Phân lập gen cystatin 10 liên quan đến khả năng kháng mọt của một số giống ngô

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ HƯỜNG

PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 10 LIÊN QUAN ĐẾN
KHẢ NĂNG KHÁNG MỌT CỦA MỘT SỐ GIỐNG
NGÔ

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

THÁI NGUYÊN - 2015
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN




i

ĐẠI HỌC THÁ I NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC

NGUYỄN THỊ HƯỜNG

PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 10 LIÊN QUAN ĐẾN
KHẢ NĂNG KHÁNG MỌT CỦA MỘT SỐ GIỐNG
NGÔ

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 60.42.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh

THÁI NGUYÊN - 2015


i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản luận văn là công trình nghiên cứu của tôi dưới sự
hướng dẫn của PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh, sự giúp đỡ của các cán bộ
Khoa Khoa học sự sống – Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên,
Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa được ai công bố
trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những số liệu trong luận văn
này.

Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2015
Tác giả luận văn

NGUYỄN THỊ HƯỜNG


ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh

Thanh, người đã hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình thực hiện đề tài và hoàn chỉnh luận văn của mình.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo Khoa Khoa học sự sống –
Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi trong thời gian học tập và thực hiện đề tài này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Lê Văn Sơn và các cán bộ, kỹ thuật viên
phòng Công nghệ ADN ứng dụng - Viện Công nghệ Sinh học - Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện giúp đỡ tốt nhất để tôi có
thể hoàn thành đề tài nghiên cứu này.
Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới gia đình,
đồng nghiệp và bạn bè đã luôn động viên, khích lệ, chia sẻ những khó khăn
cùng tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu.
Thái Nguyên, ngày 04 tháng 11 năm 2015
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hường


3

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i
LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................. v
DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN .......................................... vi
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
1. Đ t vấn đề...................................................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu...................................................................................... 2

3. Nội dung nghiên cứu ..................................................................................... 2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 3
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÂY NGÔ ..................................................... 3
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô ............................................................. 3
1.1.2. Đ c điểm sinh học của cây ngô............................................................... 3
1.1.3. Đ c điểm hóa sinh hạt ngô ...................................................................... 6
1.1.4. Giá trị kinh tế .......................................................................................... 7
1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới ....................................................... 7
1.1.6. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam ...................................................... 10
1.2. MỌT NGÔ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỌT NGÔ ĐẾN QUÁ TRÌNH
BẢO QUẢN NÔNG SẢN .............................................................................. 11
1.2.1. Đ c điểm của mọt hại ngô (Sitophilus zeamais Motschulsky) .............
11
1.2.2. Côn trùng hại ngô trong quá trình bảo quản nông sản ..........................
14
1.3. CYSTEINE PROTEINASE VÀ CYSTATIN ......................................... 16
1.3.1. Cysteine proteinase ............................................................................... 16
1.3.2. Cystatin - chất ức chế Cysteine proteinase ........................................... 18


4

CHƯƠNG 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 21


4

2.1. VẬT LIỆU................................................................................................ 21
2.2. HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU ...................... 21
2.2.1. Hóa chất................................................................................................. 21

2.2.2. Thiết bị .................................................................................................. 21
2.2.3. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 22
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................ 22
2.3.1. Phương pháp sinh lí............................................................................... 22
2.3.2. Phương pháp sinh học phân tử .............................................................. 22
2.3.3. Phương pháp xác định trình tự nucleotide ............................................ 30
2.3.4. Phương pháp xử lí trình tự gen ............................................................. 30
2.3.5. Phương pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu .................................... 30
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 31
3.1. KẾT QUẢ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG KHÁNG MỌT CỦA CÁC GIỐNG
NGÔ BẰNG NHIỄM MỌT NHÂN TẠO ...................................................... 31
3.2. KẾT QUẢ PHÂN LẬP GEN CYSTATIN 10......................................... 33
3.2.1. Kết quả tách chiết RNA tổng số............................................................ 33
3.2.2. Kết quả tổng hợp cDNA và nhân gen ................................................... 33
3.2.3. Kết quả tinh sạch sản phẩm PCR .......................................................... 34
3.2.4. Kết quả tách dòng gen........................................................................... 35
3.2.5. Kết quả tách plasmid tái tổ hợp............................................................. 36
3.3. KẾT QUẢ XÁC ĐỊNH VÀ PHÂN TÍCH TRÌNH TỰ GEN.................. 37
3.3.1. Kết quả so sánh trình tự gen Cystatin 10 của hai mẫu ngô BG và HG.....
38
3.3.2. Kết quả so sánh hai trình tự nghiên cứu (BG, HG) với hai trình tự đã
được công bố (CB2, MX4) và BN000514 trên GenBank ................................
41
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................. 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 50


5

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

ABA

Abscisic acid

bp

base pair (c p bazơ)

cDNA

complementary DNA

cs

cộng sự

DEPC

diethyl pyrocarbonate

DNA

Deoxyribose nucleic acid

dNTP

deoxynucleoside triphosphate

EDTA

Ethylene diamine tetraacetic acid

E. coli

Escherichia coli

IPTG

Isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside

kb

kilo base

kDa

kilo Dalton

µg
µl
mRNA

Microgam
Microlite
messenger ribonucleic acid

NCBI
OD

National Center for Biotechnology Information

Optical density

PCR

Polymerase chain reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp)

RNA

Ribonucleic acid

TAE

Reverse Transcription Polymerase Chain Reaction
(Phản ứng chuỗi phiên mã ngược)
Tris-acetate-EDTA

UV
X-gal

Ultra violet
5-bromo-4-chloro-3-indolyl-β-D-galacto-pyranoside

RT- PCR


6

DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN
Bảng 1.1. Tỉ lệ các bộ phận hạt ngô và thành phần hóa học của chúng ….….6
Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới trong 10 năm gần đây............. 8

Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 20149
Bảng 1.4. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ 2006 - 2013....................... 10
Bảng 2.1. Thành phần của phản ứng tổng hợp cDNA .................................... 24
Bảng 2.2. C p mồi nhân gen Cystatin 10........................................................ 25
Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PT-PCR nhân gen Cystatin 10.................... 25
Bảng 2.4. Thành phần phản ứng gắn gen Cystatin 10 vào vector PBT .......... 27
Bảng 2.5. Thành phần phản ứng colony – PCR.............................................. 28
Bảng 2.6. Chu kỳ nhiệt của phản ứng colony – PCR ..................................... 28
Bảng 3.1. Lượng ngô hao hụt theo thời gian của 6 giống ngô nghiên cứu ..... 31
Bảng 3.2. Giá trị tỉ lệ phổ hấp thụ A260/A280 và hàm lượng RNA của giống
ngô nghiên cứu ................................................................................................ 33
Bảng 3.3. Sự sai khác giữ các trình tự gen Cystatin 10 của hai mẫu ngô BG,
HG38
Bảng 3.4. Hệ số tương đồng giữa các trình tự gen của hai mẫu ngô BG, HG ... 39
Bảng 3.5. Sự sai khác về trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin10
ở hai giống ngô BG, HG ................................................................................. 40
Bảng 3.6. Hệ số tương đồng giữa các trình tự amino acid của 2 mẫu nghiên
cứu .................................................................................................................. 41
Bảng 3.7. Sự khác nhau giữa trình tự gen Cystatin 10 của BG, HG với CB2,
MX4 và BN000514 trên GenBank......................................................................
44
Bảng 3.8. Hệ số tương đồng giữa các trình tự gen của 2 mẫu nghiên cứu với
CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank.............................................................
45


7

Bảng 3.9. Sự sai khác về trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin10
ở hai mẫu nghiên cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ...................

47
Bảng 3.10. Hệ số tương đồng giữa các trình tự amino acid của 2 mẫu nghiên
cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ................................................
48


vii

DANH MỤC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Hình 1.1. Mọt ngô Sitophilus zeamais ............................................................ 11
Hình 3.1. Biểu đồ biểu diễn lượng thức ăn hao hụt theo thời gian ở các mẫu
ngô nghiên cứu ................................................................................................ 32
Hình 3.2. Hình ảnh điện di sản phẩm RT - PCR nhân gen Cystatin 10 ở 2
giống ngô nghiên cứu ...................................................................................... 34
Hình 3.3. Hình ảnh điện di sản phẩm tinh sạch gen Cystatin 10 ở 2 mẫu ngô
nghiên cứu. ...................................................................................................... 35
Hình 3.4. Hình ảnh điện di sản phẩm colony – PCR gen Cystatin 10 ở 2 mẫu
ngô nghiên cứu. ............................................................................................... 36
Hình 3.5. Hình ảnh điện di tách plasmid tái tổ hợp. ....................................... 37
Hình 3.6. So sánh trình tự gen Cystatin 10 của hai mẫu ngô BG, HG ...............
38
Hình 3.7. Trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin 10 ở hai mẫu
nghiên cứu ....................................................................................................... 40
Hình 3.8. So sánh trình tự gen Cystatin 10 của BG, HG với CB2, MX4
và
BN000514 trên GenBank...................................................................................
42
Hình 3.9. Trình tự amino acid suy diễn của protein Cystatin 10 ở hai mẫu
nghiên cứu với CB2, MX4 và BN000514 trên GenBank ....................................
46

1

MỞ ĐẦU
1. Đ t vấn ề
Cây ngô (Zea mays L.) là một trong năm loại cây lương thực chính của
thế giới. Hạt ngô chứa khá đầy đủ các chất dinh dưỡng cho người và gia súc.
Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa gạo. Trong
những năm gần đây, sản xuất ngô ở Việt Nam tăng nhanh nhờ sự thúc đẩy của
ngành chăn nuôi và công nghiệp chế biến. Ngô là cây thức ăn chăn nuôi quan
trọng nhất hiện nay, 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là từ
ngô. Gần đây, cây ngô còn là cây thực phẩm; người ta dùng bắp ngô bao tử
làm rau cao cấp vì nó sạch và có hàm lượng dinh dưỡng cao; ngô nếp, ngô
đường (ngô ngọt) được dùng làm quà ăn tươi (luộc, nướng) ho c đóng hộp
làm thực phẩm xuất khẩu. Ngô còn là nguyên liệu của ngành công nghiệp
lương thực, thực phẩm và công nghiệp nhẹ để sản xuất rượu, cồn, tinh bột,
dầu, glucôzơ, bánh kẹo. Trong y dược, ngô được dùng để trị áp huyết, râu ngô
được dùng để làm thuốc [46].
Hiện nay, diện tích ngô ngày càng được mở rộng và có sự phát triển
tiến bộ trong công tác chọn tạo giống cây trồng nhằm tạo ra những giống ngô
có năng suất cao, có khả năng kháng sâu bệnh hại, chống chịu hạn tốt. Tùy
theo mục đích sử dụng mà sản phẩm ngô phải được bảo quản trong điều kiện
khác nhau và thời gian bảo quản khác nhau. Trong quá trình bảo quản sản
phẩm ngô theo thời gian có rất nhiều loại côn trùng phá hoại làm giảm phẩm
chất, chất dinh dưỡng nông sản,…. Thành phần sâu mọt hại ngô tương đối đa
dạng xuất hiện trong kho bảo quản ngô như mọt gạo, mọt răng cưa, mọt đục
thân, mọt thóc,…. Vì vậy, việc nghiên cứu chọn tạo ra giống ngô có năng suất
cao và khả năng kháng mọt tốt là yêu cầu thực tiễn đ t ra cho ngành trồng trọt
nói chung và ngành chọn giống ngô nói riêng.

2

Cystatin là một dạng protein ức chế hoạt động của cysteine proteinase
(Cysteine proteinase inhibitor- CPI). Chúng có m t trong vi sinh vật, động vật
và thực vật. Các nghiên cứu gần đây bàn luận nhiều về mối liên quan giữa
cystatin tới tính chống chịu yếu tố bất lợi của ngoại cảnh như: hạn, lạnh,
muối, sự già và bảo vệ thực vật chống lại côn trùng, vi sinh vật gây bệnh và
đ c biệt là khả năng kháng mọt. Ở động vật không xương sống, cysteine
proteinase là enzyme tiêu hóa, nếu cysteine proteinase bị ức chế thì hoạt động
tiêu hóa của mọt s bị cản trở. Chính vì vậy, nghiên cứu theo hướng tăng
cường khả năng ức chế cysteine proteinase ở mọt bằng kỹ thuật chuyển gen
được quan tâm nghiên cứu.
Để tạo cơ sở cho việc thiết kế vector chuyển gen có khả năng kháng
mọt phục vụ việc tạo giống ngô kháng mọt tốt, chúng tôi đã tiến hành đề tài:
“Phân lập gen Cystatin 10 liên quan ến khả năng kháng mọt của một số
giống ngô”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Phân lập và xác định được trình tự gen Cystatin 10 của hai giống ngô
(kháng mọt tốt và kháng mọt kém).
3. Nội dung nghiên cứu
- Thu thập và đánh giá khả năng kháng mọt của một số giống ngô.
- Nhân gen, tách dòng và xác định trình tự gen Cystatin 10 của hai giống
ngô kháng mọt tốt và kém bằng kỹ thuật RT-PCR.
- So sánh trình tự gen Cystatin 10 nghiên cứu với trình tự trên ngân
hàng
gen và trình tự gen Cystatin 10 đã công bố.
- So sánh trình tự amino acid suy diễn trong protein cystatin 10 nghiên
cứu với trình tự trên ngân hàng gen và trình tự amino acid trong protein

cystatin 10 đã công bố.


3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CÂY NGÔ
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô
Cây ngô có tên khoa học là Zea may L., thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo
(Gramineae), bộ hòa thảo (Graminales) [13]. Có nhiều giả thuyết khác nhau về
nguồn gốc cây ngô dựa trên những kết quả nghiên cứu về khảo cổ học, di
truyền học, thực vật học và địa lý học... cho rằng quá trình thuần hóa ngô ban
đầu diễn ra ở Mexico, sau đó việc gieo trồng lan rộng ra khu vực Bắc Mỹ. Ngô
được đưa tới châu Âu (Tây Ban Nha) lần đầu tiên vào năm 1494, là kết quả của
chuyến thám hiểm lần thứ hai của Columbus. Đầu thế kỷ XVI, bằng đường
thủy với các tàu của Bồ Đào Nha, Tây Ban Nha, Ý đã đưa cây ngô đến hầu hết
các nơi trên thế giới. Ở Việt Nam, cây ngô có nguồn gốc từ Trung Quốc, được
trồng vào khoảng thế kỷ XVII (theo “Vân Đài loại ngữ” của Lê Quý Đôn).
Tuy nhiên, do là một nước có truyền thống sản xuất lúa nước nên trong thời
gian đầu ngô ít được chú ý mà chỉ phát triển trong những năm gần đây.
Ngô có nhiều cách phân loại khác nhau, có thể phân loại theo đ c điểm
thực vật học, sinh thái học, nông học, thời gian sinh trưởng và thương phẩm.
Phân loại theo đ c điểm thực vật học thì dựa vào hạt có mày hay không có
mày, hình thái bên ngoài và cấu trúc nội nhũ của hạt, ngô được phân thành
các loài phụ: ngô bọc, ngô đá, ngô răng ngựa, ngô đường, ngô nổ, ngô bột,
ngô nếp, ngô đường bột, ngô bán răng ngựa. Từ các loài phụ căn cứ vào màu
sắc hạt và màu sắc lõi ngô để phân thành các thứ [3].
1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây ngô
Ngô là thực vật một lá mầm có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau
nhưng thích hợp nhất là đất có thành phần cơ giới nhẹ độ màu mỡ cao, dễ

thoát nước, tầng canh tác dày, pH 6-7 [13]. Cây ngô gồm các bộ phận: rễ,
thân, lá, hoa (bông cờ, bắp ngô) và hạt.


4

Ngô có hệ rễ chùm tiêu biểu trong bộ rễ các cây họ Hòa thảo. Tùy theo
vị trí, chức năng, nhiệm vụ và thời gian sinh trưởng mà rễ hoàn chỉnh của cây
được chia làm 3 loại: Rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Rễ mầm (rễ tạm thời,
rễ hạt) mọc từ trụ lá mầm, chức năng chính của rễ này là hút nước, thức ăn
khi cây còn non. Rễ đốt (rễ phụ cố định) phát triển từ các đốt thấp của thân,
mọc vòng quanh các đốt dưới m t đất bắt đầu lúc ngô được 3 - 4 lá. Đây là
loại rễ quyết định quá trình sinh trưởng phát triển của cây ngô, nó giúp cây
hút nước và các chất dinh dưỡng suốt đời sống của cây. Rễ chân kiềng (rễ
neo, rễ chống) mọc quanh các đốt thấp sát m t đất. Rễ này giúp cây chống đỡ
và bám ch t vào đất, ngoài ra còn tham gia hút nước và dinh dưỡng [6].
Thân ngô đ c, đường kính từ 2 - 4 cm, cao từ 1,8 - 2 m. Thân ngô
trưởng thành bao gồm nhiều lóng nằm giữa các đốt và kết thúc bằng bông cờ.
Thân ngô ngoài nhiệm vụ giúp cây đứng vững, là bộ phận dự trữ và vận
chuyển chất hữu cơ, ngoài ra còn có khả năng quang hợp để tổng hợp chất
hữu cơ [6].
Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen k nhau. Căn cứ vào
vị trí và hình thái lá trên cây, lá ngô được chia thành các nhóm: lá mầm, lá
thân, lá ngọn, lá bi. Lá ngô điển hình được cấu tạo bao gồm các bộ phận: bẹ
lá, phiến lá (bản lá), thìa lá (lưỡi lá, tai lá). Lá ngô là cơ quan làm nhiệm vụ
quang hợp, đồng thời làm nhiệm vụ trao đổi khí, hô hấp, dự trữ dinh dưỡng…
Số lượng lá, chiều dài, chiều rộng, độ dày, lông tơ, màu lá, góc lá và gân lá
thay đổi tùy theo từng giống khác nhau. Số lá là đ c điểm khá ổn định ở ngô,
có quan hệ ch t với số đốt và thời gian sinh trưởng. Những giống ngô ngắn
ngày thường có 15 - 16 lá, giống ngô trung bình có 18 - 20 lá, giống ngô dài

ngày thường có trên 20 lá [6]. Lá ngô là cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp,
đồng thời làm nhiệm vụ trao đổi khí, hô hấp, dự trữ dinh dưỡng…


5

Ngô là loại cây có hoa khác tính cùng gốc. Cơ quan sinh sản đực và cái
tuy cùng nằm trên một cây song ở những vị trí khác nhau. Hoa đực nằm ở
đỉnh cây, xếp theo chùm gồm một trục chính và nhiều nhánh, hoa cái mọc ở
các nách lá ở giữa thân cây ngô, số mầm nách nhiều nhưng chỉ có 1-3 mầm
nách trên cùng phát triển thành bắp, số bắp trên cây phụ thuộc vào giống, điều
kiện tự nhiên và mật độ gieo trồng, chế độ chăm sóc.
Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơrôn, phôi,
nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt là một màng nhẵn bao xung quanh hạt. Lớp
alơrôn nằm dưới vỏ hạt bao lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là phần chính của
hạt chứa các tế bào dự trữ dinh dưỡng. Nội nhũ gồm hai phần nội nhũ bột và
nội nhũ sừng. Tỷ lệ giữa nội nhũ bột và nội nhũ sừng tùy vào chủng ngô,
giông ngô. Phôi ngô chiếm 1/3 thể tích hạt ngô, gồm có: ngù (phần ngăn cách
giữa nội nhũ và phôi), lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm. Trong
bốn phần này thì lá mầm thường phát triển rõ rệt nhất. Màu sắc hạt phụ thuộc
đ c tính di truyền của giống và chủng loại, vì vậy hạt ngô có nhiều màu sắc
khác nhau như: trắng, vàng, tím, da cam, đỏ…Mỗi bắp ngô có từ 200 - 1000
hạt phụ thuộc vào giống, điều kiện ngoại cảnh, sinh thái, trung bình mỗi bắp
có từ 500 - 600 hạt [2].
Quá trình sinh trưởng, phát triển của cây ngô được chia thành hai giai
đoạn: Giai đoạn sinh dưỡng là từ khi gieo đến khi xuất hiện nhị cái và giai
đoạn sinh trưởng thực bắt đầu từ khi hoa cái thụ tinh cho đến khi hạt chín hoàn
toàn. Căn cứ đ c điểm sinh lý và thời gian sinh trưởng có thể chia ra các thời
kì sinh trưởng phát triển quan trọng sau: Thời kì hạt nảy mầm và mọc, thời kì
từ 3 lá đến

6 lá, thời kì từ 8 đến 10 lá, thời kì xoáy nõn, thời kì nở hoa và thời kì chín [5].
Trong từng giai đoạn cây ngô yêu cầu các điều kiện khác nhau và mỗi
giai đoạn đều có ảnh hưởng khác nhau đến các yếu tố tạo thành năng suất và
chất lượng hạt ngô.


6

1.1.3. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô
Hạt ngô có giá trị dinh dưỡng cao, chứa tương đối đầy đủ các chất dinh
dưỡng cần thiết cho con người và gia súc. Bột ngô chiếm 65 - 83% khối
lượng hạt, là nguyên liệu quan trọng trong công nghiệp chế biến bột. Thành
phần chủ yếu của hạt ngô gồm tinh bột và protein, ngoài ra còn có một số chất
như đường, cellulose, chất khoáng, sinh tố.
Bảng 1.1. Tỉ lệ các bộ phận hạt ngô và thành phần hóa học của chúng [11]
Các bộ
phận của
hạt ngô
Toàn hạt

Tỉ lệ (%)

Thành phần hóa học (tính theo % chất khô)

100

Tinh bột
71,5

Protein

0,3

Lipid
4,8

Nội nhũ

82,3

86,4

9,4

0,8

Phôi

11,5

8,2

18,8

34,5

Vỏ

5,3

7,3

3,7

1,0

Mày

0,8

5,3

9,1

3,8

Thành phần chính trong hạt ngô là tinh bột (60 - 70%), chúng tập trung
chủ yếu ở nội nhũ. Hàm lượng tinh bột ở ngô tẻ nhiều hơn ngô nếp (68% so
với 65%) và được chia thành tinh bột mềm (tinh bột bột) và tinh bột cứng
(tinh bột sừng). Ngô nếp được cấu tạo hoàn toàn từ amylopectin nên có độ
dẻo hơn ngô tẻ [11].
Vitamin của ngô tập trung ở lớp ngoài hạt ngô và ở mầm. Ngô cũng có
nhiều vitamin C, vitamin B (B1, B2, B6..). Vitamin PP hơi thấp cộng với
thiếu tryptophan một amino acid có thể tạo vitamin PP. Riêng ngô vàng chứa
nhiều carotene (tiền vitamin A) [16].
Tỷ lệ chất béo trong hạt ngô tương đối cao (3 - 6%), chủ yếu tập trung
trong mầm ngô. Trong chất béo của ngô có 50% là acid linoleic, 31% là axít
oleic, 13% là axít panmitic và 3% là stearic. Hàm lượng lipid là một chỉ tiêu
quan trọng để đánh giá chất lượng hạt [9].

7

1.1.4. Giá trị kinh tế
Ngô là một trong những cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế
toàn cầu, 1/3 dân số trên thế giới dùng ngô làm lương thực chủ yếu. Toàn thế
giới sử dụng khoảng 21% sản lượng ngô làm lương thực cho con người, các
nước ở Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng ngô làm lương thực chính,
các nước Đông Nam Phi sử dụng 85% sản lượng lương thực cho người [13].
Ngô được sử dụng nhiều trong công nghiệp như chế biến thực phẩm,
công nghiệp nhẹ... Các loại ngô nếp, ngô đường được đóng hộp làm thực
phẩm xuất khẩu. Bột ngô được dùng để nấu cồn sản xuất đường glucose, làm
môi trường nuôi cấy nấm penicillin, sản xuất acid acetic. Lõi ngô được chế
biến làm chất cách điện, nhựa hóa học. Phôi ngô dùng để ép dầu, phục vụ
trong công nghiệp thực phẩm, dược phẩm. Ví dụ, nước Mỹ hàng năm sử dụng
18% tổng sản lượng ngô để sản xuất tinh bột, 37% sản xuất cồn và 5,8% sản
xuất bánh kẹo [18].
Ở nước ta, ngô là cây lương thực chính đứng hàng thứ hai sau lúa nước,
giữ một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân nói chung và nền sản
xuất nông nghiệp nói riêng, đ c biệt với đồng bào vùng cao miền núi thì cây
ngô còn góp phần xóa đói giảm nghèo [6]. Hàng năm, nước ta phải nhập khẩu
một lượng lớn ngô từ các nước như: Braxin, Achentina, Ấn Độ, Thái Lan,
Camphuchia, Lào. Theo báo cáo thống kê tháng 9 năm 2015 của Trung tâm
Tin học và Thống kê - Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, lượng ngô
nước ta nhập khẩu từ tháng 9/2014 đến tháng 8/2015 là 4.263.903 tấn tương
đương 963.184.000 USD [49].
1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Ngô là một loại ngũ cốc quan trọng trên thế giới đứng thứ 3 sau lúa mì
và lúa gạo, có địa bàn phân bố rộng, được gieo trồng rộng khắp trên thế giới
với sản lượng hàng năm cao hơn bất kỳ cây lương thực nào. Do điều kiện khí
hậu, thổ nhưỡng, tập quán canh tác dẫn đến diện tích, sản lượng và năng suất

ngô ở các khu vực có sự khác nhau. Sự chênh lệch này được thể hiện ở bảng
1.2.


8

Bảng 1.2. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới trong 10 năm gần đây
Năm
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013

Diện tích
(triệu ha)
147,45
148,16
146,96
158,53
162,87
158,85
164,31
172,05
177,38

184,19

Sản lượng
(triệu tấn)
728,92
713,68
706,84
789,88
830,34
820,00
851,17
888,01
872,07
1016,74

Năng suất
(tạ/ha)
49,44
48,17
48,10
49,82
50,98
51,62
51,80
51,61
49,16
55,2

Nguồn: FAOSTAT, 2014 [48]
Theo số liệu trong bảng, sản lượng toàn thế giới năm 2013 là 1016,74

triệu tấn trong khi đó năm 2004, năng suất ngô trung bình của thế giới chỉ đạt
728,92 triệu tấn. Đến năm 2007 năng suất đã đạt gần 50 tạ/ha. Diện tích gieo
trồng tăng dần theo các năm đồng thời sản lượng và năng suất cũng được tăng
theo. Sản lượng tăng không chỉ do diện tích gieo trồng tăng mà còn nhờ có sự
đổi mới, phát triển của khoa học công nghệ, nhiều loài ngô có năng suất cao
được đưa vào sản xuất. Diện tích gieo trồng ngô giữa các châu lục có sự
chênh lệch nhau, Nhìn chung diện tích trồng ngày càng được mở rộng. Năm
2004 diện tích trồng là 147,45 triệu ha nhưng đến năm 2013 đã được mở rộng
lên 184,19 triệu ha. Năm 2009 diện tích trồng bị giảm xuống còn 158,85 triệu
ha tuy nhiên năng suất vẫn tăng.
Do có nhiều giá trị sử dụng và giá trị kinh tế, ngô đã trở thành một loại
ngũ cốc quan trọng thứ 3 của thế giới. Hiện nay do điều kiện tự nhiên cũng
như sự phát triển về khoa học kỹ thuật mà tình hình sản xuất ngô giữa các


9

quốc gia trên thế giới có sự khác biệt cả về diện tích, năng suất lẫn sản lượng,
sự khác biệt đó được thể hiện qua bảng 1.3.
Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2014
Nước
Mỹ
Trung Quốc
Braxin
Ấn Độ
Ý
Hy Lạp
Israel

Diện tích

(triệu ha)
35,48
35,26
15,32
9,50
0,80
0,19
0,004

Sản lượng
(triệu tấn)
353,70
217,73
80,54
23,29
6,5
2,19
0,11

Năng suất
(tạ/ha)
99,70
61,75
52,58
24,52
80,96
115,00
225,56

Nguồn: FAOSTAT, 2014 [48]

Qua bảng trên có thể thấy rằng, trên thế giới Mỹ là quốc gia có diện
tích trồng ngô lớn nhất với 35,48 triệu ha và có sản lượng lớn nhất với 335,70
triệu tấn tuy nhiên sản lượng chỉ đạt 99,70 tạ/ha, trong khi đó cao nhất lại là
Israel với diện tích chỉ có 0,004 triệu ha nhưng lại có năng suất đạt tới 225,56
tạ/ha. Cùng với đó, Hy Lạp cũng có diện tích rất nhỏ 0,19 triệu ha nhưng có
năng suất là 115,00 tạ/ha.
Sau Mỹ đó là Trung Quốc, một cường quốc đang phát triển và lớn mạnh.
Với diện tích lãnh thổ lớn nhất thế giới nền sản xuất ngô của nước này lớn thứ
2 với diện tích 35,26 triệu ha có sản lượng 217,73 triệu tấn. Sản lượng ngô trên
thế giới tăng nhanh trong những năm gần đây, chủ yếu là tăng năng suất nhờ
giống mới và kỹ thuật canh tác tưới tiêu. Trong giai đoạn hiện nay, ngô cùng
với lúa nước, lúa mỳ vẫn là những cây lương thực chiếm vị trí quan trọng nhất,
nuôi sống toàn nhân loại. Vì vậy, việc lựa chọn các giống ngô có đ c tính tốt,
năng suất cao và biện pháp kỹ thuật canh tác tiên tiến là một trong những giải
pháp quan trọng để chống lại khủng hoảng lương thực toàn cầu.


10

1.1.6. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam
Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là
cây màu quan trọng nhất được trồng ở nhiều vùng sinh thái khác, đa dạng về
mùa vụ gieo trồng và hệ thống canh tác. Trước đây sản xuất ngô ở nước ta
còn nhỏ lẻ, phân tán, m t khác do kỹ thuật canh tác kém và chất lượng giống
kém dẫn đến năng suất rất thấp. Trong những năm gần đây sản xuất ngô ở
nước ta có sự thay đổi đáng kể, được thể hiện qua bảng 1.4.
Bảng 1.4. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ 2006 - 2013
Diện tích

Sản lượng

Năng suất

(triệu ha)

(triệu tấn)

(tạ/ha)

2006

1,033

3,85

37,31

2007

1,096

4,30

39,26

2008

1,440

4,57

31,75

2009

1,089

4,37

40,14

2010

1,126

4,61

40,90

2011

1,121

4,84

43,13

2012

1,118

4,80

42,95

2013

1,170

5,19

44,35

Năm

Nguồn: FAOSTAT 2014 [48]
Nhìn chung sản lượng ngô của nước ta ngày càng tăng. M c dù diện
tích gieo trồng không tăng nhiều năm 2006 là 1,033 triệu ha đến năm 2013 là
1,170 triệu ha nhưng năng suất tăng mạnh từ 3,85 triệu tấn lên 5,19 triệu tấn.
Năm 2008 diện tích gieo trồng tăng mạnh lên 1,440 triệu ha nhưng năng suất
chỉ đạt 31,75 tạ/ha. Đến năm 2009 thì diện tích này lại giảm xuống chỉ còn
1,089 triệu ha nhưng năng suất lại đạt trên 40 tạ/ha. Qua những số liệu này
cho ta thấy những hạn chế trong nền sản xuất nước nhà. Trong những năm
gần đây do có sự đầu tư về khoa học kỹ thuật, áp dụng các công nghệ mới
trong sản xuất vì vậy năng suất gieo trồng ngày càng được cải thiện.


11

1.2. MỌT NGÔ VÀ ẢNH HƯỞNG CỦA MỌT NGÔ ĐẾN QUÁ

TRÌNH BẢO QUẢN NÔNG SẢN
1.2.1. Đặc điểm của mọt hại ngô (Sitophilus zeamais Motschulsky)
1.2.1.1. Sơ lược về mọt hại ngô
Mọt hại ngô (gọi tắt là mọt ngô) có tên khoa học là Sitophyllus zeamais
Motsch, thuộc bộ Coleoptera, họ Curculionidae. Mọt ngô là loại đa thực,
chúng có thể ăn được hầu hết các loại ngũ cốc, các loại đậu, hạt có dầu và
nhiều sản phẩm thực vật khác. Thức ăn thích hợp nhất với nó là ngô hạt. Mọt
này có phổ biến ở hầu hết các nước trên thế giới, nhất là ở châu Á, vùng Địa
Trung Hải (Châu Âu) và Bắc Mỹ. Ở nước ta trong các kho lương thực, nhất là
kho bảo quản ngô, gạo thường g p loài mọt này. Mọt có thể đẻ trứng ở ngoài
đồng và cả trong kho. Nó thuộc loại phá hoại nghiêm trọng [35].

Con đ c

Con cái

Hình 1.1. Mọt ngô Sitophilus zeamais
Mọt gây hại trên bắp và hạt ngô ngay giai đoạn ngô chín sáp ngoài
đồng, chúng theo ngô vào kho và gây hại liên tục trong suốt quá trình bảo
quản. Trong kho mọt hoạt động nhanh nhẹn, hay bay bò và có tính giả chết,
chúng thích bò lên các vị trí cao trong đống hạt. Khi g p điều kiện độ nhiệt
cao, mọt thường tập trung vào k kho, mép bao… để ẩn nấp.


12

1.2.1.2. Đặc điểm hình thái của mọt ngô
Giai đoạn trưởng thành mọt ngô rất giống mọt gạo, vì thế trong phân
loại trước đây, có nhiều ý kiến khác nhau. Có người cho rằng mọt ngô và mọt
gạo là cùng loài nhưng khác tên, nhiều người khác cho rằng mọt ngô và mọt

gạo là 2 loài độc lập với nhau [33]. Cho đến nay, mọt ngô được xem như
một loài riêng biệt, rất gần với mọt gạo. Về hình dạng ngoài, mọt ngô rất
giống mọt gạo, nhưng kích thước cơ thể lớn hơn (3,5 - 5mm). Cánh trước
trơn bóng và các điểm màu đỏ tròn cánh khá rõ. Các lỗ chấm trên tấm lưng
ngực trước thô và dày ở phía trước. Do đó việc phân biệt chủ yếu dựa vào
dạng cơ quan sinh dục đực (penis) ở mọt gạo có hình bán nguyệt, còn ở mọt
ngô là hình 3 góc. Bề m t phía trên của penis ở mọt gạo đơn giản, không có
lông dài, còn ở mọt ngô thì có 2 lông dài. Đầu máng đẻ trứng của con cái mọt
gạo có hình chữ Y, còn của mọt ngô là hình móc nhọn.
Các lỗ chấm ở ngực trước khá trơn và không có vùng lỗ chấm lộn xộn ở
giữa. Chấm lõm trên đầu rất rõ ràng. Đoạn trước trán rất bằng dẹt, phần gốc
vòi có 3 chiếc máng, dọc theo viền mép ngực trước còn có một dảy chấm lõm.
Chấm lõm trên mảnh lưng ngực trước hình tròn, ở khu giữa chấm lõm rất dày,
chấm lõm ở 2 cạnh gần như hỗn hợp lại. Cánh cứng có 2 vệt chấm màu trắng
đỏ, một ở bên vai, một ở gần đoạn cuối. Chấm lõm ở m t bụng thân mình dày
hơn. Cánh sau phát triển và có thể bay được. Cánh màu nâu đen bóng. Các
điểm vá màu vàng đỏ hình bán nguyệt rất rõ. Trên m t ngoài của gai giao cấu
(Aedeagus) con đực có các rãnh chạy dọc; các con cái đầu nhánh r hình chữ
Y hóa cứng mạnh nên nhọn.
Giai đoạn trứng có đ c điểm: dài 0,5-0,7mm, rộng 0,25- 0,3mm, hình
bầu dục hơi dài màu trắng sữa. Giai đoạn sâu non: Khi đã lớn dài 3-3,2 mm,
rất mập, lưng cong lại như hình bán nguyệt, m t bụng tương đối bằng. Toàn
thân màu sữa đến màu nâu nhạt. Giai đoạn nhộng: dài 3-4 mm, hình bầu dục,
cân đối 2 đầu, lúc đầu màu vàng sữa sau chuyển sang màu vàng nâu.
Cũng như mọt gạo, mọt ngô có thể bay được, nó còn bay mạnh hơn
mọt gạo cho nên mọt ngô đã gây hại ngay từ ngoài đồng. Trên các ruộng
ngô ở Tây Nguyên, mọt ngô thường xuất hiện và phát triển vào thời kỳ
chuẩn bị thu hoạch [8], [29].

13

1.2.1.3. Đặc điểm về chu kì sống
Khả năng sinh trưởng và phát triển của mọt ngô trong ngô hạt là lớn
nhất, sau đó mới đến thóc và các ngũ cốc khác.
Toàn bộ thời gian phát triển cho vòng đời của S. zeamais trung bình 36
ngày. Thời gian phát triển này là gần giống như S. oryzae và nhanh hơn so với
S. granarius khoảng 7 ngày trong điều kiện tương tự. Hầu hết trứng được lắng
đọng trong nội nhũ. Tốc độ sinh sản tối đa của mỗi con cái đạt 6,7/quả
trứng/ngày, thời gian phát triển và số lượng các thế hệ con cháu sản xuất là tối
ưu ở 30 C và độ ẩm 75% [51].
Khi đẻ trứng, mọt dùng vòi khoét một lỗ sâu vào hạt, rồi đẻ trứng vào
những lỗ này, sau đó tiết ra một thứ dịch nhầy để bít kín lỗ đó lại. Sâu non nở
ra ăn hại ngay trong hạt và lớn lên. Khi ăn hạt, nó thường ăn phôi trước, sau
đó mới đến nội nhũ và các bộ phận khác làm hạt chỉ còn lại một lớp vỏ mỏng,
nhìn bề ngoài dễ lẫn với hạt còn nguyên vẹn. Khi đẫy sức, sâu non đục những
lỗ nhỏ lộ rõ trên m t hạt để vũ hoá bay ra ngoài. Tùy theo điều kiện mà mọt
đẻ ít hay nhiều, nhiều nhất mỗi con cái có thể đẻ được 384 trứng [47].
Thức ăn có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của mọt, trong cùng một
điều kiện độ nhiệt và độ ẩm như nhau, nuôi mọt ngô bằng thức ăn khác nhau
đã thu được kết quả như sau: Khi nuôi bằng ngô hạt, thời gian vòng đời của
mọt là 34 ngày; khi thay bằng loại thức ăn khác là gạo, thời gian vòng đời s
là 47 ngày; thóc là 53 ngày.
Ở nhiệt độ 0 C, mọt có thể sống được 37 ngày, ở -5 C mọt chết sau 23
ngày, còn ở -10 C tất cả các giai đoạn phát triển của mọt chết sau 13 ngày. Ở
55 C, mọt chết sau 6 giờ, ở 60 C chết sau 2 giờ. Trong điều kiện độ nhiệt
25 C mọt có thể sống không có thức ăn 18 - 26 ngày [31], [47].


14

1.2.2. Côn trùng hại ngô trong quá trình bảo quản nông sản
Sau khi thu hoạch, ngô cần được bảo quản để sử dụng làm lương thực,
thực phẩm, thức ăn chăn nuôi và nhiều mục đích khác nhau. Do vậy, bảo quản
đúng kỹ thuật s góp phần giảm tỷ lệ hao hụt, thối hỏng ở mức thấp nhất. Đ c
biệt, với đ c điểm khí hậu nước ta nóng ẩm quanh năm, nấm mốc, mối mọt,
côn trùng động vật hại phát triển mạnh. Có nhiều loại côn trùng hại ngô,
chúng có khả năng thích ứng rộng với điều kiện ngoại cảnh và có sức sinh sản
nhanh.
Ngô là loại cây trồng bị nhiều loại sâu bệnh gây hại. Những người làm
công tác bảo vệ thực vật đã thống kê được hơn 100 loài sâu hại và gần 100
loại bệnh hại ngô [4]. Theo kết quả điều tra của Nguyễn Thị Giáng Vân và cs
đã ghi nhận được thành phần côn trùng trong kho của Việt Nam gồm 46 loài
sâu mọt hại lương thực cất trữ trong 28 tỉnh thuộc 3 miền Bắc, Trung và Nam
[21]. Trong số này có 38 loài mọt thuộc bộ Cánh cứng với 19 họ khác nhau, 8
loài mọt thuộc bộ Cánh vảy với 5 họ khác nhau. Trên ngô, sâu mọt chính gồm:
mọt ngô (Sitophilus zeamais), mọt gạo (Sitophilus oryzae), mọt đục hạt
(Rhyzopertha dominica), mọt cà phê (Aracerus fasciculatus), mọt thò đuôi
(Carpophilus pilosellus). Theo kết quả điều tra giai đoạn 1996 - 2000 của Cục
Bảo vệ thực vật trên phạm vi toàn quốc và trên các loại lương thực khác nhau
đã thu thập được 115 loài sâu mọt hại thuộc 44 họ trong 8 bộ và 1 lớp nhện
[19].
Sự phá hại của côn trùng rất đa dạng. Trước hết phải kể đến làm giảm
phẩm chất ho c làm cho vật dữ trự bị giảm hay mất hoàn toàn giá trị sử dụng.
Thiệt hại do sâu bệnh hại gây ra cho các loại cây lương thực (trong đó có ngô)
ước tính hàng năm từ 10 - 30%. Ở nước ta, theo kết quả điều tra của Trần Văn
Chương và cs về tổn thất ngô sau thu hoạch trung bình lên tới 15%, cá biệt ở
miền núi lên tới 20-25% sau 6 tháng bảo quản [1]. Số liệu điều tra của