ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC ------- LƢƠNG THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (Zea mays L.) BẰNG CHỈ THỊ RAPD LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên, năm 2012 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www. Tính cấp thiết của đề tài Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L. là một trong những cây lƣơng thực có tầm quan trọng trên thế giới cũng nhƣ ở Việt Nam. Sản lƣợng ngô đƣợc sử dụng làm lƣơng thực chiếm 17%, trong đó 66% đƣợc sử dụng thức ăn cho chăn nuôi, làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp chiếm 5% và lĩnh vực xuất khẩu chiếm trên 10%.
Nhờ những vai trò quan trọng của cây ngô trong nền kinh tế thế giới nên hơn 40 năm gần đây, ngành sản xuất ngô thế giới phát triển mạnh và giữ vị trí hàng đầu về năng suất, sản lƣợng trong những cây lƣơng thực chủ yếu. Mặc dù diện tích trồng ngô đứng thứ 3 sau lúa mỳ và lúa nƣớc, nhƣng sản lƣợng ngô chiếm 1/3 sản lƣợng ngũ cốc trên thế giới và nuôi sống 1/3 dân số toàn cầu [25]. Ở Việt Nam, ngô là cây lƣơng thực quan trọng thứ hai sau lúa của nông dân vùng trung du và miền núi phía Bắc nói chung và cây lƣơng thực chính của đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao nói riêng [1]. Đặc biệt, từ những năm 1990 trở lại đây, diện tích, năng suất và sản lƣợng ngô tăng liên tục là nhờ ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất.
Do nhu cầu sử dụng ngô không ngừng tăng, để đáp ứng đủ nhu cầu ngô cho tiêu dùng trong nƣớc, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn đã xây dựng chiến lƣợc phát triển sản xuất ngô đến năm 2010 và tầm nhìn đến năm 2020 là phải đạt 5- 6 triệu tấn vào năm 2010 và năm 2020 là 9-10 triệu tấn. Để đạt đƣợc mục tiêu này, hai giải pháp chính đƣợc đƣa ra là mở rộng diện tích và tăng năng suất. Tuy nhiên, việc mở rộng diện tích trồng ngô rất khó khăn do diện tích sản xuất nông nghiệp còn hạn chế và phải cạnh tranh với nhiều loại cây trồng khác nên tăng năng suất là giải pháp chủ yếu. Trong giải pháp tăng năng suất 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn thì giống đƣợc coi là hƣớng đột phá bởi nó có ý nghĩa quyết định để nâng cao năng suất và chất lƣợng ngô.
Hiện nay, có rất nhiều phƣơng pháp để nghiên cứu sự đa dạng di truyền của các giống cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng nhƣ: RFLP, AFLP, SSR, STS, RAPD,. Các phƣơng pháp này khắc phục đƣợc nhƣợc điểm của các phƣơng pháp chọn giống truyền thống bởi đánh giá đƣợc hệ gen của cây trồng. Trong số đó chỉ thị RAPD là kỹ thuật đƣợc sử dụng rộng rãi, bởi kỹ thuật này dễ thực hiện và ít tốn kém mà vẫn đánh giá đƣợc sự đa dạng di truyền và mối quan hệ di truyền ở mức độ phân tử. Xuất phát từ những cơ sở trên chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của một số giống ngô (Zea mays L.) bằng chỉ thị RAPD”.
Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chất lƣợng hạt của 10 giống ngô lai (Zea mays L.) dƣ̣a trên một số chỉ tiêu hóa sinh. - Khảo sát sự đa dạng và mối quan hệ di truyền của 10 giống ngô lai bằng kỹ thuật RAPD. Nội dung nghiên cƣ́u - Phân tích đặc điểm hình thái, khối lƣợng và kích thƣớc hạt của 10 giống ngô nghiên cứu. - Phân tích các chỉ tiêu hoá sinh: hàm lƣợng lipid, protein trong hạt.
- Tách chiết DNA tổng số của 10 giống ngô nghiên cứu. - Phân tích sự đa hình di truyền DNA đƣợc nhân bản ngẫu nhiên, xác định mức sai khác trong cấu trúc DNA hệ gen của 10 giống ngô nghiên cứu. - Thiết lập sơ đồ biểu diễn mối quan hệ di truyền của 10 giống ngô nghiên cứu. 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn CHƢƠNG 1.
TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. SƠ LƢỢC VỀ CÂY NGÔ 1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô Căn cứ vào những nghiên cứu về nguồn gốc cây trồng Vavilov (1926) đã chứng minh rằng: miền Trung Nam Mehico là Trung tâm phát sinh thứ nhất và vùng núi Andet thuộc Peru là Trung tâm phát sinh thứ hai của cây ngô [59]. Nhận định này của ông đã đƣợc nhiều nhà khoa học chia sẻ ủng hộ [37], [41].
Đặc biệt Harsberger (1893) đã kết luận ngô bắt nguồn từ một cây hoang dại từ miền Trung Mehico trên độ cao 1500 m của vùng bán hạn có lƣợng mƣa mùa hè khoảng 350 mm [61]. Năm 1948 ngƣời ta đã tìm thấy hoá thạch của phấn ngô đƣợc khai quật ở Bellar Arter - Mehicô, điều này đã khẳng định những nhận định của Vavilov. Ở Việt Nam, ngô đƣợc xâm nhập vào thông qua hai con đƣờng, từ Trung Quốc và từ Inđônêxia. Theo nhà bác học Lê Quý Đôn, cây ngô đƣợc đƣa vào Việt Nam cuối thế kỷ 17 (thời Khang Hy) do ông Trần Thế Vinh ngƣời huyện Tiên Phong (Sơn Tây, phủ Quảng Oai) đi sứ Trung Quốc đem về và đƣợc trồng đầu tiên ở Sơn Tây và gọi là “ngô”.
Một số tƣ liệu cho rằng ngƣời Bồ Đào Nha đã nhập ngô vào Jana năm 1496 có thể trực tiếp từ Nam Mỹ. Sau đó từ Inđônêxia ngô đƣợc chuyển sang Đông Dƣơng và Myanma [25]. Nhờ những đặc điểm quý, cây ngô sớm đƣợc ngƣời Việt Nam chấp nhận và mở rộng sản xuất, coi nhƣ là một trong các cây lƣơng thực chính chỉ sau cây lúa nƣớc về mặt diện tích nhƣng lại là cây màu số một cho năng suất và giá trị 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn kinh tế cao nhất. Tuy nhiên, do là một nƣớc có truyền thống sản xuất lúa gạo trong một thời gian dài nên ngô ít đƣợc chú ý mà chỉ những năm gần đây mới phát triển.
Cuộc cách mạng về giống ngô lai đã góp phần tăng nhanh diện tích, năng suất và sản lƣợng ngô toàn quốc, đƣa nƣớc ta đứng vào một trong những nƣớc trồng ngô lai tiên tiến của vùng Châu Á. Ngô có tên khoa học là Zea mays L. do nhà thực vật học Thụy Điển Linnaeus đặt theo hệ thống tên kép Hy Lạp – Latinh: Zea - từ Hy Lạp chỉ cây ngũ cốc và mays là từ “Mahiz” tên gọi cây ngô của ngƣời bản địa da đỏ. Cũng có thể mays là từ “Maya” – tên một bộ tộc da đỏ ở vùng Trung Mỹ - xuất xứ của ngô.
Zea thuộc chi Maydeae, họ hoà thảo (Gramineae). Kernike là ngƣời đầu tiên đƣa ra phƣơng pháp phân loại ngô theo thực vật học. Trên thế giới hiện có khoảng 8500 giống ngô đƣợc trồng ở khắp các lục đị a. Có nhiều cách để ngƣời ta phân loại ngô, một trong các cách đó là dựa vào cấu trúc nội nhũ của hạt và hình thái bên ngoài của hạt.
Ngô đƣợc phân thành các loài phụ: ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đƣờng, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa răng ngựa. Từ các loài phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô đƣợc phân chia thành các thứ. Ngoài ra ngô còn đƣợc phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinh trƣởng và thƣơng phẩm [13]. Đặc điểm nông sinh học của cây ngô Các giống ngô ở Việt Nam có những đặc điểm nhƣ chiều cao cây, thời gian sinh trƣởng, chống chịu sâu bệnh và thích ứng với điều kiện ngoại cảnh khác nhau.
Song cây ngô có những đặc điểm chung về hình thái, giải phẫu. Các bộ phận của cây ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa (bông cờ, bắp ngô) và hạt [66]. Cơ quan sinh dƣỡng của cây ngô gồm có: Rễ, thân, lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống cá thể của cây ngô. Hạt đƣợc coi là cơ quan khởi đầu của cây, vì khi hạt nảy mầm thì phôi trong sẽ phát triển thành cây.
5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Ngô là cây có hệ rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ cây hoà thảo. Tuỳ theo vị trí, thời gian sinh trƣởng và chức năng nhiệm vụ hệ rễ của cây hoàn chỉnh chia làm 3 loại: Rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Ngô ra lớp rễ đốt đầu tiên lúc 3 - 4 lá và mọc theo thứ tự từ dƣới lên trên. Rễ đốt giúp cho cây hút nƣớc và dinh dƣỡng trong suốt đời sống cây ngô.
Rễ chân kiềng mọc xung quanh các đốt phần thân sát gốc trên mặt đất. Rễ chân kiềng to nhẵn, ít rễ nhánh, không có rễ con và lông hút ở phần rễ nằm trong không khí. Rễ này giúp cây chống đổ, bám chặt vào đất và tham gia vào hút nƣớc và thức ăn cho cây [24]. Số lƣợng rễ, số lông rễ, độ lớn, độ dài của rễ phụ thuộc vào từng giống.
Khả năng thu nhận nƣớc và cung cấp đủ nƣớc thông qua rễ tới các bộ phận cây trong điều kiện khó khăn về nƣớc đƣợc coi là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chịu hạn. Thân cây ngô thƣờng phát triển mạnh, thẳng, cứng. Thân chia làm nhiều gióng, các gióng nằm giữa các đốt. Tuỳ theo giống, điều kiện khí hậu và kỹ thuật gieo trồng mà chiều cao thân khác nhau.
Thân ngô có đặc điểm là các gióng gần gốc ngắn, lên cao, dài và to dần, phát triển nhất là gióng đóng bắp, gióng gần đóng bắp và các gióng sau bé dần. Bề mặt thân ngô nhẵn và sáng. Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ nhau, số lá ngô dao động từ 6 - 22 lá tuỳ theo giống và điều kiện tự nhiên. Theo hình thái và vị trí lá trên cây, lá ngô đƣợc chia thành các nhóm sau: lá mầm, lá thân, lá ngọn, lá bi.
Lá ngô trƣởng thành gồm các bộ phận: Bẹ lá, phiến lá, thìa lá. Đặc biệt nổi bật là lá ngô có nhiều lỗ khí khổng. Trung bình trên một lá có khoảng 2 – 6 triệu lỗ khí khổng. Tế bào đóng mở khí khổng của ngô rất mẫm cảm với điều kiện bất thuận do đó khi gặp hạn khí khổng khép lại rất nhanh hạn chế sự thoát hơi nƣớc.
6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.vn Bắp ngô phát sinh từ mầm lá nách lá trên thân, số mầm nách lá trên cây ngô nhiều, nhƣng chỉ 1 – 3 mầm nách trên cùng phát triển thành bắp. Tuỳ thuộc vào giống, điều kiện sinh thái, chăm bón, mật độ, mùa vụ…mà tỷ lệ cây 2 – 3 bắp, số hạt trên bắp, vị trí đóng bắp, thời gian phun râu, trỗ cờ…có khác nhau.
