Đánh giá hoạt động của một số gen liên quan đến tổng hợp, tích lũy tinh bột và thử nghiệm chuyển gen SSIV vào cây sắn

VIỆN
KHOA
HỌC
VÀVÀ
CÔNG
NGHỆ
VIỆT
NAM
VIỆNHÀN
HÀNLÂM
LÂM
KHOA
HỌC
CÔNG
NGHỆ
VIỆT
NAM
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

NGUYỄN THỊ MINH HỒNG
NGUYỄN THỊ MINH HỒNG
ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦ A MỘT SỐ GEN LIÊN QUAN
ĐẾN TỔNG HỢP, TÍ CH LŨ Y TINH BỘT VÀ THỬ
NGHIỆM CHUYỂN GEN SSIV VÀO CÂY SẮN
ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦ A MỘT SỐ GEN LIÊN QUAN
ĐẾN TỔNG HỢP, TÍ CH LŨ Y TINH BỘT VÀ THỬ
NGHIỆM CHUYỂN GEN SSIV VÀO CÂY SẮN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

NỘI
- 2018
HÀHÀ
NỘI
- 2018


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

NGUYỄN THỊ MINH HỒNG

ĐÁNH GIÁ HOẠT ĐỘNG CỦ A MỘT SỐ GEN LIÊN QUAN
ĐẾN TỔNG HỢP, TÍ CH LŨ Y TINH BỘT VÀ THỬ
NGHIỆM CHUYỂN GEN SSIV VÀO CÂY SẮN
Chuyên ngành: Di truyền học
Mã số: 9 42 01 21

LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Phạm Bích Ngọc
Viện Công nghệ sinh học
2. PGS.TS. Chu Hoàng Hà
Viện Công nghệ sinh học

HÀ NỘI - 2018

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan:
Đây là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Phạm Bích Ngọc và PGS.TS. Chu Hoàng Hà.
Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, một phần đã
được công bố trên tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của
các đồng tác giả; phần còn lại chưa ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về các số liệu, nội dung đã trình bày trong
luận án.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả

Nguyễn Thị Minh Hồng

i


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Phạm Bích Ngọc và PGS.TS.
Chu Hoàng Hà đã hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Bên cạnh đó, tôi xin
chân thành cảm ơn tập thể cán bộ nghiên cứu của Phòng Công nghệ tế bào thực vật,
phòng Công nghệ ADN ứng dụng của Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Trung tâm tài nguyên thực vật, Trung tâm
nghiên cứu thực nghiệm Nông nghiệp Hưng Lộc, Trại thực nghiệm sinh học Cổ

Nhuế đã tạo điều kiện cho tôi được tiến hành đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự hỗ trợ về tài chính và điều kiện làm việc trong
khuôn khổ đề tài: “Khai thác và phân lập nguồn gen có sẵn của tập đoàn giống
sắn Việt Nam nhằm phát triển các giống sắn có khả năng chống chịu bệnh và
năng suất cao bằng công nghệ gen” thuộc nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa
học và công nghệ, Bộ Khoa học và Công nghệ; thời gian thực hiện từ 6/2012
đến 6/2015 do PGS.TS. Phạm Bích Ngọc làm chủ nhiệm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo Viện Công nghệ sinh học, và
Bộ phận phụ trách đào tạo đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi được học tập, nghiên cứu
và hoàn thiện luận án.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Hồng Đức
Thanh Hóa, Lãnh đạo khoa và cán bộ trong bộ môn Khoa học cây trồng, Bảo vệ
thực vật, khoa Nông Lâm Ngư nghiệp, ĐH Hồng Đức đã tạo điều kiện thuận lợi để
tôi yên tâm công tác, học tập và hoàn thành luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó!
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Nghiên cứu sinh

Nguyễn Thị Minh Hồng

ii


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU

1

4 4
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ......................................................................
1.1. Cây sắn và một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột ở sắn.............
4 4
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại.....................................................................................
4 4
1.1.2. Đặc điểm hình thái, sinh thái và di truyền ........................................................
5 5
1.1.3. Giá trị của cây sắn .............................................................................................
8 8
1.1.4. Tình hình sản xuất sắn trên thế giới và Việt Nam.............................................
9 9
1.1.5. Một số yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột ở sắn.................................
13 13
1.1.6. Một số hướng cải tạo giống sắn hiện nay .......................................................
15 15
1.2. Quá trình hình thành và tích luỹ tinh bột ở cây sắn .........................................
19
1.2.1. Cấu tạo và vai trò của tinh bột ở thực vật .......................................................
19 19
1.2.2. Cơ chế sinh tổng hợp tinh bột và các gen liên quan .......................................
20 20
1.3. Ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống sắn biến đổi gen ........
27 27
1.3.1. Hệ thống nuôi cấy in vitro cây sắn ..................................................................
27 27
1.3.2. Một số phương pháp chuyển gen ở sắn...........................................................

32 32
1.3.3. Một số nghiên cứu tạo cây sắn biến đổi gen ...................................................
35 35
Chương 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................
43 43
2.1. Vật liệu nghiên cứu ..........................................................................................
43 43
2.1.1. Vật liệu thực vật ..............................................................................................
43 43
2.1.2. Chủng vi khuẩn, vector ...................................................................................
43 43
2.1.3. Hoá chất và thiết bị thí nghiệm .......................................................................
43 43
2.1.4. Môi trường nuôi cấy ........................................................................................
44 44
2.1.5. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ...................................................................
45 45
2.2. Phương pháp nghiên cứu.................................................................................
45 45
2.2.1. Lựa chọn giống sắn và phân nhóm các giống sắn dựa vào các chỉ tiêu đánh
giá ..............................................................................................................................
45 45
2.2.2. Các phương pháp sinh học phân tử .................................................................
45 45
2.2.3. Phương pháp phân lập gen và promoter .........................................................
51 51
2.2.4. Các phương pháp thiết kế vector chuyển gen .................................................
52 52
2.2.5. Kỹ thuật canh tác, chăm sóc các giố ng sắ n phu ̣c vu ̣ cho nghiên cứu .............
54 54

iii


2.2.6. Phương pháp nuôi cấy mô tế bào thực vật ......................................................
54 54
2.2.7. Phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn A. tumefaciens ........................
55 55
2.2.8. Phương pháp phân tích sự có mặt của gen chuyển .........................................
56 56
2.2.9. Phương pháp phân tích sự biểu hiện của cây chuyển gen...............................
57 57
2.2.10. Phương pháp phân tích và xử lí số liệu .........................................................
60 60
Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ..................................................................
61 61
3.1. Lựa chọn giống sắn và phân tích sự biểu hiện của các gen liên quan
đến trao đổi chất tinh bột .......................................................................................
61 61
3.1.1. Lựa chọn các giống sắn sử dụng .....................................................................
61 61
3.1.2. Thu mẫu và xử lý mẫu sắn ..............................................................................
62 62
3.1.3. Tách chiết ARN tổng số ..................................................................................
63 62
3.1.4. Tổng hợp cDNA từ ARN tổng số của lá, củ sắn trong các giai đoạn
phát triển khác nhau và đánh giá chất lượng cDNA .................................................
64 64
3.1.5. Thu thập thông tin, thiết kế các cặp mồi thích hợp để phân tích sự biểu
hiện của một số gen liên quan tới sinh tổng hợp và tích lũy tinh bột .......................

65 65
3.1.6. Phân tích cơ sở dữ liệu về biểu hiện của các gen liên quan đến quá
trình sinh tổng hợp đường và các tiền chất cho tổng hợp tinh bột trên lá và
củ sắn .........................................................................................................................
66 66
3.2. Phân lập gen SSIV liên quan đến khả năng tổng hợp tinh bột và
thiết kế vector chuyển gen ..........................................................................................
75
3.2.1. Thiết kế cặp mồi đặc hiệu ...............................................................................
75 75
3.2.2. Phân lập gen SSIV ở sắn .................................................................................
76 76
3.2.3. Thiết kế vector chuyển gen .............................................................................
82 82
3.3. Đánh giá hoạt động của các vector chuyển gen SSIV tăng cường sinh
tổng hợp tinh bột trên cây thuốc lá ............................................................................
87 87
3.3.1. Chuyển gen SSIV vào cây thuốc lá và đánh giá hoạt động của gen
chuyển .......................................................................................................................
87 87
3.3.2. Đánh giá hoạt động các gen chuyển................................................................
91 92
3.3. Đánh giá hoạt động của các vector chuyển gen SSIV tăng cường
sinh tổng hợp tinh bột trên cây thuốc lá ...................................................................
87
3.3.1. Chuyển gen SSIV vào cây thuốc lá và đánh giá hoạt động của gen 87
chuyển .......................................................................................................................87
3.3.2. Đánh giá hoạt động các gen chuyển................................................................
92 92

iv


3.4. Chuyển gen SSIV tăng cường sinh tổng hợp tinh bột vào cây sắn ..............
99 99
3.4.1. Xây dựng hệ thống tái sinh in vitro cây sắn ....................................................
99 99
3.4.2. Xây dựng và tối ưu quy trình chuyển gen vào cây sắn thông qua gen
GUS .........................................................................................................................
106
106
3.4.3. Tạo dòng sắn chuyển gen SSIV tăng cường sinh tổng hợp tinh bột .............
113
113
Chương 4. BÀ N LUẬN KẾT QUẢ ......................................................................
118
118
4.1. Sự biểu hiện của các gen quan trọng liên quan đến trao đổi chất
tinh bột............................................................................................................. 118
4.2. Chuyển gen SSIV tăng cường sinh tổng hợp tinh bột vào cây thuốc
lá ..............................................................................................................................
122
122
4.3. Chuyển gen SSIV tăng cường sinh tổng hợp tinh bột vào cây sắn ............
124
124
4.3.1. Hệ thống tái sinh cây sắn ..............................................................................
124
124
4.3.2. Chuyển gen SSIV vào sắn thông qua A. tumefaciens ...................................

126
126
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................
130
130
TÓM TẮT TIẾNG ANH…………………………………………………… 131
CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ…………………………………………...…….. 136
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................
137
137

v


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1

Giá trị dinh dưỡng của sắn

9

Bảng 1.2

Diện tích, năng suất, sản lượng sắn của các vùng trên thế giới
trong năm 2014 – 2015

10

Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam từ năm
2010 – 2014

12

Bảng 1.4

Một số công trình nghiên cứu tái sinh invitro ở cây sắn

29

Bảng 1.5

Tổng kết một số công trình công bố về chuyển gen vào cây sắn

36

Bảng 3.1

Đặc điểm của một số giống sắn sử dụng trong phân tích biểu
hiện gen

62

Nồng độ và độ tinh sạch của các mẫu RNA tổng số tách chiết
từ lá và củ các giống sắn

63

Cơ sở dữ liê ̣u các gen liên quan đế n quá trình sinh tổ ng hơ ̣p
tinh bô ̣t ở sắ n

66

Bảng 3.4

Trình tự các cặp mồi để khuếch đại các gen quan tâm

75

Bảng 3.5

Trình tự các cặp mồi nhân dòng gen liên quan đến sinh tổng
hợp tinh bột và thiết kế vector chuyển gen

76

Vị trí sai khác trong trình tự nucleotide của gen SSIV ở giống
KM140 so với gen tham chiếu

78

Vị trí sai khác trong trình tự axit amin suy diễn của protein
SSIV của gen phân lập

79

Chuyển cấu trúc gen pK7WG2D-35S: SSIV:T35S và pBI121C54: SSIV:NOST vào thuốc lá………………………………...

90

Hàm lượng tinh bột tích luỹ trong lá và trong rễ cây thuốc lá

chuyển gen cấu trúc pK7WG2D-35S:SSIV:T35S ở các dòng
chuyển gen

97

Hàm lượng tinh bột tích luỹ trong rễ cây thuốc lá chuyển gen
pBI121 – C54: SSIV: NOST ở các dòng chuyển gen

98

Ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu và môi trường đến khả năng
tạo mô sẹo (sau 3 tuần)

100

Bảng 3.12

Tỷ lệ mô sẹo phát sinh phôi trên môi trường CI

102

Bảng 3.13

Tỷ lệ phôi soma tạo cây con

104

Bảng 3.14

Khả năng tái sinh thành cây hoàn chỉnh từ mô sẹo phôi hóa

105

Bảng 1.3

Bảng 3.2
Bảng 3.3

Bảng 3.6
Bảng 3.7
Bảng 3.8
Bảng 3.9

Bảng 3.10
Bảng 3.11

vi


Bảng 3.15
Bảng 3.16
Bảng 3.17
Bảng 3.18
Bảng 3.19

Ảnh hưởng của thời gian nhiễm khuẩn đến hiệu quả chuyển
gen giống sắn KM140

108

Ảnh hưởng của Kanamycin đến khả năng sống sót của mô sẹo
chuyển gen GUS ở giống sắn HB80 và KM140

109

Ảnh hưởng của Kanamycin đến tỷ lệ ra rễ của chồi giống sắn
HB80 và KM140

110

Tạo cây sắn HB80 và KM140 chuyển gen GUS thông qua
A.tumefaciens

111

Chuyển gen pBI121- C54:SSIV:NOST vào giống sắn KM140

114

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1
Hình 1.2
Hình 1.3
Hình 1.4
Hình 1.5
Hình 1.6
Hình 2.1

Hình 2.2

Đặc điểm cây sắn (Manihot esculenta Crantz)
Một số phương pháp phổ biến tạo cây sắn biến đổi gen
Công thức hóa học của tinh bột
Quá trình sinh tổng hợp tinh bột và các enzyme liên quan
Quy trình tái sinh in vitro thông qua phôi soma ở cây sắn
Kết quả tạo mô sẹo phôi hoá ở giống sắn TME 14
Trình tự đoạn cmyc và vị trí của các mồi PCR
Quá trình canh tác và thu hoa ̣ch các giố ng sắ n quan tâm ta ̣i Tra ̣i
thực nghiê ̣m sinh học Cổ Nhuế phu ̣c vu ̣ nghiên cứu

Hình 2.3

Quy trình kiểm tra hàm lượng tinh bột trong lá bằng phương
pháp nhuộm iodine

Hình 2.4

Đồ thị xây dựng đường chuẩn đánh giá hàm lượng tinh bột từ lá
cây thuốc lá chuyển gen cấu trúc pK7WG2D-35S:SSIV:T35S
Đồ thị xây dựng đường chuẩn đánh giá hàm lượng tinh bột từ rễ
cây thuốc lá chuyển gen cấu trúc pBI121 – C54:SSIV: NOST
Hình ảnh minh họa vị trí lá và củ sắn

Hình 2.5
Hình 3.1
Hình 3.2
Hình 3.3
Hình 3.4

Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 3.8
Hình 3.9
Hình 3.10
Hình 3.11
Hình 3.12
Hình 3.13
Hình 3.14

RNA tổng số tách chiết từ các mẫu củ (A) và lá các giống sắn (B)
Điện di kiểm tra sản phẩm PCR nhân gen actin từ cDNA sắn
Phân tích mức độ biểu hiện của gen AGPS qua các giai đoạn
phát triển ở 4 giống sắn bằng real-time PCR

6
18
20
21
31
32
53
54
58
59
60
62
63
64

67

Phân tích mức độ biểu hiện của gen AGPL qua các giai đoạn
phát triển ở 4 giống sắn bằng real-time PCR

68

Phân tích mức độ biểu hiện gen GBSS qua các giai đoạn phát
triển ở 4 giống sắn bằng real-time PCR

69

Phân tích mức độ biểu hiện của gen SSI, SSIII, SSIV qua các
giai đoạn phát triển ở 4 giống sắn bằng real-time PCR

71

Phân tích mức độ biểu hiện của gen SSII qua các giai đoạn phát
triển ở 4 giống sắn bằng real-time PCR

72

Phân tích mức độ biểu hiện của gen SBE qua các giai đoạn phát
triển ở 4 giống sắn bằng real-time PCR
Tách dòng đoạn gen SSIV từ củ sắn
Tách dòng promoter C54 ở sắn
Thiết kế vector pK7WG2D-35S:SSIV:T35S
Thiết kế vector pBI121/cmyc
Thiết kế vector pBI121-C54:SSIV-cmyc:NOST

74
77
81
83
84
85

viii


Hình 3.15
Hình 3.16
Hình 3.17

Hình 3.18
Hình 3.19
Hình 3.20
Hình 3.21
Hình 3.22
Hình 3.23
Hình 3.24
Hình 3.25
Hình 3.26
Hình 3.27
Hình 3.28
Hình 3.29
Hình 3.30
Hình 3.31
Hình 3.32
Hình 3.33

Hình 3.34

Quy trình chuyển gen vào thuốc lá thông qua vi khuẩn A.
tumefaciens

88

Một số hình ảnh chuyển các gen quan tâm vào thuốc lá thông
qua vi khuẩn A.tumefaciens

89

Kiểm tra các dòng thuốc lá chuyển gen cấu trúc pK7WG2D35S:SSIV:T35S bằng phản ứng PCR với các cặp mồi đặc hiệu
SSIV-Frag_F/R

91

Kiểm tra các dòng thuốc lá chuyển gen cấu trúc pBI121C54:SSIV:NOST
Kết quả Southern blot các mẫu thuốc lá chuyển gen SSIV
Ảnh điện di RNA tổng số được tách từ các mẫu thuốc lá chuyển gen
Kết quả PCR nhân gen actin từ cDNA của lá từ một số dòng
thuốc lá chuyển gen

91
92
93
94

Điê ̣n di sản phẩ m RT-PCR của các gen SSIV ở các dòng thuốc
lá chuyển gen tương ứng

95

Nhuộm iodine lá một số dòng thuốc lá chuyển gen cấu trúc
pK7WG2D-35S:SSIV:T35S

96

Nhuộm iodine lá một số dòng thuốc lá chuyển gen cấu trúc pBI
121 – C54:SSIV: NOST
Mô sẹo từ các nguồn nguyên liệu khác nhau
Các khối mô sẹo phân hóa các giai đoạn mô phôi khác nhau ở 5
giống sắn thí nghiệm
Chồi và cây sắn tái sinh từ mô sẹo phôi hóa
Ảnh hưởng của mật độ vi khuẩn đến khả năng biến nạp gen
GUS ở giống sắn HB80 và KM140
Một số hình ảnh chuyển gen GUS vào giống sắn HB80 và KM140
Một số hình ảnh chuyển gen pBI121-C54:SSIV:NOST vào
giống sắn KM140
Cây sắn giống KM140 chuyển gen SSIV được trồng ở nhà lưới
Điện di DNA tổng số các dòng sắn chuyển gen mang cấu trúc
pBI121-C54:SSIV:NOST

98
101
103
106
107
112
115

115
116

Điện di kiểm tra sản phẩm PCR các dòng sắn chuyển gen với
cặp mồi promoter C54F/SSIV-R

116

Điện di kiểm tra sản phẩm PCR các dòng sắn chuyển gen với
cặp mồi virF/R

117

ix


DANH MỤC CÁC TỪ VÀ CHỮ VIẾT TẮT
Nghĩa tiếng Anh

Ký hiệu
µl

Microliter

µM

Micromolar

2.4D

axit 2,4-diclophenoxiaxetic

Nghĩa tiếng Việt

A.tumefaciens Agrobacterium tumefaciens
AGPase

ADP-glucose pyrophosphorylase

AS

Acetosyringone

BAP

6 – Benzyl amino purine

bp

Base pair

cDNA

Complementary DNA

CG

cặp bazơ nitơ
Chuyển gen

CIAT

International Center for Tropical
Agriculture

CTAB

Cetyltrimethylammonium bromide

Trung tâm nông nghiệp
nhiệt đới quốc tế
Cộng sự, đồng tác giả

Cs, et al.,
DBE

Debranching enzyme

DNA

Deoxiribonucleic Acid

Đỏ ĐF

enzyme phân rã tinh bột
Đỏ địa phương

E.coli

Escherichia coli

EDTA

Ethylene Diamine Tetra acetic Acid

EtBr

Ethidium Bromid

FEC

Friable embryo callus

Mô sẹo phôi hóa

GBSS

granule-bound synthetase

enzyme tổng hợp amylose

GUS

β –Glucuronidase gene

Gen GUS

HSPs

Heat shock proteins

IBA

Indol -3- butyric acid

Kb

Kilo base

Kinetin

6 – fufuryl amino purine

Km

Kanamycin

x


KM140

KM140 (KM98-1 x
KM36)

LB

Luria –Bertani

Môi trường LB

M

Marker

Thang chuẩn

mRNA

messenger RNA

RNA thông tin

MS

Murashige and Skoog

Môi trường MS

MTCL
Mg

Miligam

mg/L;
mg/mL; ng/g

Miligam/lit; miligam/mililit;
nanogam/gam

NAA

α – Napthyl acetic acid

nptII

Neomycin photphotranspherase gene

OD

Optical density

Mật độ quang học

PCR

Polymerase Chain Reaction

Phản ứng chuỗi trùng hợp

Picloram

4-amino-3,4,5 tricloro pyridine - 2cacboxylic acid

RM

Rooted Medium

RT-PCR

Realtime polymerase chain reaction

SBE

Starch branching enzyme

enzyme phân nhánh tinh
bột

SS

Starch synthase

Enzyme sinh tổng hợp tinh
bột

SSIV

Starch synthase IV

Enzyme sinh tổng hợp tinh
bột nhóm IV

T-DNA

Transfer-DNA

DNA vận chuyển

Môi trường ra rễ

Trắng HB

Trắng Hòa Bình

Trắng NA

Trắng Nghệ An

WP

Working package

Dòng không chuyển gen

WT
X-gluc

Nội dung

5-bromo-4-chloro-3-indolyl
glucuronide

xi


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài

Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) là một trong những loại cây lương thực
chủ lực quan trọng nhất đối với nhiều nước trên thế giới do chúng khả năng cung
cấp carbonhydrate cao, thậm chí trong các điều kiện ngoại cảnh bất lợi như lượng
mưa thấp, hạn hán hoặc đất nghèo dinh dưỡng.
Hiện nay, trong bối cảnh biến đổi khí hậu làm trái đất nóng lên, nước biển
dâng cao, đe dọa an ninh lương thực thế giới và sự cạn kiệt của nguồn nguyên liệu
hóa thạch thì cây sắn được coi là cây trồng đem lại giải pháp kép nhằm đạt cả hai
mục tiêu: góp phần đảm bảo an ninh lương thực và cung cấp nguyên liệu cho công
nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học, từng bước thay thế nhiên liệu hóa thạch.
Trong kế hoạch 5 năm 2015 - 2020, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn
đưa ra chủ trương giảm diện tích trồng sắn và nâng cao năng suất trồng sắn. Kế
hoạch đề ra là diện tích trồng sắn duy trì ổn định khoảng 500.000 ha vào năm 2015
và ổn định diện tích 450.000 ha vào năm 2020, năng suất đạt khoảng 21 tấn/ha. Nếu
đạt được theo kế hoạch với mức sản lượng 11 triệu tấn thì vẫn sẽ xảy ra tình trạng
tranh mua nguyên liệu giữa các nhà máy sản xuất ethanol với các nhà máy thức ăn
chăn nuôi, nhà máy sản xuất tinh bột sắn và lượng sắn dùng cho xuất khẩu.
Tinh bột là thành phần quan trọng đối với thực vật cũng như là nguồn lương
thực và nguyên liệu công nghiệp. Hiện nay, việc cải tiến cây trồng theo hướng tăng
hàm lượng tinh bột là một trong những hướng nghiên cứu quan trọng và luôn được
các nhà khoa học quan tâm hàng đầu. Do vậy, các nghiên cứu tìm hiểu về con
đường tổng hợp và phân hủy tinh bột ở cây trồng nói chung và đối với sắn nói riêng
sẽ góp phần thúc đẩy mục tiêu cải tạo hàm lượng tinh bột.
Như vậy, ứng dụng công nghệ sinh học nhằm xây dựng hệ thống tái sinh in
vitro và chuyển gen tạo cây sắn có hàm lượng tinh bột cao, phù hợp với mục đích
sử dụng phục vụ cho công nghiệp và xuất khẩu là một vấn đề cấp thiết ở nước ta.
Ngoài ra, các hướng nghiên cứu sâu ở mức độ sinh học phân tử và di truyền học ở
cây sắn chưa được quan tâm và phát triển nhiều. Đặc biệt, chưa có những nghiên


2

cứu sâu ở mức độ sinh học phân tử nhằm khai thác nguồn gen quý sẵn có từ các
giống sắn tại Việt Nam, phục vụ cho công tác cải tạo giống sắn bằng công nghệ gen.
Xuất phát từ những thực tế trên, chúng tôi đề xuất nhiệm vụ nghiên cứu “Đánh giá
hoa ̣t đô ̣ng của mô ̣t số gen liên quan đến tổ ng hơ ̣p, tích lũy tinh bô ̣t và thử
nghiệm chuyển gen SSIV vào cây sắn”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Bước đầu đã chuyển được gen tăng cường sinh tổng hợp tinh bột SSIV dưới
sự điều khiển của promotor đặc hiệu C54 vào giống sắn KM140 nhờ A.tumefaciens
thông qua FEC.
3. Nội dung nghiên cứu
Nội dung 1: Lựa chọn giống sắn và phân tích sự biểu hiện của các gen liên
quan đến trao đổi chất tinh bột.
Nội dung 2: Phân lập gen SSIV liên quan đế n khả năng tổ ng hơ ̣p tinh bô ̣t, thiết
kế vector chuyển gen.
Nội dung 3: Đánh giá khả năng tổng hợp tinh bô ̣t của gen SSIV trên cây thuốc
lá mô hình.
Nội dung 4: Chuyể n gen SSIV vào cây sắ n.
4. Những đóng góp mới của luận án
+ Đã phân lập và đánh giá được hoạt động của gen SSIV liên quan đến quá
khả năng tổng hợp tinh bột từ lá và củ sắn.
+ Đã thu được những dòng thuốc lá chuyển gen mang cấu trúc pB121C54:SSIV-cmyc:NOST với mức độ tích lũy hàm lượng tinh bột cao hơn so với
những dòng thuốc lá chuyển gen mang cấu trúc pK7WG2D-35S:SSIV:T35S từ 19,7
– 48,1% và cao hơn 15,6 – 65,7% so với cây đối chứng.
+ Đây là công trình đầu tiên chuyển gen tăng cường sinh tổng hợp tinh bột
SSIV dưới sự điều khiển promoter đặc hiệu ở củ C54 vào mô sẹo phôi hóa (FEC)
của giống sắn KM140 thông qua A. tumefaciens. Kết quả bước đầu thu được 7 dòng
sắn chuyển gen dương tính khi kiểm tra với PCR.

3

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
5.1. Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu thu được trong luận án này bao gồm các gen và hệ thống
các vector chuyển gen thực vật mang gen liên quan tới quá trình sinh tổng hợp tinh
bột, được phân lập từ các giống sắn quan trọng đã được đánh giá chỉ tiêu nông sinh
học tại Việt Nam; cấu trúc vector mang gen đích, chủng vi khuẩn chứa vector mang
gen đích, chủng vi khuẩn chứa vector chuyển gen và các quy trình đánh giá hoạt
động gen chuyển ở mức độ sinh học phân tử. Hơn nữa, hoạt động của các cấu trúc
vector chuyển gen SSIV có tăng khả năng tích lũy tinh bột còn được đánh giá, kiểm
tra thông qua biến nạp vào cây mô hình thuốc lá, cây sắn giống KM140. Đây chính
là tiền đề để phát triển các nghiên cứu ứng dụng tạo nên cây sắn chuyển gen mang
tính trạng có lợi.
5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Đây là đề tài nghiên cứu đầu tiên áp dụng công nghệ gen, công nghệ sinh học
hiện đại nhằm tạo giống sắn năng suất cao tại Việt Nam dựa trên cơ sở khảo sát,
nghiên cứu hệ gen của chính các giống sắn thu thập tại Việt Nam. Do vậy, phạm vi
ứng dụng của đề tài không chỉ ở chuyển gen tăng cường khả năng tổng hợp tinh bột
vào sắn mà còn có thể ứng dụng ở các cây lương thực dự trữ tinh bột khác như
khoai tây, khoai lang.


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CÂY SẮN VÀ MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN HÀM LƯỢNG
TINH BỘT Ở SẮN
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại

1.1.1.1. Nguồn gốc
Với những bằng chứng khảo cổ, có thể khẳng định cây sắn có nguồn gốc ở
vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latinh, thuộc khu vực sông Amazon, được loài
người trồng cách đây 5000 năm. Nghiên cứu khảo cổ học cho thấy, một số di vật
củ sắn đã được tìm thấy có niên đại khoảng 2700 năm trước công nguyên ở
Venezuela và khoảng 2000 năm trước công nguyên ở vùng ven biển Peru. Trong
khi đó, những lò nướng bánh sắn phức hệ Ualabo có niên đại 1200 năm trước
công nguyên đã được tìm thấy ở phía Bắc Colombia và những hạt tinh bột có tuổi
khoảng năm 900 - 200 trước công nguyên trong những phần hóa thạch được phát
hiện tại Mexico cùng một số di tích khảo cổ học khác chứng tỏ cây sắn đã xuất
hiện và được trồng như một loại cây nông nghiệp từ rất lâu đời (Rogers, 1965). Ở
Châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ XVII, Việt Nam và một số
nước khác trong khu vực Đông Nam Á vào thế kỷ XVIII. Tuy nhiên, đến thế kỷ
XIX, nghề trồng sắn và tiêu thụ sắn mới thực sự phát triển với sự du nhập các kỹ
thuật chế biến ở Brazin bởi các nô lệ. Từ đó đến nay, diện tích, năng suất và sản
lượng sắn ngày một tăng (Trần Ngọc Ngoạn, 2007).
1.1.1.2. Phân loại
Chi Manihot bao gồm những cây có hoa, hạt kín, có hai lá mầm, họ thầu
dầu. Vào năm 1651 Bauhin là người đầu tiên đã dùng danh từ Manihot để chỉ
chi này khi ông mô tả một mẫu cây đã được một thày tu Pháp A. Thevet mang từ
Brazin về, ông đặt tên loài là Manihot theveti. Có thể cho rằng loài cây đó hiện
nay người ta gọi tên là Manihot esculenta Crantz (Rogers, 1965).
Năm 1776, Crantz công bố sự mô tả loài với tên Manihot esculenta, căn cứ


5

vào một mẫu cây Merian mang về từ Surinam năm 1726. Sau đó nhiều tác giả
đã nghiên cứu về chi Manihot với các cách phân nhóm khác nhau. Đến năm 1938,
Cifferi trở lại cách gọi tên của Crantz, ông dùng lại tên loài M.esculenta và

không còn phân biệt giữa sắn đắng và sắn ngọt, ông cung cấp một quan niệm về
các giống trồng phổ biến (cultivar). Bảng phân loại cuối cùng của Rogers và
Appan (1973) là kết quả của một công trình nghiên cứu rất đầy đủ về chi
Manihot, tiến hành trong 20 năm với phương pháp phân loại số lượng.
1.1.2. Đặc điểm hình thái, sinh thái và di truyền
1.1.2.1. Đặc điểm hình thái
* Thân cây
Cây sắn thuộc loại thân gỗ, cao từ 1 - 3 m. Chiều cao của cây phụ thuộc vào
giống, điều kiện chiếu sáng, mức độ thâm canh, mật độ và thời vụ trồng. Thân sắn có
khả năng phân cành, tuy sự phân cành có ảnh hưởng đến khả năng ra hoa của cây.
Thân và cành già đã hoá gỗ có màu trắng bạc, xám, nâu hoặc hơi vàng. Số lượng thân
phụ thuộc vào cách đặt hom và số mắt trên hom. Về mặt cấu tạo, lớp cắt ngang thân
sắn có bốn lớp: trong cùng là lõi xốp, tế bào rất lớn; tiếp đến là tầng gỗ; mô mềm của
vỏ và ngoài cùng là lớp biểu bì rất mỏng. Khi nhân vô tính sắn người ta sử dụng các
đoạn hom lấy từ thân cây, vì vậy ngoài việc lựa chọn các đoạn hom đẹp, sạch bệnh,
phải giữ cho lớp biểu bì không bị sây sát vì lớp này có chức năng bảo vệ cho hom
không bị mất nước (Tribadi và cs., 2010; Ceballos & Cruz, 2012).
* Lá sắn
Lá sắn là loại lá đơn mọc xen kẽ trên thân, gồm hai phần cuống lá và phiến lá.
Cuống lá dài từ 3 - 30 cm với nhiều màu sắc khác nhau tuỳ theo giống (màu vàng,
xanh vàng, hồng, đỏ tươi). Phiến lá thường chia 5 - 7 thuỳ nhưng cũng có khi không
chia thuỳ. Lá của cây sắn mọc từ hạt thì phiến lá thường nguyên vẹn hoặc chí thuỳ
không đều. Các cây mọc từ hom, từ chỗ phân cành số thuỳ của phiến lá thường
giảm. Cấu tạo phiến lá gồm một lớp biểu bì phía trên có tầng cutin dày, tầng mô
dậu, tầng mô hổng và biểu bì. Mặt dưới có rất nhiều khí khổng đường kính khoảng
30 µm và có khoảng 700 lỗ/mm (Trần Ngọc Ngoạn, 2007; Tribadi và cs., 2010).


6

Hình 1.1: Đặc điểm cây sắn (Manihot esculenta Crantz)
(Nguồ n: Liu và cs., 2011)
Chú thích: A. Cây sắn khi trồng ở ruộng; B. Củ sắn khi thu hoạch; C. Cụm hoa; D. Quả
sắn; E. Hạt sắn; F. Cây con nảy mầm từ hạt; G. Thân sắn dùng để trồng cây.

* Hoa sắn
Hoa sắn là hoa đơn tính cùng gốc, mọc thành cụm, có cuống mọc ra từ chỗ
phân cành, ngọn thân. Một số giống sắn không có hoa do không có sự phân hoá
hoa hoặc do mầm hoa rụng đi. Những cụm hoa sinh ra từ những cành thấp thường
rụng sớm. Cụm hoa gồm một trục dài 2 - 10 cm và các trục bên hợp lại thành chuỳ
(Trần Ngọc Ngoạn, 2007).
Hoa cái có năm lá đài và có màu sắc sặc sỡ, ngoài rìa có lông. Giữa hoa cái có
một bầu hoa 6 cánh, chứa 3 lá noãn nằm ở trên đài. Trên bầu có 3 vòi nhuỵ ngắn với
đầu nhuỵ uốn cong. Hoa đực có 5 lá đài dính với nhau trên một nửa chiều dài, nhẵn
ở bên trong và có lông ở phía ngoài. Có khoảng 8 - 10 nhị đực xếp thành hai vòng
và mọc lên từ các thuỳ của mỗi đĩa phía dưới. Bao phấm mềm, hạt phấn 3 ngăn, dày
dính, màng ngoài hạt phấn có gai nhỏ (Ceballos and Cruz, 2012).
Số lượng hoa của mỗi giống sắn không giống nhau, thường hoa đực sẽ nhiều
hơn hoa cái nhưng hoa cái lại thường nở trước hoa đực để tránh hiện tượng tự thụ
phấn. Hoa cái nở cuối cùng thường nở cùng với hoa đực nở đầu tiên trên cây. Hoa


7

đực thường nở vào giữa trưa còn hoa cái thường khép lại vào cuối buổi chiều. Bao
phấn bắt đầu mở trước khi hoa nở khoảng 2 giờ và mở hoàn toàn trước khi hoa nở 1
giờ, sau đó phát tán nhờ gió hoặc côn trùng với phạm vi thụ phấn trong khoảng 30
cm. Tuổi thọ của hạt phấn là 1 tuần còn thời gian tiếp nhận hạt phấn của đầu nhuỵ
trong vòng 24 giờ. Sau 24 giờ, đầu nhụy bắt đầu héo, chuyển sang màu nâu, khô đi
và rụng chậm nhất sau 1 ngày. Thời gian từ lúc thụ phấn đến thụ tinh kéo dài từ 8 19 giờ (Trần Ngọc Ngoạn 2007; Ceballos and Cruz, 2012).

* Quả và hạt
Quả sắn thuộc loại quả nang, mở khi chín, đường kính 1 - 1,5 cm. Quả có 3 ngăn
được tạo thành từ 6 cánh của bầu hoa, mỗi ngăn chứa 1 hạt. Màu sắc quả thường biến
đổi từ lục nhạt, hơi vàng dến lục hay đỏ tía. Cuống quả phình lên ở chỗ tiếp xúc với
quả. Sau khi chín, quả tự mở chỉ còn lại trục giữa của quả. Hạt sắn hình trứng, tiết diện
hơi giống hình tam giác. Hạt có vân hoặc những vết màu đỏ nâu trên nền kem hoặc
xám nhạt (Trần Ngọc Ngoạn 2007; Ceballos & Cruz, 2012).
* Rễ sắn
Rễ sắn có thể mọc ra từ hạt hoặc từ hom (đoạn thân cây được lựa chọn giữ lại làm
giống cho vụ kế tiếp). Rễ mọc từ hạt bắt đầu là một rễ mọc thẳng cắm xuống đất sau đó
các rễ phụ mọc ra, cả rễ cọc và rễ phụ đều có khả năng phát triển thành củ. Rễ mọc ra
từ hom đầu tiên thì mọc ngang sau đó cũng cắm thẳng xuống đất, rễ sắn có hai chức
năng chính là đồng hoá và dự trữ. Rễ đồng hoá thường cắm sâu trong lòng đất có thể
dài tới 30 cm để hút nước, chất dinh dưỡng và giúp cho cây vững chắc. Rễ dự trữ (rễ
củ) do các rễ con tập trung dinh dưỡng mà thành. Khi cây mới ra rễ thì có rất nhiều rễ
con nhưng sau đó chỉ có một số rễ con được tập trung dinh dưỡng phát triển thành củ.
Củ sắn thường có dạng hình trụ có thể dài tới 30 cm, có thể có hoặc không có cuống củ
(Ceballos & Cruz, 2012).
1.1.2.2. Đặc điểm sinh thái
Cây Sắn (Manihot esculenta Crantz) thuộc chi Manihot, họ Euphorbiaceae
sống ở vùng nhiệt đới và đã được di canh đến nhiều khu vực khác nhau trên thế
giới (Allem., 2002). Sắn được phân bố phổ biến từ 33 o vĩ Bắc đến 33o vĩ Nam.


8

Sắn được biết đến với hơn 100 tên gọi khác nhau, phụ thuộc vào địa lý nơi trồng.
Ở Mỹ Latinh, sắn có tên gọi là yucca (tiếng Tây Ban Nha) hoặc mandioca (tiếng
Bồ Đào Nha).
Cây sắn yêu cầu khoảng nhiệt độ tối thích khá rộng từ 20 – 40oC. Yếu tố nhiệt

độ ảnh hưởng đến tuổi thọ lá và chỉ số diện tích lá. Khi nhiệt độ tăng từ 20 – 24oC,
tuổi thọ của lá giảm nhưng tăng số lá mới hình thành. Là cây ưa sáng, cây sắn thích
hợp với thời gian chiếu sáng 12h/ngày để tích luỹ tinh bột về củ (Keating và cs.,1998).
1.1.2.3. Đặc điểm di truyền
Chi Manihot thuộc họ thầu dầu, có tới hơn 300 chi và 8000 loài hầu hết là
cây nhiệt đới. Đặc điểm của họ thầu dầu là thường hay có mạch, nhựa mủ. Chi
Manihot thuộc nhóm Manihotae. Tất cả các loài trong chi đều có số lượng nhiễm
sắc thể 2n= 36.
Rogers & Appan (1973) đã xây dựng một bảng phân loại cho 98 loài thuộc
chi Manihot, phân thành 17 nhóm. Sự nhận dạng các loài và các nhóm dựa vào sự
phân tích nhiều mặt của đặc điểm hình thái ở các bộ phận trên mặt đất. Nhờ vào
bảng phân loại người ta đã lập được một bảng nhận dạng các loài trong chi.
1.1.3. Giá trị của cây sắn
Sắn là một trong 3 cây lương thực quan trọng nhất thế giới sau lúa và ngô
(Kim và cs., 2010). Củ sắn có hàm lượng tinh bột cao với khoảng 84 - 87% khối
lượng khô, là nguồn cung cấp carbonhydrate cho hơn 500 triệu người ở các
vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới cũng như hơn 1 tỷ người trên thế giới. Trong củ sắn
cũng có một số loại axit amin chứa lưu huỳnh tuy lượng không nhiều và hàm
lượng thấp các protein, chất béo, một số chất khoáng (P, K, Mg,...) và vitamin
(B1, B2,...) (Trần Ngọc Ngoạn, 2007).
Bên cạnh vai trò cung cấp tinh bột làm thức ăn cho người và động vật, sắn
còn góp phần vào sự đa dạng về kinh tế và tạo cơ hội cho phát triển công nghiệp
nhẹ, công nghiệp thực phẩm và nhiên liệu sinh học với hơn 80 quốc gia có khả
năng phát triển ngành công nghiệp từ sắn (Trần Ngọc Ngoạn, 2007; Abrahamian
& Kantharajah, 2011). Tinh bột sắn được dùng để sản xuất các loại bánh, kẹo, bột
ngọt, mì ăn liền, làm phụ gia dược phẩm và đặc biệt, sắn được sử dụng làm nguồn
nguyên liệu quan trọng để sản xuất cồn sinh học đem lại hiệu suất và hiệu quả


9

kinh tế cao. Thân sắn dùng để sản xuất nấm, nguyên liệu cho công nghiệp
xenlulozơ và nguyên liệu để sản xuất một số sản phẩm khác như màng phủ sinh
học, chất giữ ẩm, bao bì và phụ gia dược phẩm (Trần Ngọc Ngoạn, 2007).
Bảng 1.1: Giá trị dinh dưỡng của sắn
Thành phần
Tỷ lệ chất khô (%)
Hàm lượng tinh bột (%)
Đường tổng số (% FW)
Đạm tổng số (%FW)
Chất xơ (%FW)
Chất béo (%FW)
Chất khoáng (%FW)
Vitamin A (mg/100gFW)
Vitamin C (mg/100gFW)
Năng lượng (KJ/100g)
Yếu tố hạn chế dinh dưỡng
Tỷ lệ trích tinh bột (%)
Kích thước hạt bột (micron)
Amylose (%)
Độ dính tối đa (BU)
Nhiệt độ hồ hóa (OC)

Sắn
30 - 40
27 - 36
0,5 - 2,5
0,5 - 2,0
1,0
0,5

0,5 - 1,5
17
50
607
Cyanogenes
22 - 25
5 - 50
15 -29
700 - 1100
49 -73

(Nguồ n: Christopher et al., 1995)
Giá trị chủ yếu của cây sắn là hàm lượng tinh bột tập trung ở rễ (củ). Củ sắn
giàu chất bột, năng lượng, khoáng, vitamin C, hạt bột sắn nhỏ mịn, độ dính cao
nhưng nghèo chất béo và nhất là nghèo đạm, hàm lượng các acid amin không cân
đối, thừa arginin nhưng thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh. Tùy theo giống sắn, vụ
trồng, số tháng thu hoạch sau trồng và kỹ thuật phân tích mà tổng số vật chất khô và
hàm lượng đạm, béo, khoáng, xơ, đường, bột có sự thay đổi.
1.1.4. Tình hình sản xuất sắn trên thế giới và Việt Nam
1.1.4.1. Tình hình sản xuất sắn trên thế giới
Theo nghiên cứu thị trường sắn toàn cầu của Tổ chức Lương thực và Nông
nghiệp Quốc tế (FAO) và Viện Nghiên cứu Chính sách lương thực thế giới (IFPRI),


10

với tầm nhìn đến năm 2020 sản lượng sắn toàn cầu ước đạt 275,10 triệu tấn, trong
đó sản xuất sắn chủ yếu ở các nước đang phát triển là 274,7 triệu tấn, các nước đã
phát triển khoảng 0,4 triệu tấn. Mức tiêu thụ sắn ở các nước đang phát triển dự báo
đạt 254,60 triệu tấn so với các nước đã phát triển là 20,5 triệu tấn. Khối lượng sản

phẩm sắn toàn cầu sử dụng làm lương thực thực phẩm dự báo nhu cầu là 176,3 triệu
tấn và thức ăn gia súc 53,4 triệu tấn. Tốc độ tăng hàng năm của nhu cầu sử dụng sản
phẩm sắn làm lương thực, thực phẩm và thức ăn gia súc đạt tương ứng là 1,98% và
0,95%. Hiện nay, Châu Phi vẫn là khu vực dẫn đầu sản lượng sắn toàn cầu với dự
báo sản lượng năm 2020 sẽ đạt 168,6 triệu tấn. Trong đó, khối lượng sản phẩm sử
dụng làm lương thực thực phẩm là 77,2%, làm thức ăn gia súc là 4,4%. Châu Mỹ
Latinh giai đoạn 1993 - 2020, ước tính tốc độ tiêu thụ sản phẩm sắn tăng hàng năm
là 1,3%, so với châu Phi là 2,44% và châu Á là 0,84 - 0,96%. Cây sắn tiếp tục giữ
vai trò quan trọng trong nhiều nước châu Á, đặc biệt là các nước vùng Đông Nam Á
- nơi cây sắn có tổng diện tích đứng thứ ba sau lúa và ngô và tổng sản lượng đứng
thứ ba sau lúa và mía (Hoàng Kim, 2013).
Bảng 1.2: Diện tích, năng suất, sản lượng sắn của các khu vực trên thế giới
trong năm 2014 – 2015
Diện tích
(ha)

2014
Năng suất
(tấn/ha)

Sản lượng
(tấn)

2015
Diện tích Năng suất Sản lượng
(ha)
(tấn/ha)
(tấn)

Thế giới

23.939.301

11,004

263.439.862

24.225.200

11,157 270.278.871

Châu Phi

17.260.853

8,364

144.365.483

17.526.870

8,376 146.810.039

Châu Mĩ

2.473.942

12,344

30.537.649

2.542.061

12,921

32.844.935

Châu Á

4.183.664

21,104

88.293.119

4.134.373

21,859

90.372.457

20.842

11,688

243.611

21.896

11,483

251.440

Khu vực

Châu Đại Dương

(Nguồ n: )
Theo thống kê của Faostat (2015) tổng sản lượng sắn trên thế giới là 270,2
triệu tấn, tập trung chủ yếu ở châu Phi với xấp xỉ 147 triệu tấn (tăng khoảng 2,5
triệu tấn so với năm 2014), trong đó Nigeria là nước có tổng sản lượng cao nhất thế
giới là 54,8 triệu tấn, năng suất trung bình 70 tấn/ha. Châu Á có sản lượng là 90,3
triệu tấn (cao hơn 2 triệu tấn so với năm 2014), trong đó Ấn Độ là nước có tổng sản


11

lượng cao nhất với 8,1 triệu tấn và năng suất 35,6 tấn/ha. Trong khi ở châu Mĩ sản
lượng là 32,8 triệu tấn (cao hơn 2,3 triệu tấn đạt được 2014), với năng suất trung
bình 21,8 tấn/ha (Bảng 1.2). Diện tích canh tác sắn trên thế giới vẫn tăng trong
những năm gần đây (chỉ có ở Châu Á là giảm nhẹ).
1.1.4.2. Tình hình sản xuất sắn tại Việt Nam
Sắn được trồng khá phổ biến ở Việt Nam và đã từ lâu được xem là cây lương
thực và thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và ngô. Sắn chủ yếu dùng để bán
(48,6%), dùng làm thức ăn gia súc (22,4%), chế biến thủ công (16,8%) và khoảng
12,2% dùng tiêu thụ tươi (Trần Ngọc Ngoạn, 2007). Bắt đầu từ những năm 2000,
cây sắn đã được chuyển đổi từ một cây lương thực sang cây công nghiệp. Sắn có
những ưu điểm phù hợp với các hộ nông dân nhỏ và nghèo như: dễ trồng, hợp nhiều
loại đất, chịu được đất nghèo dinh dưỡng và các mùa khô hạn, ngoài ra sắn có thể
nằm trong đất từ 7 tháng đến 2 năm sau khi trồng và thu hoạch khi cần thiết, vốn

đầu tư thấp, phù hợp khả năng kinh tế với nhiều hộ gia đình nông dân nghèo, thiếu
lao động, tận dụng đất để lấy ngắn nuôi dài. Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổ
biến ở hầu hết các tỉnh của các vùng sinh thái nông nghiệp từ Bắc đến Nam. Diện
tích sắn trồng nhiều nhất ở vùng Đông Nam Bộ, vùng Tây Nguyên, vùng núi và
trung du phía Bắc, vùng ven biển Nam Trung Bộ và vùng ven biển Bắc Trung Bộ.
Thông thường, sắn được trồng chính vụ vào khoảng từ tháng 2 đến tháng 4 và thu
hoạch sau khoảng 7 - 10 tháng tùy thuộc điều kiện khí hậu từng vùng. Theo thông
báo tại Hội nghị toàn cầu về cây sắn 2011 tại Thái Lan thì từ năm 2000 đến 2010,
diện tích trồng sắn của Việt Nam đã tăng từ 237,6 nghìn ha tới 560,4 nghìn ha, năng
suất tăng từ 8,36 tấn/ha đến 16,90 tấn/ha và sản lượng tăng từ 1,99 lên tới 9,45 triệu
tấn. Hiện tại 70% sản lượng là dành cho xuất khẩu. Năm 2010, mặc dù năng suất
sắn vẫn đạt ở mức cao khoảng 17,0 tấn/ha nhưng sản lượng sắn cả nước chỉ đạt 8,52
triệu tấn, tức giảm 0,4% so với năm 2009 do diện tích trồng sắn đã giảm 2,5% còn
560.000 ha. Dự kiến năm 2020 diện tích giảm còn 450.000 ha nhưng năng suất tăng
21,0 tấn/ha.
Bên cạnh đó sắn cũng là cây công nghiệp có giá trị xuất khẩu và tiêu thụ trong
nước, là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt, bio-ethanol, mì ăn liền, bánh kẹo,
siro, nước giải khát, bao bì, ván ép, phụ gia dược phẩm, màng phủ sinh học và chất


12

giữ ẩm cho đất. Mỗi năm Việt Nam xuất khẩu trên 4 triệu tấn sản phẩm từ cây sắn,
đứng thứ hai khu vực, sau Thái Lan. Tuy nhiên, tỷ lệ hao hụt trong thu hoạch, vận
chuyển còn rất lớn, chiếm khoảng 10% tổng sản lượng. Toàn quốc hiện có trên 60
nhà máy chế biến tinh bột sắn với tổng công suất khoảng 3,8 triệu tấn củ tươi/năm
và nhiều cơ sở chế biến sắn thủ công rải rác tại hầu hết các tỉnh trồng sắn. Việt Nam
hiện sản xuất mỗi năm khoảng 800.000 – 1.200.000 tấn tinh bột sắn, trong đó trên
70% xuất khẩu và gần 30% tiêu thụ trong nước.
Bảng 1.3: Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam

từ năm 2010 – 2016
Năm
2010
2011
2012
2013
2014
2015
2016

Diện tích
(nghìn ha)
489,0
558,2
551,8
554,1
552,7
567,9
569,9

Năng suất
(tấn/ha)
17,3
17,7
17,6
17,9
18,5
18,6
19,1

Sản lượng
(nghìn tấn)
8595,6
9897,9
9735,7
9757,6
10209,8
10739,9
10931,8

(Nguồ n: />Trung Quốc là thị trường đầu ra lớn nhất cho các sản phẩm sắn xuất khẩu của
Việt Nam trong năm 2010, chiếm tới 94,8% tổng kim ngạch xuất khẩu sắn lát. Tuy
nhiên, năm 2010 nhu cầu tiêu dùng sắn cho các ngành chế biến trong nước tăng
mạnh khiến nguồn cung dành cho xuất khẩu giảm. Theo báo cáo thường niên
ngành sắn và tinh bột sắn Việt Nam năm 2015 và triển vọng 2016 của AgroMonitor,
tổng cầu sắn củ tươi dành cho các ngành sản xuất trong nước năm 2015 là khoảng
10,73 triệu tấn gồm: i) Sản xuất ethanol; ii) Tiêu dùng cho người và sản xuất thức
ăn chăn nuôi: 3,67 triệu tấn; iii) Sản xuất tinh bột sắn: 1,8 triệu tấn; iv) Lượng sắn
củ tươi còn lại dành cho xuất khẩu chỉ vào khoảng 200.000 tấ n.
Việt Nam trong thời gian gần đây đang phát triển chính sách E5, E10 và
yêu cầu sản xuất từ 100 đến 150 triệu lít mỗi năm. Thủ tướng Chính phủ đã phê
duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn đến năm
2025" nhằm mục đích để sản xuất nhiên liệu sinh học và một phần thay thế nhiên
liệu truyền thống. Điều này sẽ đóng góp vào an ninh năng lượng và bảo vệ môi