Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường đến chuyển gen đậu tương (Agrobacterium tumefaciens)

Từ trường giúp tăng hiệu quả chuyển gen ở đậu tương. Nghiên cứu mới cho thấy tiềm năng ứng dụng từ trường trong công nghệ sinh học đậu tương. Tìm hiểu ngay!

• Tác giả: Nguyễn Thị Phượng
• Trường học: Viện Sinh Thái Và Tài Nguyên Sinh Vật
• Chuyên ngành: Sinh học
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 1.1. Giới thiệu chung về đậu tƣơng
• 1.2. Nguồn gốc và phân loại
• 1.3. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và Việt Nam
• 1.3.1. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới
• 1.3.2. Tình hình sản xuất đậu tƣơng ở Việt Nam
• 1.4. Từ trƣờng và vai trò của từ trƣờng lên hệ thống sinh học
• 1.4.1. Định nghĩa từ trƣờng
• 1.4.2. Vai trò của từ trƣờng đối với cơ thể sống
• 1.4.3. Các nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng lên quá trình sinh học ở thực vật
• 1.4.3.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đến sự phát triển của thực vật
• 1.4.3.2. Tác động của từ trƣờng đến sự nảy mầm của hạt
• 1.4.3.3. Tác dụng của từ trƣờng lên chồi và rễ
• 1.4.3.4. Ảnh hƣởng của từ trƣờng tới quá trình quang hợp
• 1.4.3.5. Vai trò của từ trƣờng lên hệ thống nuôi cấy mô thực vật
• 1.4.4. Chọn tạo giống đậu tƣơng bằng phƣơng pháp chuyển gen
• 1.4.5. Thực trạng nghiên cứu biến nạp gen vào đậu tƣơng
• 1.4.6. Các nghiên cứu về từ trƣờng tại Việt Nam
• 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.1. Vật liệu và phạm vi nghiên cứu
• 2.1.1. Vật liệu thực vật
• 2.1.2. Vật liệu vi khuẩn
• 2.1.3. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
• 2.1.4. Địa điểm và thời gian tiến hành
• 2.2. Phƣơng pháp nghiên cứu
• 2.2.1. Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• 2.2.2. Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều lên khả năng tái sinh của cây đậu tƣơng
• 2.2.3. Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tƣơng thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• 2.2.4. Phƣơng pháp đánh giá tính kháng thuốc trừ cỏ Basta của các cây đậu tƣơng chuyển gen trong điều kiện nhà lƣới
• 2.2.5. Phƣơng pháp tách chiết DNA tổng số
• 2.2.6. Phƣơng pháp PCR
• 2.2.7. Các chỉ tiêu đánh giá
• 2.2.8. Phƣơng pháp thu thập và xử lý số liệu
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• 3.1.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• 3.1.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng không đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens
• 3.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng
• 3.2.1. Ảnh hƣởng của từ trƣờng đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng
• 3.2.2. Ảnh hƣởng của từ trƣờng không đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng
• 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và không đều đến quá trình chuyển gen vào đậu tƣơng
• 3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều đến quá trình chuyển gen vào đậu tƣơng
• 3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng không đều đến quá trình chuyển gen vào đậu tƣơng
• 3.4. Phân tích hiệu quả tiếp nhận gen của đậu tƣơng dƣới tác động của từ trƣờng bằng phƣơng pháp PCR
• 3.4.1. Tách chiết và kiểm tra DNA tổng số từ các dòng đậu tƣơng chuyển gen
• 3.4.2. Phân tích sự có mặt của gen bar trong các dòng đậu tƣơng chuyển gen bằng kĩ thuật PCR
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC: BẢNG THÀNH PHẦN MÔI TRƢỜNG

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ảnh Hưởng Từ Trường Đến Chuyển Gen Đậu Tương

Đậu tương, với giá trị kinh tế và dinh dưỡng cao, đang đối mặt với nhiều thách thức từ biến đổi khí hậu và sâu bệnh hại. Chuyển gen đậu tương là một giải pháp tiềm năng để tạo ra các giống đậu tương có khả năng thích ứng tốt hơn. Nghiên cứu này tập trung vào việc ứng dụng từ trường để tăng hiệu quả chuyển gen, một lĩnh vực còn nhiều tiềm năng khai thác. Từ trường ảnh hưởng chuyển gen đậu tương mở ra hướng đi mới trong công nghệ sinh học đậu tương. Các phương pháp chuyển gen truyền thống, như sử dụng Agrobacterium tumefaciens, đối mặt với nhiều hạn chế về hiệu quả và tính ổn định. Việc kết hợp từ trường trong quá trình chuyển gen có thể cải thiện đáng kể các yếu tố như tỷ lệ chuyển gen thành công, biểu hiện gen và tính ổn định của gen chuyển. Nhiều nghiên cứu trước đây đã chứng minh ứng dụng từ trường trong nông nghiệp giúp tăng cường sinh trưởng và phát triển của cây trồng, cải thiện khả năng nảy mầm của hạt và tăng cường hoạt động trao đổi chất trong tế bào. Việc áp dụng những kiến thức này vào kỹ thuật chuyển gen có thể mang lại những đột phá quan trọng. Các nghiên cứu tại Viện Di truyền Nông nghiệp đã cho thấy tác dụng của từ trường có thể tăng hiệu quả nuôi cấy bao phấn ngô lên 3 lần. Từ trường có thể tác động tích cực đến quá trình sinh trưởng của vi khuẩn, từ đó ảnh hưởng tích cực tới quá trình biến nạp gen và tần số biến nạp gen của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens vào mô thực vật.

1.1. Giới Thiệu Chung Về Đậu Tương Và Tầm Quan Trọng

Đậu tương (Glycine max L.) là cây trồng quan trọng, cung cấp nguồn protein và dầu thực vật lớn cho con người và ngành công nghiệp. Nguồn gốc từ Trung Quốc, đậu tương đã lan rộng khắp thế giới và trở thành cây trồng thương mại chủ lực. Với thành phần dinh dưỡng cao, đậu tương chứa khoảng 40-50% protein, 12-24% lipid và 10-16% carbohydrate. Protein đậu tương có phẩm chất tốt nhất so với các protein có nguồn gốc động vật và thực vật khác. Đậu tương là nguồn cung cấp dầu thực vật quan trọng, chiếm khoảng 50% tổng sản lượng sử dụng cho công nghiệp ép dầu. Dầu đậu tương có nhiều ưu điểm, bao gồm hệ số đồng hóa cao và nhiệt độ đông đặc thấp. Trong nông nghiệp, đậu tương được sử dụng làm thức ăn chăn nuôi và cây trồng luân canh cải tạo đất. Rễ đậu tương có nốt sần hoạt động cung cấp đạm cho cây và cải tạo đất.

1.2. Tổng Quan Về Chuyển Gen Đậu Tương Thực Trạng Hiện Nay

Phương pháp chuyển gen đậu tương đã được nghiên cứu và phát triển từ lâu. Tuy nhiên, hiệu quả vẫn còn hạn chế, đặc biệt là đối với các giống đậu tương địa phương. Các phương pháp phổ biến bao gồm sử dụng Agrobacterium tumefaciens và phương pháp bắn gen (biolistic). Agrobacterium tumefaciens đậu tương là phương pháp chuyển gen được sử dụng rộng rãi do tính hiệu quả và chi phí thấp. Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi phải tối ưu hóa nhiều yếu tố, như loại vi khuẩn, điều kiện nuôi cấy và giống đậu tương. Phương pháp bắn gen, tuy có thể áp dụng cho nhiều loại cây trồng, nhưng lại có chi phí cao và gây tổn thương tế bào. Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp chuyển gen mới, hoặc cải tiến các phương pháp hiện có, là rất cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng đậu tương.

1.3. Vai Trò Của Từ Trường Trong Hệ Thống Sinh Học Cơ Sở Khoa Học

Từ trường là một yếu tố môi trường không thể thiếu đối với mọi sinh vật. Từ trường tĩnh điện và từ trường xoay chiều đều có ảnh hưởng đến các quá trình sinh học. Từ trường có thể tác động lên màng tế bào, quá trình phân bào và trao đổi chất trong tế bào. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng từ trường có thể ảnh hưởng đến sự nảy mầm của hạt, tốc độ sinh trưởng của rễ và chồi, và hàm lượng diệp lục. Tác động của từ trường phụ thuộc vào cường độ, cực và thời gian tiếp xúc. Cường độ từ trường quá thấp hoặc quá cao có thể gây ức chế, trong khi cường độ thích hợp có thể kích thích các hoạt động của tế bào. Các nghiên cứu trên vi sinh vật cho thấy từ trường có thể ức chế hoặc kích thích sự sinh trưởng tùy thuộc vào cường độ và cực từ. Chủng vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens sinh trưởng nhanh hơn và khỏe hơn khi sinh trưởng ở từ trường 330 Gauss.

II. Vấn Đề Hiệu Quả Chuyển Gen Đậu Tương Còn Nhiều Hạn Chế

Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong công nghệ chuyển gen đậu tương, nhưng hiệu quả vẫn còn là một thách thức lớn. Tỷ lệ chuyển gen thành công thường thấp, đặc biệt là đối với các giống đậu tương có giá trị kinh tế cao. Việc biểu hiện gen chuyển cũng không phải lúc nào cũng ổn định, dẫn đến sự biến động về năng suất và chất lượng. Hơn nữa, chi phí chuyển gen còn khá cao, gây khó khăn cho việc áp dụng rộng rãi trong sản xuất nông nghiệp. Do vậy, cần có các nghiên cứu sâu rộng nhằm tối ưu hóa quy trình tối ưu hóa chuyển gen đậu tương nhằm mục tiêu giảm chi phí sản xuất. Nghiên cứu về hiệu quả chuyển gen còn tập trung vào việc tìm kiếm và đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen, từ đó đề xuất các giải pháp để cải thiện hiệu quả. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Phượng (2015) nhấn mạnh việc cải tiến các nhân tố nhằm tăng hiệu quả của quá trình biến nạp gen là cần thiết để đạt được tỉ lệ gen chuyển thành công cao vào cây đậu tương.

2.1. Các Yếu Tố Ảnh Hưởng Đến Hiệu Quả Chuyển Gen Đậu Tương

Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển gen đậu tương, bao gồm: * Giống đậu tương: Mỗi giống đậu tương có khả năng tiếp nhận gen khác nhau. Một số giống dễ chuyển gen hơn các giống khác. * Phương pháp chuyển gen: Phương pháp chuyển gen ảnh hưởng lớn đến hiệu quả. Agrobacterium tumefaciens và phương pháp bắn gen có ưu nhược điểm riêng. * Vector chuyển gen: Loại vector sử dụng có thể ảnh hưởng đến tỷ lệ chuyển gen và biểu hiện gen. * Điều kiện nuôi cấy: Điều kiện nuôi cấy, như nhiệt độ, ánh sáng và môi trường dinh dưỡng, có thể ảnh hưởng đến quá trình chuyển gen và tái sinh cây. * Kỹ năng của người thực hiện: Kỹ thuật chuyển gen đòi hỏi người thực hiện phải có kỹ năng và kinh nghiệm.

2.2. Tại Sao Cần Giải Quyết Vấn Đề Hiệu Quả Chuyển Gen Kém

Giải quyết vấn đề hiệu quả chuyển gen kém là rất quan trọng để: * Nâng cao năng suất và chất lượng đậu tương: Chuyển gen có thể giúp tạo ra các giống đậu tương có năng suất cao hơn, khả năng kháng bệnh tốt hơn và chất lượng dinh dưỡng tốt hơn. * Giảm chi phí sản xuất: Hiệu quả chuyển gen cao hơn sẽ giúp giảm chi phí sản xuất, do giảm số lượng cây cần chuyển gen và chi phí chọn lọc. * Tăng cường khả năng cạnh tranh: Các giống đậu tương chuyển gen có thể giúp tăng cường khả năng cạnh tranh của ngành sản xuất đậu tương Việt Nam trên thị trường quốc tế. * Thích ứng với biến đổi khí hậu: Chuyển gen có thể giúp tạo ra các giống đậu tương có khả năng chịu hạn, chịu mặn tốt hơn, giúp thích ứng với biến đổi khí hậu.

III. Cách Từ Trường Tác Động Tăng Tốc Chuyển Gen Đậu Tương

Từ trường có thể tác động đến quá trình chuyển gen đậu tương thông qua nhiều cơ chế khác nhau. Từ trường ảnh hưởng chuyển gen đậu tương có thể làm tăng tính thấm của màng tế bào, giúp DNA dễ dàng xâm nhập vào tế bào hơn. Từ trường cũng có thể tăng cường quá trình tái tổ hợp DNA, giúp gen chuyển dễ dàng tích hợp vào hệ gen của cây. Ngoài ra, từ trường có thể kích thích sự phát triển của mô sẹo, giúp tăng tỷ lệ tái sinh cây chuyển gen. Về cơ bản từ trường nhân tạo có tác dụng tăng hiệu quả của quá trình nuôi cấy mô bởi nó làm thay đổi các đặc tính của màng tế bào, thực hiện việc tái tạo tế bào và gây ra một số thay đổi trong chuyển hóa tế bào. Cường độ từ trường chuyển gen cần được tối ưu hóa để đạt được hiệu quả tốt nhất.

3.1. Cơ Chế Tác Động Của Từ Trường Lên Tế Bào Thực Vật

Từ trường có thể tác động lên tế bào thực vật thông qua nhiều cơ chế, bao gồm: * Tác động lên màng tế bào: Từ trường có thể làm thay đổi tính thấm của màng tế bào, giúp các phân tử DNA dễ dàng xâm nhập vào tế bào hơn. * Tác động lên quá trình trao đổi chất: Từ trường có thể ảnh hưởng đến các quá trình trao đổi chất trong tế bào, như quá trình tổng hợp protein và enzyme. * Tác động lên quá trình phân bào: Từ trường có thể ảnh hưởng đến quá trình phân bào, giúp tăng tốc độ tái sinh cây. * Tác động lên sự phân bố ion: Từ trường còn ảnh hưởng tới sự phân bố các ion trong tế bào thông qua tác động vào các kênh dẫn truyền ion.

3.2. Tối Ưu Hóa Cường Độ Và Thời Gian Tác Động Từ Trường

Tối ưu hóa chuyển gen đậu tương nhờ từ trường đòi hỏi phải xác định cường độ và thời gian tác động phù hợp. Cường độ từ trường quá thấp có thể không có tác dụng, trong khi cường độ quá cao có thể gây tổn thương tế bào. Thời gian tác động quá ngắn có thể không đủ để DNA xâm nhập vào tế bào, trong khi thời gian quá dài có thể gây ức chế sự phát triển của tế bào. Nghiên cứu của Nguyễn Thị Phượng (2015) đã chỉ ra rằng cường độ từ trường quá thấp hoặc quá cao gây ra sự ức chế các hoạt động sinh học. Cường độ từ trường thích hợp làm tăng cường các hoạt động của tế bào như quá trình nguyên phân, trao đổi chất, thúc đẩy sự sinh trưởng và phát triển.

IV. Phương Pháp Nghiên Cứu Từ Trường Nâng Cao Chuyển Gen Đậu Tương

Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá ảnh hưởng của từ trường đến hiệu quả chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens. Các thí nghiệm được thiết kế để so sánh hiệu quả chuyển gen ở các mẫu được xử lý với từ trường và các mẫu đối chứng không được xử lý. Các chỉ tiêu đánh giá bao gồm tỷ lệ chuyển gen thành công, tỷ lệ tái sinh cây, biểu hiện gen và tính ổn định của gen chuyển. Vật liệu thực vật được sử dụng là giống đậu tương ĐT22. Thời gian từ trường tác động cũng là một yếu tố được xem xét và điều chỉnh.

4.1. Thiết Kế Thí Nghiệm Ảnh Hưởng Từ Trường Đều Và Không Đều

Thí nghiệm được thiết kế để đánh giá ảnh hưởng của cả từ trường đều và từ trường không đều đến hiệu quả chuyển gen. Các mẫu được chia thành các nhóm: * Nhóm đối chứng: Không được xử lý với từ trường. * Nhóm từ trường đều: Được xử lý với từ trường đều với các cường độ khác nhau. * Nhóm từ trường không đều: Được xử lý với từ trường không đều với các cường độ khác nhau. Vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens chủng EHA101 được sử dụng làm vector chuyển nạp plasmid pZY101 chứa gen bar kháng thuốc diệt cỏ vào tế bào thực vật. Các thí nghiệm được thực hiện trong điều kiện vô trùng và được kiểm soát chặt chẽ.

4.2. Quy Trình Chuyển Gen Đậu Tương Kết Hợp Từ Trường

Quy trình chuyển gen đậu tương kết hợp từ trường bao gồm các bước sau: * Chuẩn bị mẫu: Hạt đậu tương được khử trùng và nuôi cấy nảy mầm trên môi trường GM. * Lây nhiễm Agrobacterium: Các mẫu được lây nhiễm với vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens mang gen bar. * Đồng nuôi cấy: Các mẫu được đồng nuôi cấy với vi khuẩn trong môi trường CCM, có hoặc không có từ trường. * Chọn lọc: Các mẫu được nuôi cấy trên môi trường SIM có bổ sung glufosinate để chọn lọc các cây chuyển gen. * Tái sinh cây: Các cây chuyển gen được tái sinh trên môi trường SEM và RM. * Đánh giá: Hiệu quả chuyển gen được đánh giá bằng các phương pháp PCR và đánh giá khả năng kháng thuốc diệt cỏ Basta.

V. Kết Quả Nghiên Cứu Từ Trường Tăng Chuyển Gen Đậu Tương

Kết quả nghiên cứu cho thấy từ trường có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả chuyển gen vào đậu tương. Tỷ lệ chuyển gen thành công ở các mẫu được xử lý với từ trường cao hơn đáng kể so với các mẫu đối chứng. Đặc biệt, cường độ từ trường 220 mT cho thấy hiệu quả tốt nhất, với tỷ lệ chuyển gen thành công và tỷ lệ tái sinh cây cao nhất. Các cây chuyển gen cũng thể hiện khả năng kháng thuốc diệt cỏ Basta tốt hơn so với các cây đối chứng. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng từ trường đều có hiệu quả hơn so với từ trường không đều trong việc tăng cường chuyển gen. Việc xử lý từ trường đối với bao phấn ngô cũng cho thấy số phôi tạo thành tăng 2-3 lần so với đối chứng. Các kết quả này chứng minh rằng từ trường là một công cụ hữu ích để cải thiện hiệu quả chuyển gen đậu tương.

5.1. Ảnh Hưởng Của Từ Trường Đến Tỷ Lệ Chuyển Gen Thành Công

Tỷ lệ chuyển gen thành công được đánh giá bằng phương pháp PCR. Kết quả cho thấy tỷ lệ chuyển gen thành công ở các mẫu được xử lý với từ trường cao hơn đáng kể so với các mẫu đối chứng. Cụ thể, tỷ lệ chuyển gen thành công ở nhóm được xử lý với từ trường 220 mT cao hơn gấp đôi so với nhóm đối chứng. Điều này chứng tỏ rằng từ trường có thể giúp tăng cường quá trình chuyển gen vào tế bào đậu tương.

5.2. Tác Động Của Từ Trường Đến Khả Năng Tái Sinh Của Cây

Khả năng tái sinh của cây chuyển gen là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả chuyển gen. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ tái sinh cây ở các mẫu được xử lý với từ trường cao hơn đáng kể so với các mẫu đối chứng. Điều này có thể là do từ trường giúp kích thích sự phát triển của mô sẹo, giúp tăng tốc độ tái sinh cây.

5.3. Phân Tích Sự Biểu Hiện Gen Và Khả Năng Kháng Thuốc Diệt Cỏ

Phân tích sự biểu hiện gen bar và khả năng kháng thuốc diệt cỏ Basta đã cho thấy cây chuyển gen biểu hiện gen một cách ổn định. Các cây chuyển gen có khả năng kháng thuốc diệt cỏ Basta tốt hơn so với các cây đối chứng, chứng tỏ gen bar đã được chuyển thành công và biểu hiện chức năng trong cây đậu tương.

VI. Kết Luận Từ Trường Hướng Đi Mới Cho Chuyển Gen Đậu Tương

Nghiên cứu này đã chứng minh rằng từ trường là một công cụ tiềm năng để cải thiện hiệu quả chuyển gen đậu tương. Việc áp dụng từ trường trong quy trình chuyển gen có thể giúp tăng tỷ lệ chuyển gen thành công, tỷ lệ tái sinh cây và khả năng kháng thuốc diệt cỏ. Tuy nhiên, cần có thêm các nghiên cứu để tối ưu hóa các điều kiện xử lý từ trường và đánh giá ảnh hưởng của từ trường đến các giống đậu tương khác nhau. Hướng nghiên cứu từ trường ảnh hưởng chuyển gen đậu tương mở ra những cơ hội mới trong công nghệ sinh học đậu tương và có thể giúp tạo ra các giống đậu tương có năng suất cao hơn, chất lượng tốt hơn và khả năng thích ứng tốt hơn với biến đổi khí hậu.

6.1. Tiềm Năng Ứng Dụng Từ Trường Trong Nông Nghiệp

Từ trường có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong nông nghiệp, không chỉ trong lĩnh vực chuyển gen mà còn trong việc cải thiện sự sinh trưởng và phát triển của cây trồng, tăng năng suất và chất lượng nông sản. Các nghiên cứu đã chứng minh rằng từ trường có thể giúp tăng cường khả năng nảy mầm của hạt, tăng tốc độ sinh trưởng của rễ và chồi, và tăng hàm lượng diệp lục. Từ trường còn có thể giúp cây trồng chống chịu tốt hơn với các điều kiện bất lợi của môi trường, như hạn hán, mặn và sâu bệnh hại.

6.2. Hướng Nghiên Cứu Tiếp Theo Và Đề Xuất

Để khai thác tối đa tiềm năng của từ trường trong công nghệ sinh học đậu tương, cần có thêm các nghiên cứu tập trung vào: * Tối ưu hóa các điều kiện xử lý từ trường: Xác định cường độ, tần số và thời gian tác động từ trường phù hợp cho từng giống đậu tương và từng giai đoạn của quy trình chuyển gen. * Nghiên cứu cơ chế tác động của từ trường: Tìm hiểu sâu hơn về cơ chế tác động của từ trường lên tế bào thực vật để có thể điều chỉnh quy trình chuyển gen một cách hiệu quả hơn. * Đánh giá ảnh hưởng của từ trường đến các giống đậu tương khác nhau: Thực hiện các thí nghiệm trên nhiều giống đậu tương để đánh giá tính phổ quát của kết quả nghiên cứu. * Kết hợp từ trường với các phương pháp chuyển gen khác: Nghiên cứu khả năng kết hợp từ trường với các phương pháp chuyển gen khác, như phương pháp bắn gen, để đạt được hiệu quả cao nhất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Cây đậu tƣơng (Glycine max L.) là loại cây trồng ngắn ngày, có giá trị kinh tế cao. Hạt đậu tƣơng đƣợc dùng làm nguồn thực ăn giàu đạm cho con ngƣời và là nguồn nguyên liệu quan trọng cho nhiều ngành công nghiệp chế biến [2]. Ngoài ra, đậu tƣơng rất dễ canh tác, có khả năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái, khí hậu khác nhau vì vậy đậu tƣơng đƣợc trồng ở nhiều quốc gia trên thế giới. Biến đổi khí hậu toàn cầu ảnh hƣởng xấu đến tình hình sản xuất đậu tƣơng không chỉ ở Việt Nam mà ngay cả các quốc gia sản xuất đậu tƣơng hàng đầu thế giới.

Việc nghiên cứu tạo giống đậu tƣơng có khả năng thích ứng với điều kiện biến đổi khí hậu, trong đó có chọn tạo giống đậu tƣơng bằng công nghệ gen là hƣớng nghiên cứu rất đƣợc quan tâm và đã đạt đƣợc nhiều thành tựu. Từ trƣờng trái đất (5.10-6 Tesla) do hoạt động tự quay của Trái Đất sinh ra và có ảnh hƣởng đến đời sống của mọi sinh vật. Khoa học phát triển đã nghiên cứu và ứng dụng từ trƣờng nhân tạo phục vụ đời sống con ngƣời. Từ trƣờng đƣợc sớm ứng dụng trong y học và phát triển nhanh chóng trên các lĩnh vực chẩn đoán, điều trị, dƣợc học.

để chăm sóc sức khỏe cho con ngƣời [68]. Sử dụng cốc từ có tác dụng từ hóa nƣớc, đẩy mạnh quá trình trao đổi chất, đào thải độc tố trong cơ thể ngƣời uống tốt hơn. Từ trƣờng còn có tác dụng ngăn chặn quá trình loãng xƣơng hay gãy xƣơng chậm liền do sự hình thành cấu trúc xƣơng chịu ảnh hƣởng của lực từ [16]. Ngoài ra, từ trƣờng còn có nhiều ứng dụng khác, nhƣ làm giảm đau cho ngƣời bệnh bằng việc tác động vào các dây thần kinh, hạ huyết áp, ăn không tiêu.

Trong nông nghiệp, từ trƣờng nhân tạo đã đƣợc ứng dụng trong việc tạo nguồn nƣớc sạch bằng từ hoá nƣớc dùng trong chăn nuôi, thuỷ sản, hoạt hoá dinh dƣỡng tƣới bón cho cây trồng, kích thích sinh trƣởng cây trồng trong nuôi cấy mô. Các nghiên cứu gần đây nhất tiến hành tại Viện Di truyền Nông nghiệp đã phát hiện tác dụng của từ trƣờng có thể tăng hiệu quả nuôi cấy bao phấn ngô lên 3 lần [5]. Trên nguyên lý tác động tích cực của từ trƣờng lên cơ thể sinh vật, nhiều tác giả đã ứng dụng từ trƣờng nhân tạo nhằm kích thích tăng trƣởng cây trồng trong nuôi cấy mô các cây nhƣ chuối, hồng, khoai tây, thuốc lá, lúa mỳ, đậu đỗ, ngô …[14], [15], [20]. Hay xử lý hạt giống bằng từ trƣờng để tăng sức nảy mầm, xử lý từ nhằm tăng hoạt tính của Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 1 nƣớc trƣớc khi tƣới đã tăng cƣờng sinh trƣởng của cây trồng.

Hầu hết các kết quả nghiên cứu cho thấy từ trƣờng đã làm tăng tốc độ sinh trƣởng của cây lên rõ rệt nhƣ tăng chiều cao thân, chiều dài rễ, tăng tỉ lệ tạo chồi, cụm chồi phát sinh, số rễ tạo thành ở Paulownia [15], [106]; Phalaenosis [97] , [98] ; Prunus martima [104], Cybidium và Spathiphyllum [99] , [100] và tăng hàm lƣợng diệp lục trong lá. Từ trƣờng nhân tạo tác động kích thích hoặc kìm hãm sinh trƣởng của thực vật, thực chất là ảnh hƣởng đến quả trình trao đổi chất ở tế bào mà bản chất là tác động lên điện tích trong tế bào sinh vật. Từ trƣờng có tác dụng tốt tới sức khỏe, làm tăng hiệu quả quá trình nuôi cấy mô thông qua quá trình phân chia của tế bào thực vật. Từ trƣờng cũng có ảnh hƣởng tích cực tới sự sinh trƣởng của vi khuẩn từ đó từ trƣờng có thể ảnh hƣởng tích cực tới quá trình biến nạp gen và tần số biến nạp gen của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens vào mô thực vật.

Ở Việt Nam, trong những năm gần đây nghiên cứu chuyển gen ở đậu tƣơng đã đƣợc tiếp cận triển khai ở một số phòng thí nghiệm, bƣớc đầu cho kết quả [7], [8]. Tuy nhiên, hiệu quả chuyển gen thu đƣợc vẫn thấp, do vậy việc cải tiến các nhân tố nhằm tăng hiệu quả của quá trình biến nạp gen là cần thiết để đạt đƣợc tỉ lệ gen chuyển thành công cao vào cây đậu tƣơng. Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn và các nghiên cứu đã tiến hành, chúng tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của từ trường tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens”. Mục tiêu đề tài - Xây dựng đƣợc hệ thống từ trƣờng nhằm nâng cao hiệu quả chuyển gen vào đậu tƣơng thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens.

Nội dung nghiên cứu Nội dung 1: Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens lên quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 2 Nội dung 2: Nghiên cứu ảnh hƣởng của từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều lên khả năng tái sinh của đậu tƣơng Nội dung 3: Nghiên cứu ảnh hƣởng của hệ thống từ trƣờng đều và từ trƣờng không đều tới hiệu quả chuyển gen vào đậu tƣơng thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens Nội dung 4: Phân tích các cây chuyển gen bằng kỹ thuật PCR Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn 3 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Giới thiệu chung về đậu tƣơng 1. Nguồn gốc và phân loại Đậu tƣơng đƣợc biết đến là “Ông hoàng của những cây họ đậu” với hơn 40% protein và 20% dầu.

Các bằng chứng về lịch sử, địa lý, khảo cổ học chỉ ra rằng đậu tƣơng có nguồn gốc từ Trung Quốc vào khoảng thế kỉ XVII trƣớc công nguyên. Cây đậu tƣơng đƣợc truyền bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỉ thứ VIII, du nhập vào nhiều nƣớc Châu Á khác nhƣ: Indonesia, Philippin, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam,… vài thế kỷ sau đó. Cây đậu tƣơng đƣợc trồng ở Châu Âu vào thế kỷ XVII và ở Hoa Kỳ thế kỷ XVIII. Đậu tƣơng là nguồn dầu thực vật và protein lớn nhất trên thế giới với quy mô canh tác lớn và tập trung ở vài quốc gia nhƣ Mỹ, Argentina, Brazil, Canada, Trung Quốc, Ấn Độ và Paraguay.

Theo hệ thống phân loại dựa vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý và số lƣợng nhiễm sắc thể do Hymowit và Newell (1984), đậu tƣơng hay đỗ tƣơng, đậu nành có tên khoa học là Glycine max L. Đậu tƣơng thuộc chi Glycine, phân họ Leguminosae, họ Đậu Fabaceae, bộ Fabales. Đây là loại cây trồng đem lại lợi ích kinh tế to lớn nhất trên thế giới hiện nay [2] , [3]. Vai trò * Giá trị dinh dưỡng Đậu tƣơng là một trong những cây trồng thƣơng mại của nhiều nƣớc.

Hạt đậu tƣơng thành phần dinh dƣỡng cao với protein chiếm khoảng 40-50%, lipit dao động từ 12-24%, carbohydrate từ 10-16%; Trong khi đó protein của gạo tẻ chỉ đạt 6,2- 12%; ngô là 9,8-13,2%; thịt bò là 21%; thịt gà là 20%; cá là 17-20%; trứng là 13- 14,8%. Nhƣ vậy, protein của đậu tƣơng có phẩm chất tốt nhất trong các protein có nguồn gốc động vật, thực vật khác [6]. Bên cạnh hàm lƣợng lớn về protein và lipit, hạt đậu tƣơng còn chứa nhiều loại axit amin trong đó có 8 axit amin không thay thế nhƣ: arginin, histidin, lysin, Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Hàm lƣợng của các axit amin có chứa lƣu huỳnh nhƣ methionin, sixtin trong đỗ tƣơng rất gần với hàm lƣợng của các chất này ở trứng.

Điều này cho thấy đây là loại hạt mà có đầy đủ các loại axit amin cần thiết. Đậu tƣơng là cây cung cấp dầu thực vật quan trọng nhất thế giới. Hạt đậu tƣơng có chứa hàm lƣợng dầu béo cao hơn các loại đậu khác. Ngoài ra, trong hạt đậu tƣơng còn chứa nhiều loại vitamin đặc biệt là vitamin B1, B2, PP, A, K, C.

Hạt đậu tƣơng có chứa nhiều hợp chất phenolic nhƣ axit chlorogenic, axit caffeic, axit ferulic acid p-coumaric. Đây là những chất chống oxy hóa tác dụng có lợi cho sức khỏe con ngƣời. * Giá trị về nông nghiệp Đậu tƣơng là nguồn thức ăn cho chăn nuôi rất tốt. Chúng đƣợc sử dụng làm thức ăn tƣơi (thân, lá đậu tƣơng) cho đại gia súc, thức ăn khô (nghiền tổng hợp) cho gia cầm.

Khô dầu đậu tƣơng có hàm lƣợng dinh dƣỡng khá cao trong đó N chiếm 6,2%; P2O5 chiếm 0,7%; K2O chiếm 2,4%) [2]. Trong trồng trọt, đậu tƣơng là cây trồng luân canh cải tạo đất, chống xói mòn. Thân, lá đậu tƣơng có thể sử dụng làm phân bón, thức ăn cho chăn nuôi. Rễ đậu tƣơng có nốt sần hoạt động cung cấp đạm cho cây và cải tạo đất [3].

* Giá trị về mặt công nghiệp Bên cạnh hàm lƣợng dinh dƣỡng của đậu tƣơng thì chính giá trị protein của đậu tƣơng đã mở ra con đƣờng sản xuất sản phẩm mới và nâng cao chất lƣợng sản phẩm. Đậu tƣơng là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp chế biến nhƣ: thực phẩm, thức ăn chăn nuôi, công nghệ ép dầu, cao su chất dẻo, xà phòng, tơ nhân tạo, dầu. Hiện nay, trên thế giới đậu tƣơng chiếm khoảng 50% tổng sản lƣợng sử dụng cho công nghiệp ép dầu. Dầu đậu tƣơng có rất nhiều ƣu điểm là dung dịch có mầu vàng sáng, có hệ số đồng hoá cao (98%).

Dầu đậu tƣơng có nhiệt độ đông đặc thấp (-150C; -180C) có tác dụng làm bôi trơn máy móc động cơ, chỉ số xà phòng hoá cao (185 – 195 mg) sử dụng để thuỷ phân 1 g dầu, chỉ số iốt cao (122 – 150mg) dùng để đo độ bão hoà của axit trong dầu. Ngoài ra, đậu tƣơng còn đƣợc chế biến thành nhiều sản phẩm khác nhau nhƣ làm nến, xà phòng, ni lông. Số hoá bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www. Tình hình sản xuất đậu tƣơng trên thế giới và Việt Nam 1.

Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới Cây đậu tƣơng là một cây trồng có khả năng thích ứng rộng nên đƣợc phân bố ở khắp các châu lục và đƣợc trồng ở nhiều nƣớc trên thế giới, tập trung ở các nƣớc có 480 vĩ độ Bắc đến 300 vĩ độ Nam. Hiện nay, phần lớn đậu tƣơng trồng trên thế giới là các giống biến đổi gen. Theo báo cáo hàng năm của ISAAA, sau 19 năm phát triển (kể từ năm 1996), các loại cây trồng chuyển gen đƣợc thƣơng mại hóa ngày càng tăng qua các năm. Tính riêng năm 2014, cây trồng biến đổi gen đƣợc trồng rộng rãi tại 28 nƣớc với tổng diện tích khoảng 181,5 triệu ha (số nƣớc trồng cây biến đổi gen tăng 4 lần, diện tích tăng hơn 100 lần so với năm 1996), tỷ lệ tăng trƣởng hàng năm khoảng 3 – 4%.