Nghiên cứu đặc điểm biến dị, khả năng di truyền về sinh trưởng và đánh giá mức độ đa dạng di truyền của một số nguồn giống thông caribê (pinus caribaea morelet)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM    TRẦN ĐỨC VƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM BIẾN DỊ, KHẢ NĂNG DI TRUYỀN VỀ SINH TRƯỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ NGUỒN GIỐNG THÔNG CARIBÊ (Pinus caribaea Morelet) LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP HÀ NỘI, 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM    TRẦN ĐỨC VƯỢNG NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM BIẾN DỊ, KHẢ NĂNG DI TRUYỀN VỀ SINH TRƯỞNG VÀ ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ NGUỒN GIỐNG THÔNG CARIBÊ (Pinus caribaea Morelet) Ngành đào tạo: Di truyền chọn giống lâm nghiệp Mã ngành: 62 02 07 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Đức Kiên TS Hà Huy Thịnh HÀ NỘI, 2023 i LỜI CAM ĐOAN Luận án hoàn thành chương trình đào tạo Tiến sĩ khóa 29 (2017-2022) Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng tơi Số liệu, hình ảnh kết trình bày luận án tơi trực tiếp thu thập, đồng thời đồng ý cho phép kế thừa trường nghiên cứu từ đề tài “Nghiên cứu chọn giống Thông caribê (Pinus caribaea Morelet) cung cấp gỗ lớn cho vùng Bắc Trung Bộ Đông Bắc Bộ” giai đoạn 2016-2020, Th.S Cấn Thị Lan làm chủ nhiệm Thông qua trường khảo nghiệm xây dựng, luận án tiến hành nghiên cứu đặc điểm biến dị khả di truyền sinh trưởng, chất lượng thân cây, tính chất gỗ, đa dạng di truyền Thông caribê vùng Trung tâm Bắc Bộ, Đông Bắc Bộ Bắc Trung Bộ Số liệu kết trình bày luận án trung thực chưa công bố cơng trình khác Hà Nội, ngày tháng Tác giả năm 2023 Trần Đức Vượng ii LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc kính trọng đến TS Nguyễn Đức Kiên, TS Hà Huy Thịnh, dành nhiều thời gian công sức để hướng dẫn, định hướng cho tác giả trình thực luận án Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam, Ban Khoa học, Đào tạo Hợp tác quốc tế tạo điều kiện cho suốt q trình học tập, nghiên cứu Viện Tơi xin chân thành cảm ơn Viện Nghiên cứu Giống Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, đơn vị trực tiếp hỗ trợ nhân lực, vật liệu giống trường nghiên cứu thông qua đề tài dự án nghiên cứu cải thiện giống đơn vị chủ trì thực Tác giả xin chân thành cảm ơn tập thể cán Trung tâm Thực nghiệm Chuyển giao giống rừng giúp đỡ việc thu thập, xử lý số liệu có ý kiến đóng góp q giá để tơi hồn thành luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới đồng nghiệp hỗ trợ tác giả thực số nội dung nghiên cứu có đóng góp q báu giúp tác giả hồn thành luận án Cuối tác giả xin chân thành cảm ơn động viên, giúp đỡ gia đình bạn bè đồng nghiệp! Hà Nội, Ngày tháng năm 2023 Tác giả Trần Đức Vượng iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG BIỂU viii DANH MỤC HÌNH xi MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 3 Mục tiêu nghiên cứu Những điểm luận án Đối tượng nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Bố cục luận án Chương TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu giới 1.1.1 Thông tin chung Thông caribê 1.1.2 Tình hình gây trồng 1.1.3 Nghiên cứu chọn giống Thông caribê 10 1.1.4 Nghiên cứu tính chất gỗ Thơng caribê 14 1.1.5 Nghiên cứu đa dạng di truyền Thông caribê 15 1.2 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Việt Nam 17 1.2.1 Thông tin gây trồng phát triển Thông caribê Việt Nam 17 1.2.2 Nghiên cứu chọn giống Thông caribê 18 1.2.3 Nghiên cứu số tính chất gỗ Thơng caribê 24 1.2.4 Nghiên cứu đa dạng di truyền lồi Thơng Việt Nam 25 1.3 Thảo luận chung 27 Chương NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .29 iv 2.1 Nội dung nghiên cứu 29 2.2 Vật liệu nghiên cứu 29 2.2.1 Địa điểm nghiên cứu 29 2.2.2 Nguồn vật liệu nghiên cứu 29 2.2.3 Thiết kế thí nghiệm biện pháp tác động 31 2.2.4 Điều kiện khí hậu khu vực nghiên cứu 31 2.2.5 Đặc điểm đất đai khu vực nghiên cứu 33 2.3 Phương pháp nghiên cứu 34 2.3.1 Phương pháp tiếp cận 34 2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sinh trưởng, chất lượng thân 35 2.3.3 Phương pháp xác định khối lượng riêng gỗ 38 2.3.4 Phương pháp phân tích đa dạng di truyền nguồn giống Thông caribê thị phân tử 39 2.4 Phương pháp phân tích xử lý số liệu 40 2.4.1 Phương pháp thu thập phân tích số liệu đánh giá biến dị di truyền sinh trưởng 40 2.4.2 Phương pháp thu thập phân tích số liệu đánh giá đa dạng di truyền thi phân tử 43 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 45 3.1 Biến dị sinh trưởng, chất lượng thân khối lượng riêng nguồn giống gia đình Thơng caribê 45 3.1.1 Biến dị sinh trưởng, chất lượng thân nguồn giống Thông caribê 45 3.1.2 Biến dị sinh trưởng, chất lượng thân gia đình Thơng caribê 62 3.1.3 Biến dị khối lượng riêng gia đình Thơng caribê Ba Vì, Hà Nội Cam Lộ, Quảng Trị 89 3.2 Đánh giá khả di truyền tương quan di truyền tính trạng nghiên cứu tăng thu di truyền lý thuyết Thông caribê 92 3.2.1 Hệ số di truyền hệ số biến động di truyền lũy tích tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân đuôi chồn 92 v 3.2.2 Tương tác kiểu gen – hoàn cảnh 99 3.2.3 Tương quan tính trạng sinh trưởng tuổi khác 102 3.2.4 Tương quan tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân cây, khối lượng riêng gỗ 104 3.2.5 Tăng thu di truyền lý thuyết tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân khảo nghiệm hậu Thông caribê 106 3.2.6 Chọn lọc gia đình ưu trội có suất cao khảo nghiệm hậu Thông caribê 107 3.3 Mức độ đa dạng di truyền quan hệ di truyền nguồn giống Thông caribê 110 3.3.1 Sàng lọc thị ISSR đa hình 110 3.3.2 Đa dạng di truyền nguồn giống Thông caribê 111 3.3.3 Mức độ biến đổi phân tử nguồn giống Thông caribê 118 3.3.4 Khoảng cách di truyền mức độ tương đồng di truyền nguồn giống Thông caribê 119 3.3.5 Quan hệ di truyền nguồn giống Thông caribê 119 3.3.6 Quan hệ di truyền gia đình trội Thơng caribê 121 3.4 Đề xuất số định hướng nghiên cứu cải thiện giống Thông caribê Việt Nam .123 KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ 126 Kết luận 126 Tồn 128 Khuyến nghị 128 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .130 TÀI LIỆU THAM KHẢO .131 Tiếng Việt 131 Tiếng Anh 133 PHỤ LỤC 143 vi DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Nghĩa đầy đủ AMOVA (Analysis of Phân tích khác mặt phân tử (Mức độ Molecular Variation) biến đổi di truyền) CVa Hệ số biến động di truyền lũy tích D00 Đường kính gốc D1.3 Đường kính ngang ngực KLR Khối lượng riêng DNA ADN Dnc Độ nhỏ cành Dtt Độ thẳng thân Fpr Xác suất F (Fisher) tính tốn Fst Hệ số khác biệt di truyền G Tăng thu di truyền lý thuyết GĐTN Gia đình tốt GĐXN Gia đình xấu h Hệ số đa dạng di truyền h2 Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp He Dị hợp tử mong đợi Ho Dị hợp tử quan sát Hvn Chiều cao vút Icl Chỉ tiêu tổng hợp ISSR Chuỗi lặp lại đơn giản Kcvc Khoảng cách vòng cành Lsd Khoảng sai dị đảm bảo Na Số alen trung bình Ne Số alen có hiệu lực vii Ký hiệu viết tắt Nghĩa đầy đủ PCB Biến chủng Thông caribê bahamensis PCC Biến chủng Thông caribê caribaea PCH Biến chủng Thơng caribê hondurensis PCoA Phân tích tọa độ thành phần PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp PPB Tỷ lệ băng/đoạn DNA đa hình Ptn Phát triển r RAPD Sk SPA SSR (Micosatelite) TB TBKN Hệ số tương quan DNA đa hình nhân ngẫu nhiên Sức khỏe Rừng giống Chỉ thị vi vệ tinh Trung bình Trung bình khảo nghiệm V% Hệ số biến động VOL Thể tích thân XH Xếp hạng viii DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Nguồn gốc gia đình Thơng caribê khảo nghiệm hậu 30 Bảng 2.2 Danh sách mẫu Thông Caribê sử dụng nghiên cứu 30 Bảng 2.3 Các khảo nghiệm hậu kết hợp làm vườn giống hữu tính 31 Bảng 2.4 Điều kiện khí hậu khu vực khảo nghiệm giống 32 Bảng 2.5 Đặc điểm đất đai địa điểm nghiên cứu 34 Bảng 3.1 Sinh trưởng nguồn giống Thông caribê khảo nghiệm hậu Ba Vì, Hà Nội 5,5 tuổi (8/2017-1/2023) 46 Bảng 3.2 Chỉ tiêu chất lượng thân nguồn giống Thông caribê 5,5 tuổi khảo nghiệm hậu Ba Vì, Hà Nội (8/2017-1/2023) 48 Bảng 3.3 Tỷ lệ đuôi chồn nguồn giống khảo nghiệm hậu Thông caribê Ba Vì, Hà Nội 49 Bảng 3.4 Sinh trưởng nguồn giống Thông caribê khảo nghiệm hậu Đại Lải, Vĩnh Phúc 5,5 tuổi (8/2017-1/2023) 51 Bảng 3.5 Chỉ tiêu chất lượng thân nguồn giống Thông caribê khảo nghiệm hậu Đại Lải, Vĩnh Phúc 5,5 tuổi (8/2017-1/2023) 53 Bảng 3.6 Tỷ lệ đuôi chồn nguồn giống khảo nghiệm hậu Thông caribê Đại Lải, Vĩnh Phúc 54 Bảng 3.7 Sinh trưởng nguồn giống Thông caribê khảo nghiệm hậu Cam Lộ, Quảng Trị tuổi (12/2017 – 2/2022) 56 Bảng 3.8 Chỉ tiêu chất lượng thân nguồn giống Thông Caribê khảo nghiệm hậu Cam Lộ, Quảng Trị tuổi (12/2017 – 2/2022) .58 Bảng 3.9 Tỷ lệ đuôi chồn nguồn giống Thông caribê khảo nghiệm hậu Cam Lộ - Quảng Trị 60 Bảng 3.10 Sinh trưởng gia đình Thơng caribê khảo nghiệm hậu Ba Vì, Hà Nội 5,5 tuổi (8/2017 – 1/2023) 63 Bảng 3.11 Chất lượng thân gia đình Thơng Caribê khảo nghiệm hậu Ba Vì, 5,5 tuổi (8/2017 – 1/2023) 68 42 Phụ lục 17: Sinh trưởng gia đình Thơng caribê khảo nghiệm hậu thế Ba Vì – Hà Nội (8/2017 – 8/2020) XH Gia đình 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 B171 B01 B40 ĐL29 B260 B138 Đ15 Đ02 ĐL22 B207 B99 Đ04 Đ17 TH07 B87 B17 ĐL11 Đ19 Đ08 B255 B145 Đ14 ĐL35 B38 ĐL14 ĐL21 B120 B151 ĐL19 TH01 B140 Đ10 B185 ĐL31 B123 TB 3,1 2,9 2,8 2,8 2,8 2,7 2,7 2,7 2,7 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,6 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,5 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 D00 (cm) V% 4,1 15,6 6,3 2,8 3,3 10,8 6,8 5,1 3,5 11,2 1,5 6,8 3,5 3,6 5,5 6,9 5,1 23,1 5,5 2,9 0,9 4,2 9,7 5,1 9,8 6,0 3,2 6,6 3,1 4,6 3,1 5,3 5,1 14,9 13,7 TB 4,2 3,4 3,6 4,0 3,6 3,8 3,2 3,1 3,5 3,6 3,4 3,4 3,3 3,1 3,3 2,8 3,5 3,2 2,9 3,5 3,6 3,0 3,3 3,2 3,7 3,3 3,3 3,7 3,1 2,8 3,4 3,0 3,3 3,3 3,0 Hvn (m) V% 9,2 8,3 13,9 7,2 4,8 13,0 5,7 12,4 3,9 3,8 3,1 4,2 3,9 8,5 11,5 5,2 4,8 13,9 6,5 2,5 5,3 5,6 14,5 12,0 11,7 10,0 8,8 7,0 2,8 6,0 5,7 4,3 4,1 17,2 16,3 Tỷ lệ sống (%) 70,8 83,3 83,3 91,7 95,8 91,7 83,3 87,5 62,5 87,5 41,7 83,3 87,5 83,3 95,8 83,3 79,2 54,2 79,2 95,8 91,7 70,8 100,0 79,2 87,5 91,7 83,3 91,7 83,3 79,2 91,7 70,8 95,8 70,8 79,2 43 XH Gia đình 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 B90 B60 B26 ĐL03 TH08 Đ05 ĐL36 ĐL39 ĐL02 Đ18 B41 ĐL33 ĐL34 B75 B173 B82 TH04 ĐL20 B233 Đ11 ĐL32 TH02 ĐL12 TH05 B192 ĐL30 B126 B168 B147 B247 B42 B121 ĐL5 B158 Đ16 B251 B194 Đ09 TB 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,4 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,3 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 2,2 D00 (cm) V% 8,5 5,8 3,8 6,2 7,4 7,6 4,8 7,2 5,6 6,2 12,3 7,1 14,0 3,8 8,1 8,5 6,0 6,7 10,2 9,0 11,9 12,1 10,4 4,3 8,9 7,0 8,6 9,7 5,7 9,0 14,9 14,4 7,6 3,6 16,9 10,5 8,2 3,5 TB 2,9 2,9 3,5 3,0 3,2 3,0 3,4 3,1 3,0 2,6 2,8 3,3 3,2 3,0 3,2 2,8 3,0 2,9 3,4 2,9 3,0 2,8 3,3 2,7 3,3 3,3 2,9 3,1 3,2 3,2 3,2 3,0 2,8 3,5 2,7 3,2 3,0 3,0 Hvn (m) V% 11,9 10,1 11,7 5,4 8,3 2,7 10,5 11,1 9,8 7,2 14,1 11,8 18,0 13,2 10,5 6,6 10,2 5,0 13,7 8,8 14,5 16,1 12,9 1,2 8,2 12,6 4,3 7,3 6,4 9,3 19,3 11,9 4,8 7,6 14,0 5,7 10,9 1,3 Tỷ lệ sống (%) 91,7 87,5 66,7 79,2 66,7 87,5 83,3 83,3 70,8 83,3 70,8 100,0 87,5 91,7 75,0 87,5 79,2 79,2 79,2 54,2 87,5 70,8 75,0 62,5 79,2 83,3 79,2 83,3 95,8 91,7 79,2 75,0 100,0 83,3 66,7 91,7 91,7 62,5 44 XH Gia đình 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 B100 B125 ĐL23 ĐL04 ĐL07 B164 ĐL38 B186 H32 H19 H16 H25 H20 H14 H17 H03 H26 H22 H30 H05 H27 H38 H33 H28 H06 H31 H21 TB Fpr Lsd TB GĐTN TB GĐXN TB 2,2 2,2 2,2 2,2 2,1 2,1 2,1 2,0 1,9 1,9 1,9 1,8 1,8 1,8 1,7 1,7 1,7 1,7 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,6 1,5 1,3 1,3 D00 (cm) V% 6,5 5,0 13,6 5,8 2,8 3,1 6,9 4,4 6,3 8,5 6,3 17,1 7,5 9,0 3,3 9,9 6,7 7,8 10,5 11,9 3,9 16,0 10,8 9,7 9,2 11,2 5,3 2,3