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 Chọn giống trồng Mã số: 62.62.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN THỊ NGỌC HUỆ PGS.TS LÃ TUẤN NGHĨA Hà Nội - 2016 iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, công trình nghiên cứu Các số liệu kết nghiên cứu luận án trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan rằng, giúp đỡ, hợp tác cho việc thực luận án cám ơn thông tin trích dẫn luận án dẫn rõ nguồn gốc Tác giả luận án Hoàng Thị Nga iv LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, nhận quan tâm giúp đỡ nhiệt tình Thầy, Cô giáo, tập thể, cá nhân bạn bè đồng nghiệp gia đình Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Thị Ngọc Huệ Hội Giống trồng Việt Nam, PGS.TS Lã Tuấn Nghĩa - Giám đốc Trung tâm Tài nguyên thực vật - Cô Thầy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ suốt trình thực đề tài 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, bạn bè đồng nghiệp Trung tâm Tài nguyên thực vật tạo điều kiện thuận lợi cho trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn Thầy, Cô giáo, anh, chị, em Ban Đào tạo sau đại học, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam tận tình giúp đỡ bảo suốt trình học tập thực đề tài Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể, cá nhân, bà nông dân Bắc Ninh, Bắc Giang, Hà Nam, Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Hải Phòng, Nghệ An, Quảng Ninh, Thừa Thiên Huế, Đồng Tháp sở chế biến sen lão Hưng Yên hợp tác giúp đỡ chia sẻ thông tin, kinh nghiệm quý báu, cung cấp mẫu giống sen trình thực đề tài Cuối vô biết ơn thành viên gia đình bên cạnh, động viên khích lệ, tiếp thêm sức mạnh nghị lực để hoàn thiện công trình nghiên cứu Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày tháng Tác giả Hoàng Thị Nga năm 2016 v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC ii iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH vii x MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1 Giới thiệu chung sen 1.1.1 Nguồn gốc sen 6 1.1.2 Phân loại phân bố sen 1.1.3 Giá trị sen 1.1.4 Đặc điểm thực vật học sen 1.1.5 Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh sen 1.2 Tình hình sản xuất thị trường sản phẩm từ sen giới Việt Nam 1.2.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ sản phẩm từ sen giới 1.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ sản phẩm từ sen Việt Nam 11 12 1.3 Phân tích đa dạng di truyền sen 1.3.1 Đa dạng di truyền phương pháp đánh giá đa dạng di truyền 1.3.2 Một số loại thị phân tử thường sử dụng đánh giá đa dạng di truyền sen 1.3.3 Kết nghiên cứu đa dạng di truyền sen 1.4 Thu thập, lưu giữ sử dụng nguồn gen sen 1.4.1 Thu thập lưu giữ nguồn gen sen 1.4.2 Khai thác sử dụng nguồn gen sen 1.5 Nghiên cứu biện pháp kỹ thuật canh tác 1.5.1 Kỹ thuật nhân giống 1.5.2 Kỹ thuật trồng trọt, chăm sóc, quản lý sâu bệnh hại 1.5.3 Thu hoạch bảo quản 19 19 CHƢƠNG VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15 15 16 22 24 29 29 32 35 35 36 38 40 vi 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2.2 Nội dung nghiên cứu 40 42 2.2.1 Điều tra tình hình sản xuất, thị trường thu thập mẫu giống sen số tỉnh Việt Nam 42 2.2.2 Nghiên cứu đặc điểm nông sinh học mẫu giống tập đoàn sen 2.2.3 Nghiên cứu đa dạng di truyền mẫu giống sen 43 43 2.2.4 Đánh giá xác định số mẫu giống sen triển vọng 2.3 Địa điểm thời gian nghiên cứu 43 43 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp điều tra tình hình sản xuất, thị trường thu thập mẫu giống sen 44 2.4.2 Phương pháp, mô tả đánh giá đặc điểm nông sinh học mẫu giống sen 2.4.3 Các phương pháp sử dụng đánh giá đa dạng di truyền 2.4.4 Đánh giá, xác định số giống sen triển vọng 2.4.5 Phương pháp đánh giá mức độ sâu bệnh hại 2.4.6 Phương pháp phân tích xử lý số liệu CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiện trạng sản xuất, thị trường thu thập mẫu giống sen số tỉnh Việt Nam 3.1.1 Hiện trạng sản xuất, thị trường sản phẩm từ sen 3.1.2 Thu thập mẫu giống tạo lập tập đoàn sen 3.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học mẫu giống sen 3.2.1 Đặc điểm thân, mẫu giống tập đoàn sen 3.2.2 Đặc điểm nụ hoa hoa mẫu giống tập đoàn sen 3.2.3 Đặc điểm nhị hoa mẫu giống tập đoàn sen 3.2.4 Đặc điểm gương, hạt sen mẫu giống tập đoàn sen 3.2.5 Khả sinh trưởng, phát triển mẫu giống sen 3.2.6 Xác định mối tương quan số tính trạng 3.2.7 Đánh giá tình hình sâu bệnh hại mẫu giống sen 3.2.8 Năng suất yếu tố cấu thành suất hạt sen mẫu giống 44 47 49 53 56 58 59 59 59 75 78 78 83 90 95 99 101 103 107 vii 3.3 Đánh giá tính đa dạng di truyền mẫu giống sen tập đoàn 3.3.1 Đánh giá đa dạng di truyền mẫu giống sen dựa vào kiểu hình 110 111 3.3.2 Đánh giá đa dạng di truyền mẫu giống sen thị SSR 3.3.3 Đề xuất hướng khai thác sử dụng nguồn gen sen có 121 129 3.4 Đánh giá, xác định số mẫu giống sen triển vọng có tiềm khai thác mở rộng sản xuất 3.4.1 Nghiên cứu xác định mẫu giống triển vọng từ nhóm sen lấy hoa 131 131 3.4.2 Nghiên cứu xác định mẫu giống triển vọng từ nhóm sen lấy hạt 3.4.3 Nghiên cứu, xác định mẫu giống sen lấy củ 138 148 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 150 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC 152 153 viii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism ARN Đa hình độ dài nhân chọn lọc Ribonucleic Acid- Axit Ribonucleic bp Base pair- Cặp bazơ BGCI Botanic Gardens Conservation International Bảo tồn vườn thực vật quốc tế Cinet DNA dNTP ĐBSCL Trang thông tin điện tử Bộ Văn hóa, Thể thao, Du lịch Deoxyribonucleic Acid-Axit Deoxyribonucleic Deoxyribonucleotide triphosphate Đồng sông Cửu Long ĐBSH Đồng sông Hồng International Waterlily and Water Gardening Society – Hiệp hội làm vườn thủy sinh hoa súng quốc tế Inter-Simple Sequence Repeats -Chuỗi lặp lại đơn giản Kilobase (=1.000 cặp bazơ) Royal Botanic Gardens, Kew-Vườn thực vật Hoàng Gia Anh Kew Nông nghiệp Phát triển nông thôn Phương pháp phân tích phối hợp IWGS ISSR Kb Kew NN PTNT PCA PCR RAPD SSR SWOT TNTV TPP VHTTDL WA Polymerase Chain ReactionPhản ứng khuếch đại chuỗi polymerase Randomly Amplified Polymorphic DNA DNA đa hình nhân ngẫu nhiên Simple Sequence Repeats – Kỹ thuật chuỗi lặp lại đơn giản Strengths - Weaknesses - Opportunities - Threats Phân tích SWOT: điểm mạnh, điểm yếu, hội thách thức Tài nguyên thực vật Trans-Pacific Strategic Economic Partnership Agreement Hiệp định Đối tác Kinh tế Xuyên Thái Bình Dương Văn hóa Thể thao Du lịch Water Agar -Môi trường nước Agar ix DANH MỤC BẢNG TT Tên bảng Bảng 1.1 Giá trị dinh dưỡng 100g củ sen hạt sen Trang 2.1 Danh sách mẫu giống sen thu thập năm 2011-2012 bảo 40 tồn Trung tâm TNTV (An Khánh-Hoài Đức-Hà Nội) 2.2 Danh sách thị SSR sử dụng nghiên cứu 42 2.3 Thành phần phản ứng PCR cho mẫu giống sen 3.1 Diện tích giống sen trồng địa phương, (Kết điều tra năm 2012-2013) 3.2 Phương thức canh tác sen điểm điều tra 51 60 3.3 Các sản phẩm từ sen suất sen vùng điều tra, năm 2012-2013 3.4 Các sản phẩm từ sen thị trường tiêu thụ ( Điều tra năm 2012-2013) 3.5 Các yếu tố hạn chế sản xuất sen điểm điều tra 3.6 Phân tích điểm mạnh, điểm yếu, hội thách thức canh tác phát triển sen vùng nghiên cứu 3.7 Danh sách 42 mẫu giống sen tọa độ địa lý nơi thu thập 65 3.8 Phân nhóm mẫu giống sen theo đặc điểm thân, (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.9 Tham số thống kê tính trạng số lượng thân mẫu giống sen theo nhóm (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.10 Phân nhóm mẫu giống sen theo đặc điểm nụ hoa hoa (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.11 Tham số thống kê tính trạng số lượng cánh hoa lớp bên mẫu giống sen phân theo nhóm (năm 2012-2013, Hoài ĐứcHà Nội) 3.12 Tham số thống kê tính trạng số lượng cánh hoa lớp bên mẫu giống sen phân theo nhóm (năm 2012-2013, Hoài ĐứcHà Nội) 3.13 Phân nhóm mẫu giống sen theo đặc điểm nhị hoa (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 79 62 69 72 73 75 81 84 88 90 91 x TT Tên bảng Bảng 3.14 Tham số thống kê tính trạng số lượng nhị hoa mẫu giống sen (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) Trang 93 3.15 Tham số thống kê tính trạng số lượng nụ, hoa suất hoa 94 mẫu giống sen (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.16 Phân nhóm mẫu giống theo đặc điểm gương sen hạt sen (năm 98 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.17 Phân nhóm mẫu giống sen qua giai đoạn sinh trưởng tham 100 số thống kê (năm 2012-2013, Hoài Đức- Hà Nội) 3.18 Tình hình sâu hại sen (Hoài Đức, 2012-2014) 3.19 Mức độ nhiễm bệnh thối thân sen (Hoài Đức, 2015) 104 105 3.20 Phân nhóm mẫu giống sen theo số tính trạng suất hạt sen (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.21 Phân nhóm mẫu giống mức tương đồng 0,355 3.22 Thông tin đa hình locut SSR mẫu giống sen nghiên cứu 3.23 Tỷ lệ dị hợp (H%) tỷ lệ khuyết số liệu (M%) 42 mẫu giống sen 3.24 Đặc điểm sinh trưởng mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 108 3.25 Đặc điểm sinh trưởng phát triển mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.26 Số lượng cánh hoa, nhị hoa mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.27 Năng suất chất lượng hoa mẫu giống thuộc nhóm sen lấy hoa (năm 2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.28 Phân nhóm 33 mẫu giống sen lấy hạt theo sinh trưởng, phát triển tham số thống kê (năm 2012-2013, Hoài Đức-Hà Nội) 3.29 Đặc điểm sinh trưởng, phát triển 18 mẫu giống sen lấy hạt (năm 2013, Hoài Đức, Hà Nội) 3.30 Một số đặc điểm nông học suất hạt 18 mẫu giống sen lấy hạt (năm 2013-2014, Hoài Đức-Hà Nội) 3.31 Đặc điểm sinh trưởng phát triển giống sen lấy hạt triển vọng (năm 2014, Hoài Đức, Hà Nội) 134 118 124 126 134 135 137 140 142 144 145 S22 S23 S24 S25 S26 S27 S28 S29 S30 S31 S32 S33 S34 S35 S36 S37 S38 S39 S40 S41 S22 S23 0.65 S24 0.69 0.89 S25 0.64 0.66 0.65 S26 0.71 0.91 0.88 0.65 S27 0.69 0.84 0.83 0.75 0.85 S28 0.68 0.85 0.81 0.61 0.81 0.74 S29 0.64 0.79 0.75 0.7 0.85 0.75 0.76 S30 0.7 0.73 0.74 0.69 0.76 0.76 0.75 0.86 S31 0.68 0.7 0.69 0.76 0.69 0.69 0.65 0.66 0.63 S32 0.65 0.75 0.76 0.69 0.74 0.69 0.7 0.71 0.7 0.68 S33 0.66 0.74 0.73 0.63 0.78 0.73 0.74 0.8 0.81 0.66 0.66 S34 0.81 0.69 0.7 0.65 0.68 0.7 0.66 0.63 0.66 0.69 0.74 0.73 S35 0.64 0.76 0.7 0.73 0.75 0.75 0.74 0.83 0.76 0.74 0.64 0.88 0.7 S36 0.66 0.76 0.73 0.63 0.73 0.68 0.74 0.73 0.81 0.61 0.69 0.75 0.65 0.75 S37 0.69 0.71 0.7 0.7 0.75 0.7 0.69 0.83 0.79 0.66 0.71 0.8 0.68 0.85 0.78 S38 0.73 0.7 0.69 0.74 0.71 0.69 0.68 0.79 0.78 0.68 0.73 0.71 0.69 0.76 0.76 0.86 S39 0.64 0.66 0.65 0.7 0.63 0.65 0.61 0.63 0.66 0.74 0.71 0.58 0.73 0.6 0.63 0.63 0.64 S40 0.61 0.71 0.7 0.65 0.7 0.7 0.71 0.8 0.74 0.66 0.66 0.83 0.65 0.85 0.7 0.9 0.76 0.6 S41 0.7 0.73 0.69 0.76 0.71 0.71 0.78 0.74 0.68 0.7 0.7 0.69 0.69 0.74 0.61 0.71 0.7 0.61 0.74 S42 0.63 0.65 0.66 0.64 0.64 0.64 0.6 0.61 0.63 0.7 0.7 0.59 0.64 0.59 0.61 0.59 0.6 0.76 0.59 0.6 S42 Phụ lục 10 KẾT QUẢ PHÂN TÍCH HẠT SEN Phụ lục 11 MỘT SỐ HÌNH ẢNH HOẠT ĐỘNG ĐIỀU TRA THU THẬP MẪU GIỐNG SEN, THÍ NGHIỆM VÀ CÁC GIỐNG SEN TRIỂN VỌNG Hình Điều tra tình hình sản xuất thị trƣờng sản phẩm từ sen Kim Động-Hƣng Yên, năm 2013 Hình Điều tra tình hình sản xuất thị trƣờng sản phẩm từ sen Thuận Thành-Bắc Ninh, năm 2013 Điều Hình Điều tra tình hình sản xuất thu thập mẫu giống sen TP Bắc Ninh-Bắc Ninh, năm 2012 Hình Thu thập mẫu giống sen Hồng, TP Bắc Ninh-Bắc Ninh, năm 2012 Hình Vƣờn tiêu lƣu giữ 42 nguồn gen hoa sen Trung tâm Tài nguyên thực vật, năm 2012 Hình Thí nghiệm tập đoàn đánh giá 42 nguồn gen hoa sen Trung tâm Tài nguyên thực vật, năm 2012 Hình Thí nghiệm đánh giá giống sen lấy hoa Trung tâm Tài nguyên thực vật, năm 2013-2014 Hình Thí nghiệm đánh giá 18 giống sen lấy hạt, Trung tâm Tài nguyên thực vật, năm 2014 HÌNH ẢNH VỀ CÁC GIỐNG SEN TRIỂN VỌNG Hình Sen Tây Hồ trồng Trung tâm TNTV, năm 2014 Hình 10 Hoa sen Tây Hồ-bông ”miệng sáo” Hình 11 Hoa sen Tây Hồ-nở ngày thứ Hình 12 Gạo sen Tây Hồ Hình 13 Mô hình canh tác sen Mặt Bằng Ba Vì, Hà Nội-2014 Hình 14 Hạt sen Mặt Bằng tách vỏ Hình 15 Giống sen Bát xanh Trung tâm Tài nguyên thực vật, năm 2014 Hình 16 Sen Bát xanh-gƣơng sen chè Hình 17 Hoa sen Bát xanh Hình 18 Hạt sen Bát xanh tách vỏ hạt Hình 19 Sen Cánh Hồng trồng Trung tâm Tài nguyên thực vật, năm 2014 Hình 20 Hạt sen Cánh Hồng (S18), năm2014 Hình 21 Hình ảnh củ sen giống sen lấy củ trồng Đồng Tháp, năm 2013 A B Hình 22 Hình ảnh củ giống sen lấy củ tập đoàn sen, 2014 A Sen Hồng (S19), B Sen Hồng (S35)