Đánh giá sự đa dạng di truyền của một số giống đậu tương (Glycine max Merril) địa phương

Phân tích sự đa dạng của một số đặc điểm hình thái, khối lượng của hạt như: màu vỏ hạt, rốn hạt, hình dạng hạt, khối lượng 1000 hạt của các giống đậu tương nghiên cứu.. Nguồn gốc và phân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Pi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC



ĐINH NGỌC HƯƠNG

ĐÁNH GIÁ SỰ ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU

TƯƠNG (GLYCINE MAX MERRILL) ĐỊA PHƯƠNG

Chuyên ngành: Công nghệ sinh học

Mã số: 60.42.80

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Người hướng dẫn khoa học:

PGS.TS Chu Hoàng Mậu

THÁI NGUYÊN - 2011

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) còn gọi là đậu nành là một cây

trồng cạn ngắn ngày có giá trị kinh tế cao Sản phẩm của nó làm thực phẩm cho con người, thức ăn cho gia súc nguyên liệu cho công nghiệp, hàng xuất

khẩu và là cây cải tạo đất tốt [5] Vì thế cây đậu tương được gọi là "Ông

Hoàng trong các loại cây họ đậu" Hiện nay, cả nước đã hình thành 6 vùng

sản xuất đậu tương: vùng Đông Nam bộ có diện tích lớn nhất (26,2% diện tích đậu tương cả nước), miền núi Bắc bộ: 24,7%, đồng bằng sông Hồng: 17,5%, đồng bằng sông Cửu Long: 12,4%[2] Tổng diện tích 4 vùng này chiếm 80% diện tích trồng đậu tương cả nước, còn lại là đồng bằng ven biển miền Trung

và Tây Nguyên [5]

Các giống đậu tương ở nước ta hiện nay rất phong phú bao gồm các giống đậu tương nhập nội, giống lai tạo, giống đậu tương đột biến và tập đoàn các giống đậu tương địa phương Các giống đậu tương địa phương Việt Nam cũng rất đa dạng, phong phú cả về kiểu hình và kiểu gen Đây là nguồn vật liệu quý cho công tác chọn tạo giống đậu tương phù hợp với điều kiện sản xuất của từng vùng, miền khác nhau [10]

Đánh giá sự đa dạng di truyền của các giống đậu tương địa phương tạo

cơ sở cho công tác chọn tạo giống đã và đang được nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Hiện nay, các nhà khoa học đã sử dụng nhiều phương pháp mới trong nghiên cứu sự đa dạng di truyền của các giống cây trồng nói chung

và của cây đậu tương nói riêng như RAPD, RFLP, AFLP, SSR, STS, Các phương pháp này không những phát huy hiệu quả mà còn khắc phục nhược điểm của các phương pháp chọn giống truyền thống bởi hiệu quả sàng lọc cao, tiết kiệm thời gian và tin cậy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

Trên thế giới, kỹ thuật RAPD đã được nhiều tác giả sử dụng để nghiên cứu quan hệ di truyền của một số giống đậu tương như: [26], [32], [34], [43], [49], [50] Ở Việt Nam, Vũ Anh Đào (2009), đánh giá sự đa dạng di truyền ở mức phân tử của 16 giống đậu tương với 10 mồi ngẫu nhiên bằng kỹ thuật RAPD tổng số phân đoạn DNA thu được là 766 Trong phạm vi vùng phân tích có 56 phân đoạn DNA được nhân bản, trong đó có 21 băng vạch cho tính đa hình (tương ứng 37,5%) [4], Chu Hoàng Mậu và đtg (2002) đã

sử dụng kỹ thuật RAPD để phân tích sự sai khác về hệ gen giữa các dòng đậu tương đột biến với nhau và với giống gốc, tạo cơ sở cho chọn dòng đột biến có triển vọng [12] Nhằm tạo cơ sở cho việc lựa chọn giống đậu tương có chất lượng tốt phục vụ công tác lai tạo giống, chúng tôi lựa chọn

và tiến hành nghiên cứu đề tài luận văn thạc sĩ là: “Đánh giá sự đa dạng di

truyền của một số giống đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) địa

phương”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Xác định được sự khác biệt trong hệ gen và mối quan hệ di truyền của 30 giống đậu tương địa phương bằng kỹ thuật RAPD

3 Nội dung nghiên cứu

3.1 Phân tích sự đa dạng của một số đặc điểm hình thái, khối lượng của hạt như: màu vỏ hạt, rốn hạt, hình dạng hạt, khối lượng 1000 hạt của các giống đậu tương nghiên cứu

3.2 Sử dụng kỹ thuật RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) để khuếch đại các phân đoạn DNA với sự sàng lọc với 16 mồi ngẫu nhiên có kích thước 10 nucleotide

3.3 Xác định hệ số đa dạng trong hệ gen của các giống đậu tương nghiên cứu 3.4 Thiết lập sơ đồ hình cây mô tả mối quan hệ và khoảng cách di truyền của các giống đậu tương nghiên cứu

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 CÂY ĐẬU TƯƠNG

1.1.1 Nguồn gốc và phân loại

Theo từ điển thực phẩm, cây đậu tương được biết có nguồn gốc xa xưa

từ Trung Quốc và được coi là cây thực phẩm cho đời sống con người từ hơn

4000 năm trước, sau đó được truyền bá sang Nhật Bản vào khoảng thế kỷ thứ VIII, vào nhiều thế kỷ sau có mặt ở các nước Á Châu như Thái lan, Malaisia, Korea và Việt Nam Cây đậu tương có mặt ở Âu Châu vào đầu thế kỷ XVII

và ở Hoa Kỳ vào thế kỷ XVIII Ngày nay Hoa Kỳ là quốc gia đứng đầu sản xuất đậu tương chiếm 50% sản lượng trên toàn thế giới, rồi đến Braxin,

Achentina, Trung Quốc [19]

Đậu tương thuộc chi Glycine, họ đậu Leguminosae, họ phụ cánh bướm Papilionoideae và bộ Phaseoleae Đậu tương có tên khoa học là

Glycine Max (L) Merrill, có bộ NST 2n = 40 [5], [2]

Do xuất phát từ những yêu cầu, căn cứ và tiêu chí phân loại khác nhau nên cũng có nhiều cách phân loại khác nhau Nhưng đến nay, hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, phân bố địa lý và số lượng nhiễm sắc thể được nhiều người sử dụng [5]

Hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý

và số lượng (NST) nhiễm sắc thể do Hymowit và Newell (1984) xây dựng

Theo hệ thống này ngoài chi Glycine còn có thêm chi phụ Soja Chi Glycine được chia ra thành 7 loài hoang dại lâu năm, và chi phụ Soja được chia ra làm

2 loài: loài đậu tương trồng Glycine (L.) Merr và loài hoang dại hàng năm G

Soja Sieb và Zucc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

4

1.1.2 Đặc điểm nông sinh học của cây đậu tương

Cây đậu tương là cây trồng cạn thu hạt, gồm các bộ phận chính: rễ, thân, lá, hoa, quả và hạt

Rễ đậu tương

Rễ cây đậu tương có rễ chính và rễ phụ Rễ chính có thể ăn sâu 30-50cm

và có thể trên 1m Trên rễ chính mọc ra nhiều rễ phụ, rễ phụ cấp 2, cấp 3 tập trung nhiều ở tầng đất 7-8 cm rộng 30-40 cm2 Trên rễ chính và rễ phụ có nhiều nốt sần Bộ rễ phân bố nông sâu, rộng hẹp, số lượng nốt sần ít hay nhiều phụ thuộc vào giống, đất đai, khí hậu và kỹ thuật trồng

Quá trình phát triển của bộ rễ có thể phân ra làm 2 thời kỳ: (i) Ở thời kỳ thứ

nhất, lớp rễ đầu tiên được phát triển, rễ cái và rễ phụ đầu tiên phát triển mạnh

kéo dài ra và sinh nhiều rễ con Thời kỳ này thường kéo dài từ 30-40 ngày sau

mọc (ii) Ở thời kỳ thứ hai, lớp rễ đầu tiên phát triển chậm dần, rễ con không nhú

ra nữa thậm chí có một số rễ con khô đi Lúc này gốc thân gần cổ rễ các rễ phụ

nhỏ kéo dài ra và phát triển cho tới khi gần thu hoạch Số lượng có thể 30-40 rễ phụ ăn ở phía gần mặt đất Lớp rễ này có nhiệm vụ cung cấp đấy đủ chất dinh dưỡng cho sự phát triển của thân, lá và làm quả Trong kỹ thuật trồng nên chú ý thời kỳ này, cần vun đất sao cho lớp rễ này phát triển mạnh Một đặc điểm hết sức quan trọng cần lưu ý là trên bộ rễ của cây đậu tương có rất nhiều nốt sần Đó

là các u bướu nhỏ bám vào các rễ Nốt sần là kết quả cộng sinh của một số loại

vi sinh vật có tên khoa học là Rhizobium Japonicum với rễ cây đậu tương Vi

sinh vật thường có dạng hình cầu hoặc hình que [5] Trong một nốt sần có

khoảng 3-4 tỷ vi sinh vật, mà ta chỉ có thể nhìn thấy chúng qua kính hiển vi phóng đại 600 - 1000 lần [5], [19]

Nốt sần ở rễ đậu tương thường tập trung ở tầng đất 0-20cm, từ 20-30cm nốt sần ít dần và nếu sâu hơn nữa thì có ít hoặc không có Nốt sần đóng vai

trò chính trong quá trình cố định đạm khí trời cung cấp cho cây Lượng đạm cung cấp cho cây khá lớn khoảng 30-60 kg/ha Nốt sần có thể dài l cm, đường kính 5 - 6 mm, mới hình thành có màu trắng sữa, khi tốt nhất có màu hồng

(màu globulin có cấu tạo gần giống hemoglobin trong máu có Fe) [5]

Thân đậu tương

Thân cây đậu tương thuộc thân thảo, có hình tròn, trên thân có nhiều lông nhỏ Thân khi còn non có màu xanh hoặc màu tím khi về già chuyển sang màu nâu nhạt, màu sắc của thân khi còn non có liên quan chặt chẽ với màu sắc của hoa sau này Nếu thân lúc còn non màu xanh thì hoa màu trắng

và nếu khi còn non thân có màu tím thì hoa có màu tím đỏ Thân có trung bình 14-15 lóng, các lóng ở phía dưới thường ngắn, các lóng ở phía trên thường dài (vì những lóng phía trên phát triển từ ngày 35-40 trở đi vào lúc cây đang sinh trưởng nhanh nên lóng thường dài) Tuỳ theo giống và thời vụ gieo mà chiều dài lóng có sự khác nhau thường biến động từ 3 - 10 cm Cây đậu tương trong vụ hè thường có lóng dài hơn vụ xuân và vụ đông Chiều dài của lóng góp phần quyết định chiều cao của thân Thân cây đậu tương thường cao từ 0,3 m - 1,0 m Giống đậu tương dại cao 2-3 m Những giống thân nhỏ lóng dài dễ bị đổ hay mọc bò thường làm thức ăn cho gia súc Những giống thân to thường là thân đứng và có nhiều hạt và chống được gió bão Toàn thân

có một lớp lông tơ ngắn, mọc dày bao phủ từ gốc lên đến ngọn, đến cả cuống

lá Thực tế cũng có giống không có lông tơ Những giống có mật độ lông tơ dày, màu sẫm có sức kháng bệnh, chịu hạn và chịu rét khoẻ Ngược lại những giống không có lông tơ thường sinh trưởng không bình thường, sức chống chịu kém Thân có lông tơ nhiều ít dài ngắn, dày thưa là một đặc điểm phân biệt giữa các giống với nhau[19]

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

6

Căn cứ vào tập tính sinh trưởng và đặc điểm của thân người ta chia ra làm 4 loại: (i) Loại mọc thẳng: thân cứng, đường kính thân lớn, thân không cao lắm, đốt ngắn, quả nhiều tập trung thường là giống ra hoa hữu hạn; (2) Loại bò: thân chính phân cành rất nhỏ, mềm, phủ trên mặt đất thành đám dây, thân rất dài, đốt dài, quả nhỏ phân tán; (3) Loại nửa bò: là loại trung gian giữa

2 loại mọc thẳng và mọc bò trên; (4) Loại mọc leo: thân nhỏ rất dài, mọc bò dưới đất hoặc leo lên giá thể khác

Thân đậu tương có khả năng phân cành ngay từ nách lá đơn hoặc kép Những cành trên thân chính phân ra gọi là cành cấp 1, trên cành cấp 1 có thể phân ra cành cấp 2 Số lượng cành trên một cây nhiều hay ít thay đổi theo giống, thời vụ, mật độ gieo trồng và đ iều kiện canh tác Trung bình trên 1 cây thường có 2-5 cành, có một số giống trong điều kiện sinh trưởng tốt có thể có trên 10 cành Thường sau mọc khoảng 20-25 ngày thì cây đậu tương bắt đầu phân cành Vị trí phân cành phù hợp là cao trên 15cm, nếu thấp quá không có lợi cho việc cơ giới hoá Giống đậu tương có góc độ phân cành càng hẹp thì càng tốt cho việc tăng mật độ[5]

Lá đậu tương

Lá đậu tương có 3 loại: Lá mầm, lá nguyên, lá kép

Lá mầm (lá tử diệp) mới mọc có màu vàng hay xanh lục, khi tiếp xúc với

ánh sáng thì chuyển sang màu xanh Hạt giống to thì lá mầm chứa nhiều dinh dưỡng nuôi cây mầm, khi hết chất dinh dưỡng lá mầm khô héo đi, cho nên trong kỹ thuật trồng đậu tương nên làm đất tơi nhỏ và chọn hạt to cây sẽ mọc khoẻ, sinh trưởng tốt

Lá nguyên (lá đơn) xuất hiện sau khi cây mọc từ 2-3 ngày và mọc phía trên

lá mầm Lá đơn mọc đối xứng nhau Lá đơn to màu xanh bóng là biểu hiện cây sinh trưởng tốt Lá đơn to xanh đậm biểu hiện của một giống có khả năng chịu rét

Lá đơn nhọn gợn sóng là biểu hiện cây sinh trưởng không bình thường

Lá kép gồm có 3 lá chét, có khi 4-5 lá chét Lá kép mọc so le, lá kép

thường có màu xanh tươi khi già biến thành màu vàng nâu Cũng có giống khi quả chín lá vẫn giữ được màu xanh, những giống này thích hợp trồng làm thức ăn gia súc Phần lớn trên lá có nhiều lông tơ Lá có nhiều hình dạng khác nhau tuỳ theo giống, những giống lá nhỏ và dài chịu hạn khoẻ nhưng thường cho năng suất thấp Những giống lá to chống chịu hạn kém nhưng thường cho năng suất cao hơn Nếu 2 lá kép đầu to và dày thường biểu hiện giống có khả năng chống chịu rét Số lượng lá kép nhiều hay ít, diện tích lá to hay nhỏ chi phối rất lớn đến năng suất và phụ thuộc vào thời vụ gieo trồng Các lá nằm cạnh chùm hoa nào giữ vai trò chủ chủ yếu cung cấp dinh dưỡng cho chùm hoa ấy Nếu vì điều kiện nào đó làm cho lá bị úa vàng thì quả ở vị trí đó thường bị rụng hoặc lép Các nhà chọn giống đậu tương đưa ra cơ sở để nâng cao năng suất đậu tương tăng cường quá trình quang hợp và muốn quang hợp với hiệu quả cao thì phải chọn những cây có bộ lá nhỏ, dày, thế lá đứng và lá

có dạng hình trứng Số lá nhiều to khoẻ nhất vào thời kỳ đang ra hoa rộ Khi phiến lá phát triển to, rộng, mỏng, phẳng, có màu xanh tươi là biểu hiện cây sinh trưởng khoẻ có khả năng cho năng suất cao [5]

Hoa đậu tương

Hoa đậu tương nhỏ, không hương vị, thuộc loại cánh bướm Màu sắc của hoa thay đổi tuỳ theo giống và thường có màu tím, tím nhạt hoặc trắng Đa phần các giống có hoa màu tím và tím nhạt Các giống đậu tương có hoa màu trắng thường có tỷ lệ dầu cao hơn các giống màu tím Hoa phát sinh ở nách lá, đầu cành và đầu thân Hoa mọc thành từng chùm, mỗi chùm có từ 1-10 hoa và thường có 3-5 hoa Hoa đậu tương ra nhiều nhưng tỷ lệ rụng rất cao khoảng 30% có khi lên tới 80%

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

8

Hoa đậu tương thuộc loại hoa đồng chu lưỡng tính trong hoa có nhị và nhụy, mỗi hoa gồm 5 lá đài, 5 cánh hoa có 10 nhị và 1 nhụy

- Đài hoa có màu xanh, nhiều bông

- Cánh hoa: Một cánh to gọi là cánh cờ, 2 cánh bướm và 2 cánh thìa

- Nhị đực: 9 nhị đực cuốn thành ống ôm lấy vòi nhuỵ cái và 1 nhị riêng lẻ

- Nhụy cái: Bầu thượng, tử phòng một ngăn có 1-4 tâm bì (noãn) nên thường

quả đậu tương có 2-3 hạt [5]

Các cánh hoa vươn ra khỏi lá đài từ ngày hôm trước và việc thụ phấn xẩy ra vào sáng ngày hôm sau lúc 8-9 giờ sáng trước khi nụ hoặc hoa chưa nở hoàn toàn Mùa hè hoa thường nở sớm hơn mùa đông và thời gian nở hoa rất ngắn sáng nở chiều tàn Hoa đậu tương thường thụ phấn trước khi hoa nở và

là cây tự thụ phấn, tỷ lệ giao phấn rất thấp chiếm trung bình 0,5 - 1% [2] Thời gian bắt đầu ra hoa sớm hay muộn, dài hay ngắn tuỳ thuộc vào giống

và thời tiết khác nhau Giống chín sớm sau mọc trên dưới 30 ngày đã ra hoa và giống chín muộn 45-50 ngày mới ra hoa Thời gian ra hoa dài hay ngắn theo giống

và theo thời vụ Có những giống thời gian ra hoa chỉ kéo dài 10-15 ngày Kết quả nghiên cứu cho thấy thời kỳ hoa rộ thường từ ngày thứ 5 đến ngày thứ 10 sau khi hoa bắt đầu nở Hoa trong đợt rộ mới tạo quả nhiều, còn trước và sau đợt hoa rộ thì tỷ lệ đậu quả thấp Điều kiện thích hợp cho sự nở hoa là ở nhiệt độ 25-280

C,

ẩm độ không khí 75-80%, ẩm độ đất 70-80% Căn cứ vào phương thức ra hoa người ta chia các giống đậu tương làm 2 nhóm:

Nhóm ra hoa hữu hạn: Thuộc những giống sinh trưởng hữu hạn,

hướng ra hoa theo trình tự từ trên xuống dưới và từ ngoài vào trong Những

giống này thường cây thấp ra hoa tập trung, quả và hạt đồng đều

Nhóm ra hoa vô hạn: Thuộc những giống sinh trưởng vô hạn, có

hướng ra hoa theo trình tự từ dưới lên trên và từ trong ra ngoài Những giống này thường ra hoa rất phân tán, quả chín không tập trung và phẩm chất hạt không đồng đều [5] Trong thực tế, những giống hoa tập trung nếu gặp điều kiện bất thuận, hoa sẽ rụng nhiều nên thất thu nặng Còn những giống thời gian ra hoa dài tuy quả chín không tập trung nhưng nếu bị rụng vào một đợt thì hoa sẽ ra tiếp đợt sau nên không thất thu nặng Một hoa có từ 1800-6800 hạt phấn tuỳ theo giống khác nhau, giống hạt to thì có bao phấn to và nhiều hạt phấn Hạt phấn thường hình tròn, số lượng và kích thước hạt phấn tuỳ giống khác nhau, giống hạt to thường có hạt phấn to và nhiều hơn so với giống có hạt nhỏ Hạt phấn nảy mầm tốt trong điều kiện nhiệt độ 18-230

C

Quả và hạt

Số quả biến động từ 2 đến 20 quả ở mỗi chùm hoa và có thể đạt tới 400 quả trên một cây một quả chứa từ 1 tới 5 hạt, nhưng hầu hết các giống quả thường từ 2 đến 3 hạt Quả đậu tương thẳng hoặc hơi cong, có chiều dài từ 2 tới 7 cm hoặc hơn Quả có màu sắc biến động từ vàng trắng tới vàng sẫm, nâu hoặc đen Màu sắc quả phụ thuộc vào sắc tố caroten, xanthophyll, màu sắc của lông, sự có mặt của các sắc tố antocyanin Lúc quả non có màu xanh nhiều lông (có khả năng quang hợp do có diệp lục) khi chín có màu nâu Hoa đậu tương ra nhiều nhưng tỷ

lệ đậu quả thấp 20-30% Ví dụ trong vụ xuân 1 cây có thể có 120 hoa nhưng chỉ đậu 30-40 quả là cao, trên một chùm 5-8 hoa chỉ đậu 2- 3 quả Những đốt ở phía gốc thường quả ít hoặc không có quả, từ đốt thứ 5-6 trở lên tỷ lệ đậu quả cao và quả chắc nhiều Trên cành thường từ đốt 2-3 trở lên mới có quả chắc, những quả trên đầu cành thường lép nhiều Sau khi hoa nở được 2 ngày thì cánh hoa héo và rụng, ngày thứ 3 đến ngày thứ 5 sau hoa nở đã hình thành quả và 7 -8 ngày sau là thấy nhân quả xuất hiện Trong 18 ngày đầu quả lớn rất nhanh sau đó chậm dần,

vỏ dày lên và chuyển từ màu xanh sang màu vàng Hạt lớn nhanh trong vòng

30-data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read

data error !!! can't not

read