Tổng quan luận án
Cây vừng (Sesamum indicum L.) thuộc họ Vừng (Pedaliaceae), là loại cây lấy dầu hàng năm có lịch sử thuần hóa và gieo trồng lâu đời trên thế giới. Hạt vừng có hàm lượng dầu biến động từ 34,4% đến 59,8%, chứa tới 80% axit béo không no cùng các hợp chất chống oxy hóa tự nhiên thuộc nhóm lignan như sesamin và sesamolin. Tại Việt Nam, diện tích gieo trồng vừng dao động từ 36,70 đến 54,50 nghìn ha, năng suất bình quân đạt 6,97 tạ/ha và sản lượng đạt xấp xỉ 30 nghìn tấn mỗi năm. Trong đó, tỉnh Nghệ An xác định vừng là một trong mười loại cây trồng trọng điểm với diện tích gieo trồng bình quân đạt 4.894 ha trong giai đoạn 2007 - 2016, tập trung chủ yếu tại các huyện ven biển như Diễn Châu, Nghi Lộc và Quỳnh Lưu. Vùng đất cát ven biển Nghệ An có diện tích khoảng 21.428 ha, đặc trưng bởi thành phần cơ giới thô, kết cấu rời rạc, nghèo mùn và dinh dưỡng, khả năng giữ nước kém dẫn đến hạn hán gay gắt từ tháng 5 đến tháng 8, đồng thời chịu ảnh hưởng của bão lũ vào cuối tháng 8 và đầu tháng 9. Do đó, việc bố trí cây vừng có khả năng chịu hạn và thời gian sinh trưởng ngắn vào cơ cấu luân canh sau cây lạc là giải pháp canh tác phù hợp.
Khoảng trống nghiên cứu thực tế tại địa phương xuất phát từ việc phần lớn diện tích sản xuất vẫn sử dụng các giống vừng địa phương như vừng vàng Diễn Châu, vừng đen Hương Sơn hoặc giống nhập nội V6. Các giống địa phương thích nghi tốt nhưng năng suất và hàm lượng dầu thấp, trong khi giống nhập nội V6 sau thời gian dài canh tác đã bộc lộ nhược điểm mẫn cảm với bệnh héo xanh vi khuẩn, giảm độ thuần và năng suất không ổn định. Bên cạnh đó, các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu dừng lại ở việc khảo sát hình thái sơ bộ hoặc chọn lọc cá thể từ nguồn vật liệu sẵn có, thiếu các nghiên cứu chuyên sâu về đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử, chưa xác định cơ chế di truyền các tính trạng nông học và khả năng kết hợp của các dòng bố mẹ nhằm phục vụ công tác lai tạo giống vừng thâm canh cho vùng đất cát ven biển. Luận án tiến sĩ nông nghiệp của nghiên cứu sinh Nguyễn Tài Toàn với đề tài "Nghiên cứu khai thác nguồn gen cây vừng phục vụ chọn tạo giống vừng năng suất hạt và hàm lượng dầu cao cho vùng đất cát pha ven biển tỉnh Nghệ An", chuyên ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng (mã số: 9 62 01 11), bảo vệ tại Học viện Nông nghiệp Việt Nam năm 2019 dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Vũ Văn Liết và GS. Trần Tú Ngà, đã giải quyết các vấn đề nêu trên.
Mục tiêu nghiên cứu của luận án được xác định gồm 3 nội dung cụ thể:
- Thu thập và đánh giá tập đoàn 56 mẫu giống vừng trong nước và nhập nội về các đặc điểm thực vật học, nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất để phục vụ nghiên cứu di truyền và chọn giống vừng.
- Xác định đặc điểm di truyền của một số tính trạng hình thái ở cây vừng phục vụ chọn tạo giống vừng.
- Tuyển chọn được 1 - 2 dòng vừng có năng suất và hàm lượng dầu cao thích hợp với điều kiện sinh thái trên địa bàn tỉnh Nghệ An.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài bao gồm:
- Đối tượng nghiên cứu: Tập đoàn 56 mẫu giống vừng thu thập trong nước và nhập nội; 9 dòng/giống bố mẹ tham gia sơ đồ lai; 18 tổ hợp lai thế hệ F1 và các quần thể phân ly F2; các dòng thuần phân ly ở các thế hệ sau (đến F5) cùng dòng vừng triển vọng NLV10; các giống đối chứng V6 và VĐ11.
- Phạm vi không gian: Các thí nghiệm đồng ruộng được triển khai tại vùng đất cát pha ven biển xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An và Trung tâm thực nghiệp Nông học thuộc Viện Nông nghiệp và Tài nguyên - Trường Đại học Vinh. Thí nghiệm phân tích đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Chọn giống phân tử, Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam - Nhật Bản thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
- Phạm vi thời gian: Đề tài thực hiện trong giai đoạn từ năm 2011 đến năm 2015. Trong đó, vụ Hè Thu 2011 thực hiện lai tạo 18 tổ hợp lai; vụ Xuân 2012 đánh giá các mẫu giống bố mẹ và thế hệ F1; vụ Hè Thu 2012 nghiên cứu quy luật di truyền trên thế hệ F2; vụ Hè Thu các năm 2013, 2014 và 2015 đánh giá nông sinh học và đa dạng di truyền 56 mẫu giống; vụ Xuân 2014 đánh giá các dòng F5; vụ Hè Thu 2014 và 2015 khảo nghiệm các dòng/giống triển vọng.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Tổng quan tài liệu của luận án đã hệ thống hóa các kết quả nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam xoay quanh các chủ đề cốt lõi về cây vừng:
Về nguồn gốc và phân loại học, chi Sesamum thuộc họ Pedaliaceae có 36 loài đã được ghi nhận, chia làm 3 nhóm mức bội thể chính gồm 2n = 26 (S. malabaricum), 2n = 32 (S. angustifolium) và 2n = 64 (Kobayashi et al., 1990; Carlsson et al.). Sự khác biệt về mức bội thể tạo nên rào cản tương hợp di truyền khi chuyển nạp tính trạng chống chịu từ loài hoang dại sang vừng trồng Sesamum indicum L. Các nhà nghiên cứu như Ashri (1995), Bedigian & Harlan (1986) và Fuller (2003) xác định Nam Á và châu Phi là những trung tâm phát sinh và thuần hóa ban đầu của cây vừng. Về đặc tính sinh sản, vừng là cây tự thụ phấn nghiêm ngặt với tỷ lệ giao phấn chéo tự nhiên thấp, dao động từ 1% đến 6,7% tùy thuộc vào vùng địa lý và vị trí hoa trên cây (Pathirana, 1994; Stein et al.; Singh et al.).
Về thu thập và đánh giá nguồn gen, các ngân hàng gen lớn trên thế giới đã bảo tồn khối lượng vật liệu đáng kể: Trung tâm Quốc gia về tài nguyên di truyền thực vật Ấn Độ (NBPGR) phối hợp với IPGRI bảo tồn 6.658 mẫu giống (Bisht et al.; Mahajan et al.); Ngân hàng gen Quốc gia Trung Quốc lưu giữ 5.550 mẫu giống (Zhang et al.); Ngân hàng gen RDA Hàn Quốc bảo quản 7.698 mẫu (Kang et al.); Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ (USDA) lưu giữ 1.226 mẫu giống (Morris, 2009); Viện Nghiên cứu Cây ngũ cốc Quốc gia Nigeria thu thập 83 mẫu giống (Akpan-Iwo et al.). Tại Việt Nam, Trung tâm Tài nguyên thực vật (2016) bảo tồn 107 nguồn gen vừng, trong đó vùng Bắc Trung Bộ đóng góp khoảng 60 mẫu. Các nghiên cứu của Phan Bùi Tân và cs. (1996), Ngô Thị Lam Giang và cs. (2005), Vũ Ngọc Thắng và Vũ Đình Chính (2004), Nguyễn Văn Hoàn và Vũ Đình Chính (2010), cùng nghiên cứu đánh giá sinh lý chịu hạn của Trần Thị Thanh Huyền và Nguyễn Như Khánh (2011) đã khảo sát các giống vừng V6, V36, V6-CL, VT3 và một số dòng chọn lọc.
Về đánh giá đa dạng di truyền, các công trình quốc tế kết hợp phân tích kiểu hình và chỉ thị phân tử như RAPD, AFLP, ISSR, SSR và SRAP (Laurentin & Karlovsky, 2006; Kim et al., 2002; Woldessenbet et al., 2015; Ercan et al., 2004; Zhang et al., 2012; Wu et al., 2014; Dossa et al.). Nghiên cứu chỉ ra rằng các tính trạng khối lượng 1000 hạt, số quả trên cây và năng suất cá thể đóng góp lớn nhất vào sự phân tách di truyền kiểu hình (Parameshwarappa et al.; Begum et al.; Abhijatha et al., 2017). Tại Việt Nam, các nghiên cứu của Pham et al. (2009, 2010), Nguyễn Thị Thúy Mai và Nguyễn Văn Mùi (2011), Phạm Đức Toàn và cs. (2015) đã bước đầu sử dụng chỉ thị RAPD để đánh giá các mẫu giống thu thập tại Đồng bằng sông Cửu Long và miền Bắc, ghi nhận mức độ tương đồng di truyền từ 0,42 đến 0,82.
Về ưu thế lai, khả năng kết hợp và di truyền tính trạng, các nghiên cứu theo mô hình Line x Tester và Diallel của Jadhav & Mohrir (2013), Virani et al. (2017), Chaudhari et al. (2017), Pawar & Monpara (2016), Vimala & Parameshwarappa (2017), Manapure et al. (2017), Mungala et al. (2017), Saxena & Bisen (2017) đã chứng minh sự chi phối của cả hiệu ứng gen cộng gộp và không cộng gộp lên năng suất hạt và các yếu tố cấu thành. Nghiên cứu của Baydar & Turgut (2000), Ashri (1998), Falusi et al. (2002), Uzun et al., Zhang et al. (2013), Abatchoua et al. (2015) và Tripathy et al. (2016) chỉ ra rằng tính trạng vỏ quả có lông, tính phân cành, quả có 4 hàng hạt (2 ngăn) và 1 quả/nách lá thường thể hiện tính trội đơn gen so với các tính trạng tương ứng là quả nhẵn, không phân cành, quả 8 hàng hạt và 3 quả/nách lá.
Vị trí của luận án: Luận án đã giải quyết khoảng trống học thuật tại Việt Nam bằng cách tích hợp việc đánh giá hình thái học theo quy chuẩn quốc tế IPGRI với chỉ thị phân tử hiện đại (SSR, SRAP) trên tập đoàn 56 mẫu giống; áp dụng phương pháp phân tích di truyền Line x Tester để xác định khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA); kiểm định quy luật phân ly Men-đen trên thế hệ F2 đối với các tính trạng cấu trúc thân lá và quả; từ đó áp dụng phương pháp chọn lọc phả hệ để tạo ra dòng thuần mới đáp ứng yêu cầu thâm canh trên vùng đất cát pha ven biển Nghệ An.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu sử dụng khung lý thuyết và phương pháp chọn giống thực nghiệm định lượng kết hợp kỹ thuật sinh học phân tử:
- Khung phân tích nguồn gen: Đánh giá đặc điểm thực vật học, nông sinh học theo bản mô tả nguồn gen cây vừng của Viện Tài nguyên và Di truyền thực vật Quốc tế (IPGRI, 2001).
- Khung đánh giá khả năng kết hợp: Áp dụng phương pháp phân tích dòng x dòng thử (Line x Tester) theo mô hình của Kempthorne (1957) nhằm ước lượng phương sai khả năng kết hợp chung (GCA) của các dòng bố mẹ và khả năng kết hợp riêng (SCA) của các tổ hợp lai F1 đối với các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất.
- Khung kiểm định di truyền Men-đen: Sử dụng phép kiểm định độ phù hợp Chi bình phương ($\chi^2$) theo công thức của Steel and Torrie (1980):
$$\chi^2 = \sum \frac{(O - E)^2}{E}$$
Trong đó $O$ là giá trị quan sát thực tế và $E$ là giá trị lý thuyết kỳ vọng nhằm kiểm tra sự phù hợp của tỷ lệ phân ly kiểu hình 3:1 ở quần thể F2.
- Phương pháp phân tích đa dạng di truyền: Xây dựng sơ đồ phân nhóm hình cây dendrogram theo phương pháp nhóm cặp không trọng số trung bình toán học (UPGMA) trên ma trận tương đồng di truyền, sử dụng phần mềm NTSYSpc phiên bản 2.
- Phân tích thống kê: Số liệu nông sinh học và năng suất được xử lý phân tích phương sai (ANOVA) bằng phần mềm GenStat phiên bản 5.
Phương pháp bố trí thí nghiệm thực địa và phân tích phòng thí nghiệm:
- Đánh giá tập đoàn 56 mẫu giống vừng: Bố trí theo phương pháp tuần tự không nhắc lại, diện tích mỗi ô thí nghiệm là 2 $\text{m}^2$ (mỗi ô gồm 3 hàng dài 2 m), thực hiện trong vụ Hè Thu các năm 2013, 2014 và 2015 tại xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc.
- Phân tích chỉ thị phân tử: Đánh giá 56 mẫu giống bằng các cặp mồi SSR và SRAP theo quy trình của Zhang et al. (2012) và Wu et al. (2014), có cải tiến kỹ thuật tại Phòng thí nghiệm Chọn giống phân tử thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam.
- Đánh giá khả năng kết hợp và ưu thế lai: Bố trí 18 tổ hợp lai F1 (tạo từ vụ Hè Thu 2011) cùng 9 dòng bố mẹ và giống đối chứng V6 theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (Randomized Complete Block - RCB) với 3 lần lặp lại trong vụ Xuân 2012. Kích thước ô thí nghiệm là 5 $\text{m}^2$ (gồm 6 hàng dài 3 m, khoảng cách hàng cách hàng 30 cm, cây cách cây 15 cm).
- Nghiên cứu quy luật di truyền tính trạng: Gieo trồng 18 quần thể F1 và F2 theo phương pháp hoàn toàn ngẫu nhiên không lặp lại; diện tích ô thí nghiệm là 5 $\text{m}^2$ cho thế hệ F1 và 10 $\text{m}^2$ cho thế hệ F2 vụ Hè Thu 2012, mật độ hàng cách hàng 30 cm, cây cách cây 15 cm, khoảng cách giữa các ô thí nghiệm là 35 cm.
- Đánh giá dòng/giống triển vọng: Bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB) với 3 lần lặp lại, diện tích mỗi ô là 10 $\text{m}^2$ (kích thước ô $2\text{ m} \times 5\text{ m}$, cách nhau 0,35 m) thực hiện trong vụ Hè Thu 2014 và 2015.
Nguồn vật liệu nghiên cứu:
Tập đoàn bao gồm 56 mẫu giống vừng (ký hiệu từ G1 đến G56), trong đó 46 mẫu thu thập tại các tỉnh trong nước (Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Trị, Lạng Sơn, Quảng Bình...) và 10 mẫu giống nhập nội từ Nhật Bản, Trung Quốc. Dòng mẹ và dòng thử gồm các giống vừng vàng Diễn Châu (G20), vừng trắng V6 cùng các dòng bố mẹ được tuyển chọn qua khảo sát tập đoàn.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1: Tổng quan tài liệu
Chương này tổng thuật toàn diện các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về nguồn gốc, hệ thống phân loại học và đặc tính thực vật học của cây vừng. Về tình hình sản xuất, văn bản dẫn số liệu từ FAOSTAT (2018) chỉ ra diện tích vừng toàn cầu đạt 10,58 triệu ha, trong đó châu Phi dẫn đầu về diện tích (6,01 triệu ha, chiếm 56,79%) và châu Á đạt 4,27 triệu ha (chiếm 40,35%). Năng suất vừng thế giới bình quân giai đoạn 2012 - 2016 đạt khoảng 6,00 tạ/ha, Trung Quốc có năng suất cao nhất với mức bình quân 14,22 tạ/ha giai đoạn 2010 - 2014. Tại Việt Nam, số liệu Tổng cục Thống kê (2018) cho thấy diện tích sản xuất biến động từ 36,70 đến 54,50 nghìn ha, năng suất bình quân 7,01 tạ/ha, sản lượng bình quân 31,27 nghìn tấn/năm (miền Nam chiếm ưu thế với 26,27 nghìn tấn/năm so với miền Bắc là 5,00 nghìn tấn/năm).
Bảng tổng hợp tình hình sản xuất vừng tại Việt Nam giai đoạn 2013 - 2017:
| Năm |
Diện tích cả nước (1.000 ha) |
Năng suất cả nước (tạ/ha) |
Sản lượng cả nước (1.000 tấn) |
Năng suất miền Bắc (tạ/ha) |
Năng suất miền Nam (tạ/ha) |
| 2013 |
42,80 |
7,71 |
32,98 |
5,40 |
8,40 |
| 2014 |
42,40 |
5,49 |
23,30 |
5,90 |
5,40 |
| 2015 |
54,50 |
5,34 |
29,11 |
6,10 |
5,20 |
| 2016 |
49,00 |
8,43 |
41,30 |
6,50 |
8,80 |
| 2017 |
36,70 |
8,08 |
29,64 |
5,80 |
8,70 |
| Trung bình |
45,08 |
7,01 |
31,27 |
5,94 |
7,30 |
Phân tích điều kiện tự nhiên tỉnh Nghệ An cho thấy nhiệt độ trung bình hàng năm từ 23 - 24°C, tổng tích ôn 8.000°C/năm, lượng mưa 1.000 - 2.000 mm/năm nhưng phân bố không đều (80 - 85% tập trung từ tháng 5 đến tháng 10). Đất cát ven biển nghèo dinh dưỡng và giữ nước kém đòi hỏi giống cây trồng chịu hạn tốt và có chu kỳ sinh trưởng thích ứng. Tổng quan cũng chỉ ra các nghiên cứu chọn tạo giống vừng tại Việt Nam trước đây chủ yếu tập trung phục tráng hoặc chọn lọc đơn thuần, khẳng định sự cần thiết của việc đánh giá nguồn gen chuyên sâu và lai tạo có định hướng.
Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu
Nội dung chương trình bày chi tiết về nguồn gốc 56 mẫu giống vừng thu thập; các cặp mồi SSR và SRAP dùng trong khuếch đại PCR; sơ đồ lai hữu tính tạo 18 tổ hợp lai; phương pháp bố trí thí nghiệm ngoài đồng ruộng theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB) và phương pháp tuần tự theo quy chuẩn IPGRI; các chỉ tiêu theo dõi về thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, chiều cao đóng quả, chiều cao đến quả đầu tiên, số cành cấp 1, số quả trên cây, số hạt trên quả, khối lượng 1000 hạt ($P_{1000}$), năng suất cá thể; các phương pháp thống kê di truyền gồm phân tích phương sai ANOVA, phân tích Line x Tester ước tính GCA và SCA, kiểm định $\chi^2$ về quy luật phân ly tính trạng và phân tích phân nhóm UPGMA bằng phần mềm NTSYSpc v2 và GenStat v5.
Chương 3: Kết quả nghiên cứu và thảo luận
Kết quả nghiên cứu thực nghiệm được trình bày qua 6 nhóm nội dung chính:
-
Đánh giá nguồn gen và mức độ đa dạng di truyền của 56 mẫu giống vừng:
Phân loại tập đoàn thu thập theo đặc điểm hình thái và nông sinh học ghi nhận: 44,64% số giống có 3 quả/nách lá; 64,29% số giống có quả mang 4 hàng hạt; 66,07% số giống có vỏ hạt màu đen; 62,50% số giống có phiến lá trơn; 51,59% số giống có kiểu lá mọc đối; 69,64% số giống rụng lá hoàn toàn khi chín; 71,43% số giống có đặc tính phân cành ở các đốt phía dưới.
Phân tích đa dạng di truyền dựa trên 22 tính trạng kiểu hình đã phân chia tập đoàn thành 11 nhóm di truyền. Trong khi đó, phân tích bằng chỉ thị phân tử SSR (như mồi HS94) và SRAP (như cặp mồi Me07-Em07) đã phân chia tập đoàn thành 7 nhóm di truyền riêng biệt. Từ tập đoàn này, tác giả đã tuyển chọn được 9 mẫu giống có các yếu tố cấu thành năng suất tốt là G4, G6, G10, G14, G15, G26, G49, G51 và G53. Trong đó, 3 mẫu giống có tiềm năng năng suất cá thể cao nhất là G26 (đạt 8,97 g/cây), G51 (đạt 9,40 g/cây) và G53 (đạt 9,66 g/cây).
-
Khả năng sinh trưởng và các yếu tố cấu thành năng suất của bố mẹ và tổ hợp lai F1:
Các thí nghiệm trong vụ Xuân 2012 chứng minh sự biến động về thời gian sinh trưởng, chiều cao cây, khả năng đóng quả và năng suất cá thể giữa các dòng bố mẹ thuần và các tổ hợp lai F1, phản ánh sự biểu hiện kiểu hình trong điều kiện vụ xuân tại vùng cát ven biển.
-
Ưu thế lai của các tổ hợp lai:
Ưu thế lai được phân tích đối với các chỉ tiêu sinh trưởng và năng suất. Ưu thế lai thực ($H_b$), ưu thế lai trung bình ($H_m$) và ưu thế lai chuẩn ($H_s$) biểu hiện rõ rệt ở các tính trạng số quả trên cây, khối lượng 1000 hạt và năng suất cá thể ở một số tổ hợp lai vượt trội so với giống đối chứng V6.
-
Khả năng kết hợp của các mẫu giống với dòng thử:
Phân tích khả năng kết hợp chung (GCA) và khả năng kết hợp riêng (SCA) cho thấy:
- Về khả năng kết hợp chung: Dòng bố G15 và G53 có giá trị GCA cao đối với tính trạng năng suất cá thể và các yếu tố cấu thành năng suất. Dòng mẹ G20 (vừng vàng Diễn Châu) và giống đối chứng V6 có giá trị GCA cao về số quả trên cây và số hạt trên quả.
- Về khả năng kết hợp riêng: Các tổ hợp lai V6 x G8, G20 x G51, V6 x G23 và V6 x G15 biểu hiện giá trị SCA dương và cao ở mức có ý nghĩa đối với năng suất cá thể và các yếu tố cấu thành năng suất, được xác định là nguồn vật liệu phục vụ công tác chọn giống.
- Đặc điểm di truyền một số tính trạng hình thái ở thế hệ F2:
Phân tích tỷ lệ phân ly kiểu hình ở thế hệ con lai F2 đối với 4 tính trạng cấu trúc kiểu cây và đặc điểm quả đã làm sáng tỏ cơ chế di truyền đơn gen:
- Tính trạng lông trên quả: Kiểu hình quả có lông rậm là trội hoàn toàn so với quả nhẵn, do 1 cặp gen alen kiểm soát, thế hệ F2 phân ly theo tỷ lệ 3 có lông : 1 nhẵn.
- Tính trạng số quả trên nách lá: Kiểu hình 1 quả trên nách lá là trội hoàn toàn so với 3 quả trên nách lá, do 1 cặp gen alen kiểm soát, thế hệ F2 phân ly theo tỷ lệ 3 cây có 1 quả/nách lá : 1 cây có 3 quả/nách lá.
- Tính trạng số hàng hạt trên quả: Kiểu hình quả có 4 hàng hạt (2 ngăn) là trội hoàn toàn so với quả có 8 hàng hạt (4 ngăn), do 1 cặp gen alen kiểm soát, thế hệ F2 phân ly theo tỷ lệ 3 quả 4 hàng hạt : 1 quả 8 hàng hạt.
- Tính trạng phân cành: Kiểu hình cây phân cành là trội hoàn toàn so với cây không phân cành (thân đơn), do 1 cặp gen alen kiểm soát, thế hệ F2 phân ly theo tỷ lệ 3 cây phân cành : 1 cây không phân cành.
Các giá trị $\chi^2$ tính toán đều nhỏ hơn giá trị $\chi^2$ lý thuyết ở mức xác suất $P > 0,05$, khẳng định sự phù hợp với quy luật phân ly 3:1 của Men-đen. Đối với tính trạng năng suất cá thể, phân bố tần số ở quần thể F2 biểu hiện tính biến dị liên tục của tính trạng số lượng do nhiều gen quy định.
- Kết quả chọn lọc và khảo nghiệm dòng vừng mới NLV10:
Áp dụng phương pháp chọn lọc phả hệ qua các thế hệ từ F1 đến F5, nghiên cứu đã phân lập và cố định thành công dòng thuần mới NLV10 với các đặc tính nông sinh học và chất lượng thương phẩm:
Bảng đặc tính nông sinh học và chất lượng của dòng vừng mới NLV10:
| Chỉ tiêu theo dõi |
Giá trị đo đếm / Biểu hiện kiểu hình |
| Thời gian sinh trưởng |
Vụ Xuân: 85 - 90 ngày; Vụ Hè Thu: 80 - 85 ngày |
| Dạng thân và phân cành |
Thân đứng, không phân cành (kiểu hình thâm canh) |
| Đặc điểm bộ lá |
Góc lá đứng, lá rụng hoàn toàn khi hạt chín |
| Cấu trúc quả |
Mang nhiều quả trên thân chính, quả có 4 hàng hạt |
| Khối lượng 1000 hạt ($P_{1000}$) |
Lớn, đạt $> 3,00\text{ g}$ |
| Màu sắc vỏ hạt |
Hạt màu đen |
| Năng suất hạt |
Biến động từ 11,73 đến 12,60 tạ/ha |
| So sánh năng suất |
Tương đương giống V6, vượt khoảng 25% so với giống VĐ11 |
| Hàm lượng dầu trong hạt |
Đạt mức trung bình 44,23% |
| Tỷ lệ axit béo không no |
Chiếm 65% tổng thành phần lipit |
| Tỷ lệ Oleic / Linoleic |
Đạt mức thấp: 0,87 |
| Chỉ số Iod |
Đạt 112 |
Kết quả và những đóng góp mới
Đóng góp mới về mặt lý luận và khoa học của luận án:
- Cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học về mức độ đa dạng di truyền của 56 mẫu giống vừng trong nước và nhập nội dựa trên việc so sánh song song giữa 22 tính trạng hình thái (chia thành 11 nhóm) và chỉ thị phân tử SSR, SRAP (chia thành 7 nhóm). Sơ đồ hình cây UPGMA phản ánh quan hệ huyết thống và mức độ phân dị di truyền, phục vụ việc định hướng ghép cặp lai bố mẹ nhằm khai thác biến dị tổ hợp.
- Xác định giá trị khả năng kết hợp chung (GCA) của các giống bố mẹ và khả năng kết hợp riêng (SCA) của 18 tổ hợp lai trong điều kiện sinh thái vùng cát ven biển. Nhận diện các nguồn gen bố có GCA cao về năng suất (G15, G53), nguồn gen mẹ có GCA cao về số quả/cây và số hạt/quả (G20, V6), cùng các tổ hợp lai có SCA cao (V6 x G8, G20 x G51, V6 x G23, V6 x G15).
- Xác nhận quy luật di truyền đơn gen trội lặn hoàn toàn chi phối 4 tính trạng hình thái then chốt ở cây vừng: 1 quả/nách lá trội so với 3 quả/nách lá; quả có lông trội so với quả nhẵn; thân phân cành trội so với không phân cành; quả 4 hàng hạt trội so với quả 8 hàng hạt, với tỷ lệ phân ly 3:1 ở thế hệ F2. Kết quả này cung cấp cơ sở di truyền trực tiếp để định hướng chọn lọc kiểu cây thâm canh (thân đứng, không phân cành, đóng quả tập trung).
Đóng góp mới về mặt thực tiễn và giải pháp kỹ thuật:
- Thu thập, lưu giữ và bảo tồn tập đoàn 56 nguồn gen vừng (46 mẫu giống bản địa và 10 mẫu nhập nội), bổ sung nguồn vật liệu khởi đầu cho các chương trình chọn tạo giống cây có dầu tại Việt Nam.
- Tuyển chọn được 3 mẫu giống có tiềm năng năng suất cá thể cao là G26 (8,97 g/cây), G51 (9,40 g/cây) và G53 (9,66 g/cây), có thể sử dụng trực tiếp trong sản xuất hoặc làm vật liệu lai tạo.
- Chọn tạo thành công dòng vừng mới NLV10 mang nhiều đặc tính phù hợp với canh tác đất cát pha ven biển Nghệ An: thân đứng không phân cành cho phép tăng mật độ gieo trồng thâm canh; bộ lá rụng khi chín thuận lợi cho thu hoạch cơ giới; thời gian sinh trưởng ngắn (80 - 85 ngày vụ Hè Thu) giúp né tránh bão lụt cuối vụ; hạt to ($P_{1000} > 3,00\text{ g}$), vỏ hạt màu đen; năng suất hạt đạt 11,73 - 12,60 tạ/ha, tương đương V6 và vượt đối chứng VĐ11 khoảng 25%; chất lượng hạt đạt hàm lượng dầu 44,23%, axit béo không no chiếm 65%, tỷ lệ Oleic/Linoleic là 0,87 và chỉ số Iod đạt 112, đáp ứng tiêu chuẩn chế biến dầu ăn.
Kiến nghị của tác giả:
- Tiếp tục khai thác các tổ hợp lai có SCA cao và các dòng bố mẹ có GCA cao đã được xác định để phát triển các dòng thuần mới phục vụ các vùng sinh thái khác nhau.
- Đưa dòng vừng NLV10 vào hệ thống khảo nghiệm sản xuất trên diện rộng tại các vùng đất cát pha ven biển thuộc tỉnh Nghệ An và các tỉnh Bắc Trung Bộ nhằm hoàn thiện quy trình kỹ thuật gieo trồng thâm canh.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của nghiên cứu:
- Phạm vi khảo nghiệm đồng ruộng đối với các dòng phân ly và dòng mới NLV10 tập trung chủ yếu tại địa bàn huyện Nghi Lộc (xã Nghi Phong) và Trung tâm thực nghiệp Nông học Trường Đại học Vinh, chưa mở rộng khảo nghiệm sinh thái đa vùng trên toàn dải đất cát ven biển Bắc Trung Bộ.
- Nghiên cứu di truyền mới dừng lại ở việc kiểm định quy luật phân ly Men-đen đối với 4 tính trạng hình thái định tính; cơ chế di truyền kiểm soát các tính trạng số lượng phức tạp như năng suất cá thể, hàm lượng dầu và tỷ lệ các axit béo chưa được định lượng bằng bản đồ di truyền liên kết hay định vị QTLs cụ thể.
Hướng nghiên cứu tiếp theo được văn bản định hướng:
- Mở rộng khảo nghiệm sinh thái, đánh giá tính ổn định năng suất và khả năng chống chịu sâu bệnh hại chính (đặc biệt là bệnh héo xanh vi khuẩn và bệnh đốm thân) của dòng NLV10 tại các vùng đất cát pha ven biển khác nhau.
- Tiếp tục nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử liên kết với các tính trạng kinh tế, hàm lượng dầu và tính trạng kháng bệnh để hỗ trợ chọn lọc ở các thế hệ con lai sớm (MAS).
Giá trị tham khảo
Nghiên cứu mang lại giá trị tham khảo cụ thể cho các nhóm đối tượng học thuật và ứng dụng thực tiễn:
- Giảng viên, nghiên cứu sinh và học viên cao học ngành Di truyền và Chọn giống cây trồng, Nông học: Luận án là tài liệu tham khảo về phương pháp luận đánh giá nguồn gen thực vật kết hợp giữa tính trạng hình thái chuẩn IPGRI và chỉ thị phân tử SSR, SRAP; kỹ thuật thiết kế thí nghiệm Line x Tester đánh giá GCA, SCA; và quy trình kiểm định di truyền Men-đen trên quần thể phân ly cây tự thụ phấn.
- Các cơ quan nghiên cứu cây có dầu: Cung cấp thông tin nguồn gen và các dòng bố mẹ ưu tú (G15, G53, G20, V6) cùng các tổ hợp lai có ưu thế lai thực tế cao để tiếp tục khai thác trong các chương trình chọn giống vừng năng suất và hàm lượng dầu cao.
- Cơ quan quản lý nông nghiệp và cán bộ khuyến nông vùng Bắc Trung Bộ: Tài liệu cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng cơ cấu luân canh cây trồng bền vững trên đất cát ven biển (công thức luân canh lạc vụ Xuân - vừng vụ Hè Thu), đồng thời giới thiệu dòng vừng mới NLV10 và các mẫu giống G26, G51, G53 vào cơ cấu giống cây trồng né tránh thiên tai tại địa phương.
Câu hỏi thường gặp
1. Tập đoàn 56 mẫu giống vừng trong luận án được phân nhóm đa dạng di truyền như thế nào khi so sánh giữa kiểu hình và chỉ thị phân tử?
Theo kết quả nghiên cứu tại Chương 3, dựa trên 22 tính trạng kiểu hình nông sinh học và thực vật học, tập đoàn 56 mẫu giống được phân chia thành 11 nhóm di truyền thông qua sơ đồ cây UPGMA. Khi sử dụng các chỉ thị phân tử SSR và SRAP, tập đoàn 56 mẫu giống được phân chia thành 7 nhóm di truyền. Kết quả phân tích phân tử phản ánh mức độ quan hệ di truyền thực chất giữa các mẫu giống, khắc phục được sự tác động của điều kiện ngoại cảnh lên các tính trạng hình thái.
2. Quy luật di truyền của các tính trạng số quả/nách lá, lông trên quả, số hàng hạt và tính phân cành ở thế hệ F2 được xác định như thế nào?
Tại mục 3.5 của luận án, kết quả kiểm định Chi bình phương ($\chi^2$) trên 18 quần thể F2 vụ Hè Thu 2012 khẳng định cả 4 tính trạng này đều do một cặp gen alen kiểm soát theo quy luật trội lặn hoàn toàn và phân ly theo tỷ lệ 3 trội : 1 lặn:
- Tính trạng 1 quả trên nách lá là trội hoàn toàn so với 3 quả trên nách lá (tỷ lệ 3:1).
- Tính trạng lông rậm trên quả là trội hoàn toàn so với quả nhẵn (tỷ lệ 3:1).
- Tính trạng quả 4 hàng hạt (2 ngăn) là trội hoàn toàn so với quả 8 hàng hạt (4 ngăn) (tỷ lệ 3:1).
- Tính trạng thân phân cành là trội hoàn toàn so với thân không phân cành (tỷ lệ 3:1).
3. Những dòng bố mẹ và tổ hợp lai nào thể hiện khả năng kết hợp tốt nhất về năng suất cá thể?
Kết quả phân tích Line x Tester ở mục 3.4 xác định:
- Dòng bố G15 và G53 có khả năng kết hợp chung (GCA) cao nhất đối với năng suất cá thể và các yếu tố cấu thành năng suất.
- Dòng mẹ G20 (vừng vàng Diễn Châu) và giống đối chứng V6 có khả năng kết hợp chung (GCA) cao về số quả trên cây và số hạt trên quả.
- Bốn tổ hợp lai thể hiện khả năng kết hợp riêng (SCA) dương và cao ở mức có ý nghĩa đối với năng suất cá thể gồm: V6 x G8, G20 x G51, V6 x G23 và V6 x G15.
4. Dòng vừng mới NLV10 có những đặc tính nông sinh học và chất lượng thương phẩm nào nổi trội so với giống đối chứng?
Dòng NLV10 được chọn lọc đến thế hệ F5 có các đặc tính: thời gian sinh trưởng vụ Xuân 85 - 90 ngày, vụ Hè Thu 80 - 85 ngày; thân đứng, không phân cành, bộ lá đứng và rụng hoàn toàn khi chín; quả có 4 hàng hạt, hạt màu đen, khối lượng 1000 hạt lớn ($P_{1000} > 3,00\text{ g}$); năng suất hạt đạt từ 11,73 đến 12,60 tạ/ha (tương đương giống V6 và cao hơn đối chứng VĐ11 khoảng 25%); hàm lượng dầu trung bình đạt 44,23%, axit béo không no chiếm 65%, tỷ lệ Oleic/Linoleic thấp (0,87) và chỉ số Iod cao (112).
5. Vì sao cây vừng nói chung và dòng NLV10 nói riêng phù hợp với hệ thống cây trồng trên đất cát pha ven biển Nghệ An?
Đất cát ven biển Nghệ An có đặc điểm nghèo dinh dưỡng, thoát nước nhanh, chịu khô hạn gay gắt trong vụ Hè Thu từ tháng 5 đến tháng 8 và thường ngập úng do mưa bão vào cuối tháng 8 đầu tháng 9. Cây vừng có khả năng chịu hạn sinh lý tốt, thời gian sinh trưởng ngắn (80 - 85 ngày) giúp né tránh được mưa bão cuối vụ. Riêng dòng NLV10 có thân đứng không phân cành, bộ lá rụng khi chín giúp thuận tiện cho gieo trồng mật độ cao, hạn chế đổ ngã và giảm thiểu sâu bệnh tích lũy sau vụ lạc xuân.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Nguyễn Tài Toàn đã giải quyết đồng bộ từ khâu thu thập, đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen bằng chỉ thị hình thái và phân tử (SSR, SRAP) đến phân tích khả năng kết hợp và quy luật di truyền các tính trạng nông học trên cây vừng. Nghiên cứu đã xác định được cơ chế di truyền phân ly 3:1 của 4 tính trạng cấu trúc kiểu cây, đồng thời tuyển chọn được các dòng bố mẹ có giá trị GCA cao (G15, G53, G20, V6) và các tổ hợp lai có SCA cao phục vụ công tác giống. Thành quả thực tiễn nổi bật là việc chọn tạo thành công dòng thuần NLV10 có thân đứng, năng suất hạt đạt 11,73 - 12,60 tạ/ha, hàm lượng dầu 44,23% và thời gian sinh trưởng ngắn, đáp ứng yêu cầu thâm canh thích ứng với điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng vùng đất cát pha ven biển tỉnh Nghệ An. Công trình là tài liệu khoa học có giá trị chuyên môn cao cho nghiên cứu chọn giống cây có dầu và bố trí hệ thống cây trồng bền vững tại vùng Bắc Trung Bộ.
