Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC
NGUYỄN VĂN TƢỜNG
NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP GEN NAC LIÊN QUAN
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở MỘT SỐ GIỐNG NGÔ
ĐỊA PHƢƠNG HÀ GIANG - VIỆT NAM
NGHIÊN CỨU PHÂN LẬP GEN NAC LIÊN QUAN
ĐẾN KHẢ NĂNG CHỊU HẠN Ở MỘT SỐ GIỐNG NGÔ
ĐỊA PHƢƠNG HÀ GIANG - VIỆT NAM
Chuyên ngành: Công nghệ sinh học
Mã số: 60.42.02.01
LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
PGS.TS. NGUYỄN VŨ THANH THANH THÁI NGUYÊN - 2013
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh đã
tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.
Tôi xin cảm ơn các kỹ thuật viên phòng thí nghiệm Sinh học, Khoa Khoa học
Sự sống, Trƣờng Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên và các cán bộ phòng
DNA ứng dụng - Viện Công nghệ sinh học đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành
một số thí nghiệm.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên khuyến
khích và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả sự giúp đỡ quý báu đó!
Thái Nguyên, ngày 10 tháng 05 năm 2013
Tác giả luận văn
Nguyễn Văn Tƣờng
MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài 1
2. Mục tiêu của đề tài 2
3. Nội dung của đề tài 2
Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. CÂY NGÔ 3
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô 3
1.1.2. Đặc điểm sinh học của cây ngô 3
1.1.3. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô 5
1.1.4. Giá trị kinh tế của cây ngô 6
1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam 7
1.2. HẠN VÀ ĐẶC TÍNH CHỊU HẠN CỦA CÂY NGÔ 11
1.2.1. Hạn và ảnh hƣởng của hạn đối với cây trồng 11
1.2.2. Đặc tính chịu hạn của cây ngô 12
1.2.3. Tình hình nghiên cứu đặc tính chịu hạn của cây ngô 14
1.2.4. Cơ sở sinh lý, hóa sinh và di truyền của tính chịu hạn của cây ngô 16
1.2.5. Các gen điều khiển phiên mã 19
1.2.6. NAC và vai trò của NAC với tính chịu hạn của cây ngô 21
Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25
2.1. VẬT LIỆU 25
2.2. HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ 25
2.3. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
iv
2.3.1. Phƣơng pháp sinh lí, hóa sinh 26
2.3.2. Phƣơng pháp sinh học phân tử 33
2.3.3. Phƣơng pháp xác định trình tự nucleotide 38
2.3.4. Phƣơng pháp xử lí trình tự gen 38
ASTT
Áp suất thẩ m thấ u
Bp
Base pair (Cặ p base)
CTAB
Cetyltrimethyl – amonium bromide
Đtg
Đồng tác giả
CYS
Cystatin
NAC
NAM - ATAF – CUC
HSP
Heat shock protein (Protein số c nhiệ t)
LEA
Late embryogenesis abundant protein (Protein tí ch lũ y vớ i số
lƣợ ng lớ n ở giai đoạ n cuố i củ a quá trì nh hì nh thà nh phôi)
LTP
Lipid transfer protein (Protein vậ n chuyể n lipid)
PCR
Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗ i polymerase)
TAE
Tris Acetate EDTA
P5CS
Pyroline – 5 – carboylate synthase
MX
mồi xuôi
MN
mồi ngƣợc
NAM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
vii
DANH SÁCH CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN
Trang
Hình 2.1. Hình thái hạt của 5 mẫu ngô địa phƣơng 25
Hình 3.1. Đồ thị rada biểu diễn khả năng chịu hạn của 5 mẫu ngô nghiên cứu 45
Hình 3.2. Hình ảnh của 5 mẫu ngô nghiên cứu sau 7 ngày gây hạn 45
Hình 3.3. Hình ảnh điện di DNA tổng số của 5 mẫu ngô địa phƣơng 46
Hình 3.4. Hình ảnh điện di kết quả PCR nhân gen NAC ở 2 mẫu ngô VX, QB 47
Hình 3.5. Hình ảnh điện di sản phẩm colony – PCR gen NAC ở 2 mẫu ngô VX và QB 48
Hình 3.6. Hình ảnh điện di tách plasmid tái tổ hợp mang gen NAC 49
Hình 3.7. Kết quả so sánh gen NAC của 3 mẫu QB, VX và EU810024 50
Hình 3.8. Kết quả so sánh đoạn mã hóa của gen NAC ở 2 mẫu nghiên cứu QB và VX 52
Hình 3.9. Kết quả so sánh trình tự amino acid suy diễn của protein NAC ở 2 mẫu
nghiên cứu QB, VX và EU810024 53
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
2
Chính vì vậy, việc nghiên cứu và chọn tạo các giống ngô có khả năng chịu
hạn, là việc làm hết sức cần thiết, góp phần bảo tồn nguồn gen, tạo vật liệu cho lai
giống và làm tăng năng suất của các giống ngô địa phƣơng.
Từ những năm 90 của thế kỷ XX đến nay, đã có một số công trình quan tâm
nghiên cứu đến khả năng chịu hạn của cây ngô nhƣ: Đánh giá khả năng chịu hạn
của cây ngô trên đồng ruộng [16], đánh giá khả năng chịu hạn của cây ngô non
trong điều kiện hạn nhân tạo [20], đánh giá chất lƣợng hạt và khả năng phản ứng
đối với hạn của một số giống ngô địa phƣơng miền núi [10]… Tuy nhiên, còn rất ít
công trình đề cập đến phân lập gen liên quan đến khả năng chịu hạn của cây ngô địa
phƣơng.
Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu
phân lập gen NAC liên quan đến khả năng chịu hạn ở một số giống ngô địa
phƣơng Hà Giang - Việt Nam”.
2. Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá chất lƣợng hạt và khả năng chịu hạn thông qua một số đặc điểm
sinh lí, hóa sinh.
- Tạo dòng và xác định đƣợc trình tự gen NAC liên quan đến khả năng chịu
hạn của một số mẫu ngô địa phƣơng ở Hà Giang - Việt Nam.
3. Nội dung của đề tài
- Xác định hàm lƣợng protein, hàm lƣợng lipid, hoạt tính của α – amylase,
protease trong hạt của 5 mẫu ngô địa phƣơng.
- Xác định chiều dài rễ ở giai đoạn cây non của 5 mẫu ngô địa phƣơng.
- Đánh giá khả năng chịu hạn của 5 mẫu ngô nghiên cứu bằng phƣơng pháp
gây hạn nhân tạo.
- Sử dụng kỹ thuật PCR để nhân gen NAC liên quan đến khả năng chịu hạn ở
2 mẫu ngô địa phƣơng nghiên cứu.
- Tách dòng và xác định trình tự gen NAC ở 2 mẫu ngô nghiên cứu: một mẫu
ngô có khả năng chịu hạn tốt và một mẫu ngô chịu hạn kém.
phẩm chất tốt. Cây ngô có thể trồng trên nhiều loại đất khác nhau.
Cơ quan sinh dƣỡng của cây ngô gồm rễ, thân, lá làm nhiệm vụ duy trì đời
sống cá thể. Hạt đƣợc coi là cơ quan khởi đầu của cây. Sau khi gieo hạt, ngô phát
triển thành cây mầm. Cây mầm chủ yếu sử dụng nguồn dinh dƣỡng chứa trong nội
nhũ hạt. Bộ phận phía trên hạt phát triển lên mặt đất gồm có trụ giữa lá mầm. Phần
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
4
đỉnh trụ lá mầm có mấu bao lá mầm, từ đó phát sinh bao lá mầm và bên trong bao lá
mầm là thân lá mầm. Trên trục của cây mầm, một đầu hình thành rễ cây mầm, sau
đó phát triển thành rễ chính, từ rễ chính hình thành các rễ phụ.
Ngô là cây có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ cây hoà thảo. Hệ rễ có 3 loại: rễ
mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Ngô ra lớp rễ đốt đầu tiên lúc 3 - 4 lá mầm và mọc
theo thứ tự từ dƣới lên trên. Rễ đốt giúp cho cây ngô hút nƣớc và dinh dƣỡng. Rễ
chân kiềng mọc xung quanh các đốt phần thân sát gốc trên mặt đất, rễ này giúp cây
chống đổ, bám chặt vào đất và tham gia vào hút nƣớc và thức ăn cho cây. Số lƣợng
rễ, số lông rễ và độ dài rễ khác nhau ở mỗi giống. Đây là chỉ tiêu quan trọng để
đánh giá khả năng chịu hạn của cây.
Thân cây ngô thƣờng phát triển mạnh, thẳng, cứng, dạng bền chắc. Bao gồm
nhiều lóng nằm giữa các đốt và kết thúc bằng bông cờ. Thân ngô ngoài nhiệm vụ
giúp cây đứng vững, là bộ phận dự trữ và vận chuyển chất hữu cơ, ngoài ra còn có
khả năng quang hợp để tổng hợp chất hữu cơ.
Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ nhau. Độ lớn và số lá
ngô dao động từ 6 - 22 là tuỳ thuộc vào giống và điều kiện tự nhiên. Theo hình thái
và vị trí lá trên cây, lá ngô đƣợc chia thành các nhóm: lá mầm, lá thân, lá ngọn, lá
bi. Lá ngô trƣởng thành bao gồm các bộ phận: bẹ lá, phiến lá, thìa lá. Đặc điểm nổi
bật là lá ngô có rất nhiều khí khổng. Trung bình một lá ngô có từ 2 - 6 triệu khí
khổng, trên 1mm
2
cây ngô yêu cầu các điều kiện khác nhau và mỗi giai đoạn đều có ảnh hƣởng khác
nhau đến các yếu tố tạo thành năng suất và chất lƣợng hạt ngô [8].
1.1.3. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô
Các chất trong hạt ngô dễ đƣợc đồng hóa và có giá trị dinh dƣỡng cao.Thành
phần chính trong hạt ngô là tinh bột (60 - 70%). Hàm lƣợng tinh bột ở ngô tẻ nhiều
hơn ngô nếp (68% so với 65%) và đƣợc chia thành tinh bột mềm (tinh bột bột) và
tinh bột cứng (tinh bột sừng). Ngô nếp đƣợc cấu tạo hoàn toàn từ amilopectin nên
có độ dẻo hơn ngô tẻ.
Hàm lƣợng lipid cao thứ hai trong các loại hạt ngũ cốc (3,5 - 7%) và phụ
thuộc vào từng giống, điệu kiện tự nhiên. Lipid đƣợc tập trung ở phôi và tầng alơron.
Dầu ngô chứa đến 50% axit linoleic liên kết với các glyxerid, axit oleic, panmitic,
rixinic. Hàm lƣợng lipid là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng hạt.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
6
Protein của ngô đƣợc chia thành ba loại chính: protein hoạt tính (chủ yếu là
enzyme), protein cấu tạo và protein dự trữ, trong đó protein dự trữ chiếm tỷ lệ cao
nhất. Hàm lƣợng protein dao động từ 8 - 12% ở mỗi giống. Lợi dụng tính chất hoà
tan của protein trong các dung môi, ngƣời ta có thể tách chiết protein tan từ ngô phục
vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu nhƣ đánh giá chất lƣợng, khả năng chịu hạn
Vitamin của ngô tập trung ở lớp ngoài hạt ngô và ở mầm. Ngô cũng có
nhiều vitamin C, vitamin B (B1, B2, B6 ). Vitamin PP hơi thấp cộng với thiếu
tryptophan một amino acid có thể tạo vitamin PP. Riêng ngô vàng chứa nhiều
carotene (tiền vitamin A).
1.1.4. Giá trị kinh tế của cây ngô
Trong hạt ngô chứa khá đầy đủ các chất dinh dƣỡng cho ngƣời và gia súc.
Bột ngô chiếm 65 - 83% khối lƣợng hạt và là nguyên liệu quan trọng trong công
nghệ gia công bột. Cứ 100 kg ngô hạt cho khoảng 20 - 21 kg gluten, 73 - 75 kg
bột, tách mầm và ép đƣợc 1,8 - 2,7 kg dầu ăn và 4 kg khô dầu. Phôi ngô chiếm
Mĩ v à Caribe 61%, Nam Mĩ 12%, Đông Âu v à Liên Xô cũ 4% [13 ], [17].
Ở Việt Nam, ngô là cây lƣơng thực quan trọng thứ hai sau cây lúa và là cây
màu quan trọng nhất đƣợc trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau. Đặc biệt đối với
những địa phƣơng thuộc vùng sâu, vùng xa thì cây ngô còn góp phần giúp xóa đói
giảm nghèo. Hiện nay và trong những năm tới, ngô vẫn là cây ngũ cốc đóng vai trò
quan trọng ở nƣớc ta.
1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và Việt Nam
1.1.5.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Ngô là cây có địa bàn phân bố rộng, có sự tăng trƣởng mạnh nhất về cả diện
tích, năng suất và sản lƣợng. Năm 1961, năng suất ngô trung bình trên thế giới chỉ
đạt 20 tạ/ha thì đến năm 2011 đã tăng lên đến 51,84 tạ/ha, tăng gấp 1,5 lần. Ngô
đƣợc trồng ở hầu hết các nơi trên thế giới nhƣ Châu Mỹ, Châu Âu, Châu Úc, Châu
Phi và Châu Á. Nhƣng do điều kiện khí hậu, địa hình, tập quán canh tác dẫn đến
diện tích, năng suất, sản lƣợng ngô giữa các châu lục có sự chênh lệch nhau tƣơng
đối lớn, điều đó đƣợc thể hiện ở bảng 1.1 [50].
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
8
Bảng 1.1. Tình hình sản xuất ngô ở một số khu vực trên thế giới
giai đoạn 2009 - 2011
Khu vực
Diện tích
(triệu ha)
Năng suất
(tạ/ha)
Sản lƣợng
(triệu tấn)
2009
63,1
64,5
71,9
71,0
67,96
441,5
447,9
438,4
Thế giới
158,8
161,9
170,39
51,6
52,1
51,84
819,7
844,4
883,4
(Nguồn FAOSTAT, 2012)
Qua bảng 1.1 cho thấy, châu Mỹ luôn là khu vực dẫn đầu cả về diện tích,
năng suất và sản lƣợng trồng ngô. Châu Mỹ chiếm 37,85% về diện tích và 49,65%
về sản lƣợng. Xếp thứ hai là khu vực châu Á với diện tích trồng ngô chiếm 32,2%
diện tích trồng ngô thế giới nhƣng năng suất lại thấp chỉ đạt 45,8 tạ/ha và xếp ở vị
trí thứ ba. Châu Âu là khu vực có năng suất khá cao nhƣng do diện tích trồng ngô
rất thấp chỉ chiếm chƣa đến 10% diện tích trồng ngô thế giới, do đó sản lƣợng chỉ
đạt 12,28% tổng sản lƣợng thế giới. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, diện tích
trồng ngô ở châu Á và châu Âu đang đƣợc mở rộng, dẫn đến sản lƣợng ngô của châu
Âu tăng vọt thêm 26,8% chỉ trong 1 năm (2010 – 2011). Châu Á cũng có sự tăng lên về
cả diện tích, năng suất và sản lƣợng nhƣng không đáng kể. Ngƣợc lại, diện tích trồng
ngô ở Châu Mỹ tăng nhƣng năng suất và sản lƣợng lại giảm.
92,366
313,92
Brazin
13,22
42,107
55,66
Trung Quốc
33,56
57,597
192,9
Ấn Độ
7,27
29,64
21,57
(Nguồn FAOSTAT, 2012)
Qua bảng 1.2 cho thấy Mỹ là nƣớc có diện tích, năng suất, sản lƣợng ngô lớn
nhất đạt 33,99 triệu ha, với tổng sản lƣợng đạt 313,92 triệu tấn giảm nhẹ so với năm
2009, năng suất bình quân đạt 92,366 tạ/ha, gấp hơn hai lần so với Brazin và hơn ba
lần so với Ấn Độ. Trung Quốc tuy có diện tích trồng ngô xấp xỉ diện tích trồng ngô
của Mỹ nhƣng năng suất và sản lƣợng chỉ đạt khoảng 60% năng suất và sản lƣợng
mà Mỹ đạt đƣợc.
Nói chung, Mỹ và Trung Quốc là hai nƣớc có diện tích trồng ngô lớn nhất và
cao gấp nhiều lần so với các quốc gia khác. Mỹ và Trung Quốc, cùng với Ấn Độ là
những nƣớc xuất khẩu ngô lớn, các nƣớc nhập khẩu ngô chính là Nhật Bản, Nam
Triều Tiên, Malaysia, Mexico, châu Phi…[8].
Trong những năm gần đây, hầu hết các quốc gia trên thế giới đang chú trọng
đầu tƣ cho sản suất nông nghiệp nói chung và sản xuất ngô nói riêng, không ngừng
cải thiện các kỹ thuật canh tác, đồng thời áp dụng công nghệ sinh học vào việc chọn
tạo giống chống chịu sâu bệnh, hạn hán,…đặc biệt là việc tạo ra các cây trồng
chuyển gen cho năng suất cao, chất lƣợng tốt, đem lại lợi ích kinh tế cao, góp phần
1,126
40.9
4606,8
2011
1,081
43,33
4684,3
(Nguồn FAOSTAT, 2012)
Qua bảng 1.3 cho thấy: Năng suất và sản lƣợng ngô của Việt Nam ở năm
2011 đạt mức cao nhất. Đặc biệt năm 2011 năng suất trồng ngô tăng mạnh so với
hai năm trƣớc. Tốc độ tăng trƣởng về diện tích, năng suất và sản lƣợng ngô của Việt
Nam cao hơn nhiều lần, lợi nhuận trồng ngô cao hơn hẳn các loại cây trồng khác.
Năm 2010 diện tích trồng ngô đạt 1.126.390 ha, tăng 3,3% so với năm 2009, sản lƣợng
đạt trên 4.606.800 tấn, năm 2011 năng suất tăng lên 4.684.300 tấn cao nhất từ trƣớc
tới nay.
Tuy nhiên, sản lƣợng ngô của Việt Nam vẫn thấp hơn so với sản lƣợng ngô
thế giới. Có nhiều nguyên nhân khiến sản lƣợng ngô của nƣớc ta chƣa cao nhƣ:
chƣa tập trung sản xuất ngô, điều kiện khí hậu, tập quán canh tác, ngƣời dân ở vùng
cao chƣa đƣợc tiếp cận với các giống mới và kĩ thật mới… Đặc biệt là việc các
giống ngô có khả năng thích nghi tốt với điều kiện thời tiết bất thuận nhƣ hạn hán và
mƣa lũ vẫn còn thiếu. Đáng lo ngại hơn cả là ở nƣớc ta hạn hán xảy ra thƣờng xuyên
và kéo dài, đó là nguyên nhân chính làm giảm năng suất ngô.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
11
Theo thống kê, từ năm 1960 đến năm 2006 có đến 34/36 năm bị hạn. Bên
cạnh đó, do ảnh hƣởng quá trình công nghiệp hóa diễn ra mạnh, diện tích đất dành
cho các ngành công nghiệp và du lịch đƣợc mở rộng, diện tích đất nông nghiệp bị
giảm đã tác động làm giảm diện tích trồng ngô cũng nhƣ các cây trồng khác.
bất lợi này chính là các thành phần nhƣ thổ nhƣỡng, nhiệt độ, gió nóng hay thời tiết và
khí hậu. Có hai loại hạn do môi trƣờng tác động là hạn đất và hạn không khí [2], [6].
Hạn đất thƣờng xảy ra ở những vùng có khí hậu hay thổ nhƣỡng đặc thù, hạn
tác động mạnh lên bộ rễ của cây.
Hạn nhiệt độ không khí thƣờng xảy ra ở những vùng gió, nóng, nhiệt độ cao.
Hạn không khí thƣờng tác động chủ yếu lên các bộ phận bên trên mặt đất nhƣ lá,
hoa. Hạn do tác động của môi trƣờng dẫn đến hiện tƣợng mất nƣớc trong cây ở các
bộ phận mô, tế bào khác nhau.
Hạn tác động lên cây trồng theo hai hƣớng chính làm tăng nhiệt độ cây và
gây mất nƣớc trong cây. Nƣớc là yếu tố giới hạn đối với cây trồng, vừa là sản phẩm
khởi đầu, vừa là sản phẩm trung gian và cuối cùng của các quá trình chuyển hóa
sinh học.
Mức độ thiếu hụt nƣớc càng lớn thì càng ảnh hƣởng xấu đến quá trình sinh
trƣởng và phát triển của cây. Nếu thiếu nƣớc nhẹ sẽ làm giảm tốc độ sinh trƣởng,
thiếu nƣớc trầm trọng sẽ làm biến đổi hệ keo nguyên sinh chất làm tăng cƣờng quá
trình già hoá tế bào khi bị khô kiệt nƣớc, nguyên sinh chất bị đứt vỡ cơ học dẫn đến
tế bào, mô bị tổn thƣơng và chết. Đối với thực vật nói chung và cây trồng nói riêng,
hạn ảnh hƣởng tới hai quá trình sinh trƣởng, phát triển của cây đó là giai đoạn cây
non và giai đoạn ra hoa [2], [6].
Nhƣ vậy, ảnh hƣởng của hạn bất cứ ở giai đoạn sinh trƣởng nào của cây
trồng cũng ảnh hƣởng đến các yếu tố cấu thành năng suất làm giảm năng suất của
cây trồng.
1.2.2. Đặc tính chịu hạn của cây ngô
Trong môi trƣờng bị hạn, rễ ngô thƣờng phát triển theo chiều sâu với số
lƣợng rễ tăng lên để có thể hút đƣợc nƣớc ở những vùng sâu, vùng xa. Việc đánh
giá các giống thí nghiệm trong điều kiện khô hạn trên đồng ruộng cho thấy những
giống có khối lƣợng rễ lớn thì khả năng chịu hạn tốt hơn.
Ngô là cây trồng cạn, bộ rễ phát triển rất mạnh nên có khả năng hút nƣớc
khỏe hơn nhiều loại cây trồng khác. Để tổng hợp đƣợc 1 kg chất khô ngô cần
260 - 349 kg nƣớc, trong khi lúa cần 400 - 500 kg, đậu tƣơng cần 500 - 530 kg.
Hạn dẫn đến tình trạng đóng khí khổng, giảm quang hợp dẫn đến tế bào ở
đỉnh sinh trƣởng không phân hóa hoặc ảnh hƣởng nặng tới quá trình phân hóa bắp
và cờ dẫn tới giảm năng suất. Trong quá trình thụ phấn - kết hạt nếu thời tiết khô
hạn làm giảm sự vận chuyển của các chất đồng hóa về các cơ quan sinh trƣởng
gây nên tình trạng chậm hoặc phun râu không đƣợc. Nếu hạn xảy ra ở thời kỳ
trƣớc trỗ, tỷ lệ rễ/thân lá tăng lên, vậy khi hạn nặng hơn thì tỷ lệ này giảm và giảm
mạnh sự hấp thu dinh dƣỡng từ đất. Hạn từ 7 ngày trƣớc trỗ và 15 ngày sau thụ
phấn làm giảm năng suất 2 - 3 lần so với hạn các thời kỳ sinh trƣởng khác. Thời
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
kỳ cây ngô mẫn cảm nhất đối với hạn là từ 2 - 22 ngày sau phun râu, đỉnh cao là 7
ngày sau phun râu, khi đó số lƣợng hạt giảm tới 45% so với đối chứng tƣới đầy đủ.
Đặc tính chịu hạn của cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng mang tính đa
gen. Trên thực tế vẫn chƣa tìm đƣợc gen thực sự quyết định tích chịu hạn của cây
ngô mà mới chỉ tìm thấy các gen liên quan đến tính chịu hạn. Để đánh giá tính chịu
hạn của cây ngô ngƣời ta dựa vào các đặc điểm nhƣ: hình thái bộ rễ, kích thƣớc lá,
khả năng điều chỉnh áp suất thẩm thấu, tỷ lệ cây không bắp, sự chênh lệch thời gian
tung phấn và phun râu, các gen liên quan tính chịu hạn…[15].
1.2.3. Tình hình nghiên cứu đặc tính chịu hạn của cây ngô
Hạn là yếu tố phổ biến làm giảm năng suất cây trồng nói chung. Khả năng
chịu hạn của thực vật có quan hệ mật thiết tới sự thay đổi thành phần hoá sinh trong
tế bào. Hiện nay, trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam đã có một số công trình nghiên
cứu về tính chịu hạn của cây ngô.
Võ Quốc Việt đã tiến hành nghiên cứu 15 giống ngô chịu hạn nhập nội, kết
quả chọn đƣợc 2 giống chịu hạn cao và đã đƣa ra trồng thử nghiệm tại một số địa
phƣơng miền núi (BT1 và BT2) [21].
Phan Thị Vân, Ngô Hữu Tình, Luân Thị Đẹp đánh giá khả năng chịu hạn của
8 dòng ngô thuần và các tổ hợp ngô lai luân giao ở giai đoạn cây con, từ đó chọn ra
Ở ngô, Larque - Saavedra và đtg đã xác định có sự khác nhau rất lớn về axit
abscisic tự do giữa các dòng chịu hạn [28]. Pekic và Quarrie cũng nhận thấy sự tích
luỹ loại axit này khác nhau ở 6 dòng, và dòng nào có khả năng chịu hạn tốt thì
lƣợng axit abscisic tích luỹ càng nhiều [37].
Cho đến nay, đã có nhiều công trình trong và ngoài nƣớc nghiên cứu về đặc
điểm hình thái, hoá sinh, nông học, khả năng chịu hạn, sự phân bố và nguồn gốc của
các giống ngô; bƣớc đầu đã có công trình nghiên cứu về đa dạng di truyền bằng
phản ứng RAPD, nghiên cứu xây dựng hệ thống tái sinh sử dụng cho biến nạp gen ở
ngô, xây dựng phƣơng pháp tạo dòng thuần bằng nuôi cấy bao phấn, phân lập gen
dehydrin, và nghiên cứu chiếu xạ một số giống cây ngô nhằm phát triển các giống
ngô cho năng suất cao. Tuy nhiên, vẫn còn ít công trình đi sâu nghiên cứu tính đa
dạng di truyền, khả năng chịu hạn, và mối quan hệ giữa khả năng chịu hạn của các
giống ngô địa phƣơng miền núi với nhóm gen liên quan. Do vậy, tiếp tục sƣu tập và
nghiên cứu các giống ngô địa phƣơng góp phần bảo tồn nguồn gen cây ngô là việc
làm cần thiết.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
1.2.4. Cơ sở sinh lý, hóa sinh và di truyền của tính chịu hạn của cây ngô
1.2.4.1. Cơ sở sinh lý của tính chịu hạn của cây ngô
Bộ rễ là một trong những bộ phận quan trọng của cây thực hiện nhiệm vụ
lấy nƣớc cung cấp cho các hoạt động sống và phát triển của cơ thể thực vật. Nhiều
nghiên cứu cho thấy cây ngô sống trong môi trƣờng thiếu nƣớc có bộ rễ dài, khỏe,
mập, có sức đâm sâu hơn để hút đƣợc nƣớc ở những tầng đất sâu. Rễ ngô có khả
năng đâm sâu gần 2 m và lan rộng trên 2 m. Rễ ngô có khả năng phân nhánh rất
mạnh với sự phát triển đặc biêt của lông hút (ƣớc tính trên 1mm
2
bề mặt rễ ngô có
trên 400 lông hút). Vì vậy, cả bộ rễ ngô có tổng số bề dài và bề mặt tiếp xúc với đất
Copyright: Tài liệu đại học ©