Luận văn Thạc sĩ Công nghệ sinh học: Nghiên cứu đặc điểm của gen mã hóa chalcone isomerase phân lập từ cây đậu tương

Chia sẻ: Trương Yến | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

44
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn được thực hiện với mục tiêu nhằm phân tích được đặc điểm của gen mã hóa chalcone synthase trong con đường sinh tổng hợp isoflavone phân lập từ hai giống đậu tương khác nhau về hàm lượng isoflavone. Mời các bạn cùng tham khảo.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Công nghệ sinh học: Nghiên cứu đặc điểm của gen mã hóa chalcone isomerase phân lập từ cây đậu tương

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN MÃ HÓA CHALCONE ISOMERASE PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN MÃ HÓA CHALCONE ISOMERASE PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa ho ̣c: GS. TS. Chu Hoàng Mâ ̣u Thái Nguyên - 2016 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
3 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) thuộc cây họ đậu (Fabaceae), là cây trồng quan trọng không chỉ ở Việt Nam và còn xuất hiện ở gần 200 quố c gia trên thế giới. Đậu tương là cây trồng cạn ngắn ngày , có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao. Đối với nông nghiệp, đậu tương là cây trồng thân thiện với môi trường và thúc đẩy phát triển kinh tế nông nghiệp. Đậu tương được ví như nhà máy sản xuất đạm tự nhiên nhờ các nốt sần trong rễ cây giúp cải thiện chất lượng đất thông qua khả năng hấp thụ nitơ tự nhiên. Các sản phẩm từ đậu tương đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Nhiều nghiên cứu cho thấy đậu tương tốt cho sức khỏe con người nhờ có chứa thành phần isoflavone . Isoflavone là dươ ̣c chất có nguồn gốc thảo mộc , có thể làm giảm sự xuất hiện của một số loại ung thư, giảm các triệu chứng mãn kinh, ngăn ngừa các bệnh về tim mạch, béo phì, loãng xương, ngăn chặn sự gia tăng cholesterol trong máu. Bên cạnh đó isoflavone giúp phụ nữ tăng cường chất lượng của da, giảm được các nếp nhăn, giảm độ sâu của nếp nhăn mắt, làm cho da săn chắc hơn nhờ tăng cường kết nối collagen, đồng thời cải thiện màu sắc và giữ ẩm cho da. Con đường sinh tổng hợp isoflavone ở đâ ̣u tương được biết là một nhánh của con đường phenylpropanoid với hai enzyme chìa khóa là chalcone synthase (CHI) và isoflavone synthase (IFS) để tổng hợp isoflavone genistein và daidzein có khả năng chống oxi hóa mạnh nhất. Chúng được tìm thấy chủ yếu ở đậu tương và các loại cây họ đậu khác. Tuy nhiên, hàm lượng isoflavone trong đậu tương rấ t thấ p, khoảng từ 50 – 3000 µg/g và tồn tại ở hai dạng chính là glycoside và aglucone. Dạng glycoside có trọng lượng phân tử lớn, chiếm tới trên 90% isoflavone tổng số được cho là hấp thụ hạn chế trong hệ tiêu hóa người, trong Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
4 khi đó, dạng aglucone được hấp thụ nhanh hơn , nhưng hàm lươ ̣ng la ̣i rất thấp , chỉ chiếm từ 1% – 5% isoflavone tổng số. Chính vì vậy nghiên cứu ứng dụng công nghệ gen vào việc cải thiện theo hướng nâng cao hàm lượng isoflavone trong hạt đậu tương là rất cần thiết. Kỹ thuật biể u hiê ̣n gen ở thực vâ ̣t cho phép tạo ra các dòng cây có khả năng tổng hợp isoflavone với hàm lượng cao , tạo nguyên liê ̣u phu ̣c vụ sản xuất các chế phẩ m sinh ho ̣c đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của công tác chăm sóc và bảo vêsư ̣ ́ c khỏe con người ở nước ta. Xuất phát từ những lý do trên , đề tài luận văn thạc sĩ đã được chúng tôi lựa chọn và thực hiện là: “Nghiên cứu đặc điểm của gen mã hóa chalcone isomerase phân lập từ cây đậu tương”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Phân tích được đặc điểm của gen mã hóa chalcone synthase trong con đường sinh tổ ng hơ ̣p isoflavone phân lâ ̣p từ hai giống đâ ̣u tương khác nhau về hàm lượng isoflavone. 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Phân tích hàm lượng isoflavone trong hạt nảy mầm của ba giống đậu tương Viê ̣t Nam là ĐT51, DT90 và DT84. 3.2. Nghiên cứu thông tin về gen mã hóa chalcone isomerase (CHI), thiế t kế că ̣p mồ i PCR nhân gen CHI, tách dòng và xác định trình tự gen CHI. 3.3. Phân tích sự đa da ̣ng về trình t ự nucleotide và trình tự amino acid suy diễn của gen CHI. 4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đậu tƣơng Kế t quả phân tić h đă ̣c điể m của gen CHI và xác định những điểm sai khác về trình tự nucleotide của gen CHI và trình tự amino acid suy diễ n giữa c ác giố ng đâ ̣u tương khác nhau về hàm lươ ̣ng daidzein và genistein là cơ sở để giải thích mối liên quan giữa gen CHI với hoa ̣t đô ̣ng tổ ng hơ ̣p isoflavone ở đâ ̣u Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
5 tương. Đồng thời cũng là cơ sở sử dụng đoạn mã hó a của gen CHI trong viê ̣c thiế t kế vector chuyể n gen trong mu ̣c đić h nâng cao hàm lươ ̣ng isoflavone trong đâ ̣u tương bằ ng kỹ thuâ ̣t chuyể n gen. Kế t quả xác đinh ̣ hàm lươ ̣ng daidzein và genistein của các giố ng đâ ̣u tương nghiên cứu cung c ấp dữ liệu cho chọn giống đậu tương theo định hướng nâng cao hàm lươ ̣ng isoflavone của đâ ̣u tương. Kết quả nghiên cứu của luận văn là tư liệu khoa học phục vụ cho mục đích nghiên cứu và giảng dạy công nghê ̣ sinh ho ̣c. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
6 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY ĐẬU TƢƠNG 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm thực vật học của cây đậu tƣơng Cây đậu tương hay còn được gọi là cây đậu nành có tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill, là loại cây ăn hạt, thân thảo thuộc họ đậu (Fabaceae), đậu tương mang bộ nhiễm sắc thể 2n=40. Cây đâ ̣u tương đươ ̣c xế p trong hê ̣ thố ng như sau: Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Fabales Họ: Fabaceae Phân họ: Faboideae Giống: Glycine Loài: Max Cây đậu tương xuất hiện đầu tiên từ 1100 năm trước Công nguyên tại vùng Đông Bắc Trung Quốc. Theo nhiều tài liệu đã được nghiên cứu thì cây đậu tương có nguồn gốc từ vùng Mãn Châu phía Bắc Trung Quốc từ thời các triều đại Phong kiến, sau đó có nhiều tài liệu cho rằng cây đậu tương được thuần hoá dưới triều đại Shang, hay còn gọi là triều đại nhà Thương, vào khoảng thế kỉ XVII đến thế kỉ XI trước Công Nguyên, sau đó lại được lan truyền sang Nhật Bản, Triều Tiên vào khoảng thế kỷ thứ VIII, và tiếp tục được lan truyền sang các nước châu Á khác như Thái Lan, Malaysia, Hàn Quốc, Việt Nam [1]. Đến thế kỷ XVII, cây đậu tương được giới thiệu vào Châu Âu bởi các nhà thực vật học và được đặt tên là Glycine max. Sau đó đến thế kỷ XVIII cây đậu tương mới được du nhập vào Mỹ, nhưng có nhiều kết quả cho thấy do có sự phù Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
7 hợp về điều kiện khí hậu và đất đai nên việc trồng trọt đậu tương tại Mỹ phát triển mạnh mẽ do đó đã cho sản lượng đậu tương tăng lên nhanh chóng, đến nay đậu tương vẫn được coi là cây trồng chính đem lại giá trị kinh tế cao tại Mỹ và nhiều quốc gia khác trên thế giới: Trung Quốc, Brazil... [3], [5]. Hiện nay, cây đậu tương vẫn đang là cây được trồng phổ biến ở nhiều quốc gia trên thế giới bởi đậu tương là cây công nghiê ̣p, cây thực phẩ m đem lại giá trị kinh tế cao nhờ sự vượt trội hơn hẳn so với các cây trồng khác bởi hàm lượng các chất dinh dưỡng như protein, lipid cao, chứa nhiều vitamin, các khoáng chất và nhiều hoạt chất thảo mộc có lợi cho sức khoẻ con người. Tại Việt Nam đậu tương được ví như “vàng mọc từ đất” bởi đậu tương cho sản lượng cao, cải tạo đất và là cây trồng xen canh gối vụ với nhiều loại cây trồng, chứa nhiều hàm lượng protein đem lại nhiều giá trị kinh tế. Cây đậu tương là loại cây thân thảo, bụi nhỏ và là cây hằng năm. Thân cây mảnh, cao khoảng từ 0,8m đến 0,9 m, có lông, cành hướng lên phía trên. Một cây đậu tương hoàn chỉnh bao gồm rễ, thân, lá, hoa, quả và hạt. Rễ đâụ tương Rễ đậu tương là cây rễ cọc, bộ rễ bao gồm rễ cái (rễ chính) và nhiều rễ bên hay còn gọi là rễ phụ, trên rễ cái mọc ra nhiều rễ phụ là các rễ phụ cấp 2 và rễ phụ cấp 3. Trong điều kiện bình thường rễ cái ăn sâu vào đất khoảng 20-30 cm hoặc có khi ăn sâu đến 15oCm; thông thường các rễ con tập trung nhiều nhất ở độ sâu 6-2oCm. Bộ rễ phát triển và được chia thành 2 thời kỳ chính: (i) Thời kỳ thứ nhất: rễ cái và rễ phụ đầu tiên phát triển mạnh và sinh ra nhiều rễ con, thời kỳ này kéo dài từ 30-40 ngày sau mọc. (ii) Thời kỳ thứ hai: lớp rễ đầu tiên phát triển chậm dần, rễ con không phát triển chỉ có các rễ phụ nhỏ kéo dài ra và phát triển cho tới gần thu hoạch. Trên rễ chính và rễ phụ có nhiều nốt sần chứa các vi khuẩn Rhizobium japonicum sinh sống, loại vi khuẩn này có dạng hình gậy hoặc hình cầu quan sát Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
8 được dưới kính hiển vi điện tử, vi khuẩn Rhizobium japonicum sống trong lòng đất, có khả năng cố định đạm từ khí trời, mỗi một cây họ đậu có vài trăm nốt sần phân bố đồng đều trên các rễ, ban đầu khi mới hình thành các nốt sần có màu sữa sau đó phát triển có màu hồng. Quá trình hình thành nốt sần kéo dài 16-21 ngày, phát triển nhiều mạnh nhất vào lúc đậu tương ra hoa và làm quả. Giữa vi sinh vật nốt sần với cây đậu tương chúng có mối quan hệ cộng sinh, cây cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn hoạt động và ngược lại vi khuẩn lại tích hợp nitơ tự do của không khí chuyển sang đạm hữu cơ để cây có thể sử dụng được. Cây đậu tương càng nhiều chất dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động thì vi sinh vật càng phát triển và tích lũy đạm được càng nhiều cho cây sinh trưởng và phát triển tốt. Thân, cành đâụ tương Thân cây đậu tương thuộc thân thảo có hình tròn, chia đốt, ít phân cành, trên thân có nhiều lông nhỏ. Thân đậu tương thường đứng hoặc có khi thân bò hay nửa bò, khi còn non thân có màu xanh hoặc tím, khi về già chuyển sang màu nâu nhạt, màu sắc của thân khi còn non có liên quan chặt chẽ với màu sắc của hoa sau này. Nếu thân lúc còn non có màu xanh thì hoa màu trắng và nếu khi cây còn non thân có màu tím thì hoa màu tím đỏ. Thân cao trung bình 0,5- 1,2 m hoặc cũng có khi cao nhất đến 1,5m, trên thân mang 14-15 lóng, các lóng ở phía dưới thường ngắn, các lóng ở phía trên thường dài. Tùy theo giống và thời vụ gieo mà chiều dài lóng có sự khác nhau thường biến động từ 3-10 cm. Cây đậu tương trong vụ hè có lóng dài hơn vụ xuân và vụ đông. Chiều dài của lóng góp phần quyết định chiều cao của thân. Thân cây đậu tương thường cao từ 0,3-1,0m. Giống đậu tương dại cao từ 2-3m. Thực tế cũng có những giống không có lông tơ. Những giống có mật độ lông tơ dày, màu sẫm có sức kháng bệnh, chịu hạn và chịu rét khỏe những giống không có lông tơ thường sinh trưởng không bình thường, sức chống chịu kém. Thân có lông tơ nhiều hay ít, dài hay ngắn, dày hay Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
9 thưa là một đặc điểm phân biệt các giống với nhau. Đốt đầu tiên của thân chính mang hai lá mầm, đốt thứ hai lại mang hai lá đơn mọc đối diện nhau, sau đó kể từ đốt thứ ba trở đi mỗi đốt mang một lá kép có các lá chét, các lá kép mọc đối diện nhau. Dựa vào sự sinh trưởng và đặc điểm mà thân có các loại như sau: Loại mọc thẳng: thân cứng, đường kính thân lớn, thân cao trung bình, đốt ngắn, nhiều quả. Loại bò: thân chính phân cành rất nhỏ, mềm, phủ trên bề mặt đất thành đám dây, thân dài, đốt dài, quả nhỏ. Loại nửa bò: là loại trung gian giữa hai loại mọc thẳng và mọc bò. Loại mọc leo: thân nhỏ rất dài, mọc bò dưới đất hay leo lên giá thể khác. Thân đậu tương có khả năng phân cành ngay từ nách lá đơn hoặc kép. Dựa vào đặc tính sinh trưởng của thân cành và đặc điểm ra hoa nên có thể chia giống đậu tương ra làm hai loại: Sinh trưởng hữu hạn: Khi ngọn thân hoặc ngọn cành đã ra hoa thì không tiếp tục sinh trưởng nữa hay cành không cao lên nữa, loại này chủ yếu được trồng lấy để lấy hạt. Sinh trưởng vô hạn: Khi đậu tương ra hoa kết quả và cả khi sắp chín thân cành vẫn tiếp tục sinh trưởng, thường là loại mọc bò. Từ lúc mọc đến khi cây có 5 lá thật (3 lá kép) khoảng 25 – 30 ngày sau khi gieo, thân sinh trưởng với tốc độ bình thường. Khi cây đã có 6-7 lá thật thân bắt đầu phát triển mạnh. Điểm khác biệt của cây đậu tương với cây trồng khác là cây ra hoa rộ lại là lúc thân cành phát triển mạnh nhất. Đây là giai đoạn hai quá trình sinh trưởng, sinh dưỡng cho nên cần cung cấp đầy đủ dinh dưỡng tạo điều kiện cho bộ rễ phát triển thuận lợi. Cành mọc ra từ đốt trên thân, hướng lên trên, số cành trên thân nhiều hay ít phụ thuộc vào loại giống đậu tương, đất đai, kỹ thuật canh tác, điều kiện gieo Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
10 trồng, có những giống đậu tương chỉ có 1-2 cành hoặc có những giống không có cành, cành và thân chính kết hợp với nhau tạo thành tán cây đậu tương [7], [15]. Lá đậu tương Cây đậu tương có lá mọc cách và có 3 loại lá chính: lá mầm, lá đơn và lá kép có nhiều hình dạng khác nhau như hình trái xoan, trứng, tròn, dài, ô van, mũi lá gần nhọn, không đều ở gốc. Mặt lá thường có nhiều lông trắng. Lá mầm (lá tứ diệp): lá mầm mới mọc có màu vàng hay xanh lục khi tiếp xúc với ánh sáng thì chuyển sang màu xanh. Hạt giống to thì lá mầm chứa nhiều dinh dưỡng nuôi cây mầm, khi hết chất dinh dưỡng lá mầm khô héo. Lá nguyên (lá đơn): xuất hiện sau khi mọc từ 2-3 ngày và mọc phía trên lá mầm. Lá đơn mọc đối xứng nhau, lá đơn to xanh bóng là lá biểu hiện cây sinh trưởng tốt, lá đơn to xanh đậm biểu hiện của một giống có khả năng chịu rét, lá đơn nhọn gợn sóng là biểu hiện cây sinh trưởng không bình thường. Lá kép: Mỗi lá kép có 3 lá chét, cũng có thể có 4-5 lá chét. Lá kép mọc so le, có màu xanh tươi, khi già biến thành màu vàng nâu. Cũng có giống khi quả chín lá vẫn giữ được màu xanh. Phần lớn lá có nhiều lông tơ. Lá có nhiều hình dạng khác nhau tùy theo giống. Những giống lá nhỏ và dài chịu hạn khỏe nhưng thường cho năng suất thấp, những giống lá to chịu hạn kém nhưng thường cho năng suất cao hơn. Nếu hai lá kép đầu to và dày thường biểu hiện giống có khả năng chống chịu rét. Số lượng lá kép nhiều hay ít, diện tích lá to hay nhỏ chi phối rất nhiều đến năng suất và phụ thuộc vào thời vụ gieo trồng. Các lá nằm cạnh chùm hoa nào giữ vai trò chủ yếu cung cấp dinh dưỡng cho chùm hoa ấy. Nếu vì điều kiện nào đó làm cho lá bị úa vàng thì quả ở vị trí đó thường bị rụng hoặc lép. Số lá nhiều to khoẻ nhất vào thời kỳ đang ra hoa rộ. Khi phiến lá phát triển to, rộng, mỏng, phẳng, có màu xanh tươi là biểu hiện cây sinh trưởng khoẻ có khả năng cho năng suất cao . Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
11 Hoa đậu tương Đậu tương là cây tự thụ phấn, có hoa mọc từ nách lá, hoa nhỏ, không có mùi thơm, hoa màu trắng, tím hoặc tím nhạt xếp thành chùm hoa, mỗi chùm hoa có từ 1-10 hoa hoặc cũng có từ 7-8 hoa, hoa dạng cánh bướm, ống đài năm cánh không bằng nhau. Tràng hoa gồm cánh hoa cờ phía sau, hai cánh bên và hai cánh thìa phía trước tiếp xúc nhau nhưng không dính vào nhau. Đài hoa có màu xanh, nhiều lông. Bộ nhị gồm 10 nhị chia làm hai nhóm: nhóm 1 gồm 9 nhị và cuống dính với nhau thành một khối; nhóm 2 chỉ có một nhụy hoa, nhụy hoa có một lá noãn. Vòi nhụy cong về phía nhị. Đậu tương là cây có hoa lưỡng tính, hoàn toàn tự thụ phấn. Cây ra hoa sớm hay muộn, thời gian ra hoa tuỳ thuộc vào giống và thời vụ gieo do chịu ảnh hưởng phối hợp của ánh sáng và nhiệt độ. Giống chín sớm sau mọc trên dưới 30 ngày đã ra hoa và giống chín muộn 45- 50 ngày mới ra hoa. Thời gian ra hoa dài hay ngắn theo giống và theo thời vụ. Có những giống thời gian ra hoa chỉ kéo dài 10-15 ngày. Thời kỳ hoa nở rộ thường từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 10 sau khi hoa bắt đầu nở. Hoa trong đợt rộ mới tạo quả nhiều, còn trước và sau đợt hoa rộ thì tỷ lệ đậu quả thấp. Điều kiện thích hợp cho sự nở hoa là ở nhiệt độ 25-28oC, ẩm độ không khí 75- 80%, ẩm độ đất 70- 80%. Cây đậu nành cho nhiều hoa nhưng tỷ lệ hoa không thành quả chiếm 20- 80%. Quả và hạt đậu tương Hình dáng quả đậu tương là loại quả thẳng hoặc hơi cong, bề ngoài vỏ quả ráp có nhiều lông, khi chín đa số màu vàng hoặc xám. Hạt có hình tròn, dẹt, bầu dục...bề mặt ngoài chỉ có một lớp vỏ mỏng bao quanh một phôi lớn. Vỏ hạt nhẵn [2]. Quả thõng, hình lưỡi liềm, gân bị ép, trên quả có nhiều lông mềm màu vàng, thắt lại giữa các hạt. Quả đậu tương thuộc loại quả giáp. Mỗi quả có từ 1- 4 hạt. Vỏ quả đậu tương có 3 lớp: biểu bì, hạ bì và lớp nhu mô bên trong. Do vỏ của lớp tế bào mô dậu có lớp cutin che phủ nên sự trao đổi khí không xảy ra, sự trao đổi khí giữa phôi và môi trường qua rốn hạt. Những mảnh của nội nhũ bị ép chặt vào Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
12 vỏ hạt. Lớp ngoài nội nhũ gọi là lớp aleuron gồm những tế bào hình lập phương nhỏ chứa đầy đạm. Quả đậu tương gồm 2 nửa của lá noãn, nối với nhau ở phần bụng và lưng. Trên cả 2 đường nối biểu bì của quả cong vào phía trong tạo nên một lớp nhu mô thẳng đứng, lớp nhu mô này tách mô dẫn thành 2 vùng giúp quả tách ra khi quả chín. Hạt đậu tương cũng như hạt của nhiều loại họ đậu khác là không có nội nhũ mà chỉ có một lớp vỏ bao quanh một phôi lớn. Trong hạt, phôi thường chiếm 2%, 2 lá tử diệp chiếm 90% và vỏ hạt 8% tổng khối lượng hạt. Hạt có nhiều hình dạng khác nhau như hình cầu, dẹt, dài và oval. Ở hạt trưởng thành, đầu của rốn là lỗ noãn, lỗ này được bao phủ bởi một lớp màng. Ở đầu kia của rốn là rãnh nhỏ. Màu sắc, kích thước, khối lượng, rốn hạt khác nhau đặc trưng cho từng giống, khối lượng hạt trung bình khoảng 200-400mg/hạt [3], [4], [7]. Về sinh thái học , nhiệt độ thích hợp ở giai đoạn nẩy mầm và giai đoạn cây con từ 24 - 30oC, độ ẩm ở giai đoạn nẩy mầm 80% nhưng đến giai đoạn cây non độ ẩm lại giảm xuống 50 - 60%. Nhiệt độ 24 - 34oC là nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn ra hoa kết trái, ở giai đoạn này nhu cầu độ ẩm tăng gần như giai đoạn nẩy mầm từ 70 - 80%, sang đến giai đoạn quả chín nhiệt độ thích hợp giảm còn 20 - 25oC và độ ẩm cũng giảm mạnh xuống mức 35 - 45%. Ở cây đậu tương lượng mưa cần phải đạt từ 700 mm là tốt nhất. Đa số các giống đậu tương có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau như: đất phù sa, đất xám, đất giồng cát, những loại đất này thường có thành phần cơ giới nhẹ, độ PH từ 5-8. 1.1.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và ở Việt Nam Hiện nay trên thế giới đậu tương là cây trồng đứng thứ tư sau cây lúa mỳ, cây lúa nước và cây ngô. Thống kê diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương từ 2011-2014 theo FAO được thể hiện bảng 1.1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
13 Bảng 1.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Chỉ tiêu Diện tích Năng suất Sản lƣợng Năm (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 2011 103,60 25,29 262,04 2012 106,62 23,74 253,14 2013 111,63 24,91 278,09 2014 117,71 26,20 308,43 Nguồn: FAOSTAT database Bảng 1.1 cho thấy về diện tích, năng suất đậu tương trên thế giới trong 4 năm gần đây hầu như không biến động hoặc biến động rất ít. Sản lượng tăng ở năm 2013 và năm 2014. Đặc biệt so với năm 2011, năm 2014 tăng 17,7%, so với năm 2012 tăng 21,8%. Đậu tương được coi là cây trồng mang tính chiến lược của nhiều Quốc gia: Trung Quốc, Thái Lan, Mỹ, bên cạnh đó đậu tương có khả năng thích nghi rộng nên được trồng ở nhiều vùng khác nhau tập trung nhiều nhất ở Châu Mỹ và Châu Á. Sản phẩm của đậu tương chủ yếu là hạt, trong các loại cây lấy dầu hạt đậu tương chứa một lượng dầu khá lớn do đó cây đậu tương được trồng khá phổ biến. Một trong những nước có nền kinh tế phát triển trên thế giới như Mỹ, Brazin... cũng tập trung vào việc trồng các giống đậu tương, cùng với Brazin, Argentina và Trung Quốc đã chiếm 90 - 95% tổng sản lượng đậu tương trên toàn thế giới. Riêng tại Mỹ chiếm 50% tổng sản lượng đậu tương trên toàn thế giới. Theo Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc FAO toàn thế giới đến năm 2011 sản lượng đậu tương đạt 262,04 sau đó do mở rộng diện tích trồng cây đậu tương vào năm 2014 toàn thế giới cho sản lượng đạt 308,43 triệu tấn tăng 46,39 triệu tấn so với năm 2011. Bên cạnh đó cây đậu tương có thể trồng được trên nhiều vùng đất khác nhau như ven nhà, sườn đồi, ven suối, trong vườn… có thể nói rằng đậu tương có khả năng thích nghi rộng ở Châu Mỹ, Châu Á, Braxin, Achentina, cùng với sự phát triển của nền nông nghiệp sản lượng đậu tương ngày càng tăng lên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
14 nhanh chóng và phát triển mạnh ở khu vực Châu Á, theo kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học trên thế giới nhận thấy cây đậu tương đã có những đóng góp nhất định vào nền kinh tế quốc dân nên đã có rất nhiều nước đã tập trung vào đầu tư mở rộng diện tích để trồng cây đậu tương nhằm làm tăng năng suất. Bảng 1.2. Tình hình sản xuất đậu tương của bốn nước đứng đầu về năng suất trên thế giới Năm 2011 Năm 2012 Năm 2013 Năm 2014 Diện Năng Sản Diện Năng Sản Diện Năng Sản Diện Năng Sản Quố c tích suất lượng tích suất lượng tích suất lượng tích suất lượng gia (triệu (tạ/ha) (triệu (triệu (tạ/ha) (triệu (triệu (tạ/ha) (triệu (triệu (tạ/ha) (triệu ha) tấn) ha) tấn) ha) tấn) ha) tấn) Mỹ 29,85 28,19 84,19 30,79 26,64 82,05 30,70 29,14 89,48 33,61 32,13 108,01 Brazil 23,96 31,21 74,81 24,97 26,36 65,84 27,86 29,32 81,69 30,27 28,65 86,76 Trung 78,89 18,36 14,48 67,50 19,33 13,05 66,00 18,93 12,50 6,73 18,12 12,20 Quốc Achentina 18,74 26,07 48,87 17,57 22,81 40,10 19,41 25,39 49,30 19,25 27,73 53,39 Nguồn: FAOSTAT database Đậu tương là cây trồng không những mang lại hiệu quả kinh tế, cải tạo đất mà đậu tương còn có khả năng thích ứng rộng nên đã được trồng phổ biến ở hầu khắp mọi nơi trên thế giới, nhưng tập trung nhiều nhất ở châu Mỹ và châu Á. Từ sau năm 1997 đến những năm gần đây, sản xuất đậu tương trên thế giới liên tục tăng lên cả về diện tích sản xuất và sản lượng. Áp dụng những tiến bộ khoa học vào việc cải tạo và nâng cao chất lượng cây trồng, các cây trồng biến đổi gen đã được trồng ở rất nhiều nước trên thế giới bởi đậu tương biến đổi gen cho năng suất, hàm lượng cao, đồng thời chống chịu được với các điều kiện bất lợi của môi trường: nóng, lạnh, chịu hạn và chịu được thuốc diệt cỏ.… Tại Việt Nam hiện nay đậu tương đã có những đóng góp to lớn trong ngành công nghiệp: là nguyên liệu của ngành công nghiệp chế biến cao su nhân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
15 tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt nóng, dầu bôi trơn, chế tạo làm nến, xà phòng... Đối với nông nghiệp: đậu tương được dùng để làm thức ăn gia súc theo ước tính cứ 1kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi, để làm thức ăn tươi bên cạnh đó còn sử dụng toàn bộ các bộ phận thân, lá, quả, hạt vì nó có thành phần dinh dưỡng khá cao như N: 6,2%, P2O5: 0,7%, K2O: 2,4%. Trồng cây đậu tương còn có tác dụng cải tạo đất: đậu tương là cây luân canh cải tạo đất tốt, 1ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng tốt để lại trong đất từ 30-60kg N, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng và giảm chi phí cho việc bón N. Thân lá đậu tương dùng bón ruộng hay phân hữu cơ rất tốt bởi hàm lượng N trong thân chiếm 0,05 %, trong lá chiếm 0,19% [1], [8]. Do đó đậu tương được sử dụng nhiều làm thức ăn cho người và gia súc. Nước ta cây đậu tương được trồng ở nhiều vùng sinh thái với nhiều điều kiện khí hậu khác nhau, đậu tương được trồng ở miền Bắc chiếm khoảng 70%, miền Nam chiếm khoảng 30%, với đặc điểm cây đậu tương được trồng ở những vùng đất không cần màu mỡ trong đó vùng đồng bằng sông Hồng có diện tích trồng đậu tương lớn nhất cả nước với 73.400 ha chiếm 38% diện tích cả nước, các vùng Đông Bắc (24,9%), Tây Nguyên (12,7%), Tây Bắc (10,7%), đồng bằng sông Cửu Long (8,4%). Các vùng Bắc Trung Bộ, duyên hải Nam Trung Bộ và Đông Nam Bộ diện tích chỉ có vài nghìn ha. Cây đậu tương được trồng như cây trồng chính hoặc cây trồng xen vào nhiều thời điểm khác nhau trong năm nên có cả vụ xuân, vụ hè và vụ đông [1]. Hiện nay diện tích sản xuất đậu tương của cả nước đang có xu hướng tăng lên tuy nhiên sản lượng đậu tương tăng không đáng kể và không ổn định. Đến năm 2011 tại Việt Nam bắt đầu sản xuất đậu tương trên quy mô công nghiệp tuy nhiên sản lượng vẫn còn có phần hạn chế, nhằm giải quyết tình trạng thiếu hụt về các sản phẩm đậu tương nước ta cũng đã phải nhập khẩu một lượng khá lớn các sản phẩm về đậu tương nhằm cung cấp cho các ngành công nghiệp, ngành chế biến thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy hải sản, riêng năm 2013 trong tổng số 13,4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
16 triệu tấn thức ăn chăn nuôi cho gia súc thì đậu tương chiếm gần 3,5 triệu tấn và cũng năm 2013 Việt Nam phải nhập khẩu 556 nghìn tấn đậu tương từ Mỹ. Trong khu vực ASEAN Việt Nam là nước đứng thứ 3 về diện tích trồng đậu tương sau một số nước như Lào, Campuchia, Thái Lan, tuy nhiên năng suất vẫn còn rất thấp. Bảng 1.3. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam Chỉ tiêu Diện tích Năng suất Sản lƣợng Năm (nghìn ha) (tấn/ha) (nghìn tấn) 2011 181,1 1,47 266,9 2012 120,8 1,45 175,3 2013 117,8 1,43 168,4 2014 120 1,47 176,4 2015 130 1,48 192,4 Nguồn: Tổng cục thống kê Do điều kiện thời tiết không thuận lợi nên trong năm 2013 sản lượng đậu tương của Việt Nam giảm 3% so với năm 2012 xuống còn 168 nghìn tấn, quy mô sản xuất còn nhỏ lẻ nên sản lượng đậu tương vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu trong cả nước. Từ năm 2008 do vẫn phải nhập một sản lượng đậu tương vào Việt Nam nên sản lượng tăng lên 267,6 nghìn tấn, đến năm 2011 đậu tương đã được trồng rộng rãi, phổ biến trên cả nước nhưng đến năm 2013 sản lượng đậu tương nước ta giảm 3% so với năm 2012, xuống còn 168 nghìn tấn. Theo Thông tư số 08/2013/TT-BTNMT của Bộ Tài nguyên và Môi trường quy đinh ̣ trình tự , thủ tục cấp và thu hồi Giấy chứng nhận an toàn sinh học đối với cây trồng biến đổi gen từ đó cho phép người nông dân được phép trồng các loại cây biến đổi gen , tuy nhiên đến nay việc khảo sát vẫn chưa được tiến hành đối với cây đậu tương, cũng trong danh mục đối với cây ngô đã hoàn thành việc khảo nghiệm vào năm 2012 và từ đó cho đến nay cây ngô được canh tác thương mại tại Việt Nam do đó sản lượng các giống ngô luôn cao hơn so với giống đậu tương. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
17 1.1.3. Thành phần dinh dƣỡng trong hạt đậu tƣơng Trong hạt đậu tương có chứa đầy đủ các thành phần dinh dưỡng: protein, lipid, các loại muối khoáng..., trong đó hàm lượng protein chiếm từ 38- 40%, lipid chiếm từ 15- 20%, hydrat cacbon từ 15- 16% và nhiều muối khoáng, nước chiếm khoảng 8%, các chất vô cơ khoảng 5%, các muối khoáng Na, K, Ca, S, P, Mg, Fe. Đậu tương có chứa thành phần dinh dưỡng cao, là thức ăn bổ dưỡng có thể thay thế các loại thịt, cá, trứng. Hàm lượng protein có trong đậu tương trung bình khoảng 35- 45% và cao gấp đôi so với các loại đậu khác. So với thịt động vật, đậu tương có nhiều chất dinh dưỡng hơn: 100 gr đậu tương có 411 calo; 34 gr đạm; 18 gr béo; 165mg calcium; 11mg sắt; trong khi đó thịt bò có 165 calo, 21gr đạm; 9gr béo; 10mg calcium và 2,7 mg sắt [6], [8], [15]. Hạt đậu tương có 3 bộ phận: vỏ hạt chiếm 8% trọng lượng hạt; phôi chiếm 2% và tử diệp chiếm 90%. Tùy thuộc vào điều kiện đất đai, thời tiết, mùa vụ mà thành phần dinh dưỡng trong hạt đậu tương có thể thay đổi [1], [2], [5]. Protein và các amino acid Protein có trong đậu tương chiếm khoảng 38-40% hoặc có loài hàm lượng protein trong đậu tương chiếm đến 50%, có những sản phẩm được chế biến từ đậu tương cho hàm lượng protein lên đến 90-95%, đây là nguồn cung cấp protein có giá trị cao cho con người. Các nhóm Protein đơn giản như albumin: 6- 8%; globulin: 25-34%; glutelin: 13-14%. Protein của đậu tương không có Cholesteron, dễ tiêu hóa, dễ tan trong nước và chứa nhiều loại acid amin không thay thế cần thiết cho cơ thể sống như: leucine chiếm 8,4%, isoleucine: 5,8%, methionine chiếm 1,4%; valine: 5,8%, tryptophan: 1,1%, phenylalanine: 3,8%, threonine: 4,8%, lysine: 6,0%. Hàm lượng của các chất amino acid này tương đương với hàm lượng của các chất amino acid có trong trứng gà, đặc biệt hàm lượng Trytophan gần gấp đôi so với hàm lượng chứa trong trứng gà [8]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
18 Lipid Hàm lượng lipid trong đậu tương khoảng 15-20% hoặc có thể đạt tới 23%. Trong hạt đậu tương hàm lượng các chất béo cao hơn nhiều lần so với các loại thực vật cung cấp dầu. Lipid của đậu tương chứa một tỷ lệ các acid béo chưa no cao như: acid oleic chiếm 25- 36%, acid linoleic: 52 -65% và acid linolenoic: 2 - 3% đây là những loại không thể thiếu đối với cơ thể [15]. Ngoài ra còn chứa các acid béo no chứa nhiều giá trị dinh dưỡng cao: acid panmitic: 6- 8%; acid stearic: 3-5%; acid arachidoic: 0,1-1,0%. Đặc biệt trong dầu đậu tương còn chứa lecinthin có tác dụng làm cho cơ thể trẻ lâu, tăng cường trí nhớ, có khả năng tái sinh các mô cơ, xương và tăng cường sức đề kháng cho cơ thể. Glucid trong đậu tương chiếm khoảng 22-35,5%, gồ m hai loại tan và không tan trong nước . Hạt đậu tương có P 2O5 chiế m 0,6-2,18%; K2O: 1,91-2,64%; CaO: 0,23- 0,63%; MgO: 0,22- 0,55%; SO3: 0,41- 0,44; Na2O: 0,38%; Cl:0,025 và các chất khác : 1,17%. Về vitamin, hạt đậu tương chứa các vitamin tan trong nước: vitamin B1, vitamin B2, vitamin B3, vitamin B6, vitamin PP và các vitamin tan trong dầu: vitamin A, vitamin D, vitamin E, vitamin K. Ngoài ra trong hạt đậu tương khô chứa khoảng 5% khoáng, với các nguyên tố khoáng đa lượng như muối của K chứa 2%, P: 0,65%, Mg: 0,24%, S: 0,45%, Ca: 0,23%, Na: 0,38%; Cl và những nguyên tố khoáng vi lượng gồm có: Cu, Zn, Fe, Co, Pb, I, Se, Mn, Cd,… Hàm lượng trung bình của các nguyên tố khoáng đa lượng chiếm từ 0,2-2,1% còn hàm lượng của những nguyên tố khoáng vi lượng chiếm 0,01-140 ppm [15]. Ngoài ra trong hạt đậu tương còn có các chất có hoạt tính sinh học , như isoflavone, saponin, lecithin, trypsin inhibitor, lectins, phytosterol. Isoflavone có rất nhiều các tác dụng sinh học đã và đang được nghiên cứu để đưa vào ứng dụng trong thực tiễn. Theo các kết quả nghiên cứu trong 100 g Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
19 đậu tương có đến 33 -38 gam chất đạm. Khi cơ thể người đặc biệt nam giới khi sử dụng lượng đạm có trong đậu tương giúp tăng cường cơ bắp. Trong quá trình tiêu hóa các sản phẩm của đậu tương, đường ruột tiết ra chất kìm hãm hoạt động của hoocmon gây ung thư tuyến tiền liệt và hói đầu. Isoflavone giúp ngăn ngừa ung thư tuyến tiền liệt ở nam giới, giúp nâng cao và cải thiện chất lượng tinh trùng ở nam giới. Isoflavone có tác dụng chống oxy hóa, làm bền vững màng tế bào nơi dễ bị peroxyd hóa gây ra các rối loạn làm hủy hoại tế bào [5], [29]. Tác dụng trên mạch máu, làm tăng tính thấm của mao mạch. Do đó được dùng trong các trường hợp rối loạn chức năng tĩnh mạch, tĩnh mạch bị suy yếu, giãn tĩnh mạch, trĩ, chảy máu do đặt vòng trong phụ khoa, các bệnh trong nhãn khoa như sung huyết kết mạc, rối loạn tuần hoàn võng mạc [5]; tác dụng chống độc, giảm tổn thương và bảo vệ, giải độc gan [7]. Một số nghiên cứu cho thấy đã có tác dụng để điều trị viêm gan, xơ gan, bảo vệ tế bào gan như cây Actiso, cây Bụt dấm…[5]. Tác dụng chống viêm, có thể sử dụng để điều trị ban đỏ, viêm da, tổn thương da và màng nhầy trong trường hợp điều trị xạ trị [5]. Isoflavone có tác dụng làm tăng biên độ co bóp và tăng thể tích phút của tim, làm hồi phục tim khi bị gây ngộ độc bởi chloroform, quinin, methanol [5]. Ngoài ra còn có tác dụng chống kết tập tiểu cầu [7], [29]. Đặc biệt, các dẫn chất thuộc nhóm isoflavonoid có tác dụng như estrogen, điề u này được giải thích là do sự gần nhau về mặt cấu trúc với diethylstilbestrol [5]. Ngoài ra còn có các tác dụng chống co thắt các tổ chức cơ nhẵn như túi mật, ống dẫn mật, phế quản, tác dụng thông tiểu, chống loét dạ dày [5]. Các nghiên cứu còn chỉ ra tác dụng chống ung thư, ức chế sự phát triển tế bào ung thư của genistein [29], tăng tuần hoàn não và điều trị trĩ. Một số isoflavone như daidzein được dùng để tăng cường tuần hoàn, chống nấm, kháng khuẩn, chống virus [7]. Saponin: chiếm một lượng 0,1-0,3% saponins. Có 3 nhóm saponins đậu tương được phát hiện là: Saponins A,Saponins B, Saponins E. Saponins có tác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
20 dụng giảm lượng cholesterol trong máu, ngăn ngừa sự phát triển của các tế bào ung thư, tăng cường khả năng miễn dịch của cơ thể. Lecithin (phosphatidyl choline): chiếm khoảng 0,5- 1,5%. Lecithin là một nguồn quan trọng của choline. Lecithin tham gia sự trao đổi chất, xây dựng cấu trúc tế bào có tác dụng giảm nguy cơ mắc các bệnh về tim mạch, ngăn ngừa sự phát triển bất thường của bào thai, giúp tăng cường trí nhớ, ngăn ngừa hoặc làm giảm tác dụng phụ của một số loại thuốc. Trypsin inhibitor: Có 2 loại chất ức chế trypsin được phân lập ra từ đậu tương là: Kunitz trypsin inhibitor và Bowman-Birk (BB) inhibitor, có khả năng ức chế enzyme trypsin trong cơ thể người, riêng BB inhibitor còn có khả năng ức chế chymotrypsin. Các trypsin inhibitors này dễ bị phá hủy bởi nhiệt. Nhiều nghiên cứu mới đây cho thấy rằng, các trypsin inhibitors có thể là nguyên nhân gây ra chứng phình to tuyến tụy ở trẻ nhỏ. Bên cạnh đó, người ta cũng thấy được rằng BB inhibitor cũng có khả năng ngăn ngừa các tác nhân gây ra ung thư. Lectin ( hoặc gọi hemagglutinins), lectins rất tốt cho sức khỏe như: làm giảm lượng insulin trong máu, giảm suy thoái của gan và thận. Phenolic acid: có tác dụng phòng ngừa sự tấn công của các tế bào ung thư. Omega - 3 fatty acid: là chất béo không bão hoà có khả năng làm giảm luợng cholesterol xấu LDL và làm gia tăng lượng cholesterol tốt HDL trong máu. Phytosterol: Hạt đậu tương chứa khoảng 0,3-0,6 mg/g là phytosterols, trong đó stanol chiếm khoảng 2%. Có 3 nhóm phytosterols chính đó là Campesterol, -sitosterol và stigmasterol. Các phytosterol có khả năng làm giảm hàm lượng cholesterol trong máu, giảm nguy cơ về các bệnh tim mạch, làm giảm sự phát triển của các bướu ung thư kết tràng, chống lại ung thư da. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn