LUẬN VĂN: NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (ZEA MAYS L.)

Chia sẻ: Le Van Hung Hung | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

476
lượt xem 135
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L. và có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô là cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lương thực chính. Không những thế, ngô còn là cây cung cấp thức ăn chăn nuôi quan...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN: NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (ZEA MAYS L.)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM -------------------------------- TRẦN THỊ NGỌC DIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (ZEA MAYS L.) luËn v¨n th¹c sÜ sinh häc Thái Nguyên: 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------------------------ TRẦN THỊ NGỌC DIỆP NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (ZEA MAYS L.) Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 60.42.70 LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: PGS.TS CHU HOÀNG MẬU Thái Nguyên: 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa có ai công bố. Tác giả Trần Thị Ngọc Diệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS Chu Hoàng Mậu đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin cảm ơn TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh - Bộ môn Khoa học sự sống - Trường Đại học khoa học – Đại học Thái nguyên đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu của đề tài. Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái nguyên, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh – KTNN và các thầy cô giáo, cán bộ trong khoa đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơ n sự động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện của Ban giám hiệu Trường Đại học Hùng Vương, Ban chủ nhiệm khoa Nông – Lâm – Ngư, cùng các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã tạo mọi điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn. Tác giả Trần Thị Ngọc Diệp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC Trang Lời cam đoan………………………………………………………......... i Lời cảm ơn……………………………………………………………… ii Mục lục………………………………………………………………..... iii Những chữ viết tắt………………………………………………………. vi Danh mục các bảng………………………………………………........... vii Danh mục các hình………………………………………………........... viii MỞ ĐẦU………………………………………………………….......... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU……………………………….... 3 1.1.CÂY NGÔ………………………………………………….............. 3 1.1.1.Nguồn gốc và phân loại cây ngô………………………………….. 3 1.1.2.Đặc điểm nông sinh học của cây ngô ……………………............... 3 1.1.3.Vai trò cây ngô trong nền kinh tế…………………………………. 5 1.1.4.Đặc điểm hóa sinh hạt ngô………………………………............... 7 1.1.5.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam………............ 8 1.1.5.1.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới………………………......... 8 1.1.5.2.Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam…………………………...... 12 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN Ở THỰC VẬT…………………………………......................................... 13 1.2.1.Một số phương pháp sinh học phân tử sử dụng trong nghiên cứu quan hệ di truyền thực vật………………………………......................... 13 1.2.1.1.Kỹ thuật RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisms – đa hình độ dài các đoạn cắt giới hạn)…………………………………… 14 1.2.1.2. Kỹ thuật AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism – đa Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
hình độ dài các đoạn được nhân bản chọn lọc)……………………………. 14 1.2.1.3. Kỹ thuật SSR (Simple Sequence Repeat – trình tự lặp lại đơn giản)…………………………………………………………………….. 15 1 .2.1.4. Bản đồ QTL (Quantiative Trait loci)………………………… 17 1.2.1.5. Kỹ thuật RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA)……... 17 1.2.2. Nghiên cứu sự đa dạng di truyền ở thực vật bằng kỹ thuật RAPD............... 20 1.2.3.Tình hình nghiên cứu sự đa dạng di truyền của ngô bằng kỹ thuật RAPD....... 22 1.3. NHẬN XÉT CHUNG……………………………………............... 24 Chƣơng 2 . VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP………………………...... 25 2.1.VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU……………………………………….. 25 2.1.1.Vật liệu thực vật…………………………………………………... 25 2.1.2.Hoá chất…………………………………………………............... 25 2.1.3.Thiết bị………………………………………………………......... 26 2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU………………………………... 26 2.2.1.Phương pháp hóa sinh…………………………………………….. 26 2.2.1.1.Xác định hàm lượng lipid ……………………………………….. 26 2.2.1.2.Xác định hàm lượng protein……………………………............. 26 2.2.1.3.Xác định hàm lượng đường tan..................................................... 27 2.2.2.Phương pháp sinh học phân tử......................................................... 27 2.2.2.1.Phương pháp tách DNA từ lá non của ngô................................... 27 2.2.2.2.Phương pháp xác định hàm lượng và độ tinh sạch DNA tổng số............. 28 2.2.2.3.Phản ứng RAPD............................................................................ 29 2.2.2.4.Phương pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu............................ 30 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 31 3.1. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, HÓA SINH HẠT CỦA CÁC GIỐNG NGÔ NGHIÊN CỨU.................................................................................... 31 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
3.1.1.Đặc điểm hình thái của 14 giống ngô nghiên cứu................................ 31 3.1.2.Hàm lượng protein, lipid, đường của 14 giống ngô nghiên cứu.......... 32 3. 2. PHÂN TÍCH TÍNH ĐA HÌNH DNA BẰNG KỸ THUẬT RAPD... 35 3.2.1.Kết quả tách chiết DNA tổng số từ lá ngô....................................... 35 3.2.2.Kết quả nghiên cứu đa hình DNA bằng kỹ thuật RAPD................. 37 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.......................................................................... 50 CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .............. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................... 52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT Amplified Fragment Length Polymorphism (Tính đa hình chiều AFLP dài các phân đoạn được nhân bản) Áp suất thẩm thấu ASTT Cộng sự CS DNA Deoxyribonucleic acid dNTP Deoxyribonucleotit triphotphat EDTA Ethylene Diamin Tetraaxetic Acid ISSR Inter Simple Sequence Repeats Kb Kilobase Late Embryogeneis Abundant protein (Protein tổng hợp với lượng LEA lớn ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển phôi) Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase) PCR Random Amplified Polymorphism DNA (Phân tích ADN đa RAPD hình được nhân bản ngẫu nhiên) Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài RFLP các phân đoạn ADN cắt hạn chế) SDS Sodium Dodecyl Sulphat SDS-PAGE Phương pháp điện di trên gel polyacrylamid có chứa SDS SSR Simple Sequence Repeats STS Sequense Tagged Site TBE Tris - Boric acid - EDTA TAE Tris - Acetate - EDTA TE Tris - EDTA Tris Trioxymetylaminometan Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100)… 1.1 8 Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020……………….. 1.2 9 Tình hình sản xuất ngô của một số khu vực trên thế giới 1.3 giai đoạn 2005 – 2007……………………………………... 10 Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giớ i 1.4 năm 2007………………………………………………… 11 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006 1.5 13 Đặc điểm 14 giống ngô nghiên cứu………………………... 2.1 25 Trình tự các nucleotide của 10 mồi RAPD sử dụng trong 2.2 nghiên cứu…………………………………………………. 29 Thành phần phản ứng RAPD………………………………. 2.3 30 Đặc điểm của 14 giống ngô nếp địa phương………………. 3.1 31 Hàm lượng protein, lipid, đường trong hạt của 14 giống ngô... 3.2 33 Phổ hấp thu DNA ở bước sóng 260nm và 280nm…………. 3.3 36 Số phân đoạn DNA xuất hiện ở từng giống ngô nghiên cứu….. 3.4 38 Tỷ lệ phân đoạn đa hình khi sử dụng 10 mồi RAPD………. 3.5 47 Hệ số tương đồng di truyền của 14 giống ngô nếp………… 3.6 48 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình Tên hình Trang Hình dạng hạt của 14 giống ngô………………………….. 3.1 32 Hình ảnh điện di DNA tổng số của 14 giống ngô………… 3.2 35 Phổ hấp thụ DNA của giống SLV đo ở bước sóng 260 nm. 3.3 37 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M1 của 14 3.4 giống ngô…………………………………………………. 39 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M2 của 14 3.5 giống ngô…………………………………………………. 40 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M4 của 14 3.6 giống ngô…………………………………………………. 41 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M6 c ủa 14 3.7 giống ngô…………………………………………………. 42 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M8 của 14 3.8 giống ngô…………………………………………………. 43 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M9 của 14 3.9 giống ngô…………………………………………………. 43 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi RA159 của 14 3.10 giống ngô…………………………………………………. 44 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi UBC23 của 14 3.11 giống ngô…………………………………………………. 46 Biểu đồ mô tả quan hệ di truyền của 14 giống ngô……… 3.12 49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L. và có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô là cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lương thực chính. Không những thế, ngô còn là cây cung cấp thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay: 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là từ ngô (Ngô Hữu Tình, 2003) [18]. Ngô không chỉ cung cấp lương thực cho con người, phát triển chăn nuôi, ngô còn là nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến trên toàn thế giới. Hiện nay, diện tích ngô trên thế giới vào khoảng 135 - 140 triệu ha, với sản lượng trung bình là 600 - 700 triệu tấn. Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa của nông dân vùng trung du và miền núi phía Bắc nói chung và cây lương thực chính của đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao nói riêng [1]. Trong những năm gần đây sản xuất ngô ở Việt Nam tăng lên nhanh nhờ sự thúc đẩy của ngành chăn nuôi và công nghiệp chế biến. Đặc biệt từ những năm 1990 trở lại đây, diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng liên tục là nhờ ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất mà tiêu biểu là đưa ngô lai vào trồng trên diện tích rộng. Các giống ngô ở nước ta hiện nay rất phong phú gồm các giống ngô nhập nội, giống lai tạo, giống tổng hợp, giốn g đột biến và các giống ngô địa phương [20]. Bên cạnh các giống ngô lai có năng suất cao đang được trồng phổ biến ở nhiều vùng trong cả nước, thì các giống ngô địa phương tuy có năng suất thấp nhưng chất lượng hạt cao, chất lượng ngô dẻo, thơm, ngon và chố ng chịu sâu bệnh tốt. Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để nghiên cứu sự đa dạng di truyền của các giống cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng như RFLP, AFLP, 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
SSR, STS, RAPD,... Các phương pháp này khắc phục được nhược điểm của các phương pháp chọn giống truyền thống bởi đánh giá được hệ gen của cây trồng. Những năm gần đây, diện tích trồng các giống ngô địa phương ngày càng có xu hướng giảm, nhiều giống ngô nếp quý hiếm sẽ bị mất dần. Như vậy, việc sưu tập và nghiên cứu các giống ngô nếp địa phương gó p phần bảo tồn nguồn gen cây ngô là rất cần thiết. Nghiên cứu sự đa dạng di truyền ở mức DNA và đặc điểm hóa sinh ở giai đoạn hạt là cơ sở khoa học để đề xuất việc chọn những giống ngô có năng suất cao và chất lượng tốt góp phần bảo tồn, phát triển nguồn gen cây ngô. Từ đó tuyển chọn giống ngô thích hợp làm vật liệu chọn giống là những vấn đề rất được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của một số giống ngô (Zea mays L.)” 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chất lượng hạt của một số giống ngô nếp địa phương ( Zea mays L.) - Khảo sát sự đa dạng và mối quan hệ di truyền của 14 giống ngô bằng kỹ thuật RAPD. 3. Nội dung nghiên cứu - Phân tích đặc điểm hình thái, khối lượng và kích th ước hạt của một số giống ngô nếp địa phương. - Xác định hàm lượng lipid, protein, đường trong hạt của các giống ngô nghiên cứu. - Phân tích sự đa hình DNA được nhân bản ngẫu nhiên, xác định mức sai khác trong cấu trúc DNA hệ gen của các giống ngô nghiên cứu. - Thiết lập mối quan hệ di truyền của 14 giống ngô. 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY NGÔ 1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô Cây ngô (Zea mays L.) t huộc chi Maydeae, họ hòa thảo Gramineae , có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20). Có nhiều cách để người 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 được phân thành các loài phụ: ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa răng ngựa. Từ các loài phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô được phân chia thành các thứ. Ngoài ra ngô còn được phân loại theo sinh thái học, nông học, thời gian sinh trưởng và thương p hẩm [12]. Có rất nhiều giả thuyết về nguồn gốc của ngô tại châu Mỹ như ngô là sản phẩm thuầ n dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô ( Zea mays ssp. parviglumis ) một năm ở Trung Mỹ, có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền nam Mexico. Cũng có giả t huyết khác cho rằng ngô sinh ra từ quá trình lai ghép giữa ngô đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi không đáng kể của ngô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes . Song điều quan trọng nhất nó đã hình thành vô số loài phụ, các thứ và nguồn dị hợp thể của cây ngô , các dạng cây và biến dạng của chúng đã tạo cho nhân loại một loài ngũ cốc có giá trị đứng cạnh lúa mì và lúa nước [12]. 1.1.2. Đặc điểm nông sinh học của cây ngô Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì đời sống cá thể. Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây. Sau khi gieo hạt, ngô phát triển thành mầm. Cây mầm chủ yếu sử dụng nguồn dinh dưỡng chứa trong nội nhũ hạt. Bộ phân phía trên hạt phát triển lên mặt đất gồm có trụ giữa lá mầm. Phần đỉnh trụ lá mầm có mấu bao 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
lá mầm, từ đó phát sinh bao lá mầm và bên trong bao lá mầm là thân lá mầm. Trên trục của cây mầm, một đầu hình thành rễ cây mầm, sau đó phát triển thành rễ chính, từ rễ chính hình thành các rễ phụ. Ngô là cây có rễ chùm tiêu biểu cho bộ rễ cây hòa thảo. Hệ rễ có ba loại: rễ mầm, rễ đốt và rễ chân kiềng. Rễ đốt giúp cho cây hút nước và các chất dinh dưỡng. Rễ chân kiềng mọc xung quanh các đốt phần thân sát gốc trên mặt đất, rễ này giúp cây chống đổ, đồng thời cũng tham gia vào hút nước và thức ăn cho cây. Số lượng rễ, số lông rễ và chiều dài rễ khác nhau ở mỗi giống. Thân ngô thường phát triển mạnh, thẳng cứng dạng bền chắc. Thân chia làm nhiều gióng, các gióng nằm giữa các đốt, các gióng dài và to dần từ dưới lên. Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ n hau. Độ lớn và số lá ngô dao động từ 6 đến 22 là tùy thuộc vào giống và điều kiện tự nhiên. Lá ngô trưởng thành bao gồm các bộ phận: bẹ lá, phiến lá và thìa lá. Bắp ngô phát sinh từ mầm nách lá trên thân, số mầm nách lá trên cây ngô nhiều, nhưng 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. Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phân chính: vỏ hạt, lớp alơron, phôi và nội nhũ. Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô. Vỏ hạt bao bọc xung quanh, màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ hạt là lớp alơron bao bọc lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là thành phần chính 70-78% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có protein, lipid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôi phôi phát triển. Phôi ngô lớn (chiếm 8 -15%) nên cần chú trọng bảo quản [12] 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Mỗi một giai đoạn sinh trưởng, cây ngô yêu cầu về điều kiện sinh thái khác nhau. Trong điều kiện đảm bảo về ẩm độ, ôxy và nhiệt độ thích hợp cho ngô nảy mầm nhanh sau khi gieo. Nhiệt độ tối thiểu cho hạt nảy mầm từ 8 – 120C, nhiệt độ tối đa cho hạt nảy mầm từ 40 – 450C, nhiệt độ tối thích từ 25 – 280C. Ở các thời kỳ sinh trưởn g khác nhau thì sự hút chất dinh dưỡng cũng như yêu cầu về dinh dưỡng của ngô cũng khác nhau: Ở thời kỳ đầu cây ngô hút chất dinh dưỡng chậm, thời kỳ từ 7 - 8 lá đến sau trỗ 15 ngày toàn bộ các bộ phận trên mặt đất cũng như các bộ phận dưới mặt đất của cây ngô tăng trưởng nhanh, các cơ quan sinh trưởng phát triển mạnh, lượng tinh bột và chất khô tăng nhanh. Đây là giai đoạn cây ngô hấp thu chất dinh dưỡng tối đa (bằng 70 - 9 0% dinh dưỡng cả vòng đời cây hút). Ở thời kỳ này nếu cây thiếu nước và chất dinh dư ỡng sẽ làm giảm năng suất từ 10 - 20%. Trong các yếu tố dinh dưỡng thì đạm là nguyên tố dinh dưỡng quan trọng bậc nhất của cây ngô (Lê Đức Biên,1986) [2]. 1.1.3. Vai trò cây ngô trong nền kinh tế Ngô làm lương thực cho con người: Ngô là cây lương thực nuôi sống gần 1/3 dân số trên toàn thế giới, tất cả các nước trồng ngô nói chung đều ăn ngô ở mức độ khác nhau. Toàn thế giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm lương thực cho người. Các nước ở Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng ngô làm lương thực chính. Các nước Đông Nam Phi sử dụng 85% sản lượng ngô làm lương thực cho người, Tây Trung Phi 80%, Bắc Phi 42%, Tây Á 27%, Nam Á 75%, Đông Nam Á và Thái Bình Dương 39%, Đông Á 30%, Trung Mỹ và các vùng Caribe 61%... Nếu như ở Châu Âu khẩu phần ăn cơ bản là: bánh mỳ, khoa i tây, sữa; Châu Á: cơm (gạo), cá, rau xanh (canh) thì châu Mỹ La Tinh là bánh ngô, đậu đỗ và ớt. Vì vậy, trên phạm vi thế giới, ngô vẫn còn là cây lương thực rất quan trọng, vì ngô rất phong phú các chất dinh dưỡng hơn lúa mỳ và gạo. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Ngô làm thức ăn gia s úc: Ngô là thức ăn gia súc quan trọng nhất hiện nay. Hầu như 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp là từ ngô, điều đó phổ biến trên toàn thế giới. Ngoài việc cung cấp chất tinh, cây ngô còn là thức ăn xanh và ủ chua lí tưởng cho đại gia súc. Những năm gần đây cây ngô còn là cây thực phẩm, người ta dùng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp. Sở dĩ, ngô rau được dùng vì nó sạch và có hàm lượng dinh dưỡng cao. Các thể loại ngô nếp, ngô đường (ngô ngọt) được dùng làm thức ăn tươi (luộc, nướng) hoặc đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu. Ngô là nguyên liệu chính cho các nhà máy thức ăn gia súc tổng hợp, ngô còn là nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất rượu, tinh bột, bánh kẹo… Người ta đã sản xuất ra các mặt hàng khác nhau cho các ngành công nghiệp lương thực - thực phẩm, công nghiệp dược và công nghiệp nhẹ. Ngô cũng là hàng hoá xuất khẩu. Hàng năm lượng ngô xuất khẩu khoảng 70 triệu tấn. Đó là nguồn lợi lớn của các nước xuất khẩu. Các nước xuất khẩu chính là Mỹ, Pháp, Argentina, Trung Quốc, Thái Lan. Các nước nhập chính là Nhậ t Bản, Hàn Quốc, Liên Xô cũ, Châu Phi, Mexico… [13]. Ngô vừa là cây lương thực, vừa là cây thức ăn cho gia súc. Chính vì vậy diện tích trồng ngô trên thế giới tăng không ngừng. Năm 1979 diện tích trồng ngô chỉ đạt khoảng 127 triệu ha với tổng sản lượng là 475,4 triệu tấn, đến năm 2007 diện tích trồng ngô đạt 145,1 triệu ha với sản lượng 705,3 triệu tấn (theo số liệu thống kê của FAO, 2008) . Ở Việt Nam, cây ngô đã được trồng cách đây khoảng 300 năm và được trồng trên những điều kiện sinh thái khác nhau của c ả nước. Hàm lượng chất dinh dưỡng c ủa ngô tùy thuộc vào từng giống, đặc biệt là các giống ngô nếp địa phương tuy năng suất không cao nhưng chất lượng của hạt ngô tốt phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng. Vì vậy, việc nghiên 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
cứu đặc điểm hình thái, hóa sinh của các giống ngô giúp chọn được các giống ngô có năng suất cao và chất lượng tốt đáp ứng cho công tác giống và nhu cầu sử dụng của con người. 1.1.4. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao. Hạt ngô chứa tinh bột, lipid, protein, đường (chiếm khoảng 3,5%), chất khoáng (chiếm khoảng 1 – 2,4%), vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C và một lượng rất nhỏ xenlulo (2,2%) . Hạt ngô chứa phần lớn tinh bột, hàm lượng tinh bột trong hạt thay đổi trong giới hạn 60 - 70%. Hàm lượng tinh bột ở ngô tẻ nhiều hơn ngô nếp (68% so với 65%). Tinh bột tập trung chủ yếu ở nội nhũ và được chia thành hai dạng tinh bột là tinh bột mềm (tinh bột bột) và tinh bột cứng (tinh bột sừng hay tinh bột phalê). Hàm lượ ng lipid cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau lúa mạch, nó chiế m khoả ng (3,5 – 7%) và phụ t huộc vào từng giố ng, điều kiệ n tự nhiên. Lipid được tập trung nhiề u ở p hôi và màng alơron. D ầ u ngô chứa đến 50% acid linoleic liên kết với glyxerit, ac id oleic, panmitic, rici nic. Hàm lượng lipid là một chỉ t iêu quan trọ ng để đánh giá chất lượng hạt [9]. Protein c ủa ngô được chia thành 3 d ạ ng chính: protein ho ạt tính (chủ yế u là emzyme), protein c ấ u tạo và protein d ự trữ, trong đó protein d ự t rữ chiế m t ỉ lệ cao nhất. Hàm lượ ng protein dao đ ộng t ừ 4,8 đến 16,6,% tùy vào mỗ i giố ng. Lợ i dụng tính chất hòa tan c ủa protein trong các dung môi, ngườ i ta có thể tách triết protein tan t ừ ngô phục vụ c ho nhiề u mục đích nghiên cứu như đánh giá chất lượ ng hạt, khả năng chịu hạ n… Thành phầ n hoá học của hạt ngô vàng đề u cao hơn so vớ i gạo trắ ng. Ngoài thành phần tinh bột, protein, lipid, ở ngô còn chứa nhiề u loạ i vitamin, trong đó vitamin C cao nh ất. Về nhiệt lượ ng của ngô cao hơn gạo 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trắng là 10%. Qua đó cho thấ y, ngô là cây lương thực có giá trị d inh dưỡ ng tương đố i cao (bảng 1.1). Bảng 1.1. Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g) Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng Tinh bột (g) 65,00 68,20 Protein (g) 8,00 9,60 Lipid (g) 2,50 5,20 Vitamin A (mg) 0 0,03 Vitamin B1 (mg) 0,20 0,28 Vitamin B2 (mg) 0 0,08 Vitamin C (mg) 0 7,70 Nhiệt lượng (Kalo) 340 350 (Cao Đắc Điểm, 1988) [8] 1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên t hế giới và ở Việt Nam 1.1.5. 1. Tình hình sản xuất ngô trên t hế giới Trong những năm gần đây diện tích ng ô trên toàn thế giới đã tăng lên gấp rưỡi, năng suất tăng gấp 2,5 lần. Diện tích ngô hà ng năm khoảng 139 triệu ha, năng suất bình quân khoảng 3,8 triệu tấn/ha, tổng sản lượng ngô trên 525 triệu tấn/ ha. Ngô là cây có địa bàn phân bố vào loại rộng nhất thế giới, trải rộng hơn 90 vĩ tuyến: Từ 40 0N lên gần đến 55 0B, từ độ cao 1 - 2 m đến 400 m so với mực nước biển [13]. Do đó, ngô được trồng ở hầu hết các nơi trên thế giới như Châu Mỹ, Châu Âu, Châu Úc, Châu Phi. Theo dự báo của Việ n nghiên cứu chương trình lương thực thế giớ i (IPRI, 2003), vào năm 2020 t ổ ng nhu cầu ngô thế giớ i là 852 triệ u tấ n, trong đó 15% dùng làm lương th ực, 69% dùng làm th ức ăn chăn nuôi, 16% dùng làm nguyên liệ u cho công nghiệp. Ở các nước phát triể n chỉ d ùng 5% ngô làm lương thực nhưng ở các nước đang phát triể n sử d ụng 22% ngô làm lương thực (IPRI, 2003) Đến năm 2020, nhu c ầu ngô thế giớ i tăng 45% so với nhu cầu năm 1997, ch ủ yếu tăng cao ở các nước đang phát triể n 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
(72%), riêng Đông Nam Á nhu c ầ u tăng 70% so với năm 1997 (Bả ng 1.2), sở dĩ nhu cầ u ngô tăng mạ nh là do dân s ố thế giớ i tăng, thu nhập bình quân đầu ngườ i tăng, nên nhu c ầu thịt, cá, trứng, sữa tăng mạ nh, dẫn đến đòi hỏ i lượ ng ngô dùng cho chăn nuôi tăng. Nhưng thách th ức lớ n nhất là 80% nhu cầu ngô thế giớ i tăng (266 triệu tấ n), lạ i tập trung ở các nước đang phát triể n. Hơn nữa chỉ k hoả ng 10% s ản lượng ngô từ các nước công nghiệp có thể xuất sang các nước đang phát triển. Vì vậ y, các nước đang phát triể n phả i tự đáp ứng nhu cầu của mình (IPRI, 2003). Bảng 1.2. Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020 Năm 1977 Năm 2020 % thay đổi Vùng (Triệu tấn) ( Triệu tấn) Thế giới 586 852 45 Các nước đang phát triển 295 508 72 Đông Á 136 252 85 Nam Á 14 19 36 Cận Sahara – Châu Phi 29 52 79 Mỹ Latinh 75 118 57 Tây và Bắc Phi 18 28 56 (Nguồn: Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới IPRI, 2003) Theo Đại học Tổng hợp Iowa (2006), trong những năm gần đây khi thế giới cảnh báo nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt, thì ngô đã và đang được chế biế n ethanol, thay thế một phần nhiên liệu xăng dầu chạy ô tô tại Mỹ, Braxin, Trung Quốc,... Riêng ở Mỹ, năm 2002 - 2003 đã dùng 25,2 triệu tấn ngô để chế biến ethanol, năm 2005 - 2006 dùng 40,6 triệu tấn và dự kiến năm 2012 dùng 190,5 triệu tấn ngô (Oxfarm, 2004). Diện tích, năng suất, sản lượng ngô giữa các châu lục trên thế giới có sự chênh lệch tương đối lớn được thể hiện bảng 1.3 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
Bảng 1.3. Tình hình sản xuất ngô của một số khu vực trên thế giới giai đoạn 2005 – 2007 Diện tích Năng suất Sản lƣợng Khu vực (Triệu ha) (Tạ/ha) (Triệu tấn) 2005 2006 2007 2005 2006 2007 2005 2006 2007 Châu Âu 11,9 15,6 13,9 46,5 61,3 59,1 69,1 96,1 82,6 Châu Á 43,7 45,0 46,4 38,3 40,7 39,9 167,3 183,3 185,4 Bắc và 39,9 40,9 41,3 72,6 81,6 75,7 289,6 333,7 312,0 Trung Mỹ Thế giới 144,3 146,9 147,0 44,5 49,9 41,7 642,5 724,2 692,0 (Nguồn: Số liệu thống kê của FAOSTAT, 2008) Q ua b ả ng 1.3 cho th ấ y: Diệ n tích tr ồ ng ngô giữa các C hâu l ục có s ự c hênh lệ ch nhau trong đó Châu Á là khu v ực có diệ n tích tr ồ ng ngô lớ n n hấ t, năm 2005 là 43,7 tri ệ u ha đ ế n năm 2007 là 4 6,4 triệ u ha, chiế m k ho ả ng 31,6% diệ n tích ngô toàn th ế g i ớ i. Đ ứng ở vị t rí th ứ hai là khu vực Bắ c và Trung M ỹ c hiế m kho ả ng 28% diệ n tích tr ồ ng ngô thế g iớ i. C hâu Âu là khu v ực có diệ n tích tr ồ ng ngô thấ p, chiế m kho ả ng 9,5% d iệ n tích tr ồ ng ngô thế g iớ i. Nh ìn chung diệ n tích tr ồ ng ngô c ủa các khu vực trên thế giớ i biế n đ ộ ng gi ữa các năm không đáng k ể , nế u lấ y 2007 làm mố c so sánh thì Châu Âu có gi ả m v ề mặ t diệ n tích, còn Châu Á cùng vớ i Bắ c và Trung M ỹ t hì diệ n tích tăng. B ắ c và Trung M ỹ là khu vực có năng s uấ t cao nhấ t đ ạ t 75,70 t ạ /ha, đ ứng thứ hai là khu v ực Châu Âu: 5 9,10 tạ /ha, và thấ p nhấ t là Châu Á 39,91 t ạ /ha (năm 2007). S ở d ĩ Châu Á c ó năng su ấ t thấ p ch ủ yế u là do khu v ực này có điề u kiệ n thờ i tiế t b ấ t t huậ n như: hạ n hán, lũ l ụt, đ ấ t canh tác chưa thu ậ n lợ i. Giai đo ạ n 2005 - 2 007, Châu Á và khu v ực Bắ c và Trung M ỹ năng suấ t tăng mạ nh, Châu 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn