Tài liệu Đánh giá đặc điểm nông sinh học và so sánh trình tự gen ltp của một số dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TRỊNH XUÂN THẮNG ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN LTP CỦA MỘT SỐ DÕNG ĐẬU XANH CÓ NGUỒN GỐC TỪ MÔ SẸO CHỊU MẤT NƢỚC LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thái Nguyên - 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TRỊNH XUÂN THẮNG ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ SO SÁNH TRÌNH TỰ GEN LTP CỦA MỘT SỐ DÕNG ĐẬU XANH CÓ NGUỒN GỐC TỪ MÔ SẸO CHỊU MẤT NƢỚC Chuyên nghành: Di truyền học Mã số: 60.42.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Chu Hoàng Mậu Thái Nguyên - 2011 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa được ai công bố. Tác giả Trịnh Xuân Thắng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Chu Hoàng Mậu đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh đã giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin cảm ơn TS. Lê Văn Sơn, KTV Hoàng Hà ( Phòng công nghệ tế bào thực vật- Viện công nghệ sinh học). Tôi xin cảm ơn ban lãnh đạo Viện khoa học sự sống- Đại học Thái Nguyên và ThS. Hoàng Văn Mạnh đã tạo điều kiện thuận lợi cho việc thực hiện các nghiên cứu đề tài luận văn. Tôi cảm ơn ThS. Bùi Hồng Xuyến đã cung cấp hạt của các dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm, Ban Chủ nhiệm Khoa Sinh- KTNN, Ban Giám hiệu Trường THPT Phú Lương, các đồng nghiệp, sự động viên của gia đình và bạn bè trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn. Tác giả Trịnh Xuân Thắng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Trang Trang bìa phụ ..................................................................................................... i Lời cam đoan ..................................................................................................... ii Lời cảm ơn ....................................................................................................... iii Mục lục ............................................................................................................. iv Danh mục các từ viết tắt................................................................................... vi Danh mục bảng................................................................................................ vii Danh mục hình vẽ .......................................................................................... viii MỞ ĐẦU .............................................................................................................................1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...........................................................................4 1.1. CÂY ĐẬU XANH ..................................................................................... 4 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại cây đậu xanh ........................................................ 4 1.1.2. Đặc điểm nông sinh học và giá trị kinh tế của cây đậu xanh .................. 4 1.1.3. Đặc điểm hóa sinh của đậu xanh ............................................................. 8 1.1.4. Tình hình sản xuất đậu xanh trên thế giới và ở Việt Nam ...................... 9 1.2. GEN LTP VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU XANH ...... 11 1.2.1. Hạn và cơ sở hoá sinh, sinh học phân tử của tính chịu hạn .................. 11 1.2.2. Protein vận chuyển lipid và gen LTP (Lipid Transfer Protein) ............ 13 1.3. ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ TẾ BÀO THỰC VẬT TRONG CẢI TIẾN GIỐNG CÂY TRỒNG .................................................................................... 15 1.3.1. Cơ sở tế bào học của kỹ thuật nuôi cấy mô tế bào thực vật.................. 15 1.3.2. Nghiên cứu chọn giống cây trồng bằng kỹ thuật chọn dòng tế bào soma .. 17 Chƣơng 2: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................18 2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT VÀ THIẾT BỊ ................................................ 18 2.1.1. Vật liệu .................................................................................................. 18 2.1.2. Các hóa chất chuyên dụng .................................................................... 18 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.1.3. Thiết bị .................................................................................................. 18 2.2. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................... 19 2.2.1. Nghiên cứu ngoài đồng ruộng ............................................................... 19 2.2.2. Thống kê sinh học ................................................................................. 19 2.2.3. Phân tích hóa sinh ................................................................................ 20 2.2.4. Phân tích sinh học phân tử .................................................................... 21 2.2.5. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................. 27 Chƣơng 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................................28 3.1. ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC CỦA CÁC DÒNG ĐẬU XANH CHỌN LỌC VÀ GIỐNG GỐC ................................................................................... 28 3.1.1. Đặc điểm nông sinh học của các dòng đậu xanh chọn lọc có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước ở thế hệ R2.............................................................. 28 3.1.2. Đặc điểm nông sinh học và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đậu xanh ở thế hệ R3 ....................................................................................... 31 3.2. CHẤT LƯỢNG HẠT CỦA CÁC DÒNG ĐẬU XANH CÓ NGUỒN GỐC TỪ MÔ SẸO CHỊU MẤT NƯỚC ........................................................ 34 3.3. KẾT QUẢ PHÂN LẬP GEN LTP .......................................................... 35 3.3.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số ........................................................... 35 3.3.2. Kết quả nhân gen LTP từ hệ gen của dòng D15 và giống gốc ............. 36 3.3.3. Kết quả biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào khả biến E.coli DH5α .. 37 3.3.4. Kết quả chọn lọc dòng tế bào mang vecto tái tổ hợp ............................ 38 3.3.6. Kết quả xác định trình tự nucleotide của gen LTP ............................... 40 3.3.7. Kết quả so sánh trình tự nucleotide của gen LTP của các dòng đậu xanh nghiên cứu ....................................................................................................... 42 3.3.8. Kết quả so sánh trình tự amino acid của các dòng đậu xanh nghiên cứu...... 45 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ...........................................................................................47 TÀI LIỆU THAM KHẢO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ABA Abscisic acid ASTT Áp suất thẩm thấu DNA Deoxyribose nucleic acid RNase Ribonuclease Bp Base pair EDTA Ethylene Diamin Tetraacetic acid CTAB Cetyl Trymethyl Amonium Bromide IPTG Isopropylthio- beta-D- glactoside LB Luria Bertani LTP Lipid transfer protein OD Optical densyti PCR Polymerase chain Reaction TAE Tris- acetic acid- EDTA X- gal 5- brom- 4- chlobo- 3- indolyl- β-D- galactosidase Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC BẢNG Trang Bảng 2.1. Danh mục các thiết bị sử dụng ........................................................ 18 Bảng 2.2. Thành phần của PCR ....................................................................... 22 Bảng 2.3. Chu trình nhiệt độ trong phản ứng PCR .......................................... 23 Bảng 2.4. Thành phần phản ứng nối sản phẩm PCR vào vector tách dòng ..... 25 Bảng 2.5. Thành phần của phản ứng cắt plasmid tái tổ hợpbằng enzym BamHI ... 26 Bảng 3.1 Đặc điểm và mức độ biến dị của một số tính trạng nông sinh học và yếu tố cấu thành nên năng suất .................................................... 29 Bảng 3.2. Đặc điểm, mức độ biến dị của một số tính trạng nông sinh học và yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đậu xanh ở thế hệ R3 ...... 32 Bảng 3.3. Hàm lượng protein, lipid của các dòng đậu xanh và giống gốc ...... 34 Bảng 3.4. Trình tự mồi nhân gen LTP ............................................................. 36 Bảng 3.5. Vị trí sai khác trình tự nucleotide gen LTP ở VC1973A và D15 ... 42 Bảng 3.6. Vị trí sai khác trình tự nuclotide của gen LTP ở hai mẫu đậu xanh VC1973A và D15 với các trình tự đã công bố trên GenBank . 44 Bảng 3.7. Vị trí sai khác amino acid của gen LTP hai mẫu đậu xanh VC1973A, D15 với các trình tự đã công bố trên Genbank .............. 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH Trang Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm tổng quát ................................................................ 19 Hình 2.2. Sơ đồ vector pBT ............................................................................... 24 Hình 3.1. Các dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô seo chịu mất nước thế hệ R2 .... 28 Hình 3.2. Các dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước thế hệ R3 .... 33 Hình 3.3. Quả và hạt của hai dòng D15 và D40 ................................................ 33 Hình 3.4. Hình ảnh điện di DNA tổng số tách chiết từ mô lá của giống đậu xanh VC1973A và dòng D15 ............................................................ 35 Hình 3.5. Hình ảnh điện di kết quả nhân gen LTP ............................................ 36 Hình 3.6. Hình ảnh khuẩn lạc............................................................................. 37 Hình 3.7. Kết quả điện di sản phẩm colony-PCR ............................................. 38 Hình 3.8. Kết quả điện di plasmid tinh sạch chứa đoạn gen LTP ..................... 39 Hình 3.9 . Kết quả điện di sản phẩm căt plasmid tái tổ hợp bằng enzyme ........ 39 Hình 3.10. Trình tự nucleoitde của gen LTP ở hai mẫu đậu xanh D15 và VC1973A ........................................................................................... 41 Hình 3.11. Trình tự nucleotide của gen LTP ở hai mẫu đậu xanh VC1973A và D15 với các trình tự đã công bố .................................................... 43 Hình 3.12. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ giữa các trình tự gen LTP .............. 44 Hình 3.13. So sánh trình tự amino acid gen LTP của hai mẫu đậu xanh VC1973A và D15 .............................................................................. 45 Hình 3.14. So sánh trình tự amino acid của gen LTP hai mẫu đậu xanh VC1973A và D15 so với các mẫu trên Genbank .............................. 46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cây đậu xanh (Vigna radiata L.Wilczek) là cây công nghiệp ngắn ngày trồng lấy hạt giữ vị trí quan trọng của nhiều nước châu Á và Việt Nam. Hạt đậu xanh chứa nhiều chất dinh dưỡng như: protein chứa khoảng 23%- 28%, 1.3% lipid, 4.79% chất sơ, 64.12% hydratcacbon, các loại Vitamin A, B1, B2, C. Một số nguyên tố khoáng và hàm lượng chất sắt rất cao. Nước ta trồng nhiều đậu xanh, hạt đậu xanh dùng làm thực phẩm, bột đậu xanh rang chín hòa với nước sôi là loại nước uống rất bổ dưỡng. Ngoài ra hạt đậu xanh còn là một loại dược liệu quí có tác dụng chữa một số bệnh như bệnh tiểu đường, bệnh phù thũng, giải nhiệt hà khí. Đặc biệt đậu xanh còn có tác dụng giải độc do thuốc và các chất kim loại. Trồng đậu xanh ngoài thu hạt ra các phụ phẩm còn được dùng làm thức ăn cho gia súc và trồng đậu xanh có tác dung cải tạo đất do rễ cây có những nốt sần chứa vi khuẩn cố định nitơ Rhizobium. Ở Việt Nam, cây đậu xanh được trồng lâu đời và phân bố ở nhiều vùng khác nhau trong cả nước, nhưng năng suất chưa cao. Quá trình biến đổi khí hậu toàn cầu đã dẫn đến những hiện tượng thời tiết cực đoan và làm cho khí hậu ngày càng diễn biến phức tạp. Việt nam, cũng là một trong những quốc gia chịu nhiều ảnh hưởng của biến đổi khí hậu. Sự thay đổi về lượng mưa trong năm và sự phân bố lượng mưa không đồng đều giữa các vùng, hiện tượng hạn hán kéo dài cùng với các yếu tố bất lợi khác đã ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự sinh trưởng và phát triển, làm giảm năng suất và sản lượng cây trồng, trong đó có cây đậu xanh. Cây đậu xanh thuộc nhóm cây chịu hạn kém, vì vậy nghiên cứu nâng cao khả năng chịu hạn của cây đậu xanh trong điều kiện khí hậu hiện nay là một yêu cầu cấp thiết. Chọn dòng biến dị soma trong công nghệ tế bào thực vật là một trong các biện pháp công nghệ hiện đại được áp dụng để cải thiện khả năng chịu hạn của cây đậu xanh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Tính chịu hạn của thực vật liên quan đến sản phẩm biểu hiện của nhiều gen, trong đó có gen LTP (Lipid transfer protein). Gen mã hóa LTPs thuộc họ gen pathogenesis – relate, có khả năng tổng hợp protein thúc đẩy quá trình vận chuyển phospholipid tới màng. LTP còn hỗ trợ việc tạo ra lớp sáp hoặc lớp biểu bì giúp thực vật bảo vệ, phản ứng và đáp ứng lại những thay đổi của môi trường. Ở cây trồng, LTP tham gia vào việc hình thành cutin, chống lại các tác nhân gây bệnh và quá trình thích nghi của cây đối với các điều kiện khác nhau của môi trường sống. Khi gặp các điều kiện bất lợi của môi trường các nhân tố như hormone, các quá trình trao đổi ion, các con đường truyền tín hiệu ... sẽ điều khiển gen LTP hoạt động tổng hợp protein và tăng cường vận chuyển phospholipid tới màng, tăng tính bền vững của thành tế bào và khả năng giữ nước của màng nhằm giúp cây trồng chống lại điều kiện khô hạn của môi trường. Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi tiến hành đề tài nghiên cứu cho luận văn là: “Đánh giá đặc điểm nông sinh học và so sánh trình tự gen LTP của một số dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Chọn được dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước ưu việt về một số đặc điểm nông sinh học và chất lượng hạt. Xác định được sự sai khác trong trình tự gen LTP của dòng đậu xanh thuộc nhóm chịu hạn tốt và chịu hạn kém. 3. Nội dung nghiên cứu - Phân tích di truyền số lượng của một số đặc tính nông sinh học của các dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo mất nước ở các thế hệ R2, R3. - Đánh giá chất lượng hạt trên phương diện hoá sinh của một số dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 - Nhân bản gen LTP bằng kỹ thuật PCR từ các dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước. - Tách dòng và xác định trình tự gen LTP từ các dòng đậu xanh có nguồn gốc từ mô sẹo chịu mất nước. - So sánh trình tự gen, trình tự amino acid giữa các dòng đậu xanh nghiên cứu và các trình tự đã công bố trên Ngân hàng gen quốc tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY ĐẬU XANH 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại cây đậu xanh Đậu xanh (Vigna radiata L. Wilczek), có bộ NST 2n = 22, là loại cây đậu ăn hạt, thân thảo. Đậu xanh có nguồn gốc từ Ấn Độ, được phân bố rộng rãi ở các vùng nhiệt đới trong đó chủ yếu là ở các nước Đông và Nam Á sau đó được trồng phổ biến ở nhiều khu vực trên thế giới. Phân loại khoa học của cây đậu xanh: - Giới (regnum): Plantae - Ngành (division): Magnolyophita - Lớp (class): Magnolyopsida - Bộ (order): Fabales - Họ (Familia): Fabaceae - Chi (genus): Vigna - Loài (species): V. Radiata Chi Vigna là một trong những chi lớn trong họ đậu, bao gồm 7 chi phụ. Chi phụ Ceratotropic còn được gọi là nhóm đậu châu Á mang những đặc điểm điển hình cho Vigna. Ceratotropic phân bố khắp các vùng nhiệt đới và á nhiệt đới của châu Á, Ôxtrâylia và các nước khác thuộc châu Á Thái Bình dương. Dạng hoang dại của Vigna radiata được tìm thấy tại Madagasca và bờ biển phía đông châu Phi [12] 1.1.2. Đặc điểm nông sinh học và giá trị kinh tế của cây đậu xanh Bộ rễ cây đậu xanh thuộc loại rễ cọc bao gồm rễ chính và các rễ phụ. Rễ chính thường ăn sâu khoảng 20 - 30 cm, trong điều kiện thuận lợi có thể ăn sâu tới 70 - 100 cm. Rễ phụ thường gồm 30 - 40 cái, dài khoảng 20 - 25 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 cm, phân bố chủ yếu trên tầng mặt. Trên rễ phụ có nhiều lông hút làm nhiệm vụ hút các chất dinh dưỡng từ đất bộ rễ của cây đậu xanh yếu hơn nhiều so với các cây đậu đỗ khác nên khả năng chịu hạn của cây đậu xanh tương đối kém. Trên rễ cây đậu xanh có nhiều nốt sần chứa vi khuẩn cổ định đạm Zhizobium. Số lượng nốt sần ở cây họ đậu không nhiều như một số cây đậu đỗ khác, trung bình có 2030 nốt sần. Số lượng và khả năng hoạt động của nốt sần là đảm bảo cho cây được cung cấp lượng đạm nhiều do đó có năng suất cao [5]. Thân và cành cây đậu xanh thuộc loại thân thảo, là cây hàng năm., hình trụ, phân đốt, cao khoảng 40 - 70 cm. Thân có màu xanh hoặc tím. Thân có 3 dạng: đứng thẳng, đứng nghiêng, bò lan trên mặt đất. Dạng bò lan thường chỉ gặp ở vùng đồi núi của Ấn Độ và Mianma Thân đậu xanh nhỏ, tròn, có một lớp lông màu nâu sáng bao bọc. Trên thân chia 7 - 8 đốt, ở giữa hai đốt gọi là lóng. Độ dài của các lóng thay đổi tùy theo vị trí trên cây và điều kiện khác nhau. Các lóng dài khoảng 8 - 10 cm, các lóng ngắn chỉ 3 - 4 cm. Từ các đốt mọc ra các cành, trung bình có 1 - 5 cành. Cây đậu xanh ít phân cành và thường phân cành muộn. Cành mọc từ nách lá thứ 2, 3 trên mỗi cành có từ 23 mắt, từ đó mọc ra các chùm hoa [5], [12]. Lá cây đậu xanh thuộc loại lá kép, có ba lá chét, mọc cách. Trên mỗi thân chính có 7 - 8 lá thật, chúng xuất hiện sau khi xuất hiện lá mầm và lá đơn. Lá thật hoàn chỉnh gồm có: lá kèm, cuống lá và phiến lá. Cả hai mặt trên và dưới của lá đều có lông bao phủ. Tốc độ hình thành lá kép phụ thuộc vào thời vụ, giống và kĩ thuật chăm sóc. Vị trí của lá kép trên thân hoặc trên cành thường mọc so le tại các phần giữa các đốt thân hay cành. Kích thước của phiến lá và độ dài của cuống lá thay đổi tùy thuộc vào vị trí của tầng lá. Điều này biểu hiện sự sinh trưởng và phát triển bình thường của cây đậu xanh [5]. Hoa đậu xanh là loại hoa lưỡng tính, hình thành trên các trục hoa, trên mỗi trục hoa có thể phát triển thành một hàng hoa mọc đối nhau . Các chùm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 hoa chỉ phát sinh ra từ các mắt thứ ba ở trên thân, nhiều nhất là ở mắt thứ tư, còn ở các cành thì tất cả các mắt đều có khả năng ra hoa. Thường sau khi cây mọc 18 - 20 ngày thì mầm hoa hình thành , sau 35 - 40 ngày thì nở hoa. Trong một chùm hoa, từ khi hoa đầu tiên nở đến hoa cuối cùng kéo dài 10 - 15 ngày. Mỗi chùm hoa dài từ 2 - 10 cm và có từ 10 - 125 hoa. Khi mới hình thành hoa có hình cánh bướm, màu xanh tím, khi nở cánh hoa có màu vàng nhạt. Trong tự nhiên, hoa đậu xanh thường nở rải rác thành từng đợt khác nhau. Căn cứ vào thời gian nở hoa các giống đậu xanh có thể chia làm 3 nhóm: - Nhóm ra hoa tập trung: hoa nở kéo dài dưới 16 ngày. - Nhóm ra hoa trung gian: hoa nở kéo dài trong thời gian 16-30 ngày. - Nhóm ra hoa không tập trung: hoa nở liên tiếp trên 30 ngày. Quả non được hình thành sau khi hoa thụ phấn 2-3 ngày. Quả đậu xanh thuộc loại quả giáp, có dạng hình trụ, dạng tròn hoặc dạng dẹt với đường kính 4 6 mm, có 2 gân nổi rõ dọc hai bên quả, đa số là quả thẳng, có một số hơi cong, khi còn non quả có màu xanh, khi chín vỏ quả có màu nâu vàng hoặc xám đen, đen, nhưng phổ biến hơn cả là màu đen và màu nâu, gặp nắng rễ bị tách vỏ. Một cây trung bình có khoảng 20 - 30 quả, có chiều dài trung bình 8cm - 10cm, quả dài nhất là 15cm. Trên vỏ quả được bao phủ một lớp lông mịn [5]. Hạt đậu xanh xanh nhạt. Hạt có hình tròn, hình trụ, hình ô van, hình thoi... và có nhiều màu sắc khác nhau như: màu xanh mốc, xanh bóng, xanh nâu, vàng mốc, vàng bóng nằm ngăn cách nhau bằng những vách xốp của quả. Ruột hạt màu vàng, xanh. Hạt không nội nhũ, phôi cong, hai lá mầm dày, lớn và chứa nhiều chất dinh dưỡng. Màu sắc của vỏ hạt tương quan tương đối chặt chẽ với vùng địa lí phân bố. Số lượng hạt trung bình trong 1 quả là một trong những yếu tố quyết định năng suất của đậu xanh. Trung bình mỗi quả có 8 - 9 hạt. Quả lớn nhất có đến 18 hạt [5]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Sinh trưởng và phát triển của cây đậu xanh: Có 2 giai đoạn sinh trưởng và phát triển chủ yếu ở đậu xanh: - Các giai đoạn sinh trưởng sinh dưỡng: Được bắt đầu bằng thời kỳ SDm, là lúc hạt đậu xanh nảy mầm. Tiếp theo là thời kỳ SDl, lúc này cây bắt đầu xuất hiện lá mầm. Các thời kì tiếp theo là SD2, SD3...tương ứng với thứ tự hình thành các đốt trên cây. Kết thúc giai đoạn SDn tương ứng với số đốt cuối cùng trên cây. Số đốt hình thành trên cây đậu xanh thay đổi tùy thuộc vào đặc điểm của giống. - Các giai đoạn sinh trưởng sinh thực: Được chia thành 8 thời kì bắt đầu từ ST1 đến ST8, tương ứng với các thời kì hình thành hoa, quả, hạt đậu. Cây đậu xanh có đặc điểm sinh trưởng vô hạn hoặc bán vô hạn, nên việc xác định các thời kì sinh trưởng sinh thực thường gặp nhiều khó khăn, vì trên một cây đồng thời vừa có cả nụ, hoa, quả non và quả chín. Vì vậy, thời kì sinh thực của đậu xanh chỉ mang tính chất tương đối [5], [12]. Bên cạnh những cây lương thực có giá trị kinh tế như lúa, lạc, ngô, đậu tương...thì đậu xanh cũng được coi là loại cây trồng đem lại giá trị kinh tế cao cho nông dân. Trong hạt đậu xanh có nhiều các chất dinh dưỡng quan trọng như protein, lipid, các loại vitamin, khoáng chất. Protein của đậu xanh có nhiều các amino acid không thể thay thế cho nên đậu xanh được dùng để làm thực phẩm rất bổ dưỡng và chế biến thành các món ăn đặc sản của nhiều địa phương được ưa chuộng ở trong nước và ngoài nước. Đậu xanh còn được dùng trong các bài thuốc cổ truyền có tác dụng chữa bệnh rất tốt. Ngoài ra, trồng cây đậu xanh còn có tác dụng cải tạo và bồi dưỡng đất. Nhờ hệ rễ đậu xanh có các nốt sần chứa các vi khuẩn cộng sinh thuộc chi Rhizobium có khả năng cố định nitơ từ khí trời. Vì vậy, đất sau khi trồng đậu xanh sẽ trở nên tơi xốp và giàu dinh dưỡng hơn [12]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 1.1.3. Đặc điểm hóa sinh của đậu xanh Hạt đậu xanh chứa 23 - 28% protein, 1,3% lipid, 56 - 60% glucid, 12% nước, các vitamin B1, B2, C… ,các muối khoáng như Ca, Na, Fe, K …. Đối với cây trồng thu hạt nói chung và cây đậu xanh nói riêng, đánh giá chất lượng hạt được thực hiện bằng những phân tích thành phần hoá sinh trong hạt như: hàm lượng protein, lipid, đường, thành phần amino acid, hàm lượng và hoạt độ của các enzyme trong hạt ở giai đoạn nảy mầm... Trong đó, hai thành phần quan trọng có ảnh hưởng lớn đến sự nảy mầm của hạt và sự phát triển của cây là protein và lipid. Protein Protein đậu xanh chiếm đầy đủ các loại amino acid không thay thế, là nguồn cung cấp đạm bổ dưỡng và dễ tiêu hóa cho con người và động vật. Protein đậu xanh có đầy đủ các tính chất tốt và có ích của các loại protein nói chung. Trong hạt đậu xanh, các phân tử protein chiếm khoảng 23 - 28% và được chia thành hai nhóm: nhóm protein đơn giản và nhóm protein phức tạp. Trong nhóm protein đơn giản chủ yếu là globulin, chiếm từ 60 - 80%, còn lại là albumin và một số loại khác. Chức năng chính của protein dự trữ là cung cấp amino acid và nitơ cho quá trình nảy mầm của hạt [12]. Ngoài ra, protein của đậu xanh còn có một số đặc tính tốt khác như khả năng hút nước, hòa tan chất đạm của nó trong nước. Bột đậu xanh và protein của nó còn có khả năng tạo nhũ tương. Lipid Lipid là một thành phần cơ bản trong cơ thể thực, động vật, là thành phần cấu tạo cơ bản lên màng sinh học và là nguồn cung cấp năng lượng quan trọng cho cơ thể. Lipid cùng với protein và polysaccarid cung cấp năng lượng cho sự nẩy mầm của hạt. Lipid không hoà tan trong nước nhưng tan trong các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 dung môi hữu cơ không phân cực như ether, petroleum ether, benzen. Hàm lương lipid trong hạt đậu xanh tương đối thấp, trung bình 1.3% nhưng ảnh hưởng lớn đến chất lượng hạt và phát triển của cây. 1.1.4. Tình hình sản xuất đậu xanh trên thế giới và ở Việt Nam Theo kết quả điều tra của của Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau quả châu Á (AVRDC), hàng năm trên thế giới có ít nhất 23 nước sản xuất đậu xanh. Hiện nay, đậu xanh là cây đậu đỗ quan trọng của Thái Lan, Sri lanka, Ấn Độ. Đậu xanh cũng được trồng nhiều ở Ôxtrâylia, Trung Quốc, Hàn Quốc, Hoa kỳ. AVRDC cũng cho biết diện tích, năng suất và sản lượng đậu xanh của thế giới đang tăng qua các năm [5]. Tại Srilanka trong những năm 1965-1986 diện tích, sản lượng đều tăng nhanh, tuy nhiên, từ năm 1997-2001 tình hình sản xuất đậu xanh có xu hướng giảm về diện tích trồng. Trung Quốc cùng là một trong những nước chính sản xuất đậu xanh của thế giới. Trong những năm 1957, diện tích gieo trồng là 1,64 triệu ha và sản lượng là 800 000 tấn và năng suất vẫn còn thấp chỉ vào khoảng 488kg/ha, và suy giảm qua các năm tiếp theo. Bắt đầu từ năm 1980 đến 2000, do sự thay đổi trong chính sách của chính phủ và áp dụng các biện pháp khoa học kỹ thuật thì sản xuất đậu xanh lại được phục hồi và hiện nay, hàng năm Trung Quốc xuất khẩu đậu xanh tới hơn 60 nước và khu vực trên thế giới. Năm 2000, thị trường xuất khẩu đậu xanh lớn nhất của Trung Quốc có thể kể đến là Nhật Bản (40000 tấn/ 88000 tấn), sau đó là Hoa kỳ (8144 tấn), Việt Nam (7645 tấn), Hàn Quốc (7199 tấn), Đài Loan (4466 tấn), Anh (2479 tấn), Canada (2495 tấn), Pháp (1289 tấn)… [12]. Đậu xanh là một trong những loại cây trồng truyền thống ở Việt Nam. Trên cơ sở các điều kiện khí hậu, đặc điểm sinh thái của từng vùng mà các vùng trồng đậu xanh của nước ta như sau: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 + Vùng núi phía Bắc: các tỉnh ở vùng này trồng nhiều đậu xanh gồm: Sơn La, Lai Châu, Cao Bằng, Hà Giang. Vùng này khí hậu có mùa đông lạnh từ tháng 11 đến tháng 2, các tháng còn lại nóng ẩm, cây đậu xanh cũng được gieo trồng vào dịp này. Đậu xanh trồng ở vùng này ít được thâm canh, năng suất trung bình 600-700kg/ ha [5]. + Vùng Đồng bằng và Trung du Bắc bộ: Đậu xanh trồng ở vùng này thường được chăm sóc đầy đủ hơn, thâm canh cao hơn và tưới tiêu hợp lý hơn, tăng năng suất. Thực hiện luân canh 3-4 vụ/ năm, năng suất trung bình 8- 10 tạ/ ha [5]. + Vùng Duyên Hải Nam Trung bộ: Đây là vùng có diện tích trồng đậu xanh lớn, sản lượng cao do ít chịu ảnh hưởng của mùa đông. Khí hậu thuận lợi phân chia rõ rệt mùa mưa và mùa khô. Đậu xanh có triển vọng phát triển mạnh ở vùng này [5]. + Vùng Đông Nam bộ: Cây đậu xanh ở vùng này có diện tích lớn nhất, chiếm 26% diện tích gieo trồng của cả nước. Mặc dù vậy năng suất trung bình chưa cao, chỉ đạt 5 tạ/ ha. Nguyên nhân do sử dụng các giống đậu xanh kém chất lượng, các giống cũ, năng suất thấp, không có điều kiện thâm canh [5]. Hiện nay, có một số giống đậu xanh trồng phổ biến như: ĐX044, V123,HL- 115... Giống ĐX044 đang được trồng nhiều ở vùng đồng bằng và trung du Bắc bộ; giống V123 (3V123) năng suất 1800 - 2000 kg/ha, thâm canh có thể đạt 2000 – 7000 kg/ ha, có thể trồng 3 vụ/ năm; T135 năng suất 2900 kg/ha, 28% protein, ruột vàng thơm ngon, trồng ở các tỉnh phía Bắc; giống V91 – 15 (VC3528A) năng suất từ 1200 – 1400 kg/ ha, cây cứng, ít đổ, ít nhiễm bệnh vàng lá, trồng được trên nhều loại đất ở các tỉnh phía Nam; giống HL – 115 năng suất từ 1000 – 1300 kg/ ha trong vụ hè và 1400 – 2200 kg/ha trong vụ thu đông tại các tỉnh phía Nam. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 1.2. GEN LTP VÀ KHẢ NĂNG CHỊU HẠN CỦA CÂY ĐẬU XANH 1.2.1. Hạn và cơ sở hoá sinh, sinh học phân tử của tính chịu hạn Khái niệm hạn dùng để chỉ tình trạng thiếu nước của thực vật do môi trường gây nên, làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của thực vật [10]. Có 3 dạng hạn đối với thực vật là: hạn đất, hạn không khí và hạn sinh lý. - Hạn đất Khi lượng nước dự trữ trong đất trở lên cạn kiệt thì xảy ra hạn đất. Do đó cây không thể lấy nước từ đất cung cấp đủ cho hoạt động sống dẫn đến mất cân bằng nước. Hạn đất thường xảy ra ở các vùng có lượng mưa trung bình thấp và mùa khô kéo dài. - Hạn không khí Khi độ ẩm trong không khí quá thấp sẽ xảy ra hạn không khí, dẫn đến làm cho quá trình thoát hơi nước ở cây mạnh có thể làm mất cân bằng nước. Hạn không khí thường xảy ra ở các vùng có gió khô nóng như gió Tây nam ở miền trung. - Hạn sinh lý Khi trạng thái sinh lý của cây không cho phép cây hút nước từ đất, mặc dù trong môi trường nước không thiếu nước. Rễ cây không lấy được nước trong khi đó quá trình thoát hơi nước ở lá vẫn diễn ra cũng làm mất cân bằng nước trong cây. Mỗi cây trồng đều có một giới hạn đối với các nhân tố sinh thái của môi trường. Nếu ngoài giới hạn đó sẽ gây hại cho cây trồng như: giảm năng suất, giảm khả năng sinh trưởng và phát triển. Khi tình trạng hạn xảy ra cây sẽ phản ứng lại bằng cách đóng khí khổng, giảm thoát hơi nước, giảm quang hợp, tăng tích lũy ABA, prolin, manitol, sorbitol... [47]. Đối với thực vật, nước là một yếu tố rất quan trọng liên quan đến năng suất. Nước là sản phẩm trung gian và cuối cùng của quá trình chuyển hóa, là Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn