Nghiên cứu chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai để tăng chiều dài sợi gỗ

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay nghiên cứu chuyển gen tăng chiều dài sợi gỗ echb1 vào bạch đàn lai phục vụ công nghiệp chế biến, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất

• Tác giả: Đỗ Thị Thục
• Trường học: Viện Sinh Thái & Tài Nguyên Sinh Vật
• Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm
• Đề tài: Nghiên cứu chuyển gen tăng chiều dài sợi gỗ (EcHB1) vào bạch đàn lai phục vụ công nghiệp chế biến giấy
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀ I LIỆU
• 1.1. Tổng quan về Bạch đàn nói chung và Bạch đàn lai nói riêng
• 1.2. Kỹ thuật chuyển gen thực vật
• 1.2.1. Khái niệm chuyển gen
• 1.2.2. Các phương pháp chuyển gen cho cây trồng
• 1.2.2.1. Phương pháp chuyển gen trực tiếp
• 1.2.2.2. Phương pháp chuyển gen gián tiếp
• 1.2.3. Chuyển gen nhờ vi khuẩn Agrobacterium
• 1.2.4. Đặc điểm chung của vi khuẩn A. tumefaciens

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai

Nghiên cứu chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai nhằm mục đích tăng chiều dài sợi gỗ phục vụ cho ngành công nghiệp chế biến. Bạch đàn là một trong những cây trồng chủ lực tại Việt Nam, với diện tích rừng trồng ngày càng mở rộng. Việc cải thiện chiều dài sợi gỗ không chỉ nâng cao chất lượng gỗ mà còn đáp ứng nhu cầu nguyên liệu cho ngành công nghiệp giấy. Gen EcHB1 đã được xác định có khả năng tăng trưởng chiều dài sợi gỗ, mở ra hướng đi mới cho nghiên cứu và ứng dụng công nghệ sinh học trong lâm nghiệp.

1.1. Bạch đàn và vai trò trong ngành công nghiệp chế biến

Bạch đàn là cây gỗ có tốc độ sinh trưởng nhanh, được trồng rộng rãi tại Việt Nam. Gỗ bạch đàn được sử dụng chủ yếu trong sản xuất giấy và đồ mộc. Việc nghiên cứu chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai sẽ giúp nâng cao hiệu suất sản xuất gỗ, đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường.

1.2. Tầm quan trọng của gen EcHB1 trong nghiên cứu

Gen EcHB1 có khả năng mã hóa cho nhân tố phiên mã HD-Zip class II, có vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chiều dài sợi gỗ. Nghiên cứu cho thấy, khi gen này được chuyển vào cây thuốc lá, chiều dài sợi gỗ tăng lên 1,2 lần so với đối chứng, cho thấy tiềm năng ứng dụng trong bạch đàn.

II. Thách thức trong việc chuyển gen vào bạch đàn lai

Việc chuyển gen vào bạch đàn lai gặp nhiều thách thức, bao gồm khả năng sinh trưởng của cây, sự ổn định của gen sau khi chuyển và khả năng thích ứng với môi trường. Các phương pháp chuyển gen hiện tại như sử dụng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens đã được áp dụng, nhưng vẫn cần cải tiến để đạt hiệu quả cao hơn.

2.1. Khó khăn trong việc duy trì tính trạng di truyền

Một trong những thách thức lớn nhất là duy trì tính trạng di truyền của cây sau khi chuyển gen. Việc gen không ổn định có thể dẫn đến sự thay đổi trong đặc tính sinh trưởng của cây, ảnh hưởng đến chất lượng gỗ.

2.2. Ảnh hưởng của môi trường đến cây chuyển gen

Cây bạch đàn lai có thể gặp khó khăn trong việc thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau. Việc nghiên cứu các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của cây chuyển gen là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả sản xuất.

III. Phương pháp chuyển gen hiệu quả cho bạch đàn lai

Phương pháp chuyển gen gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens đã được chứng minh là hiệu quả trong việc chuyển gen vào cây bạch đàn. Phương pháp này không chỉ đơn giản mà còn giúp giảm thiểu tổn thương cho tế bào cây, tăng khả năng sống sót của cây chuyển gen.

3.1. Kỹ thuật chuyển gen qua vi khuẩn Agrobacterium

Agrobacterium tumefaciens là vi khuẩn đất có khả năng chuyển gen vào thực vật. Phương pháp này đã được áp dụng thành công trong nhiều nghiên cứu và cho thấy hiệu quả cao trong việc chuyển gen vào bạch đàn.

3.2. Các phương pháp chuyển gen trực tiếp

Ngoài phương pháp gián tiếp, các phương pháp chuyển gen trực tiếp như bắn gen hay vi tiêm cũng đang được nghiên cứu. Những phương pháp này có thể mang lại kết quả nhanh chóng nhưng cần được tối ưu hóa để giảm thiểu rủi ro.

IV. Ứng dụng thực tiễn của nghiên cứu chuyển gen EcHB1

Nghiên cứu chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai không chỉ mang lại lợi ích cho ngành công nghiệp chế biến gỗ mà còn góp phần cải thiện môi trường. Việc tăng chiều dài sợi gỗ sẽ giúp giảm thiểu diện tích đất cần thiết cho việc trồng rừng, từ đó bảo vệ các hệ sinh thái tự nhiên.

4.1. Tăng cường hiệu suất sản xuất gỗ

Việc chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai sẽ giúp tăng cường hiệu suất sản xuất gỗ, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của ngành công nghiệp chế biến giấy và đồ mộc.

4.2. Cải thiện chất lượng môi trường

Nghiên cứu này không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn góp phần cải thiện chất lượng môi trường. Việc trồng bạch đàn lai có thể giúp phục hồi các vùng đất suy thoái, tạo ra môi trường sống tốt hơn cho các loài sinh vật.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của nghiên cứu

Nghiên cứu chuyển gen EcHB1 vào bạch đàn lai mở ra nhiều triển vọng cho ngành công nghiệp chế biến gỗ tại Việt Nam. Việc ứng dụng công nghệ sinh học trong lâm nghiệp sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm, đồng thời bảo vệ môi trường. Tương lai của nghiên cứu này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho cả người dân và nền kinh tế.

5.1. Tương lai của ngành công nghiệp chế biến gỗ

Ngành công nghiệp chế biến gỗ sẽ có nhiều cơ hội phát triển nhờ vào việc ứng dụng công nghệ sinh học. Việc cải thiện giống bạch đàn sẽ giúp nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

5.2. Định hướng nghiên cứu tiếp theo

Các nghiên cứu tiếp theo cần tập trung vào việc tối ưu hóa các phương pháp chuyển gen và đánh giá tác động của cây chuyển gen đến môi trường. Điều này sẽ đảm bảo rằng nghiên cứu không chỉ mang lại lợi ích kinh tế mà còn bảo vệ được hệ sinh thái tự nhiên.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀ I LIỆU 1. Tổng quan về Bạch đàn nói chung và Bạch đàn lai nói riêng Bạch đàn (Ecucalyptus) là một chi thực vật thuộc họ Sim (Myrtaceae), bộ Sim (Myrtaces), phân lớp Hoa hồng (Rosidae), lớp Hai lá mầm (Dycotyledone). Tên Bạch đàn Ecucalyptus lần đầu tiên được nhà thực vật học người Pháp Charles Louis L’Heritier de Brutell đặt cho vào năm 1788. Từ đó đến nay đã có tới 600 loài và biến chủng đã được mô tả và đặt tên, gần đây 500 loài đã được chấp nhận chính thức.

Theo Boland và cs (1987), Eldridge và cs (1993) chi Bạch đàn được chia làm 8 chi phụ. Trong đó, chi phụ Symphyomyrtus có nhiều loài được sử dụng và trồng rừng đại trà như: E. grandis… Bạch đàn có xuất xứ từ Australia và chỉ có 2 loài phân bố ngoài Australia là loài E. deglupta Blume và E.

Bạch đàn bao gồm nhiều loài khác nhau và là cây trồng rừng phổ biến trên thế giới. Ước tính có trên 10 triệu ha Bạch đàn được trồng ở châu Á, Nam Mỹ, Nam Âu, Úc và New Zealand. Bạch đàn urô (Eucalyptus urophyllaST. Blake) và Bạch đàn grandis (E.

grandis) thuộc chi phụ Symphyomyrtus, họ Sim (Myrtaceae), là những loài cây gỗ lớn, mọc nhanh, được trồng nhiều tại các nước nhiệt đới có nhiệt độ trung bình từ 24 – 280C. Bạch đàn là cây thân gỗ lâu năm, mọc nhanh, cây trồng 5-6 năm tuổi thường có chiều cao trên 7m và đường kính thân khoảng 9- 10cm. Cây Bạch đàn có cơ chế tự bảo vệ nhờ một cơ quan dưới mặt đất gọi là “củ gỗ” và cơ chế phát triển nhanh nhờ chồi bất định và búp phụ, do đó cây có khẳ năng thích nghi cao với nhiều loại lập địa và khí hậu lại cho năng suất tương đối cao (18-20m3/ha/năm). Trên thế giới Bạch đàn là cây trồng rừng sản xuất chính với diện tích ngày càng được mở rộng.

Theo số liệu công bố năm 2009, rừng trồng Bạch đàn năm 2009 đã đạt khoảng 19,5 triệu ha tại 3 châu lục lớn là Châu Phi, Châu Mỹ và Châu Á-Thái Bình Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Dương, Ấn Độ là nước có diện tích rừng trồng Bạch đàn lớn nhất thế giới, năm 2009 ước tính có khoảng 3,9 triệu ha (Nguồn www. Ở Việt Nam, cây Bạch đàn được người Pháp đưa vào gây trồng từ trước năm 1945, song việc gây trồng Bạch đàn trên quy mô lớn mới chỉ được bắt đầu từ năm 1960 (Bùi Thị Huế). Trong một thời gian ngắn, cây Bạch đàn đã phát triển mạnh mẽ và trở thành một trong số các loài cây lâm nghiệp trồng rừng quan trọng của nước ta hiện nay. Bạch đàn là nhóm cây được trồng rộng rãi ở nước ta, đặc biệt là các tỉnh miền Trung và miền Nam.

Đây cũng là cây trồng chủ yếu trên các đường nông thôn, các bờ vùng, bờ thửa ở đồng bằng Bắc Bộ và đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả nghiên cứu và gây trồng nhiều năm qua cho thấy nhiều loài Bạch đàn được nhập vào nước ta chỉ một số loài sinh trưởng nhanh và có khả năng thích ứng lớn. Trong đó, đáng chú ý là các loài Bạch đàn urô (E. urophylla), Bạch đàn tere (E.

tereticornis) và Bạch đàn trắng (E. camaldulensis), Bạch đàn liễu (E. Ở những nơi thấp Bạch đàn urô (E. urophylla) có thể mọc lẫn với Bạch đàn trắng (E.

Bạch đàn urô là cây thích hợp với các lập địa có vùng đất sâu ẩm ở các tỉnh miền Bắc, Bắc Trung Bộ và Tây Nguyên. Các xuất xứ có triển vọng nhất cho vùng trung tâm miền Bắc là Lewotobi và Egor Flores (Lê Đình Khả, 1996). Egor Flores cũng là một trong những xuất xứ có triển vọng nhất ở Mang Linh và Hang Hanh của vùng Đà Lạt (Lê Đình Khả, 1996; Phạm Văn Tuấn và cs, 2000) [7][14]. Bạch đàn urô là một trong những loài Bạch đàn chính được trồng chủ yếu ở Việt Nam (Nguyễn Đức Kiên, 2009).

Tác giả đã chỉ ra rằng các tính trạng sinh trưởng và chất lượng gỗ ảnh hưởng lớn đến hiệu xuất bột giấy cho ngành công nghiệp. Các nghiên cứu đánh giá về sinh trưởng của Bạch đàn urô tại Việt Nam cũng cho thấy tỷ lệ sinh trưởng của Bạch đàn tại Việt Nam chậm hơn so với các nước khác như Trung Quốc, Braxin (Santos, 1990; Wei và Borralho, 1998a; Nguyễn Đức Kiên, 2009). Vì vậy, các chương trình chọn giống Bạch đàn ở Việt Nam tập trung chủ yếu vào tăng sinh trưởng, tuy nhiên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ở các vùng sinh thái suy thoái, nghèo chất dinh dưỡng, tỷ lệ sinh trưởng của Bạch đàn vẫn tồn tại ở dạng sinh trưởng chậm so với nhiều nước khác. Do vậy, các định hướng nghiên cứu làm tăng hiệu suất bột giấy và tăng khả năng sinh trưởng của cây Bạch đàn tại các vùng sinh thái suy thoái và nghèo chất dinh dưỡng tại Việt Nam đã và đang được quan tâm nghiên cứu.

Bạch đàn lai được đánh giá có ưu thế lai và sinh trưởng tốt hơn bố mẹ của chúng (Lê Đình Khả và cs, 1993) [6]. Một số giống Bạch đàn lai có năng suất cao đã được chọn và gây trồng rất thành công ở một số nước như Brasil và Công Gô. Tại đây, trên những lập địa tốt và áp dụng kỹ thuật trồng thâm canh có thể đạt năng suất 40 - 80m3/ha/năm. Trung Quốc và Philippin cũng tạo được một số giống Bạch đàn lai có năng suất cao và đang được trồng làm nguyên liệu giấy.Tình hình trồng và sinh trưởng Bạch đàn lai ở Việt Nam Bạch đàn là một trong những nhóm cây đang được gây trồng rộng rãi ở nước ta.

Hiện nay Bạch đàn được coi là cây nguyên liệu giấy chủ yếu ở vùng trung tâm miền Bắc. Các nghiên cứu trong nước về lai giống và sử dụng giống lai đang là hướng đi được nhiều nhà chọn giống quan tâm. Nghiên cứu về giống lai tự nhiên giữa Bạch đàn trắng (E. camaldulensis) với Bạch đàn đỏ (E.

robusta) cho thấy giống lai có năng suất cao hơn rất nhiều so với giống bố mẹ (Lê Đình Khả, 1970) [5]. Từ năm 1994, những nghiên cứu về lai nhân tạo cho một số loài Bạch đàn đã được tiến hành tại Trung tâm Nghiên cứu Giống cây rừng và đã tạo được hàng chục tổ hợp lai thuận nghịch trong loài và khác loài ở 3 loài Bạch đàn chính của nước ta là Bạch đàn urô (E. urophylla), Bạch đàn trắng (E. camaldulensis) và Bạch đàn liễu (E.

Qua khảo nghiệm đã chọn được 31 cây trội trong 8 tổ hợp lai Bạch đàn có năng suất cao hơn giống sản xuất tốt nhất trên 30%. Những giống này đã được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là giống tiến bộ kỹ thuật và cho phép triển khai khảo nghiệm trên các vùng sinh thái khác nhau. Nghiên cứu lai giống Bạch đàn cũng cho thấy một số tổ hợp lai có hiệu suất bột giấy cao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] hơn, trong lúc độ bền của giấy tương đương với các loài bố mẹ (Lê Đình Khả và Nguyễn Việt Cường, 2001) [4]. Ở Việt Nam từ các năm 1996 – 2000, Trung tâm Nghiên cứu giống cây rừng thuộc Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam đã tạo được gần 80 tổ hợp lai trong loài và lai khác loài giữa các loài Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla), Bạch đàn trắng (E.

camaldulensis) và Bạch đàn liễu (E. Giai đoạn 2001-2010 nghiên cứu lai giống cho các loài bạch đàn đã tạo được trên 100 tổ hợp lai đôi, ba cho các loài cho 7 loài bạch đàn là Bạch đàn urô, Bạch đàn tere (E.tereticornis), Bạch đàn trắng (E. camaldulensis) , Bạch đàn grandis (E. grandis), Bạch đàn saligna (E.

saligna), Bạch đàn microcorys (E.microcorys), Bạch đàn pellita (E. Sau 2 năm tại đất đồi trọc nghèo dinh dưỡng ở Cẩm Quỳ- Ba Vì- Hà Nội, năng suất của các tổ hợp lai P18U29 đạt 17,3dm3/cây vượt mẹ (P18) là 316%, vượt bố của chúng (U29) là 363% về thể tích, còn vượt giống lai đối chứng nhập từ Brasin GU8 là 160%. Tổ hợp lai U29S6 có thể tích thân cây đạt 16,62dm3/cây vượt thể tích của mẹ (U29) là 349% và vượt giống lai đối chứng GU8 là 153%. Tại hiện trường Minh Đức- Bình Phước sau 2 năm tổ hợp lai T1P17, C18P17, P18U29C3, P18U29 và C9G15 đạt thể tích thân cây tương ứng là 26,1; 26,1; 22,8; 21,8 và 21 dm3/cây vượt giống đối chứng PN14 tương ứng là 383%, 384%, 335%, 321% và 309% về thể tích (Nguyễn Việt Cường.

Qua khảo nghiệm cũng đã chọn được 30 dòng bạch đàn lai có sinh trưởng nhanh hơn các giống đối chứng PN2, PN14, U6 và GU8 ở hầu hết các điểm khảo nghiệm và có thể tích thân cây vượt hơn giống đối chứng từ 110% đến 300% ở năm thứ 3. Một nghiên cứu khảo nghiệm giống Bạch đàn lai tại lâm trường Vạn Xuân cho thấy trong các dòng lai được chọn lọc có một số dòng sinh trưởng vượt trội so với dòng kiểm chứng U6, GU8, PN2, PN14 cả về đường kính, chiều cao và chỉ số thể tích thân cây, đặc biệt là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] dòng lai UE24, UE83, UE5. Những dòng này có chỉ số thể tích bằng 70,4-73,9; trong khi đó dòng GU8 có chỉ số thể tích là 50,3. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Trong một vài năm gần đây công ty trồng rừng Innov Green Quảng Ninh đã tiến hành trồng rừng các giống Bạch đàn lai nhập từ Trung Quốc (giống lai giữa Bạch đàn urô x grandis, Bạch đàn urô x tere, với tên gọi là Bạch đàn cự vĩ và vĩ hệ) với diện tích vài trăm ha ở Quảng Ninh.

Bạch đàn lai này có sinh trưởng nhanh hơn Bạch đàn U6 (Bảng 1. Sinh trưởng dòng Bạch đàn lai cự vĩ và vĩ hệ ở Quảng Ninh (2007-2009) Kí hiệu IG01 IG02 IG03 IG04 U6 Tên KH UxG GxU UxG UxT Uro (BĐ cự vĩ) (BĐ cự vĩ) (BĐ cự vĩ) (BĐ vĩ hệ) Nơi trồng Xã Quảng Xã Quảng Xã Quảng Xã Quảng Xã Quảng ( 2007 và Sơn Huyện Sơn Huyện Sơn Huyện Sơn Huyện Sơn Huyện 2008) Hải Hà- QN Hải Hà- QN Hải Hà- QN Hải Hà- QN Hải Hà- QN D. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 10 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Kỹ thuật chuyển gen thực vật 1.1 Khái niệm chuyển gen Kỹ thuật chuyển gen là kỹ thuật đưa một hay nhiều gen lạ đã được thiết kế ở dạng DNA tái tổ hợp vào tế bào chủ của cây trồng nói riêng và của các sinh vật nói chung (vi sinh vật, động vật,.