Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử SSR đánh giá nguồn bố mẹ phục vụ chọn tạo giống bông lai f1

luận văn, tiến sĩ, thạc sĩ, báo cáo, khóa luận, đề tài

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… i BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ----------  ---------- THÁI THỊ LỆ HẰNG NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ SSR ðÁNH GIÁ NGUỒN BỐ MẸ PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG BÔNG LAI F 1 LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP CHUYÊN NGÀNH: DI TRUYỀN VÀ CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG Mà SỐ : 60 62 05 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Quang Thạch HÀ NỘI - 2008 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan các số liệu kết quả trong luận văn này là trung thực và chưa thông qua bất cứ một công trình nghiên cứu nào. Tôi xin cam ñoan rằng các tài liệu trích dẫn ñúng nguồn gốc và những tập thể và cá nhân giúp ñở ñã ñược cảm ơn. Học viên Thái Thị Lệ Hằng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện ñề tài tốt nghiệp cao học, học viên luôn nhân ñược sự quan tâm, giúp ñở của Lãnh ñạo Viện Nghiên cứu bông và Phát triển nông nghiệp Nha Hố, Phòng Nghiên cứu Giống và Công nghệ sinh học và các phòng chức năng cùng toàn thể bạn bè, ñồng nghiệp. Với tấm lòng chân thành học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến các tập thể và cá nhân ñó. ðặc biệt học viên xin gửi lời cảm ơn sâu sắc ñến thầy giáo GS.TS. Nguyễn Quang Thạch, Viện Sinh thái nông nghiệp, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội ñã trực tiếp hướng dẫn và giúp ñở học viên tận tình về mọi mặt trong suốt quá trình thực hiện ñề tài. Học viên xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Thị Bích Thuỷ, CN. Phạm Anh Tuấn, CN. Phạm Thị Hoa và các anh chị Phòng Sinh học phân tử, Viện Di truyền nông nghiệp Hà Nội ñã tạo ñiều kiện, giúp ñở học viên trong quá trình thực hiện ñề tài. Luận văn ñược hoàn thành còn có sự chia sẽ, ñộng viên và giúp ñở cả vật chất lẫn tinh thần của gia ñình, bạn bè và ñồng nghiệp. Nhân ñây học viên xin bày tỏ lòng tri ân tới tất cả các ñơn vị và cá nhân ñã giúp ñở toàn diện và quý báu trên. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan .i Lời cảm ơn ii Mục lục .iii Danh mục các bảng .vi Danh mục các hình .vii Phần 1. MỞ ðẦU .1 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài .1 1.2. Mục ñích và yêu cầu 2 1.2.1. Mục ñích .2 1.2.2. Yêu cầu .2 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3 1.3.1. Ý nghĩa khoa học của ñề tài .3 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn 3 1.4. Phạm vi nghiên cứu của ñề tài .3 1.4.1. Giống nghiên cứu .3 1.4.2. ðịa bàn nghiên cứu 3 1.4.3. Thời gian nghiên cứu .3 Phần 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ TỔNG QUAN TÀI LIỆU .4 2.1. Cơ sở khoa học 4 2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuất bông vải 4 2.2.1. Tình hình nghiên cứu và sản xuất bông trên thế giới 4 2.2.2. Tình hình nghiên cứu và sản xuât bông ở Việt Nam .6 2.3. Chọn giống ưu thế lai 9 2.3.1. Lai giống và nguyên tắc chọn cặp bố mẹ 9 2.3.1.1. Nguyên tắc khác nhau về kiểu sinh thái ñịa lý .10 2.3.1.2. Nguyên tắc khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất .11 2.3.1.3. Nguyên tắc khác nhau về thời gian các giai ñoạn sinh trưởng 11 2.3.1.4. Nguyên tắc khác nhau về tính chống chịu sâu bệnh 12 2.3.1.5. Nguyên tắc bổ sung các tính trạng cần thiết 12 2.3.2. Xác ñịnh mức ñộ biểu hiện ưu thế lai .13 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iv 2.4. Một số ñặc ñiểm chính của giống bông lai F 1 14 2.5. ða dạng di truyền và ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng .15 2.5.1. ða dạng di truyền và khái niệm về chỉ thị di truyền .15 2.5.1.1. ða dạng di truyền 15 2.5.1.2. Khái niệm về chỉ thị di truyền 15 2.5.2. Một số chỉ thị ứng dụng trong nghiên cứu ña dạng di truyền thực vật 17 2.5.2.1. Chỉ thị RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphims) – ða hình ñộ dài các ñoạn cắt hạn chế .17 2.5.2.2. Chỉ thị AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphims) – ða hình ñộ dài các ñoạn nhân chọn lọc 17 2.5.2.3. Chỉ thị RAPD (Random Amplified Polymorphims) – ða hình các ñoạn ADN nhân ngẫu nhiên .18 2.5.2.4. SSR (Simple Sequence Repeats) – ða hình các lặp lại ñơn giản 18 2.5.3. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cây trồng 19 2.5.3.1. Một số thành tựu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống cây trồng .21 2.5.3.2. Một số thành tựu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống bông vải 25 Phần 3. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU29 3.1. Vật liệu nghiên cứu 29 3.1.1. Giống bông: gồm 20 bố mẹ có nguồn gốc khác nhau 29 3.1.2. Mồi (primers) và các vật tư khác .29 3.2. Nội dung nghiên cứu .30 3.3. Phương pháp nghiên cứu .30 3.3.1. ðánh giá bố mẹ bằng các chỉ tiêu hình thái 30 3.3.2. ðánh giá nguồn vật liệu bố mẹ bằng chỉ thị SSR .30 3.3.2.1. Chuẩn bị mẫu, tách chiết DNA 30 3.2.2.2. Phương pháp PCR-SSR 30 3.3.3. ðánh giá, so sánh sơ bộ bố mẹ và các tổ hợp lai 31 3.4. Chỉ tiêu theo dõi 31 3.4.1. Theo dõi chỉ tiêu trong phòng 31 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… v 3.4.2. Theo dõi chỉ tiêu ngoài ñồng .31 3.4.2.1. Thời gian sinh trưởng .31 3.4.2.2. ðặc ñiểm thực vật học 31 3.4.2.3. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 32 3.4.2.4. Chất lượng xơ bông 32 3.4.3. Phương pháp xử lý số liệu .32 Phần 4. KẾT QỦA NGHIÊN CỨU .33 4.1. Kết quả ñánh giá một số ñặc ñiểm hình thái của các bố mẹ .33 4.1.1. Thời gian sinh trưởng và các ñặc ñiểm thực vật học chính 33 4.1.2. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 35 4.1.3. Chất lượng xơ bông của các giống bố mẹ .38 4.1.4. Phân nhóm di truyền giữa các giống bố mẹ 41 4.1.5. Phân nhóm di truyền giữa các giống bố mẹ theo tính trạng năng suất 45 4.1.6. Phân nhóm di truyền các giống bố mẹ theo tính trạng chất lượng xơ bông .46 4.2. Kết quả ñánh giá nguồn vật liệu bố mẹ bằng chỉ thị phân tử SSR 48 4.2.1. Tách chiết ADN và chọn lọc mồi ñánh giá ña hình vật liệu khởi ñầu .48 4.2.2. Phân nhóm di truyền vật liệu khởi ñầu 50 4.3. Kết quả so sánh một số tổ hợp lai trên một số tính trạng chính 55 4.3.1. Ưu thế lai tính trạng thời gian sinh trưởng và chiều cao cây 56 4.3.2. Ưu thế lai tính trạng số quả/m 2 và khối lượng quả .58 4.3.4. Ưu thế lai tính trạng ñộ dài và ñộ bền xơ 64 PHẦN 5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ .70 5.1. Kết luận .70 5.1. ðề nghị 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC 82 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng4.1. Thời gian sinh trưởng và các ñặc ñiểm thực vật học chính của các giống thí nghiệm, Ninh Thuận năm 2007 34 Bảng 4.2. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống tham gia thí nghiệm, Ninh Thuận năm 2007 . 36 Bảng 4.3. Một số chỉ tiêu chính về chất lượng xơ bông của các giống thí nghiệm, Ninh Thuận năm 2007 38 Bảng 4.4. Tương quan di truyền của các giống bố mẹ (phân tích bằng chỉ thị hình thái) . 40 Bảng 4.5. Một số ñặc ñiểm thực vật học và sinh trưởng của các nhóm . 43 Bảng 4.6. Năng suất và các yếu tố cầu thành năng suất của các nhóm 44 Bảng 4.7. Chất lượng xơ trung bình của các nhóm 44 Bảng 4.8. Trình tự, tổng số phân ñoạn nhân ñược và số ñoạn ña hình của các căp mồi nghiên cứu . 49 Bảng 4.9. Tương quan di truyền của các giống bố mẹ (phân tích bằng chỉ thị phân tử) . 53 Bảng 4.10. Khoảng cách di truyền, ưu thế lai trên tính trạng TGST và chiều cao cây 57 Bảng 4.11. Khoảng cách di truyền, ưu thế lai trên tính trạng số quả/m 2 và khối lượng quả 60 Bảng 4.12. Khoảng cách di truyền, ưu thế lai trên tính trạng năng suất lý thuyết và năng suất thực thu 62 Bảng 4.13. Khoảng cách di truyền, ưu thế lai trên tính trạng ñộ dài và ñộ bền xơ 65 Bảng 4.14. Thời gian sinh trưởng và các ñặc ñiểm thực vật học chính của các tổ hợp lai triển vọng 68 Bảng 4.15. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai triển vọng . 68 Bảng 4.16. Một số chỉ tiêu chất lượng xơ bông của các tổ hợp lai triển vọng . 69 Bảng 4.17. Một số chỉ tiêu sâu bệnh hại chính của các tổ hợp lai triển vọng . 69 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 4.1. Phân nhóm di truyền các bố mẹ theo chỉ thị hình thái 42 Hình 4.2. Phân nhóm di truyền theo tính trạng năng suất . 45 Hình 4.3. Phân nhóm di truyền theo tính trạng chất lượng xơ 46 Hình 4.4. AND tổng số của các giống thí nghiệm . 48 Hình 4.5. Kết quả ñiện di sản phẩm SSR với cặp mồi BNL1317 trên agarose 3% 48 Hình 4.6. Sơ ñồ phân nhóm di truyền theo chỉ thị phân tử của các giống thí nghiệm 51 Hình 4.7. Tương quan giữa sai khác di truyền với ưu thế lai về thời gian sinh trưởng và chiều cao cây. . 56 Hình 4.8. Tương quan giữa khoảng cách di truyền với ưu thế lai về số quả/m 2 và khối lượng quả . 59 Hình 4.9. Tương quan giữa khoảng cách di truyền với ưu thế lai về năng suất lý thuyết và năng suất thực thu 63 Hình 4.10. Tương quan giữa khoảng cách di truyền với ưu thế lai về chiều dài xơ và ñộ bền xơ 64 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… 1 Phần 1. MỞ ðẦU 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài Chọn giống là một khâu kỹ thuật quan trọng trong nghiên cứu cây bông. Lịch sử chọn tạo giống bông cho ñến nay chủ yếu sử dụng phương pháp chọn lọc và lai tạo truyền thống. Bằng phương pháp này các nhà chọn giống ñã tạo ra ñược hàng loạt giống bông có năng suất cao, chất lượng tốt ñặc biệt là kháng sâu, kháng bệnh cơ bản ñáp ứng ñược nhu cầu sản xuất như GL03, VN15, VN01-2, VN01-4, VN02-2, VN04-3, VN04-4, VN04-5, VN05-4 . Trong những năm gần ñây, sử dụng giống bông lai ñã mang lại nhiều thành tựu to lớn cho ngành bông như năng suất, chất lượng ñược cải thiện rõ rệt, chống chịu với ñiều kiện ngoại cảnh, kháng sâu, kháng thuốc trừ cỏ . Theo nghiên cứu của một số nhà khoa học Ấn ðộ cho thấy cải tiến năng suất bông bằng cách sử dụng giống thuần có thể gia tăng 5 - 10% năng suất trong vòng năm năm hoặc dài hơn nữa. Trong khi ñó, bằng phát triển các giống bông lai trong một thời gian ngắn Ấn ðộ ñã thành công trong việc tăng năng suất trung bình cả nước lên gấp ñôi (Patel, 1990) [60]. Với những ñặc tính ưu việt của giống bông lai có thể nhanh chóng mở rộng diện tích trồng bông kể cả những vùng khó khăn. Tuy nhiên, ñể tạo ñược các giống bông ñạt ñược những yêu cầu của sản xuất bằng con ñường lai tạo và chọn lọc truyền thống phải ñược tiến hành trên quy mô lớn, tốn rất nhiều thời gian và chi phí lớn. Hơn nữa, sử dụng các chỉ thị hình thái ñể ñánh giá nguồn vật liệu bố mẹ ñôi lúc còn mang tính chủ quan và các tính trạng số lượng thường biến ñộng lớn dưới tác ñộng của ñiều kiện ngoại cảnh vì thế hiệu quả ñạt ñược chưa cao. Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học ñã mang lại nhiều thành tựu to lớn trong nông nghiệp. Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn giống cây trồng ñã ñược nhiều nhà khoa học quan tâm. Nhiều giống cây trồng ñược tạo ra bằng ứng dụng công nghệ sinh học (lúa, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… 2 ngô, ñậu tương, bắp cải, khoai tây .). Trong ñó, việc sử dụng các chỉ thị phân tử khác nhau ñược nghiên cứu và phát triển ñã trở thành công cụ mạnh mẽ ñể phân tích ña dạng di truyền và xác ñịnh các mối quan hệ giữa các giống cây trồng, vật nuôi như RAPD (Randomly Amplified Polymorphic DNA), SSR (Simple Sequence Repeats), RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphism), AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism) . Trong ñó, chỉ thị SSR là một loại chỉ thị ñược sử dụng khá phổ biến, chính xác và hữu hiệu trong nghiên cứu ña dạng di truyền, phân loại các giống cây trồng, vật nuôi khác nhau trong cùng một loài ñộng vật hay thực vật. Ngày nay sử dụng kỹ thuật SSR ñã ñược nhiều nhà khoa học quan tâm nhằm xây dựng bản ñồ liên kết, phân lập (gen), xác ñịnh quan hệ di truyền giữa các giống cây trồng, vật nuôi và chẩn ñoán cặp lai cho ưu thế lai (Muhanad Walid Akash, 2003) [58]. Tuy nhiên, hướng nghiên cứu này còn rất ít ñược triển khai ở Việt Nam. Vì vậy, ñể nâng cao hiệu quả trong công tác chọn giống bông nói chung và giống bông lai nói riêng, việc sử dụng kết hợp giữa các chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử là yêu cầu cấp thiết. Trên cơ sở ñó chúng tôi tiến hành thực hiện ñề tài ″ ″″ ″ Nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử SSR ñánh giá nguồn bố mẹ phục vụ chọn tạo giống bông lai F 1 ”. 1.2. Mục ñích và yêu cầu 1.2.1. Mục ñích - Xác lập ñược ña dạng di truyền của vật liệu bố mẹ khởi ñầu. - Tạo các tổ hợp lai cho ưu thế lai cao ñáp ứng ñược nhu cầu sản xuất. 1.2.2. Yêu cầu - ðánh giá các vật liệu khởi ñầu bằng các chỉ tiêu hình thái. - Tách chiết ADN tổng số. - Tiến hành PCR-SSR, phân nhóm di truyền và dự ñoán các tổ hợp lai. - So sánh sơ bộ các con lai