Đặt vấn đề Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L., thuộc chi Maydeae, họ Graminaae. Ngô là cây ngũ cốc quan trọng cung cấp lương thực cho con người, cung cấp nguyên liệu trong chế biến thức ăn chăn nuôi. Ngô là một trong năm loại cây lương thực chính của thế giới (ngô, lúa nước, lúa mì, sắn và khoai tây) [3]. Năm 2010 tổng sản lượng của ngô trên toàn thế giới đạt 851173441 tấn thu hoạch từ 164305102 ha (FAO,2014) [15].
Ở Việt Nam ngô là loại lương thực quan trọng thứ hai sau cây lúa, có sự phát triển rộng khắp, liên tục. Hiện nay việc chọn tạo giống ngô tốt, sạch bệnh, chất lượng cao, phẩm chất tốt, chống chịu được các điều kiện ngoại cảnh khắc nghiệt là một vấn đề đang được quan tâm và được đặt ra hàng đầu. Bên cạnh các phương pháp chọn lọc truyền thống, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ sinh học hiện đại đã tạo ra các thực vật chuyển gen nói chung, các dòng ngô chuyển gen nói riêng mang các đặc tính quý mà các phương pháp truyền thống thường tốn rất nhiều thời gian hoặc không thể thực hiện được. Kĩ thuật chuyển gen vào cây ngô đã được nghiên cứu và trở thành công cụ quan trọng từ những năm 1990.
Hai phương pháp thường được áp dụng vào chuyển gen ở cây ngô là chuyển gen trực tiếp bằng súng bắn gen và chuyển gen gián tiếp bằng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Một số tính trạng được tập trung nghiên cứu chuyển gen vào cây ngô trong những năm qua như nâng cao tính chịu mặn hay tính chịu hạn [1]. Ở Việt Nam nguồn gen ngô được bảo tồn tại Viện nghiên cứu ngô với khoảng 400 mẫu giống thụ phấn tự do và 3. Hạn hán là một trong những yếu tố bất thuận chính làm giảm sinh khối thân, lá và năng suất của ngô trên thế giới cũng như ở Việt Nam, nhất là những vùng trồng ngô dựa vào nguồn nước tự nhiên.
Theo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam diện tích trồng ngô phụ thuộc vào nước mưa chiếm khoảng 70%, diện tích chủ động được nước tưới chiếm khoảng gần 30%. Ở nước ta lượng mưa hàng năm phổ biến từ 1700 – 2000 mm đủ cho nhu cầu n 2 phát triển của cây ngô, tuy nhiên lượng mưa tập trung theo mùa nên về mùa khô cây ngô không đủ nước để phát triển. Để cải thiện năng suất trong điều kiện hạn hán ở cây trồng nông nghiệp nói chung và ở cây ngô nói riêng gặp phải nhiều khó khăn do hiểu biết về các cơ chế sinh học xảy ra trong cây ở điều kiện hạn hán còn hạn chế [12], [29]. Hệ số di truyền của các tính trạng thấp, tính chất không thể đoán trước được như thời gian xảy ra hạn hán, mức độ của hạn hán [11], [13], [18], [27].
Do đó cần tiếp cận và phát triển các phương pháp nghiên cứu mới để cải thiện năng suất cây trồng trong điều kiện hạn hán. Kỹ thuật chuyển gen vào cây ngô đã đạt được những thành công ban đầu trong quá trình phát triển giống ngô chuyển gen chịu hạn. Năm 2008, công ty Mosanto, công ty được đầu tư mạnh nhất về công nghệ chuyển gen trên thế giới, đã chuyển gen chịu hạn vào cây ngô thành công [1]. Ở Việt Nam vấn đề chuyển gen chịu hạn vào các dòng ngô cũng đang được tập trung tiến hành nghiên cứu [1].
Tuy nhiên các kết quả nghiên cứu còn rất kiêm tốn và chưa có một công bố chính thức nào [1]. Với sự tiến bộ về khoa học kĩ thuật, Phòng Thí nghiệm Trọng điểm Công Nghệ Tế Bào Thực Vật – Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam đã tạo ra một số dòng ngô chuyển gen chịu hạn ZmNF-YB2 bằng phương pháp biến nạp thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens bước đầu đã thu được kết quả. Việc chuyển gen vào các dòng ngô này là thành công bước đầu, có ý nghĩa rất quan trọng trong việc chọn, tạo các giống ngô biến đổi gen ở nước ta. Các dòng ngô chuyển gen được tạo ra cần được xác định sự có mặt và xác định sự biểu hiện của gen chuyển với mục đích khẳng định được khả năng chịu hạn so với giống ngô gốc.
Do vậy chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu kết quả biến nạp gen chịu hạn ZmNF-YB2 vào một số dòng ngô Việt Nam“. Mục đích của đề tài Xác định sự có mặt và sự biểu hiện của gen chuyển ZmNF-YB2 trong một số dòng ngô chuyển gen. Yêu cầu của đề tài - Xác định được sự có mặt hay không của gen chịu hạn ZmNF-YB2 trong một số dòng ngô chuyển gen ở thế hệ T0 và T1 bằng kĩ thuật PCR. n 3 - Xác định được sự biểu hiện khả năng chịu hạn của các dòng ngô mang gen chịu hạn ZmNF-YB2 ở giai đoạn cây non.
- Xác định sự có mặt của gen chuyển ZmNF-YB2 ở thế hệ T1 bằng phương pháp Southern Blot. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học - Đề tài hoàn thành sẽ góp phần bổ sung nguồn kiến thức thực tiễn quan trọng cho lý thuyết đã học. - Biết và nắm rõ phương pháp nghiên cứu khoa học, xử lý và phân tích số liệu.
Ý nghĩa thực tiễn Qua kết quả nghiên cứu đề tài có thể đánh giá được sự có mặt và biểu hiện của gen ZmNF-YB2 sau khi biến nạp vào một số dòng ngô Việt Nam. Có được những đánh giá ban đầu về quá trình chuyển gen chịu hạn vào cây ngô, góp phần giải quyết vấn đề thực tế đặt ra là tạo các dòng ngô có khả năng chịu hạn. n 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Sơ lược về cây ngô 2.
Nguồn gốc và sự lan truyền của ngô Hầu hết các nhà sử gia tin rằng ngô có nguồn gốc ở thung lũng Tehuacan của Mexico [20]. Căn cứ vào những nghiên cứu về nguồn gốc cây trồng của Vavilov (1926) đã chứng minh rằng: Miền Trung Nam Mexico là Trung tâm phát sinh thứ nhất và vùng núi Andet thuộc Peru là Trung tâm phát sinh thứ 2 của cây ngô [28]. Năm 1948 người ta đã tìm thấy hóa thạnh của phấn ngô được khai quật ở Bellar Arter – Mexico, điều này đã khẳng định những nhận định của Vavilov là đúng [28]. Ngô được đưa về Việt Nam trồng bằng hai con đường, từ Trung Quốc và từ Indonexia.
Theo nhà bác học Lê Quý Đôn, cây ngô được đưa vào Việt Nam từ cuối thế kỉ 17 do ông Trần Thế Vinh người huyện Tiên Phong (Sơn Tây, phủ Quảng Oai) đi sứ Trung Quốc mang về và được trồng đầu tiên ở Sơn Tây và gọi là “ngô” [9]. Một số tài liệu cho rằng người Bồ Đào Nha đã nhập ngô vào Jana năm 1946 có thể trực tiếp từ Nam Mỹ. Sau đó ngô được chuyển từ Indonexia sang Đông Dương và Myanma. Nhờ những đặc tính quý cây ngô sớm được người Việt Nam chấp nhận và mở rộng sản xuất, coi như là một trong những cây lương thực chính chỉ sau cây lúa nước [10].
Đặc điểm nông sinh học của cây ngô Các giống ngô ở Việt Nam có những đặc điểm như chiều cao cây, thời gian sinh trưởng, chống chịu sâu bệnh và thích ứng với các điều kiện ngoại cảnh khác nhau. Song cây ngô có những đặc điểm chung về hình thái, giải phẫu. Các bộ phận của cây ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa (bông cờ) và hạt [3]. Cơ quan sinh dưỡng của cây ngô Cơ quan sinh dưỡng của cây ngô gồm có: Rễ, thân, lá làm nhiệm vụ duy trì dinh dưỡng cho cây ngô.
Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây, vì khi hạt nảy mầm sẽ phát triển thành cây [3].1: Hình ảnh của cây ngô Rễ cây ngô Ngô là cây có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ cây hòa thảo, tùy theo chức năng và nhiệm vụ hệ rễ của cây hoàn chỉnh chia làm 3 loại: Rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng [8].2: Hình ảnh rễ mầm, rễ đốt, rễ chân kiềng của cây ngô - Rễ mầm: Hay còn gọi là rễ tạm thời. Sau khi gieo hạt với đầy đủ điều kiện cần thiết sẽ nảy mầm. Cơ quan đầu tiên xuất hiện là rễ mầm sơ sinh (rễ chính, rễ phôi). Ngô là loại hòa thảo có một rễ mầm sơ sinh duy nhất, tương n 6 tự cao lương và kê.
Rễ mầm giữ vai trò chính trong việc cung cấp nước và thức ăn cho cây ngô trong thời kì nảy mầm cho đến giai đoạn 4-5 lá [8]. Sau một thời gian ngắn kể từ sau khi xuất hiện rễ mầm sơ sinh có thể ra nhiều lông hút và nhánh. Thường thì rễ mầm sơ sinh thường ngừng phát triển và khô đi sau một thời gian thường là khi cây ngô có từ 3-4 lá. Nhưng cũng có một số giống ngô rễ mầm tồn tại lâu hơn và ăn sâu vào đất để cung cấp thức ăn cho cây, loại rễ này thường gặp ở những giống ngô chịu hạn [8].
- Rễ đốt: còn gọi là rễ phụ cố định. Đó là rễ mọc xung quanh các đốt thân. Khi cây ngô có từ 3-4 lá, rễ đốt bắt đầu phát triển sau đó mọc nhanh và dần chiếm ưu thế trong việc thay thế bộ rễ mầm. Đây là loại rễ chủ yếu cung cấp nước và chất khoáng trong suốt quá trình sống của cây ngô.
Số lượng rễ đốt thường nhiều, ở mỗi đốt thường có 8-16 rễ. Ban đầu rễ đốt có xu hướng ăn ngang ra, sau đó ăn xuống đất và có thể đạt đến độ sâu 2,5m [3]. - Rễ chân kiềng: đó là các rễ mọc xung quanh các đốt thân trên mặt đất. Loại rễ này to, nhẵn và ít rễ nhánh.
Rễ chân kiềng thực chất là rễ đốt nhưng khác với rễ đốt ở chỗ chúng mọc ở các phần đốt thân ở trên mặt đất, vì vậy có một phần rễ mọc trong không khí không có rễ con và lông hút. Vì vậy rễ chân kiềng có nhiệm vụ chủ yếu là giữ cho cây bám chắc vào đất. Khi đã cắm được vào đất loại rễ này có thể hút nước và chất dinh dưỡng cho cây [3]. Thân cây ngô Thân ngô thưởng phát triển mạnh, thẳng, cứng.
Thân chia làm nhiều gióng, các gióng nằm giữa các đốt. Tùy theo giống, điều kiện khí hậu và kỹ thuật gieo trồng mà chiều cao thân khác nhau. Trung bình cây ngô có chiều cao từ 1,8-2,0m. Trong một số điều kiện canh tác có thể cao đến 7m [3].
Thân cây ngô có đặc điểm là các gióng gần gốc ngắn, lên cao, dài và to dần, phát triển nhất là gióng đóng bắp, gióng gần đóng bắp và các gióng sau bé dần. Bề mặt thân ngô nhẵn và sáng [3]. Lá cây ngô Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ nhau.