Tuyển chọn và đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của một số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ t1 và t2 tại trường đại học nông lâm thái nguyên

Trang 1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM ------ BẾ HỒNG LONG TUYỂN CHỌN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ DÒNG ĐẬU TƯƠNG CHUYỂN GEN KÌM HÃM GIÀ HÓA LÁ

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

- -

BẾ HOÀNG LONG

TUYỂN CHỌN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ DÒNG ĐẬU TƯƠNG CHUYỂN GEN KÌM HÃM GIÀ HÓA

LÁ Ở THẾ HỆ T1 VÀ T2 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC

NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÂY TRỒNG

Thái Nguyên – 2023

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

- -

BẾ HOÀNG LONG

TUYỂN CHỌN VÀ ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG PHÁT TRIỂN CỦA MỘT SỐ DÒNG ĐẬU TƯƠNG CHUYỂN GEN KÌM HÃM GIÀ HÓA

LÁ Ở THẾ HỆ T1 VÀ T2 TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC

NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN

Ngành: Khoa học cây trồng

Mã số: 8.62.01.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÂY TRỒNG

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Trần Văn Điền

2 PGS.TS Nguyễn Tiến Dũng

Thái Nguyên – 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Bế Hoàng Long, học viên cao học lớp Khoa học cây trồng khoá 29

Tôi xin cam đoan luận văn thạc sĩ “Tuyển chọn và đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của một số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa

lá ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên” là công

trình nghiên cứu của riêng tôi Các nội dung nghiên cứu và kết quả trong luận văn này là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học

vị nào

Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước Hội đồng cũng như kết quả luận văn của mình

Thái Nguyên, ngày….tháng 10 năm 2023

Tác giả luận văn

Bế Hoàng Long

LỜI CẢM ƠN

Đề tài “Tuyển chọn và đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của một số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên” là nội dung tôi chọn để nghiên cứu

và làm Luận văn tốt nghiệp

Để hoàn thành Luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Quý Thầy cô giáo khoa Nông học Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho tôi được học tập, rèn luyện và tích luỹ các kiến thức, kỹ năng để thực hiện được tốt Luận văn này

Đặc biệt, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Giảng viên hướng dẫn

trực tiếp tôi là thầy PGS.TS Trần Văn Điền và thầy PGS.TS Nguyễn Tiến Dũng đã tận tình chỉ bảo, theo dõi sát sao và có những ý kiến đóng góp bổ ích

giúp tôi giải quyết được các vướng mắc gặp phải trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành Luận văn một cách tốt nhất

Tuy nhiên do kiến thức của bản thân còn hạn chế nên nội dung của Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận được sự đóng góp

ý kiến thêm của các Thầy Cô giáo để cho bản Luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Cuối cùng, tôi xin chúc Quý Thầy Cô có thật nhiều sức khoẻ, hạnh phúc

và thành công trong công việc

Thái Nguyên, ngày tháng 10 năm 2023

Học viên

Bế Hoàng Long

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH viii

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN ix

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu 2

3.1 Ý nghĩa khoa học 2

3.2 Ý nghĩa thực tiễn 3

4 Phạm vi nghiên cứu đề tài 3

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4

1.1 Nguồn gốc, vai trò và giá trị của cây đậu tương trong hệ thống cây trồng 4 1.1.1 Nguồn gốc và phân loại 4

1.1.2 Giá trị của cây đậu tương 5

1.2 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam 7

1.2.1 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới 7

1.2.2 Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam 10

1.3 Nghiên cứu cây trồng chuyển gen trên thế giới và tại Việt Nam 14

1.3.1 Trên thế giới 14

1.3.2 Tại Việt Nam 14

1.4 Những nghiên cứu về đậu tương chuyển gen trên thế giới và tại

Việt Nam 16

1.4.1 Trên thế giới 16

1.4.2 Tại Việt Nam 25

CHƯƠNG II.VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU 28

2.1 Vật liệu nghiên cứu 28

2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 30

2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 30

2.2.2 Thời gian thực hiện: 30

2.3 Nội dung nghiên cứu 30

2.4 Phương pháp nghiên cứu 30

2.4.1 Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm 30

2.4.2 Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng 34

2.4.3 Phương pháp đánh giá hình thái của các dòng chuyển gen 36

2.4.4 Phương pháp đánh giá hiệu quả chuyển gen 36

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 37

3.1 Chọn lọc cây chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T1 và T2 37

3.1.1 Chọn lọc cây chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T1 37

3.1.2 Chọn lọc cây chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T2 41

3.2 Đánh giá đặc điểm hình thái của các dòng đậu tương chuyển gen 44

3.2.1 Đánh giá biểu hiện gen ore1 ở cây đậu tương chuyển gen thế hệ T1 thông qua hình thái và độ bền lá 44

3.2.2 Đánh giá biểu hiện gen ở cây chuyển gen ore1 thế hệ T2

thông qua hình thái và độ bền lá 45

3.2.3 Phân tích hàm lượng diệp lục ở lá cây chuyển gen kìm hãm già hóa lá47 3.3 Kết quả đánh giá một số chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất của các dòng đậu tương chuyển gen ở thế hệ T1 và T2 48

3.3.1 Các chỉ tiêu sinh trưởng và phát triển 48

3.3.2 Các chỉ tiêu năng suất 54

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 57

1 Kết luận 57

2 Kiến nghị 57

DANH MỤC CÁC TỪ VÀ THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

24:1 24 Chloroform : 1Isoamyl Alcohol

bp Base pair

CTAB Cetyltrimethylammonium Bromide

DNA Deoxyribonucleic axit

dNTPs Deoxy Nucleoside Triphosphate

EDTA Ethylene Diamine Tetra Acetic axit

FAO Tổ chức Nông lương Liên hợp quốc

Fw Foward - Xuôi

ISAAA Tổ chức Dịch vụ quốc tế về tiếp thu các ứng dụng CNSH trong

nông nghiệp

Kb Kilo base

PCR Polymerase Chain Reaction: phản ứng tổng hợp chuỗi trùng hợp PPT phosphinothricin

RNA Ribonucleic axit

Rv Revert - Ngược

TAE Tris bazơ - Axit acetic - EDTA

TE Tris HCl - EDTA, pH = 8

UV Ultraviolet: tia cực tím

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới trong những năm

gần đây 8

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất đậu tương của một số nước đứng đầu thế giới 9

Bảng 1.3 Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam 11

Bảng 1.4 Tình hình nhập khẩu đậu tương của Việt Nam (2014-2016) 12

Bảng 2.1 Danh sách thiết bị và dụng cụ thí nghiệm 28

Bảng 2.2 Danh sách hoá chất 29

Bảng 2.3 Mồi sử dụng cho PCR kiểm tra dòng đậu tương chuyển gen 29

Bảng 2.4 Thành phần phản ứng PCR 32

Bảng 2.5 Chương trình thực hiện phản ứng PCR 33

Bảng 3.1 Kết quả chọn lọc các cây đậu tương chuyển gen Atore1 thế hệ T1 bằng thuốc diệt cỏ Basta 38

Bảng 3.2 Kết quả đo nồng độ và độ tinh sạch DNA của các cây đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá thế hệ T1 39

Bảng 3.3 Kết quả phân tích biểu hiện gen bằng PCR ở T1 40

Bảng 3.4 Kết quả sàng lọc các dòng đậu tương chuyển gen thế hệ T2 41

Bảng 3.5 Đặc điểm sinh trưởng bộ lá của các dòng cây chuyển gen

thế hệ T1 45

Bảng 3.6 Đặc điểm sinh trưởng bộ lá của các dòng cây chuyển gen

thế hệ T2 46

Bảng 3.7 Hàm lượng diệp lục của các chuyển gen kìm hãm già hóa lá 47

Bảng 3.8 Kết quả một số chỉ tiêu sinh trưởng của các dòng đậu tương

chuyển gen thế hệ T1 51

Bảng 3.9 Khối lượng hạt của các dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm

già hóa lá 54

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Kết quả chọn lọc đậu tương chuyển gen T1 bằng thuốc diệt

cỏ Basta 37

Hình 3.2: Hình ảnh sàng lọc cây chuyển gen sau 3 ngày bằng thuốc diệt cỏ Basta 38

Hình 3.3: Kết quả phân tích biểu hiện của gen chọn lọc Bar bằng PCR

của các cây chuyển gen T1 39

Hình 3.4: Kết quả phân tích PCR các cây đậu tương chuyển gen T1 40

Hình 3.5 Đánh giá khả năng kháng thuốc diệt cỏ Basta trên đồng ruộng

của dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá 42

Hình 3.6 Kết quả phân tích sự có mặt của gen Bar trong cây chuyển gen T243 Hình 3.7 Kết quả phân tích sự có mặt của gen Ore1 bằng PCR của cây

chuyển gen T2 44

Hình 3.8 Biểu đồ số lá ở các dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa

lá thế hệ T2 48

Hình 3.9 Biểu đồ chiều cao cây ở các dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá thế hệ T2 49

Hình 3.10 Biểu đồ số cành cấp 1 đậu tương các dòng đậu tương thế hệ T2 52

Hình 3.11 Biểu đồ các dạng quả và tổng số quả/cây ở các dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá 53

Hình 3.12 Các giai đoạn phát triển của cây đậu tương chuyển gen 53

Hình 3.13 Kích thước hạt trung bình của các dòng đậu tương chuyển gen 55

Hình 3.14 Hình thái hạt của dòng đậu tương chuyển gen ore1-1, Ore1-8

so với đối chứng 55

Hình 3.15 Hình thái cây của dòng đậu tương chuyển gen giai đoạn thu hoạch so với đối chứng 56

TRÍCH YẾU LUẬN VĂN

Tên tác giả luận văn: Bế Hoàng Long

Tên luận văn: Tuyển chọn và đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của

một số dòng Đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Ngành khoa học của luận văn: Khoa học cây trồng

Mã số: 8.62.01.10

Tên đơn vị đào tạo: Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Thái Nguyên

Mục đích nghiên cứu: Sàng lọc và tuyển chọn được các dòng đậu tương

chuyển gen mang gen kìm hãm già hóa lá và đánh giá được khả năng sinh trưởng và phát triển của một số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa

lá ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Phương pháp nghiên cứu

Nội dung chính của nghiên cứu:

Nội dung 1: Chọn lọc cây đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế

Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp nghiên cứu trong phòng thí nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu ngoài đồng ruộng

Kết quả chính và kết luận

Kết quả sàng lọc 8 dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá bằng thuốc diệt cỏ Basta Qua kết quả phân tích PCR đã xác định sự có mặt của gen

Bar và gen ore 1 cho thấy tất cả 8 dòng đều mang gen chuyển ore1

Đánh giá khả năng sinh trưởng và năng suất của các dòng đậu tương thế

hệ thứ 1 và 2

THESIS ABSTRACT

Thesis author's name: Be Hoang Long

Thesis title: Selection and evaluation of growth and development ability of

some transgenic soybean lines that inhibit leaf aging in generations T1 and T2

at Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry

Scientific field of the thesis: Crop Science

Code: 8.62.01.10

Name of training unit: Thai Nguyên University of Agriculture and Forestry,

Thai Nguyen University

Research purpose: Screen and select transgenic soybean lines carrying genes

that inhibit leaf senescence and evaluate the growth and development ability of some transgenic soybean lines that inhibit leaf senescence in the next generation T1 and T2 students at Thai Nguyen University of Agriculture and Forestry

Research Methods

Main content of the study:

Content 1: Selecting transgenic soybean plants that inhibit leaf senescence in

generations T1 and T2

Content 2: Evaluation of morphological characteristics of transgenic soybean

lines that inhibit leaf senescence in generations T1 and T2

Content 3: Evaluating the growth ability of transgenic soybean lines that

inhibit leaf senescence in generations T1 and T2

Research Methods:

- Research methods in the laboratory

- Field research methods

Main results and conclusions

Results of screening 8 transgenic soybean lines that inhibit leaf senescence with the herbicide Basta Through PCR analysis results, the presence of Bar gene and ore 1 gene was determined, showing that all 8 lines carry the ore1 transgene

Evaluation of growth and yield of 1st and 2nd generation soybean lines

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Đậu tương [Glycine max (L.) Merr] hay còn gọi là cây đỗ tương, đậu nành,

có nguồn gốc từ Trung Quốc Đậu tương là cây trồng lấy hạt, và là cây cho dầu quan trọng được trồng rộng rãi trên thế giới để phục vụ cho nhiều ngành công nghiệp khác nhau như chế biến đồ uống, thức ăn chăn nuôi, dầu bôi trơn Ngoài ra, cây đậu tương còn được dùng để luân canh cải tạo đất, góp phần tăng năng suất cây trồng đồng thời giảm chi phí mua dinh dưỡng Ở Việt Nam, đậu tương cũng là cây mang lại giá trị kinh tế cao Cây đậu tương được trồng trên

cả 7 vùng nông nghiệp trong nước, trong đó 65 % ở miền Bắc và 35 % ở miền Nam Hiện nay năng suất và sản lượng đậu tương vẫn còn thấp và còn phải nhập khẩu từ các nước khác để đáp ứng nhu cầu tiêu dùng và làm thức ăn cho gia súc Công tác chọn tạo giống đậu tương ở nước ta ngày càng được chú trọng và đã thu được những kết quả nhất định Tuy nhiên việc tạo ra các giống đậu tương mới có năng suất và chất lượng cao còn nhiều hạn chế, chưa đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn

Mặc dù phương pháp chọn tạo giống truyền thống đã tạo được nhiều giống đậu tương mới, tuy nhiên các phương pháp này thường mất nhiều thời gian Để tăng sản lượng đậu tương, ngoài mở rộng thêm diện tích trong cơ cấu luân canh thì tăng năng suất là biện pháp chính Sử dụng đậu tương biến đổi gen là một tiến bộ quan trọng trong ngành sản xuất đậu tương trên thế giới hiện nay và mang lại nhiều lợi ích cho người nông dân Các phương pháp áp dụng khoa học kỹ thuật hiện đại đã giúp cải thiện các đặc điểm nông học và chất lượng cây đậu tương trong thời gian ngắn hơn so với các phương pháp truyền thống nhưng vẫn đạt hiệu quả cao Kỹ thuật chuyển gen đã được ứng dụng trên nhiều loại cây trồng trong đó có đậu tương Ở nước ta việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen để cải thiện các tính trạng của cây đậu tương được

nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Một số phòng thí nghiệm của các Viện nghiên cứu đã có những báo cáo kết quả nghiên cứu cơ bản về cây đậu tương chuyển gen mang gen kháng virus, sản xuất vaccin…Tuy nhiên đó mới chỉ là các kết quả nghiên cứu ban đầu và còn rất hạn chế

Nhằm nâng cao năng suất đậu tương thông qua kéo dài tuổi thọ bộ lá, gần đây Khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ thực phẩm đã tạo ra một

số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá mang gen ore1 có khả năng duy trì độ bền lá Mặc dù các dòng chuyển gen đã được kiểm tra bằng các phương pháp phân tử, tuy nhiên để có thể tuyển chọn và phát triển thành giống mới các dòng chuyển gen này cần được đánh giá mức độ biể hiện hình thái và khả năng sinh trưởng qua các thế hệ Chính vì vậy việc tiến

hành thực hiện đề tài: “Tuyển chọn và đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển của một số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên” nhằm xác

định được dòng đậu tương chuyển gen có tiềm năng cho năng suất cao tại trường Đại học Nông Lâm

2 Mục tiêu nghiên cứu

Sàng lọc được các dòng đậu tương chuyển gen mang gen kìm hãm già hóa lá và đánh giá được khả năng sinh trưởng và phát triển của một số dòng đậu tương chuyển gen kìm hãm già hóa lá ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên.

3 Ý nghĩa của đề tài nghiên cứu

3.1 Ý nghĩa khoa học

- Kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở khoa học xác định biện pháp

kỹ thuật thâm canh tăng năng suất đậu tương tại Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

- Kết quả nghiên cứu của đề tài là nguồn tài liệu phục vụ cho công tác nghiên cứu đậu tương

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đánh giá được khả năng sinh trưởng của một số dòng đậu tương chuyển gen ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyênnhằm tuyển chọn ra dòng đậu tương chuyển gen có triển vọng làm giống

- Kết quả của đề tài là luận cứ cho nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương chuyển gen phục vụ cho sản xuất

4 Phạm vi nghiên cứu đề tài

Đề tài nghiên cứu một số giống đậu tương chuyển gen ở thế hệ T1 và T2 tại trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Nguồn gốc, vai trò và giá trị của cây đậu tương trong hệ thống cây trồng

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại

Đậu tương là một trong những loại cây trồng mà loài người đã biết sử dụng và trồng trọt từ lâu đời, vì vậy nguồn gốc của cây đậu tương cũng sớm được xác minh Những bằng chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học đều công nhận rằng đậu tương có nguyên sản ở châu Á và có nguồn gốc từ Trung Quốc Cây đậu tương được thuần hóa ở Trung Quốc qua nhiều triều đại tiền phong kiến và được đưa vào trồng trọt và khảo sát có thể trong triều đại Shang (năm 1700-1100 B.C) trước công nguyên

Đậu tương thuộc chi Glycine, họ đậu Leguminosae, họ phụ cánh bướm Papilionoideae và bộ Phaseoleae Đậu tương có tên khoa học là Glycine Max (L.) Merr

Do xuất phát từ những yêu cầu, căn cứ và tiêu chí phân loại khác nhau nên cũng có nhiều cách phân loại khác nhau Nhưng đến nay, hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể được nhiều người sử dụng

Hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý

và số lượng nhiễm sắc thể do Hymowitz và Newell (1981) xây dựng Theo hệ

thống này ngoài chi Glycine còn có thêm chi phụ Soja Chi Glycine được chia

ra thành 7 loài hoang dại lâu năm, và chi phụ Soja được chia ra làm 2 loài: loài đậu tương trồng Glycine (L.) Merrll và loài hoang dại hàng năm G Soja Sieb

và Zucc

1.1.2 Giá trị của cây đậu tương

1.1.2.1 Giá trị kinh tế của đậu tương

Đậu tương là loại cây trồng có tính ứng dụng cao trong đời sống hàng ngày và được sử dụng nhiều trong những bữa ăn gia đình dưới dạng các sản phẩm sau chế biến như đậu phụ, sữa đậu hoặc được sử dụng trực tiếp để nấu các loại canh đậu đỗ Đây là loại cây trồng có nhiều những ưu điểm khác nhau như: ngắn ngày, dễ trồng, sản lượng cao, Thực tế đã chứng minh đậu tương

là loại cây dễ trồng, thích ứng với hầu hết các địa bàn trong huyện, trong tỉnh Đậu tương còn là cây trồng có đầu ra ổn định, đang được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn khuyến khích phát triển Ngoài khả năng trồng trên đất ruộng một vụ, cây đậu tương vụ thu đông còn thích hợp trồng trên vùng đất đỏ bazan, đất bãi, gò đồi nên tiềm năng đất trồng đậu tương còn khá dồi dào Đây lại là cây trồng không quá khó tính, phù hợp với trình độ thâm canh của bà con nông dân Về thị trường, hiện nay đậu tương vẫn là nông sản dễ tiêu thụ với giá bán từ 14-18 ngàn đồng/kg tùy chất lượng Với năng suất 1,5-1,6 tấn/ha, đậu tương vẫn là cây cho thu nhập khá so với một số loại cây trồng khác Trên những diện tích trồng lúa kém hiệu quả, một số nông dân ở huyện Tam Nông, tỉnh Đồng Tháp đã mạnh dạn chuyển đổi sang trồng cây đậu tương Bước đầu, hướng đi mới này đã mang lại hiệu quả kinh tế tích cực Chỉ tính trong vụ Xuân – Hè, trung bình 1.000 m2 đậu tương rau cho năng suất từ 800kg đến hơn

1 tấn, sau khi trừ đi chi phí nông dân còn thu lãi từ 2,5 – 3 triệu đồng, cao hơn gấp đôi so với trồng lúa Ngoài ưu thế trên, cây đậu tương lại có tác dụng cải tạo đất rất tốt (Quang Phong, 2013) Do vậy, trồng đậu tương là hình thức trồng cây công nghiệp ngắn ngày nhưng lại đem lại giá trị kinh tế cao được thị trường tiêu dùng ưa chuộng Mô hình sản xuất đậu tương rau không chỉ giúp nâng cao thu nhập cho người nông dân, thay thế cây trồng cũ kém hiệu quả

1.1.2.2 Giá trị dinh dưỡng của hạt đậu tương

Đậu tương là một trong những loại cây chứa hàm lượng dinh dưỡng cao Các nghiên cứu khoa học đã chỉ ra, đậu nành có nhiều tác dụng tốt cho sức

khỏe như: Hỗ trợ phòng chống loãng xương, giảm các triệu chứng của phụ nữ như tiền mãn kinh, , đặc biệt là giảm nguy cơ cho bệnh tim mạch

Trong 100g đậu nành các thành phần dinh dưỡng cơ bản bao gồm: Năng lượng 173 Kcal, nước 63 %, protein 16.6 g, carbs 9.9 g, fat 9g và các vitamins

Đậu tương chứa hàm lượng giá trị dinh dưỡng cao (Lee J.D & Cs, 2007), gồm các chất như isoflavones (Phommalth S & Cs, 2008), riboflavin và niacin (Kylen A.M & Cs, 1975) cùng với protein, amino acids và lipids (Mostafa M.M., Rahma E.H., 1987), đặc biệt trong loại thực vật chứa hàm lượng vitamin tăng lên nhiều, nhiều nhất là vitamin (E Liu K., 2004) Đậu tương được sử dụng nhiều trong công thức sản xuất nước tương, salad, súp, sản phẩm sữa ăn kiêng ở Nhật Bản, Trung Quốc Sử dụng đậu tương có tác dụng trong việc giảm thiểu các bệnh liên quan đến tim mạch, ung thư nhờ khả năng oxi hóa cao (Prakash D, 2007), ngoài ra sử dụng đậu tương giúp cơ thể trẻ lâu, tăng trí nhớ, giúp tái tạo các mô, giảm tình trạng loãng xương và tăng sức đề kháng cho cơ thể nhờ lecithin có trong đậu nành (E Liu K., 2004)

Trong đậu tương chứa nhiều chất xơ rất cần thiết cho bệnh nhân mắc bệnh tim mạch, đồng thời cải thiện các vấn đề tiêu hóa của bệnh nhân Bên cạnh đó, đậu tương còn chứa các chất có hoạt tính sinh học, giúp cơ thể chống gốc tự do, chống lão hóa (isoflavones), góp phần làm giảm cholesterol máu (saponins) Đậu tương không những cung cấp các vitamin tan trong nước (vitamin nhóm B, C), vitamin tan trong dầu, vitamin K tốt cho quá trình đông máu, mà còn cung cấp các chất khoáng như can xi, sắt, kẽm,… cần thiết cho sức khỏe, đặc biệt tốt cho tim mạch Vì vậy, đậu tương đã và đang được đưa vào bữa ăn của mọi người, trong đó có bệnh nhân tim mạch

Ngoài ra đậu tương còn có giá trị trong công nghiệp và nông nghiệp

Đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công nghiệp khác nhau như: chế biến cao su nhân tạo, sơn, mực in, xà phòng, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt lỏng, dầu bôi trơn trong ngành hàng không, nhưng chủ yếu đậu tương được

dùng để ép dầu Hiện nay trên thế giới đậu tương là cây đứng đầu về nguồn cung cấp nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm 50% tổng lượng dầu thực vật Trong nông nghiệp, đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, 1 kg hạt đậu tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi Toàn cây đậu tương (thân, lá, quả, hạt) có hàm lượng đạm khá cao cho nên các sản phẩm phụ như thân lá tươi có thể làm thức ăn cho gia súc rất tốt, hoặc nghiền khô làm thức ăn tổng hợp của gia súc Sản phẩm phụ công nghiệp như khô dầu có thành phần dinh dưỡng khá cao: N:6,2%, P2O5: 0,7%, K2O: 2,4%, vì thế làm thức ăn cho gia súc rất tốt (Ngô Thế Dân và cs, 1999), (Trần Văn Điền, 2007) Đậu tương

là cây luân canh cải tạo đất tốt 1 ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng phát triển tốt để lại trong đất từ 30 - 60 kg N Trong hệ thống luân canh, nếu bố trí cây đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng tốt đối với cây trồng sau, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng mà giảm chi phí cho việc bón phân N Thân lá đậu tương dùng bón ruộng thay phân hữu cơ rất tốt bởi lượng

N trong thân chiếm 0,05%, trong lá: 0,19% (Ngô Thế Dân và cs, 1999), (Trần Văn Điền, 2007)

1.2 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới

Cây đậu tương chiếm vị trí quan trọng hàng đầu trong 8 cây lấy dầu quan trọng của thế giới: đậu tương, bông, lạc, hướng dương, cải dầu, lanh, dừa

và cọ dầu Đây là trồng mang tính chiến lược với những quốc gia có điều kiện phát triển vì có trao đổi rất cao trên thị trường do nhu cầu sử dụng protein, dầu thực vật, thực phẩm chức năng và nguyên liệu thức ăn chăn nuôi gia súc ngày càng gia tăng nên cây đậu tương được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới, tập trung nhiều nhất ở các nước châu Mỹ chiếm tới 73%, tiếp đó là các nước thuộc khu vực châu Á (Trung Quốc, Ấn Độ) chiếm 23,15% Diện tích, năng suất và sản lượng không ngừng tăng lên qua các thời kỳ Số liệu thống kê

về diện tích, năng suất và sản lượng trên thế giới được thể hiện ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới

trong những năm gần đây

(triệu ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Qua số liệu bảng 1.1 cho thấy:

Về diện tích: Từ năm 2011 - 2016 diện tích trồng đậu tương trên thế giới không ngừng tăng lên và dao động trong khoảng từ 103,81 - 121,53 (triệu ha) Trong đó diện tích trồng đậu tương đạt cao nhất là năm 2016 với 121,53 (triệu ha), tăng khoảng 17 (triệu ha) so với năm 2011

Về năng suất: Năng suất đậu tương trên thế giới những năm gần đây tương đối ổn định, dao động từ 25,19 - 27,56 (tạ/ha) Năng suất đạt thấp nhất vào năm

2012 với 22,89 (tạ/ha) và năng suất cao nhất vào năm 2016 với 27,56 (tạ/ha)

Về sản lượng: Do hàng năm diện tích trồng liên tục tăng lên nên sản lượng đậu tương trên thế giới cũng tăng lên dao động từ 141,19 - 334,89 (triệu tấn), năm

2012 đạt thấp nhất 141,19 (triệu tấn) Năm 2012 sản lượng giảm khoảng một nửa

so với 2011, đến năm 2013 thì sản lượng phục hồi lại gần gấp đôi

Trong vòng 5 năm từ 2012 -2016 sản lượng đậu tương tăng 193 (triệu tấn) Năm 2016 sản lượng đậu tương đạt lớn nhất 334,89 (triệu tấn) Sản lượng

tăng như vậy là do diện tích trồng trong nhưng năm gần đây tăng lên và đã được sử dung các tiến bộ khoa học tiên tiến vào sản xuất

Theo dự đoán trong thời gian tới tốc độ phát triển đậu tương trên thế giới

sẽ chậm hơn so với các năm trước Kết quả nghiên cứu của trên 200 chuyên gia ở các ngành khác nhau thuộc công ty Elanco và hiệp hội đậu tương Mỹ cho thấy rằng khoảng hơn 20 năm nữa trung bình hàng năm nhu cầu về sản lượng đậu tương tăng 4% /năm Trong tương lai với sự trợ giúp của công nghệ sinh học, di truyền phân tử, nghiên cứu về cây trồng nói chung và cây đậu tương nói riêng sẽ thu được nhiều kết quả tốt Công nghệ sinh học là một trong những yếu tố quan trọng để cải tiến chất lượng hạt đậu tương và khả năng chống chịu của cây

Bảng 1.2 Tình hình sản xuất đậu tương của một số nước đứng đầu thế giới

Tên nước

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

gia sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới Hiện nay Mỹ là quốc gia đứng đầu về sản xuất đậu tương với diện tích 33,12 triệu ha đạt 106,95 triệu tấn năm 2015 lên 33,48 triệu ha với sản lượng 117,21 triệu tấn năm 2016 Đồng thời Mỹ cũng là quốc gia xuất khẩu đậu tương lớn nhất, phần lớn sản lượng đậu tương của Mỹ hoặc để nuôi gia súc, hoặc để xuất khẩu, mặc dù lượng đậu tương tiêu thụ ở người dân Mỹ đang tăng lên Đậu tương đối với Mỹ được coi là mặt hàng chiến lược trong xuất khẩu và thu ngoại tệ Dầu đậu tương chiếm tới 80% lượng dầu ăn được tiêu thụ ở Mỹ

Nước sản xuất lớn thứ 2 thế giới là Braxin, trong 2 năm 2015 và năm

2016 diện tích trồng đậu tương tăng lên từ 32,18 triệu ha lên 33,15 triệu ha năm 2016 nhưng năng suất và sản lượng lại giảm xuống Hiện nay, Brazil đang tiếp tục đẩy mạnh công tác chọn, tạo giống mới chống chịu sâu bệnh, giống chuyển nạp gen, ứng dụng thành tựu khoa học kỹ thuật của thế giới và nghiên cứu kết hợp giữa trong và ngoài nước, phát triển mạnh lúa mỳ và ngô luân canh với đậu tương

Quốc gia đứng thứ 3 về sản xuất đậu tương là Acgentina Tại quốc gia này đậu tương thường được trồng luân canh với lúa mì Chính phủ nước này đã có chính sách hỗ trợ cho việc phát triển cây đậu tương do đó mà cây đậu tương phát triển khá mạnh đưa nước này lên xếp thứ 3 về sản xuất đậu tương trên thế giới

Trung Quốc là nước đứng thứ 4 về diện tích trồng cây đậu tương Ở Trung Quốc; diện tích, năng suất, sản lượng đậu tương trong năm 2015 và năm

2016 đang tăng dần lên Tuy sản xuất đậu tương của Trung Quốc còn đứng sau

Mỹ, Braxin và Argentina nhưng đây vẫn là nước có diện tích, năng suất và sản lượng đậu tương lớn nhất châu Á

1.2.2 Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam

Đậu tương là cây trồng lâu đời ở Việt Nam, nhân dân ta đã biết trồng và sử dụng đậu tương từ hàng nghìn năm nay Tuy nhiên trước đây việc sản xuất đậu

tương chỉ bó hẹp trong phạm vi nhỏ thuộc các tỉnh miền núi phía Bắc như Cao Bằng, Lạng Sơn Sau năm 1973, sản xuất đậu tương nước ta mới có bước phát triển đáng kể Diện tích bình quân thời kỳ 1985 - 1993 đạt 106 nghìn ha, tăng gấp 2 lần so với thời kỳ 1975 - 1980, năng suất bình quân tăng từ 500 kg/ha lên

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (nghìn tấn)

Qua bảng 1.3 cho thấy:

Về diện tích: Diện tích đậu tương giảm dần qua các năm từ năm 2011-

2016 Diện tích giảm từ 181,39 nghìn ha (năm 2011) giảm xuống còn 99,58 nghìn ha (năm 2014) Qua 6 năm diện tích của nước ta giảm 81,81 nghìn ha Năm 2010 diện tích trồng đậu tương đạt lớn nhất 197,80 nghìn ha Sở dĩ nhưng năm gần đây diện tích trồng đậu tương giảm là do điều kiện khí hậu bất lợi giá thành và người dân chưa thực sự chú trọng đến việc trồng đậu tương

Về năng suất: Năng suất đậu tương nước ta biến động từng năm Dao động từ 14,32 – 16,14 tạ/ha Năm 2016 năng suất đậu tương đạt ở mức cao nhất

trong những năm gần đây với 16,14 tạ/ha Năm 2014 có năng suất thấp nhất với 14.32 tạ/ha Như vậy, mức tăng giảm năng suất hàng năm không đáng kể

Về sản lượng: Sản lượng đậu tương của nước ta trong nhưng năm gần đây có xu hướng giảm Năm 2011 có sản lượng đạt cao nhất 266,54 (nghìn tấn) Năm 2015 có sản lương thấp nhất 146,34 (nghìn tấn)

* Tình hình nhập khẩu đậu tương của Việt Nam

Do sản xuất đậu tương trong nước chưa đáp ứng được nhu cầu nên hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu một lượng lớn hạt đậu tương từ các thị trường lớn trên thế giới

Bảng 1.4 Tình hình nhập khẩu đậu tương của Việt Nam (2014-2016)

(Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam (GSO)

Việt Nam nhập khẩu khối lượng đậu tương lớn nhất vào năm 2015 với 1.707 nghìn tấn, giá trị 765 USD, đến năm 2016 giảm còn 1.546 nghìn tấn, giá trị 661 USD Trong đó khoảng 45% nhập khẩu từ từ Hoa Kỳ, 35% từ Brazil và phần còn lại từ Argentina, Canada, Paraguay và các nước khác

* Định hướng sản xuất đậu tương ở nước ta

Với lợi thế thị trường tại chỗ giảm được cước phí vận chuyển, lưu thông, chất lượng hạt tươi mới thu hoạch thích hợp chế biến thức ăn cho người, đậu tương Việt Nam sẽ cạnh tranh được với đậu tương ngoại nhập, cạnh tranh với các cây trồng khác về mặt thu nhập như lúa, ngô Với mục tiêu giảm nhập khẩu đậu tương, tại Quyết định 150/2005/QĐ-TTg ngày 20/6/2005 Chính phủ đã phê duyệt kế hoạch phát triển 360 ngàn ha đậu tương để đạt sản lượng 0,68 triệu tấn vào năm 2010, 470 ngàn ha để có sản lượng 1,0 - 1,2 triệu tấn vào

năm 2020 Theo Dự thảo chiến lược trồng trọt Việt Nam đến năm 2020: Đến năm 2015 diện tích khoảng 400 ngàn ha, trong đó trồng trên đất chuyên màu

200 ngàn ha, còn lại bố trí luân canh trên đất 2 vụ lúa, 1 lúa - 1 màu; năm 2020 khoảng 430 ngàn ha Bố trí chủ yếu trồng ở đồng bằng sông Hồng, Trung du miền núi Bắc bộ, Tây Nguyên và Đồng bằng sông Cửu Long

Hiện nay, chính phủ đang có những ưu tiên để nghiên cứu phát triển cây đậu tương thông qua Quyết định 899/QĐ-TTg ngày 10/6/2013 phê duyệt “Đề

án tái cơ cấu ngành nông nghiệp” theo hướng nâng cao giá trị gia tăng và phát triển bền vững, nhằm cải thiện nhanh hơn đời sống của nông dân, góp phần xóa đói giảm nghèo bảo vệ môi trường sinh thái, phấn đấu xây dựng một nền nông nghiệp hiện đại, hiệu quả chất lượng, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người tiêu dùng trong nước và đủ sức cạnh tranh trên thị trường thế giới Nhiều giải pháp được đặt ra, trước mắt tập trung giải quyết các sản phẩm trọng điểm chủ lực để tăng cường kim ngạch xuất khẩu và hạn chế kim ngạch nhập khẩu Với chủ trương đó, hiện nay, đậu tương đang được khuyến khích phát triển trong cơ cấu 2 lúa – 1 màu chuyển đổi trên đất trồng lúa kém hiệu quả và luân canh cây trồng ở những vùng có truyền thống sản xuất và điều kiện thời tiết thuận lợi

Thủ tướng Chính phủ cũng đã phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển sản xuất ngành nông nghiệp đến năm 2020 và tầm nhìn đến năm 2030 Theo

đó, diện tích đất quy hoạch khoảng 100 ngàn ha, tận dụng tăng vụ trên đất lúa

để năm 2020 diện tích gieo trồng khoảng 350 ngàn ha, sản lượng 700 ngàn tấn; vùng sản xuất chính là đồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc, Tây Nguyên (Bộ NN và PTNT, 2001) [4]

1.3 Nghiên cứu cây trồng chuyển gen trên thế giới và tại Việt Nam

1.3.1 Trên thế giới

Tại nhiều nơi trên thế giới vào những năm gần đây cây trồng biến đổi gen được phát triển rất nhanh và mạnh Năm 1994 cây cà chua biến đổi gen được đưa vào canh tác nhưng đến năm 1996 diện tích cây trồng này mới phát triển mạnh (1,66 triệu hecta) Từ đó có sự gia tăng mạnh mẽ về diện tích trên toàn cầu (Brookes and Barfoot, 2018b) Đậu tương, ngô, bông và cải dầu là bốn loại cây trồng biến đổi gen được trồng phổ biến trên thế giới Các loại gen được lựa chọn đưa vào những cây trồng này chủ yếu là những gen có khả năng kháng thuốc diệt cỏ (HT), kháng côn trùng (IR) hoặc là sự kết hợp giũa cả hai (IR/HT) Bên cạnh bốn loại cây trồng trên, những loại cây trồng biến đổi gen

đã được đưa vào thương mại hoá còn có cỏ linh lăng (cỏ alfalfa), củ cải đường kháng thuốc diệt cỏ; đu đủ, bí kháng virus; cà tím (IR) (ISAAA, 2018)

Có khoảng 70 quốc gia trên thế giói đã áp dụng hình thức canh tác rộng rãi đối với cây trồng biến đổi gen và thông qua nhập khẩu đối vói các loại sản phẩm biến đổi gen tính đên năm 2018 Mỹ, Brazil, Argentina, Canada và Ấn

Độ là 5 quốc gia có diện tích chiếm 91% tổng diện tích cây trồng biến đổi gen trên toàn thế giới trong tổng số có 26 quốc gia đã trồng với diện tích 191,7 triệu hecta Trong đó đậu tương, ngô, bông và cải dầu biến đổi gen chiếm 99% tổng diện tích cây trồng biến đổi gen trên toàn cầu Theo đó, tỉ lệ diện tích từng loại cây trồng đậu tương, ngô, bông và cải dầu biến đổi gen lần lượt là 78%, 30%, 76% và 29% (ISAAA, 2018)

1.3.2 Tại Việt Nam

Việt Nam là một trong những quốc gia cho phép nghiên cứu, trồng và lưu hành cây biến đổi gen Đến nay, 4 sản phẩm biến đổi gen là ngô (bắp), bông, đinh lăng và đậu tương được cấp giấy xác nhận đủ điều kiện sử dụng làm thực phẩm, thức ăn chăn nuôi Các sản phẩm đều có tên khoa học, tên

thương mại và mã nhận diện duy nhất Hiện tại, có 25 sự kiện cây trồng biến đổi gen được nước ta chấp thuận Ở nước ta việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chuyển gen để cải thiện các tính trạng của cây đậu tương được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và đạt được những thành tựu nhất định Cụ thể tại Đại học Thái nguyên đã có nhiều công trình nghiên cứu về đậu tương biến đổi gen như đậu tương chuyển gen tăng hàm lượng isoflavone của Lê Thị Hồng Trang, đậu tương chuyển gen chịu lạnh của Ngô Thị Bảo Oanh ,… cùng nhiều nghiên cứu khác Đã có 8 sự kiện về cấp phép lưu hành đậu tương biến đổi gen

sử dụng làm thực phẩm và thức ăn chăn nuôi Trong đó chủ yếu là các giống đậu tương kháng thuốc diệt cỏ nhóm glyphosate, glufosinate, dicamba Đậu tương chuyển gen kháng sâu bộ cánh vảy, chuyển gen tăng hàm lượng axit stearidonic-axit béo thay thế omega 3 và đậu tương chuyển gen tăng cường hàm lượng axit oleic (Trung tâm Thông tin Khoa học và Công nghệ Hồ Chí Minh, 2015)

Tại Việt Nam đã có nhiều các nghiên cứu về cây trồng chuyển gen nhằm tạo ra các loại cây trồng có khả năng kháng sâu, kháng nấm và virus Các nghiên cứu chuyển gen kháng sâu tập trung chủ yếu vào nhóm gen mã hóa cho protein Bt, và được áp dụng trên các loại cây trồng như bạch đàn (Trần Thị Ngọc Hà và cs, 2009), thuốc lá (Phan Đình Pháp và cs, 2011), thông nhựa (Vương Đình Tuấn và cs, 2011), ngô (Phạm Thị Lý Thu và cs, 2013) Các nghiên cứu chuyển gen kháng nấm tập trung chủ yếu trên cà chua (Nguyễn Văn Khiêm và cs, 2013) Các nghiên cứu chuyển gen kháng virus tập trung chủ yếu vào việc sử dụng kỹ thuật chuyển gen RNAi Đây là một hướng nghiên cứu mới được triển khai ở Việt Nam trong vài năm trở lại đây với mục đích tạo ra các loại cây trồng có khả năng kháng virus bằng cách sử dụng chính nguồn gen của virus làm gen chuyển Một số kết quả của việc ứng dụng kỹ thuật RNAi có thể kể đến như tạo được cây thuốc lá chuyển gen kháng virus

khảm dưa chuột (CMV) và virus khảm thuốc lá (TMV) (Phạm Thị Vân và cs, 2008; Chu Hoàng Hà và cs, 2009)

1.4 Những nghiên cứu về đậu tương chuyển gen trên thế giới và tại Việt Nam

1.4.1 Trên thế giới

Đậu tương được chuyển gen để mang các tính trạng như khả năng chống chịu thuốc diệt cỏ, tăng sức chống chịu stress, tăng khả năng chịu mặn, chịu hạn, kiểm soát sự già hóa, kháng một số loại sâu, bệnh hại, sản xuất vaccin…Đã có những nghiên cứu xác định các locus tính trạng số lượng (QTLs) kiểm soát kích thước hạt và hàm lượng axit béo trong đậu tương Theo nghiên cứu của Marcos Morais Soares, kích thước của hạt đậu tương không ảnh hưởng đáng kể đến các thành phần năng suất của cây trồng Tuy nhiên những hạt lớn hơn có đặc điểm di truyền để tạo ra những hạt to và nặng hơn

Năm 2012, và cs đã có công bố nghiên cứu về Sự biểu hiện của gen AtBBX32

ở đậu tương làm tăng năng suất ngũ cốc (Sasha B Preuss, 2012) Năm 2017, Prateek Tripathi và cs đã có công bố nghiên cứu về sự tác động của gen

AtBBX32 đến sự ra hoa của cây đậu tương (Prateek Tripathi, 2017)

Đã có 29 quốc gia cho phép trồng cây công nghệ sinh học tính đến năm

2019 Trong đó, Hoa Kỳ vẫn là quốc gia sản xuất cây trồng biến đổi gen hàng đầu trên toàn cầu với diện tích trồng 71,5 triệu ha, Brazil đứng ở vị trí thứ hai với 52,8 triệu ha Tổng diện tích trồng cây biến đổi gen năm 2018 là 191,7 triệu ha, năm 2019 là 190,4 triệu ha Trong đó, năm 2019 diện tích trồng đậu tương chuyển gen là 48,2% (91,9 triệu ha), chiếm 74% tổng sản lượng đậu

tương trên thế giới (FAOSTAT, 2022)

Các nhà khoa học của Đại học Arizona là Monica Schmidt và Eliot Herman và Theodore Hymowitz của Đại học Illinois đã tạo ra một giống đậu tương mới với mức giảm đáng kể của ba protein chính gây ra dị ứng và các hiệu ứng kháng dinh dưỡng Herman và các đồng nghiệp của mình ở Bộ Nông

nghiệp Mỹ đã xác định vào năm 2003 rằng P34 là chất gây dị ứng chủ yếu ở đậu tương

Nhóm nghiên cứu đã kiểm tra 16.000 giống đậu tương khác nhau và họ đã tìm thấy một giống gần như không có chất gây dị ứng P34 Nhóm này đã kết hợp giống thiếu P34 với hai giống trước đây được xác định bởi Hymowitz vốn thiếu agglutinin và các chất ức chế trypsin, protein, chịu trách nhiệm về các hiệu ứng kháng dinh dưỡng của đậu nành ở gia súc và con người Sau gần một thập kỷ, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một giống đậu gần như không có P34, trypsin inhibitor protein và hoàn toàn thiếu agglutinin Họ gọi giống đậu tương mới là "Triple Null"

Ngoài ra để tăng cường khả năng chống chịu sâu bệnh các nhà khoa học

đã chuyển tính trạng kháng thuốc diệt cỏ glufosinate thành công vào một số giống đậu tương (Paz et al., 2005)

* Một số đặc tính đã được cải thiện ở cây đậu tương bằng kỹ thuật di truyền

- Đặc tính kháng thuốc diệt cỏ

Bằng công nghệ sinh học người ta đã có thể tạo ra những giống cây trồng kháng thuốc diệt cỏ, cho phép loại trừ được cỏ dại một cách chọn lọc Nhìn chung, sản xuất cây trồng kháng thuốc diệt cỏ được tiến hành bằng việc chuyển gen mã hóa enzyme gây bất hoạt thuốc diệt cỏ vào cây trồng

Theo Lawton (1999) có khoảng 1000 giống đậu tương kháng thuốc diệt

cỏ glyphosate đang được bán bởi hơn 200 công ty trên thế giới Monsanto, công ty giữ bản quyền về giống đậu tương chuyển gen kháng cỏ “Round up” thống kê cho thấy năm 1996 có khoảng 0,4 triệu hecta trồng đậu tương kháng thuốc diệt cỏ, năm 1997 tăng lên 3,6 triệu hecta và năm 1998 đạt 11,3 triệu hecta

Gen mã hóa enzyme tổng hợp 5-enolpyruvyl-3-phosphoshikimic (EPSPS), gen mã hóa enzyme phosphinothricin acetyl transerase (PAT) đã

được chuyển vào cây đậu tương và tạo ra các dòng đậu tương chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ glyphosate/glufosinate

Các giống đậu tương chuyển gen kháng thuốc diệt cỏ glufosinate, Roundup và imidazoline đã được thương mại hóa Năm 2004, hàng loạt các giống đậu tương chuyển gen kháng các loại thuốc diệt cỏ khác nhau được trồng chủ yếu ở Mỹ và chúng đã được nhập khẩu vào cộng đồng chung Châu

Âu, mặc dù vẫn tồn tại khá nhiều tranh cãi Trong thập kỷ qua (1995-2006), đối với cây chuyển gen, đặc tính kháng thuốc diệt cỏ liên tục là tính trạng nổi bật (chiếm 71%), tiếp sau là đặc tính kháng sâu bệnh (chiếm 18%), và các cây mang cả hai đặc tính này (chiếm 11%)

Velvetbean (Anticarsia gemmatalis), sâu đo (Pseudoplusia includens), sâu xanh corn earworn (Heliothis zea), và sâu đục thân (Elesmopalplus) ở Mỹ lên

đến 6,5 triệu đô hằng năm Tuy nhiên, do tính kháng thuốc trừ sâu cao của một

số loài sâu bộ cánh vảy, việc phòng trừ sâu hại đậu tương bằng thuốc trừ sâu trở nên kém hiệu quả

Các tiến bộ gần đây trong công nghệ sinh học thực vật, đặc biệt là việc

sử dụng các cây chuyển gen và đánh dấu phân tử trong chọn tạo giống cây trồng đã mở ra hướng mới trong công tác lai tạo giống đậu tương kháng sâu Năm 1994, Parrott và cộng sự thực hiện thí nghiệm chuyển gen Bt vào cây đậu

tương Tác giả sử dụng gen Cry1Ac được phân lập từ chủng Bacillus thuringiensis var.kurstaki để tạo cây đậu tương chuyển gen Bt đầu tiên Các

cây chuyển gen Bt này khi được dùng làm thức ăn cho sâu ăn lá Velvetbean

(Anticarsia gemmatalis), làm sâu biếng ăn, chậm phát triển và tỷ lệ sống sót

giảm, kết quả biểu hiện tính kháng tương đương với giống đậu tương chuẩn kháng CatIR81-296 có tính kháng cao đối với sâu bộ cánh vảy Độ độc không cao của các cây đậu tương chuyển gen Bt này được xác định là do mức biểu hiện thấp của Bt protein (ít hơn 1ng Bt protein/mg protein tổng số) trong cây đậu tương

Để gia tăng tính kháng sâu của các cây đậu tương chuyển gen nhóm

nghiên cứu của Parrott chuyển gen Cry1Ac được tổng hợp nhân tạo, mang các

codon của gen biểu hiện tốt trong thực vật vào đậu tương Họ thu được các cây chuyển gen có hàm lượng Bt protein lên đến 46ng/mg protein tổng số trong

cây chuyển gen Mức gây hại của sâu xanh (Heliothis zea) trên các cây chuyển

gen Bt này qua các thí nghiệm trong phòng ít hơn 3% so với mức thiệt hại 20% trên giống kháng CatIR81-296 và hơn mức thiệt hại 40% trên giống nhiễm

Các cây chuyển gen tổng hợp Cry1Ac cũng biểu hiện tính kháng tốt đối với sâu

đo (Pseudoplusia includens) và sâu ăn lá Velvetbean (Anticarsia gemmatalis)

qua các thử nghiệm trên lá ở điều kiện phòng thí nghiệm Tiếp tục đánh gia tính kháng của đậu tương chuyển gen Bt ở điều kiện đồng ruộng, Walker và

ctv (2000) quan sát thấy đậu tương chuyển gen Cry1Ac tổng hợp nhân tạo

kháng nhiều loại sâu hại thuộc bộ cánh vảy, đặc biệt kháng gây hại của độc tố

Cry1Ab Vip3A được chứng minh là bám dính trên các điểm tiếp nhận/thụ thể

(receptor) có mức phân tử là 80 và 100 kDa (binding receptors) của màng ruột

sâu thuộc bộ cánh vảy, trong khi Cry1Ab bám dính trên các điểm tiếp nhận

giống như là amino peptidase N120 kDa và Cadherin phân tử 250 kDa Như

vậy, việc kết hợp sử dụng gen Vip3A với các gen Cry trong chuyển gen đậu

tương kháng sâu hại sẽ làm gia tăng phổ gây hại, tăng tính kháng bền vững của cây chuyển gen đối với sâu hại

- Nghiên cứu về vai trò của gen kìm hãm già hóa bộ lá

Một trong những hướng chọn tạo giống đậu tương cho năng suất cao những năm gần đây được nhiều nhà chọn giống quan tâm đó là kéo dài thời gian sinh trưởng dinh dưỡng của cây đậu tương trước khi ra hoa (Spehar và các

cs 1998; Mayer và các cs 1991) Đặc tính này rất có lợi cho việc nâng cao tính thích nghi rộng của cây đậu tương cho cả giống chín sớm và chín muộn

Cơ sở khoa học của hướng chọn tạo này là các giống đậu tương ra hoa sớm thường tiềm năng cho năng suất không cao do khả năng tích lũy vật chất khô không thể lớn trong một thời gian ngắn Tuy nhiên chọn giống có thời gian sinh trưởng dài thì các giống này rất mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng Kết quả

là các giống này thường không ra hoa kết quả hoặc ra hoa kết quả liên tục cho đến khi có quả chín làm giảm năng suất Việc lai tạo đưa gen trẻ hóa vào giống đậu tương mới nhằm kéo dài ở mức độ trung bình thời gian từ gieo đến bắt đầu

ra hoa đủ cho cây đậu tương có khả năng tích lũy chất khô tạo điều kiện cho năng suất cao mà giống đó vẫn không mẫn cảm với chu kỳ chiếu sáng Tại Mỹ giống Spite 87 mang gen trẻ đã cho năng suất tới 60 tạ/ha trong điều kiện ở vĩ

độ 43o (James, 1997)

Ở mức độ phân tử các nhà khoa học đã chứng minh rằng già hóa lá là một quá trình phức tạp, không đơn thuần là sự phân hủy cấu trúc tế bào, sự điều chuyển các thành phần dinh dưỡng sang các bộ phận khác mà nó phụ thuộc vào thành phần tế bào và các gen biểu hiện (Oh và cs 1997) Đặc biệt, khi bước vào giai đoạn già hóa lượng RNA tổng số giảm mạnh do nhiều gen không còn hoạt động ở giai đoạn này (Bate và cs 1991, Lohman và cs 1994) Nghiên cứu hệ gen phiên mã cho thấy có rất nhiều gen tham gia vào quá trình già hóa lá Trong đó hai yếu tố phiên mã chính là NAC và WRKY được chứng minh có vai trò chính điều khiển quá trình này (Woo và cs.2013) Cho tới nay

có khoảng 30 gene NAC có chức năng kéo dài tuổi thọ được nghiên cứu

(Jensen và cs 2010; Breeze và cs 2011; Kou và cs 2012) Guo và Gan (2006)

đã chuyển gen NAP vào cây Arabidopsis thu được cây chuyển gen có bộ lá kéo dài hơn cây không chuyển gen ORESARA1 (Ore1) là một yếu tố phiên mã thuộc nhóm NAC có vai trò tích cực kìm hãm già hóa bộ lá được chứng minh bởi Kim và cộng sự (2009); Balazadeh và cộng sự (2010) ORE1 kiểm soát sự biểu hiện của 170 gene khác trong đó có 78 gene (SAGs) tham gia già hóa đã

biết, trong đó có gen phân hủy các acid nucleic BFN1 Gần đây, Rauf và cộng

sự (2013) nghiên cứu tương tác protein ORE1 đã khẳng định vai trò của ORE1 trong con đường kiểm sóa già hóa Tác giả chỉ ra rằng gen ORE1 tương tác với

yếu tố phiên mã G2 (GLK1 và GLK2) duy trì và phát triển tế bào lục lạp lá Ở

giai đoạn đầu khi lá mới hình thành gen GLKs biểu hiện rất mạnh, tuy nhiên khi lá già sự biểu hiện của gen ORE1 tăng và kìm hãm các hoạt động phiên mã của gen GLKs Sự xuât hiện của gen ORE1 đã kiểm soát quá trình già hóa thông qua kích hoạt các gen SAGs và thay đổi các hoạt động phiên mã thông

qua tương tác gữa protein Năm 1997 nhóm nghiên cứu của Oh và cộng sự đã phân tích sàng lọc hơn 25.000 dòng đột biến cây Arabidopsis và phát hiện 5

dòng có biểu hiện kéo dài tuổi thọ lá hơn các cây đối chứng và đặt tên là ore 1,

2, 3, 9 và 11 Trong đó Ore1có bộ lá kéo dài hơn các cây đối chứng 15 ngày Hàm lượng diệp lục ở lá cây ore1 vẫn được duy trì trên 50% sau 6h che tối và

30% ở lá sau 48 ngày tuổi trong khi đó ở cây đối chứng diệp lục mất 90% và hoàn toàn sau cùng thời gian trên Thêm vào đó hàm lượng enzyme Rubisco

tham gia quá trình quang hợp ở cây mang gen ore1 cao hơn đối chứng trong

suốt quá trình sinh trưởng của lá

Giống như NAC, nhóm yếu tố phiên mã WRKY cũng tham gia kiểm

soát quá trình già hóa lá thông qua các gen SAGs gồm cả gen liên quan đến chống chịu bệnh, stress và các yếu tố phiên mã khác như WRKY53, WRKY54, WRKY70, WRKY30, WRKY22 Tuy nhiên đa số các gen WRKY liên quan chủ

yếu đến tính chống chịu của cây (Zhou và cs., 2011; Scarpeci và cs 2013) Ngoài ra nhóm yếu tố phiên mã C-repeat/dehydration responsive element bingding factor (CBF) cũng được chứng minh có vai trò kìm hãm già hóa lá

thông qua kiểm soát con đường tổng hợp auxin như CBF1, CBF2

Cùng với các nghiên cứu ở giai đoạn phiên mã, một số nghiên cứu tập trung vào giai đoạn sau phiên mã (post-transcription) Ở giai đoạn sau phiên

mã, các đoạn RNAs không mã hóa (non-coding RNAs- ncRNAs) như siRNAs

và miRNAs có vai trò quan trọng điều khiển các mRNAs ở giai đoạn này Ở thực vật các nhà khoa học cho rằng miRNA và tasiRNA (transacting-siRNA) tham gia vào quá trình già hóa của lá Đặc biệt miR164 và gen mục tiêu của nó

ORE1 có chức năng chính kiểm soát quá trình này ở cây Arabidopsis (Kim và

cs 2009) Sự giảm dần biểu hiện miR164 ở lá già thông qua hoạt động của

EIN2 lại làm tăng khả năng biểu hiện của ORE1 Phát hiện này dẫn đến giả định về con đường kiểm soát già hóa phụ thuộc vào tuổi lá gồm EIN2, ORE1

và miR164 Thêm vào đó miR319 thông qua gen mục tiêu TCP hỗ trợ lá phát triển, và kiểm soát một phần quá trình già hóa thông qua tổng hợp JA Cây chuyển gen miR319 biểu hiện kìm hãm quá trình già hóa, nhưng khi chuyển gen TCP4- một gen mục tiêu của miR319 vào cây nhận thấy tuổi thọ lá giảm

(Shommer và cs 2008) Dựa trên các nghiên cứu chúng tôi lựa chọn gen Ore1

để chuyển vào cây đậu tương nhằm kìm hãm sự già hóa của bộ lá

- Nghiên cứu gen điều khiển quá trình tăng cường kích thước hạt ở cây đậu tương

Việc tăng cường nâng cao năng suất ở cây đậu tương thường được điều khiển với các gen tăng cường kích thước hạt, số hạt, số quả/cây trong đó gen tăng cường nâng cao kích thước, khối lượng hạt rất quan trọng Kích thước hạt

là một trong những tính trạng chính được chú ý chọn lọc trong chọn giống Ở đậu tương, cấu trúc gen tương đối phức tạp do đó việc xác định gen kiểm soát kích thước, khối lượng hạt tương đối khó khăn Ge và cs (2017) khi phân tích

các dòng đậu bắp Medicago truncatula đột biến đã phát hiện ra 1 dòng đột biến

có kích thước và khối lượng hạt lớn hơn cây đối chứng, và đặt tên là Big Seed 1-BS1 Bằng phương pháp map-base cloning kết hợp TAIL-PCR, tác giả đã xác định được gen BS1 nằm trên nhiễc sắc thế số 1, nằm giữa hai trình tự lặp lại (SSR) h2-49g13b và 005E04 Các kết quả phân tích đã chứng minh rằng gen BS1 kiểm soát kích thước hạt ở cây đậu bắp Medicago truncatula So sánh trình

tự gen nhóm nghiên cứu phát hiện ra các gen tương đồng BS1 ở cây Arabidopsis thaliana, Lotus japonicas và đậu tương (Glycine max) Nghiên cứu hai gen tương đồng với BS1 ở đậu tương là GmBS1 (Glyma10g38970) và GmBS2 (Glyma20g28840) cho thấy cây đậu tương chuyển gen có kích thước

và khối lượng hạt tăng rõ rệt so với cây không chuyển gen (Hình 1.4) Ngoài ra, hàm lượng 16 loại amino acid trong cây đậu tương chuyển gen tăng hơn so với đối chứng Các kết quả nghiên cứu trên cho thấy gen BS1 có vai trò chính kiểm soát kích thước và khối lượng hạt ở đậu tương

Gen BBX32 là một thành viên của nhóm B-Box protein được sang lọc ở cây Arabidopsis bởi Khanna và cộng sự (2009) Sau đó, Preuss và cộng sự (2012) đã chứng minh BBX32 có khả năng ứng dụng để tăng năng suất hạt ở

cây đậu tương chuyển gen thông qua cải thiện các yếu tố cấu thành năng suất như chiều cao cây, số cành quả/cây, số quả/cây, số hạt/quả và khối lượng 1000

hạt Công ty Mosanto đã công bố chuyển thành công gen BBX32 vào đậu tương thông qua vi khuẩn Agrobacterium BBX32 thuộc nhóm gen B-box tham

gia vào quá trình dẫn truyền tín hiệu ánh sáng trong quá trình quang hợp Cây

đậu tương chuyển gen BBX32 cho năng suất hạt tăng hơn 2 lần do số lượng hạt tăng, hiệu suất quang hợp tăng do tuổi thọ lá kéo dài hơn

Ngoài ra, các đặc tính chịu hạn, chịu mặn và tăng hàm lượng protein, acid amin không thay thế, acid béo… cũng đã được cải thiện nhờ các biện pháp kỹ thuật di truyền hiện đại

cao đối với sâu ăn lá Velvetbean Họ cũng ghi nhận các loài sâu hại có khuynh hướng tấn công trên giống nhiễm trước, và chỉ ăn trên các cây chuyển gen sau khi đã gây thiệt hại nghiêm trọng trên các giống nhiễm, lượng thức ăn cho chúng bị thiếu hụt

Những tiến bộ và thành công gần đây trong nghiên cứu chuyển gen hữu dụng vào bộ gen lục lạp của cây xanh đã mở ra hướng đi mới trong công tác tạo giống cây trồng chuyển gen Do tế bào thực vật chứa nhiều cơ quan lục lạp

và bộ gen của lục lạp có nguồn gốc từ sinh vật sơ hạch điển hình như vi khuẩn

(prokaryote), gen độc tố Bt với nguồn gốc từ vi khuẩn Bacillus thuringiensis sẽ

biểu hiện tốt hơn trong các cây chuyển gen ở lục lạp (transplatstomic plants) Một lợi ích khác của cây chuyển gen vào lục lạp là tránh được hiện tượng phát tán gen Bt vào các loài thực vật khác (gene flow) Dufourmantel và cs (2005)

đã tạo ra thành công cây đậu tương chuyển gen lục lạp đầu tiên mang gen

kháng sâu Cry1Ab thuần nhất Cây chuyển gen lục lạp mang gen Cry1Ab này hữu thụ, biểu hiện cao độc tố Cry1Ab trong mô sẹo, lá, thân và hạt nhưng

không có trong rễ Thử nghiệm tính kháng đối với sâu ăn lá Velvetbean, cây

chuyển gen lục lạp mang gen Cry1Ab giết toàn bộ sâu non trong vòng 3 ngày

Hiện nay cây đậu tương chuyển gen Bt này đang được tiếp tục nghiên cứu và theo dõi

Một tiến bộ mới gần đây trong nghiên cứu tìm nguồn gen kháng khác

nguồn cry, nhằm đa dạng hóa nguồn gen sử dụng trong phòng trừ sâu hại cây

trồng, là việc phát hiện ra các gen độc tố được biểu hiện trong vi khuẩn

Bacillus thuringiensis ở giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng (vip – vegetative

insecticidal protein) Đây là loại độc tố gây hại đối với nhiều loại côn trùng,

bao gồm cả sâu thuộc bộ cánh vảy cà bộ cánh cứng (Coleoptera) Độc tố Vip được vi khuẩn Bacillus thuringiensis sản xuất và điều tiết ra khỏi vách tế bào trong suốt giai đoạn sinh trưởng của vi khuẩn, khác với độc tố cry ( -

endotoxin) chỉ được sản xuất bên trong vi khuẩn Bacillus thuringiensis ở giai đoạn sinh bào tử Tiêu biểu nhất cho nhóm gen này là gen Vip3A, một gen độc

tố đang được nghiên cứu ứng dụng trong phòng trừ sâu hại cây trồng Vip3A là

protein dễ dàng hòa tan trong phạm vi pH rộng từ 5,0 tới 10,0 Trong điều kiện bên trong thành ruột, chuỗi amino acid hoạt động dài khoảng 62 kDa, có khả năng bám dính trên màng biểu mô ruột, hình thành lỗ và làm phân hủy màng

ruột Chuỗi amino acid của độc tố Vip3A không giống với chuỗi amino acid

của độc tố tinh thể  -endotoxin mang cry như: Cry1Ac, Cry1Ab, Cry1C,… Theo Lee và cs (2003) thì cách thức gây hại của độc tố Vip3A khác với cách

1.4.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, nhóm đậu tương, bông, ngô và cây cải dầu là nhóm cây trồng được ứng dụng biến đổi gen rộng rãi nhất, huyển gen vào cây đậu tương được đưa vào chương trình công nghệ sinh học mấy năm gần đây Một số tác giả đã có báo cáo về quy trình tái sinh cây đậu tương như Nguyễn Thúy Điệp

và ctv (2005) báo cáo kết quả nghiên cứu ban đầu về khả năng tái sinh của một

số giống đậu tương hiện có tại Việt Nam Tác giả thử nghiệm khả năng tái sinh của các giống đậu tương qua hai phương pháp nuôi cấy: (1) tạo mô sẹo và (2)

từ protocorm xuất hiện qua nuôi cấy đỉnh sinh trưởng Tỷ lệ tạo mô sẹo cao nhất được ghi nhận ở môi trường MS-B5 có bổ sung 19mg/l 2,4 D, tuy nhiên tất cả các mô sẹo đều bị chết sau 7 tuần nuôi cấy trên môi trường tái sinh cây Với phương pháp tạo protocorm từ đỉnh sinh trưởng, tác giả thu được cây tái sinh từ một giống duy nhất dùng trong thí nghiệm là PSBsy4s với môi trường MS-B5 có bổ sung 1,5mg/l BAP

Tác giả Trần Thị Cúc Hòa và cs (2007) đã tiến hành biến nạp gen chỉ thị bar/gus vào 91 giống đậu tương để tìm ra 5 giống có tiềm năng để sử dụng cho chuyển nạp gen Năm 2008, tác giả tiếp tục nghiên cứu hiệu quả biến nạp gen vào giống đậu tương PC19 với hệ thống vector nhị thể pZY 102 /pTF 102

mang gen bar và gen GusA Qua phân tích Southern Blot các cây T0 cho thấy hiệu quả chuyển nạp gen đạt 1-3% Đây là một trong những bước đầu thuận lợi cho các nghiên cứu chuyển gen hữu dụng vào cây đậu tương ở Việt Nam