Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu chuyển cấu trúc Promoter::Gen-GmNAC (35S::GmNAC004) thông qua vector pZY101- Asc và chủng vi khu n Agrobacterium tumefaciens EHA101 vào giống đậu tương ĐT22 Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài cho thấy một hướng đi mới trong công tác chọn tạo giống cây trồng bằng phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn A. tumefaciens khác xa với các phương pháp chọn giống truyền thống. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu chuyển cấu trúc Promoter::Gen-GmNAC (35S::GmNAC004) thông qua vector pZY101- Asc và chủng vi khu n Agrobacterium tumefaciens EHA101 vào giống đậu tương ĐT22 Việt Nam

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LÊ THN MAI HƯƠNG NGHIÊN CỨU CHUYỂN CẤU TRÚC PROMOTER::GEN - GmNAC (35S::GmNAC004) THÔNG QUA VECTOR pZY101-Asc VÀ CHỦNG VI KHUẨN AGROBACTERIUM TUMEFACIENS EHA101 VÀO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG ĐT22 VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Hà Nội - 2018
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT LÊ THN MAI HƯƠNG NGHIÊN CỨU CHUYỂN CẤU TRÚC PROMOTER::GEN - GmNAC (35S::GmNAC004) THÔNG QUA VECTOR pZY101-Asc VÀ CHỦNG VI KHUẨN AGROBACTERIUM TUMEFACIENS EHA101 VÀO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG ĐT22 VIỆT NAM Chuyên ngành : Sinh học thực nghiệm Mã số : 8420114 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS. TS. NGUYỄN VĂN ĐỒNG Hà Nội - 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày… tháng… năm 2018 Tác giả luận văn Lê Thị Mai Hương i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Nguyễn Văn Đồng đã tận tình hướng dẫn và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo phòng Sau Đại học, thầy cô giáo Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật đã giúp đỡ nhiệt tình và tạo mọi điều kiện thuận lợi trong thời gian học tập cũng như khi hoàn thành luận văn tốt nghiệp. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tập thể cán bộ Phòng thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ tế bào Thực vật - Viện Di truyền Nông nghiệp về sự giúp đỡ nhiệt tình trong suốt thời gian tôi thực hiện luận văn. Tôi xin trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ kinh phí từ Chương trình Khoa học và Công nghệ độc lập cấp nhà nước trong đề tài mã số 03/2012/HĐ-ĐTĐL. Cuối cùng tôi xin gửi tới bố mẹ, anh chị cùng bạn bè lời cảm ơn thân thương nhất - những người đã luôn quan tâm, ủng hộ và là chỗ dựa cho tôi trong suốt thời gian tôi làm khóa luận này, cũng như trong cuộc sống. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2018 Học viên Lê Thị Mai Hương ii
MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………….…….. i LỜI CẢM ƠN………………………………………………...…………...…... ii MỤC LỤC………………………………………………………….…………. iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT………………………..……. v DANH MỤC BẢNG.………………………………………………….……… vi DANH MỤC HÌNH…………………………………………………..……….. vii CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU………………………………………………..……… 1 1.1. Đặt vấn đề…….………………………………………………………... 1 1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài....................….……………………...... 3 1.3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài................................. 3 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU………………………………...…..... 4 2.1. Tình hình sản xuất đậu tương trong và ngoài nước.………………….... 4 2.1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tương…….......................................... 4 2.1.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới……………………..… 7 2.1.3. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam.……………………….. 9 2.1.4. Tình hình phát triển và ứng dụng cây đậu tương chuyển gen trên thế giới và tại Việt Nam…..………………………………………...…… 10 2.2. Nghiên cứu chuyển gen vào đậu tương…………………...…………… 15 2.2.1. Chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn A. tumefaciens….. 15 2.2.2. Đặc tính chịu hạn và một số gen liên quan đến khả năng chịu hạn ở cây đậu tương………………………………………………………...... 19 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………….…. 27 3.1. Địa điểm và thời gian nghiên cứu…………...………………………… 27 3.2. Nội dung nghiên cứu.…….……………………………………….…… 27 3.3. Vật liệu nghiên cứu………………………………………………..…... 27 3.4. Phương pháp nghiên cứu………..……………………………………... 30 3.4.1. Phương pháp biến nạp ………………………………………….… 30 3.4.2. Kiểm tra sự có mặt của gen chuyển trong cây ở thế hệ T0……...... 32 3.4.3. Chọn lọc dòng chuyển gen đồng hợp tử bằng phun Basta……….. 35 3.4.4. Phương pháp thu thập và phân tích số liệu thống kê..……………. 36 iii
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN…………………….…………… 37 4.1. Kết quả biến nạp cấu trúc 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22………………………………………………………………………. 37 4.2. Kết quả chọn lọc cây chuyển gen bằng phun Basta..............………….. 40 4.3. Kết quả phân tích PCR cây chuyển gen thế hệ T0.….……………...…. 42 4.3.1. Phân tích PCR kiểm tra sự có mặt của gen bar......……..………... 42 4.3.2. Phân tích PCR kiểm tra sự có mặt của cấu trúc 35S::GmNAC004. 43 4.4. Kết quả chọn lọc dòng chuyển gen đồng hợp tử……………………… 45 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ……………………………….......... 51 5.1. Kết luận…………………………………………………....................... 51 5.2. Đề nghị………………………………………………............................ 51 DANH MỤC CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN…………....... 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………….................................. 53 PHỤ LỤC…………………………………………………............................... 60 iv
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 2,4-D Dichlorophenoxyacetic acid ADN Acid deoxyribonucleic ARN Acid ribonucleic AS Acetosyringone BĐG Biến đổi gen CCM Cocultivation medium - Môi trường đồng nuôi cấy cDNA Complementary DNA CNSH Công nghệ Sinh học CTAB Hexadecyltrimethylammonium bromide CS Cộng sự DMSO Dimethyl sulfoxide DW Dry weight - Trọng lượng khô EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid GM Germination medium - Môi trường nảy mầm hạt IBA Indol butyric acid LB Luria-Bertani NBT Nitrotetrazolium Blue chloride OD600 Mật độ vi khuẩn đo ở bước sóng 600 nm bằng quang phổ kế PCR Polymerase Chain Reaction RT PCR Real-time PCR RM Rooting medium - Môi trường ra rễ RWC Relative water content - Hàm lượng nước tương đối SDS Sodium dodecyl sulfate SEM Shoot elongation medium - Môi trường kéo dài chồi SIM Shoot induction medium - Môi trường tạo đa chồi SSC Saline-sodium citrate TL Trọng lượng TT Thứ tự TW Turgid weight - Trọng lượng trương v/ p vòng/ phút W Weight - Trọng lượng YEP Yeast extract peptone - Môi trường nuôi khuẩn v
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây đậu tương…………...... 4 Bảng 2.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới ………………………….... 8 Bảng 2.3. Tình hình sản xuất đậu tương của 4 nước đứng đầu trên thế giới…... 8 Bảng 2.4. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam ……………………....… 9 Bảng 2.5. Một số nghiên cứu về vai trò của các gen GmNAC................................. 23 Bảng 3.1. Thông tin về vector pZY101::35S::GmNAC004…………………..… 28 Bảng 3.2. Trình tự các cặp mồi sử dụng trong nghiên cứu…………………..... 35 Bảng 3.3. Thành phần phản ứng PCR…………………………………………. 35 Bảng 4.1. Kết quả tạo đa chồi của các thí nghiệm chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vector pZY101-Asc và chủng khuẩn A.tumefaciens EHA101………………………………………. 38 Bảng 4.2. Kết quả chọn lọc mẫu biến nạp của các thí nghiệm chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vector pZY101- Asc và chủng khuẩn A.tumefaciens EHA101………………………………….. 39 Bảng 4.3. Kết quả chuyển cây đậu tương sau biến nạp ra bầu đất của các thí nghiệm chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vector pZY101-Asc và chủng khuẩn A.tumefaciens EHA101……… 40 Bảng 4.4. Kết quả phun basta các cây đậu tương chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004………………………………………………………………. 41 Bảng 4.5. Kết quả phân tích PCR các cây đậu tương chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004 thế hệ T0…………………………………………………..... 44 Bảng 4.6. Kết quả sàng lọc và đánh giá các dòng đậu tương sau chuyển gen bằng phun Basta đến thế hệ T3……………………………………………………...... 45 Bảng 4.7. Kết quả phân tích sự phân ly ở thế hệ T1………………………........ 46 Bảng 4.8. Kết quả phân tích sự phân ly ở thế hệ T2………………………........ 46 Bảng 4.9. Kết quả phân tích sự phân ly ở thế hệ T3………………………........ 47 vi
DANH MỤC HÌNH Hình 3.1. Hạt đậu tương giống ĐT22………………………….……………… 28 Hình 3.2. Cấu trúc vector pZY101::35S::GmNAC004………………………... 30 Hình 4.1. Kết quả biến nạp cấu trúc 35S::GmNAC004 vào nốt lá mầm của giống đậu tương ĐT22 thông qua vector pZY101-Asc và chủng khuẩn A.tumefaciens EHA101 ……………………………………………………..… 37 Hình 4.2. Kết quả mẫu tạo đa chồi trên môi trường SIM…………...………… 38 Hình 4.3. Kết quả mẫu biến nạp kéo dài chồi trên môi trường SEM…………. 39 Hình 4.4. Cây đậu tương chuyển gen thu được sau quá trình biến nạp sử dụng cấu trúc gen 35S::GmNAC004 và chủng khuẩn A.tumefaciens EHA101……... 40 Hình 4.5. Kết quả chọn lọc bằng thuốc diệt cỏ Basta cây đậu tương chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004…………………………………………..…….. 41 Hình 4.6. Kết quả kiểm tra chất lượng ADN tổng số của các cây đậu tương chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004 ………………………………………... 42 Hình 4.7. Phân tích PCR gen bar trên các cây đậu tương chuyển cấu trúc gen 35S::GmNAC004…………………………………………………………..…... 43 Hình 4.8. Kết quả phân tích PCR cấu trúc gen 35S::GmNAC004 trên các cây đậu tương chuyển gen T0………………………………………...……………. 44 Hình 4.9. Kết quả chọn lọc cây chuyển gen đồng hợp đến thế hệ T3………… 48 Hình 4.10. Các dòng đậu tương được chuyển gen 35S::GmNAC004 sống sót sau phun basta được chăm sóc đến khi ra hoa, kết quả………........................... 49 Hình 4.11. Phân tích PCR gen bar trên các cây đậu tương chuyển gen T1....... 49 Hình 4.12. Phân tích PCR cấu trúc gen 35S::GmNAC004 trên các cây đậu tương chuyển gen thế hệ T1.....………………………………………………... 50 Hình 4.13. Phân tích PCR cấu trúc gen 35S::GmNAC004 trên các cây đậu tương chuyển gen thế hệ T2…………………………………………………… 50 Hình 4.14. Phân tích PCR cấu trúc gen 35S::GmNAC004 trên các cây đậu tương chuyển gen thế hệ T3…………………………………………………… 50 vii
CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Đậu tương (Glicine max (L.) Merr.) thuộc họ Đậu (Fabacea), bộ Fabales, là cây trồng lấy hạt và là cây cho dầu quan trọng bậc nhất trên thế giới, do khả năng thích ứng rộng nên cây đậu tương được trồng khắp các châu lục, nhưng tập trung nhiều nhất ở Châu Mỹ với sản lượng đậu tương thu được chiếm 85,4% tổng sản lượng đậu tương trên toàn thế giới, tiếp đến là Châu Á đạt 12,1% (FAOSTAT, 2016). Tại Việt Nam, đậu tương là cây thực phẩm có vai trò quan trọng nhưng năng suất cây trồng này còn thấp, chưa thể đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước. Nguyên nhân gây ảnh hưởng lớn đến năng suất và sản lượng đậu tương của Việt Nam là do các bệnh dịch hại, sâu bệnh và chủ yếu là do hạn hán. Trong bối cảnh khí hậu trái đất thay đổi dẫn đến diện tích khô hạn, nhiễm mặn ngày một tăng. Việc nghiên cứu các đáp ứng của cây lương thực, bao gồm cây đậu tương, trồng trong điều kiện môi trường thiếu nước, mặn, lạnh… ngày càng trở nên quan trọng (Petit và cộng sự, 1999; Manavalan và cộng sự, 2009; Tran và Mochida, 2010). Một trong những kỹ thuật luôn mang lại nhiều kỳ vọng đó là nghiên cứu, phát triển giống đậu tương biến đổi gen dựa trên việc phân lập các gen có lợi và thiết kế các véc tơ hiệu năng cao để chuyển các gen mục tiêu vào giống đậu tương xác định. Các yếu tố phiên mã NAC (NAM, ATAF và CUC) đã được báo cáo là tăng cường khả năng chống chịu của cây trồng đối với các điều kiện bất thuận như hạn, mặn và lạnh (Tran et al., 2010). Theo nghiên cứu mới nhất của Reem M. Hussain và cộng sự (2017), đã xác định được 139 gen GmNAC, nghiên 1
cứu cụ thể 28 gen GmNAC chọn lọc kết quả cho thấy biểu hiện gen GmNAC phụ thuộc vào kiểu gen; 8 trong số 28 gen chọn lọc (GmNAC004, GmNAC021, GmNAC065, GmNAC066, GmNAC073, GmNAC082, GmNAC083 và GmNAC087) đã được phát hiện có mức độ biểu hiện cao ở các giống đậu tương chịu hạn. Tại Việt Nam, định hướng nghiên cứu về giống đậu tương Việt Nam chuyển gen chịu hạn còn khá mới. Cho tới nay, tất cả các công trình biến nạp gen vào đậu tương mới chỉ thành công trên giống mô hình như G. max 'Jack', Williams. Do có sự khác biệt về nguồn gốc nên hầu hết các giông mô hình khó ra hoa kết quả tại Việt Nam. Giống đậu tương ĐT22 do Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ chọn tạo được công nhận là giống mới (Quyết định số 219 QĐ/BNN-KHCN ngày 19/01/2006) đã được trồng khá phổ biến ở các vùng Hà Nội, Hà Nam, Thái Bình, Vĩnh phúc, Cao bằng, Sơn La, Bắc Cạn, Điện Biên… và cho năng suất từ 18-27 tạ/ha, tùy thuộc vào mùa vụ và điều kiện thâm canh. ĐT22 thích hợp gieo trồng trong cả 3 vụ trong năm có khả năng kháng bệnh phấn trắng và chống đổ tốt nhưng khả năng chịu hạn lại kém. Theo nghiên cứu của phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công nghệ Tế bào thực vật, Viện Di truyền Nông nghiệp đã chỉ ra rằng khả năng tiếp nhận gen cũng như khả năng tái sinh cây sau chuyển gen của giống ĐT22 cao hơn so với các giống đậu tương hiện có của Việt Nam. Xuất phát từ tình hình thực tế nêu trên và dựa trên các công bố mới nhất về chức năng và tiềm năng ứng dụng của hệ thống gen GmNAC, chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài đề tài “Nghiên cứu chuyển cấu trúc Promoter::Gen-GmNAC (35S::GmNAC004) thông qua vector pZY101- Asc và chủng vi khu n Agrobacterium tumefaciens EHA101 vào giống đậu tương ĐT22 Việt Nam”. 2
1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài Mục đích: Chuyển cấu trúc 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 bằng kỹ thuật biến nạp gen. Yêu cầu của đề tài: - Biến nạp cấu trúc 35S::GmNAC004 vào giống đậu tương ĐT22 thông qua vector pZY101-Asc và chủng vi khuẩn A. tumefaciens EHA101. - Kiểm tra sự có mặt của gen chuyển trong cây ở thế hệ T0. - Chọn lọc dòng chuyển gen đồng hợp tử bằng phun thuốc diệt cỏ Basta. 1.3. Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài Ý nghĩa khoa học: Đề tài cho thấy một hướng đi mới trong công tác chọn tạo giống cây trồng bằng phương pháp chuyển gen thông qua vi khuẩn A. tumefaciens khác xa với các phương pháp chọn giống truyền thống. Ý nghĩa thực tiễn: Các giống đậu tương chuyển gen tạo ra từ kết quả của đề tài có thể sử dụng làm vật liệu khởi đầu trong công tác chọn tạo giống chống chịu tốt với điều kiện bất lợi của môi trường mang thương hiệu Việt Nam. Tính mới của đề tài: Đề tài là công trình nghiên cứu đầu tiên về khả năng tiếp nhận cấu trúc gen 35S::GmNAC004 trên cây đậu tương giống ĐT22. 3
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1. Tình hình sản xuất đậu tương trong và ngoài nước 2.1.1. Giới thiệu chung về cây đậu tương 2.1.1.1. Đặc điểm sinh học của cây đậu tương Đậu tương hay còn gọi là đỗ tương, đậu nành có tên khoa học là Glycine max (L.) Merr. Căn cứ vào đặc điểm hình thái, sự phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể, đậu tương được xếp vào Bộ Fabales, Họ Fabaceae, Phân họ Leguminosae, Chi Glycine (Ngô Thế Dân, 1999). Đậu tương là cây họ đậu mùa hè hàng năm, thân thẳng đứng gồm thân chính và các cành, lá và thân thường có lông, hoa màu tía hoặc trắng, chùm hoa sinh ra ở nách lá trên một cây có thể có rất nhiều hoa, nhưng chỉ 2/ 3 hoặc 3/ 4 số hoa đậu quả và quả cũng có lông tơ. Quả màu vàng rơm nhạt đến đen, có 3-4 hạt, đôi khi 5 hạt. Hạt đậu tương có các màu sắc khác nhau tùy thuộc vào giống như màu trắng, vàng nhạt, xanh, nâu và đen, và loại hạt nhiều màu. Rốn hạt cũng có màu sắc khác nhau như vàng, da bò, nâu và đen, rễ có nốt sần cố định đạm. Quá trình sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương được chia làm hai giai đoạn chính là: (1). Giai đoạn phát triển sinh dưỡng; (2). Giai đoạn sinh sản. Trong từng giai đoạn trải qua các bước khác nhau được tóm lược như sau: Bảng 2.1. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của cây đậu tương Giai đoạn sinh dưỡng VE Xuất hiện – lá mầm trồi lên khỏi mặt đất 4
Giai đoạn sinh dưỡng VC Unrolled unifoliolate leaves – phát triển của lá mầm V1 Lá kép đầu tiên – một tập hợp lá chét V2 Lá kép thứ hai – hai tập hợp lá chét V4 Lá kép thứ bốn – bốn tập hợp lá chét Lá kép thứ n – Giai đoạn V tiếp tục với sự phát triển của số V(n) lá chét. Số lá chét cuối cùng phụ thuộc vào giống đậu tương và các điều kiện môi trường. Giai đoạn sinh sản R1 Bắt đầu ra hoa – cây có ít nhất một bông hoa trên đốt bất kỳ. R2 Đầy đủ hoa - có một hoa nở tại một trong hai đốt trên cùng Bắt đầu có quả– các quả dài 5 mm tại một trong 4 đốt trên R3 cùng R4 Đầy đủ quả– các quả dài 2 cm tại 1 trong 4 đốt trên cùng Bắt đầu hạt – hạt dài 3 mm trong các quả ở một trong 4 đốt R5 trên cùng của thân chính Hạt hoàn chỉnh - quả có chứa một hạt giống màu xanh lá cây R6 lấp đầy dung lượng quả tại một trong bốn đôt cao nhất trên thân chính Bắt đầu chín - một quả bình thường trên thân chính đã đạt đến R7 màu sắc chín của giống R8 Quả chín - 95% vỏ quả đã đạt đến màu sắc chín của giống 5
2.1.1.2. Giá trị của cây đậu tương Vai trò của cây đậu tương đối với đời sống của con người: Cây đậu tương đóng vai trò quan trọng trong đời sống con người bởi nó là nguồn thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, giàu đạm, giàu chất béo, giàu các chất khoáng và các vitamin. Hàm lượng protein trung bình khoảng 35,5- 40 % trong khi đó, hàm lượng protein trong gạo chỉ từ 6,2-12 %, ngô từ 9,8- 13,2 %, thịt bò 21 %, thịt gà 20 %, cá từ 17-20 % và trứng từ 13-14. Hàm lượng lipit trung bình từ 15-20 % và thành phần chủ yếu là các axit béo không no khoảng 60-70 % có hệ số đồng hóa cao và mùi vị thơm như axit linoleic khoảng 52-65 %, oleic khoảng 25-36 %, linolenolic khoảng 2-3 % (Trần Văn Điền, 2007). Ở các nước Châu Á (Nhật Bản, Hàn Quốc...), đậu tương góp phần trong việc sản xuất các thức ăn cổ truyền như đậu phụ, tương miso, xì dầu shoyu... Ngày nay, sự tiêu thụ các sản phẩm từ đậu tương có xu hướng tăng lên trên toàn cầu, vì chúng có nhiều lợi ích như làm giảm lượng cholesterol, phòng chống các bệnh ung thư, đái tháo đường, béo phì và bảo vệ cơ thể chống lại các bệnh về đường ruột và thận (Friedman và Brandon, 2001). Vai trò của cây đậu tương với ngành công nghiệp: Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau: chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, dầu bôi trơn trong ngành hàng không. Tuy nhiên, đậu tương chủ yếu được dùng làm nguyên liệu để ép dầu: hiện nay trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật (Trần Văn Điền, 2007). Vai trò của cây đậu tương với ngành nông nghiệp: Trong nông nghiệp, đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, với tỉ lệ 1 kg hạt đậu tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi. Các bộ phận 6
thân, lá, rễ, quả, hạt của cây đậu tương đều có hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân, lá tươi và nghiền khô đều là thức ăn tổng hợp cho gia súc. Sản phẩm phụ công nghiệp như khô dầu có thành phần dinh dưỡng khá cao (N: 6,2 % ; P2O5: 0,7 % ; K2O: 2,4 %) và cũng được dùng sản xuất thức ăn cho gia súc. Ngoài ra, đậu tương còn là cây luân canh cải tạo đất tốt. Trong hệ thống luân canh, nếu bố trí cây đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng tốt đối với cây trồng vụ sau, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng đồng thời giảm chi phí cho việc bón nitơ. Thân, lá đậu tương có thể dùng để bón ruộng thay phân hữu cơ bởi hàm lượng nitơ trong thân chiếm 0,05 %, trong lá chiếm 0,19 % (Trần Văn Điền, 2007). 2.1.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Cây đậu tương có trị kinh tế và khả năng thích nghi rộng trong các điều kiện môi trường khác nhau nên được xem là một trong những loại cây trồng chiến lược, được trồng rộng rãi trên toàn thế giới, đứng ở vị trí thứ 4 chỉ sau cây lúa, cây ngô và cây lúa mì. Đậu tương được trồng nhiều nhất ở Châu Mỹ chiếm tỷ lệ 85,4 %, tiếp đến là Châu Á chiếm tỷ lệ 12,1 % (FAOSTAT, 2016). Theo thống kê của tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp Quốc, diện tích gieo trồng đậu tương trên thế giới tăng khoảng 16,18 triệu ha trong vòng 4 năm trở lại đây, năm 2012 đạt 105,35 triệu ha, năm 2016 tăng lên 121,53 triệu ha. Tuy diện tích gieo trồng đậu tương tăng đều qua các năm nhưng sản lượng đậu tương trên thế giới chỉ có xu hướng tăng nhẹ. Năm 2012 sản lượng đậu tương trên thế giới đạt 241,16 triệu tấn, năm 2013 sản lượng tăng lên 277,54 triệu tấn, năm 2014 sản lượng tiếp tục tăng lên 306,37 triệu tấn, năm 2015 sản lượng đậu tương có xu hướng tăng đạt 323,20 triệu tấn, tới năm 2016 sản lượng tăng nhẹ đạt 334,89 triệu tấn cao nhất trong 5 năm gần đây (Bảng 2.2). 7
Bảng 2.2. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Diện tích gieo trồng Năng suất Sản lượng Năm (triệu ha) (tạ/ ha) (triệu tấn) 2012 105,35 22,89 241,16 2013 111,01 24,99 277,54 2014 117,63 26,04 306,37 2015 120,79 26,76 323,20 2016 121,53 27,56 334,89 (Nguồn FAOSTAT, 2016) Năng suất đậu tương trên thế giới cũng chỉ dao động nhẹ, năm 2016 đạt 27,56 tạ/ ha cao nhất trong năm năm qua. Bốn quốc gia sản xuất nhiều đậu tương nhất là Mỹ, Brazil, Argentina và Ấn Độ cũng có những biến động về sản lượng đậu qua các năm. Mỹ là nước có diện tích gieo trồng và sản lượng đậu tương lớn nhất, năm 2016 diện tích đạt 33,48 triệu ha và sản lượng đạt 117,21 triệu tấn (Bảng 2.3). Bảng 2.3. Tình hình sản xuất đậu tương của 4 nước đứng đầu trên thế giới Diện tích gieo trồng Năng suất Sản lượng Năm Quốc gia (triệu ha) (tạ/ ha) (triệu tấn) Mỹ 33,42 31,98 106,88 Brazil 30,27 28,66 86,76 2014 Argentina 19,25 27,74 53,39 Ấn Độ 11,09 9,36 10,37 Mỹ 33,12 32,29 106,95 Brazil 32,18 30,29 97,46 2015 Argentina 19,33 31,76 61,39 Ấn Độ 11,67 7,34 8,57 Mỹ 33,48 35,00 117,21 Brazil 33,15 29,05 96,29 2016 Argentina 19,50 30,15 58,79 Ấn Độ 11,50 12,18 14,01 (Nguồn: FAOSTAT, 2016) 8
Có nhiều nguyên nhân gây ra sự không ổn định về năng suất và sản lượng đậu tương, ngoài các yếu tố dịch bệnh, yếu tố kỹ thuật, tình hình biến đổi khí hậu và hạn hán là yếu tố có ảnh hưởng lớn nhất đến năng suất đậu tương trên toàn thế giới. 2.1.3. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam Tại Việt Nam, đậu tương là cây trồng quan trọng thứ ba (sau lúa và ngô). Đậu tương cung cấp protein chủ yếu trong bữa ăn hàng ngày của người Việt Nam, đồng thời còn là nguồn thức ăn chính cho sự phát triển ngành chăn nuôi gia súc, gia cầm và thủy sản. Tuy nhiên, ngành nông nghiệp Việt Nam hoạt động chủ yếu bằng phương pháp canh tác truyền thống nên năng suất cây trồng thấp và sản xuất còn nhỏ lẻ. Hàng năm, Việt Nam nhập khẩu một lượng lớn đậu tương từ các quốc gia khác trên thế giới. Theo Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, năm 2016 Việt Nam đã nhập khẩu 1,56 tấn đậu tương. Hiện nay, cây đậu tương đang được trồng tại 25 tỉnh thành trong cả nước, với khoảng 65% tại các khu vực phía Bắc và 35% tại các khu vực phía Nam, khu vực trồng đậu tương chính tập trung ở vùng Đồng bằng sông Hồng. Diện tích canh tác đậu tương ngày càng bị thu hẹp, bên cạnh đó sản lượng đậu tương qua các năm tương đối đồng đều nhưng tổng sản lượng chung qua các năm biến động và theo chiều hướng giảm (Bảng 2.4). Bảng 2.4. Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam Diện tích gieo trồng Năng suất Sản lượng Năm (Nghìn ha) (Tấn/ha) (Nghìn tấn) 2011 181,1 1,47 266,9 2012 119,6 1,45 173,5 2013 117,8 1,43 168,3 2014 109,4 1,43 156,5 2015 100,8 1,45 146,4 2016 94,0 1,57 147,5 (Nguồn:Tổng cục thống kê Việt Nam - GSO) 9
Trải dài trên 15 vĩ độ Bắc, Việt Nam có địa hình phức tạp và đa dạng khí hậu. Khí hậu Việt Nam phân chia thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa khoảng 6 - 8 tháng, từ tháng 5 - 6 đến tháng 9 - 11, mùa khô kéo dài 5 - 6 tháng tiếp theo. Việt Nam có khoảng 9,6 triệu ha đất canh tác, khoảng 2,5 triệu ha đất có tưới dành cho cây lúa còn lại có tới 70% đất canh tác nhờ nguồn nước mưa tự nhiên. Các nhà khoa học trên thế giới và trong nước khẳng định Việt Nam là một trong năm nước bị ảnh hưởng nặng nề nhất của biến đổi khí hậu và mực nước biển dâng. Nhiệt độ tăng và lượng mưa thay đổi sẽ ảnh hưởng nền nông nghiệp và nguồn nước. Thay đổi chế độ mưa có thể gây lũ nghiêm trọng vào mùa mưa, và hạn hán vào mùa khô. Trong các thiên tai ở Việt Nam, khô hạn đã gây nhiều thiệt hại cho sản xuất nông nghiệp làm giảm năng suất tới 70 - 80%, gây thất thu rất lớn cho sản xuất và thu nhập của nông dân. Chọn tạo thành công các giống đậu tương 3 vụ có tính thích ứng rộng năng suất cao là một bước tiến quan trọng của ngành chọn giống ở nước ta, song trong điều kiện sản xuất nhờ nước mưa, năng suất của các giống chỉ phát huy được 1/2 tiềm năng, vì vậy rất cần thiết phải phải nghiên cứu chọn tạo các giống đậu tương chịu hạn bằng kỹ thuật di truyền để vừa mở rộng diện tích, tăng sản lượng đồng thời giảm thiểu tổn thất cả về số lượng cũng như chất lượng của đậu tương trước và sau thu hoạch, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giá trị hàng hoá, tăng hiệu quả kinh tế cho người sản xuất. 2.1.4. Tình hình phát triển và ứng dụng cây đậu tương chuyển gen trên thế giới và tại Việt Nam Tính đến năm 2016, đã có 404 sự kiện chuyển gen vào cây trồng đã được tạo ra, hầu hết các sự kiện chuyển gen tập trung vào đối tượng cây ngô (148 sự kiện), bông (58 sự kiện), khoai tây (45 sự kiện), cải dầu (38 sự kiện), đậu tương đứng thứ 5 với 34 sự kiện chuyển gen. Các giống đậu nành chuyển gen chiếm 50% diện tích canh tác cây trồng chuyển gen trên toàn thế giới. Thống kê tỉ lệ 10
diện tích canh tác đối với từng loại cây trồng, đậu tương đứng thứ nhất với 78%, 64% bông, 26% ngô và 24% hạt cải dầu được trồng trên toàn thế giới là các giống chuyển gen. Các quốc gia canh tác 90% đậu tương chuyển gen là Hoa Kỳ, Brazil, Argentina, Canada, Nam Mỹ và Uruguay (ISAAA, 2016). Lợi ích thu được từ đậu tương chuyển gen trong 20 năm từ 1996 đến năm 2015 là 52,4 tỷ đô la Mỹ và 5,05 tỷ đô la Mỹ chỉ riêng cho năm 2015. Các tính trạng chuyển gen vào đậu tương đã được áp dụng và thương mại hóa chủ yếu là tính trạng kháng sâu và kháng thuốc diệt cỏ. Tổng diện tích trồng đậu tương chuyển gen trên thế giới năm 2016 đạt 91,4 triệu hecta bao gồm 68 triệu hecta kháng thuốc trừ cỏ, và 23,4 triệu hecta đậu tương đa tính trạng. Theo thống kê mới nhất của ISAAA năm 2017, trong 37 sự kiện chuyển gen vào đậu tương được công bố chỉ có 1 sự kiện chuyển gen chịu hạn duy nhất: IND-ØØ41Ø-5 mang gen Hahb-4 (có nguồn gốc từ cây hoa hướng dương - Helianthus annuus) đã được thương mại hóa tại Argentina năm 2015. Sự kiện toàn bộ hệ gen của đậu tương đã được giải trình tự, cùng với nó là hàng trăm gen điều khiển tính chịu hạn, mặn, lạnh… ở thực vật nói chung và ở đậu tương nói riêng đã được phát lộ. Và đặc biệt, dòng đậu tương có khả năng kháng hạn rất cao đã được tạo ra khi chúng được biến nạp gen điều khiển At DREB2A sẽ là cơ sở và động lực hết sức quan trọng trong việc thúc đẩy quá trình nghiên cứu và chọn tạo các giống đậu tương biến đổi gen có khả năng chống chịu lại các điều kiện bất lợi (lạnh, hạn, mặn) hiện nay. Tại Việt Nam, công tác nghiên cứu chuyển gen vào cây trồng triển khai chậm hơn so với thế giới hàng chục năm. Một số công trình chuyển gen ban đầu chỉ được tiến hành nghiên cứu lẻ tẻ tại một số phòng thí nghiệm: Từ năm 2006, cây trồng biến đổi gen đã được Nhà nước đầu tư nghiên cứu với quy mô tập trung hơn sau khi "Chương trình trọng điểm phát triển và ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông 11