Đặt vấn đề Cỏ dại luôn là một vấn đề lớn với cây trồng. Cỏ dại không chỉ cạnh tranh với cây trồng để lấy nước, chất dinh dưỡng, ánh nắng mặt trời, khoảng không để phát triển mà còn là nơi cư trú cho côn trùng và các loại sâu bệnh gây hại, làm giảm sút chất lượng mùa màng, đem theo hạt giống cỏ dại trộn lẫn với hạt giống cây trồng. Theo phương pháp truyền thống cỏ dại thường được kiểm soát bằng cách: cầy sới, nhổ cỏ, phun thuốc diệt cỏ, hay kết hợp tất cả những tập quán này. Nhưng phương pháp này chỉ áp dụng được trên diện tích rất nhỏ.
Biện pháp diệt cỏ hiệu quả cho diện tích canh tác lớn được đưa ra là phun thuốc diệt cỏ một lần trên diện tích lớn. Thuốc diệt cỏ tác động vào một số enzym chủ yếu trong quá trình trao đổi chất của cây, làm rối loạn quá trình tổng hợp hữu cơ của cây và cuối cùng là tiêu diệt cỏ dại. Loại thuốc diệt cỏ hay được sử dụng phổ biến ở Việt Nam là glyphosate và glufosinate. Hai loại thuốc diệt cỏ này rất hữu ích trong việc kiểm soát cỏ dại và ít ảnh hưởng trực tiếp lên vật nuôi và không tổn hại lâu trong môi trường.
Chúng có hiệu quả cao nhất và an toàn nhất trong số những hoá chất dùng trong nông nghiệp. Tuy nhiên, hoạt tính tác động lên cỏ dại cũng tác động giống hệt lên cây trồng, kết quả là tiêu diệt cả cỏ dại và cây trồng. EPSPS là enzyme chìa khóa trong con đường sinh tổng hợp các amino acid ng thơm 2 dạng: EPSPS I tồn tại ở thực vật và vi khuẩn, dạng này nó bị ức chế bởi glyphosate. Dạng EPSPS II chỉ có ở một số vi khuẩn như Pseudomonas sp.
strain PG2982, Agrobacterium tumefaciens sp. strain CP4 và Staphylococcus aureus… Trong đó EPSPSII từ Agrobacterium tumefaciens sp. strain CP4 có tính kháng glyphosate mức độ cao và đã được nhiều công trình nghiên cứu ứng dụng. Để giải quyết vấn đề Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 2 phòng trừ được cỏ dại và đảm bảo được năng suất chất lượng cây trồng, việc chọn tạo được giống cây trồng mang mang gen EPSPS từ A.
CP4, có khả năng chống chịu được chất diệt cỏ glyphosate là một trong các hướng đi quan tâm nhất hiện nay. Xuất phát từ lý do trên, chúng tôi đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Thiết kế vector chuyển gen mã hóa protein kháng chất diệt cỏ glyphosate.” Đề tài được thực hiện nghiên cứu tại phòng Công nghệ tế bào Thực vật, Viện Công nghệ Sinh học – Viện Hàn lâm khoa học quốc gia Việt Nam. Mục tiêu của đề tài Thiết kế được vector chuyển gen mang cấu trúc gen mã hóa protein kháng chất diệt cỏ glyphosate. Nội dung nghiên cứu 1.
Thiết kế vector chuyển gen - Xác định và sửa đổi trình tự nucleotid gen EPSPS phù hợp biểu hiện trong thực vật. - Thiết kế cấu trúc vector chuyển gen mang cấu trúc EPSPS mã hóa protein kháng chất diệt cỏ glyphosate. - Chuyển cấu trúc EPSPS vào vi khuẩn A. tumefaciens CV58 - Biến nạp cấu trúc EPSPS vào cây thuốc lá.
- Chọn lọc các dòng thuốc lá chuyển gen. Phân tích - Kiểm tra cấu trúc gen chuyển trong cây thuốc lá chuyển gen - Kiểm tra biểu hiện protein tái tổ hợp trong cây thuốc lá chuyển gen - Đánh giá khả năng kháng glyphosate của cây thuốc lá chuyển gen. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Chất diệt cỏ và ứng dụng trong sản xuất nông nghiệp 2.1 Cỏ dại và cách phòng trừ Cỏ dại có rất nhiều loài với nhiều đặc tính rất khác nhau, tuy nhiên chúng vẫn có những đặc điểm giống nhau.
Dựa vào những đặc tính này, chúng ta có thể phân loại cỏ dại theo nhiều cách (theo chu kỳ sinh trưởng, theo hình thái, theo đặc điểm thực vật). Phân loại theo chu kỳ sinh trưởng: Theo cách phân loại này ta thấy có hai nhóm cỏ: cỏ hàng năm và cỏ lâu năm. Cỏ hàng năm: là các loại cỏ hoàn thành vòng đời (từ hạt đến nảy mầm ra hoa tạo hạt) trong một hoặc hai mùa canh tác trong một năm. Các loại cỏ này thường chết vào mùa khô sau khi hoàn thành vòng đời của chúng.
Cỏ lâu năm: là những loại cỏ sống lâu hơn một năm. Loại cỏ này rất khó diệt vì có thân ngầm hoặc thân bò trên mặt đất, có bộ rễ, củ phát triển sâu, khả năng sinh sản vô tính mạnh. Phân loại theo hình thái: Theo kiểu phân loại hình thái, ta có cỏ lá hẹp (còn gọi là cỏ một lá mầm) và cỏ lá rộng (còn gọi là cỏ hai lá mầm). Cỏ một lá mầm có những đặc tính chung như: lá hẹp, dày, mọc xiên, mặt lá có lông, rễ thường là rễ chùm, ăn nông, đỉnh sinh trưởng được bọc kín trong bẹ lá.
Tuy nhiên, trong nhóm này cũng có một số loại cỏ có đặc tính hơi khác như cỏ cói lác lá hẹp nhưng mềm, mỏng và trơn. Cỏ hai lá mầm thường có lá rộng, nằm ngang, mỏng và mềm; rễ thường là rễ cọc, ăn sâu, đỉnh sinh trưởng để lộ ra ngoài. Phân loại theo đặc điểm thực vật: Nhóm cỏ hoà bản: cỏ có bản lá hẹp, dài, gân phụ song song với gân chính chạy dài từ đầu lá tới cổ lá. Thân: thường tròn và bọng ruột, lá mọc cách, đính trên thân theo hai hàng.
Rễ: thường là rễ chùm, ăn nông. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 4 Nhóm cỏ chác lác: lá hẹp nhưng ngắn hơn cỏ hoà bản, thân thường đặc ruột có góc cạnh tam giác, lá đính trên thân theo ba hàng kiểu xoắn ốc. Nhóm cỏ lá rộng: lá rộng, nằm ngang, mọc đối, mặt lá ít lông, gân lá sắp xếp theo nhiều kiểu hình khác nhau. Cỏ dại từ xưa tới nay đều là vấn đề nhức nhối trong canh tác nông nghiệp.
Cỏ dại làm giảm năng suất và phẩm chất của cây trồng: do có bộ rễ phát triển rất mạnh, phần lớn được phân bố ở lớp đất mặt nên dễ dàng cạnh tranh với cây trồng về dinh dưỡng, ánh sáng và nước làm cho cây trồng không đủ điều kiện sinh sống nên sinh trưởng và phát triển kém, cho năng suất thấp, phẩm chất nông sản giảm. Cỏ dại là ký chủ của sâu bệnh: Các cây cỏ dại cùng họ có những đặc điểm giống cây trồng là những ký chủ phụ rất tốt cho sâu bệnh. Cỏ dại làm tăng chi phí sản xuất: như tốn công làm cỏ, diệt cỏ bằng hoá chất … Người nông dân có thể phòng trừ cỏ dại bằng một số phương pháp Biện pháp phòng: Không để cỏ tạo hạt trên ruộng, sử dụng giống không lẩn hạt cỏ, vệ sinh nông cụ sạch cỏ trước khi sử dụng, dùng phân hữu cơ đã hoai ủ, dùng lưới chắn hạt cỏ khi cho nước vào ruộng… Biện pháp trừ: có thể nhổ cỏ bằng tay, làm đất, sử dụng nước thích hợp vào dùng thuốc hoá học. Hiện nay, việc sử dụng thuốc hoá học để diệt trừ cỏ được coi là biện pháp hữu hiệu nhất vì nó tiết kiệm được công lao động, có thể sử dụng nhanh chóng trên diện rộng và được sử dụng ở nhiều thời điểm khác nhau, không cực nhọc, vất vả như các biệp pháp làm cỏ khác.
Các loại thuốc diệt cỏ đang sử dụng Thuốc diệt cỏ tuỳ theo loại khác nhau có thể tác động đến cỏ dại theo nhiều cách khác nhau. Người ta phân loại theo kiểu tác dộng của thuốc trừ cỏ như: Thuốc diệt cỏ có tác động chọn lọc và thuốc diệt cỏ có tác động không chọn lọc: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 5 Thuốc diệt cỏ có tác động chọn lọc có nghĩa là thuốc diệt cỏ khi sử dụng đúng theo khuyến cáo sẽ chỉ diệt trừ cỏ dại mà không gây hại cho cây trồng. Thuốc diệt cỏ có tác động không chọn lọc được sử dụng ở nơi không trồng trọt, những thuốc này gây hại cho mọi loài thực vật có mặt ở nơi phun thuốc và thuốc tiếp xúc với thuốc. Thuốc diệt cỏ tiếp xúc và thuốc diệt cỏ nội hấp: Thuốc diệt cỏ tiếp xúc chỉ gây hại cho các bộ phận của cây tiếp xúc với thuốc.
Thuốc chỉ có tác dụng với cỏ hàng năm, không có thân ngầm trong đất. Ví dụ các thuốc trừ cỏ Propanil, Gramoxone… Thuốc diệt cỏ nội hấp (lưu dẫn) có thể dùng bón, tưới vào đất hoặc phun lên lá. Sau khi xâm nhập vào lá, rễ thuốc dịch chuyển đến khắp các bộ phận trong thực vật, thuốc được dùng để trừ cỏ hàng niên và lưu niên. Thuốc diệt cỏ phun lên lá và thuốc diệt cỏ phun hoặc bón, tưới vào đất: Thuốc diệt cỏ phun lên lá là những thuốc trừ cỏ chỉ có thể xâm nhập vào lá cỏ để gây hại cho cỏ (thuốc này không có khả năng xâm nhập vào rễ cỏ).
Những thuốc này được dùng phun vào lúc cỏ đã mọc, còn non. Ví dụ thuốc trừ cỏ Onecide, Propanil… Những thuốc diệt cỏ phun hoặc bón vào đất chỉ có thể xâm nhập vào bên trong cỏ dại qua mầm hoặc bộ rễ của cỏ. Những thuốc này có loại được dùng phun trên đất mới cày bừa xong hoặc vừa gieo xong, khi cỏ còn chưa xuất hiện trên mặt ruộng. Ví dụ: thuốc trừ cỏ Sirius.
Ngoài ra còn có những loại thuốc diệt cỏ vừa có khả năng xâm nhập vào lá, vừa xâm nhập vào rễ cỏ. Những thuốc này có thể dùng phun lên ruộng khi cỏ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn/ 6 sắp mọc hoặc cỏ mới mọc (mới ra 1-3 lá). Ví dụ; các thuốc trừ cỏ Afalon, Ronstar v.v… Thuốc diệt cỏ tiền nảy mầm và hậu nảy mầm: Thuốc diệt cỏ tiền nảy mầm là loại thuốc diệt cỏ được dùng sớm, ngay sau khi gieo, khi cỏ chưa mọc trên ruộng. Ví dụ thuốc trừ cỏ Simazine, Sofit.
Thuốc diệt cỏ hậu nảy mầm là loại thuốc được dùng muộn hơn, khi cỏ đã mọc, ở giai đoạn non. Ví dụ các thuốc trừ cỏ Afalon, Whip S, Oneside, … Thuốc diệt cỏ hoà bản và thuốc diệt cỏ lá rộng: Thuốc diệt cỏ hoà bản chỉ có tác dụng diệt những cỏ họ hoà bản (lá hẹp, gân lá, song song như cỏ lồng vực, cỏ mần trầu, …). Thuốc diệt cỏ lá rộng là thuốc chỉ có tác dụng diệt được cỏ lá rộng bản, gân lá hình chân vịt như cỏ dền gai, rau sam,. Hầu hết những thuốc diệt cỏ đang được sử dụng ở nước ta đều là những hợp chất hữu cơ tổng hợp.
Những thuốc diệt cỏ thông dụng trong sản xuất nông nghiệp hiện nay thường ít độc hơn với người và gia súc so với thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh.
