Luận văn thạc sĩ công nghệ sinh học nghiên cứu đặc điểm của gen mã hóa chalcone isomerase phân lập từ cây đậu tương

1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http //www lrc tnu edu vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN MÃ HÓA CHALCONE ISOMERASE PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬ[.]

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN MÃ HÓA CHALCONE ISOMERASE PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN MÃ HÓA CHALCONE ISOMERASE PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa ho ̣c: GS TS Chu Hoàng Mâ ̣u Thái Nguyên - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) thuộc họ đậu (Fabaceae), trồng quan trọng không Việt Nam xuất gần 200 quố c gia giới Đậu tương trồng cạn ngắn ngày , có giá trị dinh dưỡng giá trị kinh tế cao Đối với nông nghiệp, đậu tương trồng thân thiện với môi trường thúc đẩy phát triển kinh tế nông nghiệp Đậu tương ví nhà máy sản xuất đạm tự nhiên nhờ nốt sần rễ giúp cải thiện chất lượng đất thông qua khả hấp thụ nitơ tự nhiên Các sản phẩm từ đậu tương sử dụng rộng rãi toàn giới Nhiều nghiên cứu cho thấy đậu tương tốt cho sức khỏe người nhờ có chứa thành phần isoflavone Isoflavone dươ ̣c chất có nguồn gốc thảo mộc , làm giảm xuất số loại ung thư, giảm triệu chứng mãn kinh, ngăn ngừa bệnh tim mạch, béo phì, loãng xương, ngăn chặn gia tăng cholesterol máu Bên cạnh isoflavone giúp phụ nữ tăng cường chất lượng da, giảm nếp nhăn, giảm độ sâu nếp nhăn mắt, làm cho da săn nhờ tăng cường kết nối collagen, đồng thời cải thiện màu sắc giữ ẩm cho da Con đường sinh tổng hợp isoflavone ở đâ ̣u tương biết nhánh đường phenylpropanoid với hai enzyme chìa khóa chalcone synthase (CHI) isoflavone synthase (IFS) để tổng hợp isoflavone genistein daidzein có khả chống oxi hóa mạnh Chúng tìm thấy chủ yếu đậu tương loại họ đậu khác Tuy nhiên, hàm lượng isoflavone đậu tương rấ t thấ p, khoảng từ 50 – 3000 µg/g tồn hai dạng glycoside aglucone Dạng glycoside có trọng lượng phân tử lớn, chiếm tới 90% isoflavone tổng số cho hấp thụ hạn chế hệ tiêu hóa người, Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn đó, dạng aglucone hấp thụ nhanh , hàm lươ ̣ng la ̣i thấp , chiếm từ 1% – 5% isoflavone tổng số Chính nghiên cứu ứng dụng công nghệ gen vào việc cải thiện theo hướng nâng cao hàm lượng isoflavone hạt đậu tương cần thiết Kỹ thuật biể u hiê ̣n gen ở thực vâ ̣t cho phép tạo các dòng có khả tổng hợp isoflavone với hàm lượng cao , tạo nguyên liê ̣u phu ̣c vụ sản xuất các chế phẩ m sinh ho ̣c đáp ứng nhu cầu ngày tăng của công tác chăm sóc và bảo vêsư ̣ ́ c khỏe người nước ta Xuất phát từ lý , đề tài luận văn thạc sĩ lựa chọn thực là: “Nghiên cứu đặc điểm gen mã hóa chalcone isomerase phân lập từ đậu tương” Mục tiêu nghiên cứu Phân tích đặc điểm gen mã hóa chalcone synthase đường sinh tổ ng hơ ̣p isoflavone phân lâ ̣p từ hai giống đâ ̣u tương khác hàm lượng isoflavone Nội dung nghiên cứu 3.1 Phân tích hàm lượng isoflavone hạt nảy mầm ba giống đậu tương Viê ̣t Nam là ĐT51, DT90 DT84 3.2 Nghiên cứu thông tin gen mã hóa chalcone isomerase (CHI), thiế t kế că ̣p mờ i PCR nhân gen CHI, tách dịng xác định trình tự gen CHI 3.3 Phân tích sự đa da ̣ng về trình t ự nucleotide trình tự amino acid suy diễn gen CHI Ý nghĩa khoa học thực tiễn đậu tƣơng Kế t quả phân tić h đă ̣c điể m của gen CHI xác định điểm sai khác về trình tự nucleotide của gen CHI trình tự amino acid suy diễ n giữa c ác giố ng đâ ̣u tương khác về hàm lươ ̣ng daidzein và genistein sở để giải thích mối liên quan gen CHI với hoa ̣t đô ̣ng tổ ng hơ ̣p isoflavone ở đâ ̣u Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn tương Đồng thời cũng sở sử dụng đoạn mã hó a của gen CHI viê ̣c thiế t kế vector chuyể n gen mu ̣c đić h nâng cao hàm lươ ̣ng isoflavone đâ ̣u tương bằ ng kỹ thuâ ̣t chuyể n gen Kế t quả xác đinh ̣ hàm lươ ̣ng daidzein và genistein của các giố ng đâ ̣u tương nghiên cứu cung c ấp liệu cho chọn giống đậu tương theo định hướng nâng cao hàm lươ ̣ng isoflavone của đâ ̣u tương Kết nghiên cứu luận văn tư liệu khoa học phục vụ cho mục đích nghiên cứu giảng dạy cơng nghê ̣ sinh ho ̣c Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Chƣơng TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 CÂY ĐẬU TƢƠNG 1.1.1 Nguồn gốc, phân loại đặc điểm thực vật học đậu tƣơng Cây đậu tương hay gọi đậu nành có tên khoa học Glycine max (L.) Merrill, loại ăn hạt, thân thảo thuộc họ đậu (Fabaceae), đậu tương mang nhiễm sắc thể 2n=40 Cây đâ ̣u tương đươ ̣c xế p ̣ thố ng sau: Giới: Plantae Ngành: Magnoliophyta Lớp: Magnoliopsida Bộ: Fabales Họ: Fabaceae Phân họ: Faboideae Giống: Glycine Loài: Max Cây đậu tương xuất từ 1100 năm trước Công nguyên vùng Đông Bắc Trung Quốc Theo nhiều tài liệu nghiên cứu đậu tương có nguồn gốc từ vùng Mãn Châu phía Bắc Trung Quốc từ thời triều đại Phong kiến, sau có nhiều tài liệu cho đậu tương hoá triều đại Shang, hay gọi triều đại nhà Thương, vào khoảng kỉ XVII đến kỉ XI trước Công Nguyên, sau lại lan truyền sang Nhật Bản, Triều Tiên vào khoảng kỷ thứ VIII, tiếp tục lan truyền sang nước châu Á khác Thái Lan, Malaysia, Hàn Quốc, Việt Nam [1] Đến kỷ XVII, đậu tương giới thiệu vào Châu Âu nhà thực vật học đặt tên Glycine max Sau đến kỷ XVIII đậu tương du nhập vào Mỹ, có nhiều kết cho thấy có phù Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn hợp điều kiện khí hậu đất đai nên việc trồng trọt đậu tương Mỹ phát triển mạnh mẽ cho sản lượng đậu tương tăng lên nhanh chóng, đến đậu tương coi trồng đem lại giá trị kinh tế cao Mỹ nhiều quốc gia khác giới: Trung Quốc, Brazil [3], [5] Hiện nay, đậu tương trồng phổ biến nhiều quốc gia giới đậu tương công nghiê ̣p, thực phẩ m đem lại giá trị kinh tế cao nhờ sự vượt trội hẳn so với trồng khác hàm lượng chất dinh dưỡng protein, lipid cao, chứa nhiều vitamin, khoáng chất nhiều hoạt chất thảo mộc có lợi cho sức khoẻ người Tại Việt Nam đậu tương ví “vàng mọc từ đất” đậu tương cho sản lượng cao, cải tạo đất trồng xen canh gối vụ với nhiều loại trồng, chứa nhiều hàm lượng protein đem lại nhiều giá trị kinh tế Cây đậu tương loại thân thảo, bụi nhỏ năm Thân mảnh, cao khoảng từ 0,8m đến 0,9 m, có lơng, cành hướng lên phía Một đậu tương hoàn chỉnh bao gồm rễ, thân, lá, hoa, hạt Rễ đâụ tương Rễ đậu tương rễ cọc, rễ bao gồm rễ (rễ chính) nhiều rễ bên hay cịn gọi rễ phụ, rễ mọc nhiều rễ phụ rễ phụ cấp rễ phụ cấp Trong điều kiện bình thường rễ ăn sâu vào đất khoảng 20-30 cm có ăn sâu đến 15oCm; thông thường rễ tập trung nhiều độ sâu 6-2oCm Bộ rễ phát triển chia thành thời kỳ chính: (i) Thời kỳ thứ nhất: rễ rễ phụ phát triển mạnh sinh nhiều rễ con, thời kỳ kéo dài từ 30-40 ngày sau mọc (ii) Thời kỳ thứ hai: lớp rễ phát triển chậm dần, rễ khơng phát triển có rễ phụ nhỏ kéo dài phát triển gần thu hoạch Trên rễ rễ phụ có nhiều nốt sần chứa vi khuẩn Rhizobium japonicum sinh sống, loại vi khuẩn có dạng hình gậy hình cầu quan sát Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn kính hiển vi điện tử, vi khuẩn Rhizobium japonicum sống lòng đất, có khả cố định đạm từ khí trời, họ đậu có vài trăm nốt sần phân bố đồng rễ, ban đầu hình thành nốt sần có màu sữa sau phát triển có màu hồng Q trình hình thành nốt sần kéo dài 16-21 ngày, phát triển nhiều mạnh vào lúc đậu tương hoa làm Giữa vi sinh vật nốt sần với đậu tương chúng có mối quan hệ cộng sinh, cung cấp chất dinh dưỡng cho vi khuẩn hoạt động ngược lại vi khuẩn lại tích hợp nitơ tự khơng khí chuyển sang đạm hữu để sử dụng Cây đậu tương nhiều chất dinh dưỡng cho vi sinh vật hoạt động vi sinh vật phát triển tích lũy đạm nhiều cho sinh trưởng phát triển tốt Thân, cành đâụ tương Thân đậu tương thuộc thân thảo có hình trịn, chia đốt, phân cành, thân có nhiều lơng nhỏ Thân đậu tương thường đứng có thân bị hay nửa bị, cịn non thân có màu xanh tím, già chuyển sang màu nâu nhạt, màu sắc thân non có liên quan chặt chẽ với màu sắc hoa sau Nếu thân lúc cịn non có màu xanh hoa màu trắng cịn non thân có màu tím hoa màu tím đỏ Thân cao trung bình 0,5- 1,2 m cũng có cao đến 1,5m, thân mang 14-15 lóng, lóng phía thường ngắn, lóng phía thường dài Tùy theo giống thời vụ gieo mà chiều dài lóng có khác thường biến động từ 3-10 cm Cây đậu tương vụ hè có lóng dài vụ xn vụ đơng Chiều dài lóng góp phần định chiều cao thân Thân đậu tương thường cao từ 0,3-1,0m Giống đậu tương dại cao từ 2-3m Thực tế cũng có giống khơng có lơng tơ Những giống có mật độ lơng tơ dày, màu sẫm có sức kháng bệnh, chịu hạn chịu rét khỏe giống lơng tơ thường sinh trưởng khơng bình thường, sức chống chịu Thân có lơng tơ nhiều hay ít, dài hay ngắn, dày hay Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn thưa đặc điểm phân biệt giống với Đốt thân mang hai mầm, đốt thứ hai lại mang hai đơn mọc đối diện nhau, sau kể từ đốt thứ ba trở đốt mang kép có chét, kép mọc đối diện Dựa vào sinh trưởng đặc điểm mà thân có loại sau: Loại mọc thẳng: thân cứng, đường kính thân lớn, thân cao trung bình, đốt ngắn, nhiều Loại bị: thân phân cành nhỏ, mềm, phủ bề mặt đất thành đám dây, thân dài, đốt dài, nhỏ Loại nửa bò: loại trung gian hai loại mọc thẳng mọc bò Loại mọc leo: thân nhỏ dài, mọc bò đất hay leo lên giá thể khác Thân đậu tương có khả phân cành từ nách đơn kép Dựa vào đặc tính sinh trưởng thân cành đặc điểm hoa nên chia giống đậu tương làm hai loại: Sinh trưởng hữu hạn: Khi thân cành hoa khơng tiếp tục sinh trưởng hay cành không cao lên nữa, loại chủ yếu trồng lấy để lấy hạt Sinh trưởng vô hạn: Khi đậu tương hoa kết chín thân cành tiếp tục sinh trưởng, thường loại mọc bò Từ lúc mọc đến có thật (3 kép) khoảng 25 – 30 ngày sau gieo, thân sinh trưởng với tốc độ bình thường Khi có 6-7 thật thân bắt đầu phát triển mạnh Điểm khác biệt đậu tương với trồng khác hoa rộ lại lúc thân cành phát triển mạnh Đây giai đoạn hai trình sinh trưởng, sinh dưỡng cần cung cấp đầy đủ dinh dưỡng tạo điều kiện cho rễ phát triển thuận lợi Cành mọc từ đốt thân, hướng lên trên, số cành thân nhiều hay phụ thuộc vào loại giống đậu tương, đất đai, kỹ thuật canh tác, điều kiện gieo Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 trồng, có giống đậu tương có 1-2 cành có giống khơng có cành, cành thân kết hợp với tạo thành tán đậu tương [7], [15] Lá đậu tương Cây đậu tương có mọc cách có loại chính: mầm, đơn kép có nhiều hình dạng khác hình trái xoan, trứng, trịn, dài, van, mũi gần nhọn, khơng gốc Mặt thường có nhiều lông trắng Lá mầm (lá tứ diệp): mầm mọc có màu vàng hay xanh lục tiếp xúc với ánh sáng chuyển sang màu xanh Hạt giống to mầm chứa nhiều dinh dưỡng ni mầm, hết chất dinh dưỡng mầm khô héo Lá nguyên (lá đơn): xuất sau mọc từ 2-3 ngày mọc phía mầm Lá đơn mọc đối xứng nhau, đơn to xanh bóng biểu sinh trưởng tốt, đơn to xanh đậm biểu giống có khả chịu rét, đơn nhọn gợn sóng biểu sinh trưởng khơng bình thường Lá kép: Mỗi kép có chét, cũng có 4-5 chét Lá kép mọc so le, có màu xanh tươi, già biến thành màu vàng nâu Cũng có giống chín giữ màu xanh Phần lớn có nhiều lơng tơ Lá có nhiều hình dạng khác tùy theo giống Những giống nhỏ dài chịu hạn khỏe thường cho suất thấp, giống to chịu hạn thường cho suất cao Nếu hai kép đầu to dày thường biểu giống có khả chống chịu rét Số lượng kép nhiều hay ít, diện tích to hay nhỏ chi phối nhiều đến suất phụ thuộc vào thời vụ gieo trồng Các nằm cạnh chùm hoa giữ vai trò chủ yếu cung cấp dinh dưỡng cho chùm hoa Nếu điều kiện làm cho bị úa vàng vị trí thường bị rụng lép Số nhiều to khoẻ vào thời kỳ hoa rộ Khi phiến phát triển to, rộng, mỏng, phẳng, có màu xanh tươi biểu sinh trưởng khoẻ có khả cho suất cao Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 Hoa đậu tương Đậu tương tự thụ phấn, có hoa mọc từ nách lá, hoa nhỏ, khơng có mùi thơm, hoa màu trắng, tím tím nhạt xếp thành chùm hoa, chùm hoa có từ 1-10 hoa cũng có từ 7-8 hoa, hoa dạng cánh bướm, ống đài năm cánh không Tràng hoa gồm cánh hoa cờ phía sau, hai cánh bên hai cánh thìa phía trước tiếp xúc khơng dính vào Đài hoa có màu xanh, nhiều lơng Bộ nhị gồm 10 nhị chia làm hai nhóm: nhóm gồm nhị cuống dính với thành khối; nhóm có nhụy hoa, nhụy hoa có nỗn Vịi nhụy cong phía nhị Đậu tương có hoa lưỡng tính, hồn tồn tự thụ phấn Cây hoa sớm hay muộn, thời gian hoa tuỳ thuộc vào giống thời vụ gieo chịu ảnh hưởng phối hợp ánh sáng nhiệt độ Giống chín sớm sau mọc 30 ngày hoa giống chín muộn 45- 50 ngày hoa Thời gian hoa dài hay ngắn theo giống theo thời vụ Có giống thời gian hoa kéo dài 10-15 ngày Thời kỳ hoa nở rộ thường từ ngày thứ đến ngày thứ 10 sau hoa bắt đầu nở Hoa đợt rộ tạo nhiều, trước sau đợt hoa rộ tỷ lệ đậu thấp Điều kiện thích hợp cho nở hoa nhiệt độ 25-28oC, ẩm độ khơng khí 75- 80%, ẩm độ đất 70- 80% Cây đậu nành cho nhiều hoa tỷ lệ hoa không thành chiếm 20- 80% Quả hạt đậu tương Hình dáng đậu tương loại thẳng cong, bề vỏ ráp có nhiều lơng, chín đa số màu vàng xám Hạt có hình trịn, dẹt, bầu dục bề mặt ngồi có lớp vỏ mỏng bao quanh phơi lớn Vỏ hạt nhẵn [2] Quả thõng, hình lưỡi liềm, gân bị ép, có nhiều lơng mềm màu vàng, thắt lại hạt Quả đậu tương thuộc loại giáp Mỗi có từ 1- hạt Vỏ đậu tương có lớp: biểu bì, hạ bì lớp nhu mơ bên Do vỏ lớp tế bào mơ dậu có lớp cutin che phủ nên trao đổi khí khơng xảy ra, trao đổi khí phơi mơi trường qua rốn hạt Những mảnh nội nhũ bị ép chặt vào Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 12 vỏ hạt Lớp nội nhũ gọi lớp aleuron gồm tế bào hình lập phương nhỏ chứa đầy đạm Quả đậu tương gồm nửa noãn, nối với phần bụng lưng Trên đường nối biểu bì cong vào phía tạo nên lớp nhu mơ thẳng đứng, lớp nhu mô tách mô dẫn thành vùng giúp tách chín Hạt đậu tương cũng hạt nhiều loại họ đậu khác khơng có nội nhũ mà có lớp vỏ bao quanh phôi lớn Trong hạt, phôi thường chiếm 2%, tử diệp chiếm 90% vỏ hạt 8% tổng khối lượng hạt Hạt có nhiều hình dạng khác hình cầu, dẹt, dài oval Ở hạt trưởng thành, đầu rốn lỗ noãn, lỗ bao phủ lớp màng Ở đầu rốn rãnh nhỏ Màu sắc, kích thước, khối lượng, rốn hạt khác đặc trưng cho giống, khối lượng hạt trung bình khoảng 200-400mg/hạt [3], [4], [7] Về sinh thái học , nhiệt độ thích hợp giai đoạn nẩy mầm giai đoạn từ 24 - 30oC, độ ẩm giai đoạn nẩy mầm 80% đến giai đoạn non độ ẩm lại giảm xuống 50 - 60% Nhiệt độ 24 - 34oC nhiệt độ thích hợp cho giai đoạn hoa kết trái, giai đoạn nhu cầu độ ẩm tăng gần giai đoạn nẩy mầm từ 70 - 80%, sang đến giai đoạn chín nhiệt độ thích hợp giảm cịn 20 25oC độ ẩm cũng giảm mạnh xuống mức 35 - 45% Ở đậu tương lượng mưa cần phải đạt từ 700 mm tốt Đa số giống đậu tương trồng nhiều loại đất khác như: đất phù sa, đất xám, đất giồng cát, loại đất thường có thành phần giới nhẹ, độ PH từ 5-8 1.1.2 Tình hình sản xuất đậu tƣơng giới ở Việt Nam Hiện giới đậu tương trồng đứng thứ tư sau lúa mỳ, lúa nước ngô Thống kê diện tích, suất, sản lượng đậu tương từ 2011-2014 theo FAO thể bảng 1.1 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 13 Bảng 1.1 Tình hình sản xuất đậu tương giới Chỉ tiêu Diện tích Năng suất Sản lƣợng (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 2011 103,60 25,29 262,04 2012 106,62 23,74 253,14 2013 111,63 24,91 278,09 2014 117,71 26,20 308,43 Năm Nguồn: FAOSTAT database Bảng 1.1 cho thấy diện tích, suất đậu tương giới năm gần không biến động biến động Sản lượng tăng năm 2013 năm 2014 Đặc biệt so với năm 2011, năm 2014 tăng 17,7%, so với năm 2012 tăng 21,8% Đậu tương coi trồng mang tính chiến lược nhiều Quốc gia: Trung Quốc, Thái Lan, Mỹ, bên cạnh đậu tương có khả thích nghi rộng nên trồng nhiều vùng khác tập trung nhiều Châu Mỹ Châu Á Sản phẩm đậu tương chủ yếu hạt, loại lấy dầu hạt đậu tương chứa lượng dầu lớn đậu tương trồng phổ biến Một nước có kinh tế phát triển giới Mỹ, Brazin cũng tập trung vào việc trồng giống đậu tương, với Brazin, Argentina Trung Quốc chiếm 90 - 95% tổng sản lượng đậu tương toàn giới Riêng Mỹ chiếm 50% tổng sản lượng đậu tương toàn giới Theo Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc FAO toàn giới đến năm 2011 sản lượng đậu tương đạt 262,04 sau mở rộng diện tích trồng đậu tương vào năm 2014 toàn giới cho sản lượng đạt 308,43 triệu tăng 46,39 triệu so với năm 2011 Bên cạnh đậu tương trồng nhiều vùng đất khác ven nhà, sườn đồi, ven suối, vườn… nói đậu tương có khả thích nghi rộng Châu Mỹ, Châu Á, Braxin, Achentina, với phát triển nông nghiệp sản lượng đậu tương ngày tăng lên Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 14 nhanh chóng phát triển mạnh khu vực Châu Á, theo kết nghiên cứu nhiều nhà khoa học giới nhận thấy đậu tương có đóng góp định vào kinh tế quốc dân nên có nhiều nước tập trung vào đầu tư mở rộng diện tích để trồng đậu tương nhằm làm tăng suất Bảng 1.2 Tình hình sản xuất đậu tương bốn nước đứng đầu suất giới Năm 2011 Quố c gia Năm 2012 Năm 2013 Năm 2014 Diện Năng Sản Diện Năng Sản Diện Năng Sản Diện Năng Sản tích suất lượng tích suất lượng tích suất lượng tích suất lượng (triệu (triệu (tạ/ha) (triệu (triệu (tạ/ha) (triệu (triệu (tạ/ha) (triệu tấn) ha) tấn) ha) tấn) ha) (triệu (tạ/ha) ha) tấn) Mỹ 29,85 28,19 84,19 30,79 26,64 82,05 30,70 29,14 89,48 33,61 32,13 108,01 Brazil 23,96 31,21 74,81 24,97 26,36 65,84 27,86 29,32 81,69 30,27 28,65 86,76 78,89 18,36 14,48 67,50 19,33 13,05 66,00 18,93 12,50 6,73 18,12 12,20 Achentina 18,74 26,07 48,87 17,57 22,81 40,10 19,41 25,39 49,30 19,25 27,73 53,39 Trung Quốc Nguồn: FAOSTAT database Đậu tương trồng mang lại hiệu kinh tế, cải tạo đất mà đậu tương cịn có khả thích ứng rộng nên trồng phổ biến hầu khắp nơi giới, tập trung nhiều châu Mỹ châu Á Từ sau năm 1997 đến năm gần đây, sản xuất đậu tương giới liên tục tăng lên diện tích sản xuất sản lượng Áp dụng tiến khoa học vào việc cải tạo nâng cao chất lượng trồng, trồng biến đổi gen trồng nhiều nước giới đậu tương biến đổi gen cho suất, hàm lượng cao, đồng thời chống chịu với điều kiện bất lợi mơi trường: nóng, lạnh, chịu hạn chịu thuốc diệt cỏ.… Tại Việt Nam đậu tương có đóng góp to lớn ngành công nghiệp: nguyên liệu ngành công nghiệp chế biến cao su nhân Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 15 tạo, sơn, mực in, xà phịng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt nóng, dầu bơi trơn, chế tạo làm nến, xà phịng Đối với nông nghiệp: đậu tương dùng để làm thức ăn gia súc theo ước tính 1kg hạt đậu tương tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn ni, để làm thức ăn tươi bên cạnh cịn sử dụng tồn phận thân, lá, quả, hạt có thành phần dinh dưỡng cao N: 6,2%, P2O5: 0,7%, K2O: 2,4% Trồng đậu tương cịn có tác dụng cải tạo đất: đậu tương luân canh cải tạo đất tốt, 1ha trồng đậu tương sinh trưởng tốt để lại đất từ 30-60kg N, góp phần tăng suất hệ thống trồng giảm chi phí cho việc bón N Thân đậu tương dùng bón ruộng hay phân hữu tốt hàm lượng N thân chiếm 0,05 %, chiếm 0,19% [1], [8] Do đậu tương sử dụng nhiều làm thức ăn cho người gia súc Nước ta đậu tương trồng nhiều vùng sinh thái với nhiều điều kiện khí hậu khác nhau, đậu tương trồng miền Bắc chiếm khoảng 70%, miền Nam chiếm khoảng 30%, với đặc điểm đậu tương trồng vùng đất khơng cần màu mỡ vùng đồng sơng Hồng có diện tích trồng đậu tương lớn nước với 73.400 chiếm 38% diện tích nước, vùng Đơng Bắc (24,9%), Tây Ngun (12,7%), Tây Bắc (10,7%), đồng sông Cửu Long (8,4%) Các vùng Bắc Trung Bộ, duyên hải Nam Trung Bộ Đơng Nam Bộ diện tích có vài nghìn Cây đậu tương trồng trồng trồng xen vào nhiều thời điểm khác năm nên có vụ xuân, vụ hè vụ đơng [1] Hiện diện tích sản xuất đậu tương nước có xu hướng tăng lên nhiên sản lượng đậu tương tăng không đáng kể không ổn định Đến năm 2011 Việt Nam bắt đầu sản xuất đậu tương quy mô công nghiệp nhiên sản lượng cịn có phần hạn chế, nhằm giải tình trạng thiếu hụt sản phẩm đậu tương nước ta cũng phải nhập lượng lớn sản phẩm đậu tương nhằm cung cấp cho ngành công nghiệp, ngành chế biến thức ăn gia súc, nuôi trồng thủy hải sản, riêng năm 2013 tổng số 13,4 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 16 triệu thức ăn chăn ni cho gia súc đậu tương chiếm gần 3,5 triệu cũng năm 2013 Việt Nam phải nhập 556 nghìn đậu tương từ Mỹ Trong khu vực ASEAN Việt Nam nước đứng thứ diện tích trồng đậu tương sau số nước Lào, Campuchia, Thái Lan, nhiên suất cịn thấp Bảng 1.3 Tình hình sản xuất đậu tương Việt Nam Chỉ tiêu Diện tích Năng suất Sản lƣợng (nghìn ha) (tấn/ha) (nghìn tấn) 2011 181,1 1,47 266,9 2012 120,8 1,45 175,3 2013 117,8 1,43 168,4 2014 120 1,47 176,4 2015 130 1,48 192,4 Năm Nguồn: Tổng cục thống kê Do điều kiện thời tiết không thuận lợi nên năm 2013 sản lượng đậu tương Việt Nam giảm 3% so với năm 2012 xuống cịn 168 nghìn tấn, quy mơ sản xuất nhỏ lẻ nên sản lượng đậu tương chưa đáp ứng nhu cầu nước Từ năm 2008 phải nhập sản lượng đậu tương vào Việt Nam nên sản lượng tăng lên 267,6 nghìn tấn, đến năm 2011 đậu tương trồng rộng rãi, phổ biến nước đến năm 2013 sản lượng đậu tương nước ta giảm 3% so với năm 2012, xuống cịn 168 nghìn Theo Thơng tư số 08/2013/TT-BTNMT Bộ Tài nguyên Môi trường quy đinh ̣ trình tự , thủ tục cấp thu hồi Giấy chứng nhận an toàn sinh học trồng biến đổi gen từ đó cho phép người nông dân phép trồng loại biến đổi gen , nhiên đến việc khảo sát chưa tiến hành đậu tương, cũng danh mục ngơ hồn thành việc khảo nghiệm vào năm 2012 từ ngô canh tác thương mại Việt Nam sản lượng giống ngơ ln cao so với giống đậu tương Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 17 1.1.3 Thành phần dinh dƣỡng hạt đậu tƣơng Trong hạt đậu tương có chứa đầy đủ thành phần dinh dưỡng: protein, lipid, loại muối khống , hàm lượng protein chiếm từ 38- 40%, lipid chiếm từ 15- 20%, hydrat cacbon từ 15- 16% nhiều muối khoáng, nước chiếm khoảng 8%, chất vô khoảng 5%, muối khoáng Na, K, Ca, S, P, Mg, Fe Đậu tương có chứa thành phần dinh dưỡng cao, thức ăn bổ dưỡng thay loại thịt, cá, trứng Hàm lượng protein có đậu tương trung bình khoảng 35- 45% cao gấp đơi so với loại đậu khác So với thịt động vật, đậu tương có nhiều chất dinh dưỡng hơn: 100 gr đậu tương có 411 calo; 34 gr đạm; 18 gr béo; 165mg calcium; 11mg sắt; thịt bị có 165 calo, 21gr đạm; 9gr béo; 10mg calcium 2,7 mg sắt [6], [8], [15] Hạt đậu tương có phận: vỏ hạt chiếm 8% trọng lượng hạt; phôi chiếm 2% tử diệp chiếm 90% Tùy thuộc vào điều kiện đất đai, thời tiết, mùa vụ mà thành phần dinh dưỡng hạt đậu tương thay đổi [1], [2], [5] Protein amino acid Protein có đậu tương chiếm khoảng 38-40% có loài hàm lượng protein đậu tương chiếm đến 50%, có sản phẩm chế biến từ đậu tương cho hàm lượng protein lên đến 90-95%, nguồn cung cấp protein có giá trị cao cho người Các nhóm Protein đơn giản albumin: 68%; globulin: 25-34%; glutelin: 13-14% Protein đậu tương khơng có Cholesteron, dễ tiêu hóa, dễ tan nước chứa nhiều loại acid amin không thay cần thiết cho thể sống như: leucine chiếm 8,4%, isoleucine: 5,8%, methionine chiếm 1,4%; valine: 5,8%, tryptophan: 1,1%, phenylalanine: 3,8%, threonine: 4,8%, lysine: 6,0% Hàm lượng chất amino acid tương đương với hàm lượng chất amino acid có trứng gà, đặc biệt hàm lượng Trytophan gần gấp đôi so với hàm lượng chứa trứng gà [8] Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 18 Lipid Hàm lượng lipid đậu tương khoảng 15-20% đạt tới 23% Trong hạt đậu tương hàm lượng chất béo cao nhiều lần so với loại thực vật cung cấp dầu Lipid đậu tương chứa tỷ lệ acid béo chưa no cao như: acid oleic chiếm 25- 36%, acid linoleic: 52 -65% acid linolenoic: 3% loại khơng thể thiếu thể [15] Ngồi chứa acid béo no chứa nhiều giá trị dinh dưỡng cao: acid panmitic: 6- 8%; acid stearic: 3-5%; acid arachidoic: 0,1-1,0% Đặc biệt dầu đậu tương chứa lecinthin có tác dụng làm cho thể trẻ lâu, tăng cường trí nhớ, có khả tái sinh mô cơ, xương tăng cường sức đề kháng cho thể Glucid đậu tương chiếm khoảng 22-35,5%, gồ m hai loại tan không tan nước Hạt đậu tương có P 2O5 chiế m 0,6-2,18%; K2O: 1,91-2,64%; CaO: 0,23- 0,63%; MgO: 0,22- 0,55%; SO3: 0,41- 0,44; Na2O: 0,38%; Cl:0,025 chất khác : 1,17% Về vitamin, hạt đậu tương chứa vitamin tan nước: vitamin B1, vitamin B2, vitamin B3, vitamin B6, vitamin PP vitamin tan dầu: vitamin A, vitamin D, vitamin E, vitamin K Ngoài hạt đậu tương khơ chứa khoảng 5% khống, với ngun tố khoáng đa lượng muối K chứa 2%, P: 0,65%, Mg: 0,24%, S: 0,45%, Ca: 0,23%, Na: 0,38%; Cl ngun tố khống vi lượng gồm có: Cu, Zn, Fe, Co, Pb, I, Se, Mn, Cd,… Hàm lượng trung bình ngun tố khống đa lượng chiếm từ 0,2-2,1% cịn hàm lượng ngun tố khống vi lượng chiếm 0,01-140 ppm [15] Ngoài hạt đậu tương cịn có chất có hoạt tính sinh học , isoflavone, saponin, lecithin, trypsin inhibitor, lectins, phytosterol Isoflavone có nhiều tác dụng sinh học nghiên cứu để đưa vào ứng dụng thực tiễn Theo kết nghiên cứu 100 g Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 19 đậu tương có đến 33 -38 gam chất đạm Khi thể người đặc biệt nam giới sử dụng lượng đạm có đậu tương giúp tăng cường bắp Trong q trình tiêu hóa sản phẩm đậu tương, đường ruột tiết chất kìm hãm hoạt động hoocmon gây ung thư tuyến tiền liệt hói đầu Isoflavone giúp ngăn ngừa ung thư tuyến tiền liệt nam giới, giúp nâng cao cải thiện chất lượng tinh trùng nam giới Isoflavone có tác dụng chống oxy hóa, làm bền vững màng tế bào nơi dễ bị peroxyd hóa gây rối loạn làm hủy hoại tế bào [5], [29] Tác dụng mạch máu, làm tăng tính thấm mao mạch Do dùng trường hợp rối loạn chức tĩnh mạch, tĩnh mạch bị suy yếu, giãn tĩnh mạch, trĩ, chảy máu đặt vòng phụ khoa, bệnh nhãn khoa sung huyết kết mạc, rối loạn tuần hoàn võng mạc [5]; tác dụng chống độc, giảm tổn thương bảo vệ, giải độc gan [7] Một số nghiên cứu cho thấy có tác dụng để điều trị viêm gan, xơ gan, bảo vệ tế bào gan Actiso, Bụt dấm…[5] Tác dụng chống viêm, sử dụng để điều trị ban đỏ, viêm da, tổn thương da màng nhầy trường hợp điều trị xạ trị [5] Isoflavone có tác dụng làm tăng biên độ co bóp tăng thể tích phút tim, làm hồi phục tim bị gây ngộ độc chloroform, quinin, methanol [5] Ngồi cịn có tác dụng chống kết tập tiểu cầu [7], [29] Đặc biệt, dẫn chất thuộc nhóm isoflavonoid có tác dụng estrogen, điề u này giải thích gần mặt cấu trúc với diethylstilbestrol [5] Ngồi cịn có tác dụng chống co thắt tổ chức nhẵn túi mật, ống dẫn mật, phế quản, tác dụng thông tiểu, chống loét dày [5] Các nghiên cứu tác dụng chống ung thư, ức chế phát triển tế bào ung thư genistein [29], tăng tuần hoàn não điều trị trĩ Một số isoflavone daidzein dùng để tăng cường tuần hoàn, chống nấm, kháng khuẩn, chống virus [7] Saponin: chiếm lượng 0,1-0,3% saponins Có nhóm saponins đậu tương phát là: Saponins A,Saponins B, Saponins E Saponins có tác Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 20 dụng giảm lượng cholesterol máu, ngăn ngừa phát triển tế bào ung thư, tăng cường khả miễn dịch thể Lecithin (phosphatidyl choline): chiếm khoảng 0,5- 1,5% Lecithin nguồn quan trọng choline Lecithin tham gia trao đổi chất, xây dựng cấu trúc tế bào có tác dụng giảm nguy mắc bệnh tim mạch, ngăn ngừa phát triển bất thường bào thai, giúp tăng cường trí nhớ, ngăn ngừa làm giảm tác dụng phụ số loại thuốc Trypsin inhibitor: Có loại chất ức chế trypsin phân lập từ đậu tương là: Kunitz trypsin inhibitor Bowman-Birk (BB) inhibitor, có khả ức chế enzyme trypsin thể người, riêng BB inhibitor cịn có khả ức chế chymotrypsin Các trypsin inhibitors dễ bị phá hủy nhiệt Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng, trypsin inhibitors nguyên nhân gây chứng phình to tuyến tụy trẻ nhỏ Bên cạnh đó, người ta cũng thấy BB inhibitor cũng có khả ngăn ngừa tác nhân gây ung thư Lectin ( gọi hemagglutinins), lectins tốt cho sức khỏe như: làm giảm lượng insulin máu, giảm suy thối gan thận Phenolic acid: có tác dụng phịng ngừa cơng tế bào ung thư Omega - fatty acid: chất béo khơng bão hồ có khả làm giảm luợng cholesterol xấu LDL làm gia tăng lượng cholesterol tốt HDL máu Phytosterol: Hạt đậu tương chứa khoảng 0,3-0,6 mg/g phytosterols, stanol chiếm khoảng 2% Có nhóm phytosterols Campesterol, -sitosterol stigmasterol Các phytosterol có khả làm giảm hàm lượng cholesterol máu, giảm nguy bệnh tim mạch, làm giảm phát triển bướu ung thư kết tràng, chống lại ung thư da Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ...2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TRẦN THỊ THANH VÂN NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM CỦA GEN MÃ HÓA CHALCONE ISOMERASE PHÂN LẬP TỪ CÂY ĐẬU TƢƠNG Chuyên ngành: Công nghệ sinh học Mã số: 60.42.02.01... gen mã hóa chalcone isomerase phân lập từ đậu tương? ?? Mục tiêu nghiên cứu Phân tích đặc điểm gen mã hóa chalcone synthase đường sinh tổ ng hơ ̣p isoflavone phân lâ ̣p từ hai giống đâ ̣u tương. .. LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Người hướng dẫn khoa ho ̣c: GS TS Chu Hoàng Mâ ̣u Thái Nguyên - 2016 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Đậu tương