mở đầu cho quá trình thụ phấn, tiếp theo đó là quá trình thụ tinh. Thụ phấn, thụ tinh là quá trình sinh học diễn ra liên tục gồm nhiều bước : hạt phấn nảy mầm, phát triển ống phấn, sự hòa nhập của các tế bào sinh dục, sự phát triển của phôi thai. n 8 Quá trình thụ phấn, thụ tinh diễn ra như sau: hạt phấn rơi lên râu ngô, sau 5 - 6 giờ thì bắt đầu nảy mầm, mầm xuyên vào râu ngô phát triển theo chiều dọc, hướng xuống dưới và tiến vào phôi châu. Khi vào phôi châu vách ống phấn tách ra, hạt phấn phân hóa thành hai tinh trùng.
Một tinh trùng kết hợp với tế bào trứng tạo thành phôi, tinh trùng thứ hai kết hợp với hạch thứ cấp tạo thành phôi nhũ. Sau khi thụ tinh, phôi và nội nhũ được tạo thành. Phôi được phát triển thành hạt [4]. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 2.
Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới Nhờ có vai trò quan trọng trong nền kinh tế mà cây ngô ngày càng được quan tâm và phát triển. Ngô là cây lương thực lấy hạt quan trọng trong nền nông nghiệp toàn cầu và được phổ biến ở nhiều nước trên thế giới đem lại năng suất và sản lượng cao nhất trong các loại ngũ cốc. Thực tế, năm 2012 theo số liệu của tổ chức Nông Nghiệp và Lương Thực LHQ (FAO) về sản xuất ngô: Diện tích toàn thế giới là 177,4 triệu ha, năng suất trung bình là 4,916 tấn/ha, tổng sản lượng 872,0 triệu tấn. Năm 2012, phần lớn sản lượng ngô trên thế giới tập trung ở các nước Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Mehicô, Pháp và Ấn Độ, chiếm trên 75% [21].
Tình hình sản xuất ngô ở một số nước đứng đầu trên thế giới từ năm 2004 - 20112 Chỉ tiêu Nước 2008 2009 2010 2011 2012 Thế giới 162,9 158,8 164,3 172,0 177,4 Diện tích Mỹ 64,0 61,4 62,8 64,1 67,6 (triệu ha) Trung Quốc 29,8 31,2 32,5 33,5 34,9 Braxin 14,4 13,6 12,6 13,2 14,1 Thế giới 5,098 5,162 5,180 5,161 4,916 Năng suất Mỹ 6,856 7,178 7,078 6,836 6,181 (tấn/ha) Trung Quốc 5,556 5,259 5,459 5,748 5,955 Braxin 4,08 3,714 4,366 4,210 5,005 Thế giới 830,3 820,0 851,1 888,0 872,0 Sản lượng Mỹ 439,0 440,8 445,1 438,4 418,2 (triệu tấn) Trung Quốc 166,0 164,1 177,5 192,9 208,2 Braxin 589 507 553 556 710 (Nguồn FAOSTAT (2014) [21]) n 9 Mỹ luôn là nước chiếm vị thế hàng đầu thế giới về diện tích và sản lượng ngô, đồng thời cũng là nước có năng suất cao nhất. Năng suất ngô tăng từ 1,5 triệu tấn/ha năm 1930 lên đến 7,078 tấn/ha vào năm 2010, với tổng sản lượng 445,1 triệu tấn [21] Năm 2009 diện tích trồng ngô ở các nước Đông Nam Á là 8,212 triệu ha, năng suất bình quân đạt 31,3 tạ/ha với tổng sản lượng 25,67 triệu tấn [21]. Kể từ khi ngô được phát hiện ở châu Mỹ và du nhập vào các khu vực khác trên thế giới, trong một khoảng thời gian dài năng suất chỉ đạt khoảng 0,1-0,2 tấn/ha. Nhưng đến nay nhờ những ứng dụng khoa học kỹ thuật về kỹ thuật di truyền chọn tạo giống, các biện pháp canh tác tiên tiến, cơ giới hóa … đặc biệt là sinh học phân tử, đưa cây ngô biến đổi gen trong quá trình canh tác đã đưa năng suất tăng cao gấp nhiều lần [13].
Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô ở Việt Nam Trong nền nông nghiệp Việt Nam, cây ngô là cây màu quan trọng, cây lương thực thứ hai sau lúa nước. Ngô được đưa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm, mặc dù là cây lương thực đứng thứ hai nhưng do truyền thống là nền nông nghiệp lúa nước nên ngô vẫn chưa được chú trọng, không phát huy được tiềm năng của nó [13]. Nhưng cho tới ngày nay, sản xuất ngô đã được phổ biến rộng khắp cả nước từ vùng núi cao đến đồng bằng và trung du. Năng suất ngô qua các năm không ngừng tăng về diện tích, năng suất và sản lượng: năm 2001 tổng diện tích ngô là 730.000 ha, đến năm 2005 đã tăng trên 1 triệu ha; năm 2010, diện tích ngô cả nước 1126,9 nghìn ha, năng suất 40,9 tạ/ha, sản lượng trên 4,6 triệu tấn.
Tuy vậy, cho đến nay sản xuất ngô ở nước ta phát triển chưa tương xứng với tiềm năng, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước, hàng năm nước ta vẫn phải nhập khẩu từ trên dưới 1 triệu tấn ngô hạt [2]. Tình hình sản xuất ngô những năm gần đây Năm Diện tích Năng suất Sản lượng (Nghìn ha) (Tấn/ha) (Tạ/ha) 2008 1440,2 4,01 4573,1 2009 1089,2 4,01 4371,7 2010 1126,9 4,09 4606,8 2011 1121,2 4,31 4835,7 2012 1118,2 4,29 4803,1 (Nguồn: Niên giám thống kê 2010, Nhà xuất bản thống kê Hà Nội, 2011) [14] (FAOSTAT 2014) [21]. n 10 Những năm qua nhà nước cũng đã hết sức quan tâm đầu tư cho việc nghiên cứu và phát triển cây ngô. Hai dự án tiêu biểu về phát triển giống ngô đã được đầu và được tiến hành tại Viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam: “Dự án phát triển giống ngô lai giai đoạn 2006-2010 (đã kết thúc) và “Dự án phát triển sản xuất giống ngô lai giai đoạn 2011-2015 (đang triển khai).
Chiến lược nghiên cứu và phát triển cây ngô của Việt Nam đến năm 2020 xác định [15]: - Đẩy mạnh nghiên cứu về cây ngô góp phần đưa diện tích ngô của cả nước đến năm 2015, phấn đấu đạt 1,3 triệu ha ngô; năng suất đạt trên 50 tạ/ha; sản lượng 6,5 triệu tấn, đến năm 2020 đạt 1,5 triệu ha với năng suất bình quân 60 tạ/ha và sản lượng 9,0 triệu tấn, nhằm đảm bảo cũng cấp nguyên liệu cho chế biến thức ăn chăn nuôi và nhu cầu khác trong nước, từng bước tham gia xuất khẩu. Dự kiến diện tích, năng suất và sản lượng ngô cả nước đến năm 2020 Năm Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (triệu tấn) 2005 1043300 36,0 3,7 2010 1200000 42,0 5,4 2015 1300000 50,0 6,5 2020 1500000 60,0 7,8 (Nguồn: Chiến lược phát triển cây ngô đến năm 2020 [15]). - Cải thiện thu nhập và đời sống cho người sản xuất ngô, nâng cao hiệu quả sử dụng đất, lao động và vốn đầu tư. - Nghiên cứu các giải pháp về khoa học kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất ngô, tăng thu nhập cho người trồng ngô, bảo vệ môi trường sinh thái, góp phần xây dựng nền nông nghiệp bền vững.
Tình hình nghiên cứu và sản xuất cây ngô chuyển gen trên thế giới và ở Việt Nam - Trên thế giới Trên thế giới diện tích cây ngô biến đổi gen là lớn thứ 2 sau đậu tương với diện tích 25,2 triệu ha chiếm 25% diện tích cây trồng biến đổi gen trên thế giới. Cây ngô biến đổi gen được trồng nhiều nhất ở Mỹ, Achentina, Brazin, Canada, Trung n 11 quốc, Nam Phi … Cây ngô chủ yếu được nghiên cứu sản xuất và sử dụng giống có tính trạng chống chịu thuốc trừ cỏ, kháng sâu, chịu hạn[24]. Năm 2006, thêm một số nước thuộc liên minh Châu Âu (EU) lần đầu tiên đưa ngô Bt vào trồng đại trà. Tổng diện tích trồng ngô Bt ở 5 nước (Pháp, Cộng Hòa Séc, Bồ Đào Nha, Đức và Slovakia) đã tăng trên 5 lần từ xấp xỉ 1500ha năm 2005 lên gần 8500ha năm 2006, diện tích này còn đang tăng lên rất nhiều trong năm 2007 [16][40].
Ngô là cây trồng được các quốc gia trên thế giới cấp phép sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi nhiều nhất với tổng số 35 giống khác nhau, vượt hẳn cây trồng thứ 2 là bông (với 19 giống khác nhau). Ngô được cấp phép nhiều nhất là ngô kháng sâu bệnh (MON810) và ngô kháng thuốc trừ cỏ (NK603), cả 2 giống này được 18 nước cấp phép [24]. Năm 2006, theo ước tính của hãng phân tích thị trường Cropnosis, thị trường cây trồng biến đổi gen toàn cầu trị giá khoảng 6,15 tỷ đô la, chiếm 16% thị trường cây trồng được bảo hộ trên toàn cầu và chiếm 21% thị trường hạt giống toàn cầu. Trong đó giá trị của ngô biến đổi gen chiếm 39% tương đương với khoảng 2,39 tỷ đô la [24] - Nghiên cứu và sản xuất ngô biến đổi gen ở Việt Nam Việt Nam là một quốc gia với nền kinh tế nông nghiệp chủ yếu trong đó ngô là một trong những cây lương thực đóng vai trò quan trọng.
Vì vậy, việc nghiên cứu cây ngô biến đổi gen đang được đầu tư mạnh mẽ. Vào ngày 12 tháng 1 năm 2006 Thủ tướng Chính Phủ ký quyết định 11/2006/QĐ-TTG và cây trồng biến đổi gen được đầu tư nghiên cứu khảo nghiệm từ năm 2006 [9]. Đặc biệt mới đây, đề tài/dự án tạo ngô biến đổi gen kháng sâu và kháng thuốc diệt cỏ được nghiên cứu tại viện Di truyền Nông nghiệp Việt Nam do PGS.TS Nguyễn Văn Đồng chủ nhiệm đề tài với mục tiêu là tạo dòng ngô kháng sâu và kháng thuốc diệt cỏ có năng xuất cao và thích nghi tốt với các vùng sinh thái khác nhau. Đây là dự án thuộc chương trình trọng điểm “Phát triển ứng dụng công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp” thực hiện từ tháng 10 năm 2006.
Các phương pháp chuyển gen ở thực vật 2. Phương pháp chuyển gen trực tiếp 2. Chuyển gen bằng súng bắn gen Là sử dụng những công cụ (súng bắn gen) có thể tạo được áp lực trong không khí đẩy được các viên đạn (bằng kim loại trơ, đường kính khoảng 1µm) có phủ các vector chuyển gen đi với tốc độ 1300 m/s. Với tốc độ bắn này, viên đạn có thể xuyên qua các lớp tế bào bên ngoài của mô và xâm nhập vào các tế bào bên trong gặp nhân và gắn vào nhiễm sắc thể của tế bào.
Chọn lọc tế bào mang gen và tái sinh thành cây chuyển gen [10] - Ưu điểm: + Có thể áp dụng với hầu hết các loại mô và tế bào. + Quá trình chuyển DNA ngoại lai vào tế bào nhanh. + Dễ sử dụng: qui trình đơn giản, một số lượng lớn mẫu có thể được xử lí trong thời gian ngắn. + Các vectơ được thiết kế đơn giản + Cần một lượng nhỏ plasmid DNA.
+ Sự biểu hiện gen chuyển có thể quan sát được sau vài ngày. - Nhược điểm: + Nhiều bản sao được chuyển vào tế bào cùng một lúc gây khó khăn cho việc phân tích biểu hiện của gen đã chuyển. + Hiệu quả chuyển gen thấp, giá thành cao [10]. - Các nghiên cứu chuyển gen thành công bằng phương pháp này: Báo cáo đầu tiên về chuyển gen bằng súng bắn gen vào đậu tương sử dụng chồi phân sinh đỉnh làm mô đích được McCabe và cộng sự tiến hành năm 1988 [27].
Chuyển gen bằng xung điện Kỹ thuật này áp dụng cho phương pháp chuyển gen vào tế bào trần.