(LUẬN văn THẠC sĩ) nghiên cứu chuyển gen tăng chiều dài sợi gỗ (EcHB1) vào bạch đàn lai phục vụ công nghiệp chế biến

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI & TÀI NGUYÊN SINH VẬT ĐỖ THỊ THỤC NGHIÊN CỨU CHUYỂN GEN TĂNG CHIỀU DÀI SỢI GỖ (EcHB1)VÀO BACHJ ĐÀN LAI PHỤC VỤ CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN GIẤY Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60420114 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Hà Nội, 2014 MỞ ĐẦU Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Các loài Bạch đàn nhập vào Việt Nam từ năm 1930 đến trở thành nhóm trồng chủ lực chương trình trồng rừng tập trung phân tán nước ta Đến năm 2011, tổng diện tích rừng trồng Bạch đàn Việt Nam 353,000 ha, chiếm 32% diện tích rừng trồng nước (Bộ Nơng nghiệp Phát triển nơng thơn, 2011) Bạch đàn lồi sinh trưởng nhanh, thích nghi tốt Tại Việt Nam, Bạch đàn trồng tỉnh thuộc vùng Tây Bắc, Đông Bắc, vùng trung tâm, đồng sông Hồng, Bắc Trung Bộ Tây Nguyên Gỗ Bạch đàn dùng làm nguyên liệu giấy (hiệu suất bột giấy 49.5%), ván dăm, ván sợi ép, trụ mỏ, gỗ lớn dùng xây dựng, đóng đồ mộc; gỗ nhỏ dùng làm gỗ củi Tỷ trọng gỗ năm tuổi 488 kg m3 (Luo Jianzhong , 2003), chiều dài sợi gỗ 982,4 mm (cho phần gỗ mềm) 110,46 mm (cho phần gỗ cứng) (Bai Jyayu cs , 2003) [15] Gỗ Bạch đàn coi nguồn cung cấp ngun liệu cho ngành cơng nghiệp sản xuất giấy gỗ Bạch đàn có thành phần hóa học cấu tạo sợi thích hợp cho sản xuất bột giấy Mỗi năm giới có hàng triệu bột giấy sản xuất từ gỗ Bạch đàn Bên cạch đó, gỗ Bạch đàn cịn sử dụng làm đồ mộc, sản phẩm thủ công mỹ nghệ, sản xuất ván dăm, ván sợi xuất khẩu, gỗ xây dựng, cột chống,… Ngoài ra, số loài Bạch đàn sử dụng để tách chiết tinh dầu, tanin chế biến dược phẩm Bạch đàn lai đánh giá có ưu lai sinh trưởng tốt bố mẹ chúng (Lê Đình Khả cs, 1993) [6] Cho đến nay, nhiều tổ hợp Bạch đàn lai có sinh trưởng vượt trội bố mẹ công nhận giống tiến khoa học kỹ thuật khuyến khích gây trồng rộng rãi Dân số giới đạt đến số kỷ lục tỷ người dự đốn tăng lên tỷ người vào năm 2025 10 tỷ người vào năm 2050 Do vấn đề cung cấp lương thực nguyên vật liệu khác cho nhu cầu sinh hoạt người thập niên tới thách thức lớn toàn nhân loại Các phương pháp chọn giống truyền thống khó đáp ứng nhu cầu cung cấp thực phẩm cho Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com người tương lai Để đáp ứng nhu cầu đó, thập kỷ vừa qua, công nghệ sinh học đem lại thành to lớn, đặc biệt công nghệ biến đổi gen đem lại bước nhảy vọt việc tăng suất chất lượng trồng tạo giống suất cao, chống bệnh sâu hại, chống chịu khí hậu lạnh, khô hạn thiếu nguồn dinh dưỡng, kháng thuốc trừ cỏ…mà cịn cải thiện mơi trường giảm hàm lượng thuốc bảo vệ thực vật, giảm lượng phân bón… Trong lĩnh vực Lâm nghiệp, biến đổi gen quan tâm nghiên cứu Trong năm gần số kết nghiên cứu chuyển gen cho số lồi rừng Bạch dương, Thơng radiata, Liễu Bạch đàn tiến hành thử nghiệm thành công số nước Hoa Kỳ, Nhật Bản, Brasil, Chi Lê Trung Quốc Mục đích cho nghiên cứu chuyển gen lâm nghiệp chuyển số gen liên quan đến tăng sinh khối, chống chịu sâu bệnh điều kiện khô hạn, giảm hàm lượng lignin, tăng hàm lượng độ dài sợi cellulose, mang lại lợi ích to lớn cho ngành công nghiệp giấy cải tạo môi trường vùng đất suy thoái thiếu chất dinh dưỡng… Chuyển gen gián tiếp thông qua vi khuẩn A tumefaciens sử dụng rộng rãi cả, phương pháp dễ sử dụng, tốn lại mang lại hiệu cao (lượng gen biến nạp tạo thuận lợi cho việc phân tích chuyển gen không gây tổn thương tế bào) Hầu hết nghiên cứu chuyển gen vào lâm nghiệp công bố sử dụng vector trung gian vi khuẩn A tumefaciens (Chen cs, 2001; Han cs, 2000; Vengadesan cs, 2006;…) [17] Ở rừng, số tính trạng có giá trị kinh tế tính chất gỗ (hàm lượng cellulose, hàm lượng lignin, chiều dài sợi gỗ ) khả rễ nhiều gen (polygene) quy định Những gen tùy giai đoạn phát triển mà có ảnh hưởng định, nhiên, có gen (major genes) có ảnh hưởng lớn đến biểu tính trạng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Đối với tính trạng chiều dài sợi gỗ, nhà khoa học xác định số gen có ảnh hưởng đến tính trạng này, có gen EcHB1 (accession number: AB458829) Gen EcHB1 xác định mã hóa cho nhân tố phiên mã HD-Zip class II Bạch đàn trắng (E camaldulensis) thường biểu thân trưởng thành tế bào rễ Các nghiên cứu cho thấy gen EcHB1 sau biến nạp vào Thuốc cho chiều dài sợi gỗ dài 1,2 lần so với đối chứng Xuất phát từ sở thực đề tài “Nghiên cứu chuyển gen tăng chiều dài sợi gỗ (EcHB1) vào Bạch đàn lai phục vụ cơng nghiệp chế biến giấy” Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀ I LIỆU 1.1 Tổng quan Bạch đàn nói chung Bạch đàn lai nói riêng Bạch đàn (Ecucalyptus) chi thực vật thuộc họ Sim (Myrtaceae), Sim (Myrtaces), phân lớp Hoa hồng (Rosidae), lớp Hai mầm (Dycotyledone) Tên Bạch đàn Ecucalyptus lần nhà thực vật học người Pháp Charles Louis L’Heritier de Brutell đặt cho vào năm 1788 Từ đến có tới 600 lồi biến chủng mơ tả đặt tên, gần 500 loài chấp nhận thức Theo Boland cs (1987), Eldridge cs (1993) chi Bạch đàn chia làm chi phụ Trong đó, chi phụ Symphyomyrtus có nhiều lồi sử dụng trồng rừng đại trà như: E camaldulensis, E urophylla, E tereticornis, E grandis… Bạch đàn có xuất xứ từ Australia có lồi phân bố ngồi Australia loài E deglupta Blume E urophylla S.T Blake Bạch đàn bao gồm nhiều loài khác trồng rừng phổ biến giới Ước tính có 10 triệu Bạch đàn trồng châu Á, Nam Mỹ, Nam Âu, Úc New Zealand Bạch đàn urô (Eucalyptus urophyllaST Blake) Bạch đàn grandis (E grandis) thuộc chi phụ Symphyomyrtus, họ Sim (Myrtaceae), loài gỗ lớn, mọc nhanh, trồng nhiều nước nhiệt đới có nhiệt độ trung bình từ 24 – 280C Bạch đàn thân gỗ lâu năm, mọc nhanh, trồng 5-6 năm tuổi thường có chiều cao 7m đường kính thân khoảng 9- 10cm Cây Bạch đàn có chế tự bảo vệ nhờ quan mặt đất gọi “củ gỗ” chế phát triển nhanh nhờ chồi bất định búp phụ, có khẳ thích nghi cao với nhiều loại lập địa khí hậu lại cho suất tương đối cao (18-20m3/ha/năm) Trên giới Bạch đàn trồng rừng sản xuất với diện tích ngày mở rộng Theo số liệu công bố năm 2009, rừng trồng Bạch đàn năm 2009 đạt khoảng 19,5 triệu châu lục lớn Châu Phi, Châu Mỹ Châu Á-Thái Bình Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Dương, Ấn Độ nước có diện tích rừng trồng Bạch đàn lớn giới, năm 2009 ước tính có khoảng 3,9 triệu (Nguồn www.git-forestry.com) Ở Việt Nam, Bạch đàn người Pháp đưa vào gây trồng từ trước năm 1945, song việc gây trồng Bạch đàn quy mô lớn năm 1960 (Bùi Thị Huế) Trong thời gian ngắn, Bạch đàn phát triển mạnh mẽ trở thành số loài lâm nghiệp trồng rừng quan trọng nước ta Bạch đàn nhóm trồng rộng rãi nước ta, đặc biệt tỉnh miền Trung miền Nam Đây trồng chủ yếu đường nông thôn, bờ vùng, bờ đồng Bắc Bộ đồng sông Cửu Long Kết nghiên cứu gây trồng nhiều năm qua cho thấy nhiều loài Bạch đàn nhập vào nước ta số lồi sinh trưởng nhanh có khả thích ứng lớn Trong đó, đáng ý lồi Bạch đàn urô (E urophylla), Bạch đàn tere (E tereticornis) Bạch đàn trắng (E camaldulensis), Bạch đàn liễu (E exserta) Ở nơi thấp Bạch đàn urô (E urophylla) mọc lẫn với Bạch đàn trắng (E alba) (Martin and Cossalater, 1975 1976) Bạch đàn urô thích hợp với lập địa có vùng đất sâu ẩm tỉnh miền Bắc, Bắc Trung Bộ Tây Nguyên Các xuất xứ có triển vọng cho vùng trung tâm miền Bắc Lewotobi Egor Flores (Lê Đình Khả, 1996) Egor Flores xuất xứ có triển vọng Mang Linh Hang Hanh vùng Đà Lạt (Lê Đình Khả, 1996; Phạm Văn Tuấn cs, 2000) [7][14] Bạch đàn urơ lồi Bạch đàn trồng chủ yếu Việt Nam (Nguyễn Đức Kiên, 2009) Tác giả tính trạng sinh trưởng chất lượng gỗ ảnh hưởng lớn đến hiệu xuất bột giấy cho ngành công nghiệp Các nghiên cứu đánh giá sinh trưởng Bạch đàn urô Việt Nam cho thấy tỷ lệ sinh trưởng Bạch đàn Việt Nam chậm so với nước khác Trung Quốc, Braxin (Santos, 1990; Wei Borralho, 1998a; Nguyễn Đức Kiên, 2009) Vì vậy, chương trình chọn giống Bạch đàn Việt Nam tập trung chủ yếu vào tăng sinh trưởng, nhiên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com vùng sinh thái suy thoái, nghèo chất dinh dưỡng, tỷ lệ sinh trưởng Bạch đàn tồn dạng sinh trưởng chậm so với nhiều nước khác Do vậy, định hướng nghiên cứu làm tăng hiệu suất bột giấy tăng khả sinh trưởng Bạch đàn vùng sinh thái suy thoái nghèo chất dinh dưỡng Việt Nam quan tâm nghiên cứu Bạch đàn lai đánh giá có ưu lai sinh trưởng tốt bố mẹ chúng (Lê Đình Khả cs, 1993) [6] Một số giống Bạch đàn lai có suất cao chọn gây trồng thành công số nước Brasil Công Gô Tại đây, lập địa tốt áp dụng kỹ thuật trồng thâm canh đạt suất 40 - 80m3/ha/năm Trung Quốc Philippin tạo số giống Bạch đàn lai có suất cao trồng làm nguyên liệu giấy 1.2.Tình hình trồng sinh trưởng Bạch đàn lai Việt Nam Bạch đàn nhóm gây trồng rộng rãi nước ta Hiện Bạch đàn coi nguyên liệu giấy chủ yếu vùng trung tâm miền Bắc Các nghiên cứu nước lai giống sử dụng giống lai hướng nhiều nhà chọn giống quan tâm Nghiên cứu giống lai tự nhiên Bạch đàn trắng (E camaldulensis) với Bạch đàn đỏ (E robusta) cho thấy giống lai có suất cao nhiều so với giống bố mẹ (Lê Đình Khả, 1970) [5] Từ năm 1994, nghiên cứu lai nhân tạo cho số loài Bạch đàn tiến hành Trung tâm Nghiên cứu Giống rừng tạo hàng chục tổ hợp lai thuận nghịch loài khác loài lồi Bạch đàn nước ta Bạch đàn urô (E urophylla), Bạch đàn trắng (E camaldulensis) Bạch đàn liễu (E exserta) Qua khảo nghiệm chọn 31 trội tổ hợp lai Bạch đàn có suất cao giống sản xuất tốt 30% Những giống Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn công nhận giống tiến kỹ thuật cho phép triển khai khảo nghiệm vùng sinh thái khác Nghiên cứu lai giống Bạch đàn cho thấy số tổ hợp lai có hiệu suất bột giấy cao Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com hơn, lúc độ bền giấy tương đương với lồi bố mẹ (Lê Đình Khả Nguyễn Việt Cường, 2001) [4] Ở Việt Nam từ năm 1996 – 2000, Trung tâm Nghiên cứu giống rừng thuộc Viện khoa học Lâm nghiệp Việt Nam tạo gần 80 tổ hợp lai loài lai khác lồi lồi Bạch đàn urơ (Eucalyptus urophylla), Bạch đàn trắng (E camaldulensis) Bạch đàn liễu (E.exserta) Giai đoạn 2001-2010 nghiên cứu lai giống cho loài bạch đàn tạo 100 tổ hợp lai đơi, ba cho lồi cho lồi bạch đàn 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.pellita) Sau năm đất đồi trọc nghèo dinh dưỡng Cẩm Quỳ- Ba Vì- Hà Nội, suất tổ hợp lai P18U29 đạt 17,3dm3/cây vượt mẹ (P18) 316%, vượt bố chúng (U29) 363% thể tích, cịn vượt giống lai đối chứng nhập từ Brasin GU8 160% Tổ hợp lai U29S6 tích thân đạt 16,62dm3/cây vượt thể tích mẹ (U29) 349% vượt giống lai đối chứng GU8 153% Tại trường Minh ĐứcBình Phước sau năm tổ hợp lai T1P17, C18P17, P18U29C3, P18U29 C9G15 đạt thể tích thân tương ứng 26,1; 26,1; 22,8; 21,8 21 dm3/cây vượt giống đối chứng PN14 tương ứng 383%, 384%, 335%, 321% 309% thể tích (Nguyễn Việt Cường 2006) [13] Qua khảo nghiệm chọn 30 dòng bạch đàn lai có sinh trưởng nhanh giống đối chứng PN2, PN14, U6 GU8 hầu hết điểm khảo nghiệm tích thân vượt giống đối chứng từ 110% đến 300% năm thứ Một nghiên cứu khảo nghiệm giống Bạch đàn lai lâm trường Vạn Xuân cho thấy dịng lai chọn lọc có số dịng sinh trưởng vượt trội so với dòng kiểm chứng U6, GU8, PN2, PN14 đường kính, chiều cao số thể tích thân cây, đặc biệt Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com dòng lai UE24, UE83, UE5 Những dòng có số thể tích 70,4-73,9; dịng GU8 có số thể tích 50,3 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn download by : skknchat@gmail.com Trong vài năm gần công ty trồng rừng Innov Green Quảng Ninh tiến hành trồng rừng giống Bạch đàn lai nhập từ Trung Quốc (giống lai Bạch đàn urô x grandis, Bạch đàn urô x tere, với tên gọi Bạch đàn cự vĩ vĩ hệ) với diện tích vài trăm Quảng Ninh Bạch đàn lai có sinh trưởng nhanh Bạch đàn U6 (Bảng 1.1) Bảng 1.1 Sinh trưởng dòng Bạch đàn lai cự vĩ vĩ hệ 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 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.tích (ha) 246 1,2 1,7 3,6 Mật độ 1500 1500 1500 1500 1500 D13 (m) 10,4 9,3 7,9 9,8 7,7 Hvn (m) 12,5 12,1 9,0 12,8 7,6 (Nguồn: Innov Green Quảng Ninh) [12] Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 download by : skknchat@gmail.com ... Các nghiên cứu cho thấy gen EcHB1 sau biến nạp vào Thuốc cho chiều dài sợi gỗ dài 1,2 lần so với đối chứng Xuất phát từ sở thực đề tài ? ?Nghiên cứu chuyển gen tăng chiều dài sợi gỗ (EcHB1) vào Bạch. .. 2001-2010 nghiên cứu lai giống cho loài bạch đàn tạo 100 tổ hợp lai đôi, ba cho loài cho loài bạch đàn Bạch đàn urô, Bạch đàn tere (E.tereticornis), Bạch đàn trắng (E camaldulensis) , Bạch đàn grandis... PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu Tạo dòng Bạch đàn lai mang gen tăng chiều dài sợi gỗ ( EcHB1) 2.2 Đối tượng Cây Bạch đàn lai trội UU dòng 89 Viện Giống Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, Viện