NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY PROTEIN VÀ LECTIN TRONG ĐẬU

TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ, Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế Tập 4, Số 1 (2016)

83

NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY PROTEIN VÀ LECTIN TRONG ĐẬU NGỰ

(Phaseolus lunatus L.) TRỒNG TRÊN VÙNG ĐẤT GÒ ĐỒI VÀ BÃI BỒI VEN SÔNG

Cao Đăng Nguyên1*

, Nguyễn Đức Phước 2, Phan Tiến Dũng

3

1Khoa Sinh học, Trường Đại học Khoa học – Đại học Huế

2Trung tâm Ươm tạo và chuyển giao công nghệ – Đại học Huế

3Trung tâm Công nghệ sinh học Đà Nẵng

*Email: [email protected]

TÓM TẮT

Nghiên cứu sự tích lũy protein và lectin của đậu Ngự trồng trên vùng đất gò đồi và bãi bồi

ven sông ở Thừa Thiên Huế thấy rằng: protein đều tích lũy lớn nhất ở hạt trong giai đoạn

chín thu hoạch (63,41 mg/g với đậu trên vùng bãi bồi và 60,18 mg/g trên vùng gò đồi). Sự

tích lũy lectin cũng đều chỉ xuất hiện ở một số cơ quan trong những giai đoạn nhất định,

nhiều nhất trong hạt ở giai đoạn chín thu hoạch và lectin của đậu trồng vùng gò đồi cao

gấp đôi ( 42,54 Đv/mg) so với vùng bãi bồi (20,19 Đv/mg).

Hình ảnh phổ điện di dịch chiết protein tổng số ở các bộ phận qua các giai đoạn sinh

trưởng và phát triển của đậu ngự trồng trên hai vùng đất cũng cho thấy: phổ điện di

protein tương đối giống nhau trong những bộ phận tương ứng. Trong lá và hạt protein đa

dạng hơn các cơ quan khác (11 băng) nằm trong khoảng 15-200 kDa, các cơ quan còn lại

đều có 8 băng vơi khối lượng phân tử thấp dưới 60 kDa.

Từ khóa: đậu Ngự, lectin, protein, điện di.

1. MỞ ĐẦU

Như đã biết, trong cơ thể protein đảm nhận nhiều chức năng vô cùng quan trọng như

xây dựng cấu trúc tế bào, mô đến các hoạt động xúc tác và nhiều chức năng sinh học khác...

Lectin cũng là chất có hoạt tính sinh học có bản chất protein, lectin được tích lũy nhiều trong cơ

thể động vật, thực vật, vi sinh vật và ở con người [1], [5]; và đặc biệt nhiều nhất ở các cây họ

đậu (Fabaceae), nhằm đảm nhận nhiều chức năng khác nhau như: enzyme; giúp cho sự tích lũy

protein; kích thích phân bào; tuyển chọn vi sinh vật thích hợp tạo nốt sần trong rễ; bảo vệ cơ

thể; vận chuyển đường; bao bọc và bảo quản nguyên liệu dự trữ tế bào…[6], [7], [8].

Mặt khác, do lectin có khả năng tương tác, nhận biết các loại tế bào khác nhau, kể cả tế

bào dị thường và ác tính, tham gia vào phản ứng gắn kết đặc hiệu với những glycoprotein khác,

nên hiện nay lectin được coi là công cụ hữu hiệu để nghiên cứu trong y học đặc biệt trong miễn

dịch học [1], [9].

Cũng như các loài thực vật khác, sự tích lũy protein cũng như lectin thường bị chi phối

Nghiên cứu sự tích lũy protein và lectin trong đậu ngự (Phaseolus lunatus L.) …

84

bởi các điều kiện khí hậu đất đai, tùy thuộc vào từng cơ quan cũng như từng giai đoạn sinh

trưởng và phát triển của cơ thể. Trên cơ sở đó chúng tôi tiến hành nghiên cứu sự tích lũy protein

và lectin và đặc trưng phổ điện di protein trong đậu được trồng trên hai vùng đất khác nhau,

thông qua đó để tìm hiểu mối quan hệ giữa chúng. Mặt khác đưa ra những cơ sở khoa học để lựa

chọn thời điểm và bộ phận thích hợp để thu nhận lectin của đậu cho việc ứng dụng vào thực tiễn.

2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng

Đối tượng là đậu ngự (Phaseolus lunatus L.). Giống đậu ngự được cung cấp bởi công ty

TNHH giống cây trồng Phú Nông – Tp Hồ Chí Minh.

2.2. Phương pháp nghiên cứu

+ Bố trí thí nghiệm: Tiến hành gieo đậu ngự theo thời vụ trên hai vùng đất khác nhau là

ở vùng gò đồi (núi Ngự Bình, TT Huế) và vùng bãi bồi ven sông (sông An Cựu, TT Huế).

+ Xử lý mẫu vật: Thu mẫu ở các cơ quan gồm rễ, thân, lá, hoa, quả và hạt qua các giai

đoạn sinh trưởng và phát triển khác nhau theo Beinroth [2].

Mẫu được rửa sạch trộn đều và nghiền nhỏ, chiết rút bằng đệm PBS (Phosphate buffer

in salt) 7,2 theo tỷ lệ 1 gam mẫu: 5 ml đệm, ly tâm mẫu 6000 vòng/phút trong 30 phút, loại bã

và thu dịch trong để tiến hành các thí nghiệm.

+ Xác định hàm lượng protein theo phương pháp Bradford [3].

+ Xác định hoạt độ lectin theo phương pháp của Gebauer [4].

+ Điện di trên SDS-polyacrylamide theo nguyên tắc của Laemmli [8].

+ Xử lý số liệu: các mẫu phân tích đều được lặp lai 3 lần, xử lý thống kê theo phương

pháp phân tích Ducan’s test (p<0,05).

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu sự tích lũy protein.

Kết quả nghiên cứu sự tích lũy protein của đậu trồng trên hai vùng đất được thể hiện

trên bảng 1 và 2.

Kết quả cho thấy qua các giai đoạn sinh trưởng và phát triên ở đậu ngự trồng trên hai

vùng đất hầu như không khác nhau ở các bộ phận tương ứng. Cụ thể các cơ quan: thân, rễ và

đặc biệt trong lá protein được tích lũy nhiều nhất từ giai đoạn n-1 lá kép cho đến giai đoạn ra

hoa rộ (khoảng 51 mg/g). Như vậy, rõ ràng để chuẩn bị bước vào giai đoạn hình thành các bộ

phận của cơ quan sinh sản thì cây cần tổng hợp nhiều protein góp phần hình thành hạt là nơi tích


85

protein dử trử lớn nhất như đã được biểu thị trong bảng 1 và 2.

Bảng 1. Sự tích lũy protein (mg/g) của đậu ngự trồng tại vùng bãi bồi

Giai đoạn sinh trưởng Cơ quan

Rễ Thân Lá Hoa Quả Hạt

Mọc 9,98b

8,54c

38,78a

Lá đơn 10,13b

10,49b

39,63a

1 Lá kép 17,19c 18,41

b 44,56

a

2 Lá kép 18,39b 18,82

b 45,11

a

3 Lá kép 19.35b

18,82b

43,37a

n-1 Lá kép 27,83b 26,39

c 51,78

a

Bắt đầu ra hoa 32,03b 30,36

c 51,45

a 25,75

d

Hoa rộ 31,03c 29,94

d 50,85

a 35,85

b

Bắt đầu làm quả 29,32b 28,84

c 48,23

a 28,53

c

Làm quả rộ 29,67c 28,14

d 48,23

a 38,15

b

Làm Hạt 30,16c 28,54

d 48,5

b 55,35

a

Quả chắc

Chín sinh lý

30,86c

29,73d

30,49c

31,14c

47,15b

46,21b

54,12

a

54,64a

Chín thu hoạch 24,13d 25,46

c 41,84

b 63,41

a

Chú thích: Các chữ cái khác nhau trên cùng một hàng chỉ sự sai khác có ý nghĩa thống kê của

các trung bình mẫu với P<0,05 (Duncan’s test).

Chú thích này dùng chung cho tất cả các bảng.

Bảng 2. Sự tích lũy protein (mg/g) của đậu ngự trồng tại vùng gò đồi

Giai đoạn Cơ quan


Mọc 12,41b

10,35c

46,26a

Lá đơn 10,42c

12,37b

45,21a

1 Lá kép 19,8b 19,22

b 43,62

a

2 Lá kép 18,28c 19,86

b 41,78

a

3 Lá kép 18,65b 17,98

c 42,11

a

n-1 Lá kép 28,66b 27,18

c 50,21

a

Bắt đầu ra hoa 31,65b 30,19

c 51,31

a 24,07

d

Hoa rộ

Bắt đầu làm quả

Làm quả rộ

31,78c

31,78b

29,73c

31,39c

27,99c

28,02d

51,91a

50,14a

50,14a

34,76b

28,01c

39,51b

Làm Hạt 29,87c 27,92

d 49,24

b 56,01

a

Quả chắc

Chín sinh lý

30,57c

30,05c

28,19d

29,47c

48,07b

47,03b

52,79

a

53,89a

Chín thu hoạch 23,35d 26,04

c 40,09

b 60,18

a

Tuy không có sự khác nhau nhiều về sự tích lũy protein trong đậu trồng trên hai vùng

đất, nhưng kết quả cũng cho thấy rằng; đậu trồng trên đất bãi bồi ven sông protein vẫn được tích

lũy trong hạt nhiều hơn trồng trên vùng gò đồi. Điều đó cho thấy vùng đất bãi bồi mầu mở hơn,


86

đã tạo điều kiện cho sự tích lũy protein nhiều hơn là điều hoàn toàn phù hợp trên lý luận và thực

tiễn

3.2. Nghiên cứu sự tích lũy lectin

Kết quảt nghiên cứu sự tích lũy lectin của đậu trồng trên hai vùng đất được thể trên

bảng 3 và 4.

Bảng 3. Sự tích lũy lectin (Đv/mg) của đậu ngự trồng tại vùng bãi bồi



Mọc - - -

Lá đơn - - -

1 Lá kép - - -

2 Lá kép - - -

3 Lá kép - - -

n- Lá kép - - -

Bắt đầu ra hoa 2,5 - - -

Hoa rộ 5,1 1,37 - -

Bắt đầu làm quả 10,91 2,77 0,83 1,4

Làm quả rộ 10,78 5,69 1,66 2,1

Làm Hạt 10,61 11,21 3,3 5,71

Quả chắc 10,37 10,5 6,79 11,83

Chín sinh lý 5,38 5,14 6,92 23,43

Chín thu hoạch 1,66 1,57 3,82 20,19

Chú thích: Dấu “-“ không có hoạt tính lectin

Bảng 4. Sự tích lũy lectin (Đv/mg) của đậu ngự trồng tại vùng gò đồi



Mọc - - -

Lá đơn - - -

1 Lá kép - - -

2 Lá kép - - -

3 Lá kép - - -

n- Lá kép - - -

Bắt đầu ra hoa 2,53 - - -

Hoa rộ 5,03 1,27 - -

Bắt đầu làm quả 10,07 2,86 0,78 2,86

Làm quả rộ 10,76 5,71 1,6 4,05

Làm Hạt 10,71 11,46 3,23 5,71

Quả chắc 10,46 11,35 6,66 12,12

Chín sinh lý 5,32 5,43 6,8 23,75

Chín thu hoạch 1,71 1,54 3,99 42,54


87

Từ kết quả trên các bảng, chúng tôi nhận thấy ở đậu ngự, lectin chỉ xuất hiện trong các

cơ quan thân, rễ và lá theo từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển nhất định.

Sự xuất hiện lectin bắt đầu từ rễ ở giai đoạn bắt đầu ra hoa, đây cũng chính là thời điểm

mà vi khuẩn cố định đạm xâm nhập và tạo rất nhiều nốt sần ở rễ. Từ đó rõ ràng lectin đã thể

hiện vai trò tuyển chọn vi khuẩn cố đinh đạm xâm nhập vào rễ của đậu để hình thành nốt sần.

Lectin cũng được xuất hiện với hàm lượng nhiều ít khác nhau ở các giai đoạn muộn

hơn trong thân, lá quả và đặc biệt trong hạt lectin được tích lũy nhiều nhất (khoảng 20-40

Đv/mg). Mặt khác, nếu so sánh giữa đậu được trồng trên hai vùng đất, nhậ thấy rằng: ngược lại

với sự tích lũy protein, sự tích lũy lectin diễn ra mạnh mẽ hơn trong đậu trồng trên vùng gò đồi.

Điều đó cho thấy rằng rất có thể lectin đã tham gia vào quá trình giúp đỡ cây chống chọi với

điều kiện khô hạn bất lợi khi sống trên những vùng đất này.

3.3. Nghiên cứu phổ điện di protein

Để tìm hiểu sâu hơn về protein trong đậu ngự, chúng tôi tiến hành điện di protein từ

dịch chiết của các cơ quan theo từng giai đoạn sinh trưởng và phát triển của đậu ngự thu được

các kết quả trên các hình sau đây:

Hình 1. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn mọc

Chú thích: M: Khối lượng protein chuẩn

1G: lá vùng gò đồi; 1B: lá vùng bãi bồi; 2G: thân vùng gò đồi;

2B: thân vùng bãi bồi; 3G: rễ vùng gò đồi; 3B: rễ vùng bãi bồi

(Chú thích được dùng cho tất cả các hình tiếp theo).


88

Hình 2. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn lá đơn

Hình 3. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn 1 lá kép



89


Hình 6. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn n-1 lá kép

Hình 7. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn bắt đầu ra hoa


90


1B: rễ vùng bãi bồi ; 1G: rễ vùng gò đồi; 2B: thân vùng bãi bồi; 2G: thân vùng gò đồi

3B: lá vùng bãi bồi; 3G: lá vùng gò đồi; 4B: hoa vùng bãi bồi 4G: hoa vùng gò đồi

Chú thích này được dùng cho tất cả các hình tiếp theo.

Hình 8. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn hoa rộ

Hình 9. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn bắt đầu làm quả


1B: rễ vùng bãi bồi ; 1G: rễ vùng gò đồi; 2B: thân vùng bãi bồi; 2G: thân vùng gò đồi

3B: lá vùng bãi bồi; 3G: lá vùng gò đồi; 4B: quả vùng bãi bồi 4G: quả vùng gò đồi



91

Hình 10. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn làm quả rộ

Hình 11. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn làm hạt

Hình 12. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn quả chắc


92


1B: rễ vùng bãi bồi; 1G: rễ vùng gò đồi; 2B: thân vùng bãi bồi; 2G: thân vùng gò đồi

3B: lá vùng bãi bồi; 3G: lá vùng gò đồi; 4B: hạt vùng bãi bồi; 4G: hạt vùng gò đồi


Hình 13. Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn chín sinh lý

Hình 14.Phổ điện di protein mẫu đậu ngự ở giai đoạn chín thu hoạch

Kết quả điện di đã cho thấy, protein được tích lũy trong rễ, thân, lá, hoa, quả và hạt của

đậu ngự trồng trên hai vùng sinh thái qua các giai đoạn đều có những nét tương đồng và rất đa

dạng, các băng protein đều có khối lượng phân tử nằm trong khoảng 15-225 kDa. Có 8 băng

đậm tương ứng với 15 kDa; 20 kDa; 27kDa; 35 kDa; 45 kDa; 60 kDa; 150 kDa và 200 kDa.

Tuy nhiên, nếu so sánh giữa các cơ quan sự tích lũy protein có sự sai khác nhau khá rõ

rệt. Cụ thể là protein trong lá và hạt đa dạng hơn các cơ quan khác (11 băng), đặc biệt có 2 băng

đậm tương ứng với 35 kDa và 45 kDa, có thể đây là các loại potein đặc trưng của đậu ngự.


93

Protein trong thân và rễ chỉ có khoảng 8 băng với khối lương phân tử thấp chỉ khoảng dưới 60

kDa. Như vậy sự đa dạng protein trong lá và hạt có ý nghĩa thực tiễn và lý luận, hoàn toàn phù

hợp với chức quang hợp và dử trử của cây.

Mặt khác, sự xuất hiện lectin nhiều trong một số giai đoạn sinh trưởng và phát triển

nhưng không thấy xuất hiện

4. KẾT LUẬN

1. Protein của đậu Ngự trồng trên 2 vùng đất gò đồi và bãi bồi ven sông đều được tích

lũy lớn nhất ở hạt trong giai đoạn chín thu hoạch. Trong đó đậu trồng ở bãi bồi bên sông protein

được tích lũy nhiều hơn (63,41 mg/g) ở vùng gò đồi (60,18 mg/g).

2. Lectin trong đậu cũng đều chỉ xuất hiện ở một số cơ quan trong những giai đoạn nhất

định và nhiều nhất trên hạt ở giai đoạn chín thu hoạch và ngược với sự tích lũy protein, lectin

trong đâu trên vùng gò đồi được tích lũy nhiều hơn (42,54 Đv/mg) vùng bãi bồi ven sông (20,19

Đv/mg).

3. Hình ảnh phổ điện di dịch chiết protein tổng số ở các bộ phận qua các giai đoạn sinh

trưởng và phát triển của đậu ngự trồng trên hai vùng đất tương đối giống nhau ở các bộ phận

tương ứng. Trong đó lá và hạt protein đa dạng hơn cả có 11 băng với khối lượng phân tử nằm

trong khoảng 15-225 kDa. Các bộ phận còn lại chỉ có 8 băng với khối lượng phân tử thấp dưới

60 kDa.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1]. Nguyễn Quốc Khang, Trần Quốc Hùng, Bùi Hải Yến (1991). Ảnh hưởng của dung môi tách chiết

protein đến khả năng khai thác lectin và tác dụng diệt côn trùng của cây ruốc cá, Tạp chí thông tin

bảo vệ thực vật, 1, tr. 22-27

[2]. Lưu Thị Xuyên (2011). Nghiên cứu khả năng sinh trưởng phát triển của một số giống đậu tương

nhập nội và biện pháp kĩ thuật cho giống có triển vọng tại Thái Nguyên, Luận án tiến sĩ nông nghiệp

tại Đại học Thái Nguyên.

[3]. Bradford MM (1976). A rapid and sensitive method for quantitation of microgram quantities of

protein utilizing the principle of protein-dye-binding, Anal Biochem, 72, pp. 248-254.

[4]. Fleish, M. and Maider, L. (1985). A one step procedure proisolation and resolution of the Phaseolus

vulgaris isolectin by affinity chromatography, Biol. Chem. Hoppe-Seyler, 266, pp. 1029-1032.

[5]. Gianni Vandenborre , Guy Smagghe , Els J.M. Van Damme (2011). Plant lectins as defense proteins

against phytophagous insects, Phytochemistry,72, pp. 1538–1550.

[6]. Halina L. and Nathan S. (2004). History of lectins: from hemagglutinins to biological recognition


94

molecules, Glycobiology, 14 (11), pp. 53-62.

[7]. Hao C. Z, Sun H. Tong X. and Yipeng QI. (2003). An antitumor lectin from the edible mushrooom

(Agrocybe aegerita), Biochem. Journal, (374), pp. 323-327.

[8]. Leammli, U.K. (1970). Cleavage of structure protein during the assembly of the head of

bacterophage T4, Nature biotenology, 227, pp. 680-685.

INVESTIGATION OF PROTEIN AND LECTIN ACCUMULATION

IN PHASEOLUS LUNATUS L. GROWN IN THE HILLSIDE AND RIVERINE

ALLUVIAL IN THUA THIEN HUE

Cao Dang Nguyen1*

, Nguyen Duc Phuoc 2, Phan Tien Dng

3

1Department of Biology, Hue University College of Sciences

2Center for Innovation Incubation and Technology Transfer, Hue University

3Da Nang Biotechnology Center

*Email: [email protected]

ABSTRACT

In this work, we investigated the content of total soluble protein (TSP) and lectin in

Phaseolus lunatus L. grown in the hillside and riverine alluvial in Thua Thien Hue. The

highest TSP content is found in grains in both cultivated regions (63.41 mg/g in hillside and

60.18 mg/g in riverine alluvial). Lectin is synthesized in certain stages of growth and

development, and it is also accumulated mostly in grains (42.54 unit/mg in hillside and

20.19 unit/mg in riverine alluvial).

The profile of SDS-PAGE (sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis) of

TSP from different parts of Phaseolus lunatus L. in different growth stages in both

cultivated regions is also studied. The results showed that the protein bands from various

samples distributed in the same pattern. However, proteins from leaves and grains have 11

bands (molecular weight from 15 to 200 kDa) are more than that of other organs have only

8 bands (molecular weight below 60 kDa).

Keywords: Phaseolus lunatus L., lectin, SDS-PAGE.

Documents

NGHIÊN CỨU SỰ TÍCH LŨY PROTEIN VÀ LECTIN TRONG ĐẬU