Nghiên cứu tạo sự kiện (event) ngô biến đổi gen chịu hạn đáp ứng về an toàn sinh học và có giá trị kinh tế

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

THÁI HỒNG QUANG
Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƢỞNG PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ
DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN CHỊU HẠN THẾ HỆ T5

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành/chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Khoa

: CNSH-CNTP

Khoá học

: 2013 - 2017

Thái Nguyên, năm 2017


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

THÁI HỒNG QUANG
Tên đề tài:
ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƢỞNG PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ
DÒNG NGÔ CHUYỂN GEN CHỊU HẠN THẾ HỆ T5

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Ngành/chuyên ngành

: Công nghệ sinh học

Lớp

: K45 - CNSH

Khoa

: CNSH-CNTP

Khoá học

: 2013 - 2017

Ngƣời hƣớng dẫn

: 1. TS. Nguyễn Văn Duy
2. TS. Nguyễn Xuân Thắng

Thái Nguyên, năm 2017


i

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này, tôi nhận đƣợc nhiều sự quan tâm, giúp đỡ,
tạo điều kiện của các cơ quan, quý thầy cô, bạn bè và gia đình.
Trƣớc tiên, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới thầy TS. Nguyễn Xuân
Thắng và thầy TS. Nguyễn Văn Duy những ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi
trong quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, các thầy cô, các bác
bảo vệ và anh chị trong Viện Nghiên Cứu Ngô Quốc Gia, đã hết lòng giúp đỡ,
tạo điều kiện thuận lợi về vật chất và tinh thần cho tôi trong quá trình thực
hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong khoa Công Nghệ Sinh
Học và Công Nghệ Thực Phẩm, trƣờng Đại học Nông Lâm Thái Nguyên, đã
có những góp ý quý báu và kịp thời cho tôi trong quá trình thực hiện đề tài này.
Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và ngƣời thân
đã luôn giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành đề tài.
Thái Nguyên, ngày … tháng … năm 2017
Sinh Viên

Thái Hồng Quang


ii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1. Trình tự các mồi sử dụng trong nghiên cứu ................................... 19
Bảng 4.1. Kết quả đánh giá độ tinh sạch và nồng độ ADN tổng số các dòng
ngô chuyển gen modiCspB của nguồn V152 bằng máy đo quang phổ .......... 25
Bảng 4.2. Kết quả đánh giá độ tinh sạch và nồng độ ADN tổng số các dòng
ngô chuyển gen modiCspB của nguồn C436 bằng máy đo quang phổ .......... 25
Bảng 4.3. Kết quả PCR xác định sự có mặt gen CspB của cây dòng V152 ... 28
ở thế hệ T5 thông qua phản ứng PCR ............................................................. 28
Bảng 4.4. Kết quả PCR xác định sự có mặt gen modiCspB của cây dòng
C436 ở thế hệ T5 thông qua phản ứng PCR ................................................... 29
Bảng 4.5. Thời gian sinh trƣởng của các dòng ngô chuyển gen và dòng không
chuyển gen tƣơng ứng vụ Xuân 2017 ............................................................. 31
Bảng 4.6. Chỉ tiêu về hƣớng lá, tai lá, màu sắc cờ và râu của các dòng ngô
chuyển gen và không chuyển gen vụ Xuân 2017 ........................................... 32
Bảng 4.7. Một số đặc điểm hình thái của các dòng Vụ Xuân 2017................ 33
Bảng 4.8. Khả năng chống chịu của các dòng ................................................ 37
Bảng 4.9. Chiều dài bắp, đƣờng kính bắp, số hàng hạt và số hạt/hàng của các
nguồn vật liệu vụ Xuân 2017 .......................................................................... 38
Bảng 4.10. Tỷ lệ hạt/bắp, trọng lƣợng 1000 hạt và năng suất của các dòng vụ
Xuân 2017 ....................................................................................................... 40


iii

DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc biểu hiện mang gen modiCspB ................................. 8
Hình 4.1. Kết quả kiểm tra chất lƣợng ADN tổng số các dòng ngô chuyển gen
modiCpsB của nguồn V152 thế hệ T5 trên gel agarose 1% ........................... 26

Hình 4.2. Kết quả kiểm tra chất lƣợng ADN tổng số các dòng ngô chuyển gen
modiCpsB của nguồn C436 thế hệ T5 trên gel agarose 1% ........................... 26
Hình 4.3. Ảnh điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 2% kiểm tra sự có mặt
của gen modiCspB của dòng V152 chuyển gen thế hệ T5 ............................. 27
Hình 4.4. Ảnh điện di sản phẩm PCR trên gel agarose 2% kiểm tra sự
có mặt .............................................................................................................. 29
Hình 4.5. Hình thái cây của dòng C436 .......................................................... 34
Hình 4.6. Hình thái cây của dòng C436-modiCspB ....................................... 34
Hình 4.7. Hình thái cây của dòng V152 .......................................................... 34
Hình 4.8. Hình thái cây của dòng V152-modiCspB ....................................... 34
Hình 4.9. Hình thái cờ của dòng C436............................................................ 35
Hình 4.10. Hình thái cờ của dòng C436-modiCspB ....................................... 35
Hình 4.11. Hình thái cờ của dòng V152 ......................................................... 36
Hình 4.12. Hình thái cờ của dòng V152-modiCspB ....................................... 36
Hình 4.13. Dạng bắp của dòng C436 .............................................................. 39
Hình 4.14. Dạng bắp của dòng C436-modiCspB ........................................... 39
Hình 4.15. Dạng bắp của dòng V152 .............................................................. 39
Hình 4.16. Dạng bắp của dòng V152-modiCspB ........................................... 39


iv

DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Từ, thuật ngữ viết tắt
PCR

Nghĩa đầy đủ của từ, thuật ngữ
Phản ứng tổng hợp chuỗi polymerase
(Polymerase Chain Reaction)

TNHH

Trách nhiệm hữu hạn

THN

Thoát hơi nƣớc

ABA

axit absisic

TP – PR

Thụ Phấn-Phun Râu

THL

Tổ hợp lai

NSTT

Năng suất thực thu

P1000 hạt

Khối lƣợng 1000 hạt

TGST

Thời gian sinh trƣởng

TB

Trung Bình

CV%

Độ lệch chuẩn

BDG

Biến Đổi Gen

LSD

Least-Significant Difference


v

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN .................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC BẢNG................................................................................ ii
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................... iii
DANH MỤC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ........................................... iv
MỤC LỤC ......................................................................................................... v
Phần 1. MỞ ĐẦU .............................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu của đề tài ..................................................................................... 2

1.2.1. Mục tiêu tổng quát .................................................................................. 2
1.2.2. Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.................................................................... 2
1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài .................................................................... 2
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài..................................................................... 3
Phần 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................... 4
2.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển cây trồng biến đổi gen chịu hạn ........ 4
2.2. Sự kiện cây ngô chuyển gen modiCspB ..................................................... 6
2.3. Các phƣơng pháp đánh giá, phân tích cây chuyể n gen .............................. 8
2.4. Một số khái niệm liên quan đến tính ổn định của cây trồng .................... 11
2.4.1. Genotype và môi trƣờng ....................................................................... 11
2.4.2. Tƣơng tác genotype và môi trƣờng ....................................................... 11
2.4.3. Tính ổn định .......................................................................................... 12
2.5. Tính chịu hạn ở thực vật .......................................................................... 12
2.6. Các hình thức chịu hạn ở thực vật............................................................ 13
2.7. Cơ sở di truyền của tính chịu hạn ............................................................ 14
2.8. Ảnh hƣởng của hạn đối với cây ngô ........................................................ 15


vi

2.8.1. Hạn ảnh hƣởng đến các đặc tính sinh lý của cây ngô ở mức độ tế bào . 15
2.8.2. Hạn ảnh hƣởng đến mức độ toàn cây ngô............................................. 16
2.8.3. Hạn ảnh hƣởng đến năng suất ngô ở các giai đoạn sinh trƣởng
khác nhau......................................................................................................... 17
Phần 3. ĐỐI TƢỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 18
3.1. Đối tƣợng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ......................................... 18
3.1.1. Đối tƣợng nghiên cứu............................................................................ 18
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................... 18
3.1.3. Hóa chất và thiết bị nghiên cứu............................................................. 18

3.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................ 19
3.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 19
3.3.1. Phƣơng pháp tách chiết ADN tổng số từ lá ngô .................................. 19
3.3.2. Kỹ thuật PCR (Polymerase chain reaction) .......................................... 21
3.3.3. Điện di kiểm tra sản phẩm PCR trên gel agarose 2% ........................... 22
3.3.4. Phƣơng pháp đánh giá đặc điểm nông học của một số dòng ngô thuần
chuyển gen và dòng tƣơng ứng không chuyển gen......................................... 22
3.4. Các phƣơng pháp xử lý số liệu................................................................. 23
Phần 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ................................. 24
4.1. Kết quả xác định sự có mặt của gen chịu hạn modiCspB trong các dòng
ngô chuyển gen thế hệ T5 thông qua kỹ thuật PCR........................................ 24
4.1.1. Kết quả tách chiết và kiểm tra ADN tổng số ........................................ 24
4.1.2. Kết quả PCR xác định sự có mặt của gen modiCspB ở thế hệ T5 của
dòng V152 ....................................................................................................... 27
4.1.3. Kết quả PCR xác định sự có mặt của gen modiCspB ở thế hệ T5 của
dòng C436 ....................................................................................................... 28
4.2. Kết quả khảo sát, đánh giá tính ổn định của các dòng ngô chuyển gen
modiCspB ở thế hệ T5 thông qua các đặc điểm hình thái ............................... 30


vii

4.2.1. Thời gian sinh trƣởng của các dòng ...................................................... 31
4.2.2. Một số đặc điểm hình thái ..................................................................... 32
4.2.3. Khả năng chống chịu............................................................................. 36
4.2.4. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng .................. 38
Phần 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 43
5.1. Kết luận .................................................................................................... 43
5.2. Kiến nghị .................................................................................................. 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 44

1

Phần 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngô là một trong ba cây ngũ cốc quan trọng của thế giới (lúa mì, lúa
nƣớc, ngô) đƣơ ̣c sƣ̉ du ̣ng làm lƣơng th ực cho ngƣời, thức ăn cho chăn nuôi,
nguyên liệu cho công nghiệp, đặc biệt là nguyên liệu lý tƣởng cho nhiên liệu
sinh học, ngô còn là mặt hàng nông sản xuất khẩu có giá trị, ngô đã đƣợc hầu hết
các nƣớc và vùng lãnh thổ trên thế giới gieo trồng và phát triển liên tục. Ở Việt
Nam, ngô là cây lƣơng thƣ̣c chính đƣ́ng thƣ́ hai sau lúa và là đối tƣợng chủ lực
trong công cuộc xóa đói giảm nghèo, đặc biệt ở các tỉnh vùng núi. Năm 2012,
diện tích gieo trồng ngô của cả nƣớc đạt gần 1,2 triệu ha với sản lƣợng 4,6 triệu
tấn, năng suất đạt 40,09 tạ/ha. Tuy nhiên hàng năm nƣớc ta vẫn phải nhập khẩu
ngô với lƣợng khá lớn, 1,614 triệu tấn năm 2012 với giá trị hơn 500 triệu
USD.[1] Từ những số liệu này cho ta thấy nhu cầu về ngô rất lớn, nhất là trong
điều kiện khá khắc nhiệt ở Việt Nam điển hình là hạn hán có ảnh hƣởng rất
nhiều đến năng suất cũng nhƣ tính ổn định năng suất của cây ngô. Và từ trƣớc
đến nay đã có rất nhiều nỗ lực trong nghiên cứu chọn tạo giống để nâng cao
năng suất và tính ổn định về năng suất thông qua chọn lọc truyền thống trong
điều kiện khô hạn. Tuy nhiên, chọn lọc tính chịu hạn theo phƣơng pháp truyền
thống thƣờng hiệu quả không cao vì sự tƣơng tác rất phức tạp giữa kiểu gen và
môi trƣờng. Bởi vậy, tạo giống ngô chịu hạn bằng phƣơng pháp chuyển gen là
cần thiết và hiệu quả.
Có hai phƣơng pháp chuyển gen đƣợc áp dụng phổ biến là phƣơng pháp
chuyển gen trực tiếp bằng súng bắn gen và chuyển gen gián tiếp nhờ vi khuẩn
Agrobacterium . Trong đó, phƣơng pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn
Agrobacterium có nhiều ƣu điểm nhƣ giá thành rẻ; tiện lợi; tần suất chuyển gen

bền vững cao. Tuy nhiên, sự thành công việc chuyển gen vào cây ngô thông qua


2

vi khuẩn Agrobacterium phụ thuộc vào sự tƣơng tác, tồn tại tƣơng thích của gen
đƣợc chuyển với hệ genom của cây chủ (cây nhận gen) và sự biểu hiện, ổn định
của dòng đƣợc chuyển gen qua các thế hệ. Tại Bộ môn Công nghệ Gen thuộc
Viện nghiên cứu ngô đang thực hiện đề tài “Nghiên cứu tạo sự kiện (event)
ngô biến đổi gen chịu hạn đáp ứng về an toàn sinh học và có giá trị kinh
tế” và đã thu đƣợc các dòng cây chuyển gen modiCspB thế hệ T5. Nhiệm vụ
trong nghiên cứu của khóa luận này là xác định sự có mặt của gen modiCspB
trong các dòng ngô chuyển gen và đánh giá tính ổn định của các dòng ngô
chuyển gen thông qua đặc điểm hình thái ở thế hệ T5.
1.2. Mục tiêu của đề tài
1.2.1. Mục tiêu tổng quát
Đánh giá đƣợc sự có mặt của gene chuyển và tính ổn định của các dòng
ngô chuyển gene nhằm thiết lập bộ dữ liệu phân tử và hình thái cho sự kiện ngô
chuyển gen chịu hạn.
1.2.2. Mục tiêu cụ thể
- Xác định sự có mặt của gen trong nguồn dòng chuyển gen sử dụng
phƣơng pháp phân tích PCR.
- Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các nguồn dòng ngô chuyển gen
và dòng nền.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.1. Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Cung cấp bổ sung các dẫn liệu khoa học về phân tử và hình thái của các
dòng ngô chuyển gen thông qua việc xác định gen chuyển và đánh giá tính ổn
định của chúng.
- Các kết quả của đề tài đóng góp dẫn liệu khoa học làm cơ sở khoa học

để tạo ra các giống ngô lai chịu đƣợc trong điều kiện khô hạn, phục vụ trực tiếp


3

cho việc mở rộng diện tích trồng ngô ở Việt Nam, góp phần giải quyết nhu cầu
lớn về tiêu thụ ngô trong nƣớc và xuất khẩu.
1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Phục vụ cho việc nghiên cứu chọn tạo giống ngô chịu hạn bằng phƣơng
pháp chuyển gen để nâng cao năng suất, tính ổn định đáp ứng về an toàn sinh
học và có giá trị kinh tế cao trong điều kiện bất lợi, phù hợp với điều kiện canh
tác ở Việt Nam.


4

Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tình hình nghiên cứu và phát triển cây trồng biến đổi gen chịu hạn
Đến nay các nhà khoa học trên thế giới đang tập trung nghiên cứu, phát
triển cây trồng biến đổi gen cho 24 loại cây trồng khác nhau với 364 sự kiện
(Event) chuyển gen đã đƣợc tạo ra, bao gồm các nhóm cây lấy hạt, lấy dầu,
lấy củ, lấy quả, lấy sợi và cây hoa. Trong số đó, cây ngô đƣợc nghiên cứu chủ
yếu với 138 sự kiện, tiếp đến là cây bông vải (54), khoai tây (42), cải dầu (36)
và đậu tƣơng (30). Trong tổng số 36 gen đã đƣợc chuyển vào cây trồng có 14
gen đƣợc ứng dụng rộng rãi hơn cả nhƣ: gen kháng kháng sinh, gen kháng
côn trùng, gen kháng thuốc diệt cỏ, gen nâng cao khả năng chống chịu hạn,
gen kháng bệnh virus, gen biến đổi màu sắc hoa,…[5]
Năm 1996 cây trồng BDG đƣợc canh tác đầu tiên, cho đến năm 2014 cây
trồng BDG đƣợc canh tác tại rộng rãi tại 28 nƣớc với tổng diện tích khoảng

181,5 triệu ha (số nƣớc trồng cây biến đổi gen tăng 4 lần, diện tích tăng hơn
100 lần so với năm 1996), tỷ lệ tăng trƣởng hàng năm khoảng 3 đến 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). Đáng chú ý lá
số quốc gia đang phát triển đƣa cây trồng BDG vào canh tác ngày càng tăng
trong khi các nƣớc phát triển đặc biệt là các nƣớc châu Âu rất hạn chế mở
rộng diện tích. Điều này cho thấy, cây trồng biến đổi gen đang đóng góp tích
cực cho phát triển nông nghiệp và tăng trƣởng kinh tế đặc biệt là các nƣớc
đang phát triển do giảm đƣợc chi phí sản xuất, nâng cao năng suất. Giống ngô
chuyển gen chịu hạn đầu tiên đƣợc thƣơng mại hóa là Monsanto 87460 đƣợc
phát triển từ dòng ngô chuyển gen DroughtGard. Đặc điểm chịu hạn của dòng


5

ngô có đƣợc nhờ đƣa gen CspB từ một loài vi khuẩn trong đất Bacillus
subtilus. Năm 2013, giống ngô này đƣợc trồng ở Hoa Kỳ với diện tích 50.000
ha, năm 2014 diện tích đã đạt 275.000 ha, tăng 5,5 lần. Điều này phản ánh sự
tiếp nhận của các hộ nông dân đối với giống ngô chịu hạn này.[6]
Từ năm 2011, Việt Nam chính thức gia nhập các nƣớc trồng ngô chuyển
gen và đã mua hạt giống ngô chuyển gen từ các công ty Syngenta, Dekalb,
Pioneer mang tính kháng sâu và kháng thuốc diệt cỏ. Các giống ngô BDG
MON89034,NK603,MON89034xNK603,Bt11,GA21,Bt11xGA21,TC1507 là
các giống ngô đƣợc phép trồng khảo nghiệm trên diện rộng với mục đích làm
thức ăn gia súc. Đây là các giống ngô đƣợc sử dụng rộng rãi ở Việt Nam
trong thời gian sau khi khảo nghiệm xong theo Quyết định số 2940/BNN-VP
ngày 11 tháng 10 năm 2011 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn về
khảo nghiệm ngô biến đổi gen ở Việt Nam.
Ngày 03 tháng 11 năm 2014, Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng đã cấp Giấy

chứng nhận an toàn sinh học cho ngô biến đổi gen mang sự kiện GA21 (Công
ty TNHH Syngenta Việt Nam) và NK603 (Công ty TNHH Dekalb Việt Nam).
Các sự kiện ngô biến đổi gen đƣợc cấp Giấy chứng nhận an toàn sinh học nêu
trên đều mang đặc tính chống chịu thuốc trừ cỏ. Trƣớc khi đƣợc cấp Giấy
chứng nhận an toàn sinh học tại Việt Nam, ngô biến đổi gen mang sự kiện
NK603 đã đƣợc 11 quốc gia phê chuẩn và sự kiện GA21 đã đƣợc 09 quốc gia
cấp phép phóng thích vào môi trƣờng. Trong đó có thể kể đến các quốc gia
phát triển nhƣ: Hoa Kỳ, Canada, Nhật Bản theo Quyết định số 2485 và
2486/QĐ-BTNMT ngày 3 tháng 11 năm 2014 của Bộ Tài nguyên và Môi
trƣờng về việc cấp Giấy chứng nhận an toàn sinh học cho ngô biến đổi gen
GA21 (Công ty TNHH Syngenta Việt Nam) và NK603 (Công ty TNHH
Dekalb Việt Nam).


6

2.2. Sự kiện cây ngô chuyển gen modiCspB
Protein CSPs (cold shock proteins) đƣợc mã hóa bởi csp là họ protein
phổ biến ở cả vi khuẩn Gram âm và Gram dƣơng. Theo nghiên cứu, đây là
nhóm protein có kích thƣớc nhỏ (~ 7,5 kD) và có tính axit (Jones et al, 1987;
Graumann et al,1997). Trong họ protein này, CspB là một protein điển hình
và lần đầu đƣợc phân lập từ vi khuẩn Bacillus subtillis vào năm 1992 bởi
Willimsky và cộng sự, gen CspB có kích thƣớc 201bp mã hóa cho protein có
khối lƣợng phân tử là 7.365 kDa (Willimsky et a, l992). Với trình tự dài 67
amino acid, vùng CSD (cold shock domain) của CspB có cấu trúc bảo thủ cao
với 5 chuỗi β cuộn gập cùng các vùng domain có khả năng nhận biết gắn với
các trình tự ATTGG- và CCAAT hay còn gọi là Y-factor trên các sợi
ssDNA/RNA (Graumann và Marahiel, 1994). Khi nhiệt độ môi trƣờng giảm
mạnh, CspB có chức năng nhƣ một RNA chaperone, đƣợc tích lũy nhanh
chóng trong tế bào giúp cho các sợi mRNA có thể tồn tại ở dạng sợi đơn từ

đó đảm bảo quá trình dịch mã của tế bào đƣợc diễn ra liên tục, giúp tế bào
chống chịu đƣợc ở nhiệt độ thấp.(Graumann và Marahiel, 1998)[7]
Từ nhiều năm trƣớc Gen CspB (phân lập từ vi khuẩn B.subtillis) đƣợc
sử dụng trong chuyển gen thực vật. Qua các thí nghiệm đã chứng minh thực
vật dƣợc chuyển gen CspB tăng khả năng chống chịu trong các điều kiện
stress nhƣ: lạnh, nóng và thiếu nƣớc. Castiglioni và cs (2008) đã nghiên cứu
tạo cây ngô chuyển gen mang gen CspB có khả năng chống chịu tốt trong
điều kiện thiếu nƣớc, so sánh với cây đối chứng không chuyển gen trong điều
kiện thiếu nƣớc thì cây chuyển gen Cspb có khả năng tăng 3,6% tốc độ phát
triển lá. Thậm chí, hai dòng chuyển gen biểu hiện mạnh protein này (CspBZm 1 và 2) còn có tốc độ phát triển nhanh hơn 12% và 24% so với cây đối
chứng. Những ảnh hƣởng tích cực đến năng suất của cây ngô trong điều kiện
hạn chế về nƣớc tƣới đã chứng thực đƣợc những ƣu điểm vƣợt trội của gen


7

CspB, khi tiến hành kiểm tra năng suất cho hạt của các dòng ngô chuyển gen
trong điều kiện thiếu nƣớc, nhóm nghiên cứu đã chỉ ra rằng năng suất cho hạt
của hai dòng CspB-Zm 1 và 2 cao hơn năng suất cho hạt của đối chứng không
chuyển gen tƣơng ứng là 20,4% và 10,9% (Castiglioni et al., 2008). Nhƣ vậy,
gen CspB (từ vi khuẩn B. subtilis) là rất triển vọng trong phát triển cây ngô có
khả năng chịu hạn.[8]
Việc biểu hiện gen có nguồn gốc từ vi khuẩn nhiều lúc hiệu quả chƣa
cao do sự khác biệt về mã bộ ba. Cho nên, Viện Nghiên cứu Hệ gen kếp hợp
với Viện nghiên cứu Ngô đã tiến hành tổng hợp gen modiCspB có các
nucleotide đã đƣợc cải biến để phù hợp hơn với sự biểu hiện trong thực vật và
thiết kế các vector chuyển gen và tiến hành chuyển gen cho cây ngô dựa trên
trình tự các gen CspB đƣợc công bố trên ngân hàng Genbank và đã thu đƣợc
kết quả khả quan. Trong đó, gen modiCspB đã có 25 cặp bổ sung A-T đƣợc
sửa thành G-C, 20 cặp bổ sung T-A đƣợc sửa thành C-G đƣợc tổng hợp nhân

tạo và chuyển vào vector tách dòng pIDTsmart-Kan. Trình tự đoạn gen đích
modiCspB có kích thƣớc 204bp bao gồm mã mở đầu ATG và mã kết thúc
TGA, mã hóa cho đoạn protein gồm 67 amino acid. Trình tự gen modiCspB
đƣợc so sánh với các trình tự gen CspB đã công bố trên GenBank. Các trình
tự đƣợc chọn để so sánh là gen CspB phân lập từ các chủng Bacillus ƣa nhiệt
B.caldolyticus mã số X73373; ƣa nhiệt trung bình B.subtilis mã số X59715;
B.globigii mã số X73463; và ƣa lạnh B.globisporus mã số X73374. Kết quả
so sánh cho thấy trình tự modiCspB tƣơng đồng 75,9 % so với trình tự CspB
của B.subtilis, 69,1% đối với CspB của B.caldolyticus, và lần lƣợt là 62,7%
và 62,8% đối với CspB của B.globigii vàB.globisporus. Mặc dù, có sự khác
biệt về trình tự nucleotide của gen modiCspB với các trình tự gen CspB
nhƣng so sánh trình tự amino acid suy diễn từ gen modiCspB với trình tự
amino acid đƣợc mã hóa bởi gen CspB của B.subtilis cho thấy sự tƣơng


8

đồng là 99,89%. Trong đó, trình tự của protein suy diễn vẫn giữ nguyên vùng
CDS từ amino acid thứ 4 đến 65 là vùng chứa các domain hoạt động của
protein CspB. Điều này sẽ đảm bảo các cấu trúc chức năng của protein không
thay đổi. Vì vậy, đoạn gen modiCspB đƣợc tổng hợp có đầy đủ đặc điểm mã
hóa cho một protein CspB.

Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc biểu hiện mang gen modiCspB
Hiện tại các dòng ngô chuyển gen modiCspB đã đƣợc duy trì tại Viện
Nghiên cứu Ngô ở thế hệ T5, đã và đang tiến hành phần tích ở mức độ phân tử
cũng nhƣ đánh giá đặc điểm nông sinh học ngoài đồng ruộng.[2]
2.3. Các phƣơng pháp đánh giá, phân tích cây chuyể n gen
Kỹ thuật chuyển gen ở thực vật nói chung đƣợc hiểu đẩy đủ là: (i) gen
ngoại lai (gen chuyển) phải đƣợc hợp nhất vào hệ gen tế bào chủ; (ii) gen chuyển

phải đƣợc biểu hiện ở tế bào chủ; (iii) gen chuyển phải đƣợc di truyền cho các
thế hệ sau; (iv) trong mỗi thế hệ sản phẩm của gen chuyển phải đƣợc biểu hiện,
và (v) sản phẩm của gen chuyển biểu hiện đƣợc chức năng sinh học .
Phân tích sinh vâ ̣t chuyể n gen là quá trình chọn lọc, phân tích sinh vâ ̣t
chuyển gen trong mỗi thế hệ đƣợc thực hiện bằng (1) Hệ thống chọn lọc tế
bào và mô chuyển gen, (2) Xác định sự có mặt của gen chuyển trong tế bào
cơ thể chủ; (3) Kiểm tra sự biểu hiện của gen chuyển thông qua xác định sản
phẩm biểu hiện là mRNA, protein; và (4) Phân tích sự biểu hiện chức năng
sinh học của gen chuyển.
Việc xác định nguyên liệu thu đƣợc từ hệ thống tái sinh sau biến nạp gen
có phải là cây chuyển gen hay không là rất cần thiết, bao gồm các bƣớc:


9

(1) Chọn lọc các thể biến nạp trong môi trƣờng nuôi cấy in vitro bằng các
chấ t cho ̣n lo ̣c, ví dụ: chấ t diê ̣t co,̉ chấ t kháng sinh….
(2) Sƣ̉ du ̣ng kỹ thuâ ̣t PCR, Southern blot vào viê ̣c phân tích ự
s có mặt của
gen chuyển: i) Cở sở của viê ̣c phân tích s ự có mặt của gen chuyển: i) Gen
chuyể n đƣơ ̣c biế n na ̣p vào mô tế bào chu, ̉ mô tế bào tái sinh thành cơ thể; ii) gen
chuyể n hơ ̣p nhấ t vào hê ̣ gen tế b ào chủ; ii) PCR xác đinh
̣ đƣơ ̣c sƣ̣ có mă ̣t c ủa
gen chuyể n trong sinh vâ ̣t chuyể n gen; iii) Lai Southern xác đinh
̣ đƣơ ̣c số bản
copy của gen chuyể n trong sinh vâ ̣t chuyể n gen
;
(3) Phân tích sự biểu hiện của gen chuyển thông qua phiên mã: i) RT-PCR
xác định định tính sự phiên mã của gen chuyển; ii) Lai Northern blot cho phép
xác định trực tiếp sự có mặt các phân tử mRNA sản phẩm phiên mã của gen

chuyể n; iii) Real time RT-PCR đánh giá mƣ́c đô ̣ phiên mã của gen chuyể.n
(4) Phân tích sự biểu hiện của gen chuyển thông qua sản phẩm dịch mã:
i) Điê ̣n di protein cho phép dƣ̣ đoán xuấ t hiê ̣n protein tái tổ hơ ̣p, sản phẩm của
gen chuyể n; ii) Lai western cho phép khẳ ng đinh
.
n
̣ sản phẩ m dich
̣ mã của gen chuyể
(5) Phân tích sự biểu hiện đặc tính sinh học của gen chuyển: Đánh giá
sƣ̣ biể u hiê ̣n chƣ́c năng sinh ho ̣c của gen chuyể n trong điề u kiê ̣n nhân ta ̣o , thƣ̉
nghiê ̣m trên vâ ̣t liê ̣u thí nghiê ̣m.[3]
Phƣơng pháp phân tích cây chuyển gen bằng PCR
Một trong những phƣơng pháp phân tích sự hiện diện của gen ở mức độ
phân tử là thông qua phản ứng PCR. Phƣơng pháp PCR có ƣu điểm phân tích
nhanh với số lƣợng mẫu lớn. Đây là phƣơng pháp trong ống nghiệm để tổng
hợp DNA dựa trên mạch khuôn là một trình tự đích DNA ban đầu, khuếch
đại, nhân số lƣợng bản sao của khuôn này thành hàng triệu bản sao nhờ hoạt
động của enzyme polymerase và một cặp mồi (primer) đặc hiệu cho đoạn
DNA này. Primer là những đoạn DNA ngắn, có khả năng bắt cặp bổ sung với
một mạch của đoạn DNA khuôn và nhờ hoạt động của DNA polymerase đoạn


10

primer này đƣợc kéo dài để hình thành mạch mới. Kỹ thuật PCR đƣợc hình
thành dựa trên đặc tính này của DNA polymerase, đoạn DNA nằm giữa hai
primer sẽ đƣợc khuếch đại thành số lƣợng lớn bản sao đến mức có thể thấy
đƣợc sau khi nhuộm bằng ethidium bromide và có thể thu nhận đoạn DNA
này cho các mục đích khác nhau bằng các thao tác trên gel. Nhƣ vậy, để
khuếch đại một trình tự DNA xác định, cần phải có những thông tin tối thiểu

về trình tự của DNA, đặc biệt là trình tự base ở hai đầu đoạn DNA đủ để tạo
các primer bổ sung chuyên biệt (trích dẫn bởi Hồ Huỳnh Thuỳ Dƣơng, 2003).
Kỹ thuật PCR đơn giản dễ thực hiện với hầu hết các phòng thí nghiệm đƣợc
trang bị máy PCR.Trong phân tích cây chuyển gen, gen chuyển đã đƣợc biết
trình tự vì vậy chỉ cần sử dụng cặp mồi đặc hiệu cho gen đó và tách chiết
ADN từ mẫu thực vật cần xác định làm khuôn là có thể tiến hành PCR. Sử
dụng plasmid mang gen chuyển làm đối chứng, nếu sản phẩm PCR khi điện
di có kích thƣớc đúng nhƣ dự kiến và bằng với đối chứng thì mẫu phân tích
đƣợc coi là dƣơng tính. Tuy nhiên, PCR dƣơng tính không đồng nghĩa với
chuyển gen thành công vì có nhiều cách để giải thích sự có mặt của ADN
trong mẫu phân tích: (1) Vi khuẩn A. tumefaciens mang gen chuyển có thể
còn tồn tại trong khối mô hay trong các gian bào của mẫu phân tích. Hiện
tƣợng này xuất hiện ở nhiều loại đối tƣợng và đƣợc gọi là dƣơng tính giả.Nếu
mẫu phân tích của thực vật đã qua nhân giống hữu tính tức đã qua một vài thế
hệ thì hiện tƣợng này đƣợc loại trừ. (2) Gen chuyển tồn tại tự do trong tế bào
chất (có thể biến mất qua sinh sản hữu tính). (3) Gen chuyển không hoạt
động, tức không đƣợc phiên mã và biểu hiện ra protein có chức năng sinh
học. Chính vì vậy, kỹ thuật PCR rất hữu dụng đối với việc phân tích phát hiện
các mẫu thực phẩm biến đổi gen (genetic modify origanism-GMO). Để phục
vụ việc xác định GMO, PCR còn đƣợc phát triển còn thành kỹ thuật multiplex
PCR (MPCR) (Matsuoka et al., 2001). Với việc sử dụng đồng thời nhiều cặp


11

mồi nhận biết các gen khác nhau (promoter, terminator, gen chọn lọc, gen
đích…) trong một phản ứng, MPCR cho phép phát hiện đồng thời nhiều trình
tự đích nếu mẫu có mang các gen đó. Thông thƣờng các cặp mồi đƣợc sử
dụng trong multiplex PCR là mồi P35S, TNOS, NPT-II, GUS, EPSPS.Nếu
kết quả dƣơng tính với bất cứ cặp mồi nào thì mẫu cần xác định rất có thể đã

đƣợc chuyển gen.[4]
2.4. Một số khái niệm liên quan đến tính ổn định của cây trồng
2.4.1. Genotype và môi trường
Genotype (kiểu di truyền): ở đây muốn nói về một loại cây trồng thuần
nhất về mặt di truyền nhƣ dòng thuần hoặc không thuần về mặt di truyền nhƣ
quần thể thụ phấn tự do, chứ không phải là nền di truyền của từng cá thể.
Môi trƣờng, theo nghĩa rộng, là tập hợp tất cả các yếu tố khí hậu, đất
đai, sâu bệnh, điều kiện canh tác-chăm sóc đối với từng thí nghiệm đƣợc tiến
hành ở một địa điểm. Môi trƣờng thuận lợi khi ít bị bất thuận và có năng suất
trung bình ở mức cao.Môi trƣờng kém thuận lợi khi có nhiều bất thuận sinh
học và phi sinh học và có năng suất trung bình thấp.
2.4.2. Tương tác genotype và môi trường
Tƣơng tác genotype và môi trƣờng có thể diễn đạt là phản ứng khác
nhau của kiểu di truyền với môi trƣờng mà chúng đƣợc gieo trồng. Tƣơng tác
genotype và môi trƣờng xuất hiện khi có sự biến động lớn giữa các kiểu di
truyền về đặc tính sinh lý hình thái liên quan đến tính chống chịu bất thuận về
khí hậu, độ phì đất và kỹ thuật canh tác. Tƣơng tác genotype và môi trƣờng
xuất hiện khi có biến động lớn của các vật liệu về chống chịu hạn hay chín
sớm và giữa các môi trƣờng về mức độ hạn cuối vụ. Đây là một một hiện
tƣợng phổ biến trong nghiên cứu nông nghiệp, nếu nắm vững về bản chất và
nguyên nhân của sự tƣơng tác kiểu gen-môi trƣờng sẽ giúp các nhà chọn


12

giống có thể xác định đƣợc hƣớng nghiên cứu, đánh giá đƣợc nguồn vật liệu
tạo giống cũng nhƣ chọn đƣợc kiểu gen ƣu tú, ổn định.
Kiểu gen hay bản chất di truyền của sinh vật đƣợc định nghĩa bởi
Falconer và Mackay (1996)

, đó là tổ hợp các alen tại locus trên nhiễm sắc

thể thƣờng (autosome) trong sinh vật lƣỡng bội. Những biểu hiện về hình thái
- kết quả do tƣơng tác giữa kiểu gen và môi trƣờng gọi là kiểu hình. Kiểu hình
có thể quan sát, đo đếm hay phân loại.[9]
Ngô đƣợc trồng rất rộng rãi ở nhiều khu vực sinh thái rất khác nhau,
những biến đổi của các yếu tố môi trƣờng tác động đến thứ bậc của kiểu gen
có ảnh hƣởng lớn đến năng suất ngô. Tƣơng tác kiểu gen - môi trƣờng bản
chất là phản ứng khác nhau của kiểu gen đối với điều kiện môi trƣờng là yếu
tố quan trọng xác định sự biểu hiện của giống. Một số kiểu gen đƣợc mô tả
bởi sự biểu hiện ổn định của kiểu hình trong khi các kiểu gen khác phản ánh
sự biến đổi khác nhau qua các môi trƣờng.
2.4.3. Tính ổn định
Tính ổn định của giống cây trồng là các tính trạng liên quan của giống
cây trồng cũng nhƣ sự biểu hiện của kiểu gen đó vẫn giữ đƣợc những mô
tả,biểu hiện ban đầu. Không bị thay đổi sau mỗi vụ nhân giống hoặc sau mỗi
chu kỳ nhân giống trong trƣờng hợp nhân giống theo chu kỳ.[13]
2.5. Tính chịu hạn ở thực vật
Có nhiều hình thức chịu hạn ở thực vật :
- Giảm bề mặt lá và giảm thoát hơi nƣớc. Lƣợng nƣớc cung cấp cho cây
ít làm lá sinh trƣởng chậm lại, bề mặt lá thu hẹp thích nghi với điều kiện thiếu
nƣớc. Ngoài ra, Stress nƣớc còn làm đóng khí khổng nhờ tác dụng của axit
abxixic và kích thích sự rụng lá do tác dụng của etylen.
- Lá biến đổi về hình thái : lớp sáp dày, nhiều lông phủ trên lá, giảm số
lƣợng khí khổng, lá có dạng hình kim ...


13

- Khi thiếu nƣớc tăng trƣởng của lá và quang hợp đều giảm khiến cho

phần lớn sản phẩm quang hợp đƣợc chuyển xuống rễ làm cho bộ rễ phát triển
mạnh, rễ thƣờng có khuynh hƣớng phát triển theo chiều sâu do lớp đất mặt
thƣơng khô trƣớc cho nên việc phát triển bộ rễ là hình thức thích nghi với hạn.
- Khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu để duy trì cân bằng giữa tế bào
với môi trƣờng là hình thức thích nghi với hạn hán của nhiều cây. Khi đất khô
hạn, áp suất thẩm thấu của dung dịch đất rất cao, cây muốn hút đƣợc nƣớc
vào phải điều chỉnh áp suất thẩm thấu theo hƣớng tăng lên cao hơn áp suất
thấm thấu của môi trƣờng để có thể hút đƣợc nƣớc. Sự điều chỉnh áp suất
thẩm thấu bằng cách tích tụ các chất hoà tan trong tế bào làm tăng áp suất
thẩm thấu của dịch bào. Tích tụ ion để điều chỉnh áp suất thẩm thấu xảy ra
chủ yếu trong không bào nhờ vậy các ion không ảnh hƣởng đến hoạt động của
các enzym trong tế bào chất.[14]
2.6. Các hình thức chịu hạn ở thực vật
Có nhiều hình thức thích nghi với chế độ nƣớc trong môi trƣờng nhƣ
nhóm cây thủy sinh, nhóm cây ƣa ẩm, nhóm cây trung sinh và nhóm cây hạn
sinh. Nhóm cây thủy sinh sống trong môi trƣờng nƣớc, nhóm cây ƣa ẩm sống
trong môi trƣờng có độ ẩm cao cho nên những nhóm cây này 8 không thể
sống trong môi trƣờng khô hạn. Nhóm cây trung sinh sống trong môi trƣờng
có độ ẩm thích hợp, nếu thiếu nƣớc nhóm cây này sinh trƣởng phát triển
chậm. Nhóm cây hạn sinh có những đặc điểm thích nghi với môi trƣờng khô
hạn. Trong nhóm cây hạn sinh có 4 hình thức chịu hạn khác nhau:
- Cây mọng nƣớc (xuculen): Đây là nhóm cây vừa chịu hạn vừa chịu
nóng rất cao, có thể sống trong vùng có khí hậu khô nóng kéo dài. Hình thức
thích nghi với hạn hán của nhóm cây này là tiêu giảm lá, rễ cây lan rộng, dự
trữ nƣớc trong cây, lớp cuticum trên lá dày giảm THN, độ nhớt cao và sử
dụng nƣớc tiết kiệm. Một số cây chỉ mở khí khổng vào đêm (cây CAM).


14

- Cây nửa hạn sinh (hemi xerophit): Đây là nhóm cây chịu hạn trung
bình. Đặc điểm chính của nhóm cây này là bộ rễ phát triển để hút nƣớc mạnh,
thoát hơi nƣớc cũng xảy ra mạnh, độ nhớt không cao.
- Cây hạn sinh thực: là nhóm cây có khả năng chịu hạn cao, cây hạn
sinh thực có độ nhớt nguyên sinh chất cao, áp suất thẩm thấu cao, tính đàn hồi
của nguyên sinh chất cao, quá trình THN yếu. Sử dụng nƣớc tiết kiệm ..là
những đặc điểm giúp nhóm cây này chịu hạn tốt.
- Cây không điều tiết chế độ nƣớc: Đây là nhóm thực vật có lối sống
đặc biệt thích nghi với chế độ nƣớc trong môi trƣờng. Khi khô hạn nhóm thực
vật này sống ở trạng thái tiềm sinh hay sống ngầm. Khi gặp mƣa môi trƣờng
đủ nƣớc chúng tiến hành mọi quá trình sinh trƣởng, phát triển mạnh mẽ và
nhanh chóng kết thúc vòng đời.[14]
2.7. Cơ sở di truyền của tính chịu hạn
Các nghiên cứu về di truyền hiện nay đã chỉ ra rằng gen chịu hạn có thể
đƣợc chia thành ba nhóm chính: (1) Các gen tham gia vào con đƣờng truyền
tín hiệu (STP) và kiểm soát phiên mã; (2) Các gen có chức năng bảo vệ màng
tế bào và protein ; (3) Các gen giúp quá trình vận chuyển nƣớc, vận chuyển và
hấp thu ion.
Để cây thích nghi với điều kiện khô hạn các gen phải đƣợc quy định
chặt chẽ nhằm đáp ứng từ các tín hiệu stress khô hạn, thay đổi tùy thuộc vào
mức độ nghiêm trọng của tình trạng hạn hán hay các yếu tố môi trƣờng khác
và loài cây. Hiện nay, việc thành công về cải thiện di truyền tính chịu hạn do
một hay một vài gen quy định hoặc mã hóa enzym tham gia vào những con
đƣờng truyền tín hiệu chẳng hạn nhƣ osmolytes /chất tan tƣơng thích, chất
chống oxy hóa, phân tử chaperone, chất bảo vệ và vận chuyển nƣớc và ion.
Sự khó khăn trong nỗ lực cải thiện tính chịu hạn của cây trồng song sog là sự
thay đổi khác thƣờng không mong muốn, giữa pleiotropic và kiểu hình, đó là


15

tính đa hƣớng - sự ảnh hƣởng đồng thời của một gen đƣợc tạo ra đến nhiều
hơn một tính trạng không liên quan rõ rệt. Cho nên nếu chuyển đƣợc hệ thống
gen điều khiển hoặc gen chức năng thì phản ứng của cây đối với môi trƣờng
cũng chỉ có thể biểu hiện ở một thành phần nào đó trong toàn bộ tính trạng
chịu hạn. Vì vậy, cơ chế tƣơng tác giữa các gen và sản phẩm của gen vẫn còn
rất phức tạp, cần đƣợc tiếp tục nghiên cứu.[10]
2.8. Ảnh hƣởng của hạn đối với cây ngô
2.8.1. Hạn ảnh hưởng đến các đặc tính sinh lý của cây ngô ở mức độ tế bào
Khi gặp hạn, axit absisic (ABA) đƣợc sinh ra chủ yếu ở phần rễ rồi vận
chuyển lên lá. Ở lá, nếu nồng độ ABA quá giới hạn gây nên hiện tƣợng héo
lá, đóng khí khổng và đẩy nhanh tốc độ già hoá. Hiện tƣợng này thậm chí xảy
ra trƣớc khi mức độ trƣơng của tế bào lá bị giảm. Dƣờng nhƣ ABA là tín hiệu
từ bộ rễ báo cho cây để hạn chế sự mất nƣớc. Vì vậy ABA là chất điều hoà
sinh trƣởng giúp cây sống sót qua điều kiện hạn nhƣng nó không đóng góp
cho việc tăng năng suất trong điều kiện hạn. Nếu hàm lƣợng ABA đƣợc
chuyển tới hạt trong quá trình đẫy hạt sẽ làm hạt bị lép.
Khi hạn nặng bộ rễ khó có thể phát triển, những tế bào của cây không
phân chia và phát triển, thậm chí khi ta tƣới nƣớc bổ sung trở lại các bộ phận
vẫn bị ảnh hƣởng mô và tế báo khó trở lại bình thƣờng nhất là mô phân sinh
và mạch dẫn. Dẫn đến bộ lá không phát triển song song là râu ngô ngừng sinh
trƣởng và không phun râu. Điều chỉnh áp suất thẩm thấu khi cây tạo ra chất
tan Betan ở không bào và nguyên sinh chất cho phép cây tận dụng đƣợc nƣớc,
duy trì đƣợc sức trƣơng, chức năng của tế bào trong điều kiện cây bị hạn. Ở
một số cây cao lƣơng, lúa mì, lúa nƣớc điều chỉnh đƣợc áp suất thẩm thấu thế
nƣớc s tăng từ - 1 lên - 1,7MPa nhƣng ở ngô thì chỉ tăng từ - 0,3 lên 0,5MPa. Prolime đƣợc sinh ra nhiều hơn khi cây bị hạn nặng, nó nhƣ một chất


16

điều hòa thẩm thấu và có tác dụng nhƣ một protein bảo vệ cấu trúc khi sức
trƣơng của tế bào giảm mạnh.
Trong điều kiện cây bị hạn làm ảnh hƣởng đến hệ thống quang
photphoril hóa thứ hai thì quang oxy hóa khứ diệp lục xuất hiện. Hệ thống
quang photphoril hóa thứ hai hoạt động mạnh dẫn đến thừa electron tự do
không liên kết, năng lƣợng cao ở trong lá mà sự vận chuyển electron làm đấy
nhanh quá trình quang oxy hóa diệp lục làm mất khả năng quang hợp của lá
hện tƣợng rõ ràng nhất là khi cây bị hạn trời lại nắng to sẽ thấy lá cây bị cháy.
Ngoài ra khi cây bị hạn thì hoạt động của hệ enzyme bị giảm. Ví dụ nhƣ sự
biến đổi saccaroza thành tinh bột của hạt bị giảm vì hoạt hóa enzyme biến đổi
saccaroza thành đƣờng hexoza bị trở ngại.[11]
2.8.2. Hạn ảnh hưởng đến mức độ toàn cây ngô
Nếu hạn xảy ra ngay sau trận mƣa đầu vụ thì hạt reo xuống đất ngô
mọc lên kém dồng đều hoặc không nảy mầm đƣợc. Hạn ảnh hƣởng mạnh nhất
đến sinh trƣởng của lá rồi đến là râu, thân, rễ, và cuối cùng là hạt. Hạn ảnh
hƣởng đến việc đóng khí khổng làm giảm việc quang hợp dẫn đến đỉnh sinh
trƣởng không phân hóa ảnh hƣởng phân hóa bắp và cờ dẫn tới làm giảm năng
suất. Hạn trong quá trình thụ phấn-kết hạt làm giảm sự vận chuyển các chất
đồng hóa về các cơ quan sinh trƣởng, giảm sinh trƣởng của râu dẫn đến tình
trạng chậm hoặc không phun râu đƣợc tăng sự chênh lệch về thời gian giữa
tung phấn-phun râu. Nặng hơn thì cây không có bắp, bắp không hạt hoặc ít
hạt, cấu trúc sinh hóa của hoa cái bị ảnh hƣởng nhiều hơn là bông cờ ở nhiệt
độ lớn hơn 38C sẽ cháy bông cờ và giai đoạn trỗ cờ-phun râu gặp hạn thì
nhiệt độ không khí lớn hơn 35°C, độ ẩm không khí nhỏ 70% hạt phấn sẽ chết
dẫn đến bắp không hạt, hiện tƣợng này xảy ra nhiều ở Việt Nam. Hạn xảy ra ở
thời kỳ trƣớc trỗ, tỷ lệ rễ, thân lá tăng lên, khi hạn nặng lên thì tỷ lệ này giảm
và tốc độ hấp thụ dinh dƣỡng từ đất cũng giảm, dẫn đến sự phân bố lại các