Tác động của hạt nano cobalt hóa trị 0 lên mức độ biểu hiện của một số gen chính liên quan đến hoạt tính quang hợp ở lá cây đậu tương Glycine max (L.) Merr. (DT26)

TAP CHI SINH HOC 2019, 41(1): 141–152 
DOI: 10.15625/0866-7160/v41n1.13540 
 141 
THE IMPACT OF ZEROVALENT COBALT NANOPARTICLE 
ON PHOTOSYNTHESIS - RELATED GENES EXPRESSION 
IN SOYBEAN LEAVES Glycine max (L.) Merr. (DT26) 
Luu Thi Tam
1
, Hoang Thi Minh Hien
1
, Hoang Thi Lan Anh
1
, 
Phan Hoang Tuan
2
, Dang Diem Hong
1,3,* 
1
Institute of Biotechnology, VAST, Vietnam 
2
University of Science, University of Thai Nguyen, Thai Nguyen, Vietnam 
3
Graduate University of Science and Technology, VAST, Vietnam 
Received 8 Juanuary, accepted 20 March 2019 
ABSTRACT 
Photosynthesis is an important physiological process in plants. It plays a crucial role in plant 
growth and development. In this study, we investigated the impact of zerovalent cobalt 
nanoparticles on the photosynthesis and expressing of gene involving in this process in leave of 
soybean Glycine max (L.) Merr “DT26” at different growth stages. The results showed that 
treatment of zerovalent cobalt nanoparticles made in Vietnam and USA (with two doses of 0.17 
and 16.67 mg/kg of soybean seed) enhanced the photosynthesis of soybean by increasing the 
content of chlorophyll a and the ratio of Fv/Fm compared with the control (without treatment of 
zerovalent cobalt nanoparticles). These values tended to increase and reached the maximum 
value at 40 days and then decreased in at 70 days. The expression level of photosynthesis-related 
genes of soybean leaves also changed depending on the soybean‟s growth stage and 
concentration of zerovalent cobalt nanoparticles being treated. The genes psaA, Lhca, psaB, 
Cytb6f (belonging to photosystem I) and psbA, psbB, psbC, psbD, psbE (belonging to 
photosystem II) in the experimental fomulas were higher expressed than that in control group at 
20 and 70 days. However, at 40 days, the expression levels of these genes were significantly 
different. Obtained results supplied the basis for understanding the active mechanism of the 
above genes to control/regulates photosynthetic activity of plants with and without the presence 
of zerovalent cobalt nanoparticles as well as under stress conditions. 
Keywords: Glycine max, cobalt nanoparticles, Cytb6f, Fv/Fm, Lhca, photosynthesis, psaA, psaB, 
psbA-E, genes. 
Citation: Luu Thi Tam, Hoang Thi Minh Hien, Hoang Thi Lan Anh, Phan Hoang Tuan, Dang Diem Hong, 2019. The 
impact of zerovalent cobalt nanoparticle on photosynthesis - related genes expression in soybean leaves Glycine max 
(L.) Merr. (DT26). Tap chi Sinh hoc, 41(1): 141–152. https://doi.org/10.15625/0866-7160/v41n1.13540. 
*Corresponding author email: ddhong60vn@yahoo.com/ddhong@ibt.ac.vn 
©2019 Vietnam Academy of Science and Technology (VAST) 
TAP CHI SINH HOC 2019, 41(1): 141–152 
DOI: 10.15625/0866-7160/v41n1.13540 
 142 
TÁC ĐỘNG CỦA HẠT NANO COBALT HÓA TRỊ 0 LÊN MỨC ĐỘ BIỂU 
HIỆN CỦA MỘT SỐ GEN CHÍNH LIÊN QUAN ĐẾN HOẠT TÍNH 
QUANG HỢP Ở LÁ CÂY ĐẬU TƢƠNG Glycine max (L.) Merr. (DT26) 
Lƣu Thị Tâm1, Hoàng Thị Minh Hiền1, Hoàng Thị Lan Anh1, 
Phan Hoàng Tuấn2, Đặng Diễm Hồng1, 3,* 
1
Viện Công nghệ sinh học, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Việt Nam 
 2Trường Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyên, Thái Nguyên, Việt Nam 
3
Học Viện Khoa học và Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Việt Nam 
Ngày nhận bài 8-1-2019, ngày chấp nhận 20-3-2019 
TÓM TẮT 
Quang hợp là một quá trình sinh lý quan trọng và là cơ sở của sự sinh trưởng và phát triển của 
thực vật. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đã đánh giá tác động của hạt nano cobalt hóa trị 0 lên 
quang hợp và mức độ biểu hiện của các gen chính liên quan đến quang hợp của lá cây đậu tương 
Glycine max (L.) Merr. „DT26‟ ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Kết quả thu được cho 
thấy hạt nano cobalt (với 2 mức liều 0,17 và 16,67 mg/kg hạt do Việt Nam và Mỹ sản xuất) có 
tác động tích cực lên quang hợp của lá đậu tương thông qua tăng hàm lượng chlorophyll a và 
hiệu suất quang hóa cực đại (Fv/Fm) so với lô đối chứng. Các giá trị này có xu hướng tăng dần 
và đạt giá trị cực đại tại thời điểm 40 ngày, sau đó giảm dần ở thời điểm 70 ngày. Mức độ biểu 
hiện của các gen liên quan đến hoạt tính quang hợp của lá đậu tương cũng thay đổi theo thời gian 
sinh trưởng và nồng độ cobalt xử lý. Các gen thuộc quang hệ I (psaA, Lhca, psaB), quang hệ 2 
(psbA, psbB, psbC, psbD, psbE) và cytochrome B6F (Cytb6f) ở lô thí nghiệm đều có mức độ biểu 
hiện cao hơn so với lô đối chứng tại thời điểm 20 và 70 ngày. Tuy nhiên, tại thời điểm 40 ngày, 
mức độ biểu hiện của các gen này lại có sự khác biệt đáng kể. Kết quả nghiên cứu là cơ sở để 
hiểu biết về chức năng và cơ chế điều hòa của các gen nêu trên nhằm cải thiện khả năng quang 
hợp của thực vật dưới điều kiện có và không có mặt hạt colbalt hóa trị 0 cũng như ở những điều 
kiện bất lợi. 
Từ khóa: Glycine max, gen psaA, Lhca, psaB, Cytb6f, psbA-E, Fv/Fm, nano cobalt, quang hợp. 
*Địa chỉ liên hệ email: ddhong60vn@yahoo.com/ddhong@ibt.ac.vn 
MỞ ĐẦU 
Đậu tương, một cây trồng kinh tế quan 
trọng trên thế giới, là nguồn cung cấp protein 
và dầu thực vật chủ lực. Sản lượng và chất 
lượng của đậu tương chịu ảnh hưởng nhiều bởi 
điều kiện môi trường bất lợi, kể cả tác nhân 
sinh học và phi sinh học. Việc sử dụng các 
phương pháp hiện đại như công nghệ nano để 
tăng năng suất cây đậu tương đang là hướng đi 
tiềm năng. Các hạt nano (sắt, đồng, mangan, 
kẽm, cobalt, selen và các dạng oxit của nó) 
thường được sử dụng như một chất kích thích 
sinh trưởng thực vật và vi dinh dưỡng. Ưu 
điểm của chúng là có kích thước nhỏ, diện tích 
bề mặt lớn, dễ hấp thu và nồng độ sử dụng 
thấp, có khả năng kích hoạt các quá trình trao 
đổi chất trong cơ thể động thực vật. Đối với 
cây họ đậu, cobalt đóng một vai trò thiết yếu 
trong sinh trưởng phát triển của cây bằng cách 
điều chỉnh việc sử dụng nước và giảm tốc độ 
thoát hơi nước của cây, đặc biệt là cho sự hình 
thành nốt sần và quá trình cố định nitơ 
(DalCorso et al., 2014). Nó là một yếu tố thiết 
Tác động của hạt nano cobalt 
 143 
yếu để tổng hợp các enzyme và coenzyme khác 
nhau như vitamin B12 (cyanocobalamin), cần 
thiết cho dinh dưỡng của người và động vật 
(Collins & Kinsela, 2011). Gad et al. (2013) đã 
công bố sản lượng đậu tương tăng 42,5% khi 
cây được xử lý với dung dịch cobalt ở nồng độ 
12 mg/L. Cobalt đã được chứng minh có ảnh 
hưởng đến tăng trưởng và trao đổi chất của 
thực vật ở các mức độ khác nhau tùy thuộc vào 
nồng độ và trạng thái của chúng. Jayakumar 
(2009) đã chỉ ra năng suất đậu tương chỉ tăng 
khi bổ sung cobalt ở nồng độ thấp (50 mg 
cobalt/kg đất). Khi xử lý ở nồng độ cobalt cao 
(100–250 mg/ kg đất) lại làm giảm đáng kể 
năng suất đậu tương. 
Quang hợp ở thực vật là quá trình hấp thu 
và chuyển đổi năng lượng ánh sáng mặt trời 
thành năng lượng liên kết hóa học được tích 
lũy dưới dạng các hợp chất hữu cơ nhờ bộ 
máy quang hợp (Chia & He, 1999). Hiệu quả 
của quá trình quang hợp phụ thuộc vào khả 
năng hấp thụ, vận chuyển năng lượng ánh 
sáng về tâm phản ứng của quang hệ II (PSII) 
và hiệu suất chuyển đổi năng lượng ánh sáng 
mặt trời thành sinh khối cây trồng. Một số 
nghiên cứu cũng chứng minh rằng các gen 
liên quan với hệ thống quang hợp (quang hệ I 
- PSI và quang hệ II - PSII) rất nhạy cảm với 
môi trường bất lợi như hạn, mặn (Chaves et 
al., 2009), ánh sáng và nhiệt độ cao (Murchie 
et al., 2005). Các protein liên quan đến cấu 
trúc và chức năng của quá trình quang hợp 
cũng bị ức chế do điều kiện môi trường bất lợi 
về nhiệt gây ra (Ahsan et al., 2010). Các yếu 
tố môi trường bất lợi làm chậm quá trình 
quang hợp ở thực vật thông qua việc thay đổi 
cấu trúc lục lạp và giảm hàm lượng sắc tố 
quang hợp. Năng lượng ánh sáng hấp thụ bởi 
các sắc tố quang hợp như chlorophyll không 
được sử dụng hiệu quả bởi các hệ thống PSI 
và PSII dẫn đến hiệu suất quang hợp thấp và 
làm giảm năng suất của thực vật. 
Ở Việt Nam, một số nghiên cứu về ảnh 
hưởng của hạt nano cobalt lên khả năng nảy 
mầm, kéo dài rễ, sinh trưởng, một số thông số 
về quang hợp và hoạt tính của các enzyme 
chống ôxy hóa và năng suất của cây đậu 
tương đã được thực hiện (Ngo et al., 2014; 
Trần Mỹ Linh và nnk., 2018 ; Phan Hoàng 
Tuấn và nnk., 2018a, b). Tuy nhiên, các 
nghiên cứu về sự biểu hiện của một số gen 
chính liên quan đến quang hợp ở lá cây đậu 
tương dưới tác động của các hạt nano cobalt 
hoàn toàn chưa được thực hiện. Để góp phần 
lý giải tác động tích cực của hạt nano cobalt 
lên việc tăng năng suất của cây đậu tương 
thông qua tăng hoạt động quang hợp, chúng 
tôi đã tiến hành đánh giá mức độ biểu hiện 
của một số gen mã hóa cho các protein nằm 
trong trung tâm phản ứng của PSI và PSII, 
phức hợp thu nhận ánh sáng và chuỗi vận 
chuyển điện tử trong mạch vẫn chuyển quang 
hợp như psaA, psaB, psbA, psbB, psbC, 
psbD, psbE, Cyt b6f và Lhca của giống đậu 
tương DT26 ở các giai đoạn sinh trưởng khác 
nhau trong điều kiện có và không có mặt của 
hạt nano cobalt hóa trị 0. 
VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 
Giống đậu tương DT26 (Glycine max (L.) 
Merr. „DT26‟) do Trung tâm Nghiên cứu và 
Phát triển đậu đỗ, Viện Khoa học Nông 
nghiệp Việt Nam cung cấp. 
Bố trí thí nghiệm 
Thí nghiệm được tiến hành với 5 công 
thức: Đối chứng (ký hiệu ĐC), xử lý bằng nước 
RO; thí nghiệm-xử lý với hạt nano cobalt do 
Việt Nam (VN) và Mỹ (USA) chế tạo với 2 
liều là 0,17 và 16,67 mg/kg hạt tương ứng với 
nồng độ kích thích (KTVN và KTUSA) và ức 
chế (ƯCVN và ƯCUSA) như đã mô tả chi tiết 
trong công bố Phan Hoàng Tuấn và nnk. 
(2018a). Mỗi công thức lặp lại 5 lần. 
Tại thời điểm 20, 40 và 70 ngày sau gieo, 
tiến hành thu các mẫu lá ở lô đối chứng và lô 
thí nghiệm được xử lý với hạt nano cobalt hóa 
trị 0 ở các nồng độ khác nhau. Các mẫu lá 
tươi sau khi thu được giữ ở (-)20oC cho đến 
khi tiến hành thí nghiệm (Phan Hoàng Tuấn 
và nnk., 2018a). 
Xác định hàm lƣợng chlorophyll a ở lá đậu 
tƣơng 
Lá đậu tương non hoàn chỉnh nhất thu tại 
các thời điểm 20, 40 và 70 ngày sau gieo được 
tách chiết chlorophyll. Qui trình tách chiết 
chlorophyll được mô tả chi tiết theo công bố 
của Phan Hoàng Tuấn và nnk. (2018a). 
Luu Thi Tam et al. 
 144 
Đo huỳnh quang chlorophyll a hấp thụ ở 
bƣớc sóng 680 nm 
Huỳnh quang chlorophyll a được xác định 
tại bước sóng 680 nm thuộc tâm phản ứng của 
hệ PSII (P680 nm) bằng máy chlorophyll 
fluorometer OS-30 (do hãng ADC (Anh) cung 
cấp) theo mô tả của Nguyễn Văn Mã và nnk. 
(2013). Điều kiện đo cụ thể như mô tả trong 
công bố của Phan Hoàng Tuấn và nnk. 
(2018a). Hiệu suất lượng tử quang hóa cực đại 
đặc trưng cho phần năng lượng ánh sáng hấp 
thụ bằng PSII được sử dụng tối đa trong phản 
ứng quang hóa được thể hiện bằng tỷ lệ Fv/Fm 
với Fv = Fm - Fo. Trong đó, Fm - huỳnh quang 
cực đại, Fo - huỳnh quang ổn định. 
Phƣơng pháp tách chiết RNA tổng số 
RNA tổng số của lá đậu tương DT26 được 
tách chiết bằng kít RNAiso plus (Takara, Tokyo, 
Nhật Bản) theo hướng dẫn của nhà sản xuất. 
Tổng hợp cDNA từ khuôn RNA tổng số 
cDNA được tổng hợp trên khuôn RNA sử 
dụng kít RevertAid First Strand cDNA 
(Singarpore), thực hiện theo hướng dẫn của 
nhà sản xuất. Lượng RNA làm khuôn mẫu 
cho một phản ứng tổng hợp cDNA là 1 µg. 
Bảng 1. Trình tự cặp mồi đặc hiệu để nhân các gen biểu hiện liên quan đến hoạt tính quang hợp 
ở cây đậu tương DT26 [Nguồn: Teixeira et al. (2016)] 
TT Gen ID gen Locus tag 
Kích 
thước 
dự đoán 
(bp) 
Mồi xuôi (F) Mồi ngược (R) 
1 Lhca 100815789 
Glyma 
14g008000 
155 
ACCCATGGCACAAC
AACA 
ACAGCACAGCGATAC
CAAC 
2 psaA 3989266 GlmaCp011 149 
AGCAACTCCCTTTT
TCACC 
GACCCGCTATCAAGA
AAAGAAT 
3 psaB 3989267 GlmaCp012 180 
TGGTGTTTATCAGT
GGTGGT 
TGATGATTGAGGCGG
GATT 
4 psbA 3989259 GlmaCp001 184 
GCAAACCTATAGCC
GCAGA 
GGATGGTTTGGTGTT
TTGATGA 
5 psbB 3989323 GlmaCp047 101 
CCCTCTGACCCTGT
TCTT 
ATATTCCAACCGCCC
CAC 
6 psbC 3989283 GlmaCp015 119 
CCTAGTAGTTTGCC
GGAT 
CACGTGGAAACGCTC
TTTA 
7 psbD 3989284 GlmaCp016 130 
AACGAAGTCATAGG
CACG 
CTTTGGGGTTGCTTTT
TCC 
8 psbE 3989313 GlmaCp037 105 
AATTCCTTGTCGGC
TCTCTG 
TCCCTATTCATTGCAG
GTTGG 
9 Cyt b6f 3989327 GlmaCp051 169 
CGTCCCTCTGTTGT
CATGT 
GGAGAGGTGATGGTG
AAAAGTT 
10 β-actin CA937380 
Glyma 18g 
52780 
152 
GATCTTGCTGGTCG
TGATCT 
GTCTCCAACTCTTGCT
CATAGTC 
RT-PCR bán định lƣợng khuếch đại các 
gen liên quan đến hoạt tính quang hợp ở 
cây đậu tƣơng DT26 
RT-PCR (Reverse transcription 
polymerase chain reaction) bán định lượng 
được thực hiện với khuôn là cDNA được 
tổng hợp từ RNA của các mẫu lá đậu tương 
thu ở các công thức đối chứng và thí nghiệm 
tại các thời điểm 20, 40 và 70 ngày. Các cặp 
mồi đặc hiệu cho các gen chính liên quan đến 
hoạt tính quang hợp như psbA, psbB, psbC, 
psbD, psbE, psaA, psaB, Cytb6f và Lhca 
được trình bày ở bảng 1. Phản ứng PCR được 
thực hiện với tổng thể tích là 20 L bao gồm 
1 L cDNA, 10 L Master Mix (10X); 1 L 
mồi F (10 pmol), 1 L mồi R (10 pmol), 7 
μL H2O. Chu trình nhiệt được thực hiện như 
Tác động của hạt nano cobalt 
 145 
sau: Bước 1: 95oC, 5 phút; bước 2: 95oC, 30 
giây; bước 3: 49oC, 30 giây (đối với các gen 
psbA, psbC, psb D, psbE, psaA, psaB) và 
52
o
C, 30 giây (đối với các gen psbB, Cyt b6f, 
Lhca); bước 4: 72oC, 1 phút 30 giây; bước 5: 
Lặp lại 35 chu kỳ từ bước 2 đến bước 4; 
bước 6: 72oC, 5 phút, bước 7: Giữ sản phẩm 
ở 15oC cho tới khi sử dụng. Sử dụng β-actin 
như là gen tham chiếu để chuẩn hóa số liệu. 
Điều kiện nhân gen β-actin là tương tự với 
từng gen nêu trên. Sản phẩm PCR được kiểm 
tra bằng điện di trên gel agarose 2%, nhuộm 
với ethidium bromide, sau đó được chụp ảnh 
và xử lý bằng phần mềm phân tích Gel pro32 
Analyzer. 
Xử lý số liệu 
Mức độ biểu hiện của các gen được đánh 
giá thông qua diện tích và độ đậm nhạt của 
các băng sau điện di bằng phần mềm phân 
tích Gel pro32 Analyzer để định lượng gián 
tiếp hàm lượng của các băng. Tỷ lệ độ đậm 
băng của các gen psaA, psaB, psbA-E, Cytb6f 
và Lhca ở từng thời điểm tại mỗi công thức 
thí nghiệm sẽ được chuẩn hóa với gen β-actin 
tương ứng và so sánh với công thức đối chứng 
(không được xử lý hạt nano cobalt). Số liệu 
đươc trình bày bằng MEAN SEM. Các kết 
quả thu được được xử lý bằng phần mềm 
Excel. Sự sai khác giữa các công thức thí 
nghiệm được đánh giá bằng phân tích 
ANOVA một yếu tố với mức ý nghĩa P < 
0,05. 
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
Hàm lƣợng chlorophyll a và hiệu suất 
quang hóa cực đại (Fv/Fm) của lá đậu 
tƣơng ở các giai đoạn sinh trƣởng khác 
nhau dƣới tác động của hạt nano cobalt 
hóa trị 0 
Tốc độ quang hợp của thực vật liên quan 
trực tiếp đến mật độ và kích thước của các ăng 
ten thu nhận ánh sáng, cụ thể là các phân tử 
sắc tố chlorophyll (Shao et al., 2014). Khi 
phân tử chlorophyll a hấp thụ năng lượng ánh 
sáng, chúng sẽ chuyển từ trạng thái cơ bản lên 
trạng thái kích thích. Phân tử chlorophyll a ở 
trạng thái kích thích sẽ mất năng lượng bằng 
một số quá trình như mất nhiệt, phát huỳnh 
quang và thực hiện phản ứng quang hóa. Tổng 
hằng số của các ... ượng được hấp thụ tới lõi của PS II 
(Berry et al., 2013). 
Kết quả về điện di sản phẩm PCR nhân 
các gen psaA-B, psbA-E, Cytb6f và Lhca mã 
hóa cho các protein liên quan đến bộ máy 
quang hợp ở cây đậu tương DT26 được chỉ ra 
ở hình 2. Mức độ biểu hiện của các gen nêu 
trên của lá cây đậu tương DT26 ở các giai 
đoạn sinh trưởng khác nhau dưới điều kiện có 
và không có mặt của hạt nano cobalt hóa trị 0 
được chỉ ra ở bảng 2 và hình 3. 
Kết quả chỉ ra ở bảng 2 và hình 3 cho thấy 
khi xử lý hạt nano cobalt của Việt Nam và Mỹ 
ở cả 2 nồng độ kích thích (0,17 mg/kg hạt) và 
Tác động của hạt nano cobalt 
 147 
ức chế (16,67 mg/kg hạt), cả 9 gen liên quan 
đến hoạt tính quang hợp (thuộc cả PSI và II) 
đều có xu hướng tăng mức độ biểu hiện (với 
mức tăng từ 1 đến 1,7 lần tùy từng gen) so với 
lô ĐC ở giai đoạn 20 và 70 ngày. Tại thời 
điểm 20 ngày, sự sai khác có ý nghĩa thống kê 
sinh học ở mức độ biểu hiện của các gen này 
ở các lô xử lý hạt cobalt nồng độ 16,67 mg/kg 
hạt so với ĐC (P< 0,05). Tuy nhiên, ở nồng 
độ xử lý 0,17 mg/kg hạt thì mức độ sai khác 
không có ý nghĩa thống kê (P> 0,05). Tại thời 
điểm 70 ngày, việc xử lý hạt nano cobalt đều 
làm tăng biểu hiện của các gen liên quan đến 
hoạt tính quang hợp của cây đậu tương (P< 
0,05).
Hình 2. Ảnh điện di nhân gen psaA-B, psb A-E, Cytb6f và Lhca mã hóa cho các 
protein liên quan đến bộ máy quang hợp ở cây đậu tương DT26 
Giếng 1 – 17 tương ứng với mẫu: 
1: ĐC- 20 ngày 6: ĐC- 40 ngày 12: ĐC- 70 ngày 
2: KTVN - 20 ngày 8: KTVN - 40 ngày 14: KTVN - 70 ngày 
3: KTUSA - 20 ngày 9: KTUSA - 40 ngày 15: KTUSA - 70 ngày 
4: ƯCVN - 20 ngày 10: ƯCVN - 40 ngày 16: ƯCVN - 70 ngày 
5: ƯCUSA- 20 ngày 11: ƯCUSA- 40 ngày 17: ƯCUSA- 70 ngày 
Hình 2. Ảnh điện di nhân gen psaA-B, psbA-E, Cytb6f và Lhca mã hóa 
cho các protein liên quan đến bộ máy quang hợp ở cây đậu tương DT26 
Giếng 1–17 tương ứng với mẫu: 
1: ĐC- 20 ngày 6: ĐC- 40 ngày 12: ĐC- 70 ngày 
2: KTVN - 20 ngày 8: KTVN - 40 ngày 14: KTVN - 70 ngày 
3: KTUSA - 20 ngày 9: KTUSA - 40 ngày 15: KTUSA - 70 ngày 
4: ƯCVN - 20 ngày 10: ƯCVN - 40 ngày 16: ƯCVN - 70 ngày 
5: ƯCUSA- 20 ngày 11: ƯCUSA- 40 ngày 17: ƯCUSA- 70 ngày 
Ở giai đoạn 40 ngày, là thời điểm quang 
hợp của cây đậu tương đạt cực đại, sự biểu 
hiện của các gen này có sự sai khác rõ rệt. Đối 
với các gen Lhca, psaA (thuộc PSI, có chức 
năng thu nhận ánh sáng và vận chuyển điện 
tử), gen cytb6f (thuộc phức hợp cytochrome) 
và gen psbA (mã hóa cho protein D1 của PSII 
có chức năng vận chuyển điện tử) có xu 
hướng biểu hiện tăng ở lô được xử lý hạt nano 
cobalt so với lô ĐC (ngoại trừ lô xử lý hạt 
nano cobalt Mỹ ở nồng độ 16,67 mg/kg hạt). 
Như vậy, tại thời điểm quang hợp tăng thì 
Luu Thi Tam et al. 
 148 
mức độ biểu hiện của các gen mã hóa cho các 
protein liên kết với sắc tố để thu nhận ánh 
sáng trong PSI cũng tăng, tức là quá trình vận 
chuyển điện tử trong PSI được tăng cường. 
Ngược lại, các gen psaB (thuộc PSI, có chức 
năng vận chuyển điện tử trong mạch vận 
chuyển điện tử quang hợp), các gen psbB-E 
(mã hóa cho protein của tâm phản ứng PSII, 
có chức năng vận chuyển điện tử trong mạch 
vận chuyển đện tử quang hợp) lại có mức độ 
biểu hiện gen giảm so với lô ĐC. Kết quả này 
có thể do tốc độ vận chuyển điện tử của 
protein được mã hóa bởi các gen psaB, psbB-
E, tham gia vào phản ứng sáng của quá trình 
quang hợp có xu hướng giảm khi hoạt tính 
quang hợp của cây tăng. 
Hình 3. Mức độ biểu hiện của các gen liên 
quan đến hoạt tính quang hợp của cây đậu 
tương DT26 ở các giai đoạn khác nhau khi 
khi có và không có mặt hạt nano cobalt. Dấu 
“*” chỉ sự sai có có ý nghĩa thống kê ở lô thí 
nghiệm so với lô ĐC (P < 0,05) 
Hình 3. Mức độ biểu hiện của các gen liên quan đến hoạt tính quang hợp của cây đậu tương 
DT26 ở các giai đoạn khác nhau khi khi có và không có mặt hạt nano cobalt. Dấu “*” chỉ sự sai 
có có ý nghĩa thống kê ở lô thí nghiệm so với lô ĐC (P < 0,05) 
Tác động của hạt nano cobalt 
 149 
Bảng 2. Mức độ biểu hiện của các gen chính liên quan đến hoạt tính quang hợp ở lá cây đậu 
tương DT26 ở các giai đoạn sinh trưởng khác nhau 
Gen Mã hóa protein Chức năng 
Mức độ biểu hiện gen 
20 ngày 40 ngày 70 ngày 
Quang hệ I 
psaA Apoprotein A1 Vận chuyển điện tử + + + 
psaB Apoprotein A2 Vận chuyển điện tử + - + 
Lhca Protein gắn với sắc tố Thu nhận ánh sáng + + + 
Quang hệ II 
psbA Protein D1 Vận chuyển điện tử + + + 
psbB 
Protein của trung tâm 
phản ứng CP47 
nt + - + 
psbC 
Protein của trung tâm 
phản ứng CP43 
nt + - + 
psbD Protein D2 nt + - + 
psbE 
Tiểu phần α của 
Cytochrome b559 
nt + - + 
Cyt6f Protein PET A nt + + + 
Ghi chú: nt: Như trên; dấu (-): Giảm mức độ biểu hiện gen; dấu (+): Tăng mức độ biểu hiện gen ở công 
thức thí nghiệm so với công thức đối chứng. PET: Photosynthetic electron transport - vận chuyển điện tử 
quang hợp; Vị trí và chức năng của các gen tham khảo theo công bố của Berry et al. (2013). 
Trong cùng một công thức, biểu hiện của 
các gen liên quan đến quang hợp cũng có xu 
hướng khác nhau (hình 4). 
Ở lô ĐC, mức độ biểu hiện của các gen 
psaA, psaB, psbA-E có tương quan chặt với 
hàm lượng chlorophyll a. Khi hàm lượng 
chlorophyll a đạt cực đại tại thời điểm 40 
ngày, hoạt động của các gen này cũng đạt cao 
nhất. Ngoại trừ 2 gen Lhca và Cytb6f có xu 
hướng ổn định trong suốt thời gian sinh 
trưởng của cây đậu tương. Ở lô xử lý hạt nano 
cobalt ở nồng độ 0,17 mg/kg hạt (KTVN và 
KTUSA), tất cả 9 gen liên quan đến quang 
hợp đều có mức độ biểu hiện thay đổi không 
đáng kể giữa thời điểm 20 đến 40 ngày. Tuy 
nhiên, tại thời điểm 70 ngày, tất cả các gen 
này đều được tăng cường hoạt động. Có sự 
khác biệt có ý nghĩa ở mức độ biểu hiện của 
các gen tại thời điểm 40 và 70 ngày (P < 
0,05). Khi tăng nồng độ cobalt xử lý (16,67 
mg/kg hạt), sự thay đổi biểu hiện của các gen 
ở các thời điểm khác nhau là không nhiều và 
sự sai khác không có ý nghĩa thống kê sinh 
học (P> 0,05). Kết quả nghiên cứu của chúng 
tôi cũng cho thấy hiệu quả tác động của hạt 
nano cobalt của Việt Nam và Mỹ ở cả 2 liều 
0,17 và 16,67 mg/kg hạt là không có sự khác 
biệt. Ngay cả liều xử lý cao 16,67 mg/kg hạt 
đều chưa phát hiện thấy tác động tiêu cực đến 
bộ máy quang hợp của cây đậu tương DT26. 
Một số nghiên cứu trên thế giới cũng cho 
thấy cobalt ở nồng độ thấp có ảnh hưởng tích 
cực lên sinh trưởng cũng như tốc độ vận 
chuyển điện tử trong mạch vận chuyển điện tử 
quang hợp (Mohanty et al., 1989 ; Ali et al., 
2010). Mohanty et al. (1989) đã đưa ra giả 
thuyết rằng tác dụng của cobalt lên quang hợp 
có thể do chúng có vai trò thay đổi chức năng 
của QB trong mạch vận chuyển điện tử, dẫn 
đến ảnh hưởng lên hoạt động của quang hợp. 
El- Sheekh et al. (2003) đã công bố về ảnh 
hưởng của nồng độ cobalt lên sinh trưởng, 
hàm lượng sắc tố và mạch vận chuyển điện tử 
trong quang hợp của 2 loài tảo 
Monoraphidium minutum và Nitzschia 
perminuta. Kết quả cho thấy cobalt kích thích 
sinh trưởng và hàm lượng sắc tố của 2 loài tảo 
này ở nồng độ thấp (0,1–0,5 ppm). Cobalt ảnh 
hưởng trực tiếp lên phức hợp P680 của mạch 
vận chuyển điện tử trong PSII. Có sự thay đổi 
trong việc phân phối năng lượng kích thích có 
lợi cho hệ thống PSI. Điều này cũng có thể 
Luu Thi Tam et al. 
 150 
dẫn tới sự tăng cường tổng hợp phân tử ATP 
thông qua quá trình vận chuyển điện tử vòng 
trong mạch vận chuyển điện tử quang hợp dẫn 
tới tăng cường/kích thích sự tích lũy carbon 
vô cơ trong các tế bào sinh trưởng khi nồng 
độ cobalt thấp. Tuy nhiên, để hiểu rõ hơn cơ 
chế phân tử của hạt nano cobalt tác động lên 
hoạt động quang hợp ở cây đậu tương DT26 
cần phải có những nghiên cứu sâu hơn nữa ở 
các sản phẩm mã hóa bởi các gen liên quan 
đến quang hợp của PSI và PSII nêu trên. 
Hình 4. Mức độ biểu hiện của các gen liên 
quan đến hoạt tính quang hợp của cây đậu 
tương DT26 ở công thức khác nhau khi có và 
không có mặt hạt nano cobalt 
Hình 4. Mức độ biểu hiện của các gen liên quan đến hoạt tính quang hợp của cây đậu tương 
DT26 ở công thức khác nhau khi có và không có mặt hạt nano cobalt 
KẾT LUẬN 
Hạt nano cobalt hóa trị 0 với nồng độ 0,17 
và 16,67 mg/kg hạt có ảnh hưởng tích cực lên 
hoạt động quang hợp của cây đậu tương DT26 
thông qua tăng hàm lượng chlorophyll a và 
hiệu suất quang hóa cực đại, Fv/Fm. Không 
có sự khác biệt về hiệu quả tác động lên 
quang hợp giữa hạt nano cobalt do Việt Nam 
và Mỹ sản xuất. 
Mức độ biểu hiện của các gen liên quan 
đến hoạt tính quang hợp của lá đậu tương 
cũng thay đổi theo thời gian sinh trưởng và 
nồng độ cobalt xử lý. So với lô đối chứng, các 
gen psaA, Lhca, Cytb6f (thuộc quang hệ I) và 
gen psbA (thuộc quang hệ II) của lô thí 
nghiệm có xu hướng biểu hiện tăng dần trong 
suốt thời gian sinh trưởng của cây. Các gen 
mã hóa cho các protein thuộc quang hệ II như 
psbB, psbC, psbD, psbE và gen psaB (thuộc 
quang hệ I) lại có xu hướng tăng mức độ biểu 
hiện ở thời điểm 20 và 70 ngày và giảm biểu 
hiện ở thời điểm 40 ngày. Ngay ở nồng độ xử 
lý cao 16,67 mg hạt nano cobalt/kg hạt cũng 
Tác động của hạt nano cobalt 
 151 
chưa ảnh hưởng tiêu cực đến chức năng quang 
hợp của cây đậu tương DT26. 
Lời cảm ơn: Công trình được hỗ trợ kinh phí 
của đề tài thuộc Hợp phần IV “Nghiên cứu cơ 
chế tác động và đánh giá an toàn sinh học của 
các chế phẩm nano được nghiên cứu trong dự 
án” có Mã số: VAST.TĐ.NANO.04/15-18, 
thuộc Dự án KHCN trọng điểm cấp Viện Hàn 
lâm KHCNVN “Nghiên cứu ứng dụng công 
nghệ nano trong nông nghiệp”. Tác giả xin 
được cảm ơn GS.TS. Choon-Hwan Lee (Khoa 
sinh học phân tử, Đại học Quốc gia Pusan, 
Hàn Quốc) về những trao đổi quý báu trong 
việc xử lý các số liệu biểu hiện của các gen. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
Abdul Jaleel C., Jayakumar K., Chang-Xing 
Z., Iqbal M., 2009. Low concentration of 
cobalt increases growth, biochemical 
constituents, mineral status and yield in 
Zea mays. J. Sci. Res., 1(1): 128–137. 
Ahsan N., Donnart T., Nouri M. Z., Komatsu 
S., 2010. Tissue-specific defense and 
thermo-adaptive mechanisms of soybean 
seedlings under heat stress revealed by 
proteomic approach. J. Proteome. Res., 
9(8): 4189–4204. 
Ali B., Hayat S., Hayat Q., Ahmad A., 2010. 
Cobalt stress affects nitrogen metabolism, 
photosynthesis and antioxidant system in 
chickpea (Cicer arietinum L.). J. Plant 
Interact, 5(3): 22–231. 
Barber J., Nield J., Morris E.P., Zheleva D., 
Hankamer B., 1997. The structure, 
function and dynamics of photosystem 
two. Physiol. Plant, 100: 817–827. 
Berry J. O., Yerramsetty P., Zielinski A. M., 
Mure C. M., 2013. Photosynthetic gene 
expression in higher plants. Photosynth. 
Res., 117(1-3): 91–120. 
Chaves M. M., Flexas J., Pinheiro C., 2009. 
Photosynthesis under drought and salt 
stress: regulation mechanisms from whole 
plant to cell. Ann. Bot., 103: 551–560. 
Chia T. F., He J., 1999. Photosynthetic 
capacity in oncidium (Orchidaceae) plants 
after virus eradication. Environ. Exp. Bot., 
42:11–16. 
Collins R. N., Kinsela A. S., 2011. Pedogenic 
factors and measurements of 
the plantuptake of cobalt. Plant Soil, 339: 
499–512. 
DalCorso G., Manara A., Piasentin S., Furini 
A., 2014. Nutrient metal elements in 
plants. Metallomics, 6: 1770–1788. 
El-Sheekh M. M., El-Naggar A. H., Osman M. 
E. H., El-Mazaly E., 2003. Effect of cobalt 
on growth, pigments and the 
photosynthetic electron transport 
in Monoraphidium minutum and Nitzchia 
perminuta. Braz. J. Plant Physiol., 15(3): 
159–166. 
Gad N., El-Moez A., Bekbayeva L. K., 
Karabayeva A. A., Surif M., 2013. Effect of 
cobalt supplement on the growth and 
productivity of soybean (Glycine max L. 
Merril). World Appl. Sci. J., 26(7): 926–933. 
Jayakumar K., Abdul Jaleel C., Azooz M. M., 
Vijayarengan P., Gomathinayagam M., 
Panneerselvam R., 2009. Effect of different 
concentrations of Cobalt on morphological 
parameters and yield components of 
Soybean. GJMS, 4(1): 10–14. 
Trần Mỹ Linh, Phạm Thị Hòe, Nguyễn Thị 
Thu Hiền, Lê Thị Thu Hiền, Nguyễn Hoài 
Châu, 2018. Đánh giá tác động của hạt 
nano kim loại đến quá trình nảy mầm của 
hạt đậu tương trong điệu kiện hạn. Báo 
cáo toàn văn tại Hội nghị Khoa học công 
nghệ sinh học toàn quốc 2018. Nxb. 
KHTN&CN, H. Tr. 1539–1545. 
Luciński R., Jackowski G., 2006. The 
structure, functions and degradation of 
pigment binding proteins of photosystem 
II. Acta Biochim. Pol., 53(4): 693–708. 
Nguyễn Văn Mã, La Việt Hồng, Ong Xuân 
Phong, 2013. Phương pháp nghiên cứu 
sinh lý học thực vật. Nxb. Đại học Quốc 
gia Hà Nội. 
Mohanty N., Vass I., Demeter S., 1989. 
Impairment of photosystem 2 activity at 
the level of secondary quinone electron 
acceptor in chloroplasts treated with 
cobalt, nickel and zinc ions. Physiol. Plant, 
76: 386–390. 
Luu Thi Tam et al. 
 152 
Murchie E.H., Hubbart S., Peng S., Horton P., 
2005. Acclimation of photosynthesis to 
high irradiance in rice: gene expression 
and interactions with leaf development. J. 
Exp. Bot., 56: 449–460. 
Ngo Q. B., Dao T. H., Nguyen H. C., Tran X. 
T., Nguyen T. V., Khuu T. D., Huynh T. 
H., 2014. Effects of nanocrystalline 
powders (Fe, Co and Cu) on the 
germination, growth, crop yield and 
product quality of soybean (Vietnamese 
species DT-51). Adv. Nat. Sci. NanoSci. 
Nanotechnol., 5: 015016 (7 pp). 
https://doi.org/10.1088/2043-
6262/5/1/015016. 
Qiu Z., Wang L., Zhou Q., 2013. Effects of 
bisphenol A on growth, photosynthesis 
and chlorophyll fluorescence in above 
ground organs of soybean seedlings. 
Chemosphere., 90: 1274–1280. 
Shao Q., Wang H., Guo H., Zhou A., Huang 
Y., Sun Y., Li M., 2014. Effects of shade 
treatments on photosynthetic 
characteristics, chloroplast ultrastructure 
and physiology of Anoectochilus 
roxburghii. PloS One, 9: e85996 
Teixeira R.N., Ligterink W., França-Neto 
J.D.B., Hilhorst H.W.M, da Silva E.A.A., 
2016. Gene expression profiling of the 
green seed problem in Soybean. BMC 
Plant Biology, 16(1): 37. 
https://doi.org.10.1186/s12870-016-0729-0 
Phan Hoàng Tuấn, Hoàng Thị Lan Anh, Lưu 
Thị Tâm, Ngô Thị Hoài Thu, Đào Trọng 
Hiền, Nguyễn Hoài Châu, Đặng Diễm 
Hồng, 2018a. Đánh giá hiệu quả tác 
động của hạt nano cobalt hóa trị 0 lên 
sinh trưởng và các thông số quang hợp 
của cây đậu tương Glycine max (L). 
Merril “DT51” ở các giai đoạn sinh 
trưởng khác nhau. Báo cáo toàn văn tại 
Hội nghị Khoa học công nghệ sinh học 
toàn quốc 2018. Nxb. KHTN&CN, H. 
Tr. 1331–1338. 
Phan Hoàng Tuấn, Lưu Thị Tâm, Hoàng Thị 
Lan Anh, Ngô Thị Hoài Thu, Nguyễn 
Hoài Châu, Đặng Diễm Hồng, 2018b. 
Nghiên cứu ảnh hưởng của hạt nano coban 
dạng đơn lẻ và hỗn hợp lên sự thay đổi 
các thông số quang hợp và hoạt độ của 
enzyme chống ôxy hóa ở cây đậy tương 
Glycine max Merr. (DT26). Tạp chí Sinh 
học, 40(2): 333–343. 
Wang B., Du Q. Z., Yang X., Zhang D., 2014. 
Identification and characterization of 
nuclear genes involved in photosynthesis 
in Populus. BMC Plant Biol., 14(1): 81.