Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của một số dòng ngô thuần Vi ệt Nam tại Viện nghiên cứu ngô - Đan

PHẦN MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề

Ngô (Zea mays.L) là cây lương thực quan trọng đối với con người có

tiềm năng năng suất cao được trồng phổ biến ở nhiều nước. Trên thế giới, ngô

xếp thứ ba về diện tích và thứ nhất về năng suất, sản lượng các cây lấy hạt và

sử dụng dưới nhiều hình thức khác nhau. Hiện nay, 49% sản lượng ngô được

sử dụng làm thức ăn gia cầm,12% làm thức ăn động vật, 25% làm lương thực

thực phẩm cho con người, 13% trong tinh bột và các ngành khác, 1% là làm

hạt giống. Ước tính đến năm 2020 sản lượng ngô trên thế giới sẽ tăng từ

820,7 triệu tấn lên 837 triệu tấn so với năm 2010.

Trong nền nông nghiệp Việt Nam, ngô là cây màu quan trọng nhất, đứng

vị trí thứ hai sau lúa, được trồng nhiều ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, đa

dạng về mùa vụ và hình thức canh tác. Kể từ thập niên 90 đến nay, cuộc cách

mạng ngô lai đã làm thay đổi căn bản nghề trồng ngô ở nước ta, đưa nước

Việt Nam đứng trong hàng ngũ các nước trồng ngô tiên tiến trong khu vực

Châu Á (Trần Hồng Uy,1997)[1]

Những năm gần đây, sản xuất ngô của nước ta đã có sự phát triển mạnh

mẽ về diện tích, năng suất và sản lượng. Tỷ lệ tăng trưởng bình quân trong 20

năm qua về diện tích là 7,5%, năng suất là 6,7% và sản lượng là 24,5%

(TS.Bùi Mạnh Cường, 2007)[2]. Đặc biệt việc khai thác tiềm năng năng suất

thông qua ưu thế lai và đưa nhanh các giống ngô lai vào sản xuất trên quy mô

rộng lớn là một trong những đóng góp quan trọng làm tăng sản lượng lương

thực cả nước.

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghệ sinh học

(CNSH) đã tạo ra những thay đổi kì diệu trong nhiều lĩnh vực. Trong nông

nghiệp CNSH được coi là phương tiện giải quyết các vấn đề khó khăn mà

1

công tác chọn tạo giống truyền thống khó có thể thực hiện được hoặc nếu có

thực hiện được thì mất nhiều thời gian.

Trong công tác chọn tạo giống ngô lai, các kỹ thuật như tạo dòng thuần

bằng phương pháp nuôi cấy bao phấn, sử dụng chỉ thị phân tử đánh giá tính

đa dạng di truyền của tập đoàn nguyên liệu đã được sử dụng và là trợ giúp đắc

lực cho phương pháp truyền thống, góp phần đẩy nhanh việc xây dựng các tổ

hợp lai ưu tú đáp nhu cầu ngày càng tăng về số lượng cũng như chủng loại

giống ngô lai vào sản xuất, giảm thiểu một số công đoạn trong công tác chọn

tạo. Vì vậy, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính đa dạng

di truyền của một số dòng ngô thuần Việt Nam tại Viện nghiên cứu ngô -

Đan Phượng - Hà Nội”

2. Mục tiêu của đề tài

- Tách chiết DNA của tổ hợp lai ưu tú 20 dòng ngô thuần Việt Nam

trong phòng thí nghiệm.

- Kiểm tra độ thuần của các dòng ngô nghiên cứu ở mức độ phân tử

- Dựa trên chỉ thị phân tử SSR xác định mức độ đa hình và xây dựng sơ

đồ phả hệ của các dòng

- Dự đoán các tổ hợp lai ưu tú của 20 dòng ngô thuần Việt Nam

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

• Ý nghĩa khoa học

Đề tài nghiên cứu được thực hiện chi tiết, các vấn đề liên quan đến việc

đánh giá độ thuần di truyền của các dòng ngô, phân tích đa dạng di truyền

bằng chỉ thị phân tử SSR với mong muốn cung cấp thêm số liệu, thông tin và

khả năng ứng dụng chỉ thị phân tử trong công tác chọn tạo giống lai trong

điều kiện cụ thể ở Việt Nam.

2

• Ý nghĩa thực tiễn

Rút ngắn thời gian đánh giá dòng, giảm bớt khối lượng công việc lai tạo

trên đồng ruộng, kết hợp các phương pháp đánh giá đồng ruộng sẽ nhanh

chóng xác định, chọn lọc tổ hợp lai cho năng suất cao.

4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: 20 dòng ngô thuần Việt Nam

- Phạm vi nghiên cứu: Đánh giá độ thuần di truyền, khoảng cách di truyền

giữa các dòng, phân nhóm và dự đoán ưu thế lai nhờ sử dụng chỉ thị SSR

- Địa điểm nghiên cứu: Bộ môn Công nghệ Sinh học - Viện nghiên cứu

Ngô - Đan Phượng - Hà Nội.

- Thời gian từ 23/02/2011 đến 22/05/2011

3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC

Cây ngô (Zea mays.L) thuộc chi Zea, phân họ ngô (Maydeae), họ phụ

hòa thảo (Panicoideae), họ hòa thảo (Grmaineae), bộ hòa thảo (Grmainale),

lớp một lá mầm (Cosmobionia) và có bộ nhiễm sắc thể 2n=20. Cây ngô là cây

hàng năm với hệ thống rễ chùm phát triển, là loài cây giao phấn có hoa đơn

tính cùng gốc.

1.1. Vai trò của cây ngô trong nền kinh tế

Trong lịch tiến hóa của khoảng một nghìn loài cây trồng phổ biến nhất

trên trái đất hiện nay, chưa có loài cây trồng nào phát triển nhanh chóng và có

nhiều công dụng cho con người như cây ngô (Cao Điểm Đắc, 1988)[3].

Trước hết ngô là cây ngũ cốc nuôi sống gần 1/3 dân số toàn cầu. Toàn

thế giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương thực. Ngô là lương thực chính

của người dân khu vực Đông Nam Phi, Tây Phi, Nam Á,… Ngô là thành

phần quan trọng bậc nhất trong thức ăn chăn nuôi. Hầu như 70% chất tinh

trong thức ăn chăn nuôi tổng hợp là từ ngô, 71% sản lượng ngô thế giới làm

thức ăn chăn nuôi (Ngô Hữu Tình,2003)[8].

Ngô còn là một loại hàng hóa xuất khẩu của ngành nông nghiệp, trên thế giới

hàm lượng ngô xuất nhập khẩu khoảng 70 triệu tấn. Bên cạnh đó ngô còn đem lại

nhiều lợi nhuận cho người dân. Theo thống kê của ISAAA, ở Philippine, có ít nhất

200 ngàn người nông dân hưởng lợi từ cây ngô CNSH trong năm 2008. Nghiên cứu

về tác động của giống ngô này đến kinh tế - xã hội cho thấy trong niên vụ 2003-2004,

ngô CNSH làm thu nhập cho người dân thêm 7482 peso/ha (khoảng 135USD) trong

mùa khô, còn trong mùa mưa thì thu nhập tăng thêm là 7080 peso/ha (khoảng

125USD). Sử dụng số liệu năm 2008, các nhà khoa học đã tính được rằng ngô Bt có

thể cho thu nhập cao hơn từ 5-14% trong mùa mưa và từ 20-48% trong mùa khô

(Clive James, 2008).

4

1.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trong và ngoài nước

1.2.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất ngô trên thế giới

Nhờ có vai trò quan trọng trong nền kinh tế mà cây ngô ngày càng được

quan tâm và phát triển. Ngô là một trong ba cây lương thực lấy hạt quan trọng

nhất trong nền nông toàn cầu và được trồng phổ biến ở nhiều nước trên thế

giới đem lại năng suất và sản lượng cao nhất trong các loại ngũ cốc. Thực vậy,

năm 2009 theo số liệu của tổ chức Nông nghiệp và lương thực LHQ (FAO) về

sản xuất ngô: Diện tích toàn thế giới là 159,53 triệu ha, Năng suất trung bình

là 5,18 tấn/ha, Tổng sản lượng 817,1 triệu tấn. Năm 2009, phần lớn sản lượng

ngô thế giới tập trung ở các nước Mỹ, Trung Quốc, Braxin, Mehicô, Pháp và

Ấn Độ, chiếm trên 75% (FAOSTAT, 2009).

Bảng 1.1: Tình hình sản xuất ngô ở một số nước dẫn đầu trên thế giới năm

từ 2004 - 2010

Chỉ tiêu Nước 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Diện tích

(triệu ha)

Thế giới 145,3 145,5 149,6 160,5 158,2 156,3 160,6

Mỹ 29,8 30,4 28,6 35,0 31,8 32,2 32,9

Trung Quốc 25,4 26,4 28,5 29,5 29,9 31,2 31,5

Braxin 11,6 12,9 14 14,7 14,1 12,9 12,8

Năng suất

(tấn/ha)

Thế giới 4,9 4,8 4,8 4,9 50 5,2 5,1

Mỹ 10,1 9,3 9,4 9,5 9,7 10,3 9,7

Trung Quốc 5,1 5,3 5,3 5,2 5,6 5,1 5,3

Braxin 3,0 3,2 3,6 4,0 3,6 4,3 4,0

Sản lượng

(triệu tấn)

Thế giới 715,5 699,4 713,5 793,6 797,8 812,4 820,7

Mỹ 299,9 282,3 267,5 331,2 307,1 333,0 318,5

Trung Quốc 130,3 139,4 151,6 152,3 165,9 158,0 168,0

Braxin 35,0 41,7 51,0 58,6 51,0 56,1 51,0

(Nguồn USDA (2010) [23])

Mỹ luôn là nước chiếm vị trí hàng đầu thế giới về diện tích và sản lượng ngô,

đồng thời cũng là nước có năng suất cao nhất. Hiện nay 100% diện tích trồng ngô

của Mỹ là ngô lai, năng suất ngô tăng từ 1,5 tấn/ha năm 1930 lên đến 10,34 tấn /ha

5