MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là cây trồng có vị trí quan trọng ở Việt Nam, cũng như nhiều nước trên thế giới. Với giá trị dinh dưỡng cao, hạt đậu tương được sử dụng làm thực phẩm giàu đạm và chất béo cho người, chế biến thức ăn chăn nuôi, cung cấp nguyên liệu cho ngành chế biến dầu thực vật và một số ngành công nghiệp khác [2]. Ngoài ra đậu tương còn là cây trồng lý tưởng trong hệ thống luân canh do có khả năng cố định Nitơ khí quyển thông qua nốt sần ở rễ và khả năng cải tạo đất tơi xốp.
Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam 2014, diện tích đậu tương ở nước ta hiện đạt khoảng 117.000 ha với năng suất bình quân 1,43 tấn/ha và tổng sản lượng đạt trên 176,4 ngàn tấn. Sản lượng sản xuất ra chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước, vì vậy hàng năm nước ta phải nhập khẩu khối lượng đậu tương rất lớn [12]. Những năm gần đây con người đang phải đối mặt với sự biến đổi của khí hậu toàn cầu. Sự thiếu hụt nước ngọt trầm trọng, cũng như diễn biến phức tạp của khí hậu như hạn hán, mưa lũ,… cùng với sự gia tăng của dịch hại đã tác động không nhỏ đến sự sinh trưởng, phát triển và làm giảm năng suất của cây trồng nói chung và của đậu tương nói riêng.
Để tăng sản lượng đậu tương, ngoài mở rộng thêm diện tích trong cơ cấu luân canh, tăng năng suất là giải pháp chính. Sử dụng giống đậu tương biến đổi gen là một tiến bộ quan trọng nhất trong ngành trồng đậu tương của thế giới hiện nay, với diện tích đậu tương biến đổi gen trên thế giới năm 2014 lên đến khoảng 94 triệu ha [40]. Gần đây chính phủ Việt Nam đã quan tâm đầu tư phát triển các ngành công nghệ cao trong đó công nghệ sinh học được xem là ngành công nghệ mũi nhọn trong tương lai. Ở nước ta đang dần tiếp cận và ứng dụng công nghệ này để tăng năng suất đậu tương và tạo ra một số các đặc tính hữu ích khác.
Sử dụng phương pháp chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn A. tumefaciens để chọn tạo ra các giống đậu tương cho năng suất, chất lượng cao, có khả năng chống chịu tốt với điều kiện bất thuận của môi trường là mục tiêu rất được 1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com quan tâm của nhiều nhà khoa học. Việc tạo giống đậu tương biến đổi gen từ các giống đậu tương trồng ở Việt Nam đòi hỏi các nghiên cứu tiến hành có hệ thống, trong đó việc đánh giá khả năng đáp ứng của giống đối với chuyển nạp gen là rất cần thiết. Xuất phát từ những thực tế trên, chúng tôi đã tiến hành thực hiện nghiên cứu đề tài “Khảo sát khả năng biến nạp gen GmCHS7 vào đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) thông qua vi khuẩn A.
Mục tiêu nghiên cứu - Nghiên cứu chuyển gen GmCHS7 vào một số giống đậu tương Việt Nam (ĐT22, DT84, DT2001, DT99, MTĐ176) và xác định hiệu quả chuyển gen của các giống đậu tương đưa vào nghiên cứu. - Tạo được các dòng đậu tương có mang gen GmCHS7 cho các nghiên cứu tiếp theo. Nội dung nghiên cứu - Tiến hành nghiên cứu biến nạp gen GmCHS7 vào các giống đậu tương Việt Nam (DT84, DT99, DT2001, MTĐ176 và ĐT22) thông qua vi khuẩn A. tumefaciens bằng phương pháp nốt lá mầm.
- Nghiên cứu khả năng tạo chồi và tạo đa chồi của các giống đậu tương Việt Nam (DT84, DT99, DT2001, MTĐ176 và ĐT22) sau khi biến nạp. - Đánh giá hiệu quả chuyển gen vào các giống đậu tương (DT84, DT99, DT2001, MTĐ176 và ĐT22) thông qua vi khuẩn A. tumefaciens mang gen GmCHS7. - Đánh giá tỷ lệ phân ly của gen GmCHS7 ở thế hệ T1.
2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nguồn gốc, vai trò và vị trí của cây đậu tƣơng trong hệ thống cây trồng 1. Nguồn gốc và phân loại Đậu tương là một trong những loại cây trồng mà loài người đã biết sử dụng và trồng trọt từ lâu đời, vì vậy nguồn gốc của cây đậu tương cũng sớm được xác minh.
Những bằng chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học đều công nhận rằng đậu tương có nguyên sản ở Châu Á và có nguồn gốc từ Trung Quốc. Cây đậu tương được thuần hóa ở Trung Quốc qua nhiều triều đại tiền phong kiến và được đưa vào trồng trọt và khảo sát có thể trong triều đại Shang năm 1700 - 1100 trước B. Đậu tương có tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill, là loại cây trồng thuộc họ đậu (Fabaceae), họ phụ cánh bướ m (Papilionoidea). Cây đậu tương là cây thân thảo, ít phân cành dạng bôi, lá đậu tương là lá kép với 3 lá chét, nhưng đôi khi còn có 4 - 5 lá chét.
Hoa màu trắng hay tím, quả thẳng hay quả cong có nhiều lông. Vỏ của hạt đậu tương có màu nâu, đen, vàng, xanh. Khối lượng hạt rất đa dạng từ 20 - 400 mg/hạt. Cây đậu tương có 2 đặc tính sinh trưởng: sinh trưởng hữu hạn và sinh trưởng vô hạn, thời gian sinh trưởng có 3 loại: chín sớm (75 - 85 ngày), trung bình (80 - 100 ngày), muộn (110 - 120 ngày).
Thời gian sinh trưởng là một yếu tố rất quan trọng để lựa chọn cây trồng luân canh xen vụ. Một đặc điểm nổi bật là ở rễ cây đậu tương thường có nốt sần chứa vi khuẩn có khả năng cố định nitơ tự do, cho nên trồng cây đậu tương còn có tác dụng cải tạo đất [2]. Hệ thống phân loại đã căn cứ vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể. Theo hệ thống này thì ngoài chi Glycine còn có thêm chi phụ Soja.
Chi Glycine được chia thành 7 loài hoang dại lâu năm bao gồm: Glycine clandestina Wendl; Glycine falcata Benth; Glycine latifolia (Benth) Newell và Hymowitz; Glycine tatrobeana (Meissn) Benth; Glycine tabacina; Glycine canescens F. Ham; Glycine tomentella Hyayata. Chi phụ Soja được chia ra làm 2 loài: loài đậu tương trồng Glycine max (L.) Merrill và loài hoang dại hàng năm G. Soja Sieb và Zucc [2, 40].
3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tầm quan trọng của cây đậu tương Cây đậu tương là nguồn thực phẩm có giá trị kinh tế cao, giàu đạm, giàu chất béo, giàu các chất khoáng và các vitamin. Ngoài ra, đậu tương còn là nguyên liệu tốt cho ngành công nghiệp thực phẩm, công nghệ ép dầu, thức ăn gia súc và cây làm tốt đất (nhờ hoạt động cố định N2 của loại vi khuẩn Rhizobium cộng sinh trên rễ cây họ đậu), đồng thời cũng là những loài xuất khẩu có giá trị đối với nhiều thị trường trên thế giới [2]. - Giá trị về mặt thực phẩm Trong hạt đậu tương chứa 38 - 40% protein, trong khi đó sắn, gạo, ngô chỉ chứa từ 2 - 14,9% và hydrat cacbon từ 15 - 16%.
Hơn nữa, đậu tương còn chứa nhiều amino acid cơ bản cần thiết như: Isoleucin, Leucin, Metionin, Lysin, Phenylamin, Tryptophan, và nhiều loại vitamin A, B1, B2, C,… và chất khoáng [2, 29, 32]. Hạt đậu tương được coi là nguồn cung cấp protein hoàn chỉnh vì chứa một lượng đáng kể các amino acid không thay thế. Khi thiếu protein trong thành phần thức ăn thì sẽ hạn chế sự sinh trưởng và phát triển trí tuệ của trẻ em và giảm mức độ đề kháng đối với các bệnh truyền nhiễm. - Giá trị về mặt nông nghiệp Làm thức ăn cho gia súc: Đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, 1 kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi.
Toàn cây đậu tương (thân, lá, quả, hạt) có hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân lá tươi có thể làm thức ăn cho gia súc rất tốt, hoặc nghiền khô làm thức ăn tổng hợp của 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%, vì thế làm thức ăn cho gia súc rất tốt [32]. Cải tạo đất: Đậu tương là cây luân canh cải tạo đất tốt, 1 ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng phát triển tốt để lại trong đất từ 30 - 60 kg N. 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 sau, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng mà giảm chi phí cho việc bón phân N.
Thân lá đậu tương dùng bón ruộng thay phân hữu cơ rất tốt bởi lượng N trong thân chiếm 0,05%, trong lá 0,19% [2]. 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Giá trị về mặt công nghiệp Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: 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, nhưng chủ yếu đậu tương được dùng để ép dầu. Hiện nay trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật [32]. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam - Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Đậu tương là cây trồng lấy hạt, cây có dầu quan trọng bậc nhất trên thế giới, đứng hàng thứ 4 sau cây lúa mì, lúa nước và ngô.
Hàng năm trên thế giới trồng khoảng hơn 111,26 triệu ha với năng suất bình quân khá cao 22 - 25 tạ/ha đã tạo ra một sản lượng đậu tương lớn gấp hơn hai lần so với 20 năm về trước. Các nước trồng đậu tương đứng hàng đầu trên thế giới về diện tích gieo trồng và sản lượng là Mỹ 30,7 triệu ha, Brazil 27,86 triệu ha, Argentina 19,41 triệu ha và Ấn Độ 12,2 triệu ha (bảng 1. Các quốc gia sản xuất đậu tương nhiều nhất thế giới năm 2013 TT Quốc gia Diện tích Sản lƣợng (Triệu ha) (Triệu tấn) 1 Mỹ 30,7 89,05 2 Brazil 27,86 81,85 3 Argentina 19,41 40,01 4 Trung Quốc 6,6 12,08 5 Ấn Độ 12,2 11,05 6 Paraguay 3,8 8,35 7 Canada 1,8 4,87 8 Bolivia 1,2 2,4 Tổng số trên toàn thế giới 111,26 276,4 (Nguồn: Food & Agriculture Organization, 2013) - Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu tương ở Việt Nam · Tình hình sản xuất đậu tương Điều kiện thời tiết không thuận lợi đã khiến sản lượng đậu tương nước ta năm 2013 giảm 3% so với năm 2012, xuống còn 168 nghìn tấn. Mưa bão nặng nề và kéo dài suốt năm đã khiến năng suất cây trồng và diện tích thu hoạch đậu tương.
Quy 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.