Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu hàm lượng anthocyanin

Chia sẻ: Co Ti Thanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:194

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án được nghiên cứu với mục tiêu nhằm đánh giá và chọn lọc vật liệu di truyền ngô nếp có năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam. Khai thác và cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp trong nước và nhập nội, chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu hàm lượng anthocyanin

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM QUANG TUÂN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN NGUỒN VẬT LIỆU PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI CHẤT LƯỢNG CAO VÀ GIÀU HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2019
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM QUANG TUÂN NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN NGUỒN VẬT LIỆU PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG NGÔ NẾP LAI CHẤT LƯỢNG CAO VÀ GIÀU HÀM LƯỢNG ANTHOCYANIN Chuyên ngành : Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số : 9.62.01.11 Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS. TS. Nguyễn Thế Hùng 2. PGS.TS. Nguyễn Việt Long HÀ NỘI - 2019
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả luận án Phạm Quang Tuân i
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng gia đình, bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Nguyễn Thế Hùng và PGS. TS Nguyễn Việt Long - Học viện Nông nghiệp Việt Nam, người thầy đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, Khoa Nông học, Bộ môn Cây Lương Thực, Khoa Công nghệ sinh học thuộc Học Viện Nông nghiệp Việt Nam; đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn các Thày Cô và các đông nghiệp Phòng NC Rau và Hoa - Viện Nghiên cứu và Phát triển Cây trồng, đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn xã Văn Yên - huyện Đại Từ - Thái Nguyên; Trung tâm Giống cây trồng Nghệ An - Thành Phố Vinh Nghệ An; HTXDV và Thương Mại xã Đông Xuyên - Tiền Hải - Thái Bình đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn ban Giám đốc, Ban đào tạo, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, đã cho tôi có được môi trường học tập tốt và mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận án. Sau cùng tôi xin cảm ơn gia đình đã luôn động viên, khích lệ, tạo mọi điều kiện thuận lợi để giúp tôi hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng năm 2019 Tác giả Phạm Quang Tuân ii
MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình xi Trích yếu luận án xiii Thesis abstract xv Phần 1. Mở đầu 1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài nghiên cứu 1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu 3 1.3. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu 3 1.4. Những đóng góp mới của luận án 4 1.5. Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài 4 Phần 2. Tổng quan tài liệu 6 2.1. Nguồn gốc, phân loại và đặc điểm ngô nếp 6 2.1.1. Nguồn gốc cây ngô và ngô nếp 6 2.1.2. Phân loại thực vật của ngô và ngô nếp 7 2.1.3. Đặc điểm thực vật của ngô và ngô nếp 8 2.2. Sản xuất ngô nếp trên thế giới và việt nam 8 2.3. Đa dạng di truyền nguồn gen ngô và ngô nếp 10 2.3.1. Đa dạng nguồn gen cây ngô 10 2.3.2. Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp 13 2.3.3. Đa dạng di truyền nguồn gen ngô nếp ở Việt Nam 16 2.4. Nghiên cứu di truyền tính trạng ở ngô nếp 18 2.4.1. Di truyền tính trạng nội nhũ sáp (Wx) 18 2.4.2. Di truyền tính trạng chất lượng 21 2.4.3. Di truyền các hoạt chất ở ngô nếp tím 22 2.4.4. Cải tiến chất lượng ngô nếp 25 2.5. Nghiên cứu phát triển dòng thuần ngô nếp 27 iii
2.5.1. Phát triển dòng thuần ngô bằng phương pháp tự thụ cưỡng bức 27 2.5.2. Phát triển dòng thuần ngô bằng phương pháp chọn lọc phả hệ 28 2.5.3. Thành tựu phát triển dòng thuần ngô trên thế giới 30 2.5.4. Phát triển dòng thuần ngô nếp tại Việt Nam 30 2.6. Nghiên cứu khả năng kết hợp chọn tạo giống ngô nếp lai 31 2.6.1. Nghiên cứu khả năng kết hợp chung 32 2.6.2. Nghiên cứu khả năng kết hợp riêng 34 2.7. Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên thế giới và Việt Nam 36 2.7.1. Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp trên thế giới 36 2.7.2. Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp tại Việt Nam 37 2.7.3. Thành tựu chọn tạo giống ngô nếp tím giàu anthocyanin 38 Phần 3. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 40 3.1. Vật liệu nghiên cứu 40 3.2. Nội dung nghiên cứu 41 3.3. Trình tự thực hiện các thí nghiệm trong nội dung nghiên cứu 41 3.3.1. Nội dung và trình tự thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu 41 3.3.3. Tóm tắt quá trình thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài 43 3.4. Phương pháp nghiên cứu 44 3.4.1. Phương pháp nghiên cứu dùng cho các thí nghiệm đồng ruộng 44 3.4.2. Các phương pháp thí nghiệm áp dụng cho các thí nghiệm trong phòng 47 3.4.3. Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm 52 3.4.4. Phân tích kết quả thí nghiệm 53 Phần 4. Kết quả và thảo luận 54 4.1. Đánh giá, sàng lọc nguồn vật liệu ngô nếp 54 4.1.1. Đánh giá sàng lọc 56 dòng tự phối ngô nếp nghiên cứu dựa trên kiểu hình 54 4.1.2. Đánh giá độ mỏng vỏ hạt của 56 dòng ngô thí nghiệm bằng chỉ thị phân tử SSR vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 65 4.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền của 56 dòng ngô thí nghiệm sử dụng chỉ thị phân tử SSR 66 4.1.4. Kết quả chọn lọc các dòng ngô nếp tím ưu tú 69 4.2. Đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA) của các dòng ngô thí nghiệm 71 4.2.1. Kết quả thí nghiệm lai tạo tổ hợp lai đỉnh 71 iv
4.2.2. Đánh giá khả năng kết hợp chung của 18 dòng ngô nếp tím ưu tú 71 4.3. phát triển dòng ngô nếp thuần 80 4.3.1. Phát triển dòng thuần bằng phương pháp thụ phấn cưỡng bức 81 4.3.2. Phát triển dòng thuần bằng phương pháp lai trở lại và thụ phấn cưỡng bức 94 4.4. Đánh giá khả năng kết hợp riêng (SCA) của các dòng thuần tự phối ưu tú và chọn lọc tổ hợp lai triển vọng 101 4.4.1. Kết quả lai tạo tổ hợp lai 101 4.4.2. Đánh giá khả năng kết hợp riêng của 9 dòng ngô nếp ưu tú 101 4.4.3. Đánh giá độ mỏng vỏ hạt của 15 THL ngô nếp ưu tú bằng chỉ thị phân tử SSR 114 4.4.4. Đánh giá so sánh 15 tổ hợp lai ngô nếp ưu tú tại Gia Lâm, Hà Nội 116 4.5. Thử nghiệm các tổ hợp lai một số vùng sinh thái 123 4.5.1. Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái 123 4.5.2. Các đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái 125 4.5.3. Khả năng chống chịu đồng ruộng và các yếu tố cấu thành năng suất của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái 127 4.4.4. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân2018 tại một số vùng sinh thái 128 4.5.5. Một số chỉ tiêu chất lượng của các THL vụ Thu Đông và Xuân tại một số vùng sinh thái 131 4.5.6. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng định lượng của các THL vụ Xuân và Thu Đông tại một số vùng sinh thái 132 Phần 5. Kết luận và đề nghị 135 5.1. Kết luận 135 5.2. Đề nghị 136 Các công trình đã công bố có liên quan đến luận án 137 Tài liệu tham khảo 138 Phụ lục 149 v
DANH MỤC VIẾT TẮT Chữ và ký hiệu Nghĩa tiếng Việt viết tắt trong các bảng CDB Chiều dài bắp ĐK Đường kính ĐR Đồng ruộng DT Diện tích DVH Độ dày vỏ hạt GN Giống nếp KNKH Khả năng kết hợp NC& PTCT Nghiên cứu và Phát triển cây trồng NS Năng suất NSBT Năng suất bắp tươi NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu T/ha Tấn/ha PIC Polymorphic information content (Giá trị thông tin đa hình) PR Phun râu SH/H Số hạt /hàng SHH Số hàng hạt SL Sản lượng STT Số thứ tự TB Trung bình TCN Tiêu chuẩn ngành TĐ Thu Đông TGST Thời gian sinh trưởng THL Tổ hợp lai TP Tung phấn X Vụ Xuân ns Không sai khác so với đối chứng - Thấp hơn đối chứng + Sai khác so với đối chứng ở mức ý nghĩa 95% ++ Sai khác so với đối chứng ở mức ý nghĩa 99% vi
DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 3.1. Danh sách các vật liệu ngô sử dụng trong nghiên cứu 40 3.2. Các thí nghiệm, thời vụ thực hiện 42 3.3. Các mồi được sử dụng trong thí nghiệm đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR 48 3.4. Tên mồi phân tích các chỉ tiêu chất lượng của ngô nếp 50 3.5. Trình tự mồi thí nghiệm đánh giá chất lượng sử dụng chỉ thị phân tử DNAError! Bookmark not defi 3.8. Thang điểm đánh giá một số chỉ tiêu chất lượng nếm thử ngô nếp 51 3.9. Xác định các tính trạng vỏ hạt và cấu trúc hạt 52 3.1. Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 55 3.2. Các đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 57 3.3. Khả năng chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gốc của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 59 3.4. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 61 3.5. Chỉ tiêu chất lượng của các dòng ngô thí nghiệm vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 63 3.6. Các mồi đa dạng di truyền và giá trị PIC của 56 dòng ngô thí nghiệm 67 3.7. Đặc điểm các dòng ngô nếp tím ưu tú vụ Xuân 2015 70 3.8. Các giai đoạn sinh trưởng và các đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 72 3.9. Các chỉ tiêu chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 74 3.10. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 76 3.11. Các chỉ tiêu tiêu chất lượng cảm quan của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 77 vii
3.12. Đánh giá khả năng kết hợp chung của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Thu Đông 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 79 3.13. Danh sách 40 dòng tự phối thế hệ S6-S7 81 3.14. Các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 83 3.15. Đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 85 3.16. Các chỉ tiêu chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 87 3.17. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 89 3.18. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng ăn tươi của các dòng ngô nếp tím vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 91 3.19. Đặc điểm các dòng ngô nếp tím ưu tú được chọn lọc ở vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 93 3.20A. Một số chỉ tiêu chất lượng của các dòng ngô nếp và ngô ngọt nghiên cứu vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm - Hà Nội 95 3.20B. Một số chỉ tiêu chất lượng của các vật liệu ngô nghiên cứu thế hệ F1 và BC2F1 - vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 95 3.21. Kết quả tự phối ba thế hệ các dòng ngô nếp BC2F1 96 3.22. Một số đặc điểm nông sinh học của các dòng ngô nếp ngọt BC2F4 vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm, Hà Nội 97 3.23. Một số chỉ tiêu về năng suất và chất lượng của các dòng ngô nếp ở thế hệ BC2F4 vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm, Hà Nội 99 3.24. Các tổ hợp lai luân phiên 9 dòng tự phối theo mô hình Griffing IV 101 3.25. Thời gian sinh trưởng của các tổ hợp lai vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 102 3.26. Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 104 3.27. Một số đặc tính chống chịu của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 106 4.28. Các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 108 viii
4.29. Một số chỉ tiêu chất lượng ăn tươi của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 110 3.30. Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng khối lượng 1000 hạt 112 3.31. Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng năng suất bắp tươi 112 3.32. Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng độ Brix 113 3.33. Giá trị khả năng kết hợp riêng về tính trạng hàm lượng anthocyanin tổng số 113 3.34. Kết quả chọn lọc các tổ hợp lai triển vọng vụ Thu Đông 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 114 4.35. Thứ tự các tổ hợp lai ngô nếp tím nghiên cứu trên giếng điện di 115 3.36. Các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các tổ hợp lai ngô nếp tím vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội 116 3.37. Một số đặc điểm nông sinh học của các THL ngô nghiên cứu đánh giá vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội 117 3.38. Một số chỉ tiêu chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gãy của các THL nghiên cứu vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội 119 3.39. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất bắp tươi của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội 121 3.40. Một số chỉ tiêu chất lượng của các tổ hợp lai ngô nếp vụ Xuân 2017 tại Gia Lâm - Hà Nội 122 3.41. Chọn lọc các tổ hợp lai triển vọng vụ Xuân2017 tại Gia Lâm - Hà Nội 123 3.42. Các giai đoạn sinh trưởng của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái 124 3.43. Một số đặc điểm nông sinh học của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân năm 2018 tại một số vùng sinh thái 126 3.44. Khả năng chống chịu sâu bệnh và tỷ lệ đổ gốc của các THL vụ Thu Đông 2017 và Xuân 2018 tại một số vùng sinh thái 127 3.45. Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất của các THL vụ Xuân 2018 tại một số vùng sinh thái 129 3.46. Một số chỉ tiêu cấu thành năng suất và năng suất của các THL vụ Thu Đông 2017 tại một số vùng sinh thái 130 3.47. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng của các THL vụ Xuân và Thu Đông tại một số vùng sinh thái 132 4.48. Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng định lượng của các THL vụ Xuân và Thu Đông tại một số vùng sinh thái 133 ix
x
DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1. Sơ đồ minh họa gen Wx và các mồi giải trình tự DNA, cDNA và các chỉ thị phân tử phát triển nghiên cứu ngô: S1F/R-S5F/R để giải trình tự DNA, R1F/R và R2F/R để giải trình tự cDNA và D7F/R và D10F/R để phân tích kiểu gen Wx, mũi tên chỉ vùng và hướng của chúng 20 2.2. Cấu trúc gen wx ở ngô, các hộp xanh là exon và giữa các eexon là introns 21 2.3. Màu sắc hạt của các kiểu gen ở giai đoạn chín hoàn toàn 25 2.4. Sơ đồ các bước tạo giống đã sử dụng để phát triển hai dòng ngô thuần ND2005 và ND2006 28 2.5. Năng suất ngô của Mỹ từ 1890 đến 2010 32 2.6. Kiểu cây và bắp của dòng ngô thuần Tongxi 5 37 3.1. Sơ đồ tóm tắt quá trình thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài 43 3.1. Sơ đồ hạt và phương pháp bóc vỏ hạt ngô 51 4.1. Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 56 dòng ngô sử dụng mồi umc2118 65 4.2. Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 56 dòng ngô sử dụng mồi bmc1325 66 4.3. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi065 67 4.4. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi299852 67 4.5. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi101049 67 4.6. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi223376 68 4.7. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi083 68 4.8. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi109275 68 4.9. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi423796 68 4.10. Kết quả đa hình của 56 dòng ngô sử dụng mồi phi328175 68 4.11. Cây phân nhóm tương đồng di truyền của 56 dòng ngô thí nghiệm sử dụng chỉ thị phân tử SSR 69 4.12. Khả năng kết hợp chung về năng suất bắp tươi của 18 dòng tự phối ngô nếp nghiên cứu 79 4.13. Khả năng kết hợp chung về độ Brix của 18 dòng tự phối ngô nếp nghiên cứu 80 xi
4.14. Khả năng kết hợp chung về hàm lượng Anthocyanin của 18 dòng tự phối ngô nếp nghiên cứu 80 4.15. Cây phân nhóm đa dạng di truyền 40 dòng ngô nếp tím thế hệ S6-S7 dựa trên kiểu hình vụ Xuân 2016 tại Gia Lâm - Hà Nội 92 4.16. Tỷ lệ hạt ngô ngọt (hạt đường) và hạt ngô nếp ở thế hệ BC2F1 96 4.17. Hàm lượng Brix của các dòng ngô BC2F4 so với các dòng ngô ban đầu 100 4.19. Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 15 THL ngô và giống đối chứng với mồi umc 2118 115 4.20. Kết quả dò tìm QTL quy định tính trạng vỏ hạt mỏng của 15 THL ngô và giống đối chứng với mồi bmc1325 115 xii
TRÍCH YẾU LUẬN ÁN Tên tác giả: Phạm Quang Tuân Tên Luận án: Nghiên cứu phát triển nguồn vật liệu phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu hàm lượng anthocyanin Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 9.62.01.11 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Đánh giá và chọn lọc vật liệu di truyền ngô nếp có năng suất, chất lượng và giàu anthocyanin phục vụ chọn tạo giống ngô nếp lai cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam. Khai thác và cải tiến nguồn vật liệu ngô nếp trong nước và nhập nội, chọn tạo giống ngô nếp tím lai có chất lượng cao và giàu anthocyanin cho các tỉnh miền Bắc, Việt Nam. Phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cưu chính: + Đánh giá sàng lọc nguồn vật liệu từ 56 tự phối ngô thế hệ S3 đến S6 + Chọn dòng ưu tú tiếp tục tự phối và lai trở lại phát triển dòng thuần + Lai cải tiến chất lượng các dòng ngô nếp + Lai tạo, đánh giá khả năng kết hợp và chọn lọc các tổ hợp lai triển vọng. + Thử nghiệm các tổ hợp lai triển vọng ở các vúng sinh thái. Vật liệu nghiên cứu: Vật liệu nghiên cứu gồm có 56 dòng tự phối ngô, trong đó có 45 vật liệu (ký hiệu NT1-NT45) là ngô nếp tím, 9 vật liệu (ký hiệu NT46-NT54) là ngô nếp trắng và 2 vật liệu ngô ngọt (ký hiệu Đ1, Đ2). Các vật liệu này được kế thừa từ chương trình thu thập và đánh giá, phát triển nguồn gen ngô của Viện Nghiên cứu và Phát triển cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam từ năm 2008 đến 2015. Các dòng phát triển từ nguồn vật liệu có nguồn gốc khác nhau gồm Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan, Mỹ và Việt Nam. Các dòng đã tự phối đến các thế hệ S3 (18), S4 (26), S6(1) và S8 (11) đưa vào nghiên cứu đánh giá lựa chọn dòng ưu tú cho phát triển dòng thuần tạo giống lai Các phương pháp nghiên cứu được sử dụng: Thí nghiệm đồng ruộng theo phương pháp của Gomez., (1984) gồm thí nghiệm đánh giá dòng, tổ hợp lai và thí nghiệm so sánh. Đánh giá đa dạng di truyền dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân tử SSR theo phương pháp của Franco et al., (2001) và Betran et al., (2003). Phân tích hàm lượng anthocyanin tổng số: Phân tích hàm lượng anthocyanin theo phương pháp pH vi sai của Huỳnh Thị Kim Cúc và cs., (2004). Đánh giá chất lượng vỏ hạt mỏng: sử dụng chỉ thị DNA và sử dụng vi trắc kế cầm tay, theo phương pháp của Wolf et al., (1969). Eunsoo Choe (2010). Phương pháp tách chiết và tinh sạch DNA theo Nobou Kobabayshi (1998) cải tiến. Đánh giá chất lượng cảm quan gồm: độ ngọt, độ dẻo, hương vị và màu sắc bắp, hạt, lõi; bảng cho điểm theo thang điểm xiii
của UPOV, (2010), Ki Jin Park et al., (2013). Phương pháp phát triển dòng thuần bằng thụ phấn cưỡng bức theo phương pháp của Shull (1908; 1909), phương pháp lai trở lại theo Kendall R. Lamkey et al., (1994). Chọn dòng ưu tú theo mục tiêu: sử dụng phương pháp chọn lọc theo phương pháp của Hazel (1943). Phương pháp lai thử khả năng kết hợp: Lai thử khả năng kết hợp chung GCA ở các thế hệ 3 đến 5 và lai thử khả năng kết hợp riêng SCA theo mô hình 4 của Griffing (1956). Các chỉ tiêu theo dõi thí nghiệm theo QCVN 01-66 : 2011/BNNPTNT gồm sinh trưởng, phát triển, khả năng chống chịu, năng suất và yếu tố tạo thành năng suất và chất lượng ăn tươi, hàm lương anthocyanin. Phân tích kết quả thí nghiệm: Phân tích phương sai ANOVA, hệ số biến động cv%, sai khác nhỏ nhất có ý nghĩa LSD0,05, đa dạng di truyền, khả năng kết hợp sử dụng phần mềm IRRISTAT ver 5.0, Chương trình Thống kê di truyền số lượng, Nguyễn Đình Hiền (1995) và NTSYSpc 2.0, Excel. Kết quả chính và kết luận Đánh giá, sàng lọc 56 dòng ngô nghiên cứu dựa trên kiểu hình và chỉ thị phân từ đã chọn được 18 dòng ưu tú đưa vào đánh giá khả năng kết hợp chung (GCA). Phân tích GCA chọn lọc được 9 dòng có khả năng kết hợp chung cao về các tính trạng năng suất bắp tươi, độ Brix và hàm lượng anthocyanin. Chín dòng ngô nếp có khả năng kết hợp tiếp tục tự phối phát triển dòng thuần đến thế hệ S6 đã thu được 40 dòng, đánh giá 40 dòng về các đặc điểm nông sinh học, năng suát, chất lượng đã chọn được 8 dòng ưu tú. Các dòng này có các đặc điểm như thời gian cho thu hoạch ngắn (74-81 ngày); các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cao; độ brix cao (11,8-13,5 %). vỏ hạt (61,33-77,25 µm) và hàm lượng anthocyanin cao (226,6- 371,0 mg/100g). Đánh giá khả năng kết hợp riêng (SCA) của 8 dòng ngô ưu tú. Kết quả phát triển dòng thuần bằng phương pháp lai trở lại và tự phối đến thế hệ BC2F4, thu được 45 dòng tự phối, đánh giá, chọn lọc được 20 dòng tự phối ưu tú, trong đó đặc biệt là các dòng: D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13 và D16 khi % Brix tăng từ 2,0- 4,0% so với vật liệu ban đầu. Lai tạo được 36 tổ hợp lai chọn lọc được 15 tổ hợp lai, đánh giá 15 THL, thu được 7 tổ hợp lai ngô nếp tím ưu tú là THL2, THL8, THL22, THL26, THL30, THL35, THL36. Đánh giá 7 THL ngô nếp tím tại 3 vùng sinh thái trong 2 vụ đã chọn lọc được 2 THL triển vọng: THL30 (NT46xT27), THL35(NT46xT36), có khả năng thích ứng tốt, ổn định qua hai vụ thí nghiệm, sinh trưởng phát triển khỏe, chiều cao cây trung bình từ 171 - 195cm, thời gian từ gieo đến thu hoạch bắp tươi từ 82-85 ngày ở vụ Xuân, 84-90 ngày ở vụ Thu Đông, nhiễm nhẹ sâu bệnh (điểm 1-2), năng suất bắp tươi trung bình ba điểm là 133-145 tạ/ha vụ Xuân và 107-142 tạ/ha vụ Thu Đông, độ Brix từ 12,6-13,7% trong vụ Xuân, 12,5-13,6% vụ Đông, hàm lượng anthocyanin tổng số vụ Xuân (117-165 mg/100g), vụ Đông (118-162 mg/100g). xiv
THESIS ABSTRACT PhD candidate: Pham Quang Tuan Thesis title: Germplasm development for waxy maize breeding with high quality and abundant in anthocyanin Major: Plant Genetic and Breeding Code: 9.62.01.11 Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA) Research Objectives Evaluation of the waxy maize germplasm to select elite inbred lines has high yield and quality, abundant in anthocyanin for hybrid waxy maize breeding adapted in Northern of Viet Nam conditions Improvement of the local and exotic waxy maize germplasm for purple waxy maize breeding with high yield, quality and abundant in anthocyanin adapted in Northern of Viet Nam conditions Materials and Methods Material Material included 56 inbred lines among them 45 lines are purple waxy maize inbred lines (symbol from NT1 to NT45), nine of white waxy maize inbred lines (symbol from NT46 to NT54), two of sweet corn inbred lines (symbol are Đ1 and Đ2). These germplasm obtained from the maize collection and exploiting programme of the Crop Research and Development Institute, Vietnam National University of Agriculture from 2008 to 2015. Inbred lines were developed from maize populations with different origin that consisted China, Korea, Thailand, American and Vietnam. Germplasm for start study at self-pollination generation are S3 (18 lines), S4 (26 lines), S6 (1 line) and S8 (11line) was took in develop inbred lines for hybrid purple maize breeding Methodology Field experiment to evaluate germplasm and crosses were conducted along to method of Gomez, 1984. Diversity analysis base on phenotype and genotype, genotype diversity used molecular maker SSR along to Franco et al., 2001 và Betran et al., 2003 method. Measurement of anthocyanin content was conducted along to method of Huynh Thi Kim Cuc et al., (2004). Measurement of pericarp thickness by micrometer and DNA maker was along to method of Wolf et al., (1969) and Eunsoo Choe (2010). Extraction and refined of DNA was along to Nobou Kobabayshi (1998) with modification. Eating quality measured sweetness, tenderness, aroma, taste, cob color was score rank alonong to UPOV (2010), Ki Jin Park et al., (2013). Inbred line development by Shull (1908; xv
1909) method, backcrossing by Kendall R. Lamkey et al., (1994) method. Selection by index was implemented along to Hazel (1943), GCA and SCA evaluation along to Griffing (1956). Data record conducted along to QCVN 01-66 : 2011/BNNPTNT included growth and developments, field tolerance, yield and yield component and quality. Statistical analysis ANOVA, cv%, LSD0,05, diversity and GCA, SCA used software IRRISTAT ver 5.0, Quantity genetic program of the Nguyen Dinh Hien (1995) and NTSYSpc 2.0, Excel. Main findings and conclusions Screening 56 inbred lines base on phenotype and genotype was selected 18 inbred lines have best characteristics for general combining ability evaluation, and identified 9 inbred lines with high GCA value at LSD.05 significantly about fresh cob yield, brix value and anthocyanin content Nine inbred lines were selected took into continuous self-pollination until to S6 generation gained 40 inbred lines, which evaluated on the agronomical characteristics, yield and yield component identified 8 inbred lines have short growth duration (74 - 80d) from sowing to fresh cob harvesting, high brix (11.8 to 13.5%), thinner pericarp (61.33 to 7.25 µm), high anthocyanin content (226.6-371.0 mg/100g) and high fresh cob yield (4.44 to 7.54 t/ha), these inbred lines was introduced into SCA evaluation. Improvement of the sweetness by backcross between NT inbred line with two sweet corn are D1 and D2 come to generation BC2F4, and was achieved total 45 lines after evaluated identified 20 lines have sweetness enhancing, among them 8 lines have highest brix value are D1, D2, D3, D5, D6, D7, D13 and D16 Brix value increased from 2.0 - 4.0% compare to check inbred lines. Specific combing ability crossed produced 36 crosses which evaluated in the field experiment identified 15 crosses is suitably and there are 7 were showed best crosses are THL2, THL8, THL22, THL26, THL30, THL35 and THL36. Multi-environment trail in Thanh Hoa, Thai Binh and Thai Nguyen province in two seasons, there are two hybrids were showed high yield and stability are THL30 (NT46xT27) and THL35(NT46xT36), THL30 and THL35 with average height plant 171 - 195cm, growth duration froim sowing to fresh co harvesting from 82-85 days in Spring season and 84-90 days in Autumn -winter season, fresh cob yield are 13.3 to 14.7 t/ha in spring season and 10.7 to 14.2 t/ha in autumn -winter season, Brix value from 12.6-13.7% in Spring season and 12.5-13.6% in winter season, anthocyanin content in spring season (117-165 mg/100g), in winter season (118-162 mg/100g). xvi
PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Những công bố của Shull (1908, 1909) là sự khởi đầu khai thác ưu thế lai (heterosis) trong chọn tạo giống cây trồng và đây cũng là thành tựu vĩ đại của di truyền học. Các giống thụ phấn tự do được thay thế bằng các giống lai với tốc độ rất nhanh. Tại các bang ở Hoa kỳ, tỷ lệ trồng giống ngô lai được trồng ít hơn 10% vào năm 1935 đã tăng lên đến 90% sau bốn năm. Đến những năm 1950, ngô lai phổ biến toàn bộ nước Mỹ và cũng được trồng rộng rãi trên thế giới góp phần nâng cao năng suất và sản lượng ngô toàn cầu. So sánh số liệu sản xuất ngô giữa các năm 2016 và 1961 cho thấy diện tích trồng ngô toàn cầu từ 105,56 triệu ha năm 1961 tăng lên 187,96 triệu ha năm 2016 (tăng 1,78 lần); năng suất từ 1,94 t/ha tăng lên 5,64 t/ha (2,90 lần) và sản lượng từ 205,03 triêu tấn lên 1060, 11 triệu tấn (tăng 5,17 lần) (FAOSTAT, 2016). Ngô nếp (Zea mays L. var. certain Kulesh) là một đột biến tự nhiên đã phát hiện ở Trung Quốc năm 1909 (Collins, 1909; Tian et al., 2009; Zheng et al., 2013). Ngô nếp có nội nhũ gần 100% là amylopectin và được sử dụng chủ yếu làm lương thực ở châu Á, ngoài ra còn được sử dụng làm nguyên liệu cho công nghiệp dệt, làm giấy và chế biến thức ăn gia súc rộng rãi trên thế giới. Do có thành phần tinh bột và dinh dưỡng cao nên ngô nếp có giá trị kinh tế trong sản xuất nông nghiệp, vì thế sản xuất ngô nếp tăng nhanh những năm gần đây (Sa et al., 2010). Hiện nay ngô nếp được sản xuất thương mại ở Thái Lan, Trung Quốc và nhiều nước khác ở châu Á. Các giống ngô nếp địa phương thụ phấn tự do có rất nhiều loại khác nhau về độ lớn bắp, dạng bắp, màu sắc hạt và chất lượng ăn uống có thể sử dụng để phát triển giống ưu thế lai với chất lượng tốt đang được các nhà chọn giống quan tâm đặc biệt theo hướng thị trường ăn tươi ở châu Á và thế giới (Kim et al., 1994). Năng suất cao, chống chịu sâu bệnh, cứng cây, đồng đều, ngắn ngày vẫn là mục tiêu cơ bản của các chương trình chọn tạo giống cây trồng (Ferh, 1987). Tuy nhiên, đối với ngô nếp ngoài các mục tiêu trên, chất lượng là chỉ tiêu quan trọng. Vì vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu về chất lượng ngô nếp như: Các nhà tạo giống ngô nếp trên thế giới đã nghiên cứu di truyền chọn giống ngô nếp chất lượng ăn tươi có vỏ hạt mỏng (Choe, 2010; Rocheford, 2012), chọn giống ngô nếp nâng 1
cao hàm lượng đường trong hạt (Simla et al., 2009; Park et al., 2013), nâng cao hàm lượng protein trong ngô nếp (Chi, 2010). Nghiên cứu di truyền và nâng cao chất lượng ăn uống và hàm lượng đường trong ngô nếp được quan tâm gần đây, nghiên cứu di truyền phân tử xác định có 10 QTLs điều khiển độ mỏng vỏ (PER), hàm lương amylose (AMY), hàm lượng dextrose (DEX) và hàm lượng đường sucrose (SUC). Đây là cơ sở di truyền cho chọn giống ngô nếp chất lượng cao (Park et al., 2013). Ngoài các vấn đề nghiên cứu liên quan đến chất lượng ngô nếp trên đây. Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu nhằm cải thiện chất lượng cuộc sống thông qua tăng lượng thành phần hoạt chất sinh học, có lợi cho sức khỏe, đặc biệt là chất anthocyanin trong lương thực thực phẩm có hàm lượng cao. Anthocyanin đặc biệt rất giàu trong ngô có màu đậm, có lợi cho sức khỏe con người và được cho là chất kháng oxy hóa và tiềm năng hoạt động chống ung thư, ngăn chặn bệnh tim mạch, điều khiển chống béo phì, giảm nhẹ bệnh tiểu đường và khả năng kháng viêm nhiễm (Jones, 2005; He and Giusti, 2010). Chính vì vậy nghiên cứu chọn giống ngô nếp có chất lượng và giàu chất anthocyanin đang phát triển mạnh mẽ. Hiện nay ở một số nước, lai tạo ngô nếp tím đang được triển khai bằng phương pháp lai ngô nếp trắng với ngô nếp tím tạo giống ngô nếp lai chất lượng cao và giàu chất kháng ô xy hóa (Hu and Xu, 2011; Harakotr et al., 2013; 2016) Ngô nếp tím (Zea mays L. var. ceratina Kulesh) là một dạng đặc thù của ngô giàu anthocyanin và thành phần các chất kháng oxy hóa khác, được sản xuất và tiêu thụ rộng rãi ở Thái Lan và các nước khác ở châu Á (Harakotr et al., 2014; Hu and Xu, 2011). Dạng ngô này thu hoạch trước khi chín cho ăn tươi và làm lương thực khi hạt chín hoàn toàn được thương mại dưới dạng chế biến bột, hạt và bắp đông lạnh bán ở thị trường châu Âu và thị trường Mỹ (Harakotr et al., 2014; Ketthaisong et al., 2014). Ngô nếp hạt rất nhiều màu từ trắng đến đen tương quan với hàm lượng của các chất hóa học thực vật trong hạt. Màu hạt ở ngô do chất màu và hợp chất khác gồm carotenoids, phenols và anthocyanin tạo màu ở vỏ hạt và lớp ơloron trong nội nhũ. Các hợp chất sinh học và màu tăng tương quan với tăng chất lượng dinh dưỡng của ngô nếp. Hạt có màu đậm như tía, xanh và đỏ nhìn chung là ở lớp ơloron hoặc vỏ hạt ngô (Mahan et al., 2013). Nhận biết nguồn gen ngô nếp (Zea mays L. var. ceratina) có biến dị cao thành phần chất kháng oxy hóa anthocyanin, phenolic và antioxidant là giai đoạn quan trọng trong chọn giống ngô nếp cải tiến thành phần hóa sinh có lợi cho sức khỏe 2