Tài liệu CNSH trong Bảo quản chế biến nông sản - Cà chua chuyển gen ppt

Cây trồng chuyển gen được tạo ra bằng cách đưa đoạn ADN ngoại vào bộ genome của cây trồng nhờ sử dụng kỹ thuật di truyền... Thay đổi kết cấu thịt quảTinh bột chuyển th

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

 

CNSH trong Bảo quản chế biến nông sản

Đề tài: Cà chua chuyển gen

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Ngô Xuân Mạnh

Nhóm sinh viên thực hiện:

Lê Trọng Tấn Dương Xuân Thảo

Đinh Văn Lâm Lê Như Sang

Trần Ngọc Tiệp Đỗ Đức Trọng

Trần Quyết Lê Thế Thuyên

Nguyễn Hữu Giới Lê Văn Chiến

Bùi Văn Công

Nội dung

1 Cây trồng chuyển gen là gì ?

2 Tình hình cây trồng chuyển gen trên thế giới?

3 Cách thức tạo ra cây trồng chuyển gen?

4 Những khó khăn gặp phải sau thu hoạch ?

5 Độ chín của nông sản ?

6 Sự chín của nông sản

7 Cấu trúc thành tế bào thực vật ?

8 Sự chín của quả cà chua

9 Các giai đoạn chín của quả cà chua

10 Bảo quản cà chua sau thu hoạch

11 Cà chua chuyển gen FLAVR SARV TM

12 Cà chua chuyển gen sử dụng công nghệ chín chậm (DR –

Delayed Ripening)

13 Những lợi ích của việc tạo ra cà chua chuyển gen

What are transgenic plants?

• Transgenic plants result from the insertion of genetic material from another organism so that the plant will exhibit a desired trait

Recombinant DNA techniques (DNA formed by combining

segments of DNA from different organisms) are usually used.

• Cây trồng chuyển gen là cây trồng ngoài vật chất di truyền sẵn có của nó còn được

chuyển thêm vật liệu di truyền từ các sinh vật khác để tạo ra các tính trạng mong muốn

bằng cách sử dụng kỹ thuật tái tổ hợp ADN.

Diện tích cây trồng chuyển gen trên toàn thế giới

Sự phân bố của cây trồng biến đổi gen

2001

Các cây trồng được chuyển gen với

nhiều đặc tính khác nhau

How are Transgenic Plants made?

Transgenic plants are made by introducing new or foreign DNA into the genome of the plant by using recombinant techniques.

Fours steps are involved in developing transgenic plants.

Construction of the recombinant molecule.

Transformation techniques.

Selection and testing.

Backcross and gene stability.

Cây trồng chuyển gen được tạo ra bằng cách đưa đoạn ADN ngoại vào bộ genome của cây trồng nhờ sử dụng kỹ thuật di truyền

Cây trồng chuyển gen được tạo ra thông qua 4 bước:

Thiết kế vector tái tổ hợp

Kỹ thuật biến nạp di truyền

Chọn lọc và đánh giá

Lai lại và tạo tính ổn định di truyền

Chuyển gen nhờ vi khuẩn

Agrobacterium tumefaciens

Cấu tạo Ti-Plasmid của

Agrobacterium tumefaciens

Cơ chế chuyển gen nhờ vi khuẩn

Agrobacterium tumefaciens

?

Những khó khăn gặp phải sau thu hoạch

nông sản (cà chua)

Tổn thất về số lượng: biểu hiện bằng sự hao hụt về số

lượng cá thể trong khối nông sản

Tổn thất khối lượng: biểu hiện bằng sự hao hụt chất khô

hay thủy phần của từng cá thể nông sản (do tiêu hao trong quá trình hô hấp hoặc bị vi sinh vật hại)

Tổn thất về chất lượng: biểu hiện bằng sự thay đổi chất

lượng cảm quan, chất lượng dinh dưỡng…Do chưa tích lũy đầy đủ, do các biến đổi trong quá trình bảo quản

Giá bán rẻ do lượng cung sản phẩm quá lớn (được mùa)

Giải pháp khắc phục: tạo cây chuyển gen

Độ chín của nông sản

Độ chín sinh lý (physiological maturity): là thời điểm nông sản đã phát triển thuần thục hoàn toàn về

phương diện sinh lý, quá trình sinh trưởng và tích lũy ngừng lại, nông sản chuyển sang giai đoạn chín hoặc già hóa.

Độ chín thu hoạch (commercial maturity): là độ chín mà nông sản được thu hoạch theo nhu cầu của thị trường Cà chua thu ở giai đoạn quả vẫn còn xanh Độ chín chế biến: là độ chín thích hợp cho một quy trình chế biến

Sự chín của nông sản

Quá trình chín là một sự thay đổi mạnh mẽ trong một vòng đời chuyển

từ trạng thái thuần thục về sinh lý không ăn được sang trạng thái hấp dẫn về màu sắc, mùi, vị, đánh dấu kết thúc quá trình phát triển chuyển sang giai đoạn già hóa.

Các biến đổi xảy ra trong quá trình chín của quả

Sự thành thục của hạt

Thay đổi màu sắc

Hình thành tầng rời

Thay đổi về cường độ hô hấp

Thay đổi về cường độ sản sinh ethylene

Thay đổi về tính thẩm thấu của mô và thành tế bào

Thay đổi về cấu trúc (thành phần các hợp chất pectin)

Thay đổi về thành phần các hợp chất hydratcarbon

Thay đổi các axit hữu cơ

Thay đổi các protein

Sản sinh các hợp chất tạo mùi thơm

Phát triển lớp sáp bên ngoài vỏ quả

Thay đổi về cường độ sản sinh ethylen

Ethylene (C2H4) là một phytohormone quan trọng điều khiển quá trình sinh trưởng phát triển của cây

Được tổng hợp chủ yếu trong các mô già đặc biệt là trong quả đang chín

Khi chín thì hàm lượng ethylene tăng lên rất nhanh thúc đẩy quá trình chín của quả

Ethylene làm tăng tính thấm của màng tế bào nên giải phóng các enzyme liên quan đến quá trình chín như enzyme hô

hấp, enzyme biến đổi độ mềm, mùi vị…

Kích thích sự tổng hợp các enzyme tác động lên sự chín

bằng cơ chế hoạt hóa gen…

Ehtylene hoạt hóa sự hình thành các enzyme cellulase,

pectinase phân giải thành tế bào tạo thành tầng rời theo cơ chế hoạt hóa gen làm cho quả rụng

Thay đổi kết cấu thịt quả

Tinh bột chuyển thành đường

Protopectin chuyển thành pectin làm cho quả mềm

Các hợp chất ở thành tế bào bị phân giải

Từ giải thuyết này các nhà khoa học đi theo hướng tạo cây cà chua chuyển gen ức chế sự phân hủy thành tế bào cho quả không bị mềm quá nhanh tăng thời gian bảo quản

The Plant Cell Wall

Cấu trúc tế thành tế bào thực vật

Thành phần hóa học: thành tế bào được cấu tạo từ polysaccarit,

protein và các hợp chất thơm

Cellulose là thành phần cơ bản cấu trúc nên thành tế bào thực vật, thành tế bào được cấu tạo từ các bó sợi cellulose, các bó sợi này được nhúng vào một khối khuôn mềm dẻo vô định hình được tạo

thành từ hemicellulose, pectin và protein Hàm lượng celluose trong thành tế bào thay đổi theo loại tế bào và tuổi của tế bào

Hemicellulose là các polysaccarit gồm các monosaccarit khác nhau liên kết với nhau tạo nên như: galactose, manose, xylose,

arabinose… (gồm khoảng 150-300 monome)

Pectin: là thành phần quan trọng cấu trúc nên thành tế bào Pectin kết dính với các tế bào với nhau tạo nên một khối vững chắc của các

mô Đặc biệt quan trọng là các protopectin Nó gồm chuỗi axit

pectinic kết hợp với canxi tạo nên pectat canxi Khi thành tế bào bị phân hủy thì thành phần trước tiên bị phân giải là pectat canxi Các pectin bị phân giải làm cho các tế bào tách khỏi nhau, không dính kết với nhau, như khi quả chín, hoặc lúc xuất hiện tầng rời trơớc khi rụng

Galacturonic acid (đơn vị cấu tạo nên pectin)

Cấu trúc thành tế bào thực vật

Lớp giữa: được hình thành khi tế

bào phân chia Phần cấu trúc nằm

giữa hai tế bào biến đổi thành lớp

giữa và có nhiệm vụ gắn kết 2 tế

bào với nhau chủ yếu là pectin

dưới dạng pectat canxi

Lớp 1 hình thành trong quá trình

sinh trưởng của tế bào được cấu

tạo từ vật liệu vừa mềm dẻo, vừa

đàn hồi để điều tiết sự sinh trưởng

của tế bào

Lớp thành thứ 2: được hình thành

khi tế bào ngừng sinh trưởng có tác

dụng tăng độ bền vững cơ học của

thành tế bào làm cho tế bào mất

khả năng sinh trưởng

Quá trình chín của quả

Trong quá trình chín của quả, quả thường chuyển từ trạng thái cứng sang trạng thái mềm Sự thay đổi trạng thái này là do sự thủy phân protopectin thành các pectin hòa tan

hoặc sự phá vỡ liên kết pectin với các thành phần khác của tế bào

Các enzyme tham gia vào quá trình này là pectinesterase, endopolygalacturonase, exopolygalacturonase Enzyme

pectinesterase (PE) hay pectinmethylesterase (PME) xúc tác cho sự thủy phân methylester trong chuỗi pectic, giải

phóng các nhóm carboxyl tự do

Enzyme polygalacturonase (PG) thủy phân pectin tạo thành các polymer có trọng lượng phân tử nhỏ hơn (các

monosaccharide)

Quá trình chín của quả

Cả 2 loại enzyme polygalacturonase đều được tìm thấy trong mô quả sự tăng hoạt tính của

chúng có liên quan chặt chẽ với sự tạo thành

pectin hòa tan và sự thay đổi trạng thái quả khi chín

Enzyme exopolygalacturonase phân tách từng

axit galacturonic từ đầu không khử của phân tử protopectin

Enzyme endopolygalacturonase phá vỡ chuỗi

pectin tại các vị trí bất kỳ, điều này có ảnh hưởng quan trọng tới khả năng hòa tan của các phân tử pectin, làm mô quả mềm

Giới thiệu về cây cà chua

• Cà chua là cây trồng hàng năm yêu cầu thời

gian hoàn thành vòng đời từ 4-6 tháng kể từ khi gieo hạt cho đến khi thu hoạch

• Cà chua là cây trồng có phản ứng trung tính với ánh sáng, tự thụ phấn hoàn toàn

• Một quả cà chua có thể chứa từ 20-150 hạt tùy thuộc vào giống và điều kiện ngoại cảnh

• Hạt chín sinh lý 40-60 ngày sau khi thụ phấn

• Quả cà chua thuộc loại quả chín đột biến

Hô hấp đột biến (Climateric): xảy

ra khi quả đã bắt đầu chín Cường độ hô hấp tăng đột biến trong thời gian ngắn tới đỉnh điểm sau đó

giảm dần tương ứng với giai đoạn quả chín hoàn toàn, lúc này quả đạt chất lượng cao nhất Hô hấp đột biến xảy ra ngay khi quả còn trên cây mẹ, có thể hái sớm và

rấm khi cần thiết

Hô hấp thường (Non-Climateric): quá trình chín xảy ra khi quả còn ở trên cây, cường độ hô hấp

chậm dần trong quá trình sinh

trưởng và sau thu hoạch

Những biến đổi chính xảy ra trong quá trình

thành thục và chín của quả cà chua

Chuyển hóa tinh bột thành đường

Giảm hàm lượng diệp lục

Mất các enzyme quang hợp

Tích lũy các vitamin

Phân hủy các hợp chất alkaloid như là

-tomatin

Gia tăng sự tổng hợp ethylen

Tích lũy lycopene và -caroten

Quá trình mềm hóa của thành tế bào

Hô hấp tăng

Diệp lục Enzyme PG

Sự thay đổi sắc tố khi quả cà chua chín

(Mature green)

Break

Các giai đoạn chín của quả cà chua

Thời kỳ quả xanh: quả và hạt phát triển chưa hoàn chỉnh Nếu thu hái quả ở thời kỳ này và thông qua các phưng pháp thúc chín thì quả chín không bình thường, quả không có

hương vị, không có mầu sắc đặc trưng của giống.

Thời kỳ chín xanh: Chất keo bao quanh hạt được hình thành, quả chưa có mầu hồng

hoặc màu vàng Nếu đem thúc chín thì quả sẽ thể biện mầu sắc của giống.

Các giai đoạn chín của cà chua (tiếp)

Thời kỳ chín vàng : Đỉnh quả xuất hiện màu vàng hoặc màu hồng với diện tích bề mặt chiếm khoảng 10%.

Thời kỳ chuyển màu: Diện tích bề mặt từ 10-30% có mầu vàng hoặc đỏ.

Thời kỳ chín hồng: Diện tích bề mặt quả từ 30-60% có mầu hồng nhạt hoác mầu vàng.

Thời kỳ quả hồng hoặc đỏ : Diện tích bề mặt quả từ

>60-90% có mầu vàng hoặc đỏ.

Thời kỳ quả chín đỏ: Diện tích bề mặt từ trên 90% trở lên.

Bảo quản cà chua sau thu hoạch

Bảo quản trong điều kiện tự nhiên Chọn những quả có khối lượng quả trung bình, khi chín quả rắn chắc Chọn quả ở

thời kỳ chín xanh, thu hái quả về sắp xếp quả ở nơi thoáng mát (không được chất đống) để giảm nhiệt độ trong quả,

giảm hô hấp Dùng vải mềm, giấy mềm lau chùi quả sạch, tách bỏ lá đài, không để lại vết nứt, rách Sau đó đưa quả lên dàn hoặc xếp quả vào khay gỗ, khay nhựa, những khay nhựa có thể chồng lên nhau nhưng không cao quá lắm Nên phân cấp quả khi bảo quản, thường xuyên kiểm tra trong

thời gian bảo quản để giảm thiểu hiện tượng hao hụt khối lượng và chất lượng

Phân loại cà chua trước khi đưa vào bảo quản

Bảo quản cà chua truyền thống

Bảo quản cà chua Flavr Savr trên đồng ruộng

Chuyển gen tạo cà chua FLAVR SAVRTM

Đối tượng tiến hành chuyển gen là giống cà chua

Lycopersicon esculentum

Tính trạng chuyển: hãm quá trình mềm của quả thông

qua việc ức chế sự hoạt động của enzyme PG

(Polygalacturonase)

Chuyển gen thông qua vi khuẩn đất Agrobacterium

tumefaciens

Mục đích sử dụng cho tiêu dùng hoặc chế biến sản

phẩm đã được thương mại hóa

Sản phẩm rất an toàn cho người sử dụng

Pectin làm cho tế bào cứng rắn

Khi quả chín lớp vỏ quả mềm là do quá trình phân giải pectin do enzyme tế bào sinh ra

PGPolygalacturonase enzyme

Pectin làm cho tế bào cứng rắn

Sự mềm của quá là nhờ vào quá trình

phá hủy cấu trúc của pectin

PGPolygalacturonase

C 2 H 4

The Flavr Savr tomato ripens

on the vine – resulting in fuller

flavour It is modified so that it

remains firm after harvesting.

Flavr Savr Traditional

Ripe and Increased Flavour. Ripe but decreased Flavour.

The traditional tomato is sprayed with ethylene after shipping to induce ripening.

The traditional tomato must be harvested while it is still green and firm so that it is not crushed

on the way to the supermarket.

Công nghệ đối bản sử dụng để hạn chế PG enzyme

TATATACGAAGGCAC……

ATATATGCTTCCGTG……

TACGAAGGCAC TATAATGCTTCCGTG…ATAT

AUGCUUCCGUG

P

PUACGAAGGCAC…

AUGCUUCCGUG

UACGAAGGCAC

Sợi kép ARN không thể phiên mã do đó không tạo ra enzyme PG

Công nghệ ARN ngược nghĩa

Antisense Technology

Cà chua chuyển gen đối bản PG giảm thiểu tới 95% PG enzyme

Cà chua Flavr-Savr chín ngay trên cánh đồng nhưng quả vẫn rắn chắc trong một thời gian dài

mRNA sẽ bắt cặp bổ sung với sợi đối bản với nó và không tiến hành dịch mã được do đó enzyme PG không được tạo ra, kết quả là pectin không bị phân hủy

Sơ đồ quá trình chuyển gen vào cà chua

thông qua vi khuẩn Agrobacterium

Trong quá trình chín của quá enzyme PG sinh ra sẽ phá vỡ cấu trúc pectin ở thành tế bào làm cho quá chuyển về trạng thái mềm

Cà chua chuyển gen đối bản PG sẽ tạo ra lượng PG ít hơn

Thành tế bào sẽ mềm chậm hơn

Nhiều gen được vận dụng theo cách đó để trả lời các câu hỏi

- Vai trò của hormone đối với quá trình chín

-Các enzyme đã thực hiện như thế nào trong thành tế bào quả chín

Wild-type fruit

Antisense PG fruit

Thời gian thu hoạch khi quả

chuyển màu sắc chín đỏ

tích lũy đầy đủ các chất

Không cần phải xử lý quả

chín bằng ethylene, để cho

quả chín trực tiếp trên đồng

ruộng

Quả cứng rắn, thành quả bị

phân hủy từ từ làm cho chất

lượng quả ổn định và có thể

dự trữ trong kho trong một

khoảng thời gian dài

Thu hoạch ở giai đoạn chín thương phẩm, quả vẫn còn xanh, khi thu về vẫn còn hiện tượng hô hấp chín tiếp (cà chua thuộc loại quả hô hấp đột biến) làm giảm hàm

lượng các chất trong quả

Xử lý quả chín bằng ethylene

Quả nhanh bị thối, dập nát

do vỏ quả mềm