DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
ABA Abcisis acid
DNA Deoxyribonucleic acid
RNA Ribonucleic acid
ATP Adenozin triphosphata
ATP-ase Enzym phân giải ATP
cDNA Sợi DNA bổ sung được tổng hợp từ RNA thông tin nhờ enzym
phiên mã ngược (Complementary DNA)
AS Acetosyringone
A. tumefaciens Agrobacterium tumefaciens
BAP 6-benzyladenine
bar gen mã hóa cho enzyme phosphinothricin acetyl transferase
bp Base pair
CCM Cocultivation medium -
DEPC Diethyl pyrocarbonate
đtg đồng tác giả
dNTP deoxynucleoside triphosphate
EDTA Ethylene diamine tetraacetic acid
E. coli Escherichia coli
GA
3
Gibberellic acid
GM Germination medium – môi trường nảy mầm hạt
GUS β –Glucuronidase gene = Gen mã hóa enzyme β-Glucuronidase
HSP Heat shock protein (Protein sốc nhiệt)
IAA Indoleacetic acid
IBA Indole-3-butyric acid
IPTG Isopropylthio-beta-D-galactoside
kb kilo base
LB Luria Bertani
LSD Least significant difference = độ lệch chuẩn

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 0
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
1.1. CÂY ĐẬU TƯƠNG (GLYCINE MAX (L.) MERRILL), GIÁ TRỊ KINH TẾ VÀ
GIÁ TRỊ SỬ DỤNG 4
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại 4
1.1.2. Đặc điểm sinh học 4
1.1.3. Giá trị kinh tế và giá trị sử dụng của cây đậu tương 5
1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam 6
1.2. CƠ SỞ SINH LÝ, HÓA SINH CỦA ĐẶC TÍNH CHỐNG CHỊU HẠN CỦA
CÂY ĐẬU TƯƠNG 10
1.2.1. Khả năng thích nghi của bộ rễ trong điều kiện hạn 11
1.2.1.1.Sự phát triển của bộ rễ 11
1.2.1.2. Khả năng cố định nitơ của cây đậu tương trong điều kiện hạn 13
1.2.2. Các tính trạng liên quan đến sự thích ứng của lá cây đậu tương trong điều kiện
hạn 14
1.2.2.1. Cường độ thoát hơi nước của khí khổng 14
1.2.2.2. Cường độ thoát hơi nước của biểu bì 15
1.2.2.3. Mật độ lông tơ của lá 16
1.2.2.4. Hiệu quả sử dụng nước 17
1.2.3. Đáp ứng về phương diện hóa sinh của cây đậu tương trong điều kiện hạn 18
1.2.4. Một số gen liên quan đến tính chịu hạn 19
1.3. PROLIN VÀ VAI TRÒ CỦA ENZYME P5CS TRONG CON ĐƯỜNG SINH
TỔNG HỢP PROLIN 21
1.3.1. Quá trình sinh tổng hợp prolin 21
1.3.2. Điều hòa quá trình trao đổi prolin ở thực vật 23
1.3.3. Vai trò của sự tích lũy prolin đối với tính chống chịu của cây 25

2.2.2.2. Thuốc lá 40
2.2.2.3. Đậu tương 41
2.2.3. Phương pháp sinh học phân tử 44
2.2.3.1. Thiết kế mồi 44
2.2.3.2. Phương pháp tách chiết, tinh sạch DNA và RNA 44
2.2.3.3. Phương pháp tổng hợp cDNA 45
2.2.3.4. Phản ứng PCR 45
2.2.3.5. Phương pháp OE - PCR ( Overlap Extention) 46
2.2.3.6. Phương pháp tách dòng 46
2.2.3.7. Phương pháp PCR trực tiếp từ khuẩn lạc (colony-PCR) 49
2.2.2.8. Thiết kế cấu trúc rd29A::GUS và rd29A::P5CSM……… ……………49

2.2.3.9. Các phương pháp phân tích cây biến nạp 52

2

Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53
3.1. KẾT QUẢ SƯU TẬP VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC GIỐNG ĐẬU TƯƠNG ĐỊA
PHƯƠNG CỦA TỈNH SƠN LA 53
3.1.1. Đặc điểm hình thái, hóa sinh của hạt đậu tương 53
3.1.2. Kết quả đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu tương nghiên cứu 55
3.2. PHÂN LẬP GEN P5CS VÀ ĐỘT BIẾN ĐIỂM LOẠI BỎ ỨC CHẾ NGƯỢC 58
3.2.1. Kết quả phân lập gen P5CS 58
3.2.2. Kết quả khuếch đại, tách dòng và xác định trình tự gen P5CS 58
3.2.3. Tạo đột biến điểm loại bỏ hiệu ứng ức chế ngược P5CS phân lập từ cây đậu tương 69
3.3. PHÂN LẬP VÀ KIỂM TRA HOẠT ĐỘNG CỦA PROMOTER CẢM ỨNG
KHÔ HẠN rd29A 72
3.3.1. Phân lập promoter rd29A 72
3.3.2. Phân tích trình tự promoter rd29A 73
3.3.3. Thiết kế vector chuyển gen mang cấu trúc rd29A 75

Bảng 1.4 Sản lượng đậu tương tại các tỉnh và thành phố 9
Bảng 1.5 Cây chuyển gen mang gen P5CS 29
Bảng 2.1 Thành phần dung dịch đệm tách chiết 45
Bảng 2.2 Thành phần phản ứng PCR 46
Bảng 2.3 Thành phần phản ứng OE -PCR 46
Bảng 2.4 Thành phần phản ứng gắn gen/promoter vào vector tách dòng 47
Bảng 2.5 Thành phần hoá chất tách plasmid 48
Bảng 2.6 Thành phần phản ứng colony - PCR 49
Bảng 2.7 Thành phần phản ứng cắt rd29A và vector pBI 101 bằng
BamHI và HindII
50
Bảng 2.8 Thành phần phản ứng ghép nối rd29A :: pBI 101 50
Bảng 2.9 Thành phần phản ứng cắt rd29A:: P5CSM bằng BamHI và SacI 50
Bảng 2.10 Thành phần phản ứng ghép nối rd29A:: pBI 101 51
Bảng 2.11 Thành phần phản ứng cắt plasmid rd29A :: pBI101 ::P5CSM 52
Bảng 3.1 Các giống đậu tương địa phương sưu tập tại tỉnh Sơn La 53
Bảng 3.2 Chỉ số chịu hạn và tỷ lệ tăng hàm lượng prolin của 7 giống đậu
tương nghiên cứu
57
Bảng 3.3 Vị trí và trình tự nucleotid của các mồi đặc hiệu gen P5CS 58
Bảng 3.4 Vị trí sai khác trong trình tự nucleotid của gen P5CS ở 3 giống
đậu tương
64
Bảng 3.5 Vị trí sai khác trong trình tự axit amin của gen P5CS ở 3 giống
đậu tương
65
Bảng 3.6 Vị trí và trình tự nucleotid của các mồi đặc hiệu gen P5CS 69
Bảng 3.7 Hàm lượng prolin tích lũy trong các dòng thuốc lá nghiên cứu
(µmol/g)
82


5

DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1 Chu trình sinh tổng hợp prolin ở thực vật bậc cao 22
Hình 1.2 Cơ chế và các tác nhân điều hòa quá trình trao đổi prolin ở
thực vật
23
Hình 1.3 Vai trò của prolin đối với tính chống chịu của cây 25
Hình 2.1 Sơ đồ thí nghiệm tái sinh cây đậu tương 42
Hình 2.2
Hình 2.3
Sơ đồ chuyển gen vào cây đậu tương qua nách lá mầm
Tạo vector chuyển gen mang promoter rd 29A
43
49
Hình 3.1

Đồ thị biểu diễn khả năng chịu hạn tương đối của một số giống
đậu tương địa phương và giống DT84
56
Hình 3.2 Sản phẩm tách RNA 59
Hình 3.3 Kết quả nhân hai đoạn gen P5CS từ 2 giống đậu tương DT84

71
Hình 3.13

Phân tích, so sánh trình tự nucleotid và phát hiện đột biến tại
vị trí nucleotid 374 của gen P5CS
71 6

Hình 3.14

Kết quả nuôi cấy invitro cây Arabidopsis thaliana 72
Hình 3.15

Điện di sản phẩm PCR và cắt hạn chế vector pBT/rd29A 73
Hình 3.16

Phân tích trình tự promoter rd29A 74
Hình 3.17

Sơ đồ thiết kế vector chuyển gen mang cấu trúc rd29A 75
Hình 3.18

Điện di sản phẩm PCR và cắt hạn chế vector pBI101/rd29A 75
Hình 3.19

Một số hình ảnh chuyển cấu trúc promoter rd29A vào thuốc lá 76
Hình 3.20


Các dòng cây thuốc lá sau 20 ngày hạn nhân tạo (A) và sau
phục hồi (B)
84
Hình 3.28

Hạt nảy mầm bằng các phương pháp khử trùng khác nhau 87
Hình 3.29

Cụm chồi hình thành trên môi trường có nồng độ BAP khác nhau 89
Hình 3.30

Chồi kéo dài trên môi trường có nồng độ GA
3
khác nhau 90
Hình 3.31

Ảnh hưởng của IBA tới việc hình thành rễ cây in vitro 93
Hình 3.32

Huấn luyện cây, trồng ở nhà lưới và thu hoạch quả 94
Hình 3.33

Hình 3.34

Biểu hiện của gen GUS
Sơ đồ hoàn chỉnh chuyển gen vào cây đậu tương qua nách lá
mầm
95
96
Hình 3.35

trồng đậu tương là Campuchia, Lào, Myanmar, Philipin, Thái Lan và Việt Nam. Tuy
nhiên so với các trung tâm sản xuất đậu tương của thế giới là Argentina, Brazil và Hoa
Kỳ thì sản lượng đậu tương của nước ta còn khá thấp [107]. Vì thế, để đáp ứng đủ nhu
cầu trong nước nên chúng ta phải nhập khẩu đậu tương với số lượng lớn từ các quốc
gia bên ngoài đặc biệt là Hoa Kỳ.
Tình trạng hạn hán ảnh hưởng tới tình hình sản xuất đậu tương không chỉ ở
Việt Nam mà ngay cả những nước sản xuất đậu tương hàng đầu thế giới như
Argentina. Thống kê cho thấy, sản lượng đậu tương của Argentina vào vụ mùa năm
2009 giảm từ 34,5 triệu tấn so với cùng thời điểm năm 2008 là 46,2 triệu tấn. Ở Việt
Nam, tình hình thiếu nước trầm trọng tại các địa phương làm cho sản lượng đậu tương
của năm 2009 giảm xuống chỉ còn 213,6 nghìn tấn so với năm 2007 là 275,2 nghìn tấn
và năm 2008 là 267,6 nghìn tấn [106]. Đậu tương là cây trồng thuộc nhóm cây có khả

2

năng chịu hạn kém. Chính vì vậy nghiên cứu tạo giống đậu tương có khả năng sống
trong điều kiện bất lợi về nước đang là hướng nghiên cứu rất được quan tâm của các
nhà chọn giống. Ở Việt Nam, nhiều giống đậu tương có khả năng chống chịu hạn đã
được chọn tạo thành công và đang được triển khai canh tác ở một số địa phương. Có
thể kể đến các giống DT96, DT2008 do các nhà khoa học tại Viện Di truyền Nông
nghiệp, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam chọn tạo. Dòng đậu tương ML48,
ML61 do tác giả Chu Hoàng Mậu chọn tạo có khả năng chịu hạn cao [15]. Tuy nhiên
các phương pháp chọn giống truyền thống tốn nhiều thời gian, phức tạp và cần phải có
quần thể đủ lớn và không ổn định. Những nhược điểm của phương pháp truyền thống
có thể được khắc phục bằng việc áp dụng các kỹ thuật mới của công nghệ sinh học. Kỹ
thuật chuyển gen ở thực vật thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens đã được
các nhà khoa học trên thế giới ứng dụng và đạt được những kết quả rất có triển vọng
trên cây đậu tương. Ở Việt Nam, nhóm nghiên cứu của Trần Thị Cúc Hòa tại Viện
nghiên cứu lúa Đồng bằng sông Cửu Long đã thành công trong việc tạo ra các giống
đậu tương mới mang tính kháng sâu bệnh [9]. Tuy nhiên, cho đến nay công trình


4

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. CÂY ĐẬU TƯƠNG (GLYCINE MAX L. MERRILL), GIÁ TRỊ KINH TẾ
VÀ GIÁ TRỊ SỬ DỤNG
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại
Cây đậu tương là một trong những loài cây trồng được biết đến từ rất sớm.
Các bằng chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học chỉ ra rằng đậu tương có nguồn
gốc từ Trung Quốc. Cây đậu tương được thuần hóa và trồng làm cây thực phẩm ở
Trung Quốc vào khoảng thế kỉ XVII trước công nguyên. Cây đậu tương được
truyền bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỷ thứ VIII, du nhập vào nhiều nước Châu
Á khác như: Indonesia, Philippin, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam,… vài thế kỷ sau đó.
Cây đậu tương được trồng ở Châu Âu vào thế kỷ XVII và ở Hoa Kỳ thế kỷ XVIII .
Cây đậu tương thuộc bộ Phaseoleae, họ đậu Fabaceae, họ phụ cánh bướm
Papilionoideae, chi Glycine với tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill. Tuy nhiên
theo Hymowit và Newell (1984) thì ngoài chi Glycine còn có chi phụ Soja. Chi
Glycine được chia thành 7 loài hoang dại lâu năm, chi Soja gồm 2 loài trong đó có loài
đậu tương trồng Glycine max L. Merrill (Ngô Thế Dân và đtg, 1999) [6], (Trần Văn
Điền, 2007) [8].
1.1.2. Đặc điểm sinh học
Đậu tương là cây hai lá mầm, thân thảo. Thân cây có nhiều lông nhỏ, khi còn
non thân có màu xanh hoặc tím, khi về già chuyển màu nâu nhạt. Màu sắc của thân cây
cho ta biết màu của hoa sau này, nếu thân có màu xanh hoa sẽ có màu trắng, nếu thân
có màu tím thì sau hoa sẽ có màu tím đỏ, chiều cao của thân từ 0,3 - 1m tùy theo
giống.
Cây đậu tương có ba loại lá: lá mầm, lá đơn, lá kép. Mỗi lá kép thường có 3
thuỳ (lá chét), lá kép mọc so le, trên phiến lá có nhiều lông tơ. Hình dạng của lá thay

thuộc vào giống và điều kiện chăm sóc), dễ tiêu hóa hơn thịt và không có thành phần
tạo cholesteron. Đậu tương còn được xem là cây cung cấp dầu thực vật quan trọng,
lipit đậu tương chứa thành phần các axit béo không no cao, tổng số chất béo chiếm
khoảng 18%. Trong hạt đậu tương còn chứa nhiều loại vitamin, đáng kể là các vitamin

6

nhóm B như: B1, B2, B6, vitamin E,… Ngoài ra, nó còn chứa sắt, canxi, photpho và
các thành phần chất xơ tốt cho tiêu hóa.
Giá trị về mặt công nghiệp: Hiện nay trên thế giới, đậu tương là cây đứng đầu về cung
cấp nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm 50% dầu thực vật, dầu đậu tương
khô chậm, chỉ số iốt cao 120 - 127, nhiệt độ ngưng tụ -15 đến -18
0
C và từ dầu người ta
có thể làm nến, xà phòng, nilon,…Đậu tương còn là nguyên liệu của nhiều ngành công
nghiệp khác như: chế biến cao su nhân tạo, mực in, chất dẻo, tơ nhân tạo, chất đốt
lỏng,…
Giá trị về mặt nông nghiệp: Toàn bộ cây đậu tương cả khi tươi và khô đều có thể dùng
làm thức ăn cho gia súc. Đậu tương có vai trò quan trọng trong cải tạo đất trồng, một ha
đậu tương nếu sinh trưởng và phát triển tốt sẽ để lại trong đất 30 - 60 kg nitơ, thân và lá
với hàm lượng đạm cao có thể dùng để bón cho đất thay cho phân hữu cơ. Việc luân
canh đậu tương với cây trồng khác có thể xem là biện pháp cải tạo đất trồng hữu hiệu.
1.1.4. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam
Trên thế giới: Với những giá trị kinh tế và sử dụng của cây đậu tương nên đây được
xem là một trong những loại cây trồng chiến lược ở nhiều quốc gia với vị trí chỉ đứng
sau lúa, ngô và lúa mì. Do có khả năng thích nghi rộng với các điều kiện khí hậu và
sinh thái khác nhau nên đậu tương được trồng rộng rãi trên cả năm châu lục, tập trung
nhiều nhất ở Châu Mỹ, tiếp đến là Châu Á. Theo thống kê của tổ chức Lương thực và
Nông nghiệp Liên hiệp quốc, diện tích gieo trồng đậu tương trên thế giới tăng khoảng
3,6 triệu ha trong vòng 4 năm trở lại đây (năm 2006 là 95,2 triệu ha và năm 2009 là

Sản lượng (triệu tấn)*
Quốc gia
Năm 2006 Năm 2007 Năm 2008 Năm 2009
Argentina 40,54 47,48 46,24 30,99
Brazil 52,46 57,86 59,24 56,96
Trung Quốc 15,50 12,73 15.55 14,50
Ấn Độ 8,86 10,97 9,91 10,22
Indonesia 0,75 0,59 0,78 0,97
Thái Lan 0,21 0,20 0,19 0,19
Hoa Kỳ 87,00 72,86 80,75 91,42
Việt Nam 0,26 0,28 0,27 0,21
* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hiệp quốc (FAO)
[107].
Trong bốn năm trở lại đây năng suất cao nhất đạt được vào năm 2007 là 24,3 tạ/ha
và thấp nhất là năm 2009 là 22,4 tạ/ha. Trong số các quốc gia trồng cây đậu tương hàng
đầu thế giới chỉ duy nhất Hoa Kỳ vẫn duy trì được năng suất cây đậu tương thậm chí có

8

phần tăng vào năm 2009 so với các năm 2006, 2007 và 2008 (Bảng 1.3). Argentina là
nước có năng suất đậu tương giảm mạnh nhất vào năm 2009 chỉ còn 18,48 tạ/ha so với
các năm trước trung bình đạt khoảng 27 tạ/ha (Bảng 1.3).
Bảng 1.3. Năng suất đậu tương ở một số quốc gia trên thế giới
Năng suất (tạ/ha)*
Quốc gia
Năm 2006 Năm 2007 Năm 2008 Năm 2009
Argentina 26,79 29,71 28,22 18,48
Brazil 23,80 28,13 28,13 26,18
Trung Quốc 16,66 14,54 17,03 16,48
Ấn Độ 10,63 12,35 10,40 10,64

2006 2007 2008 2009
Hà Nội 2,1 2,1 43,9 11,8
Hà Tây 47,7 51,7
Vĩnh Phúc 10,2 6,4 10,5 4,2
Bắc Ninh 2,9 3,2 4,0 4,1
Quảng Ninh 1,1 1,1 1,1 1,3
Hải Dương 2,9 2,5 2,3 2,7
Hưng Yên 8,4 7,9 6,9 5,8
Thái Bình 12,4 13,8 14,0 16,8
Hà Nam 11,1 12,0 13,0 2,1
Nam Định 5,3 5,6 5,4 4,0
Hà Giang 14,1 14,1 20,4 23,7
Cao Bằng 4,4 5,2 5,1 4,1
Bắc Kạn 2,9 2,8 3,6 4,0
Tuyên Quang 3,2 4,1 4,5 3,9
Lào Cai 4,7 5,4 4,9 5,3
Thái Nguyên 3,6 3,1 2,8 2,5
Lạng Sơn 2,0 3,0 2,7 2,2
Bắc Giang 4,5 3,4 3,1 3,0
Điện Biên 10,7 11,2 13,0 11,7
Lai Châu 1,7 1,8 2,1 2,4
Sơn La 11,1 11,5 10,0 9,8
Hoà Bình 3,4 4,3 3,6 1,9
Thanh Hóa 6,6 7,6 6,3 7,4
Đắk Lắk 10,4 11,3 11,2 10,4
Đắk Nông 26,7 30,3 30,5 33,2
Đồng Nai 3,2 3,2 2,1 1,5
Đồng Tháp 14,0 16,6 13,7 10,7
An Giang 2,8 3,1 2,0 1,6
* Theo số liệu của Tổng Cục Thống kê [107].

xảy ra từ tháng 6 tới tháng 8. Đối với cơ chế tránh hạn thì các giống đậu tương sẽ có
các cơ chế để duy trì lượng nước trong cơ thể trong giai đoạn hạn thông qua việc
tăng khả năng hấp thu nước từ rễ hoặc giảm quá trình thoát hơi nước ở các bộ phận
khác nhau của cây. Ở các giống đậu tương có khả năng chống chịu hạn, thì cây có
thể duy trì sức căng của các mô và tế bào, chính vì thế các quá trình trao đổi chất có

11

thể diễn ra bình thường trong điều kiện lượng nước bên ngoài môi trường xuống rất
thấp. Sức căng của các mô và tế bào của cây được duy trì thông qua việc tổng hợp
mạnh các chất chống áp suất thẩm thấu, các chất trao đổi (Nguyen và đtg, 2007) [68].
1.2.1. Khả năng thích nghi của bộ rễ trong điều kiện hạn
1.2.1.1.Sự phát triển của bộ rễ
Bộ rễ là một trong những bộ phận quan trọng của cây thực hiện nhiệm vụ lấy
nước cung cấp cho các hoạt động sống và phát triển của cơ thể thực vật. Ở cây đậu
tương sự thích nghi với các điều kiện hạn hán chủ yếu thông qua việc phát triển rễ trụ
để có thể tìm kiếm các nguồn nước từ các lớp đất sâu (Taylor và đtg, 1978) [93]. Bên
cạnh đó hệ thống rễ sợi phát triển cũng giúp cho cây có thể vươn tới các lớp đất có độ
ẩm cao và tìm kiếm các chất dinh dưỡng. Một trong những nhân tố chính ảnh hưởng
đến độ sâu của rễ đậu tương là tỉ số kéo dài rễ trụ (taproot elongation rate). Do rễ trụ
được hình thành đầu tiên ở đậu tương, chính vì thế việc xác định các giống đậu tương
có đặc tính kéo dài rễ trụ nhanh sẽ cho phép xác định khả năng đâm sâu của rễ. Sự
khác nhau về tính trạng kéo dài bộ rễ ở các giống đậu tương đã được nghiên cứu khá
chi tiết ở trong điều kiện nhà lưới (Kaspar và đtg, 1984) [54]. đã đánh giá 105 giống
đậu tương khác nhau cho thấy tỉ số kéo dài rễ trụ khác nhau giữa các giống vào khoảng
1,3cm/ngày. Những nghiên cứu tiếp theo trên các giống có tỉ số kéo dài rễ trụ cao cho
thấy những giống này có thể lấy nước ở chiều sâu trên 120cm so với các giống còn lại.
Một vài nghiên cứu cũng đã được thực hiện đối với hệ thống rễ nhánh của cây đậu
tương cho thấy trong điều kiện hạn số lượng rễ nhánh trên đơn vị chiều dài rễ trụ tăng
đáng kể, nhưng chiều dài và đường kính rễ trụ không thay đổi. Hạn chế về nước ở cây

Quá trình chọn lọc các gen liên quan đến các tính trạng về rễ bao gồm các nghiên cứu
sàng lọc gen từ các cơ sở dữ liệu, thiết kế mồi để nhân bản gen, xác định sự đa dạng,
phát triển phương pháp phân tích hệ gen, xác định quần thể nghiên cứu. Phương pháp
này đã thành công trong việc xác định nhiều gen quý quy định các tính trạng rễ ở lúa
trong điều kiện hạn (Valliyodan và đtg, 2006) [98]. Thêm vào đó, việc hiểu biết các cơ
chế sinh lý và quá trình điều hòa di truyền của sự thích nghi của bộ rễ dưới điều kiện
hạn sẽ giúp ích cho việc xác định các gen đặc hiệu, các quá trình chuyển hóa để sử
dụng cho việc nâng cao khả năng chịu hạn của cây đậu tương bằng phương pháp sử
dụng chỉ thị gen hoặc kỹ thuật chuyển gen.

13

1.2.1.2. Khả năng cố định nitơ của cây đậu tương trong điều kiện hạn
Khả năng cố định nitơ ở các loài cây họ đậu thường rất nhạy cảm đối với tình
trạng nước ở trong đất. Trong điều kiện hạn, cây đậu tương không chỉ giảm khả năng
cố định CO
2
, giảm sự phát triển lá mà khả năng cố định nitơ cũng bị ảnh hưởng
nghiêm trọng. Kết quả này làm giảm sinh tổng hợp protein (Purcell và King, 1996)
[75]. Nhiều nhân tố hạn chế khả năng cố định nitơ trong điều kiện hạn đã được xác
định ở cây đậu tương bao gồm khả năng sử dụng O
2
giảm, nguồn carbon tới các nốt
sần giảm, hoạt tính của enzym sucrose synthase giảm, hàm lượng ure và axit amin tự
do tăng (King và Purcell, 2005) [56]. Đặc biệt, mối quan hệ về thế năng nước của lá và
nốt sần đã được xác định ở cây đậu tương trong điều kiện hạn. Hoạt tính của enzym
nitrogenase giảm 70% trong 4 ngày đầu tiên khi cây gặp hạn, trong khi đó quá trình
quang hợp giảm khoảng 5%. Ngoài ra, sự thiếu hụt về nước cũng ảnh hưởng trực tiếp
đến hoạt tính của nốt sần thông qua sự tăng cường tính kháng đối với khả năng
khuyếch tán oxy. Tình trạng thiếu nước ở trong đất cũng dẫn tới sự tích lũy ure ở lá

hòa quá trình cố định nitơ trong điều kiện hạn ở cây đậu tương.
1.2.2. Các tính trạng liên quan đến sự thích ứng của lá cây đậu tương trong điều
kiện hạn
1.2.2.1. Cường độ thoát hơi nước của khí khổng
Cường độ thoái hơi nước của khí khổng là một trong những tính trạng sinh lý
của lá có liên quan chặt chẽ đến khả năng sử dụng nước của cơ thể thực vật khi cây
gặp điều kiện khô hạn. Khi cây gặp bất lợi về nước, cơ thể thực vật sẽ thực hiện quá
trình chuyển đổi từ pha trung hòa nước, mà trong đó việc sử dụng nước ở trong cơ thể
không tùy thuộc vào lượng nước ở bên ngoài, sang pha thứ cấp khi mà việc sử dụng
nước sẽ liên quan trực tiếp đến lượng nước ở bên ngoài (Sinclair và đtg, 1986) [85].
Quá trình chuyển hóa này liên quan đến việc giảm cường độ thoát hơi nước qua khí
khổng ở lá và có thể xảy ra ở nhiều loài cây khác nhau trong các điều kiện khác nhau.
Cường độ thoát hơi nước là một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến sự trao đổi khí và
hơi nước ở lá. Ảnh hưởng của hạn hán đến sự sinh trưởng của lá, cường độ thoát hơi
nước và lượng nước ở trong cây được nghiên cứu khá chi tiết ở đậu tương. Chúng ta
biết rằng, hạn hán làm giảm tốc độ mở rộng của lá, cường độ thoát hơi nước của khí
khổng và sức căng của lá. Trong đó, nó làm tăng hàm lượng axit abscisic (ABA) ở lá
và xylem. Nghiên cứu này cho thấy việc giảm cường độ thoát hơi nước của khí khổng
xảy ra đồng thời với việc tăng hàm lượng ABA ở trong xylem và xảy ra trước khi có

15

những thay đổi về sức căng của lá. Điều này chỉ ra rằng các tín hiệu hóa học ABA bắt
nguồn từ rễ điều khiển hoạt động của khí khổng khi tính trạng thiếu nước tương đối ở
trong đất xảy ra (Liu và đtg, 2003) [61]. Sự khác nhau về mặt di truyền về khả năng
duy trì khí khổng mở dưới điều kiện bất lợi về nước đã được nghiên cứu ở đậu tương.
Khi so sánh các loài cây họ đậu khác với cây đậu tương cho thấy, cây đậu xanh, đậu
đen và đậu đũa có khả năng điều khiển sự đóng mở khí khổng tốt hơn khi cây bị mất
nước. Các nghiên cứu khác cũng đã chứng minh rất rõ ràng rằng cường độ thoát hơi
nước của khí khổng giảm tỉ lệ thuận với sự mất nước ở cây đậu tương (Liu và đtg,

hiệu quả sử dụng nước trong điều kiện hạn, kết quả này dẫn đến một giả thiết cho rằng
cường độ thoát hơi nước của biểu bì thấp sẽ là một chỉ tiêu đáng tin cậy về tính chịu
hạn (Hufstetler và đtg, 2007) [48]. Giống đậu tương dại có cường độ thoát hơi nước
của biểu bì thấp hơn hẳn so với các giống đậu tương canh tác. Trong số các giống đậu
tương được gieo trồng ngày nay, các giống ở khu vực nhiệt đới có cường độ thoát hơi
nước của biểu bì thấp nhất và thế năng thẩm thấu nhỏ hơn so với các giống ở khu vực
khí hậu ôn hòa, điều này có thể là do quá trình chọn lọc tự nhiên dưới các điều kiện
môi trường (James và đtg, 2008a) [49]. Nghiên cứu trên các quần thể lai cho thấy
cường độ thoát hơi nước của biểu bì khác nhau một cách có ý nghĩa dao động từ 60 -
93% (James và đtg, 2008b) [50]. Như vậy tính trạng này có tính di truyền khá cao. Tuy
nhiên, để khẳng định tính hữu dụng của các tính trạng này trong việc tạo ra các giống
đậu tương có tính kháng hạn cần nhiều nghiên cứu sâu hơn để xác định mối quan hệ
giữa cường độ thoát hơi nước của biểu bì, khả năng duy trì sức căng của lá và sức sống
của cây.
1.2.2.3. Mật độ lông tơ của lá
Hệ thống lông tơ của lá là một đặc điểm chung của các loài thực vật chịu hạn,
cũng như một số loài cây trồng trong đó có đậu tương. Trong điều kiện hạn thì đây là
một trong những tính trạng thích nghi quan trọng của cây đậu tương. Các dòng có mật
độ lông tơ cao có sức sinh trưởng sinh dưỡng tốt hơn, mật độ rễ nhiều hơn và rễ đâm
sâu hơn. Mật độ lông tơ của lá tăng lên làm tăng tính kháng ở các lớp bề mặt của lá lên
tới 50%. Nhiệt độ của lá giảm, sự mất nước bị giới hạn và quá trình quang hợp tăng
lên do sự thâm nhập của phóng xạ thấp hơn cũng có liên quan đến mật độ lông tơ của
lá (Specht và đtg, 1985) [87]. Hơn nữa, nếu hệ lông tơ càng dày đặc thì có thể làm
giảm hiện tượng nhiễm bệnh gây ra bởi virus khảm đậu tương. Tuy nhiên, mật độ lông
tơ được điều khiển bởi hai allen là Pd1 và Pd2, tăng lên sẽ tạo ra những hiệu ứng có lợi