MỞ ĐẦU Cây ngô (Zea mays L.) là cây lương thực giàu dinh dưỡng có vai trò. nhất cung cấp lương thực cho loài người, được - - hàng nông sản xuất khẩu có giá trị. Cây ngô được gieo. Theo thống kê của FAO, năm 2012 cây ngô được với diện tích 177,38 triệu ha, [57 t Nam, ngô là cây lương thực được.
Ở nước ta hiện nay, ngô là một trong những cây trồng đang được coi trọng để phát triển cả diện tích cũng như năng suất và chất lượng. Tuy nhiên, do điều kiện khí hậu, thời tiết nước ta rất phức tạp, vấn đề bảo quản ngô sau thu hoạ để đưa vào sản xuất. Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng kháng mọt của ngô như: nghiên cứu về thành phần sâu mọt hại ngô trong quá trình bảo quản, đặc điểm sinh thái học của loài mọt ngô, đánh giá giống ngô nhiệt đới kháng mọt Sitophilus zeamais [42], [45], nghiên cứu đánh giá cải thiện giống ngô lai với mức độ kháng khác nhau với mọt ngô [49], đánh giá biểu hiện của gen Cystatin lúa mạch trong ngô tăng cường Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.vn/ 2 sức đề kháng [25]. Các nghiên cứu đều chỉ ra rằng đặc tính kháng mọt của cây ngô do nhiều gen quyết định, trong đó có gen Cystatin [19].
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn của việc chọn tạo giống ngô theo hướng nâng cao khả năng kháng mọt, chúng tôi đã tiến hành đề tài "Nghiên cứu chuyển cấu trúc gen Cystatin2 vào một số giống ngô thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens”. Mục tiêu nghiên cứu Chuyển cấu trúc gen Cystatin2 liên quan đến khả năng kháng mọt vào giống ngô LVN99 và LVN885. Nội dung nghiên cứu - Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian gây nhiễm A.tumefaciens đến khả năng tạo mô sẹo từ phôi non của hai giống ngô LVN99 và LVN885. - Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ kháng sinh đến khả năng tạo mô sẹo từ phôi non của hai giống ngô LVN99 và LVN885.
- Chuyển cấu trúc gen Cystatin2 vào giống ngô LVN99 và LVN885. - Đánh giá kết quả chuyển gen bằng phương pháp PCR. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.vn/ 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TỔNG QUAN VỀ CÂY NGÔ (ZEA MAYS L.
Sơ lƣợc về cây ngô Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L., do nhà thực vật học Thụy Điển Linnaeus đặt tên theo hệ thống tên kép Hy Lạp - La Tinh: Zea - từ Hy Lạp để chỉ cây ngũ cốc và Mays là từ ―Maya‖- tên một bộ tộc da đỏ ở vùng Trung Mỹ - xuất xứ của cây ngô. Ngô là một loại cây lương thực thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo (Gramineae), bộ hòa thảo (Graminales) [13]. Căn cứ vào kết quả nghiên cứu khảo cổ học, tế bào học, di truyền học… cho thấy cây ngô có nguồn gốc từ Châu Mỹ, ngô lan truyền sang Châu Âu và phần còn lại của thế giới sau khi có sự tiếp xúc của người Châu Âu với Châu Mỹ. Ở Việt Nam ngô được trồng vào thế kỷ thứ XVII.
Ngô thuộc nhóm cây hòa thảo, có bộ rễ phát triển rất mạnh, nên có khả năng hút nước rất khỏe, hơn nhiều loài cây trồ ễ của cây ngô hoàn chỉnh chia thành 3 nhóm: rễ mầm, rễ đốt, rễ chân kiềng. Rễ mầm mọc từ trụ lá mầm, chức năng chính của rễ này là hút nướ. Rễ đốt mọc vòng quanh các đốt thấp của thân. Rễ chân kiềng mọc quanh các đốt thấp sát mặt đất.
Rễ này giúp cây chống đỡ và bám chặt vào đất, chúng cũng tham gia hút nướ. Số lượng rễ, số lông rễ và độ dài rễ khác nhau ở mỗi giống. Thân ngô đặc, đường kính từ 2 - 4 cm, cao từ 1,8 - 2 m. Thân ngô trưởng thành bao gồm nhiều lóng nằm giữa các đốt và kết thúc bằng bông cờ.
Thân ngô ngoài nhiệm vụ giúp cây đứng vững, là bộ phận dự trữ và vận chuyển chất hữu cơ, ngoài ra còn có khả năng quang hợp để tổng hợp chất hữu cơ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.vn/ 4 Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ nhau. Các bộ phận của lá bao gồm: bẹ lá, phiến lá, thìa lìa. Theo hình thái và vị trí trên thân, lá ngô được chia thành các nhóm: lá mầm, lá thân, lá bẹ, lá bi.
Số lá, độ lớn của lá phụ thuộc vào giống, điều kiện thời tiết, kỹ thuật canh tác, mùa vụ, số lá ngô thường biến động từ 15 - 20 lá. Đặc điểm nổi bật là lá ngô có rất nhiều khí khổng. Trung bình một lá ngô có từ 2 - 6 triệu khí khổng, trên 1mm2 lá có từ 500 - 900 khí khổng. Cơ chế đóng mở của lỗ khí khổng liên quan chặt chẽ tới điều kiện hạn hán.
Lá ngô là cơ quan làm nhiệm vụ quang hợp, đồng thời làm nhiệm vụ trao đổi khí, hô hấp, dự trữ dinh dưỡng… Ngô là loại cây có hoa khác tính cùng gốc. Cơ quan sinh sản đực (bông cờ) và cái (bắp) tuy cùng nằm trên một cây song ở những vị trí khác nhau. Hoa đực nằm ở đỉnh cây. Hoa cái phát sinh từ mầm nách lá trên thân, số mầm nách nhiều nhưng chỉ có từ 1 - 3 mầm nách trên cùng phát triển thành bắp.
Số bắp trên cây phụ thuộc vào giống, vùng sinh thái, mật độ và phân bón. Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 5 phần chính: vỏ hạt, lớp alơrôn, phôi, nội nhũ và chân hạt. Vỏ hạt bao xung quanh hạt là một màng nhẵn. Lớp alơrôn nằm dưới vỏ hạt.
N - : ngù (phần ngăn cách giữa nội nhũ và phôi), lá mầm, trụ dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm. Quá trình sinh trưởng, phát triển của cây ngô được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn sinh dưỡng và giai đoạn sinh thực. Giai đoạn sinh dưỡng được tính từ khi gieo đến trỗ cờ. Giai đoạn sinh thực được tính từ trỗ cờ đến chín hoàn toàn.
Căn cứ vào đặc điểm quá trình sinh trưởng phát triển có thể chia ra các giai đoạn sinh trưởng phát triển quan trọng sau đây: giai đoạn hạt nảy mầm và mọc; giai đoạn từ mọc đến 3 lá; giai đoạn từ 3 lá đến 7 lá; giai đoạn từ 7 lá đến trổ cờ; giai đoạn từ trỗ cờ đến tung phấn, phun râu; giai đoạn từ thụ phấn đến chín [10]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô Thành phần hydratcacbon ở ngô chủ yếu là tinh bột (60 - 70%), lipid chủ yếu là acid béo, protein, hàm lượng đường khoảng 3,5%, lượng tro khoảng 1 - 2,4%, chất khoáng chiếm trên 60% khối lượng của phôi [10]. Tỷ lệ protein trong hạ 8 - 12%.
Protein chính của ngô là zein, một loại prolamin, gần như không có lysine và tryptophan. Protein của ngô được chia thành 3 loại chính: protein hoạt tính (enzyme), protein cấu tạo và protein dự trữ, trong đó protein dự trữ chiếm tỷ lệ cao nhất. Hàm lượng protein cũng như các thành phần amino acid bị thay đổi bởi những tác động của các yếu tố di truyền (giống) và môi trường, kỹ thuật canh tác. Vitamin của ngô tập trung ở lớp ngoài hạt ngô và ở mầm.
Ngô cũng có nhiều vitamin C, vitamin B (B1, B2, B6. Vitamin PP hơi thấp cộng với thiếu tryptophan một amino acid có thể tạo vitamin PP. Riêng ngô vàng chứa nhiều carotene (tiền vitamin A) [9]. Hàm lượng lipid là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng hạt [7].
Đặc điểm di truyền học của cây ngô Chi Zea có một loài duy nhất zeamays nhưng có rất nhiều giống, hàng ngàn giống được phân chia thành nhiều loài phụ khác nhau dựa vào đặc điểm cấu trúc hạt. Ngô gồm có chín loài phụ như sau: Ngô răng ngựa (Zea mays var.), ngô đá (Zea mays var.), ngô nổ (Zea mays var.), ngô bột (Zea mays var.), ngô đường (Zea mays var.), ngô bọc (Zea mays var.), ngô nếp (Zea mays var.), ngô đường bột (Zea mays var.amylacea saccharata Sturt.), ngô bán răng ngựa (Zea mays var. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.vn/ 6 Ngô có bộ nhiễm sắc thể 2n = 20. Chiều dài tổng cộng của các nhiễm sắc thể là 1.
Một số nhiễm sắc thể của ngô có cái mà người ta gọi là "bướu nhiễm sắc thể": các vùng tạp sắc lặp đi lặp lại cao với vết màu sẫm. Mỗi bướu riêng biệt là đa hình trong số các giống của cả ngô lẫn cỏ ngô. Barbara McClintock đã sử dụng các bướu này để chứng minh thuyết transposon của bà về các "gen thay đổi đột ngột", và với công trình này bà đã đoạt giải Nobel năm 1983 trong lĩnh vực sinh lý học và y học. Ngô vẫn còn là sinh vật mẫu quan trọng cho di truyền học và sinh học phát triển ngày nay.
Tại Hoa Kỳ có một kho trung tâm lưu trữ các đột biến ở ngô, The Maize Genetics Cooperation — Stock Center, do Cục Nghiên cứu Nông nghiệp của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) thành lập và nằm tại Khoa các khoa học cây trồng của Đại học Illinois tại Urbana-Champaign. Tổng cộng bộ sưu tập có gần 80. Bộ sưu tập này bao gồm vài trăm gen đã đặt tên, cộng với các tổ hợp gen bổ sung và các biến thể có thể di truyền khác. Ở đây có khoảng 1000 sai lệch nhiễm sắc thể (chẳng hạn các hoán vị hay nghịch đảo) và các nguồn với số nhiễm sắc thể bất thường (như các dạng tứ bội).
Dữ liệu di truyền miêu tả các nguồn đột biến ở ngô cũng như vô số các dữ liệu khác về di truyền học của ngô có thể truy cập tại MaizeGDB (Maize Genetics and Genomics Database: Cơ sở dữ liệu di truyền học và bộ gen ngô). Năm 2005, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ (NSF), Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ (DOE) đã thành lập một côngxoocxiom để xác định trình tự chuỗi bộ gen của ngô. Dữ liệu về chuỗi DNA trong kết quả đã được đưa ngay vào Ngân hàng gen, kho chứa công cộng của các dữ liệu chuỗi gen. Việc thiết lập trình tự chuỗi cho bộ gen ngô là khá khó khăn do kích thước lớn và các sắp xếp phức tạp.
Bộ gen ngô có 50000 – 60000 gen nằm rải rác trong 2,5 tỷ bazơ – các phân tử tạo ra AND. (Để so sánh, bộ gen người chứa khoảng 2,9 tỷ bazơ và 26. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www. Giá trị kinh tế của cây ngô Ngô là loại cây lương thực chính được trồng rộng rãi trên toàn thế giới.
; ngô còn là thức ăn xanh và ủ chua lý tưởng cho đại gia súc đặc biệt là bò sữa.