Chọn tạo các dòng đậu xanh (vigna radiata l ) bằng đột biến EMS trên hai giống đx208 và taichung

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ THANH THỦY CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna radiata L.) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH 9620110 2019 TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ THANH THỦY CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna radiata L.) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH 9620110 CÁN BỘ HƢỚNG DẪN PGS TS TRƢƠNG TRỌNG NGÔN 2019 LỜI CẢM TẠ Trong trình thực luận án “Chọn tạo dòng đậu xanh (Vigna radiata L.) đột biến EMS hai giống ĐX208 Taichung” nhận quan tâm giúp đỡ thầy cô bạn bè đồng nghiệp Trước hết xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc kính trọng đến PGs.TS Trương Trọng Ngơn, thầy tận tình bảo hướng dẫn chuyên môn suốt trình thực hồn chỉnh luận án Tơi xin chân thành cảm ơn TS Nguyễn Phước Đằng, thầy tạo điều kiện tốt giúp tơi hồn thành luận án Nhân dịp này, xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp Sinh học Ứng dụng, Khoa Sau Đại học, Quý thầy cô Bộ môn Di truyền Chọn giống Cây trồng, Bộ môn Khoa học Cây trồng, Viện Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Sinh học giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành tốt cơng trình nghiên cứu Ngồi ra, tơi khơng quên gửi lời cảm ơn chân thành đến TS Huỳnh Kỳ - Trưởng Phòng Thí nghiệm Di truyền Chọn giống, ThS Nguyễn Châu Thanh Tùng - Trưởng Phòng thí nghiệm Chọn giống Ứng dụng Công nghệ Sinh học cung cấp nhiều kiến thức bổ ích, để tơi thực trình SSR-PCR, việc thiết kế mồi giải trình tự gen Em Lâm Thị Trúc Linh, Trần Thanh Cao, Nguyễn Thị Diễm, Đặng Thị Xn, Nguyễn Hồng Tính, Văn Quốc Giang em sinh viên thực tập tốt nghiệp ngành Nông học chun ngành Cơng nghệ giống trồng từ khóa 35 đến khóa 40 đồng hành tơi suốt thời gian thực thí nghiệm Sau lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình ln động viên khích lệ, tạo điều kiện thời gian cơng sức để tơi hồn thành tốt luận án tốt nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 24 tháng 04 năm 2019 Tác giả Trần Thị Thanh Thủy i TÓM TẮT Chọn tạo giống đậu xanh phương pháp đột biến hóa chất Ethyl Methane Sulphonate áp dụng nhiều nơi giới Việc lựa chọn phát triển đột biến thành giống triển vọng đề xuất cho nông dân thực thành công nhiều quốc gia, nhiên Việt Nam thơng tin Nghiên cứu thực nhằm tạo nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn giống đậu xanh chọn từ đến dòng đậu xanh đột biến ngắn ngày, suất cao, trái chín đồng loạt M6 Luận án tiến hành từ năm 2013 đến năm 2017 Trường Đại học Cần Thơ Công ty Sinh Hóa Phù Sa Các thí nghiệm ngồi đồng (M2-M6) bố trí theo thể thức khối hồn tồn ngẫu nhiên, nhân tố, lần lặp lại, khoảng cách gieo 45x20 cm, cây/hốc, sử dụng công thức phân 60N-60P2O5-40K2O Nội dung nghiên cứu bao gồm (i) Gây tạo đột biến ethyl methane sulphonate (EMS) lên giống ĐX208 Taichung; (ii) Xác định hiệu quả, hiệu suất đột biến M1; (iii) Đánh giá biến dị hình thái, nơng học chọn dòng đột biến tốt M2, M3; (iv) Khảo nghiệm sơ khởi suất 32 dòng đậu xanh đột biến M4, M5; (v) Khảo nghiệm suất, thành phần suất kiểu chín đồng loạt 33 dòng đậu xanh đột biến M6; (vi) Phân tích gen liên quan đến tính trạng khối lượng 1.000 hạt ngày trổ hoa dòng đột biến M6 dấu SSR dấu SNPs Kết (1) tạo nguồn vật liệu đột biến có tiềm năng suất cao; (2) Chọn 11 dòng đậu xanh đột biến M6 (ĐX8-1-28-8B, ĐX6-5-1-10, ĐX4A-3-3-1, ĐX2-1-26-5, TC8-4-3-5B, TC8-1-20-3, TC6-6-15-8, TC6-6-24-4, TC6-3-13-8, TC4-6-10-1, TC4-1-12-10) Các dòng có thời gian sinh trưởng ngắn (56-62 ngày), trái chín đồng loạt, suất cao (2,99 – 3,39 tấn/ha); (3) Ba mươi ba dòng đột biến M6 mang kiểu gen đồng hợp kiểu gen dòng đột biến thay đổi so với giống gốc (ĐX208, Taichung tương ứng) tính trạng khối lượng 1.000 hạt ngày trổ hoa; (4) Trình tự gen dòng đậu xanh đột biến giống gốc khác nhau, dòng ĐX8-1-28-8B, ĐX6-6-2814, TC8-4-3-5B TC2-1-33-11 khác biệt mặt di truyền so với giống ĐX208 Taichung tương ứng; (5) Số trái cây, suất hạt/cây (g) chiều cao (cm) M3 kiểm sốt gen cộng tính, áp dụng phương pháp chọn lọc cải thiện tính trạng này; (6) Xử lý EMS nồng độ 0,2% EMS cho hiệu gây đột biến cao giống ĐX208 Taichung Tuy nhiên, hiệu suất gây đột biến cao giống ĐX208 0,4% EMS nồng độ 0,8% EMS giống Taichung Từ khóa: hình thái học, đậu xanh, đột biến, quần thể, chín đồng loạt ii ABSTRACT Breeding mungbean variety by Ethyl Methane Sulphonate (EMS) induced mutation has been doing research over the world Selection and development mutants for new variety were proposed and sucessful in many countries; however, there is few this information in Viet Nam This study was conducted with the aim to make the material source for the mungbean improvement and to breed from to mutant mungbean lines with short maturity duration, high yielding and synchronous pod maturity The dissertation was carried out from 2013 to 2017 at Can Tho University and Phu Sa Biotech Company The experiments in the field from M2-M6 were arranged in a randomized complete block design (RCBD), one factor, replications, spacing of 45x20 cm, plants per hill The applied fertilizer was 60N-60P2O5-40K2O The researches contents include (i) inducing mutations by EMS on two DX208 and Taichung varieties; (ii) Determining of mutagenic effectiveness and efficiency in M1 populations; (iii) Evaluating morphological and agronomic traits variations, selecting good mutant lines in M2 and M3; (iv) Preliminary seed yield trial of 32 selected mungbean lines in M4, M5 generations; (v) Assay of seed yield, yield components and synchronous pod maturity in 33 mungbean mutant lines at M6 generation; (vi) Genotyping analysis related to 1,000-seed weight and flowering dates of the elite mutant lines in M6 generation by Simple Sequence Repeat (SSR) and Single Nucleotide Polymorphism (SNPs) markers The results revealed that (i) a mutant source of precious materials with high yield potential was created; (2) there were 11 selected mutant mungbean lines in M6 (DX8-1-28-8B, DX6-5-1-10, DX4A-3-3-1, DX2-4-2-5, TC8-4-3-3, TC6-1-20-3, TC6-6-15-8, TC6-6-24-4, TC6-3-13-8, TC4 -6-10-1, TC4-1-12-10) with a short days to maturity (56-62 days), synchronous pod maturity, high yield (2.99 - 3.39 ton ha-1); (3) Thirty-three mutant mungbean lines in M6 are homozygous lines and the genotypes of these mutant lines have changed from the original varieties (DX208, Taichung); (4) It was determined that the gene sequencing of the mutant mungbean lines differing from those of the original varieties, respectively; of which the DX8-1-28-8B, DX6-6-28-14, TC8-4-3-5B and TC2-1-33-11 lines have the most genetic differences; (5) The number of pods per plant, the seed yield per plant (g) and the plant height (cm) in M3 are controlled by the additive genes, therefore, these selective methods can be applie; (6) A concentration of 0.2% EMS resulted in high mutagenic effectiveness in the DX208 and Taichung varieties However, the high mutagenic efficiency of the DX208 variety was 0.4% EMS and 0.8% EMS Taichung variety Keywords: morphology, mungbean, mutan, population, synchrony iii CAM KẾT KẾT QUẢ Tơi xin cam kết luận văn hồn thành dựa kết nghiên cứu với hướng dẫn PGS.TS Trương Trọng Ngôn Các kết nghiên cứu chưa dùng cho luận văn cấp khác Ngày 24 tháng 04 năm 2019 Ngƣời hƣớng dẫn Nghiên cứu sinh Trần Thị Thanh Thủy iv MỤC LỤC Lời cảm tạ i Tóm tắt ii Abstract iii Mục lục v Danh sách bảng x Danh sách hình xiii Danh mục từ viết tắt xv Chƣơng 1: Giới thiệu 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu phạm vi nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu 1.2.2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cứu 1.4 Thời gian thực 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 1.5.1 Ý nghĩa khoa học 1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn 1.6 Những điểm luận án Chƣơng 2: Tổng quan tài liệu 2.1 Nguồn gốc, phân loại gen đậu xanh 2.1.1 Nguồn gốc 2.1.2 Phân loại thực vật 2.1.3 Bộ gen đậu xanh 2.2 Đặc điểm nông học đậu xanh 2.2.1 Hệ rễ 2.2.2 Thân cành 2.2.3 Lá v 2.2.4 Hoa 2.2.5 Trái 2.2.6 Hạt 2.3 Sâu bệnh gây hại đậu xanh 2.4 Thời gian sinh trưởng mùa vụ canh tác 10 2.4.1 Thời gian sinh trưởng 10 2.4.2 Mùa vụ canh tác 11 2.5 Tình hình sản xuất nghiên cứu chọn tạo giống đậu xanh 11 2.5.1 Vai trò giống việc cải thiện giống 11 2.5.2 Trên giới 11 2.5.3 Ở Việt Nam 13 2.6 Ý nghĩa đột biến cảm ứng chọn tạo giống trồng 15 2.7 Cơ sở khoa học vai trò chọn giống đột biến cảm ứng 16 2.7.1 Cơ sở khoa học chọn giống đột biến cảm ứng 16 2.7.2 Vai trò đột biến cảm ứng 16 2.7.3 Mục tiêu phương pháp chọn giống đột biến cảm ứng 17 2.8 Cơ sở di truyền đột biến 18 2.9 Các tác nhân gây đột biến 19 2.9.1 Cơ chế gây đột biến tác nhân phóng xạ 20 2.9.2 Cơ chế gây đột biến tác nhân hóa học 21 2.9.3 Cơ chế tác động Ethyl Methane Sulphonate 22 2.10 Sự biểu kiểu đột biến 24 2.10.1 Các loại đột biến 24 2.10.2 Những biểu đột biến 24 2.11 Quá trình phát sinh đột biến cách nghiên cứu chúng 24 2.11.1 Chuẩn bị vật liệu sinh sản hạt 24 2.11.2 Chọn tác nhân gây đột biến liều lượng xử lý 25 2.11.3 Theo dõi chọn lọc đột biến 26 2.12 Các biểu hình thái đột biến 32 vi 2.12.1 Đột biến liên quan đến diệp lục 32 2.12.2 Đột biến hình dạng kích thước 35 2.12.3 Đột biến hoa 35 2.12.4 Đột biến dạng trái 36 2.12.5 Đột biến đặc tính trổ hoa sớm trổ hoa muộn 37 2.12.6 Đột biến đặc tính chín sớm chín muộn 37 2.13 Tình hình phát triển giống trồng đột biến 38 2.14 Hệ số di truyền hệ số phương sai 40 2.15 So sánh kiểu gen dòng đột biến giống gốc 42 2.16 Các nghiên cứu tạo giống trồng xử lý EMS 42 2.16.1 Trên giới 42 2.16.2 Ở Việt Nam 44 2.17 Giải trình tự DNA kỹ thuật SSR 45 2.17.1 Giải trình tự DNA 45 2.17.2 Kỹ thuật SSR 45 Chƣơng 3: Vật liệu, nội dung phƣơng pháp nghiên cứu 47 3.1 Thời gian địa điểm 47 3.2 Vật liệu nghiên cứu 47 3.2.1 Vật liệu 47 3.2.2 Thiết bị vật tư hóa chất 48 3.3 Nội dung phương pháp nghiên cứu 51 3.3.1 Gây tạo đột biến hóa chất EMS 51 3.3.2 Nghiên cứu quần thể đậu xanh đột biến hệ M1 51 3.3.3 Khảo sát quần thể đậu xanh đột biến hệ M2 M3 52 3.3.4 Khảo nghiệm dòng đậu xanh đột biến từ M4 đến M5 53 3.3.5 Khảo nghiệm dòng đậu xanh đột biến hệ M6 53 3.3.6 Kỹ thuật canh tác 54 3.3.7 Phương pháp thu thập tiêu đồng 54 3.3.8 Phương pháp ước lược thông số biến dị di truyền 58 vii 3.3.9 Đánh giá mức độ nhiễm sâu bệnh đổ ngã 60 3.3.10 Phương pháp dấu phân tử hệ M6 61 3.3.11 Phương pháp đánh giá độ 65 3.3.12 Phân tích khoảng cách di truyền 66 3.3.13 Phương pháp tính số Pi số Theta 66 3.4 Phương pháp xử lý số liệu 67 Chƣơng 4: Kết thảo luận 68 4.1 Ghi nhận tổng quát 68 4.2 Sức sống quần thể đậu xanh M1, vụ Thu Đông 2013 69 4.2.1 Tỉ lệ sống quần thể đậu xanh thời điểm 15 NSKG 70 4.2.2 Tỉ lệ sống lúc trổ 70 4.2.3 Tỉ lệ gây chết so với đối chứng 71 4.3 Hiệu hiệu suất đột biến 72 4.3.1 Tần số đột biến 72 4.3.2 Hiệu đột biến (Mutagenic Effectiveness) 72 4.3.3 Hiệu suất đột biến (Mutagenic Efficiency) 73 4.4 Kết nghiên cứu quần thể đậu xanh từ M1 đến M3 73 4.4.1 Đặc tính sinh trưởng quần thể đậu xanh từ M1 đến M3 73 4.4.2 Biến dị hình thái quần thể đậu xanh đột biến từ M1-M3 75 4.4.3 Đặc tính nơng học quần thể đậu xanh M1, M2 M3 81 4.5 Nhận xét kết nghiên cứu quần thể đậu xanh M1, M2 M3 89 4.6 Ước lược thông số di truyền quần thể đậu xanh M3 89 4.7 Kết khảo sát đặc tính sinh trưởng, hình thái nơng học dòng đột biến M4, M5 M6 93 4.7.1 Đặc tính sinh trưởng giống/dòng đậu xanh M4 – M6 94 4.7.2 Đặc tính hình thái giống/dòng đậu xanh M4 – M6 99 4.7.3 Đặc tính nơng học giống/dòng đậu xanh từ M4 đến M6 101 4.7.4 Thành phần suất suất giống/dòng đậu xanh từ hệ M4 đến M6 112 viii ... phổ biến rộng rãi châu Á đậu xanh (Vigna radiata) , đậu mười (Vigna mungo), đậu bướm (Vigna aconitifolia), đậu đỏ (Vigna angularis), đậu nho nhe (Vigna umbellate) Dạng hoang dại thuộc chi Vigna radiata. .. HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP TRẦN THỊ THANH THỦY CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna radiata L. ) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG... hiệu giống đột biến Xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất đậu xanh nhằm cung cấp thêm sở khoa học, vật liệu cho công tác chọn tạo giống giống đậu xanh luận án Chọn tạo dòng đậu xanh (Vigna radiata