Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Phân lập đoạn gen CYP79D1 liên quan đến sự tổng hợp Hydrogen cyanide của cây sắn (Manihot esculenta)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:45

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài "Phân lập đoạn gen CYP79D1 liên quan đến sự tổng hợp Hydrogen cyanide của cây sắn (Manihot esculenta)" tiến hành nghiên cứu nhằm tách chiết RNA tổng số và tạo cDNA từ lá cây sắn; nhân bản đoạn gen CYP79D1 bằng kỹ thuật PCR; xác định trình tự đoạn gen CYP79D1.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Phân lập đoạn gen CYP79D1 liên quan đến sự tổng hợp Hydrogen cyanide của cây sắn (Manihot esculenta)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ THÙY PHÂN LẬP ĐOẠN GEN CYP79D1 LIÊN QUAN ĐẾN SỰ TỔNG HỢP HYDROGEN CYANIDE CỦA CÂY SẮN (MANIHOT ESCULENTA) LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC THÁI NGUYÊN - 2018
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGUYỄN THỊ THÙY PHÂN LẬP ĐOẠN GEN CYP79D1 LIÊN QUAN ĐẾN SỰ TỔNG HỢP HYDROGEN CYANIDE CỦA CÂY SẮN (MANIHOT ESCULENTA) Ngành: DI TRUYỀN HỌC Mã số: 8 42 01 21 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Hoàng Phú Hiệp THÁI NGUYÊN - 2018
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung trình bày trong luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của TS. Hoàng Phú Hiệp. Các số liệu, kết quả sử dụng trong luận văn là trung thực và được sự đồng ý của cán bộ hướng dẫn cùng nhóm nghiên cứu. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những kết quả nghiên cứu trong luận văn này. Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thùy i
LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Hoàng Phú Hiệp đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và chỉ bảo để em có thể hoàn thành luận văn này. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, cán bộ Bộ môn Sinh học hiện đại & Giáo dục Sinh học, khoa Sinh học, trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tận tình giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn. Em xin bày tỏ lời cảm ơn sự động viên và giúp đỡ của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian học tập và thực hiện đề luận văn. Trong quá trình nghiên cứu, do thời gian và khả năng có hạn, luận văn còn nhiều hạn chế. Em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn. Thái Nguyên, tháng 09 năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Thùy ii
MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ................................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................... ii MỤC LỤC .......................................................................................................... iii BẢNG CHỮ VIẾT TẮT .................................................................................... iv DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. v DANH MỤC CÁC HÌNH .................................................................................. vi MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 1 1. Lý do chọn đề tài ............................................................................................. 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ........................................................................................ 2 3. Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU............................................................... 3 1.1. Cây sắn (Manihot esculenta Crantz)............................................................. 3 1.1.1. Phân loại, nguồn gốc và phân bố của cây sắn ........................................... 3 1.1.2. Đặc điểm cây sắn ....................................................................................... 4 1.1.3. Hướng sử dụng sản phẩm từ sắn ............................................................... 6 1.1.4. Tình hình sản xuất - tiêu thụ sắn tại Việt Nam.......................................... 8 1.2. Độc tố trong sắn .......................................................................................... 11 1.3. Họ gen CYP79 và tình hình nghiên cứu gen CYP79D1 và CYP79D2 ...... 14 1.3.1. Đặc điểm họ gen CYP79 ......................................................................... 14 1.3.2. Tình hình nghiên cứu gen CYP79D1 và CYP79D2 ................................ 16 Chương 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................... 18 2.1. Vật liệu và địa điểm nghiên cứu ................................................................. 18 2.1.1. Vật liệu thực vật....................................................................................... 18 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu................................................................................ 18 2.2. Thiết bị và hóa chất .................................................................................... 18 2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 19 iii
2.3.1. Phương pháp tách chiết RNA tổng số ..................................................... 19 2.3.2. Phương pháp tạo cDNA........................................................................... 20 2.3.3. Phương pháp tách chiết DNA tổng số ..................................................... 20 2.3.4. Phương pháp PCR ................................................................................... 20 2.3.5. Phương pháp điện di sản phẩm PCR ....................................................... 22 2.3.6. Phương pháp tinh sạch sản phẩm PCR .................................................... 22 2.3.7. Phương pháp đọc trình tự ........................................................................ 23 Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ...................................................... 24 3.1. Kết quả tách chiết RNA, tạo cDNA và nhân đoạn gen CYP97D1 ............. 24 3.2. Kết quả tách chiết DNA và nhân đoạn gen CYP97D1 ............................... 25 3.3. Xác định và phân tích trình tự đoạn gen CYP79D1 của 2 giống sắn Xanh Vĩnh Phú và KM94 ............................................................................................ 26 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ............................................................................. 31 1. Kết luận .......................................................................................................... 32 2. Đề nghị........................................................................................................... 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 33 iv
BẢNG CHỮ VIẾT TẮT STT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 BLAST Basic Local Alignment Search Tool 2 cDNA Complementary deoxyribonucleotide acid 3 CYP Cytochrome P450 4 DNA Deoxyribonucleotide acid 5 FAO Food and Agriculture Organization of the United Nations 6 HCN Hydro cyanua 7 IAA β - Indole acetic acid 8 IAOx Indole - 3 - acetaldoxime 9 PCR Polymerase Chain Reaction 10 ppm Parts per million 11 RNA Ribonucleotide acid iv
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của tinh bột sắn ............... 7 Bảng 1.2. Sản lượng sắn theo vùng của Việt Nam giai đoạn 2000-2015 ........... 9 Bảng 1.3. Nồng độ cyanide trong sản phẩm thức ăn từ sắn ............................. 12 Bảng 1.4. Họ gen CYP79 ở thực vật ................................................................ 14 Bảng 2.1. Thành phần phản ứng PCR ............................................................... 21 Bảng 2.2. Chu kỳ nhiệt của phản ứng PCR ....................................................... 22 v
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Phân bố và sản lượng sắn ở các nước trên thế giới (2013) ................. 4 Hình 1.2. Sản lượng sắn cả nước giai đoạn 1995-2016....................................... 8 Hình 1.3. Quá trình chuyển hóa HCN từ lá sắn xuống củ ................................. 15 Hình 3.1. Kết quả tách chiết RNA tổng số ........................................................ 24 Hình 3.2. Kết quả PCR nhân đoạn gen CYP79D1 từ RNA tổng số ................. 24 Hình 3.3. Kết quả điện di DNA tổng số ......................................................................25 Hình 3.4. Kết quả PCR nhân đoạn gen CYP79D1 Hình 3.5. So sánh bằng đồ họa về trình tự đoạn gen CYP79D1 ....................... 27 Hình 3.6. Vị trí phân bố của một số gen CYP trên hệ gen sắn ............................ 31 vi
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Nhóm chất cyanide gồm rất nhiều hợp chất với cấu tạo hóa học phức tạp. Những chất này có trong hơn 2.650 loài thực vật khác nhau thuộc khoảng 550 chi và hơn 130 họ, bao gồm dương xỉ, thực vật hạt kín, cây hạt trần [20]. Nhiều cây ăn được chứa cyanogenic glycosides với nồng độ khác nhau, sự khác biệt chủ yếu do yếu tố di truyền, môi trường, vị trí, mùa và loại đất [6]. Ở Việt Nam, cây sắn đóng góp phần không nhỏ trong công cuộc xóa đói giảm nghèo cho nông dân các vùng thiểu số, vùng sâu vùng xa. Sản phẩm từ sắn được ứng dụng trong nhiều ngành sản xuất: chế biến bột ngọt, bánh kẹo, mì ăn liền, bao bì, phụ gia, màng phủ thực phẩm hay thành phần của ethanol. Cyanide có mặt trong sắn ở hai dạng cyanogenic glycoside: linamarin và lotaustralin. Trong đó, linamarin chiếm hơn 80% và có mặt trong tất cả các bộ phận của cây sắn, đặc biệt là rễ và lá. HCN tạo ra và tích tụ nhiều ở vỏ, đầu và phần lõi ruột của sắn [24]. Căn cứ vào hàm lượng HCN (hydro cyanua) trong sắn, người ta chia các giống sắn thành 2 nhóm: nhóm sắn ngọt và nhóm sắn đắng. Trong quá trình chế biến sắn, nếu không loại được HCN thì chất này có thể gây ngộ độc cho người và động vật. Khả năng chống chịu hàm lượng HCN của động vật phụ thuộc vào giống, độ tuổi [7]. Để làm giảm hàm lượng HCN trong sản phẩm sắn thường phải thông qua các phương pháp như làm khô; ủ chua để lên men, ngâm nước củ, thân và lá non. Độc tố trong sắn được phát hiện lần đầu vào năm 1885 bởi Peckolt, có tên gọi là manihotoxin. Quá trình sinh tổng hợp độc tố ở sắn có sự tham gia của enzyme hydrolytic, enzyme này phân giải các dạng cyanogenic glycoside thành dạng cyanide tự do [8]. Như vậy, hàm lượng độc tố trong sắn có thể được giảm bằng cách sử dụng các kĩ thuật knock-out gen hoặc RNAi tác động vào chu trình chuyển hóa đó. 1
Nhằm mục đích nghiên cứu vật liệu cơ sở cho việc ứng dụng kĩ thuật trên trên đối tượng cây sắn, chúng tôi tiến hành đề tài: Phân lập đoạn gen CYP79D1 liên quan đến sự tổng hợp Hydrogen cyanide của cây sắn (Manihot esculenta). 2. Mục tiêu nghiên cứu - Phân lập đoạn gen mã hóa cytochrome P450 của cây sắn. 3. Nội dung nghiên cứu - Tách chiết RNA tổng số và tạo cDNA từ lá cây sắn. - Nhân bản đoạn gen CYP79D1 bằng kỹ thuật PCR. - Xác định trình tự đoạn gen CYP79D1. 2
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) 1.1.1. Phân loại, nguồn gốc và phân bố của cây sắn Cây sắn (Manihot esculenta Crantz) thuộc họ Thầu dầu Euphorbiaceae, còn có tên gọi khác là cây khoai mì, củ mì. Cây sắn có nguồn gốc từ vùng nhiệt đới của châu Mỹ La tinh và được trồng cách đây khoảng 5000 năm. Nơi xuất hiện cây sắn đầu tiên được giả thiết tại vùng đông bắc Brasil. Ngoài ra, nhiều bằng chứng chứng minh cây sắn có nguồn gốc tại Mexico, Trung Mỹ và ven biển phía Bắc của Nam Mỹ. Tại những di tích khảo cổ, củ sắn được tìm thấy có niên đại 2.700 năm trước Công nguyên (Venezuela,); niên đại khoảng 2.000 năm trước công nguyên (ở vùng ven biển Peru). Những lò nướng bánh sắn ở phía bắc Colombia niên đại khoảng 1200 năm trước công nguyên, những hạt tinh bột sắn ở trong phần hóa thạch được phát hiện tại Mexico có tuổi khoảng 900 năm đến 200 năm trước công nguyên. Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ XVII, sau đó, được trồng ở Trung Quốc, Myanmar và các nước châu Á khác ở cuối thế kỷ XVIII - đầu thế kỷ XIX. Cây sắn vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ XVIII và được trồng trên khắp lãnh thổ do khả năng thích ứng tốt với điều kiện khí hậu thổ nhưỡng, tập trung nhiều ở các vùng sinh thái nông nghiệp như Đồng bằng sông Hồng, Trung du và miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ và Duyên hải miền Trung, Trung du, Đông Nam Bộ, Đồng bằng sông Cửu Long [25]. Ngày nay, cây sắn được trồng từ 30˚B - 30˚N, ở 89 nước nhiệt đới thuộc châu Mỹ (14%), châu Phi (60%) và châu Á - Thái Bình Dương (20%), trên những vùng đất nghèo dinh dưỡng với kĩ thuật canh tác truyền thống để làm lượng thực - thực phẩm, thức ăn gia súc. Sự phân bố vùng trồng sắn trên thế giới được thể hiện ở hình 1.1. 3
Hình 1.1. Phân bố và sản lượng sắn ở các nước trên thế giới (2013) [2] Từ năm 1961 đến nay, diện tích trồng sắn trên thế giới có xu hướng gia tăng. Cây sắn đang được nhanh chóng chuyển đổi thành cây công nghiệp triển vọng, làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến tinh bột, cây nhiên liệu sinh học… 1.1.2. Đặc điểm cây sắn Đặc điểm hình thái là một trong những chỉ tiêu đánh giá và phân loại giống. Đặc điểm này do yếu tố di truyền của giống sắn quyết định. Lá sắn là lá đơn mọc xen kẽ trên thân. Phiến lá xẻ thùy, có 5 - 7 thùy, mặt trên xanh thẫm, mặt dưới xanh nhạt có gân nổi rõ, cuống lá dài, có giống dài tới 30 - 40 cm, màu sắc cuống thay đổi: xanh, vàng, đỏ, thể hiện đặc trưng riêng của giống [3]. Chùm hoa có cuống dài, thường mọc ở phía ngọn thân, số lượng hoa cái ít hơn hoa đực và thường nở trước hoa đực nên cây thường thụ phấn chéo nhờ gió và côn trùng. Quả sắn thuộc loại quả nang tự khai, màu nâu nhạt đến đỏ tía, hình lục giác, chia thành ba ngăn, mỗi ngăn có một hạt. Hạt sắn hình trứng, có vân hoặc những vết nâu đỏ trên nền màu kem hoặc xám nhạt [5]. Sắn thường có một thân đơn, mọc thẳng, thuộc loại thân gỗ cao trung bình từ 2 - 3 m, đường kính thân trung bình 2 - 6 cm, giữa thân có lõi trắng và xốp. Chiều cao cây của các giống sắn chịu ảnh hưởng bởi đặc điểm di truyền và điều kiện ngoại cảnh. Mỗi giai đoạn sinh trưởng khác nhau chiều cao cây khác nhau 4
và chiều cao tăng dần theo thời gian sinh trưởng. Tốc độ gia tăng kích thước thân ở mỗi giai đoạn sinh trưởng khác nhau không giống nhau. Tốc độ tăng trưởng chiều cao cây tăng lên từ giai đoạn 40 - 140 ngày sau trồng và tăng mạnh nhất vào giai đoạn 80 - 120 ngày sau trồng. Sau đó tốc độ này giảm dần và đạt tối đa vào thời kỳ thu hoạch. Những giống sắn có chiều cao trung bình khoảng 200 - 250 cm. Giống sắn có chiều cao cây cao dễ bị đổ ngã, khó thu hoạch. Giống sắn có chiều cao cây quá thấp ảnh hưởng tới năng suất của giống cũng như đến nguồn cây giống cho vụ sau. Sự phân cành và chiều cao phân cành được đánh giá là yếu tố quan trọng trong chọn tạo giống sắn. Sự phân cành ảnh hưởng tới bộ tán lá, giống phân cành càng thấp thì độ rộng tán lá thường lớn, chiếm diện tích không gian lớn, điều này ảnh hưởng tới việc quang hợp của cây, từ đó hạn chế việc tăng mật độ trồng trên một đơn vị diện tích. Do cây sắn sử dụng hom để trồng, sau khi thu hoạch thân cây được thu lại làm giống cho vụ sau, nếu chiều cao phân cành thấp làm phần thân thu được ít, gây hạn chế nguồn giống. Màu sắc thân tùy thuộc vào giống và từng giai đoạn phát triển của cây. Thân non có màu xanh hoặc màu đỏ tía. Thân già màu sắc thay đổi thành màu vàng, vàng tro, xám, trắng bạc hay xám lục. Thân có nhiều mắt sắp xếp xen kẽ nhau theo vị trí của lá, khúc khuỷu, xù xì [5]. Rễ con là rễ ở mô phân sinh, mọc dài theo hướng ngang sau đó phát triển theo hướng xuyên xuống sâu. Rễ cái đối với cây mọc từ hạt mọc theo hướng thẳng đứng và từ rễ cái mọc ra nhiều rễ con. Rễ con chủ yếu làm nhiệm vụ hút nước và dinh dưỡng để nuôi cây, khi gặp điều kiện không thuận lợi sẽ mọc đâm sâu để hút nước và dinh dưỡng. Rễ mọc từ mắt và mô sẹo của hom, phình to ra, tập trung được nhiều dinh dưỡng và tích lũy bột thành củ. Khi gặp điều kiện thuận lợi tượng tầng sẽ phát triển mạnh tạo thành củ. Củ thường phát triển theo hướng nằm ngang hoặc xiên, xuyên sâu vào đất. Củ sắn hai đầu nhọn, chiều dài từ 25 - 200 cm, trung bình khoảng 40 - 50 cm. Đường kính củ thay đổi trung bình từ 5 - 7 cm. Kích thước cũng như trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu mỡ của đất [5]. 5
1.1.3. Hướng sử dụng sản phẩm từ sắn Củ sắn tươi có tỉ lệ chất khô 30-40%, tinh bột 16-32%, chất protein, béo, xơ trong 100g tương ứng là 0,8-2,5g; 0,2-0,3g; 1,1-1,7g; 0,6-0,9g; giàu vitamin C, canxi, vitamin B và các khoáng chất, nghèo chất béo và nghèo đạm. Khoáng chất và vitamin trong 100g củ sắn là 18,8-22,5mg Ca; 22,5-25,4mg P; 0,02mg B1; 0.02mg B2; 0,05mg PP. Trong củ sắn, hàm lượng các amino acid không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu amino acid chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác nhau tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng. Lá sắn có hàm lượng đạm khá cao, nhiều chất bột, chất khoáng và vitamin. Lá sắn trong nguyên liệu khô 100% chứa đựng 24,2% đường và tinh bột, 24% protein, 6% chất béo, 11% xơ, 6,7% chất khoáng, xanhthophylles 350ppm. Chất đạm của lá sắn có khá đầy đủ các amino acid cần thiết, giàu lysin nhưng thiếu methionin [1]. Sắn lát khô thường có hai loại: sắn lát khô có vỏ và sắn lát khô không vỏ. Sắn lát khô có vỏ bao gồm: vỏ thịt, thịt sắn, lõi sắn và có thể là một phần vỏ gỗ. Sắn lát khô không vỏ chỉ bao gồm thịt sắn và lõi sắn. Số liệu hàm lượng các chất trong sắn lát khô không vỏ của Việt Nam bình quân đạt: 90,01% khối lượng khô, 2,48% đạm thô, 1,40% béo thô, 3,72% xơ thô, 2,04% khoáng tổng số, 78,59% dẫn xuất không đạm, 0,15% Ca, 0,25% P. Sắn lát khô có vỏ có 90,57% khối lượng khô, 4,56% đạm thô, 1,43% béo thô, 3,52% xơ thô, 2,22% khoáng tổng số, 78,66% dẫn xuất không đạm, 0,27% Ca, 0,50% P [24]. Bột sắn nghiền thủ công có khoảng 87,56% vật chất khô, 3,52% đạm thô, 1,03% béo thô, 1,37% xơ thô, 1,38% khoáng tổng số, 83,89% dẫn xuất không đạm, 0,11% Ca, 0,11% P. Tinh bột sắn có màu rất trắng. Hạt tinh bột sắn quan sát trên kính hiển vi điện tử quét (SEM - Scanning Electron Microscope) có kích thước 5 - 40 nm, nhiều hình dạng, chủ yếu là hình tròn, bề mặt nhẵn, một bên mặt có chỗ lõm hình nón và một núm nhỏ ở giữa. Tinh bột sắn có hàm lượng amylopectin và phân tử lượng trung bình cao hơn amylose của tinh bột bắp, lúa mì, khoai tây. Gel 6
tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa thấp. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của tinh bột sắn thể hiện ở bảng 1.1 [24]. Bảng 1.1. Thành phần hóa học và giá trị dinh dưỡng của tinh bột sắn Thành phần Giá trị dinh dưỡng Tỷ lệ chất khô (%) 30-40 Hàm lượng tinh bột (%) 27-36 Đường tổng số (% FW) 0,5-2,5 Đạm tổng số (%FW) 0,5-2,0 Chất xơ (%FW) 1,0 Chất béo (%FW) 0,5 Chất khoáng (%FW) 0,5-1,5 Vitamin A (mg/100gFW) 17 Vitamin C (mg/100gFW) 50 Năng lượng (KJ/100g) 607 Yếu tố hạn chế dinh dưỡng Cyanogenes Amylose (%) 15-29 Độ dính tối đa (BU) 700-1100 Nhiệt độ hồ hóa (OC) 49-73 Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực thực phẩm. Mỗi bộ phận của cây đều đem lại những giá trị sử dụng nhất định. Từ việc đóng vai trò làm cây lương thực, sắn đang được mở rộng sang các hướng cây nhiên liệu sinh học (sản xuất cồn sinh học, màng phủ sinh học), tinh bột biến tính. Củ sắn được dùng để chế biến tinh bột, sắn lát khô, các sản phẩm công nghiệp như bột ngọt, mì ăn liền, glucose, siro, bánh kẹo, mạch nha, kỹ nghệ chất dính (hồ vải, dán gỗ), bún, miến, mì ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu (tapioca), phụ gia thực phẩm, phụ gia dược phẩm hoặc dùng để ăn tươi. Củ sắn cũng là nguồn nguyên liệu chính để làm thức ăn gia súc. Thân sắn dùng để làm giống, nguyên liệu cho công nghiệp cellulose, làm nấm, làm củi đun. Lá sắn non làm rau xanh giàu đạm, dùng trực tiếp để nuôi tằm, nuôi 7
cá. Bột lá sắn hoặc lá sắn ủ chua dùng để nuôi lợn, gà, trâu bò, dê… Hiện tại, sản phẩm sắn ngày càng thông dụng trong buôn bán, trao đổi thương mại quốc tế [4]. 1.1.4. Tình hình sản xuất - tiêu thụ sắn tại Việt Nam Hiện nay, sắn được trồng tại trên dưới 100 quốc gia trên toàn thế giới với các quy mô canh tác rất khác nhau. Sắn là cây trồng tiềm năng, được coi là cây lương thực quan trọng với diện tích trồng ngày càng mở rộng nhanh chóng. Tổng diện tích sắn toàn thế giới năm 2014 là 24,15 triệu ha, năng suất bình quân 11,30 tấn/ha, sản lượng 272,94 triệu tấn, đứng hàng thứ năm về sản lượng các cây lương thực chính, xếp sau ngô (1.037,79 triệu tấn); lúa nước (741,48 triệu tấn); lúa mì (729,01 triệu tấn) và khoai tây (381,68 triệu tấn). Là cây công nghiệp xuất khẩu triển vọng, Việt Nam hiện mỗi năm thu hoạch trên 0,5 triệu ha sắn, sản lượng khoảng 10 triệu tấn. Sắn được Bộ Công thương đưa vào nhóm 10 mặt hàng nông sản xuất khẩu chủ lực của Việt Nam những năm gần đây, giá trị xuất khẩu sắn mỗi năm đạt từ 1,0 tỷ đến 1,5 tỷ USD. Năng suất sắn năm 2015 đã tăng lên gấp đôi và sản lượng sắn tăng lên gấp 5 lần so với năng suất và sản lượng sắn năm 2000 (hình 1.2) [26]. Hình 1.2. Sản lượng sắn cả nước giai đoạn 1995-2016 (Đơn vị: nghìn tấn) Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến, tập trung nhiều tại các vùng sinh thái nông nghiệp. Đây là một trong số những nguồn thu nhập quan trọng của 8
nông dân do dễ trồng, vốn đầu tư ít, khả năng thích nghi với sinh thái cao và phù hợp với kinh tế nông hộ. Vùng Bắc Trung bộ và Duyên hải miền Trung có sản lượng năm 2015 là 3.144.200 tấn sắn củ tươi chiếm 29,46% tổng sản lượng sắn cả nước. Những tỉnh trồng nhiều sắn của vùng này là Bình Thuận, Phú Yên, Quảng Ngãi và Thanh Hóa. Vùng Đông Nam bộ: sản lượng năm 2015 là 2.982.600 tấn sắn củ tươi, chiếm 27,94% tổng sản lượng sắn cả nước. Những tỉnh trồng nhiều sắn của vùng này là Tây Ninh, Bình Phước, Đồng Nai, Bà Rịa - Vũng Tàu và Bình Dương. Vùng Tây Nguyên: sản lượng năm 2015 là 2.728.300 tấn sắn củ tươi, chiếm 25,56% tổng sản lượng sắn cả nước. Những tỉnh trồng nhiều sắn của vùng này là Gia Lai (nhiều nhất cả nước), Kon Tum, Đăk Lăk và Đăk Nông. Vùng núi và trung du phía Bắc: sản lượng năm 2015 là 1.500.600 tấn sắn củ tươi, chiếm 14,06% tổng sản lượng sắn cả nước. Những tỉnh trồng nhiều sắn của vùng này là Sơn La, Yên Bái và Hòa Bình [26]. Bảng 1.2. Sản lượng sắn theo vùng của Việt Nam giai đoạn 2000-2015 (Đơn vị: nghìn tấn) Hiện nay, Việt Nam hiện có 105 nhà máy sản xuất tinh bột sắn quy mô công nghiệp và 7 nhà máy chế biến cồn với hàng trăm doanh nghiệp thương mại 9
sắn. Năm 2016, sắn và các sản phẩm từ sắn là đứng vị trí thứ 8 trong các mặt hàng sản phẩm xuất khẩu chủ lực của Việt Nam. Sản xuất tinh bột sắn với sản lượng mỗi năm trên 2,0 triệu tấn, trong đó 70% xuất khẩu và 30% tiêu thụ trong nước. Kim ngạch xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn đứng thứ 2 sau Thái Lan. Giá trị xuất khẩu sản phẩm sắn từ 2012 đến 2016 đạt từ 1,0 tỷ USD đến 1,5 tỷ USD/năm. Năm 2015 sản lượng xuất khẩu sắn và các sản phẩm từ sắn đạt 4,11 triệu tấn, trong đó 1,86 triệu tấn sắn lát; 2,25 triệu tấn tinh bột sắn và các sản phẩm khác từ sắn. Tổng giá trị kim ngạch xuất khẩu: 1,32 tỷ USD. Sản lượng xuất khẩu và kim ngạch xuất khẩu năm 2015 tăng so với năm 2014 (3,368 triệu tấn) và (1,136 tỷ USD). Trong năm 2016, Việt Nam xuất khẩu khoảng 3,7 triệu tấn sản phẩm sắn, trị giá 998.698 nghìn USD, trong đó 88,22% khối lượng được xuất khẩu sang Trung Quốc, trị giá 868.395 nghìn USD; tiếp sau đó là các thị trường Hàn Quốc, Nhật Bản, Philippin, Malaysia và Đài Loan [26]. Sắn là cây đứng thứ 4 trong các cây trồng có kim ngạch xuất khẩu chủ lực của Việt Nam trên 1 tỷ USD. Tinh bột sắn Việt Nam đã đến được với trên 20 quốc gia trên thế giới. Năng suất sắn của Việt Nam 18,8 tấn/ha hiện đang đứng ở xung quanh số 10 trong số các nước có năng suất cao. Sắn Việt Nam trong thời gian qua mặc dù đã đạt được những thành tựu trong sản xuất, chế biến, kinh doanh và xuất khẩu nhưng vẫn gặp nhiều thách thức. Giá mua bán sắn không ổn định và lệ thuộc nhiều vào thị trường Trung Quốc. Năng suất sắn Việt Nam thấp hơn nhiều so với tiềm năng năng suất sắn và nhiều rủi ro trong sản xuất tiêu thụ. Năng suất sắn Việt Nam hiện tại (18,8 tấn/ha) thấp hơn Ấn Độ (35,7 tấn/ha), Campuchia (25,2 tấn/ha), Indonesia (23,4 tấn/ha), Thái Lan (22,3 tấn/ha) của vùng sắn Châu Á. Nhiều địa phương trồng một giống sắn liên tục nhiều năm, ít phục tráng, nhân giống mới, sử dụng hom giống kém chất lượng, trồng sắn không chọn đúng lịch thời vụ và thời điểm thu hoạch tối ưu, bón ít phân và không cân đối. Sắn trồng trên đất dốc, đất bị xói mòn 10
nghèo dinh dưỡng, không chú trọng đúng mức các biện pháp thâm canh sắn. Khi bùng phát nhiều dịch hại nguy hiểm có thể làm giảm năng suất cây trồng. 1.2. Độc tố trong sắn Nhóm chất cyanide gồm nhiều hợp chất có cấu tạo hóa học khác nhau và rất phức tạp. Nhiều dạng cyanide được ứng dụng trong sản xuất công nghiệp. Hydrogen cyanide là chất lỏng màu xanh nhạt hoặc không màu, được sử dụng chủ yếu trong sản xuất các chất chẳng hạn adiponitrile, methyl methacrylate, cyanuric chloride, methionine. Các cyanide khác, chẳng hạn như natri và kali cyanide, là muối hút ẩm hoặc tinh thể được sử dụng rộng rãi trong quá trình chiết xuất quặng để thu hồi vàng…Tuy nhiên, anion CN- trong các hợp chất cyanide là một trong số các tác nhân gây ô nhiễm cho môi trường [9]. Cyanogenic glycosides có trong hơn 2.650 loài thực vật khác nhau thuộc khoảng 550 chi và hơn 130 họ, bao gồm dương xỉ, thực vật hạt kín, cây hạt trần [20]. Có khoảng 25 loại cyanogenic glycosides được biết đến, khi phân giải chúng thu được sản phẩm chứa cyanide. Cyanogenic glycosides trong sắn được phân giải nhờ enzyme tiêu hóa hoặc clohdric acid trong dịch vị dạ dày, tạo thành cyan hydric acid có khả năng gây ngộ độc cho con người và động vật. Độc tính của sắn chủ yếu là do cyan hydric acid tạo ra, tương tự như chất say của một số loại họ Đậu và tích tụ nhiều ở vỏ sắn, đầu sắn, phần lõi ruột [24]. Độc tố trong sắn được phát hiện lần đầu vào năm 1885 bởi Peckolt, ở dạng glycoside, tên gọi là manihotoxin. Cyanide có mặt trong sắn ở hai dạng cyanogenic glycoside: linamarin và lotaustralin. Trong đó, linamarin chiếm hơn 80%, có mặt trong tất cả các bộ phận của cây sắn, đặc biệt là rễ và lá [16]. Quá trình sinh tổng hợp dạng cyanide tự do có sự tham gia của enzyme hydrolytic, phân giải các dạng cyanogenic glycosides tạo thành dạng cyanide tự do [8]. Chúng bị thuỷ phân trong nước thành acid cyanhydric, aceton và glucose. Liên kết β trong phân tử linamarin chỉ bị phá vỡ dưới tác động của nhiệt độ cao, 11