Nghiên Cứu Ảnh Hưởng Của Từ Trường Tới Hiệu Quả Chuyển Gen Vào Đậu Tương Thông Qua Vi Khuẩn

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

..................    ....................

NGUYỄN THỊ PHƢỢNG

NGHIÊN CỨU ẢNH HƢỞNG CỦA TỪ TRƢỜNG TỚI
HIỆU QUẢ CHUYỂN GEN VÀO ĐẬU TƢƠNG THÔNG
QUA VI KHUẨN AGROBACTERIUM TUMEFACIENS

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

HÀ NỘI, 2015

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU........................................................................... 4
1.1. Giới thiệu chung về đậu tƣơng .................................................................................. 4
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại.......................................................................................... 4
1.1.2. Vai trò..................................................................................................................... 4
1.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và Việt Nam .......................................... 6
1.2.1. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới ............................................................ 6
1.2.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam ............................................................. 7
1.3. Từ trƣờng và vai trò của từ trƣờng lên hệ thống sinh học ........................................ 9
1.3.1. Định nghĩa từ trƣờng .............................................................................................. 9
1.3.2. Vai trò của từ trƣờng đối với cơ thể sống ............................................................ 10

1.4. Các nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng lên quá trình sinh học ở thực vật .......... 11
1.4.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đến sự phát triển của thực vật ..................................... 11
1.4.2. Tác động của từ trƣờng lên sự nảy mầm của hạt ................................................. 12
1.4.3. Tác dụng của từ trƣờng lên chồi và rễ ................................................................. 14
1.4.4. Ảnh hƣởng của từ trƣờng tới quá trình quang hợp .............................................. 14
1.5. Vai trò của từ trƣờng lên hệ thống nuôi cấy mô thực vật ....................................... 15
1.6. Chọn tạo giống đậu tƣơng bằng phƣơng pháp chuyển gen..................................... 15
1.7. Thực trạng nghiên cứu biến nạp gen vào đậu tƣơng ............................................... 20
1.8. Các nghiên cứu về từ trƣờng tại Việt Nam ............................................................. 22
CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................. 23
2.1. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu .............................................................................. 23
2.1.1. Vật liệu thực vật ................................................................................................... 23
2.1.2. Vật liệu vi khuẩn .................................................................................................. 23
2.1.3. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm........................................................................... 23
2.1.4. Thiết bị ................................................................................................................. 23
2.2. Địa điểm và thời gian tiến hành .............................................................................. 24
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu......................................................................................... 25
2.3.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều lên quá trình
............................. 25
sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
2.3.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều lên khả năng
tái sinh của cây đậu tƣơng .............................................................................................. 26
2.3.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều tới hiệu quả chuyển gen
vào đậu tƣơng thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens.................................... 27
2.3.4. Phƣơng pháp đánh giá tính kháng thuốc trừ cỏ Basta của các cây đậu tƣơng
chuyển gen trong điều kiện nhà lƣới .............................................................................. 30
2.3.5. Phƣơng pháp tách chiết DNA tổng số.................................................................. 30

2.3.6. Phƣơng pháp PCR ................................................................................................ 31
2.3.7. Các chỉ tiêu đánh giá ............................................................................................ 32
2.3.8. Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu ................................................................. 32
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................................. 33
3.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển
của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens ...................................................................... 33
3.1.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi
khuẩn Agrobacterium tumefaciens ................................................................................. 33
3.1.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng không đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của
vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens ............................................................................ 35
3.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng. 37
3.2.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng .................... 37
3.2.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng không đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng ......... 39
3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều đến quá trình
chuyển gen vào đậu tƣơng ............................................................................................. 41
3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều đến quá trình chuyển gen vào
đậu tƣơng ........................................................................................................................ 41
3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng không đều đến quá trình chuyển
gen vào đậu tƣơng .......................................................................................................... 44
3.4. Phân tích hiệu quả tiếp nhận gen của đậu tƣơng dƣới tác động của từ trƣờng bằng
phƣơng pháp PCR .......................................................................................................... 51
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


3.4.1. Tách chiết và kiểm tra DNA tổng số từ các dòng đậu tƣơng chuyển gen ........... 51
3.4.2. Phân tích sự có mặt của gen bar trong các dòng đậu tƣơng chuyển gen bằng kĩ
thuật PCR ....................................................................................................................... 51
CHƢƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................. 54
4.1. Kết luận ................................................................................................................... 54
4.2. Kiến nghị ................................................................................................................. 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................. 55
PHỤ LỤC: BẢNG THÀNH PHẦN MÔI TRƢỜNG

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN


MỞ ĐẦU
Cây đậu tƣơng (Glycine max L. Merr.) là loại cây trồng ngắn ngày, có giá trị
kinh tế cao. Hạt đậu tƣơng đƣợc dùng làm nguồn thực ăn giàu đạm cho con ngƣời
và là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến [2] .
Ngoài ra, đậu tƣơng rất dễ canh tác, có khả năng thích nghi với nhiều vùng sinh
thái, khí hậu khác nhau vì vậy đậu tƣơng đƣợc trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới.
Biến đổi khí hậu toàn cầu ảnh hƣởng xấu đến tình hình sản xuất đậu tƣơng
không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả các quốc gia sản xuất đậu tƣơng hàng đầu thế
giới. Việc nghiên cứu tạo giống đậu tƣơng có khả năng thích ứng với điều kiện biến
đổi khí hậu, trong đó có chọn tạo giống đậu tƣơng bằng công nghệ gen là hƣớng
nghiên cứu rất đƣợc quan tâm và đã đạt đƣợc nhiều thành tựu.
Từ trƣờng trái đất (5.10-6 Tesla) do hoạt động tự quay của Trái Đất sinh ra và
có ảnh hƣởng đến đời sống của mọi sinh vật. Khoa học phát triển đã nghiên cứu và
ứng dụng từ trƣờng nhân tạo phục vụ đời sống con ngƣời. Từ trƣờng đƣợc sớm ứng
dụng trong y học và phát triển nhanh chóng trên các lĩnh vực chẩn đoán, điều trị,
dƣợc học... để chăm sóc sức khỏe cho con ngƣời [68]. Sử dụng cốc từ có tác dụng
từ hóa nƣớc, đẩy mạnh quá trình trao đổi chất, đào thải độc tố trong cơ thể ngƣời
uống tốt hơn. Từ trƣờng còn có tác dụng ngăn chặn quá trình loãng xƣơng hay gãy
xƣơng chậm liền do sự hình thành cấu trúc xƣơng chịu ảnh hƣởng của lực từ [16].
Ngoài ra, từ trƣờng còn có nhiều ứng dụng khác, nhƣ làm giảm đau cho ngƣời bệnh
bằng việc tác động vào các dây thần kinh, hạ huyết áp, ăn không tiêu...[113]. Trong
nông nghiệp, từ trƣờng nhân tạo đã đƣợc ứng dụng trong việc tạo nguồn nƣớc sạch
bằng từ hoá nƣớc dùng trong chăn nuôi, thuỷ sản, hoạt hoá dinh dƣỡng tƣới bón cho
cây trồng, kích thích sinh trƣởng cây trồng trong nuôi cấy mô... Các nghiên cứu gần

đây nhất tiến hành tại Viện Di truyền Nông nghiệp đã phát hiện tác dụng của từ
trƣờng có thể tăng hiệu quả nuôi cấy bao phấn ngô lên 3 lần [5]. Trên nguyên lý tác
động tích cực của từ trƣờng lên cơ thể sinh vật, nhiều tác giả đã ứng dụng từ trƣờng
nhân tạo nhằm kích thích tăng trƣởng cây trồng trong nuôi cấy mô các cây nhƣ
chuối, hồng, khoai tây, thuốc lá, lúa mỳ, đậu đỗ, ngô …[14], [15], [20]. Hay xử lý
hạt giống bằng từ trƣờng để tăng sức nảy mầm, xử lý từ nhằm tăng hoạt tính của

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1


nƣớc trƣớc khi tƣới đã tăng cƣờng sinh trƣởng của cây trồng. Hầu hết các kết quả
nghiên cứu cho thấy từ trƣờng đã làm tăng tốc độ sinh trƣởng của cây lên rõ rệt nhƣ
tăng chiều cao thân, chiều dài rễ, tăng tỉ lệ tạo chồi, cụm chồi phát sinh, số rễ tạo
thành ở Paulownia [15], [106]; Phalaenosis [97] , [98] ; Prunus martima [104],
Cybidium và Spathiphyllum [99] , [100] và tăng hàm lƣợng diệp lục trong lá. Từ
trƣờng nhân tạo tác động kích thích hoặc kìm hãm sinh trƣởng của thực vật, thực
chất là ảnh hƣởng đến quả trình trao đổi chất ở tế bào mà bản chất là tác động lên
điện tích trong tế bào sinh vật.
Từ trƣờng có tác dụng tốt tới sức khỏe, làm tăng hiệu quả quá trình nuôi cấy
mô thông qua quá trình phân chia của tế bào thực vật. Từ trƣờng cũng có ảnh hƣởng
tích cực tới sự sinh trƣởng của vi khuẩn từ đó từ trƣờng có thể ảnh hƣởng tích cực
tới quá trình biến nạp gen và tần số biến nạp gen của vi khuẩn Agrobacterium
tumefaciens vào mô thực vật.
Ở Việt Nam, trong những năm gần đây nghiên cứu chuyển gen ở đậu tƣơng đã
đƣợc tiếp cận triển khai ở một số phòng thí nghiệm, bƣớc đầu cho kết quả [7], [8].
Tuy nhiên, hiệu quả chuyển gen thu đƣợc vẫn thấp, do vậy việc cải tiến các nhân tố
nhằm tăng hiệu quả của quá trình biến nạp gen là cần thiết để đạt đƣợc tỉ lệ gen
chuyển thành công cao vào cây đậu tƣơng. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và các
nghiên cứu đã tiến hành, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của từ

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

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2


Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều
lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng
Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hƣởng của hệ thống từ trƣờng đều và từ trƣờng
không đều tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tƣơng thông qua vi khuẩn
Agrobacterium tumefaciens
Nội dung 4: Phân tích các cây chuyển gen bằng kỹ thuật PCR

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3


CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Giới thiệu chung về đậu tƣơng
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại
Đậu tƣơng đƣợc biết đến là “Ông hoàng của những cây họ đậu” với hơn 40%
protein và 20% dầu. Các bằng chứng về lịch sử, địa lý, khảo cổ học chỉ ra rằng đậu

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

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4


triptophan... Hàm lƣợng của các axit amin có chứa lƣu huỳnh nhƣ methionin, sixtin
trong đỗ tƣơng rất gần với hàm lƣợng của các chất này ở trứng. Điều này cho thấy
đây là loại hạt mà có đầy đủ các loại axit amin cần thiết. Đậu tƣơng là cây cung cấp
dầu thực vật quan trọng nhất thế giới. Hạt đậu tƣơng có chứa hàm lƣợng dầu béo
cao hơn các loại đậu khác. Ngoài ra, trong hạt đậu tƣơng còn chứa nhiều loại

vitamin đặc biệt là vitamin B1, B2, PP, A, K, C... (vitamin C có nhiều trong giá đậu
tƣơng) [3]. Hạt đậu tƣơng có chứa nhiều hợp chất phenolic nhƣ axit chlorogenic,
axit caffeic, axit ferulic acid p-coumaric. Đây là những chất chống oxy hóa tác dụng
có lợi cho sức khỏe con ngƣời.
* Giá trị về nông nghiệp
Đậu tƣơng là nguồn thức ăn cho chăn nuôi rất tốt. Chúng đƣợc sử dụng làm
thức ăn tƣơi (thân, lá đậu tƣơng) cho đại gia súc, thức ăn khô (nghiền tổng hợp) cho
gia cầm. Khô dầu đậu tƣơng có hàm lƣợng dinh dƣỡng khá cao trong đó N chiếm
6,2%; P2O5 chiếm 0,7%; K2O chiếm 2,4%) [2] .
Trong trồng trọt, đậu tƣơng là cây trồng luân canh cải tạo đất, chống xói mòn.
Thân, lá đậu tƣơng có thể sử dụng làm phân bón, thức ăn cho chăn nuôi. Rễ đậu
tƣơng có nốt sần hoạt động cung cấp đạm cho cây và cải tạo đất [3].
* Giá trị về mặt công nghiệp
Bên cạnh hàm lƣợng dinh dƣỡng của đậu tƣơng thì chính giá trị protein của
đậu tƣơng đã mở ra con đƣờng sản xuất sản phẩm mới và nâng cao chất lƣợng sản
phẩm. Đậu tƣơng là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến nhƣ: thực
phẩm, thức ăn chăn nuôi, công nghệ ép dầu, cao su chất dẻo, xà phòng, tơ nhân tạo,
dầu... Hiện nay, trên thế giới đậu tƣơng chiếm khoảng 50% tổng sản lƣợng sử dụng
cho công nghiệp ép dầu. Dầu đậu tƣơng có rất nhiều ƣu điểm là dung dịch có mầu
vàng sáng, có hệ số đồng hoá cao (98%). Dầu đậu tƣơng có nhiệt độ đông đặc thấp
(-150C; -180C) có tác dụng làm bôi trơn máy móc động cơ, chỉ số xà phòng hoá cao
(185 – 195 mg) sử dụng để thuỷ phân 1 g dầu, chỉ số iốt cao (122 – 150mg) dùng để
đo độ bão hoà của axit trong dầu. Ngoài ra, đậu tƣơng còn đƣợc chế biến thành
nhiều sản phẩm khác nhau nhƣ làm nến, xà phòng, ni lông... [3].

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5


1.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và Việt Nam

1.2.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới
Cây đậu tƣơng là một cây trồng có khả năng thích ứng rộng nên đƣợc phân bố
ở khắp các châu lục và đƣợc trồng ở nhiều nƣớc trên thế giới, tập trung ở các nƣớc
có 480 vĩ độ Bắc đến 300 vĩ độ Nam. Hiện nay, phần lớn đậu tƣơng trồng trên thế
giới là các giống biến đổi gen. Theo báo cáo hàng năm của ISAAA, sau 19 năm
phát triển (kể từ năm 1996), các loại cây trồng chuyển gen đƣợc thƣơng mại hóa
ngày càng tăng qua các năm. Tính riêng năm 2014, cây trồng biến đổi gen đƣợc
trồng 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 – 4%. Trong đó, Mỹ là quốc gia đứng đầu về diện tích
cây trồng chuyển gen trên thế giới (73,1 triệu ha, chiếm 40%), tiếp đến là Barazil
(42,2 triệu ha), Argentina (24,3 triệu ha), Ấn Độ (11,6 triệu ha), Canada (11,6 triệu
ha). Trong số các cây trồng biến đổi gen, đậu tƣơng luôn là cây đƣợc nghiên cứu,
trồng thử nghiệm và thƣơng mại hóa với quy mô và diện tích lớn. Trong tổng số
113,05 triệu ha đậu tƣơng, giống chuyển gen chiếm 85% diện tích [54]. Đây là sự
đóng góp to lớn của các nhà chọn tạo giống đậu tƣơng thế giới góp phần vào sự
phát triển của ngành nông nghiệp toàn cầu. Thể hiện tầm quan trọng của cây đậu
tƣơng đối với mỗi quốc gia. Theo thống kê của Tổ chức Lƣơng thực và Nông
nghiệp Liên hiệp Quốc và báo cáo hằng năm của ISAAA (2014), diện tích đậu
tƣơng trên thế giới tăng khoảng 9,23 triệu ha so với năm 2010 đƣợc thể hiện rõ ở
bảng 1.1.
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới trong những năm gần đây
Năm
2010
2011
2012
2013
2014

Diện tích gieo trồng

Năng suất
Sản lƣợng
(triệu ha)
(Tạ/ha)
(triệu tấn)
102,81
25,79
265,12
103,82
25,23
261,89
105,02
22,95
240,97
111,54
24,75
276,03
113,05
25,11
283,873
(Nguồn FAOSTAT, 2015 và ISAAA, 2014)

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6


Hiện nay, có 4 quốc gia sản xuất đậu tƣơng lớn nhất thế giới là Mỹ, Brazil,
Argentina, Ấn Độ. Trong đó, Mỹ là nƣớc sản xuất, tiêu thụ và xuất khẩu đậu tƣơng
lớn nhất. Có trên 94% đậu tƣơng đƣợc trồng ở Mỹ là đậu tƣơng biến đổi gen [54].
1.2.2. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam

Ở Việt Nam, cây đậu tƣơng đƣợc gieo trồng phổ biến trên cả 7 vùng sinh thái
trong cả nƣớc. Theo số liệu thống kê chính thức, đậu tƣơng đang đƣợc trồng tại 25
trong số 63 tỉnh thành cả nƣớc, với khoảng 65% tại các khu vực phía Bắc và 35%
tại các khu vực phía Nam [114]. Đậu tƣơng không chỉ đƣợc trồng trong vụ Xuân
nhƣ một cây trồng phụ mà nó đã trở thành cây trồng chính trong vụ hè của những
vùng đồng bằng và trung du Bắc Bộ, có thể thay hẳn cho vụ lúa mùa. Ngoài ra, đậu
tƣơng còn là một cây trồng rất phù hợp với phƣơng thức luân canh 3 vụ/năm. Tuy
nhiên, quy mô sản xuất vẫn còn tƣơng đối nhỏ và không đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu
thụ trong nƣớc. Nguyên nhân chủ yếu là do năng suất cây trồng còn thấp, các biện
pháp canh tác chƣa hợp lý, chi phí sản xuất lại khá cao và công nghệ thu hoạch vẫn
còn rất lạc hậu. Trong các yếu tố hạn chế trên thì giống và biện pháp kỹ thuật là yếu
tố cản chở chính đến năng suất đậu tƣơng.
Trong những năm gần đây, diện tích gieo trồng đậu tƣơng của Việt Nam bị sụt
giảm một cách nghiêm trọng. Năm 2012, theo thống kê sơ bộ diện tích đậu tƣơng
Việt Nam chỉ đạt 120,8 ngàn ha, năng suất 1,45 tấn/ha, sản lƣợng 175 ngàn tấn; so
với năm 2010 diện tích gieo trồng các nƣớc bị giảm gần 80 ngàn ha, và sản lƣợng
giảm 123,4 ngàn tấn (Niên giám thống kê 2013). Với số liệu này thì Việt Nam chỉ
đạt 30% so với chỉ tiêu kế hoạch đề ra cho năm 2010 (400 ngàn ha) và khó đạt chỉ
tiêu kế hoạch đến 2020 (500 ngàn ha). Theo chủ trƣơng phát triển của Bộ Nông
nghiệp và Phát triển Nông thôn nếu không có giải pháp phù hợp sự suy giảm diện
tích gieo trồng, đồng nghĩa với việc suy giảm sản lƣợng, và hậu quả là sản lƣợng
đậu tƣơng của Việt Nam không đủ để đáp ứng nhu cầu dầu thực vật và nguyên liệu
thức ăn gia súc hằng năm. Theo Cục chăn nuôi Việt Nam, hằng năm Việt Nam phải
nhập nguồn nguyên liệu để chế biến dầu thực vật và thức ăn gia súc với tổng giá trị
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7


lên đến 3,7 tỷ USD, trong đó riêng khô dầu đậu tƣơng đã có 2,7 triệu tấn (tƣơng
đƣơng 5,4 triệu tấn hạt, gấp 30 lần so với sản lƣợng sản xuất đƣợc tại Việt Nam).

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

Hình 1.1. Lƣợng kim ngạch nhập khẩu khô đậu tƣơng của Việt Nam năm 2014 - 2015
Theo tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn, mƣa bão nặng nề và kéo dài suốt năm đã khiế n năng suất cây trồng và
diện tích thu hoạch đậu tƣơng giảm và đƣợc thống kê ở bảng 1.2. Tính cho đến nay,
chúng ta mới cung ứng đƣợc khoảng 7% lƣợng nhu cầu đậu tƣơng trong nƣớc. Đây
là một thách thức cho ngành nông nghiệp và cây đậu tƣơng Việt Nam.
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8


Bảng 1.2. Sản lƣợng đậu tƣơng tại Việt Nam trong những năm gần đây
Năm

2011

2012

2013

2014*

2015*

Diện tích gieo trồ ng
(nghìn ha)

181,1

119,6

117,8

120

130

Năng suất (tấn/ha)

1,47

1,45

1,43

1,47

1,48

Tổng sản lƣợng
(nghìn tấn)

266,9

173,7

168,4

176,4

192,4

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

Hình 1.2. Diện tích trồng và sản lƣợng cây đậu tƣơng tại Việt Nam
Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn,
*số liệu dự báo của USDA

1.3. Từ trƣờng và vai trò của từ trƣờng lên hệ thống sinh học
1.3.1. Định nghĩa từ trường
Từ trƣờng là môi trƣờng vật chất đặc biệt sinh ra quanh các điện tích chuyển
động hoặc do sự biến thiên của điện trƣờng hoặc có nguồn gốc từ các mômen lƣỡng
cực từ nhƣ nam châm.

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9

Độ lớn của từ trƣờng thƣờng đƣợc đo bằng cảm ứng từ (B) và đƣợc định nghĩa
nhƣ sau:

Trong đó:
B: Cảm ứng từ (T)
ΦB: Từ thông (Wb)
S: Diện tích từ thông gửi qua (m2)
1.3.2. Vai trò của từ trường đối với cơ thể sống
Từ trƣờng là một yếu tố môi trƣờng không thể thiếu ở tất cả các cơ thể sống
nhƣ con ngƣời, vật nuôi và cây trồng. Trong suốt quá trình tiến hóa, tất cả các sinh
vật đều trải qua những hoạt động của từ trƣờng Trái Đất (geomagnetic, GMF), là
một thành phần tự nhiên của môi trƣờng. GMF có ảnh hƣởng lên toàn bộ hệ thống
sống và đƣợc biết là ảnh hƣởng đến nhiều các quá trình sinh học [57]. Ở những vị
trí khác nhau, từ trƣờng Trái Đất có độ lớn và hƣớng khác nhau. Ở bề mặt Trái Đất,
theo phƣơng thẳng đứng, độ lớn của từ trƣờng đại tối đa ở các cực từ khoảng 67 μT
và bằng không tại đƣờng xích đạo từ. Đối với phƣơng nằm ngang độ lớn của từ
trƣờng đạt tối đa tại xích đạo từ khoảng 33 μT và bằng không tại các cực từ [58]. Ở
bề mặt của Trái Đất (Nam Mỹ và Nam Phi), độ lớn của từ trƣờng nhỏ hơn 30 mT, ở
miền Bắc Canada và phía nam của Australia và một phần của Siberia khoảng 70 μT
[71]. Hầu hết từ trƣờng quan sát thấy ở bề mặt của Trái Đất có nguồn gốc nội bộ, có
thể đƣợc tạo ra bởi các chuyển động mạnh của các chất dẫn điện lỏng trong lòng đất
[83].
Từ trƣờng là một nhân tố phi sinh học có ảnh hƣởng mạnh mẽ tới các quá trình
sinh học diễn ra trong cơ thể sống. Từ trƣờng làm thay đổi các tính chất của màng tế
bào, tác động tới quá trình phân bào và gây ra một số thay đổi về trao đổi chất trong
tế bào. Từ trƣờng cũng ảnh hƣởng tới các đặc điểm trong quá trình sinh trƣởng và
phát triển của cơ thể sống, các hoạt động ở cấp độ phân tử nhƣ biểu hiện của gen,
sinh tổng hợp protein và hoạt động enzyme trong tế bào, từ đó dẫn tới một loạt các

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10


thay đổi liên quan tới một loạt các chức năng ở cấp độ mô và cơ quan [94] , [49] .
Từ trƣờng còn ảnh hƣởng tới sự phân bố các ion trong tế bào thông qua tác động
vào các kênh dẫn truyền ion [21], [22]. Các nghiên cứu khác cũng chỉ ra rằng, từ
trƣờng cũng tác động tới một số đặc tính khác của thực vật nhƣ sự nảy mầm của
hạt, tốc sinh trƣởng của rễ, của cây non, sự tăng sinh của mô phân sinh đỉnh sinh
trƣởng và thay đổi hàm lƣợng diệp lục. Thêm vào đó, từ trƣờng cũng ảnh hƣởng tới
năng suất của cây trồng. Tác động của từ trƣờng phụ thuộc vào cƣờng độ của từ
trƣờng, cực tác dụng, đối tƣợng sinh học và thời gian tiếp xúc. Cƣờng độ từ trƣờng
quá thấp hoặc quá cao gây ra sự ức chế các hoạt động sinh học. Trong khi ở cƣờng
độ thích hợp thì từ trƣờng lại làm tăng cƣờng các hoạt động của tế bào nhƣ quá
trình nguyên phân, trao đổi chất, thúc đẩy sự sinh trƣởng và phát triển.
Các nghiên cứu trên đối tƣợng vi sinh vật cho thấy, từ trƣờng có tác dụng ức chế
hoặc kích thích sự sinh trƣởng của vi sinh vật tùy thuộc vào cƣờng độ và cực từ.
Chủng vi khuẩn Agrobacterium sinh trƣởng nhanh hơn và khỏe hơn so với đối
chứng khi sinh trƣởng ở từ trƣờng 330 Gauss [13].
1.4. Các nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng lên quá trình sinh học ở thực vật
1.4.1. Ảnh hưởng của từ trường đến sự phát triển của thực vật
Trải qua nhiều năm, những tác động của từ trƣờng về đời sống thực vật đã là
chủ đề của nhiều nghiên cứu. Ngay từ năm 1930, những nghiên cứu của Savostin đã
cho thấy sự tăng 100% trong tỷ lệ kéo dài của cây lúa mì dƣới ảnh hƣởng của từ
trƣờng [90] . Hạt giống hoa hƣớng dƣơng (Helianthus annuus) tiếp xúc với cƣờng
độ từ trƣờng 20 μT tuy rất nhỏ, nhƣng lại tăng đáng kể tổng trọng lƣợng tƣơi, trong
khi trọng lƣợng khô và tỷ lệ nảy mầm vẫn không bị ảnh hƣởng [42]. Bên cạnh đó,
sự kéo dài trụ dƣới lá mầm hạt đậu cũng đã đƣợc nghiên cứu, kết quả là sự kéo dài
của tế bào và áp suất thẩm thấu của cây khi chịu tác động của từ trƣờng cao hơn so

với đối chứng. Nghiên cứu này cho thấy việc thúc đẩy sự kéo dài của các tế bào
dƣới tác dụng của từ trƣờng có thể liên quan đến sự tăng áp suất thẩm thấu trong tế
bào [70]. Đối với hạt đậu tằm (Vicia faba) dƣới tác dụng của từ trƣờng với cƣờng
độ 10 μT và 100 μT tại tần số 50 Hz, 60 Hz làm thay đổi quá trình vận chuyển qua
màng ở chóp rễ [93].
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11


Một số nghiên cứu cũng cho rằng từ trƣờng có khả năng trì hoãn sự hình thành
và phát triển của thực vật. Dƣới tác dụng của một loạt từ trƣờng với cƣờng độ thấp
(từ 20 nT – 0,1 mT) trên cây lúa mì trong vòng 3-5 ngày làm cây phát triển chậm
hơn so với đối chứng [24]. Cây con Vulgare hordeum trồng dƣới tác dụng của từ
trƣờng cƣờng độ 10 nT cho thấy sự giảm trọng lƣợng tƣơi của chồi (12%) và rễ
(35%), cũng nhƣ trọng lƣợng khô của chồi (19%) và rễ (48%) so với đối chứng [59].
1.4.2. Tác động của từ trường lên sự nảy mầm của hạt
Từ trƣờng làm tăng tỉ lệ phát triển của cây con ở giai đoạn tiếp theo ở các cây
lúa mạch, ngô, đậu, lúa mỳ, các cây hoa quả và một số loài cây khác. Hơn nữa, từ
trƣờng với tần số 16 Hz đƣợc sử dụng nhƣ một phƣơng pháp cải thiện giống sau thu
hoạch đối với các loại giống khác nhau, đặc biệt cho hạt giống của loài nhạy cảm
với nhiệt độ nảy mầm thấp [85].
Hạt của cây rong (Cryptotaenia japonica) khi phơi nhiễm với sự thay đổi thời
gian theo hình sin với tần số thấp (ELF) kết hợp với từ trƣờng trái đất cho thấy có
ảnh hƣởng đến hoạt động của tế bào và enzyme ở trong giai đoạn nảy mầm hạt. Từ
trƣờng cũng đƣợc ứng dụng để thúc đẩy sự nảy mầm của hạt đậu Phaseolus
vulgaris [87].
Đậu tƣơng (Glycine max) dƣới tác dụng của từ trƣờng có cƣờng độ 1500 nT ở
các tần số 0,1 Hz; 1,0 Hz; 10 Hz và 100 Hz trong vòng 5 giờ/ngày liên tục trong 20
ngày. Kết quả cho thấy, tỉ lệ nảy mầm tăng và đạt hiệu quả cao nhất dƣới tần số 10
Hz và 100 Hz. Từ trƣờng làm tăng các thông số liên quan đến sự nảy mầm nhƣ sự

hấp thu nƣớc, tốc độ nảy mầm, chiều dài cây giống, trọng lƣợng tƣơi, trọng lƣợng
khô và chỉ số sức sống của hạt giống đậu tƣơng trong điều kiện phòng thí nghiệm
[92]. Các hạt đậu tiếp xúc với từ trƣờng cƣờng độ 60 mT, 120 mT, 180 mT trong
các khoảng thời gian 5 phút, 10 phút và 15 phút trƣớc khi gieo cho thấy tăng đáng
kể tốc độ nảy mầm. Ngoài ra, cũng thấy rằng việc tiếp xúc với từ trƣờng cƣờng độ
60 mT và 180 mT tăng đáng kể các thông số nảy mầm của hạt đậu và phƣơng pháp
tác động này có thể đƣợc sử dụng trong thực tế để đẩy nhanh tốc độ nảy mầm trong
hạt đậu [53].

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12


Hiệu quả của phƣơng pháp sử lý từ trƣờng trƣớc khi gieo hạt đã đƣợc nghiên
cứu ở giống đậu bắp (Abelmoschus esculentus) đƣợc sử lý từ trƣờng với cƣờng độ
99 mT trong 3 phút và 11 phút cho thấy, tỷ lệ nảy mầm tăng lên khoảng 50%, số
hoa, diện tích lá, số quả trên cây, khối lƣợng quả trên cây cao hơn so với đối chứng
[69].
Tiền xử lý hạt giống ngô với từ trƣờng trong thời gian 0 phút, 15 phút, 30 phút
và 45 phút giúp cải thiện phần trăm nảy mầm, hàm lƣợng chlorophyll, diện tích lá,
trọng lƣợng tƣơi và trọng lƣợng khô của cây và sản lƣợng. Hạt đƣợc phơi nhiễm ở
từ trƣờng trong thời gian 30 phút và 45 phút cho kết quả tốt nhất làm tăng hiệu quả
kinh tế đối với sản xuất trong bối cảnh của một nền nông nghiệp hiện đại, hữu cơ và
bền vững [23].
Đối với cây cà chua (Solanum lycopersium), khi sử dụng từ trƣờng ở cƣờng độ
và thời gian khác nhau có hiệu quả đáng kể lên cây cà chua. Kết quả nghiên cứu
cũng cho thấy, thời gian hạt nảy mầm giảm từ 10% đến 90%, tỷ lệ nảy mầm tăng,
chiều dài rễ và chồi tăng hơn so với hạt không đƣợc xử lý với từ trƣờng. Xử lý từ
trƣờng ở cƣờng độ 160 mT trong thời gian 1 phút và 200 mT trong thời gian 1 phút
cho hiệu quả tốt nhất [35].

Đối với đậu xanh (Vigna radiata) khi tiếp xúc với từ trƣờng có cƣờng độ 87
mT - 26 mT trong vòng 100 phút, cho thấy tốc độ nảy mầm tăng tuyến tính theo
cƣờng độ từ trƣờng tăng dần. Tính toán các giá trị nhƣ thời gian nảy mầm trung
bình, tỷ lệ nảy mầm trung bình, hệ số tƣơng quan tỉ lệ nảy mầm, hằng số từ trƣờng,
thời gian tiếp xúc, sự hấp thu nƣớc đã chỉ ra tác động của từ trƣờng tĩnh giúp cải
thiện tỉ lệ nảy mầm hạt đậu xanh ngay cả khi không phải đúng mùa vụ [64].
Tuy nhiên, tác dụng của từ trƣờng đến sự nảy mầm cũng có nhiều kết quả trái
ngƣợc. Ví dụ nhƣ, thời gian nảy mầm trung bình của lúa (Oryza sativa) khi đƣợc
tiếp xúc với từ trƣờng ở cƣờng độ 125 mT và 250 mT trong thời gian khác nhau (1
phút, 10 phút, 20 phút, 1 giờ, 24 giờ) cho tỉ lệ nảy mầm giảm đáng kể so với các
mẫu không đƣợc xử lý từ trƣờng. Nhƣ vậy, từ trƣờng ảnh hƣởng kìm hãm đến sự
nảy mầm và giai đoạn đầu của sự phát triển ở cây lúa [44].

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13


1.4.3. Tác dụng của từ trường lên chồi và rễ
Đối với một số loài thực vật, khi xử lý hạt với từ trƣờng làm tăng tỉ lệ tăng
trƣởng của cây. Cây ngô khi đƣợc xử lý với từ trƣờng có trọng lƣợng tƣơi tăng lên
so với mẫu đối chứng. Tỉ lệ tăng trƣởng cao nhất thu đƣợc khi xử lý mẫu ở cƣờng
độ từ trƣờng 125 mT và 250 mT [45]. Carbonel và cs (2011) cũng thu đƣợc kết quả
tƣơng tự khi xử lý hạt giống đậu ở cƣờng độ 125 mT và 250 mT. Kết quả cho thấy
khi tăng thời gian tiếp xúc với từ trƣờng ở hai cƣờng độ trên sẽ làm tăng tỉ lệ nảy
mầm của hạt [27].
Martinez đã cho thấy, từ trƣờng có tác dụng kích thích ở giai đoạn đầu sự phát
triển của hạt giống lúa mạch. Hạt lúa mạch cho tiếp xúc với từ trƣờng cƣờng độ 125
mT ở các khoảng thời gian khác nhau (1 phút, 10 phút, 20 phút, và 60 phút, 24 giờ,
và tiếp xúc mãn tính), kết quả là tăng trọng lƣợng và chiều dài cây con [66].
Ở cây Dioscorea opposita khi đƣợc xử lý với từ trƣờng, ngƣời ta nhận thấy ở

giai đoạn cây con có sự phát triển tốt nhất. So sánh với mẫu đối chứng, tỉ lệ tăng lên
30%, số lƣợng rễ tăng lên 8% và chiều dài trung bình của rễ tăng lên 2,62 cm [60].
Từ trƣờng có cƣờng độ 5 mT và tần số 16 Hz cũng ảnh hƣởng đế số lƣợng rễ và lá
của cây củ cải đƣờng (Beta vulgaris var saccharifera) [86]. Nghiên cứu của
Vashisth và Nagarajan (2010) cho thấy, trong hạt nảy mầm đƣợc xử lý từ trƣờng,
hoạt tính của enzyme amylase, dehydrogenase và protease cao hơn đáng kể so với
mẫu đối chứng [101] .
1.4.4. Ảnh hưởng của từ trường tới quá trình quang hợp
Khi đặt ngô vào trong từ trƣờng tĩnh ở cƣờng độ 100 và 200 mT, quá trình
quang hợp, lỗ khí khổng và hàm lƣợng chlorophyll ở cây ngô đều tăng [17]. Xử lý
hạt bằng điện từ trƣờng trƣớc khi gieo trồng có thể giảm thiểu những tác động bất
lợi gây ra bởi hạn hán ở các cây trồng khác nhau. Tiền xử lý hạt của hai giống ngô ở
hai cƣờng độ từ trƣờng 100 mT và 150 mT trong 10 phút làm giảm bớt đáng kể bởi
tác động của hạn hán lên sự sinh trƣởng của cây do cải thiện đƣợc hàm lƣợng
chlorophyll a và do sự dập tắt quang hóa và dập tắt không quang hóa [55].

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14


Tỉ lệ hấp thu CO2 của cây củ cải đƣợc đặt trong từ trƣờng thấp hơn so với các
cây đối chứng. Trọng lƣợng khô và diện tích lá mầm của các cây đặt trong từ trƣờng
cũng thấp hơn đáng kể so với cây đối chứng [105].
1.5. Vai trò của từ trƣờng lên hệ thống nuôi cấy mô thực vật
Trong những năm gần đây, nhiều nghiên cứu về tác động của từ từ trƣờng lên
hệ thống nuôi cấy mô đã đƣợc tiến hành nhƣng chƣa nhiều và không đƣợc xác định
rõ. Atak (2003) đã nghiên cứu ứng dụng của từ trƣờng trên in vitro tái sinh của đậu
tƣơng từ chồi đỉnh. Thân, lá và rễ tái sinh, trọng lƣợng tƣơi và hàm lƣợng chất diệp
lục thay đổi dƣới các cƣờng độ từ trƣờng (2,9 – 4,6 mT) và thời gian tiếp xúc (2,2 –
19,8 giây) [19]. Thí nghiệm nuôi cấy mô của Paulownia tomentosa và Paulownia

fortunei tiếp xúc với từ trƣờng cƣờng độ 2,9 – 4,8 mT ở thời gian 2,2 giây; 6,6 giây;
19,8 giây cho thấy tăng khả năng tái sinh của Paulownia và rút ngắn thời gian tái
sinh. Khi các mẫu nuôi cấy đƣợc tiếp xúc với từ trƣờng có độ lớn 2,9 – 4,8 mT
trong 19,8 giây; sự tái sinh Paulownia tomentosa và Paulownia fortunei chiếm ƣu
thế hơn so với đối chứng [106]. Hiệu quả tƣơng tự của từ trƣờng cũng đƣợc tìm
thấy trong Phalenosis, Cybium và Spathipyllum [99] , [100] . Về cơ bản từ trƣờng
nhân tạo có tác dụng tăng hiệu quả của quá trình nuôi cấy mô bởi nó làm thay đổi
các đặc tính của màng tế bào, thực hiện việc tái tạo tế bào và gây ra một số thay đổi
trong chuyển hóa tế bào.
1.6. Chọn tạo giống đậu tƣơng bằng phƣơng pháp chuyển gen
Năm 1988, cây đậu tƣơng chuyển gen đầu tiên đƣợc công bố Hinchee và cs,
(1988) [52]. Kể từ đó, đậu tƣơng biến đổi gen đã đƣợc nghiên cứu và chọn tạo rộng
rãi bởi các nhà sản xuất của Mỹ, Argentina, Canada, Brazil… Từ những năm 1990,
cây đậu tƣơng kháng thuốc diệt cỏ “Roundup – ready” là sản phẩm độc quyền của
công ty Monsanto. Hiện nay, họ đã và đang cung cấp giống cho hơn một nửa diện
tích trồng đậu tƣơng tại Mỹ. Brazil là nƣớc sản xuất đậu tƣơng lớn thứ hai sau Mỹ,
đang trong quá trình tranh luận để công nhận về mặt luật pháp đối với cây trồng
biến đổi gen (bao gồm đậu tƣơng), tuy nhiên một số báo cáo cho rằng hơn một nửa
lƣợng đậu tƣơng trồng tại miền bắc Brazil đã là các giống đƣợc biến đổi gen [43].

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15


Trong những năm gần đây, công nghệ gen phát triển mạnh các nhà nghiên
cứu của viện Energy – Joint genome đã tiến hành giải trình tự genome của đậu
tƣơng và đã phát hiện trong genome của đậu tƣơng có khoảng 60.000 gen đƣợc
phân tích trong đó 5.671 là các nhân tố phiên mã sẽ quyết định kiểu hình bao gồm
kháng hạn, kháng ngập úng, nồng độ protein và dầu cao... [102]. Các yếu tố ảnh
hƣởng đến năng suất chính yếu bao gồm các yếu tố sinh học nhƣ cỏ dại, sâu, bệnh

và các yếu tố phi sinh học nhƣ hạn, mặn, lạnh, nóng, nhiễm độc kim loại. Năng suất
giảm 37% bởi cỏ dại, 11% do các loại mầm bệnh, 1% do virus và 11% do sâu hại có
nguồn gốc động vật. Mức giảm do cỏ dại thay đổi không lớn giữa các khu vực (35 –
40%), tuy nhiên mức thiệt hại do mầm bệnh và sâu hại khá cao, tƣơng ứng dao động
ở 7 – 16% đối với mầm bệnh và 4 – 20% đối với sâu hại bởi vì sự khác biệt về sâu
hại chính giữa các vùng, miền [72]. Trong khi đó, các yếu tố bất lợi cũng gây ảnh
hƣởng nghiêm trọng đến năng suất và sản lƣợng của đậu tƣơng. Trong đó, ảnh
hƣởng của hạn là đặc biệt nghiêm trọng, có thể làm giảm từ 40-60% năng suất đậu
tƣơng. Hiện nay, các tính trạng đã và đang đƣợc các nhà chọn tạo giống đậu tƣơng
bằng công nghệ gen quan tâm nghiên cứu bao gồm [63]:
- Kháng thuốc diệt cỏ: Ngày nay, hơn 85% đậu nành ở Mỹ và 56% đậu tƣơng
trên thế giới là đậu tƣơng kháng thuốc diệt cỏ và đây là tính trạng phổ biến nhất của
cây chuyển gen. Các gen mã hóa cho tính trạng kháng các thành phần trong thuốc
diệt cỏ đã đƣợc ứng dụng gồm: ALS (acetolactate synthase), aroA (phân lập từ
Agrobacterium dòng CP4), GAT (phân lập từ Bacillus lichenformis), PAT (phân lập
từ

Streptomyces

viridochromogenes),

BAR

(phân

lập

từ

Streptomyces

hygroscopicus).
- Kháng nấm: Nấm là một trong những nguyên nhân gây bệnh ở đậu tƣơng.
Các nhà khoa học đã phát hiện có hơn 40 loài nấm gây bệnh đã đƣợc xác định là có
hại lên sự phát triển của thực vật, trong đó có các loài xâm nhiễm trên cây đậu
tƣơng mà nghiêm trọng nhất là Phytophthora (gây thối rễ). Các gen kháng với
Phytophthora tự nhiên (Rps) cũng đã đƣợc nhận diện, phân lập và chuyển vào cây
đậu tƣơng [47]. Ngoài ra, Sclerotina sclerotiorum (một loại mốc trắng) cũng là một
tác nhân gây quan trọng trên đậu tƣơng. Gen OXO đã đƣợc nghiên cứu biến nạp vào
đậu tƣơng để giúp cây kháng với mốc trắng [26].
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16


- Kháng tuyến trùng: Hơn 100 loài tuyến trùng có thể xâm nhiễm vào cây đậu
nành, gây hƣ hại rễ, làm cây héo và do đó làm năng suất giảm. Khi xâm nhiễm vào
rễ, tuyến trùng tiết một số các hợp chất làm cho một số tế bào của rễ hình thành nên
một cấu trúc đặc biệt gọi là hỗn bào SCN [61]. Gen kháng SCN tự nhiên đã đƣợc
định vị và dòng hóa để chuyển vào cây đậu tƣơng. Ngoài ra, ngƣời ta còn tạo ra các
cây kháng tuyến trùng bằng cách chuyển vào cây gen mã hóa cho các peptide ức
chế tuyến trùng,ví dụ nhƣ Oc-I∆D86 hay CpT1.
- Kháng virus: Có khoảng hơn 100 loại virus gây hại trên thực vật, trong đó
virus khảm BPMV và SbDV là hai loại virus quan trọng nhất tác động lên đậu
tƣơng [110]. Phƣơng pháp biến nạp làm im lặng gen sau phiên mã thông qua RNA
đã đƣợc sử dụng để tạo ra các cây chuyển gen kháng virus, bằng cách chuyển một
cassette gồm mạch sense và mạch antisense của gen mã hóa cho protein vỏ virus
(CP – coat protein) vào cây.
- Kháng côn trùng: Có rất nhiều loài côn trùng tấn công vào cây đậu tƣơng.
Bt (phân lập từ Bacillus thuringiensis) đƣợc xem là chiến lƣợc hiệu quả nhất cho
việc tạo cây đậu tƣơng chuyển gen kháng côn trùng. Hơn 50 gen độc Bt đã đƣợc

dòng hóa cho mục đích này [112] . Bên cạnh gen Bt, protein TcdA (đƣợc phân lập
từ Photorhabdus luminescens) cũng đƣợc chứng minh là có tiềm năng ứng dụng
trong thực vật chuyển gen kháng côn trùng [62]. Ở đậu tƣơng, sâu hại là nhóm đối
tƣợng thƣờng xuyên gây ra những thiệt hại đáng kể đối với sản xuất đậu tƣơng. Sâu
hại tất cả các bộ phận của cây, nhóm sâu hại lá, thân, quả, sâu hại trong đất. Có tới
360 loài sâu hại đậu tƣơng ở các vùng trồng đậu tƣơng trên thế giới. Tuy nhiên, các
loài sâu hại và mức độ gây hại ở các vùng có sự biến thiên. Ở Mỹ, các sâu hại phổ
biến trên đậu tƣơng là các sâu ăn lá Hypena scabra, sâu đo, bọ xít vệt đỏ
(Piezodorus guildinii). Ở Ấn Độ, các loài sâu hại nghiêm trọng gồm có dòi đục lá
(Aproaerema modicella) và đục thân (Melanagromyza sojae) làm giảm 20 – 30 %
năng suất hàng năm. Ngoài ra, các nhóm sâu ăn lá (sâu xanh, sâu khoang), và bọ trĩ
cũng là những đối tƣợng hại nghiêm trọng đối với sản xuất ở Ấn Độ [91], [25]. Ở
Thái Lan, sâu hại đậu tƣơng đƣợc chia ra 3 nhóm sâu ăn lá, sâu hại quả và sâu hại
thân. Các sâu quan trọng và phổ biến ở cả 2 vụ đậu gồm có sâu xanh, sâu khoang,
sâu đục thân, sâu đục quả, sâu cuốn lá, bọ trĩ [10]. Ở Indonesia, số liệu điều tra ghi
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17


nhận sâu đục quả đậu Etiella zinkenella và sâu xanh tấn công 9% và 11% số quả
đậu, thiệt hại quả là 12% và chủ yếu là do sâu đục quả [96]. Tính cho đến hiện nay,
đã có giống đậu tƣơng kháng sâu mang các gene Cry1Ac, Cry1Ab, Cry2Ab, Cry1F
đƣợc đƣa vào sản xuất (ISSA, 2014).
- Kháng các stress phi sinh học: Tạo ra cây chuyển gen kháng với các stress
phi sinh học là một thách thức lớn với công nghệ sinh học thực vật. Các stress này
bao gồm: hạn hán, lạnh, tính mặn, nhiệt và kim loại nặng. Một số gen tiềm năng cho
kháng stress phi sinh học trên cây đậu tƣơng là: CAX1 (mã hóa cho protein của kênh
vận chuyển cation/proton trên màng tế bào, ứng dụng trong việc tạo cây chuyển gen
kháng mặn), P5CR (mã hóa cho một enzyme chìa khóa trong con đƣờng tổng hợp
proline, tích lũy proline có thể dẫn đến sự hình thành tính kháng hạn và kháng nhiệt

độ cao)… Nghiên cứu của Gottikonda và cs, cũng tạo đƣợc dòng đậu tƣơng kháng
hạn sau khi biến nạp gen DREB1D [50]. Tƣơng tự nhƣ vậy, Quach và cs, cũng đã
chứng minh đƣợc các gen GmNAC003 và GmNAC004 có tiềm năng ứng dụng trong
chọn tạo giống đậu tƣơng kháng hạn bằng công nghệ gen. Các cây Arabidopsis sau
khi đƣợc biến nạp các gen này đã thể hiện tính chống chịu hạn tốt, bộ rễ phát triển
khỏe hơn so với đối chứng [84]. Các điều kiện bất lợi của môi trƣờng diễn ra do hệ
quả của sự thay đổi biến đổi khí hậu toàn cầu, trong đó, đặc biệt là tình trạng hạn
hán và thiếu nƣớc sử dụng đã và đang trở thành vấn nạn chung của nhiều quốc gia
[28]. Đối với đậu tƣơng, ảnh hƣởng bởi sự thiếu hụt nƣớc gây ra các hệ quả to lớn.
Trong vòng từ năm 2008 đến 2012, lƣợng mƣa của các vùng sản xuất nông nghiệp
bị suy giảm, đặc biệt là vùng châu Mỹ La Tinh nhƣ Brazil, Argentina, Paraguay,
Uruguay, đặc biệt là vụ mùa năm 2011 – 2012 [11]. Sản lƣợng đậu tƣơng của Brazil
bị mất tới 64% so với dự kiến. Ở Argentina, sự thiếu hụt mƣa vào cuối năm 2011 và
đầu năm 2012 dẫn đến năng suất trung bình giảm 30%. Theo tính toán của CREA,
năng suất đậu tƣơng khi trồng dự kiến là 3545kg/ha, nhƣng đến tháng 2/2012 năng
suất thực chỉ còn 2523kg/ha. Tuy năng suất không giảm 50% nhƣ dự kiến của năm
2009 – 2009 (1800kg/ha), nhƣng thiệt hại do hạn hán gây ra là đặc biệt nghiêm
trọng. Ở Paraguay, 45% sản lƣợng đậu tƣơng năm 2012 bị mất đi khi so sánh với
năm trƣớc [32]. Tình hình hạn hán vẫn tiếp tục trong những năm sắp tới của thế kỷ
này, do vậy, việc giảm thiểu ảnh hƣởng của hạn đến năng suất đậu tƣơng đang là
Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18


vấn đề đặc biệt đƣợc coi trọng. Tuy nhiên, việc tạo ra cây đậu tƣơng chống chịu hạn
vẫn còn khó khăn.
- Thay đổi thành phần dầu: Dầu đậu tƣơng cũng tƣơng tự nhƣ các loại dầu
thực vật khác, chứa 5 loại acid béo thƣờng gặp là: palmitic acid (11%), stearic acid
(4%), oleic acid (22%), linoleic acid (53%) và linolenic acid (8%). Mục tiêu chiến
lƣợc để làm gia tăng chất lƣợng dầu đậu tƣơng là giảm hàm lƣợng acid béo bão hòa

và acid béo chƣa bão hòa đa (polyunsaturated), đồng thời tăng hàm lƣợng các acid
béo bão hòa đơn (monounsaturated). Ngoài lợi ích cho sức khỏe con ngƣời, việc tạo
đậu tƣơng chuyển gen có hàm lƣợng oleic acid cao (80%) và hàm lƣợng acid béo
bão hòa cũng nhƣ acid béo bão hòa đa thấp (lần lƣợt là 6% và 5%) bằng cách khóa
sự biểu hiện của gen FAD2 đem lại tiềm năng ứng dụng làm dầu sinh học (biodiesel
hay biofuel) [82].
- Thay đổi hàm lƣợng protein: Đậu nành là một trong những thực phẩm giàu
protein nhất (40% trọng lƣợng là protein) bao gồm chủ yếu là 2S, 7S và 11S
globulin (còn đƣợc gọi là conglycinin và glycinin). Gen mã hóa cho conglycinin và
glycinin đã đƣợc phân lập và dòng hóa vào một vector biểu hiện antisense vào năm
2002 [56]. Việc biến nạp cấu trúc này sẽ tạo ra các cây đậu nành không có protein
7S hoặc 11S.
- Thay đổi thành phần amino acid: Động vật hữu nhũ hấp thu các amino acid
từ thực phẩm, một trong số các amino acid quan trọng là lysine. Để bổ sung lysine
vào hạt đậu nành, ngƣời ta tạo cây chuyển gen với 2 gen mã hóa cho enzyme liên
quan đến con đƣờng sinh tổng hợp lysine là AK và DHDPS. Sự biểu hiện của
DHDPS và AK đã làm tăng lƣợng lysine lên 100 lần [40]. Ngoài ra còn có các gen
mục tiêu khác để làm gia tăng giá trị dinh dƣỡng cho hạt đậu nành nhƣ gen mã hóa
cho methionine và cysteine.
- Bổ sung vitamin E: Vitamin E là một nhóm các hợp chất gồm có 8 dạng: α-,
β-, γ- và δ-tocopherol và 4 dẫn xuất chƣa bão hòa α-, β-, γ- và δ- tocotrienol. Hạt
đậu tƣơng tổng hợp tocopherol với tỉ lệ: γ-tocopherol 60 – 65% và δ-tocopherol 20
– 26%, tuy nhiên các tocopherol này có hoạt tính thấp. Việc chuyển gen HGGT làm
tăng tích lũy vitamin E tổng lên 10 – 15 lần. Gen At- VTE3 từ Arabidopsis đã đƣợc

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19


dòng hóa và chuyển vào đậu tƣơng cho kết quả tăng tích lũy α-tocopherol lên 95%

[89].
1.7. Thực trạng nghiên cứu biến nạp gen vào đậu tƣơng
Công nghệ biến nạp gen ở đậu tƣơng đã đƣợc rất nhiều nhà khoa học trên thế
giới nghiên cứu và cải tiến. Trong đó, phƣơng pháp chuyển gen thông qua vi
khuẩn Agrobacterium tumefaciens vào mô in vitro nhằm tạo cây trồng biến đổi gen
đem lại tỷ lệ thành công cao và ít tốn kém. Ngày nay, hai hệ thống chuyển gen ở
đậu tƣơng là chuyển gen thông qua nốt lá mầm (cotyledon node) và thông qua phôi
vô tính (embryogenesis) đƣợc cho là có hiệu quả và đƣợc ứng dụng rộng rãi.
Hinchee và cs (1988) đã tái sinh thành công cây đậu tƣơng biến đổi gen thông qua
vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens bằng cách sử dụng nốt lá mầm làm mô đích
[52]. Các nghiên cứu ban đầu cho thấy chỉ có một giống đậu tƣơng thích hợp để lây
nhiễm với Agrobacterium và có sẵn hệ thống tái sinh [36], [52], [78]. Tuy nhiên,
các nghiên cứu gần đây đã khắc phục đƣợc các hạn chế đó [37], [76].
Các nhà nghiên cứu đã xây dựng thành công phƣơng pháp chuyển gen đậu
tƣơng và có thể lặp lại đƣợc bằng cách sử dụng các mảnh nốt lá mầm từ các cây con
và các hạt trƣởng thành cho chuyển gen thông qua vi khuẩn Agrobacterium [38],
[52], [75]. Vùng nốt lá mầm có chứa vùng mô phân sinh nách lá nằm giữa lá mầm
và trụ dƣới lá mầm. Mô phân sinh nách lá sẽ biệt hóa và tái sinh thông qua hình
thành nhiều chồi bất định khi nuôi cấy trên môi trƣờng chứa cytokinin và
benzylaminopurine. Mức độ hình thành chồi phụ thuộc vào kiểu gen của mẫu nuôi
cấy, hầu hết đều có thể hình thành chồi bất định ở vùng nốt lá mầm. Kỹ thuật gây
tổn thƣơng nốt lá mầm bằng dao phẫu thuật đòi hỏi phải ngƣời làm phải có kĩ năng
để chuẩn bị mẫu cho lây nhiễm với vi khuẩn [111]. Ngƣợc lại, kỹ thuật tạo vết cắt
trên nốt lá mầm đậu tƣơng bằng cách sử dụng thép không gỉ để rạch là phƣơng pháp
dễ sử dụng, tạo vết cắt đồng đều, không đòi hỏi kĩ năng của ngƣời làm thí nghiệm
[103]. Thêm vào đó, các tác nhân khử nhƣ L-cysteine và thiol trong môi trƣờng
đồng nuôi cấy lỏng làm tăng đáng kể hiệu quả chuyển gen vào các tế bào nốt lá
mầm [73] , [74] và tạo ra các cây chuyển gen hữu thụ [75]. Kết hợp sử dụng tác
nhân khử và vector nhị thể, acetosyringone sẽ làm tăng hiệu quả chuyển gen [33],

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20


[88]. Cây đậu tƣơng chuyển gen đầu tiên đƣợc tạo ra sử dụng gen nptII kháng lại
kanamycine là gen chỉ thị chọn lọc [52]. Hiện nay, các mẫu chuyển gen đậu tƣơng
thƣờng đƣợc chọn lọc bằng gen bar và thuốc trừ cỏ phosphinothricin (glufosinate)
[108], [111]. Nồng độ của tác nhân chọn lọc có ảnh hƣởng đáng kể tới tần suất
chuyển gen [108], vì thế với mỗi giống đậu tƣơng khác nhau có nồng độ chọn lọc
phù hợp. Tần số chuyển gen thu đƣợc từ 0,2% đến 10% [75], [79], [108] cho thấy
hiệu quả chuyển gen còn phụ thuộc vào kĩ năng của ngƣời thực hiện thí nghiệm và
phụ thuộc giống đậu tƣơng.
Tiếp đến, nhiều nhóm tác giả ở các phòng thí nghiệm khác nhau trên thế giới
tiến hành ứng dụng, nghiên cứu cải tiến phƣơng pháp nhằm nâng cao hiệu quả biến
nạp gen [73] , [65]. Christianson và cs, 1983 lần đầu tiên công bố kết quả tái sinh
thông qua phôi vô tính [31]. Sau đó, một số tác giả đã cải tiến và tối ƣu môi trƣờng,
xây dựng phƣơng pháp tái sinh thông qua phôi vô tính ở giai đoạn quả non [41],
[107], [95]. Nhƣợc điểm của cả hai phƣơng pháp trên là tiêu tốn nhiều thời gian,
hiệu quả biến nạp gen chỉ đạt từ 0,3 - 2,8%. Vì những nhƣợc điểm này, một số nhà
khoa học tiến hành thử nghiệm, tìm kiếm phƣơng pháp mang lại hiệu quả cao hơn
nhƣ chuyển gen qua trụ dƣới lá mầm (hypocotyls) [18]; [48], phƣơng pháp nửa hạt
[79], và các lá mầm hợp tử chƣa trƣởng thành [104]. Tuy nhiên, các phƣơng pháp
này cũng không mang lại hiệu quả, mặt khác ít đƣợc ứng dụng. Paz và cs (2005) đã
tiến hành cải tiến phƣơng pháp nốt lá mầm không qua giai đoạn nuôi cấy nảy mầm
trƣớc khi lây nhiễm với vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Phƣơng pháp này có
ƣu điểm hơn các phƣơng pháp trƣớc đó là thời gian đƣợc rút ngắn, hiệu quả biến
nạp nâng cao (3,8%) [80]. Cho tới nay, kết quả công bố về hiệu quả của phƣơng
pháp này vẫn cao hơn các phƣơng pháp khác.
Ở nƣớc ta, việc ứng dụng công nghệ sinh học trong tạo giống cây trồng đã
đƣợc triển khai nghiên cứu một cách đầy đủ từ khá lâu. Nghiên cứu chuyển gen vào

đậu tƣơng đã đƣợc tiến hành thành công ở nhiều trung tâm, viện nghiên cứu nhƣ
Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long, Viện Công nghệ
Sinh học … Tuy nhiên, nghiên cứu chuyển gen kháng sâu, kháng hạn đã và đang
đƣợc triển khai tại Viện Di truyền Nông nghiệp [4] và Viện Lúa đồng bằng sông

Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21