

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Hoàng Thị Thao đã tận
tình hướng dẫn và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện
đề tài khóa luận.
Tôi xin chân thành cảm ơn tới TS. Nguyễn Tiến Dũng giảng viên
khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, Trường Đại học Nông
Lâm Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ và tạo mọi điều kiện trong quá trình
thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu trong đề tài khóa luận.

Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt
tình của tập thể cán bộ phòng thí nghiệm Trung tâm Công nghệ Sinh học,
khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm, trường Đại học Nông
lâm Thái Nguyên. Tôi xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ quý báu đó.
Tôi xin cảm ơn thầy cô giáo và cán bộ khoa Nông học, Trường Đại
học Nông - Lâm Bắc Giang đã động viên chỉ dẫn, đóng góp ý kiến và tạo
điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận này.
Bằng tình cảm chân thành, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè
đã luôn ở bên, động viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này.

Bắc Giang, ngày…tháng…năm 2018
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thùy Linh

Khóa luận tốt nghiệp
4A

ii

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................i
LỜI CẢM ƠN...............................................................................................ii
MỤC LỤC...................................................................................................iii

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT.............................................v
DANH MỤC BẢNG TRONG KHÓA LUẬN............................................vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG KHÓA LUẬN..................................viii
MỞ ĐẦU.......................................................................................................1
1. Tính cấp thiết của đề tài............................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu..................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu.................................................................................2
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn...................................................................2
4.1. Ý nghĩa khoa học....................................................................................2
4.2. Ý nghĩa thực tiễn....................................................................................2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU.......................................................3
1.1. Gen chịu nhiệt HSP và đặc điểm của gen chịu nhiệt HSP101...............3
1.1.1. Gen chịu nhiệt HSP.............................................................................3
1.1.2. Đặc điểm của gen chịu nhiệt HSP101.................................................4
1.2. Tính chống chịu stress của thực vật.......................................................5
1.2.1. Khái niệm về tính chống chịu stress của thực vật...............................5
1.2.2. Tính chất của các tác nhân gây stress..................................................5
1.2.3. Phản ứng của thực vật với Stress........................................................5
1.3. Ảnh hưởng của stress đến sinh trưởng và phát triển cây trồng..............7
1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao (tính chịu nóng) đến sinh trưởng và phát
triển cây trồng................................................................................................7
1.3.2. Ảnh hưởng của tính chịu hạn đến sinh trưởng và phát triển cây trồng...9
1.3.3. Ảnh hưởng của tính chịu mặn đến sinh trưởng và phát triển cây trồng. .10
1.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp (tính chịu lạnh) đến sinh trưởng và phát
triển của cây trồng.......................................................................................11
1.4. Nghiên cứu nâng cao tính chống chịu nhiệt độ cao ở thực vật............12

Khóa luận tốt nghiệp
4A

iii

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

1.4.1. Các nghiên cứu nâng cao tính chống chịu nhiệt độ cao ở thực vật trên
thế giới.........................................................................................................12
1.4.2. Các nghiên cứu nâng cao tính chống chịu nhiệt độ cao ở thực vật
trong nước...................................................................................................14
1.5. Chuyển gen ở thực vật..........................................................................15
1.5.1. Khái niệm chuyển gen ở thực vật......................................................15
1.5.2. Các phương pháp chuyển gen cho cây trồng....................................16
1.5.3. Một số nghiên cứu về chuyển gen trên cây thuốc lá.........................23
CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU...............25
2.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu..............................................25
2.1.1. Vật liệu nghiên cứu...........................................................................25
2.1.2. Hóa chất.............................................................................................25
2.1.3. Thiết bị thí nghiệm............................................................................26
2.2. Phương pháp nghiên cứu......................................................................26
2.2.1. Phương pháp thiết kế vector chuyển gen..........................................26
2.2.2. Phương pháp chuyển gen ở thuốc lá.................................................29
2.2.3. Phương pháp phân tích cây chuyển gen............................................31
2.2.3.1. Phương pháp tách chiết DNA tổng số............................................31
2.2.3.2. Phân tích cây chuyển gen bằng phương pháp PCR........................32
2.2.3.3. Phương pháp điện di kiểm tra trên gel agarose..............................33
2.2.4. Phương pháp phân tích, xử lý số liệu................................................34
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN....................35

3.1. Thiết kế vector chuyển gen mang gen chịu nhiệt HSP101..................35
3.2. Kết quả chuyển gen HSP101 vào giống thuốc lá thông qua vi khuẩn
A.tumefaciens..............................................................................................37
3.3. Chọn lọc và phân tích hiệu quả chuyển gen.........................................39
3.4. Phân tích sự biểu hiện của gen chuyển HSP101 trên cây thuốc lá.......41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.........................................................................46
1. Kết luận...................................................................................................46
2. Đề nghị....................................................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................47
Khóa luận tốt nghiệp
4A

iv

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

1.Tài liệu tiếng việt......................................................................................47
2. Tài liệu tiếng anh.....................................................................................48

Khóa luận tốt nghiệp
4A

v

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
ADP
AS
ATP
BAP
bp
CNSH
cs
CTAB

Thuật ngữ Tiếng Anh
Adenosine diphosphat
Acetylseringone
Adenosine triphosphat
Benzylaminopurine
Base pair

HSP
Kb

Cetyltrimethylammonium
bromide
Deoxynucleic acid
DeoxyNucleoside
Triphosphate

Ethylene diamine tetra
acetic acid
Heat Shock Protein
Kilo base

kDa

Kilo Dalton

LB

Luria Bertani

MAS
MCS
MS

Maker- assisted selection
Multi Cloning Site
Murashige và Skoong
(1962)

NAA

α- naphthalenneacetic
Acid
Nicotinamide adenine
dinucleotide
Optical density
Polymerase Chain

Reaction
Quantitative trait loci

DNA
dNTPs
EDTA

NAD
OD
PCR
QTL
RMOP

Regeneration Medium for
Organogenesis Plant

Khóa luận tốt nghiệp
4A

vi

Thuật ngữ Tiếng Việt
Adenosine diphosphat
Acetylseringone
Adenosine triphosphat
Benzylaminopurine
Cặp bazo nito
Công nghệ sinh học
Cộng sự
Cetyltrimethylammonium

bromide
Axit deoxynucleic
DeoxyNucleoside
Triphosphate
Axit acetic Ethylene
diamine tetra
Protein sốc nhiệt
Đơn vị trọng lượng phân
tử
Đơn vị trọng lượng phân
tử
Môi trường dinh dưỡng cơ
bản nuôi cấy vi khuẩn
Vùng gắn gen chuyển vào
Môi trường theo
Murashige và Skoong
(1962)
Axit
α- naphthalenneacetic
Nicotinamide adenine
dinucleotide
Mật độ quang học
Phản ứng chuỗi trùng hợp
Locus tính trạng định
lượng
Môi trường tái sinh cây

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

RNA
ROS
SDS
TAE
T-DNA
TE
Ti - plasmid
UV
v/p

Ribonucleic Acid
Reactive oxygen species
Sodium dodecyl sufate
Tris bazơ - Axit acetic EDTA
Tranfer - DNA
Tris HCl - EDTA, pH = 8
Tumor inducing plasmid
Ultraviolet

Khóa luận tốt nghiệp
4A

vii

Axit ribonucleic
Reactive oxygen species
Sodium dodecyl sufate

Tris bazơ - Axit acetic EDTA
Đoạn DNA được chuyển
Plasmid gây khối u
Tia cực tím UV
Vòng/phút

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

DANH MỤC BẢNG TRONG KHÓA LUẬN
Bảng 2.1. Thống kê các trình tự mồi sử dụng trong nghiên cứu.................25
Bảng 2.2. Thành phần môi trường sử dụng trong chuyển gen....................30
Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PCR.........................................................32
Bảng 2.4. Chương trình thực hiện phản ứng PCR......................................33
Bảng 3.1. Kết quả chuyển gen HSP101 ở cây thuốc lá thông qua vi khuẩn
A.tumefaciens..............................................................................................38
Bảng 3.2. Kết quả chọn lọc cây chuyển gen trên môi trường bổ sung
Kanamycin 25mg/l......................................................................................39
Bảng 3.3. Kết quả đánh giá hiệu quả chuyển gen HSP101 trên cây thuốc lá
.....................................................................................................................42

Khóa luận tốt nghiệp
4A

viii

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

DANH MỤC HÌNH ẢNH TRONG KHÓA LUẬN
Hình 1.1. Cấu trúc Ti – Plasmid..................................................................18
Hình 1.2. Mô hình chuyển gen gián tiếp nhờ vi khuẩn Agrobacterium......20
Hình 2.1: Sơ đồ kiểm tra sự có mặt của gen HSP101 trong cây chuyển gen.....31
Hình 3.1. Hình vẽ cấu trúc vector nhân dòng và vector chuyển gen..........35
Hình 3.2. Kết quả kiểm tra khuẩn lạc bằng PCR và enzyme cắt giới hạn........37
Hình 3.3.Hình ảnh các giai đoạn quá trình biến nạp và tái sinh tạo cây
thuốc lá chuyển gen.....................................................................................41
Hình 3.4. Kết quả điện di sản phẩm PCR với cặp mồi HSP101.................44

Khóa luận tốt nghiệp
4A

ix

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay, biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng phức tạp và có xu
hướng lan rộng trên toàn cầu. Hiện tượng bất thường của thời tiết như nắng

nóng, lạnh, lũ lụt, hạn hán diễn ra với mức độ ngày càng thường xuyên và
gay gắt hơn. Không chỉ tác động đến hoạt động sống của con người mà các
sinh vật cũng bị xáo trộn. Cây trồng, đối tượng cung cấp lương thực chính
cho con người, đang phải đối mặt trực tiếp với những thay đổi bất thường
của khí hậu, và chúng cần có những thay đổi để thích ứng trong cuộc sống
sinh tồn. Việc thích ứng với những bất thường của khí hậu thông qua sự
thay đổi hệ thống quản lý và kỹ thuật lại không đủ để duy trì năng
suất. Mặc dù trong chăn nuôi đã có những tiến bộ đáng kể trong việc phát
triển các dòng chịu nhiệt, nhưng cơ sở di truyền và tính đa dạng của khả
năng chịu nhiệt ở thực vật lại vẫn chưa được biết đến nhiều. Các nhà khoa
học đang tìm cách giúp cho cây trồng có khả năng thích ứng mạnh mẽ hơn
trong các điều kiện bất lợi. Sàng lọc gen có khả năng chống chịu với stress
nhiệt độ và đưa nó vào cây trồng là một trong những cách tiếp cận được
nhiều khoa học đang tiến hành. Tuy nhiên sự tương tác giữa nhiệt độ với
các quá trình hóa sinh trong cây diễn ra rất phức tạp, không chỉ ở một hay
một nhóm gen mà còn có sự tác động qua lại giữa chúng. Chính vì vậy,
việc triển khai các nghiên cứu nhằm chọn tạo được các giống cây trồng
nông nghiệp có khả năng chống chịu được các điều kiện bất lợi của môi
trường đang là vấn đề cấp bách trong giai đoạn hiện nay.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên
cứu chuyển gen chịu nhiệt HSP101 trên cây thuốc lá (Nicotiana
tabacum) thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá khả năng chuyển gen chịu nhiệt HSP101 trên cây thuốc lá.

Khóa luận tốt nghiệp
4A

1

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Nghiên cứu thiết kế vector chuyển gen HSP101
Nội dung 2: Nghiên cứu chuyển gen chịu nhiệt HSP101 trên cây
thuốc lá.
Nội dung 3: Nghiên cứu phương pháp chọn lọc và đánh giá hiệu
quả chuyển gen HSP101.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
4.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu góp phần làm sáng tỏ đặc điểm cấu trúc của gen
HSP101. Cơ sở khoa học và hiệu quả của kỹ thuật chuyển gen trong việc
cải thiện đặc tính chịu nhiệt của cây trồng đã được khẳng định thông qua
việc phát triển thành công vector chuyển gen thực vật mang cấu trúc gen
pER8-HSP101.
Kết quả bước đầu tạo cây thuốc lá chuyển gen đã mở ra hướng
nghiên cứu kỹ thuật chuyển gen trong cải thiện khả năng chịu nhiệt của các
cây trồng khác ở Việt Nam.
4.2. Ý nghĩa thực tiễn
Nghiên cứu chuyển gen HSP101 trên cây thuốc lá làm cơ sở cho việc
chuyển gen này trên các cây trồng khác như lúa, ngô, cà chua…

Khóa luận tốt nghiệp
4A

2

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Gen chịu nhiệt HSP và đặc điểm của gen chịu nhiệt HSP101
1.1.1. Gen chịu nhiệt HSP
Gen chịu nhiệt HSP hay còn gọi protein gây sốc nhiệt (HSP) là một
họ các protein được sản xuất bởi các tế bào để đáp ứng với những điều kiện
căng thẳng. Các HSP này được mô tả lần đầu tiên trong mối quan hệ với cú
sốc nhiệt nhưng hiện nay được biết đến là do nhiều ứng suất khác nhau, bao
gồm tiếp xúc với lạnh, tia UV, chữa lành vết thương, thay mô hoặc stress
sinh học (Vierling E, 1991). HSP là những thành phần thiết yếu góp phần
vào cân bằng nội môi tế bào theo các điều kiện tăng trưởng tối ưu và bất lợi
trong các tế bào prokaryote và eukaryote (Wahid và cs, 2007). Nhiều thành
viên của nhóm này thực hiện chức năng chaperone bằng cách ổn định các
protein mới để đảm bảo sự cuộn gấp chính xác hoặc bằng cách giúp tái tạo
protein đã bị hư hỏng do tế bào stress. Sự tăng biểu hiện này được điều hòa
ở cấp độ phiên mã. Sự gia tăng đột ngột các protein sốc nhiệt là một phần
quan trọng của phản ứng sốc nhiệt và được gây ra chủ yếu bởi hệ số gây
sốc nhiệt (HSF). HSP được tìm thấy trong hầu hết các sinh vật sống, các tế
bào thực vật và động vật, từ vi khuẩn đến con người.
Protein sốc nhiệt (Heat Shock Protein-HSP) có vai trò quan trọng
giúp tế bào sinh vật chống lại những điều kiện bất lợi (stress) của môi
trường sống. Tùy theo khối lượng phân tử, HSP được chia thành các nhóm
khác nhau gồm HSP27, HSP60, HSP70, HSP90, HSP100, HSP101, HSP104,…
và có vai trò nhất định giúp tế bào phản ứng lại các tác động bất lợi như

nóng, hạn, lạnh,… (Queitsch và cs, 2000). Các nghiên cứu cho thấy HSP
được tổng hợp ở tất cả các sinh vật, tuy nhiên việc xác định loại protein nào
có vai trò chống chịu điều kiện bất lợi cần phải phân tích chi tiết ở mức độ
phân tử (Kilian và cs, 2007).

Khóa luận tốt nghiệp
4A

3

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

1.1.2. Đặc điểm của gen chịu nhiệt HSP101
Gen chịu nhiệt HSP101 là protein gây sốc nhiệt tế bào cần thiết để
thích nghi với nhiệt độ cao, ở thực vật biểu hiện HSP101 chịu được sự thay
đổi đột ngột đến nhiệt độ cực tốt hơn so với các phép kiểm soát vector mà
không hề có tác động bất lợi lên sự tăng trưởng hoặc phát triển bình thường
của cây. Protein gây sốc nhiệt 101 này là một thành phần quan trọng cho
việc thu nhận nhiệt dung dưỡng ở thực vật.
Gen HSP101 đã được Queitsch và cs (2000) chứng minh có vai trò
quan trọng giúp tế bào có khả năng chịu nóng ở cây Arabidopsis (Queitsch
và cs, 2000). Nghiên cứu chỉ ra rằng cây chuyển gen HSP101 dưới sự kiểm
soát của promoter 35S có khả năng chống chịu ở 45oC trong khi đó cây đối
chứng chết ở 38oC. Cây chuyển gen không bị ảnh hưởng đến khả năng sinh
trưởng, phát triển khi gen HSP101 được điều khiển bới các promoter cơ định
như 35S hoặc Ubi (Queitsch và cs, 2000). Mặt khác, khi gen HSP101 bị bất

hoạt hoặc kìm hãm thì các cây Arabidopsis và cây ngô không có khả năng
chịu nhiệt. Ở các nghiên cứu khác, gen HSP101 được Agarwal và cs (2002)
chuyển vào cây lúa indica thông qua vi khuẩn, các cây chuyển gen có khả
năng chịu nóng ở 45oC sau 3h xử lý ở giai đoạn cây con (Agarwal và cs,
2002). Tương tự Chang và cs (2007) đã chuyển gen HSP101 dưới sự điều
khiển của promoter 35S vào cây lúa nhận thấy khả năng chịu nóng được
nâng lên rõ rệt ở các cây chuyển gen (Chang và cs, 2007). Ngoài ra, khi
phân tích biểu hiện HSP101 ở cây thuốc lá nhóm tác giả nhận thấy hàm
lượng enzyme luciferase tăng gấp 2,9 lần so với cây không chuyển gen. Tác
giả cho rằng gen HSP101 có thể sử dụng làm chỉ thị chọn lọc cây chuyển
gen ở thuốc lá (Chang và cs, 2007). Các kết quả nghiên cứu trên chứng tỏ
gen HSP101 có vai trò rất quan trọng đến khả năng chịu nóng của cây.

Khóa luận tốt nghiệp
4A

4

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

1.2. Tính chống chịu stress của thực vật
1.2.1. Khái niệm về tính chống chịu stress của thực vật
Khái niệm stress được dùng để chỉ những yếu tố bên ngoài gây ảnh
hưởng bất lợi cho thực vật và phản ứng của cơ thể thực vật đối với các tác
nhân gây stress này. Đó là tính chống chịu của thực vật đối với điều kiện
bất lợi của môi trường (Phạm Đình Thái và cs, 1987).

Dưới các điều kiện tự nhiên và nhân tạo thực vật không ngừng chịu
các stress. Các tác nhân gây nên stress cho thực vật là khô, hạn, lạnh, nóng,
mặn, sự ô nhiễm không khí... Các tác nhân gây stress sẽ tạo nên những khả
năng thích ứng đặc trưng của thực vật. Sinh lý stress nghiên cứu mối quan
hệ khăng khít đó giữa cơ thể với môi trường, đồng thời đưa ra những biện
pháp nhằm giúp cho cây trồng nâng cao khả năng chống các stress của môi
trường (Phạm Đình Thái và cs, 1987).
1.2.2. Tính chất của các tác nhân gây stress
Stress có thể làm giảm mạnh sự tăng trưởng và phát triển của cây
trồng, qua đó làm giảm năng suất cây trồng. Do đó tìm hiểu cơ chế gây hại
của các tác nhân gây stress cũng như những phản ứng thích nghi của cây
trồng có vai trò quan trọng trong trồng trọt.
Một số tác nhân gây stress có thể tác động riêng rẽ nhưng cũng có
nhiều stress có thể phối hợp với nhau tác động lên cơ thể thực vật. Ví dụ
stress thiếu nước thường liên kết với stress nhiễm mặn ở vùng rễ và stress
nhiệt độ cao ở lá.
Một số yếu tố môi trường từ tác nhân bình thường chuyển sang tác
nhân stress chỉ trong vài phút (ví dụ nhiệt độ) có những yếu tố môi trường
phải mất nhiều ngày hay nhiều tháng mới trở nên tác nhân stress (nước
trong đất, chất khoáng ...) (Phạm Đình Thái và cs, 1987).
1.2.3. Phản ứng của thực vật với Stress
Phản ứng của cơ thể thực vật với các tác nhân gây stress có thể là
phản ứng đặc thù hay không đặc thù. Phản ứng đặc thù là những phản ứng
Khóa luận tốt nghiệp
4A

5

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

ngược với những biến đổi theo qui luật tự nhiên bình thường. Ví dụ khi
nhiệt độ cao, qui luật tự nhiên bình thường là độ nhớt của tế bào giảm
nhưng ở đây cơ thể phản ứng đặc thù ngược qui luật trên là độ nhớt không
bị giảm dưới tác động của nhiệt độ cao - phản ứng này dẫn đến thích nghi.
Phản ứng không đặc thù là những phản ứng tuân theo qui luật bình thường
của tự nhiên như khi gặp nhiệt độ cao thì độ nhớt giảm (Phạm Đình Thái và
cs, 1987).
Tính chống chịu stress của thực vật như là quá trình hình thành các
đặc điểm thích nghi đó là những phản ứng tự vệ mang tính đặc thù. Phản
ứng đáp ứng của cây với các điều kiện bất lợi có thể rất khác nhau tùy
thuộc vào đặc tính và cường độ của các nhân tố gây ra stress.
Đặc điểm của phản ứng trước hết phụ thuộc vào cường độ của tác
nhân gây phản ứng. Ở cường độ các nhân tố còn thấp chưa tới ngưỡng gây
stress thì cây biểu hiện bình thường. Khi tác nhân có cường độ mạnh đến
ngừng gây stress cơ thể mới xuất hiện phản ứng tự vệ, lúc đó cơ thể xuất
hiện những đặc tính mới mà trước đó chưa có, đó là những đặc điểm chống
chịu stress (Phạm Đình Thái và cs, 1987).
Khả năng thích nghi với điều kiện bất lợi là tiềm năng của toàn bộ cơ
thể thực vật. Nhưng thường sự chống chịu chỉ xuất hiện từng lúc theo sự
xuất hiện từng yếu tố nhất định phát huy ưu thế của nó lên cơ thể, lúc đó cơ
thể phát sinh ra khả năng chống chịu yếu tố do tiềm năng chống chịu có sẵn
trong cơ thể, khi gặp yếu tố nào sẽ gây phản ứng tự vệ thích ứng của cơ thể
với yếu tố đó.
Có hai hình thức chống chịu: chống chịu riêng biệt từng yếu tố gây
stress và chống chịu liên kết với nhiều yếu tố gây stress đồng thời.
Theo một số nhà khoa học phản ứng tự vệ của cây trước các stress

của môi trường thể hiện chung nhất là những biến đổi tính chất của nguyên
sinh chất của tế bào.
- Giảm mức độ phân tán của nguyên sinh chất
Khóa luận tốt nghiệp
4A

6

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

- Tăng tính thấm của nguyên sinh chất
- Biến tính protein của nguyên sinh chất
- Hóa coaxecva nguyên sinh chất
Khi gặp các stress của môi trường phản ứng đặc trưng để tự vệ của
thực vật là những phản ứng theo chiều hướng ngược lại những phản ứng
bình thường không đặc trưng. Ví dụ khi gặp nhiệt độ cao chiều hướng phản
ứng bình thường của cây không có khả năng chịu nóng là độ nhớt giảm.
Nhưng với cây chịu nóng khi gặp nhiệt độ cao độ nhớt lại tăng lên để chịu
được nhiệt độ cao.
Trong quá trình phản ứng tự vệ với các stress của môi trường nhiều
khi cơ thể tạo ra những đặc tính thích nghi của cây với yếu tố bất lợi và
chuyển yếu tố bất lợi thành điều kiện sống bình thường của cây, yếu tố cần
thiết cho cây sinh trưởng phát triển. Ví dụ một số cây do sống trong môi
trường mặn đã hình thành đặc tính thích nghi với môi trường mặn đó, dần
dần đất mặn là điều kiện sống thích hợp cho loại cây này, cây phát triển tốt
trong môi trường mặn so với môi trường bình thường. Như vậy từ khả năng

chống chịu đã chuyển thành đặc tính thích nghi.
1.3. Ảnh hưởng của stress đến sinh trưởng và phát triển 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 thường xuyên
đối mặt trực tiếp với các điều kiện ngoại cảnh bất lợi, tác động lên quá trình
sinh trưởng và phát triển. Những tác động bất lợi từ môi trường có thể gây
ra những biến đổi sinh lý, hóa sinh và hình thái; từ đó ảnh hưởng đến năng
suất và chất lượng cây trồng.
1.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ cao (tính chịu nóng) đến sinh trưởng và
phát triển cây trồng
Thực vật là sinh vật biến nhiệt nên nhiệt độ môi trường có ảnh hưởng
lớn đến hoạt động sống của cây. Biên độ nhiệt độ sinh lý của cây khoảng 1Khóa luận tốt nghiệp
4A

7

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

45oC. Stress nhiệt do nhiệt độ môi trường xung quanh cao là một mối đe
dọa nghiêm trọng đối với cây trồng sản xuất trên toàn thế giới (Hall AE và
cs, 2001). 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
hưởng đến sự tăng trưởng và phát triển của thực vật và có thể dẫn đến suy
giảm sản lượng.
Sự tiếp xúc của thực vật với nhiệt độ cao, hạt giống có thể đẩy nhanh

qua trình lão hóa, làm giảm sự đậu quả, trọng lượng hạt giống và làm giảm
năng suất. Điều này là do thực vật có xu hướng chuyển hướng các nguồn
năng lượng để chống lại strees do nhiệt và do đó hạn chế sinh trưởng và
sinh sản. Một ảnh hưởng khác do nhiệt cao cho nhiều loài thực vật là gây ra
vô sinh khi nhiệt cao tác dụng ngay trước và 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 (30-35 oC) có thể gây ra tổn thất nặng cho
năng suất thông qua giảm lượng hoa hoặc tình trạng không phát triển đầy
đủ của vỏ quả. Ở nhiệt độ rất cao gây tổn thương 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 và cs, 1999). Ở nhiệt độ cao
vừa phải, tổn thương hoặc chết chỉ có thể xảy ra sau khi tiếp xúc lâu dài.
Tổn thương trực tiếp do nhiệt độ cao bao gồm sự biến tính protein và sự kết
tụ, tăng tính lưu động của màng lipid. Tổn thương gián tiếp hoặc tổn
thương 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 chất mất tính
linh hoạt (Howarth, 2005).
Stress nhiệt độ cao cũng ảnh hưởng đến tổ chức của các cấu trúc vi
ống bằng cách chia tách 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 thương
này cuối cùng dẫn tới ức chế sự tăng trưởng, giảm dòng ion, tạo ra hợp chất
độc hại và các loại oxy phản ứng gây độc cho tế bào (Howarth, 2005).
Khóa luận tốt nghiệp
4A

8

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

Sinh trưởng của cây trồng giảm sút là kết quả chính của việc cây sinh
trưởng trong điều kiện nhiệt độ cao. Nguyên nhân chủ yếu là do nhiệt độ
cao làm giảm năng suất quang hợp, năng lượng tạo ra giảm sút quan 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 lượng ATP tiêu thụ. Trong các
phản ứng pha tối của quá trình quang hợp, sự hoạt hóa Rubisco trong chu
trình Calvin đã được xác định như là bước trung gian, sự hoạt hóa này bị ức
chế ở 35 – 400C dẫn đến việc giảm tiêu thụ CO2 và giảm tạo ra các
carbohydrates (Wahid và cs, 2007). Trong ty thể, điều kiện bất lợi thông
thường sẽ là nguyên nhân phá hủy NAD+, ATP tiêu thụ vượt trội và việc hô
hấp sẽ tăng lên. Việc phá vỡ NAD+ một phần do nguyên nhân của việc
tăng cường hoạt động của poly (ADP-ribose) polymerase (PARP), chất sử
dụng NAD+ như 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
bước được khởi đầu bởi sự oxy 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
lượng 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 lượng nội bào đáng kể để đối phó nhiệt độ
cao. Nói chung các phản ứng đó làm suy yếu năng lượng và tăng cường sản
xuất ROS, rốt cuộc có thể gây chết tế bào, mô và cơ thể (De Block và cs,
2005).
1.3.2. Ảnh hưởng của tính chịu hạn đến sinh trưởng và
phát triển cây trồng
Hạn hán là một nguyên nhân quan trọng làm giảm năng suất và chất
lượng sản phẩm của cây trồng. Khi môi trường hạn hán cây bị stress mất

nước dẫn đến nhiều hậu quả nghiêm trọng: gây nên hiện tượng co nguyên
sinh và làm cho cây bị héo (Abdullah và cs, 2011). Sự co nguyên sinh chất
Khóa luận tốt nghiệp
4A

9

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

xảy ra khi tế bào bị stress nước làm cho nước trong tế bào bị 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 trường thiếu nước kéo dài, tế bào mất nước
dẫn đến các mô trở nên mềm yếu và sự héo xảy ra. Mô thực vật bị héo tạm
thời nhưng cũng có thể chết vĩnh viễn nếu sự thiếu nước xảy ra nghiêm
trọng và trong thời gian dài. Môi trường sống bị khô hạn cản trở sự vận
chuyển nước trong mạch gỗ. Khi thiếu nước do khô hạn sự cung cấp nước
cho rễ không đủ trong đêm để thủy hóa các mô đã bị thiếu nước ban ngày,
dẫn đến các lông hút bị tổn thương lớp ngoài vùng vỏ bị phủ chất sáp
(suberin) làm giảm áp suất rễ nên ảnh hưởng đến đẩy cột nước lên cao
trong mạch gỗ. Đặc biệt khi thiếu nước sẽ hình thành nhiều bọt khí trong
mạch gỗ dẫn đến phá vỡ tính liên tục của cột nước nên cột nước trong
mạch gỗ không được đẩy lên liên tục. Hạn hán làm dày lớp cutin trên bề
mặt lá làm giảm sự thoát hơi nước qua biểu bì. Sự thiếu nước làm giảm
cường độ quang hợp. Khi hàm lượng nước trong lá còn khoảng 40-50%
quang hợp của lá bị đình trệ. Đặc biệt, hạn hán cản trở sự sinh trưởng của
cây trồng. Thiếu nước ảnh hưởng đến các hoạt động sinh lý, nhất là quang

hợp nên làm giảm sinh trưởng và năng suất cây trồng nghiêm trọng (Phạm
Đình Thái và cs, 1987).
1.3.3. Ảnh hưởng của tính chịu mặn đến sinh trưởng và
phát triển cây trồng
Đất mặn là loại đất chứa hàm lượng muối cao (>0,2%) có nhiều ion
độc. Do nồng độ muối cao nên áp suất thẩm thấu của dung dịch đất ở đây
rất cao, có thể đạt 200-300atm hay còn có thể cao hơn.
Do đất mặn có áp suất thẩm thấu cao cho nên cây không thể hút
được nước nếu không có cơ chế thích nghi, do đó gây nên hiện tượng hạn
sinh lý. Cây bình thường không thể sống trong môi trường có áp suất thẩm
thấu trên 40 atm. Một tác hại khác của đất mặn là trong dung dịch đất chứa
nhiều ion độc. Một số ion ở nồng độ thấp không độc nhưng ở nồng độ cao
Khóa luận tốt nghiệp
4A

10

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

lại gây độc. Các ion này lại cạnh tranh với chất dinh dưỡng trong quá trình
hút của rễ làm cho rễ khó hút chất dinh dưỡng. Thành phần các muối trong
đất mặn phổ biến là NaCl, Na 2SO2, Na2SO4, Na2CO3, MgCl2, MgSO4... các
muối đó ở nồng độ cao đều gây độc cho cây. Đặc biệt khi cây hút các ion
độc vào trong tế bào sẽ gây rối loạn trao đổi chất của tế bào. Các ion độc sẽ
ức chế hoạt động các enzim, các chất kích thích sinh trưởng cho nên làm
rối loạn hoạt động trao đổi chất năng lượng, các hoạt động sinh lý bình

thường của tế bào. Các chất độc còn ảnh hưởng theo chiều hướng bất lợi
đến nguyên sinh chất như làm giảm mạnh độ nhớt, tính thấm của nguyên
sinh chất tăng mạnh nhất là tăng mạnh ngoại thẩm làm cho tế bào mất chất
dinh dưỡng. Các hoạt động sinh lý của tế bào cũng bị ảnh hưởng: quá trình
quang hợp giảm mạnh do lá kém phát triển, sắc tố ít do các chất độc ức chế
quá trình tổng hợp sắc tố, các quá trình xảy ra trong quang hợp bị giảm sút
do ảnh hưởng của chất độc và thiếu nước. Quá trình hô hấp tăng mạnh, các
cơ chất bị phân huỷ mạnh, nhưng hiệu quả năng lượng thấp, phần lớn năng
lượng của các quá trình phân huỷ đều thải ra dưới dạng nhiệt làm cho tế
bào thiếu ATP để hoạt động. Phân huỷ mạnh, tổng hợp lại yếu nên không
bù đủ lượng vật chất do hô hấp phân huỷ, chất dự trữ dần dần bị hao hụt,
cây không sinh trưởng được, do vậy cây còi cọc, năng suất thấp. Nếu cây bị
mặn nặng hay mặn kéo dài sẽ bị chết (Jouyban, 2012).
1.3.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ thấp (tính chịu lạnh) đến sinh trưởng và
phát triển của cây trồng
Nhiệt độ thấp làm cho lá cây bị héo mặc dầu môi trường vẫn đủ nước
do nhiệt độ thấp ức chế sự hút nước của hệ rễ và sự vận chuyển nước của
hệ mạch. Đồng thời nhiệt độ thấp cũng gây ức chế quang hợp của lá, làm
giảm hô hấp, ức chế các quá trình tổng hợp nhất là tổng hợp protein do các
enzim hoạt động yếu ở nhiệt độ thấp màng nguyên sinh chất bị tổn hại làm
tăng tính ngoại thấm nên thất thoát chất dinh dưỡng của tế bào. Nhiệt độ
thấp ảnh hưởng đến cấu trúc và chức năng bộ rễ. Sự hút nước và chất
Khóa luận tốt nghiệp
4A

11

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

khoáng bị giảm mạnh làm cho cây thiếu nước và chất dinh dưỡng. Nhiệt độ
thấp làm tổn hại đến màng tế bào, màng các bào quan như lục lạp, ty thể từ
đó ảnh hưởng sâu sắc đến các quá trình sinh lý của cây như quang hợp, hô
hấp. Ở các cây không chịu lạnh các lipid của màng có tỷ lệ chuỗi axit béo
bão hoà cao hơn cây chịu lạnh, do đó gặp lạnh màng có khuynh hướng đổi
thành trạng thái bán tinh thể. Khi tính lỏng của màng kém, các protein của
màng không hoạt động bình thường dẫn đến hậu quả xấu cho sự vận
chuyển các chất, sự biến đổi năng lượng và hoạt động enzyme (Gulzar và
cs, 2011).
1.4. Nghiên cứu nâng cao tính chống chịu nhiệt độ cao ở thực vật
Do tác hại của nhiệt độ cao làm giảm sức sống của cây từ đó làm
giảm năng suất, cho nên việc nâng cao khả năng chịu nóng cho cây giúp
cây khắc phục được những stress nhiệt độ cao là biện pháp quan trọng góp
phần nâng cao năng suất cây trồng ngay cả trong điều kiện nhiệt độ cao.
Có nhiều biện pháp nâng cao tính chịu nóng của cây. Trước hết chọn
giống có khả năng chịu nhiệt độ cao là biện pháp hữu hiệu. Qua ngân hàng
giống chúng ta có thể sử dụng các phương pháp chọn lọc, lai tạo, sử dụng
phương pháp chỉ thị phân tử hay phương pháp chuyển gen... để tạo ra giống
cây thích ứng điều kiện nhiệt độ cao của từng vùng sinh thái, góp phần xây
dựng cơ cấu cây trồng hợp lý cho từng địa phương, từng vùng sinh thái.
Đã có rất nhiều công trình nghiên cứu chọn, tạo giống cây trồng có
sức chống chịu với các điều kiện bất lợi của môi trường. Tập trung ở một
số hướng nghiên cứu là chọn lọc, tạo giống cây trồng biến đổi gen và khảo
nghiệm, đánh giá khả năng chống chịu. Một trong những hướng nghiên cứu
đã được triển khai khá nhiều đó là nghiên cứu chuyển gen có khả năng tổng
hợp protein để cây trồng có sức chống chịu.
1.4.1. Các nghiên cứu nâng cao tính chống chịu nhiệt độ cao ở thực vật

trên thế giới

Khóa luận tốt nghiệp
4A

12

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

Những nghiên cứu hiện nay có xu hướng kết hợp phương pháp chọn
giống truyền thống với công nghệ sinh học, cụ thể là phân tích genomics
hoặc chuyển nạp gen mục tiêu. Kết quả cho thấy việc kiểm soát stress do
nhiệt độ cao được điều khiển bởi nhiều gen (Foolad, 2005). Các gen này
thể hiện rất chuyên biệt ở từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển, trong
từng cơ quan của cây lúa, tại những địa điểm nhiệt độ tăng cao. Do đó,
Meastri và cs (2002) cho rằng phải kết hợp tuyển chọn các giống lúa có
mức độ chịu nóng khác nhau, phân tích vùng giả định nhằm xác định các
QTL (quantitative trait loci) chống chịu stress do nhiệt độ cao, tiến tới xác
định gen ứng viên và chỉ thị liên kết với các gen như vậy, nhằm mục đích
giúp cho nhà chọn giống, chọn tạo ra giống mới bằng chỉ thị thị phân tử
(Meastri và cs, 2002). Đồng quan điểm trên, Foolad (2005) cho rằng việc
sử dụng MAS (maker-asissted selection) sẽ hỗ trợ việc chọn giống để tìm
ra giống lúa có khả năng chịu nhiệt cao một cách hiệu quả, khắc phục được
những khó khăn mà chọn giống truyền thống đang gặp phải (Foolad, 2005).
Hiện nay, có nhiều công trình công bố những chỉ thị phân tử định vị trên
các nhiễm sắc thể của cây lúa liên kết với các vùng QTL giả định điều

khiển tính trạng trống chịu stress do nhiệt độ cao ở từng thời điểm khác
nhau. Zhu và cs (2005) đã tiến hành nghiên cứu ở giai đoạn làm đầy hạt
trên cây lúa với quần thể BIL (backcross inbred lines) từ tổ hợp lai
Nipponbare/Kasalth. Kết quả cho thấy có 3 QTL nằm trên nhiễm sắc thể số
1, 4, 7 kiểm soát tính trạng chống chịu stress do nhiệt độ cao. Chuyên biệt
hơn, QTL định vị tại quãng giữa hai maker C1100-R1783 trên nhiễm sắc
thể số 4 cho thấy: không bị sự tác động của môi trường và không có tương
tác không alen. Điều đó chứng tỏ QTL này biểu hiện được tính ổn định
trong các môi trường khác nhau và nền tảng di truyền khác nhau. Thực hiện
fine mapping trong quãng giữa hai marker này để xác định những chỉ thị
phân tử mới giúp chọn giống lúa chống chịu stress do nhiệt độ cao (Zhu và
cs, 2005).
Khóa luận tốt nghiệp
4A

13

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

Timberial và cs (2008) đã nhấn mạnh đến chức năng của những
protein có tên là HSPs (heat shock protein) của tế bào cây lúa như một
phản ứng tự vệ. Nhóm tác giả đi sâu nghiên cứu những gen có chức năng
mã hóa họ protein, làm cơ sở cho các bước ứng dụng tiếp theo (Timberial
và cs, 2008).
Ko và cs (2007) phân lập gen kháng nóng (thermo-tolerance genes:
TTOs) trong hạt ngô, rồi tiến hành dòng hóa thành TTO6 (cDNA). Nó mã

hóa một protein có kích thước phân tử 11-kDa, có chuỗi trình tự amino acid
tương đồng với protein của gen GASA4 trong cây mô hình Arabidopsis. Họ
lập kế hoạch chuyển gen này vào cây lúa để cải tiến tính chống chịu (Ko và
cs, 2007).
Yokotani và cs (2008) thành công trong thực hiện chuyển gen
OsHsfA2e của cây mô hình Arabidopsis vào cây lúa thể hiện được gen ở
mức độ RNA trong điều kiện bị stress do nhiệt độ cao (Yokotani và cs,
2008).
Wu và cs (2009) cũng thành công trong việc chuyển gen OsWRKY11
vào cây lúa, nó thể hiện trên giai đoạn mạ, trong điều kiện promoter là
HSP101, điều khiển được cả hai loại hình stress do khô hạn và do nóng
(Wu và cs, 2009).
Jagadish và cs (2008) đánh giá kiểu hình của giống cho nguồn gen
kháng CG14 (O. glaberrima) có nguồn gốc Châu Phi, ở 2 điều kiện nhiệt độ
30oC và 38oC vào lúa 1,5 giờ trước lúa rạng sáng và 33 giờ sau khi đó, để
khảo sát sự thụ phấn. Giống N22 (chuẩn kháng) biểu thị điểm chống chịu
cao nhất (64-86% tỷ lệ hữu thụ ở 38oC) và giống Azucena, Moroberekan
nhạy cảm nhất (tỷ lệ hữu thụ < 8%) (Jagadish và cs, 2008).
1.4.2. Các nghiên cứu nâng cao tính chống chịu nhiệt độ cao ở thực vật
trong nước
Ở Việt Nam công tác chọn tạo giống cây trồng chịu nóng đã được
một số nhà khoa học quan tâm nghiên cứu gần đây như: Nguyễn Thị Lạng
Khóa luận tốt nghiệp
4A

14

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH

Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

và cs (2015), Bùi Chí Bửu và cs (2016) đã ứng dụng chỉ thị MAS kết hợp
với lai hồi quy để chọn lọc các dòng lúa có khả năng chịu nóng cho các
tỉnh Đồng Bằng Sông Cửu Long (Nguyễn Thị Lạng và cs, 2015; Bùi Chí
Bửu và cs, 2016).
Các nhà khoa học của Viện Công Nghệ Sinh Học Việt Nam đã tạo ra
dòng lúa chịu nóng và khô từ các tế bào phôi giống lúa CR203, rồi dùng
phương pháp nuôi cấy mô tế bào, nhân dòng lúa này tạo giống lúa mới
được công nhận cấp quốc gia “DR2”, có năng suất và độ thuần cao, chịu
hạn và nhiệt độ cao.
Ngay từ những năm 90 của thế kỷ trước, các nhà khoa học của Học
viện Nông nghiệp Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Hồng Minh đứng đầu đã
có những thành công trong công tác chọn tạo các giống cà chua chịu nóng.
Giống cà chua lai chịu nóng HT7 được sản xuất đại trà đầu tiên ở Việt Nam
từ 1999, đánh dấu sự thành công của cuộc cách mạng về cà chua chịu nóng
ở Việt Nam. Theo các nghiên cứu của Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển
giống rau chất lượng cao - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, cà chua trồng
ở vùng nhiệt đới Việt Nam được phân thành 4 nhóm: Nhóm không chịu
nóng (chịu nóng mức 0); Nhóm chịu nóng vừa (chịu nóng mức 1); Nhóm
chịu nóng tốt (chịu nóng mức 2); Nhóm chịu nóng cao (chịu nóng mức 3 siêu chịu nóng) (Nguyễn Hồng Minh, 1999).
1.5. Chuyển gen ở thực vật
1.5.1. Khái niệm chuyển gen ở thực vật
Kỹ thuật chuyển gen là kỹ thuật đưa một hay nhiều gen lạ đã được
thiết kế ở dạng DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ của cây trồng nói riêng và
của các sinh vật nói chung (vi sinh vật, động vật,…) làm cho gen lạ có thể
tồn tại ở dạng plasmid tái tổ hợp hoặc gắn và bộ gen tế bào chủ. Trong tế
bào chủ, các gen này hoạt động tổng hợp nên các protein đặc trưng dẫn tới
việc xuất hiện các đặc tính mới của cơ thể chuyển gen (Lê Trần Bình và cs,

1997; Nguyễn Quang Thạch và cs, 2005).
Khóa luận tốt nghiệp
4A

15

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH


Trường Đại học Nông - Lâm Bắc Giang
Khoa Nông học

Chuyển gen ở thực vật có ý nghĩa lớn về mặt khoa học, nó khẳng
định tính khách quan tự nhiên của vật chất di truyền: khả năng mã hóa cho
các tính trạng nhất định, khả năng phiên mã, dịch mã và khả năng di
truyền. Thông qua chuyển gen, các nhà sinh lý, hóa sinh và di truyền có thể
nghiên cứu các quá trình điều khiển, thể hiện và ảnh hưởng của các yếu tố
di truyền và ngoại cảnh lên hoạt động của gen.
1.5.2. Các phương pháp chuyển gen cho cây trồng
Có nhiều phương pháp chuyển gen vào thực vật nhưng có thể phân
loại thành hai nhóm phương pháp chính: phương pháp chuyển gen gián tiếp
và phương pháp chuyển gen trực tiếp.
1.5.2.1. Phương pháp chuyển gen trực tiếp
- Phương pháp chuyển gen nhờ kỹ thuật xung điện
- Phương pháp chuyển gen nhờ vi tiêm
- Phương pháp chuyển gen trực tiếp qua ống phấn
- Phương pháp chuyển gen nhờ sung bắn gen
- Chuyển gen nhờ silicon carbide
1.5.2.2. Phương pháp chuyển gen gián tiếp
- Chuyển gen nhờ virus

- Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium
Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium được nghiên cứu từ những
năm 1960-1970. Việc phát kiến ra Agrobacterium tumefaciens có khả năng
chuyển gen vào thực vật vào đầu những năm 1980 đã biến loài này trở
thành một trong những công cụ quan trọng nhất của Công nghệ sinh học
(CNSH) thực vật với những ưu điểm nổi trội: số bản sao của gen biến nạp
được chuyển vào tế bào thực vật bậc thấp (khoảng 1 – 2 gen, trong khi sử
dụng súng bắn gen là nhiều hơn). Do vậy, giảm tối thiểu sự không biểu hiện
của gen được chuyển, tăng khả năng chuyển gen bền vững, hiệu quả
chuyển gen cao tránh được sự hình thành của các cây chuyển gen khảm; kỹ

Khóa luận tốt nghiệp
4A

16

Nguyễn Thùy Linh - D - CNSH