Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu đa dạng nguồn gen cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) phục vụ công tác bảo tồn và chọn tạo giống

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:226

Thêm vào BST

Báo xấu

146
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là điều tra thu thập và tạo lập được tập đoàn cây sen có quy mô 35-40 mẫu giống, xây dựng được bản đồ phân bố các mẫu giống sen trong tập đoàn. Đánh giá được các đặc điểm nông sinh học, đa dạng hình thái và mức độ đa dạng di truyền của các mẫu giống sen trong tập đoàn phục vụ cho công tác bảo tồn và chọn tạo giống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu đa dạng nguồn gen cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) phục vụ công tác bảo tồn và chọn tạo giống

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM --------- HOÀNG THỊ NGA NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG NGUỒN GEN CÂY SEN (Nelumbo nucifera Gaertn.) PHỤC VỤ CÔNG TÁC BẢO TỒN VÀ CHỌN TẠO GIỐNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Hà Nội - 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM -------- HOÀNG THỊ NGA NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG NGUỒN GEN CÂY SEN (Nelumbo nucifera Gaertn.) PHỤC VỤ CÔNG TÁC BẢO TỒN VÀ CHỌN TẠO GIỐNG Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. NGUYỄN THỊ NGỌC HUỆ 2. PGS.TS. LÃ TUẤN NGHĨA Hà Nội - 2016
iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ, hợp tác cho việc thực hiện luận án này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ dẫn rõ nguồn gốc. Tác giả luận án Hoàng Thị Nga
iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của các Thầy, Cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới PGS.TS Nguyễn Thị Ngọc Huệ - Hội Giống cây trồng Việt Nam, PGS.TS. Lã Tuấn Nghĩa - Giám đốc Trung tâm Tài nguyên thực vật - những Cô Thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo Trung tâm Tài nguyên thực vật, Lãnh đạo Bộ môn Quản lý Ngân hàng gen, các bạn bè đồng nghiệp trong Trung tâm Tài nguyên thực vật đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo, các anh, chị, em trong Ban Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn các tập thể, cá nhân, bà con nông dân tại Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nam, Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Nghệ An, Quảng Ninh, Thừa Thiên Huế, Đồng Tháp và cơ sở chế biến sen lão tại Hưng Yên đã hợp tác giúp đỡ và chia sẻ thông tin, kinh nghiệm quý báu, cung cấp các mẫu giống sen trong quá trình thực hiện đề tài. Cuối cùng tôi vô cùng biết ơn các thành viên trong gia đình đã luôn bên cạnh, động viên khích lệ, tiếp thêm sức mạnh và nghị lực để tôi hoàn thiện công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Hoàng Thị Nga
v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH x MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 6 1.1. Giới thiệu chung về cây sen 6 1.1.1. Nguồn gốc cây sen 6 1.1.2. Phân loại và phân bố cây sen 7 1.1.3. Giá trị của cây sen 8 1.1.4. Đặc điểm thực vật học cơ bản của cây sen 11 1.1.5. Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây sen 12 1.2. Tình hình sản xuất và thị trường các sản phẩm từ cây sen trên thế giới và 15 ở Việt Nam 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen trên thế giới 15 1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen ở Việt Nam 16 1.3. Phân tích đa dạng di truyền ở cây sen 19 1.3.1. Đa dạng di truyền và các phương pháp đánh giá đa dạng di truyền 19 1.3.2. Một số loại chỉ thị phân tử thường được sử dụng trong đánh giá đa dạng 22 di truyền ở cây sen 1.3.3. Kết quả nghiên cứu đa dạng di truyền cây sen 24 1.4. Thu thập, lưu giữ và sử dụng nguồn gen cây sen 29 1.4.1. Thu thập và lưu giữ nguồn gen cây sen 29 1.4.2. Khai thác và sử dụng nguồn gen cây sen 32 1.5. Nghiên cứu các biện pháp kỹ thuật canh tác 35 1.5.1. Kỹ thuật nhân giống 35 1.5.2. Kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc, quản lý sâu bệnh hại 36 1.5.3. Thu hoạch và bảo quản 38 CHƢƠNG 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP 40 NGHIÊN CỨU
vi 2.1. Vật liệu nghiên cứu 40 2.2. Nội dung nghiên cứu 42 2.2.1. Điều tra tình hình sản xuất, thị trường và thu thập các mẫu giống sen tại 42 một số tỉnh ở Việt Nam 2.2.2. Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống trong tập đoàn 43 cây sen. 2.2.3. Nghiên cứu đa dạng di truyền các mẫu giống sen 43 2.2.4. Đánh giá và xác định một số mẫu giống sen triển vọng 43 2.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 43 2.4. Phương pháp nghiên cứu 44 2.4.1. Phương pháp điều tra tình hình sản xuất, thị trường và thu thập các mẫu 44 giống sen 2.4.2. Phương pháp, mô tả đánh giá đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống 47 sen 2.4.3. Các phương pháp sử dụng đánh giá đa dạng di truyền 49 2.4.4. Đánh giá, xác định một số giống sen triển vọng 53 2.4.5. Phương pháp đánh giá mức độ sâu bệnh hại 56 2.4.6. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 58 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 59 3.1. Hiện trạng sản xuất, thị trường và thu thập các mẫu giống sen tại một số 59 tỉnh ở Việt Nam 3.1.1. Hiện trạng sản xuất, thị trường các sản phẩm từ cây sen 59 3.1.2. Thu thập mẫu giống và tạo lập tập đoàn sen 75 3.2. Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống sen 78 3.2.1. Đặc điểm thân, lá của các mẫu giống trong tập đoàn cây sen 78 3.2.2. Đặc điểm nụ hoa và hoa của các mẫu giống trong tập đoàn sen 83 3.2.3. Đặc điểm nhị hoa của các mẫu giống trong tập đoàn sen 90 3.2.4. Đặc điểm gương, hạt sen của các mẫu giống trong tập đoàn cây sen 95 3.2.5. Khả năng sinh trưởng, phát triển của các mẫu giống sen 99 3.2.6. Xác định mối tương quan giữa một số tính trạng 101 3.2.7. Đánh giá tình hình sâu bệnh hại của các mẫu giống sen 103 3.2.8. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất hạt sen của các mẫu giống 107
vii 3.3. Đánh giá tính đa dạng di truyền các mẫu giống sen trong tập đoàn 110 3.3.1. Đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống sen dựa vào kiểu hình 111 3.3.2. Đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống sen bằng chỉ thị SSR 121 3.3.3. Đề xuất các hướng khai thác sử dụng nguồn gen sen hiện có 129 3.4. Đánh giá, xác định một số mẫu giống sen triển vọng có tiềm năng khai 131 thác mở rộng sản xuất 3.4.1. Nghiên cứu xác định mẫu giống triển vọng từ nhóm sen lấy hoa 131 3.4.2. Nghiên cứu xác định mẫu giống triển vọng từ nhóm sen lấy hạt 138 3.4.3. Nghiên cứu, xác định mẫu giống sen lấy củ 148 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN 152 LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO 153 PHỤ LỤC
viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Amplified Fragment Length Polymorphism AFLP Đa hình độ dài nhân bản chọn lọc ARN Ribonucleic Acid- Axit Ribonucleic bp Base pair- Cặp bazơ Botanic Gardens Conservation International BGCI Bảo tồn vườn thực vật quốc tế Cinet Trang thông tin điện tử Bộ Văn hóa, Thể thao, Du lịch DNA Deoxyribonucleic Acid-Axit Deoxyribonucleic dNTP Deoxyribonucleotide triphosphate ĐBSCL Đồng bằng sông Cửu Long ĐBSH Đồng bằng sông Hồng International Waterlily and Water Gardening Society – IWGS Hiệp hội làm vườn cây thủy sinh và hoa súng quốc tế ISSR Inter-Simple Sequence Repeats -Chuỗi lặp lại đơn giản giữa Kb Kilobase (=1.000 cặp bazơ) Kew Royal Botanic Gardens, Kew-Vườn thực vật Hoàng Gia Anh Kew NN và PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn PCA Phương pháp phân tích phối hợp chính Polymerase Chain Reaction- PCR Phản ứng khuếch đại chuỗi polymerase Randomly Amplified Polymorphic DNA RAPD DNA đa hình được nhân bản ngẫu nhiên SSR Simple Sequence Repeats – Kỹ thuật chuỗi lặp lại đơn giản SWOT Strengths - Weaknesses - Opportunities - Threats Phân tích SWOT: điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức TNTV Tài nguyên thực vật Trans-Pacific Strategic Economic Partnership Agreement TPP Hiệp định Đối tác Kinh tế Xuyên Thái Bình Dương VHTTDL Văn hóa Thể thao Du lịch WA Water Agar -Môi trường nước Agar
ix DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Trang Bảng 1.1. Giá trị dinh dưỡng trong 100g củ sen và hạt sen 8 2.1. Danh sách các mẫu giống sen được thu thập năm 2011-2012 và bảo 40 tồn tại Trung tâm TNTV (An Khánh-Hoài Đức-Hà Nội) 2.2. Danh sách các chỉ thị SSR sử dụng trong nghiên cứu 42 2.3. Thành phần phản ứng PCR cho các mẫu giống sen 51 3.1. Diện tích và các giống sen hiện trồng tại các địa phương, 60 (Kết quả điều tra năm 2012-2013) 3.2. Phương thức canh tác cây sen tại các điểm điều tra 62 3.3. Các sản phẩm từ cây sen và năng suất sen tại các vùng điều tra, 65 năm 2012-2013 3.4. Các sản phẩm từ cây sen và thị trường tiêu thụ 69 ( Điều tra năm 2012-2013) 3.5. Các yếu tố hạn chế trong sản xuất cây sen tại các điểm điều tra 72 3.6. Phân tích điểm mạnh, điểm yếu, cơ hội và thách thức của canh tác và 73 phát triển cây sen tại vùng nghiên cứu 3.7. Danh sách 42 mẫu giống sen và tọa độ địa lý nơi thu thập 75 3.8 Phân nhóm các mẫu giống sen theo đặc điểm thân, lá 79 (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.9. Tham số thống kê tính trạng số lượng về thân lá của các mẫu giống 81 sen theo nhóm (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.10. Phân nhóm các mẫu giống sen theo đặc điểm nụ hoa và hoa 84 (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.11. Tham số thống kê các tính trạng số lượng về cánh hoa lớp bên ngoài 88 của các mẫu giống sen phân theo nhóm (năm 2012-2013, Hoài Đức- Hà Nội) 3.12. Tham số thống kê các tính trạng số lượng về cánh hoa lớp bên trong 90 của các mẫu giống sen phân theo nhóm (năm 2012-2013, Hoài Đức- Hà Nội) 3.13. Phân nhóm các mẫu giống sen theo đặc điểm nhị hoa 91 (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội)
x TT Tên bảng Trang Bảng 3.14. Tham số thống kê tính trạng số lượng về nhị hoa của các mẫu giống 93 sen (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.15. Tham số thống kê tính trạng số lượng về nụ, hoa và năng suất hoa của 94 các mẫu giống sen (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.16. Phân nhóm các mẫu giống theo đặc điểm gương sen và hạt sen (năm 98 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.17. Phân nhóm các mẫu giống sen qua các giai đoạn sinh trưởng và tham 100 số thống kê (năm 2012-2013, Hoài Đức- Hà Nội) 3.18. Tình hình sâu hại trên cây sen (Hoài Đức, 2012-2014) 104 3.19. Mức độ nhiễm bệnh thối thân trên cây sen (Hoài Đức, 2015) 105 3.20. Phân nhóm các mẫu giống sen theo một số tính trạng chính và năng 108 suất hạt sen (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.21. Phân nhóm các mẫu giống ở mức tương đồng 0,355 118 3.22. Thông tin đa hình các locut SSR ở các mẫu giống sen nghiên cứu. 124 3.23. Tỷ lệ dị hợp (H%) và tỷ lệ khuyết số liệu (M%) của 42 mẫu giống sen 126 3.24. Đặc điểm sinh trưởng của 7 mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa 134 (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.25. Đặc điểm sinh trưởng phát triển của 7 mẫu giống thuộc nhóm sen lấy 134 hoa (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.26. Số lượng cánh hoa, nhị hoa của 7 mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa 135 (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.27. Năng suất và chất lượng hoa của 7 mẫu giống thuộc nhóm sen lấy 137 hoa (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.28. Phân nhóm 33 mẫu giống sen lấy hạt theo sinh trưởng, phát triển 140 và các tham số thống kê (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.29. Đặc điểm sinh trưởng, phát triển của 18 mẫu giống sen lấy hạt 142 (năm 2013, Hoài Đức, Hà Nội) 3.30. Một số đặc điểm nông học và năng suất hạt của 18 mẫu giống sen 144 lấy hạt (năm 2013-2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.31. Đặc điểm sinh trưởng phát triển của 3 giống sen lấy hạt triển vọng 145 (năm 2014, Hoài Đức, Hà Nội)
xi TT Tên bảng Trang Bảng 3.32. Một số tính trạng chính và năng suất của 3 giống sen lấy hạt triển 146 vọng (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.33. Đặc điểm hạt sen của 3 mẫu giống sen lấy hạt triển vọng 146 (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.34. Kết qủa phân tích chất lượng hạt sen 147 3.35. Đặc điểm sinh trưởng phát triển của 2 giống sen lấy củ 148 (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.36. Một số tính trạng và năng suất của 2 giống sen lấy củ 149 (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội)
xii DANH MỤC HÌNH TT Tên hình Trang Hình 2.1. Quy trình tách chiết ADN tổng số từ lá sen 50 2.2. Sơ đồ tuyển chọn, xác định giống sen lấy hạt triển vọng 54 3.1. Một số hình ảnh về hoạt động điều tra tình hình sản xuất, thị 68 trường tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen 3.2. Quá trình chế biến hạt sen lão thành sen trắng 71 3.3. Bản đồ phân bố 42 mẫu giống sen thu thập tại các vùng khác nhau 76 trong cả nước 3.4. Hình dạng nụ hoa của các mẫu giống trong tập đoàn cây sen 85 3.5 Cấu tạo kiểu hoa của các mẫu giống trong tập đoàn cây sen 85 3.6. Hình dạng hoa của các mẫu giống trong tập đoàn cây sen 86 3.7. Cánh hoa ở lớp cánh bên ngoài, lớp cánh bên trong 86 và hình dạng nhị hoa của các mẫu giống trong tập đoàn cây sen 3.8. Hình dạng gương sen khi sắp chín 96 3.9. Bề mặt gương sen và vị trí đính hạt trên gương sen 96 3.10. Cách sắp xếp hạt trên gương sen 97 3.11. Hình dạng hạt sen của các mẫu giống trong tập đoàn 97 3.12 Tương quan giữa màu sắc nụ hoa và màu sắc hoa 101 3.13. Tương quan giữa năng suất sen chè và tỷ lệ hạt chắc/gương 102 3.14. Tương quan giữa năng suất sen chè và số hạt/gương sen 102 3.15. Tương quan giữa năng suất sen chè và khối lượng 100 hạt 102 3.16 Tương quan giữa năng suất sen chè và số hàng hạt/gương sen 102 3.17. Nấm Pythium sp và Phythopthora sp gây thối thân ở sen Lai lùn S7 106 3.18. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 42 mẫu giống sen dựa 114 trên chỉ thị hình thái với 26 tính trạng hình thái nông học 3.19. Hình ảnh điện di ADN tổng số của 42 mẫu giống sen trên gel 121 agarose 1%
xiii TT Tên hình Trang Hình 3.20. Hình ảnh điện di sản phẩm PCR của 42 mẫu giống sen với 5 cặp 123 mồi Nelumbo-34, PR01, PR10, PL 69 và PL 74. 3.21. Sơ đồ hình cây về mối quan hệ di truyền của 42 mẫu giống sen 128 bằng chỉ thị SSR 3.22. Hình dạng nụ hoa của các mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa 132 3.23. Hình dạng hoa của 7 mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa 132
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Ở Việt Nam cây sen mọc hoang dại và được trồng khá phổ biến suốt từ Bắc vào Nam trong các ao, hồ, đầm, ruộng sâu nhiều bùn, thậm chí có thể sinh trưởng, phát triển tốt ngay cả trong điều kiện đất trũng, nước ngập sâu mà các cây trồng khác không thể tồn tại được. Diện tích trồng sen ở nước ta còn ít, ước chừng khoảng trên 3000 ha, nhưng hàng năm đã cung cấp từ vài trăm đến 1.000 tấn hạt sen cho thị trường trong nước và xuất khẩu. Từ lâu cây sen đã trở nên thân thuộc và gần gũi với người dân Việt Nam. Miền Bắc nổi tiếng với sen Tây Hồ dùng làm hoa cảnh và ướp chè; miền Trung có sen Hồng Nghệ An; sen Trắng Đại nội Huế dùng lấy hạt, làm hoa cảnh; miền Nam có sen Hồng Đồng Tháp lấy hạt. Giá trị của cây sen không chỉ dừng lại ở ý nghĩa vật chất, kinh tế mà còn mang cả ý nghĩa về mặt tinh thần. Tại Myanmar từ cuống lá sen người ta còn có thể sản xuất ra tơ và vải lụa gắn với tín ngưỡng Phật giáo (Bộ Ngoại giao Việt Nam, 2013). Hầu hết các bộ phận của cây sen đều có thể sử dụng được trong văn hóa ẩm thực và trong y học. Từ phiến lá, cuống lá, nụ, hoa, hạt đến ngó sen, củ sen đều có thể dùng để chế biến các món ăn, thức uống ngon và bổ dưỡng như nộm ngó sen, mứt sen, chè sen Huế, gà hấp lá sen, cá hấp lá sen, bánh lá sen, củ sen muối, cốm trong lá sen, trà sen Tây Hồ, rượu sen Đồng Tháp… mang đậm nét văn hóa Việt. Hạt sen và củ sen là những thực phẩm quý, giàu dinh dưỡng, chứa nhiều nguyên tố vi lượng, các vitamin, chất xơ… giúp tăng cường sức khỏe cho con người (Nguyen, Q., 2001b). Hạt sen, tâm sen, lá sen cũng là những nguyên liệu quý trong các bài thuốc cổ truyền giúp an thần, điều trị mất ngủ, ổn định huyết áp và cầm máu. Giá trị tinh thần mà cây sen mang lại được thể hiện trong các lĩnh vực văn học, văn hóa mỹ thuật. Hình ảnh hoa sen xuất hiện rất nhiều trong thơ ca nhằm ca ngợi Bác Hồ kính yêu: “Tháp Mười đẹp nhất bông sen/Việt Nam đẹp nhất có tên Bác Hồ”; Ca ngợi sức sống bền vững và mãnh liệt: “Hoa sen mọc bãi cát lâm/Tuy rằng lấm láp vẫn mầm hoa sen” và ca ngợi tình yêu đôi lứa: “Hôm qua tát nước đầu
2 đình/Bỏ quên chiếc áo trên cành hoa sen”. Hình ảnh hoa sen còn xuất hiện trong nhiều tác phẩm nghệ thuật từ thời Đinh, Lý, Trần, Lê như kiến trúc Chùa Một Cột, bia tiến sĩ ở Văn Miếu, bệ tượng Phật… và hiện nay là biểu tượng của Hãng hàng không quốc gia Việt Nam hay trên trang thông tin điện tử của Bộ VHTTDL. Tại các vùng trồng sen người dân còn gắn với du lịch sinh thái để phục vụ giáo dục và quảng bá hình ảnh quê hương đất nước. Tuy đã có vị trí nhất định trong đời sống văn hóa và đậm nét trong tiềm thức của người Việt nhưng đến nay hoa sen vẫn chưa được lựa chọn, suy tôn là Quốc hoa của Việt Nam, mặc dù kết quả lựa chọn Quốc hoa do Bộ VHTTDL tổ chức năm 2011 được người dân hưởng ứng, đã có 62,1% ý kiến được hỏi trên mạng internet chọn hoa sen là Quốc hoa Việt Nam (Thanh Hoài, 2013). Một số nguyên nhân chính được xác định do: (1) Hoa sen Trắng đã được Ấn Độ tôn vinh là Quốc hoa; (2) Bộ sưu tập hoa sen của Việt Nam còn nghèo nàn, đồng thời ở miền Bắc nước ta chỉ có duy nhất 1 vụ sen/năm; (3) Hoa sen rất nhanh tàn; (4) Nghiên cứu và khai thác công dụng của cây sen còn rất hạn chế, vì vậy giá trị cũng như vị thế của cây sen chưa xứng tầm với những gì vốn có thuộc về loài cây này (Đặng Văn Đông, 2011), do đó rất cần có những nghiên cứu sâu thêm về giống và kỹ thuật canh tác. Trong khi đó, hiện nay các giống sen địa phương có các đặc tính quí đang bị suy giảm một cách nghiêm trọng và đứng trước nguy cơ mất dần theo thời gian do phương thức tự để giống và lối canh tác theo kinh nghiệm dân gian, sản xuất manh mún, tự phát, thiếu qui hoạch tổng thể và diện tích trồng sen có xu hướng giảm dần do qũy đất nông nghiệp ngày càng hạn hẹp. Việc chế biến sản phẩm sen tươi hoàn toàn thủ công chưa có máy móc hỗ trợ nên không thể sản xuất hàng hóa lớn cũng là một nguyên nhân hạn chế việc mở rộng diện tích trồng sen ở nhiều vùng có điều kiện thuận lợi phát triển sen. Hơn nữa, việc nghiên cứu trên cây sen chưa nhiều, chủ yếu tập trung vào lĩnh vực thực phẩm và dược liệu dùng làm thuốc, thực phẩm chức năng thông thường, mới có một số nghiên cứu nhập nội giống và kỹ thuật canh tác trong khi công tác bảo tồn và chọn tạo giống sen ở Việt Nam hầu như chưa được quan tâm nghiên cứu.
3 Tạo lập tập đoàn sen với đầy đủ các dữ liệu quản lý, dữ liệu mô tả, đánh giá của các giống sen ở Việt Nam để phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng là việc làm tất yếu, cấp bách phục vụ công tác bảo tồn và khai thác tài nguyên hoa sen trong nền kinh tế tri thức. Đánh giá nguồn gen, bao gồm đánh giá đa dạng di truyền và xác định đơn vị bảo tồn (kiểu gen) là công đoạn quan trọng trong công tác bảo tồn và sử dụng nguồn gen thực vật. Hiểu biết về phân loại, phân nhóm và mối quan hệ di truyền giữa các nguồn gen là cơ sở để sử dụng hiệu quả nguồn vật liệu cho công tác chọn tạo giống sen mới cũng như định hướng bảo tồn và thực hiện quyền sở hữu trí tuệ về sản phẩm hoa sen bản địa quí. Tuy nhiên, đến nay chưa có công trình nào nghiên cứu về công tác thu thập, bảo tồn, đánh giá và phân lập tập đoàn sen ở Việt Nam dựa vào đặc điểm hình thái đặc trưng của giống và bằng chỉ thị phân tử, từ đó đề xuất hướng khai thác sử dụng nguồn gen cây sen phục vụ cho bảo tồn và chọn tạo cải tiến giống sen. Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu đa dạng nguồn gen cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) phục vụ công tác bảo tồn và chọn tạo giống”. 2. Mục tiêu của đề tài Điều tra thu thập và tạo lập được tập đoàn cây sen có quy mô 35-40 mẫu giống, xây dựng được bản đồ phân bố các mẫu giống sen trong tập đoàn. Đánh giá được các đặc điểm nông sinh học, đa dạng hình thái và mức độ đa dạng di truyền của các mẫu giống sen trong tập đoàn phục vụ cho công tác bảo tồn và chọn tạo giống. Tuyển chọn, xác định được các mẫu giống sen triển vọng, phù hợp cho các mục đích sử dụng khác nhau (lấy hoa, lấy hạt, lấy củ) và một số tổ hợp lai tiềm năng phục vụ cho công tác chọn tạo, cải tiến giống sen.
4 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá trị về đặc điểm nông sinh học, phân nhóm theo các tính trạng đặc trưng và mức độ đa dạng di truyền của tập đoàn 42 mẫu giống sen được thu thập từ các vùng miền của Việt Nam cũng như nguồn vật liệu di truyền khởi đầu cho công tác bảo tồn và chọn tạo giống sen. Luận án là tài liệu tham khảo tốt cho công tác nghiên cứu, đào tạo, bảo tồn và phát triển nguồn gen cây sen Việt Nam. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Đã chỉ ra được những khó khăn và hạn chế của sản xuất và tiêu thụ sen, góp phần thiết thực vào việc định hướng bảo tồn và phát triển cây sen ở ĐBSH nói riêng và cả nước nói chung. Kết quả về đánh giá đặc điểm nông sinh học và phân tích đa dạng di truyền là cơ sở khoa học để đề xuất các hướng khai thác sử dụng hiệu quả tập đoàn 42 mẫu giống sen hiện có. Đề tài đã tuyển chọn và giới thiệu cho sản xuất 6 giống sen triển vọng, trong đó có 3 giống sen lấy hoa gồm sen Tây Hồ (S21), sen Trắng (S22) sen Cảnh (S25) và 3 giống sen lấy hạt là sen Mặt Bằng (S2), sen Bát xanh (S12) và sen Cánh hồng (S18). Bước đầu đề xuất được 8 tổ hợp lai cho mục đích sen lấy hoa, sen lấy hạt, phục vụ công tác chọn tạo giống sen. 4. Những đóng góp mới của đề tài Tạo lập được tập đoàn với 42 mẫu giống sen Việt Nam với đầy đủ bộ dữ liệu về quản lý và dữ liệu mô tả là nguồn vật liệu di truyền quí phục vụ công tác bảo tồn và khai thác sử dụng nguồn gen sen ở Việt Nam. Bổ sung những dẫn liệu khoa học mới về đặc điểm nông sinh học và đa dạng di truyền của 42 mẫu giống sen thu thập từ 3 miền của Việt Nam. Kết quả phân
5 nhóm mẫu giống theo các tính trạng đặc trưng, theo mối quan hệ di truyền dựa trên sự kết hợp phân tích chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử là cơ sở khoa học tin cậy cho công tác bảo tồn và khai thác sử dụng hiệu quả các nguồn gen sen hiện có. Giới thiệu 8 tổ hợp lai và 6 giống sen triển vọng cho mục đích lấy hoa, lấy hạt phục vụ sản xuất, nhằm nâng cao giá trị sử dụng và giá trị kinh tế của cây sen. 5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 5.1. Đối tượng nghiên cứu Các mẫu giống sen hiện còn tồn tại trong sản xuất và đã được trồng tại Việt Nam; hiện trạng sản xuất và thị trường sen tại vùng ĐBSH; đa dạng di truyền của 42 mẫu nguồn gen sen hiện có. 5.2. Phạm vi nghiên cứu Điều tra, đánh giá tình hình sản xuất và thị trường tiêu thụ các sản phẩm từ cây sen chỉ tiến hành tại 6 tỉnh ở miền Bắc bao gồm Bắc Giang, Bắc Ninh, Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên và Hà Nam. Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học, đa dạng hình thái và tính đa dạng di truyền của tập đoàn 42 mẫu giống sen được thu thập từ 10 tỉnh thành trong cả nước gồm: Hà Nội, Bắc Ninh, Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nam, Hải Phòng, Quảng Ninh, Nghệ An, Thừa Thiên Huế và Đồng Tháp. Tuyển chọn xác định giống sen triển vọng theo các mục đích sử dụng. Toàn bộ các thí nghiệm của đề tài được thực hiện tại Trung tâm Tài nguyên thực vật trong thời gian từ 2011-2015.
6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Giới thiệu chung về cây sen 1.1.1. Nguồn gốc cây sen Cây sen (Nelumbo nucifera Gaertn.) là loại cây thủy sinh đa niên có nguồn gốc từ các nước châu Á nhiệt đới (Trần Hợp, 2000), xuất phát từ Ấn Độ (Makino and Tomitaro, 1979), sau đó được đưa đến Trung Quốc, Nhật Bản, vùng bắc châu Úc và nhiều nước khác. Ngày nay, cây sen được trồng phổ biến tại Ấn Độ, Nhật Bản, Trung Quốc… đồng thời các sản phẩm từ cây sen cũng được tiêu thụ mạnh khắp châu Á (Nguyễn Phước Tuyên, 2007). Sen là một trong 12 loài cây thủy sinh được trồng cách đây hơn 3.000 năm. Cây sen còn được coi là một trong số những cây cổ nhất cho đến nay. Năm 1972, các nhà khảo cổ của Trung Quốc đã tìm thấy hóa thạch của hạt sen 5.000 tuổi ở tỉnh Vân Nam. Năm 1973, hạt sen 7.000 tuổi khác được tìm thấy ở tỉnh Chekiang. Một lượng lớn hạt sen được khám phá ở tỉnh Shan-tung, Liaoning và ngoại thành phía tây Bắc Kinh có niên đại trên 1.000 năm. Shen Miller và cs., (1995) phát hiện hạt sen 1228±271 tuổi trong những hồ cổ của tỉnh Putatien, Liaoning vẫn còn khả năng nẩy mầm, một kỷ lục về sức sống bền lâu nhất được ghi nhận từ trước tới nay. Hạt sen tìm thấy ở Đông bắc Trung Quốc nằm trong vùng nhiệt độ thấp được phủ một lớp bùn, hạt vẫn duy trì được sức sống sau hơn 600 năm (Xueming H., 1987). Các nhà khảo cổ Nhật Bản cũng tìm thấy những hạt sen đã bị đốt cháy trong hồ cổ sâu 6m tại Chiba có niên đại 1.200 năm (Iwao, 1986). Một số giống sen lấy hạt có nguồn gốc từ Nhật Bản nhưng các giống sen lấy củ thì xuất phát từ Trung Quốc (Takahashi B., 1994). Các giống sen của Trung Quốc khi du nhập sang Nhật Bản bị nội địa hóa và mang các tên gọi Nhật Bản như Taihakubasu, Benitenjo, Kunshikobasu, Sakurabasu và Tenjinkubasu (Yamaguchi M., 1990). Ngày nay, các quẩn thể sen dạng hoang dại vẫn được tìm thấy dễ dàng tại các nước châu Á và châu Mỹ (Qichao and Xingyan, 2005).
7 1.1.2. Phân loại và phân bố cây sen Cây sen (N. nucifera Gaertn.) thuộc chi Nelumbo Adans, họ sen - Nelumbonaceae, bộ sen -Nelumbonales, phân lớp Mộc Lan - Magnoliales, lớp hai lá mầm - Dicotyledonae, ngành thực vật hạt kín - Angiospermea (Phạm Văn Duệ, 2005). Trong bộ sen chỉ có duy nhất một họ sen và trong họ sen chỉ có một chi Nelumbo Adans với hai loài rất gần nhau là N. nucifera và N. lutea (Savolainen and Chase, 2003). Loài N. nucifera Gaertn. được phân bố ở châu Á và châu Đại Dương còn N. lutea Willd (sen Mỹ) phân bố ở Bắc và Nam Mỹ (Qichao and Xingyan, 2005). Hai loài sen này khác biệt nhau bởi đặc điểm hình thái giữa chúng như kích cỡ cây, hình dạng lá, hình dạng và màu sắc cánh hoa (Zhang Xy et al., 2011). Loài N. nucifera Gaernt. có bộ nhiễm sắc thể 2n=16, được trồng làm sen cảnh, sen lấy củ và sen lấy hạt. Đặc điểm thân dày, cao và nhiều gai, củ đều phát triển ở đáy ruộng hoặc ao, lá gần tròn có đường kính lớn. Cây non có khả năng thích nghi trong nước sâu rất nhanh (Magness et al., 1971). Một chu kỳ sống của cây sen thường chưa tới 12 tháng, thông thường cây sen cần phải mất từ 4-6 tháng để hình thành lá, nụ, hoa, hạt, củ, trưởng thành trước khi bước sang giai đoạn ngừng sinh trưởng của cây (Xueming, 1987). Loài N. lutea Willd hình thành ở tầng nước nông rồi phát triển ra vùng nước sâu hơn, mực nước thích hợp từ 0,6-2,0 m. Thời gian nở hoa từ tháng 6-9, hoa màu vàng hoặc màu kem, đường kính từ 7,6 đến 20,0 cm, kéo dài 3-4 ngày. Ở châu Mỹ, môi trường sống của cây sen trong tự nhiên đã và đang bị phá hủy nên những quần thể sen của loài N. lutea Willd. đã giảm đáng kể về diện tích, chúng đã được đưa vào danh sách loài có nguy cơ tuyệt chủng ở New Jersey, Pennsylvania và bị đe dọa ở Michigan, Delaware (Sayre, 2004). Theo kết quả nghiên cứu của Warner-Orozco O. (2009), hầu hết các giống sen được lai tạo ra giữa loài N. lutea với N. nucifera là các giống sen cảnh. Ở Việt Nam, cây sen chỉ có một loài là N. nucifera, phân bố rộng rãi khắp mọi nơi trong các ao, hồ, đầm lầy hay ruộng sâu. Các tỉnh trồng nhiều sen như Bắc