Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của một số giống ngô zea mays l bằng chỉ thị rapd

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC - LƢƠNG THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU MỐI QUAN HỆ DI TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (Zea mays L.) BẰNG CHỈ THỊ RAPD LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC Thái Nguyên, năm 2012 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết của đề tài Cây ngơ có tên khoa học Zea mays L lƣơng thực có tầm quan trọng giới nhƣ Việt Nam Sản lƣợng ngô đƣợc sử dụng làm lƣơng thực chiếm 17%, 66% đƣợc sử dụng thức ăn cho chăn nuôi, làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp chiếm 5% lĩnh vực xuất chiếm 10% Nhờ vai trị quan trọng ngơ kinh tế giới nên 40 năm gần đây, ngành sản xuất ngô giới phát triển mạnh giữ vị trí hàng đầu suất, sản lƣợng lƣơng thực chủ yếu Mặc dù diện tích trồng ngơ đứng thứ sau lúa mỳ lúa nƣớc, nhƣng sản lƣợng ngô chiếm 1/3 sản lƣợng ngũ cốc giới nuôi sống 1/3 dân số tồn cầu [25] Ở Việt Nam, ngơ lƣơng thực quan trọng thứ hai sau lúa nơng dân vùng trung du miền núi phía Bắc nói chung lƣơng thực đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao nói riêng [1] Đặc biệt, từ năm 1990 trở lại đây, diện tích, suất sản lƣợng ngô tăng liên tục nhờ ứng dụng tiến khoa học kỹ thuật vào sản xuất Do nhu cầu sử dụng ngô không ngừng tăng, để đáp ứng đủ nhu cầu ngô cho tiêu dùng nƣớc, Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn xây dựng chiến lƣợc phát triển sản xuất ngơ đến năm 2010 tầm nhìn đến năm 2020 phải đạt 5- triệu vào năm 2010 năm 2020 9-10 triệu Để đạt đƣợc mục tiêu này, hai giải pháp đƣợc đƣa mở rộng diện tích tăng suất Tuy nhiên, việc mở rộng diện tích trồng ngơ khó khăn diện tích sản xuất nơng nghiệp hạn chế phải cạnh tranh với nhiều loại trồng khác nên tăng suất giải pháp chủ yếu Trong giải pháp tăng suất Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn giống đƣợc coi hƣớng đột phá có ý nghĩa định để nâng cao suất chất lƣợng ngơ Hiện nay, có nhiều phƣơng pháp để nghiên cứu đa dạng di truyền giống trồng nói chung ngơ nói riêng nhƣ: RFLP, AFLP, SSR, STS, RAPD, Các phƣơng pháp khắc phục đƣợc nhƣợc điểm phƣơng pháp chọn giống truyền thống đánh giá đƣợc hệ gen trồng Trong số thị RAPD kỹ thuật đƣợc sử dụng rộng rãi, kỹ thuật dễ thực tốn mà đánh giá đƣợc đa dạng di truyền mối quan hệ di truyền mức độ phân tử Xuất phát từ sở tiến hành nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của số giống ngô (Zea mays L.) thị RAPD” 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chất lƣợng hạt 10 giống ngô lai (Zea mays L.) dƣ̣a một số tiêu hóa sinh - Khảo sát đa dạng mối quan hệ di truyền 10 giống ngô lai kỹ thuật RAPD 1.3 Nội dung nghiên cƣ́u - Phân tích đặc điểm hình thái, khối lƣợng kích thƣớc hạt 10 giống ngô nghiên cứu - Phân tích tiêu hố sinh: hàm lƣợng lipid, protein hạt - Tách chiết DNA tổng số 10 giống ngơ nghiên cứu - Phân tích đa hình di truyền DNA đƣợc nhân ngẫu nhiên, xác định mức sai khác cấu trúc DNA hệ gen 10 giống ngô nghiên cứu - Thiết lập sơ đồ biểu diễn mối quan hệ di truyền 10 giống ngơ nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 SƠ LƢỢC VỀ CÂY NGÔ 1.1.1 Nguồn gốc phân loại ngô Căn vào nghiên cứu nguồn gốc trồng Vavilov (1926) chứng minh rằng: miền Trung Nam Mehico Trung tâm phát sinh thứ vùng núi Andet thuộc Peru Trung tâm phát sinh thứ hai ngô [59] Nhận định ông đƣợc nhiều nhà khoa học chia sẻ ủng hộ [37], [41] Đặc biệt Harsberger (1893) kết luận ngô bắt nguồn từ hoang dại từ miền Trung Mehico độ cao 1500 m vùng bán hạn có lƣợng mƣa mùa hè khoảng 350 mm [61] Năm 1948 ngƣời ta tìm thấy hố thạch phấn ngơ đƣợc khai quật Bellar Arter - Mehicô, điều khẳng định nhận định Vavilov Ở Việt Nam, ngô đƣợc xâm nhập vào thông qua hai đƣờng, từ Trung Quốc từ Inđônêxia Theo nhà bác học Lê Quý Đôn, ngô đƣợc đƣa vào Việt Nam cuối kỷ 17 (thời Khang Hy) ông Trần Thế Vinh ngƣời huyện Tiên Phong (Sơn Tây, phủ Quảng Oai) sứ Trung Quốc đem đƣợc trồng Sơn Tây gọi “ngô” Một số tƣ liệu cho ngƣời Bồ Đào Nha nhập ngơ vào Jana năm 1496 trực tiếp từ Nam Mỹ Sau từ Inđơnêxia ngơ đƣợc chuyển sang Đông Dƣơng Myanma [25] Nhờ đặc điểm quý, ngô sớm đƣợc ngƣời Việt Nam chấp nhận mở rộng sản xuất, coi nhƣ lƣơng thực sau lúa nƣớc mặt diện tích nhƣng lại màu số cho suất giá trị Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn kinh tế cao Tuy nhiên, nƣớc có truyền thống sản xuất lúa gạo thời gian dài nên ngơ đƣợc ý mà năm gần phát triển Cuộc cách mạng giống ngơ lai góp phần tăng nhanh diện tích, suất sản lƣợng ngơ tồn quốc, đƣa nƣớc ta đứng vào nƣớc trồng ngô lai tiên tiến vùng Châu Á Ngơ có tên khoa học Zea mays L nhà thực vật học Thụy Điển Linnaeus đặt theo hệ thống tên kép Hy Lạp – Latinh: Zea - từ Hy Lạp ngũ cốc mays từ “Mahiz” tên gọi ngơ ngƣời địa da đỏ Cũng mays từ “Maya” – tên tộc da đỏ vùng Trung Mỹ - xuất xứ ngơ Zea thuộc chi Maydeae, họ hồ thảo (Gramineae) Kernike ngƣời đƣa phƣơng pháp phân loại ngô theo thực vật học Trên thế giới hiện có khoảng 8500 giống ngô đƣợc trồng ở khắp các lục đị a Có nhiều cách để ngƣời ta phân loại ngơ, cách dựa vào cấu trúc nội nhũ hạt hình thái bên ngồi hạt Ngơ đƣợc phân thành lồi phụ: ngô đá rắn, ngô ngựa, ngô nếp, ngô đƣờng, ngô nổ, ngô bột, ngô nửa ngựa Từ loài phụ dựa vào màu hạt màu lõi ngơ đƣợc phân chia thành thứ Ngồi ngơ cịn đƣợc phân loại theo sinh thái học, nơng học, thời gian sinh trƣởng thƣơng phẩm [13] 1.1.2 Đặc điểm nông sinh học ngô Các giống ngô Việt Nam có đặc điểm nhƣ chiều cao cây, thời gian sinh trƣởng, chống chịu sâu bệnh thích ứng với điều kiện ngoại cảnh khác Song ngơ có đặc điểm chung hình thái, giải phẫu Các phận ngô bao gồm: rễ, thân, lá, hoa (bông cờ, bắp ngô) hạt [66] Cơ quan sinh dƣỡng ngơ gồm có: Rễ, thân, làm nhiệm vụ trì đời sống cá thể ngô Hạt đƣợc coi quan khởi đầu cây, hạt nảy mầm phơi phát triển thành Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngơ có hệ rễ chùm tiêu biểu cho rễ hoà thảo Tuỳ theo vị trí, thời gian sinh trƣởng chức nhiệm vụ hệ rễ hoàn chỉnh chia làm loại: Rễ mầm, rễ đốt rễ chân kiềng Ngô lớp rễ đốt lúc - mọc theo thứ tự từ dƣới lên Rễ đốt giúp cho hút nƣớc dinh dƣỡng suốt đời sống ngô Rễ chân kiềng mọc xung quanh đốt phần thân sát gốc mặt đất Rễ chân kiềng to nhẵn, rễ nhánh, khơng có rễ lông hút phần rễ nằm khơng khí Rễ giúp chống đổ, bám chặt vào đất tham gia vào hút nƣớc thức ăn cho [24] Số lƣợng rễ, số lông rễ, độ lớn, độ dài rễ phụ thuộc vào giống Khả thu nhận nƣớc cung cấp đủ nƣớc thông qua rễ tới phận điều kiện khó khăn nƣớc đƣợc coi tiêu quan trọng để đánh giá tính chịu hạn Thân ngô thƣờng phát triển mạnh, thẳng, cứng Thân chia làm nhiều gióng, gióng nằm đốt Tuỳ theo giống, điều kiện khí hậu kỹ thuật gieo trồng mà chiều cao thân khác Thân ngơ có đặc điểm gióng gần gốc ngắn, lên cao, dài to dần, phát triển gióng đóng bắp, gióng gần đóng bắp gióng sau bé dần Bề mặt thân ngô nhẵn sáng Lá ngô mọc từ mắt đốt mọc đối xứng xen kẽ nhau, số ngô dao động từ - 22 tuỳ theo giống điều kiện tự nhiên Theo hình thái vị trí cây, ngơ đƣợc chia thành nhóm sau: mầm, thân, ngọn, bi Lá ngô trƣởng thành gồm phận: Bẹ lá, phiến lá, thìa Đặc biệt bật ngơ có nhiều lỗ khí khổng Trung bình có khoảng – triệu lỗ khí khổng Tế bào đóng mở khí khổng ngô mẫm cảm với điều kiện bất thuận gặp hạn khí khổng khép lại nhanh hạn chế thoát nƣớc Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Bắp ngô phát sinh từ mầm nách thân, số mầm nách ngô nhiều, nhƣng – mầm nách phát triển thành bắp Tuỳ thuộc vào giống, điều kiện sinh thái, chăm bón, mật độ, mùa vụ…mà tỷ lệ – bắp, số hạt bắp, vị trí đóng bắp, thời gian phun râu, trỗ cờ…có khác Hạt ngô thuộc loại dĩnh gồm phận chính: Vỏ hạt, lớp aloron, phơi nội nhũ Phía dƣới hạt cịn có gốc hạt gắn liền với lõi ngô Vỏ hạt bao bọc xung quanh hạt màng nhẵn màu trắng, đỏ vàng tuỳ thuộc vào giống Nằm sau lớp vỏ hạt lớp aloron bao bọc lấy nội nhũ phôi Nội nhũ chiếm khoảng 70 – 78% khối lƣợng hạt, kho dự trữ để nuôi phôi, thành phần chủ yếu tinh bột, ngồi cịn chứa protein, chất béo, vitamin, chất khoáng, enzyme [14] Mỗi giai đoạn sinh trƣởng, ngô yêu cầu điều kiện sinh thái khác Trong điều kiện đảm bảo ẩm độ, ôxy nhiệt độ thích hợp cho ngơ nảy mầm nhanh sau gieo Nhiệt độ tối thiểu cho hạt nảy mầm từ – 120C, nhiệt độ tối đa cho hạt nảy mầm từ 40 – 450C, nhiệt độ tối thích từ 25 – 280C Ở thời kỳ sinh trƣởng khác hút chất dinh dƣỡng nhƣ yêu cầu dinh dƣỡng ngô khác nhau: Ở thời kỳ đầu ngô hút chất dinh dƣỡng chậm, thời kỳ từ - đến sau trỗ 15 ngày toàn phận mặt đất nhƣ phận dƣới đất ngô tăng trƣởng nhanh, quan sinh trƣởng phát triển mạnh, lƣợng tinh bột chất khô tăng nhanh Đây giai đoạn ngô hấp thu chất dinh dƣỡng tối đa (bằng 70 - 90% dinh dƣỡng vòng đời cây) Ở thời kỳ thiếu nƣớc chất dinh dƣỡng làm giảm suất từ 10 - 20% Trong yếu tố dinh dƣỡng đạm nguyên tố dinh dƣỡng quan trọng bậc ngơ [3] 1.1.3 Vai trị ngơ kinh tế Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Cây ngơ trồng có giá trị dinh dƣỡng kinh tế cao Vai trị ngơ trƣớc hết phải nói đến nguồn lƣơng thực nuôi sống gần 1/3 dân số giới Tất nƣớc trồng ngơ nói chung ăn ngơ mức độ khác Ngơ lƣơng thực ngƣời dân khu vực Đông Nam Phi, Tây Phi, Nam Á Ngô thành phần quan trọng thức ăn chăn nuôi Hầu nhƣ 70% chất tinh chăn nuôi tổng hợp từ ngô, 71% sản lƣợng ngô giới đƣợc dùng cho chăn nuôi Ở nƣớc phát triển phần lớn sản lƣợng ngô đƣợc sử dụng cho chăn nuôi: Nhƣ Mỹ 76%, Bồ Đào Nha 91%, Italia 9%, Croatia 95%, Trung Quốc 76%, Thái Lan 96% [25] Ngô đƣợc sử dụng làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, tạo cồn, rƣợu, bia, tinh bột, bánh kẹo Ngƣời ta sản xuất khoảng 670 loại sản phẩm từ ngô công nghiệp lƣơng thực, thực phẩm, công nghiệp nhẹ dƣợc phẩm [24] Trong năm gần đây, mà đời sống ngƣời ngày nâng cao nhu cầu sử dụng ngô làm thực phẩm ngày lớn Ngƣời ta sử dụng bắp ngô bao tử làm rau cao cấp, loại ngô nếp, ngô đƣờng (ngô ngọt) đƣợc dùng để làm quà ăn tƣơi (luộc, nƣớng), chế biến thành ăn đƣợc nhiều ngƣời ƣa chuộng nhƣ ngơ chiên, súp ngơ, snack ngơ đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu, việc xuất loại ngô thực phẩm mang lại hiệu kinh tế đáng kể cho số nƣớc nhƣ Thái lan, Đài Loan Ngồi sản phẩm chính, thân ngơ cịn nguồn thức ăn xanh đáng kể cho gia súc Mặt khác, đông y, ngô trồng có tác dụng lớn Mỗi phận ngơ có tác dụng chữa bệnh khác Râu ngơ ruột ngơ có vị ngọt, tính bình, có tác dụng lợi tiểu, thơng mật, cầm máu 1.1.4 Đặc điểm hóa sinh hạt ngơ Các chất hạt ngơ dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dƣỡng cao Hạt ngô chứa tinh bột, lipid, protein, đƣờng (chiếm khoảng 3,5%), chất khống Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn (chiếm khoảng – 2,4%), vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C lƣợng nhỏ cellulose (2,2%) Hạt ngô chứa phần lớn tinh bột, hàm lƣợng tinh bột hạt thay đổi giới hạn 60 - 70% Hàm lƣợng tinh bột ngô tẻ nhiều ngô nếp (68% so với 65%) Tinh bột tập trung chủ yếu nội nhũ đƣợc chia thành hai dạng tinh bột tinh bột mềm (tinh bột bột) tinh bột cứng (tinh bột sừng hay tinh bột phalê) Hàm lƣợng lipid cao thứ hai loại ngũ cốc sau lúa mạch, chiếm khoảng (3,5 – 7%) phụ thuộc vào giống, điều kiện tự nhiên Lipid đƣợc tập trung nhiều phôi màng alơron Hàm lƣợng lipid tiêu quan trọng để đánh giá chất lƣợng hạt [9] Tỷ lệ protein hạt ngơ - 12% Protein ngơ zein, loại prolamin gần nhƣ khơng có lysine tryptophan Protein ngô đƣợc chia thành loại chính: protein hoạt tính (enzyme), protein cấu tạo protein dự trữ, protein dự trữ chiếm tỷ lệ cao Hàm lƣợng protein nhƣ thành phần amino acid bị thay đổi tác động yếu tố di truyền (giống) môi trƣờng, kỹ thuật canh tác Lợi dụng tính chất hịa tan protein dung mơi, ngƣời ta tách triết protein tan từ ngô phục vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu nhƣ đánh giá chất lƣợng hạt, khả chịu hạn… 1.1.5 Tình hình sản xuất ngơ giới Việt Nam 1.1.5.1 Tình hình sản xuất ngô giới Trên giới, ngô đƣ́ng thƣ́ về diện tí ch, sản lƣợng xếp thứ suất cao nhất các ngũ cớc Năm 1961, diện tích ngơ tồn giới đạt 105,5 triệu ha, suất 19,4 tạ/ha, sản lƣợng 205 triệu tấn, đến năm 2010, diện tích trồng ngơ giới đạt 161,9 triệu ha, suất bình quân 52,2 tạ/ha, Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn sản lƣợng 844,4 triệu Trong Mỹ, Trung Quốc, Braxin nƣớc đứng đầu diện tích sản lƣợng [68] Theo dự báo Viện nghiên cứu chƣơng trình lƣơng thực giới (IPRI, 2003), vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô giới 852 triệu tấn, 15 % dùng làm lƣơng thực, 69 % dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16 % dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp Ở nƣớc phát triển dùng % ngô làm lƣơng thực nhƣng nƣớc phát triển sử dụng 22 % ngô làm lƣơng thực Đến năm 2020, nhu cầu ngô giới tăng 45 % so với nhu cầu năm 1997, chủ yếu tăng cao nƣớc phát triển (72 %), riêng Đông Nam Á nhu cầu tăng 70 % so với năm 1997 (Bảng 1.1), nhu cầu ngô tăng mạnh dân số giới tăng, thu nhập bình quân đầu ngƣời tăng, nên nhu cầu thịt, cá, trứng, sữa tăng mạnh , dẫn đến địi hỏi lƣợng ngơ dùng cho chăn ni tăng Vì vậy, nƣớc phát triển phải tự đáp ứng nhu cầu (IPRI, 2003) Bảng 1.1 Dự báo nhu cầu ngô giới đến năm 2020 Vùng Năm 1997 (triệu tấn) 586 Năm 2020 (triệu tấn) 852 % thay đổi 45 Các nƣớc phát 295 508 72 Đông Á 136 252 85 Nam Á 14 19 36 Cận Sahara – Châu Phi 29 52 79 Mỹ Latinh 75 118 57 Tây và Bắc Phi 18 28 56 Thế giới triển (Nguồn: Viện nghiên cứu chương trình lương thực giới IPRI, 2003) 10 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn journal of food, agriculture and environment ISSN 1459- 0255 no2, pp 176178 30 Amorime P De Souza Almeida C C Melo Sereno M J C Bered F Marbosa J F., (2003), “Genetic variability in sweet corn using molecular markers”, Maydia (Maydica) ISSN 0025-6153 Coden Mydcah, 1(3), pp 177181 31 Antonio A F Garcia, Luciana L Benchimol, Antônia M M BarbosaI, Isaias O GeraldiI, Cláudio L Souza Jr., Anete P de Souza,(2004), “Comparison of RAPD, RFLP, AFLP and SSR markers for diversity studies in tropical maize inbred lines’’, Genet Mol Biol, 27(4), pp 579-588 32 Awan F S., (2007), “Study of genetic divergence among wheat genotypes through random amplied polymorphic DNA, centre of Agricultural biochemistry and biotechnology”, Unversity of Agricultural Faisalabad Pakistan, 6(3), pp 476 - 481 33 Bauer I., S Mladenović Drinić, M Filipović, Konstanti-nov (2005): “Genetic characterization of early maturing maize hybrids (Zea mays L.) obtained by protein and RAPD markers” Genetika, 37(3), pp 235-243 34 Betal S., (2004) Roy C.P., Kundu S., Sen R.S, “Estimation of geneetic variability of Vigna radiate cultivars by RAPD analysis”, Biologia plantrum, 48(2), pp 205 - 209 35 Dey N., Subarsana B., Chaudhuri T.R.,Dey S.R., mitu De,Ghose T.K., (2005), “RAPD - base genetic diversity analysis of aromatic rice”, Cababstractsplus, 6(3/4), pp 133 - 142 36 Foolad M R., Arulsekar S., Rodrigues R.L.,(1995), “Application of polymerase chain reaction (PCR) in plant genome analysys”, In:Gamborg OL, Pjillips GC (eds), Fundamental methods of plant cell, tissue and organ culture 75 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn and laboratory operation, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg-New YorkTokyo, pp 281 - 298 37 Galinat W.C (1977), The origin of corn Corn and corn Improvement Ed G.F Sprague pp.1 - 47 38 Gawel N.J., Jarret R.L., (1991) “A wodified CTAB DNA extraction procedure of Musa and Ipomoea”, Plant Mol Biol Rep, 9, pp (262 – 266), 39 Hartings H., Berardo N., Mazzinelli G.F., Valoti P., Verderio A., Motto M ( 2008), “Assessment of genetic diversity and relationships among maize (Zea mays L.) Italian landraces by morphological traits and AFLP profiling”, Theor Appl Genet, 117(6), pp 831 - 842 40 Ignjatovie M.D., Corie T., Kovacevic D., Markovie K., Lazic J.V ( 2003), “RFLP and RAPD analysis of maize (Zea mays L.) local populations for identification of variability and duplicate accession”, Maydica, pp 153 159 41 KatoA (1988), Cytological Classification of Maize Race Populations and Its Potential Use Preeding of Global Maize Germplasm Worshop pp: 106117 42 Leal A.A., Mangolin C.A., Amaral A.T.J., Goncalves L.S., Scapim C.A, Mott A S., Eloi I B., Cordovés V , Silva M.F.( 2010) “Efficiency of RAPD versus SSR markers for determining genetic diversity among popcorn lines”, Genetics and Molecular Research, 9(1), pp – 18 43 Legesse B.W., Myburg A.A., Pixley K.V., Botha A.M.( 2007), “Genetic diversity of African maize inbred lines revealed by SSR markers”, Hereditas, 144(1), pp 10 -17 44 Moretti A., Mulé G., Ritieni A., Láday M., Stubnya V., Hornok L., Logrieco A., (2008), “Cryptic subspecies and beauvericin production by 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Fusarium subglutinans from Europe”, Int J Food Microbiol, 127(3), pp 312 315 45 Muthusamy S., Kanagarajan S., Ponnusamy S.(2008), “Efficiency of RAPD and ISSR markers system in accessing genetic variation of rice bean (Vigna umbellata) Landraces”, Electronic Journal of Biotechnology, 11(3) 46 Nanjo T., Kobayashi M., Yoshiba Y., Sanda Y., Wada K., Tsukaya H., Kakubari Y., Yamaguchi – Shinozaki K., (2000) “Biological funtions of proline in morphogenesis and osmotolerance revealed in antiense transgenic Arabidopsis thaliana” 47 Naureen Z., Yasmin S., Hameed S., Malik K.A., Hafeez F.Y (2005), “Characterization and screening of bacteria from rhizosphere of maize grown in Indonesian and Pakistani soils”, Journal Basic Microbiol, 45(6): 447-459 48 Neha M., Dinesh Y.( 2010), “RAPD analysis among pigeon (Cajanus cajan (L.) Mill sp.) cultivars for their genetic diversity”, Genetic engineering and biotechnology Journal 49 Okumus A., (2007), “Genetic variation and relationship between Turkish flint maize landraces by RAPD marker”, American Journal of Agricultural and Biological Sciences, 2(2), pp 49-53 50 Paulo S., (2004), “Genetic diversity among maize (Zea mays L.) landraces assessed by RAPD markers”, Genetics and molecular biology, 27(2), pp 228236 51 Raina S.N.V, Kojima T., Ogihara Y., Singh K.P., Devarumath R.M., (2001), “RAPD and ISSR figerprints as useful genetic marker for analysis of genetic diversity, varietal identification, and phylogenetic relationships in peanut (Arachis hypogaea L.) cultirs and wild species”, Genome, 44(5), pp 763 - 772 77 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 52 Saleh B (2012) “Biochemical and Genetic Variation of some Syrian Wheat Varieties using NIR, RAPD and AFLPs Techniques”, Journal of Plant Biology Research, 1(1), pp - 11 53 Souza S.G H D, Carpentieri P.V, Claudete de Fátima Ruas C F, Paula C V, Ruas M P, Carlos G A (2008) “Comparative Analysis of Genetic Diversity Among the Maize Inbred Lines (Zea mays L.) Obtained by RAPD and SSR Markers”, Brazilan archives of biology and tachnology, 51(1), pp.183-192 54 Souza I.G., Valente S.E., Britto F.B., de Souza V.A., Lima P.S ( 2011), “RAPD analysis of the genetic diversity of mango (Mangifera indica) germplasm in Brazil”, Genetics and Molecular reseach, 10(4), pp 3080 – 3098 55 Subramanian V., Gurtu S., Nageswara R.C., Nigam S N., (2000), “Identification of DNA polymorphism in cultivated groundnut using random amplified polymorphic DNA (RAPD) assay”, Maharastra Hybrid Seeds Company (MAHYCO) Ltd., Andhra Pradesh, India, 43(4), pp 656 - 660 56 Phạm Đức Toàn , Bùi Minh Trí , Werlemark G., Bùi Tuyên Cách, Merker A., Carlsson A.S ( 2009), “A study of genetic diversity of sesame (Sesamum indicum L.) in Vietnam and Cambodia estimated by RAPD markers”, Genet Resour Crop Evol, pp 670 - 690 57 Trachsel S., Messmer R., Stamp P., Hund A ( 2009), “Mapping of QTLs for lateral and avile root growth of tropical maize”, Theor Appl Genet, pp 1413 – 1424 58 Vasconcelos M.J.V.D, Antunes M.S., Barbosa S.M., Carvalho C.H.S.D, (2008), “RAPD analysis of callus regenerated and seed grownplants of maize (Zea mays L.)”, Revista brasileira de milho esorgo, 7(2), pp 93-104 59 Vavilop N.I (1926), Studies on the Combining Ability of CIMMYT Germplasm CIMMYT Rearch Highlights pp 24-33 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 Venkata C L., Sreedhar R.V., Bhagyalakshmi N., (2007), “The use of genetic markers for detecting DNA polymorphism among banana cultivars”, Plant Cell Biotechnology Department, Central FoodTechnological Research Institute, KRS Road, Mysore, Karnataka 570 020, India, 18(12) 61 Wilkes G (1988), Teosinte and other wild relatives of maize Proceeding of the Global Maize Germplasm Workshop pp 70 – 80 62 William J.G.K., Kubelik A.R., Livak K.J., Rafalski J.A., Tingey S.V., (1990), “DNA polymorphisms amplified by arbitrary primers are useful as genetic markers”, Nucleic Acids Reseach, 18(22), pp 6531 - 6535 63 Yao Q., Pang P., Kang K.C., Pan G.T ( 2008), “Genetic diversity based on SSR markers in maize (Zea mays L.) landraces from Wuling mountain region in China”, Journal of Genetics, 87(3) 64 Zhu J., Keappler S.M., Lynch J.P ( 2005), “Mapping of QTLs for lateral root branching and lengtj in maize (Zea mays L.) under diferentical photphorus supply”, plant and soil, 270(1), pp 299- 310 65 Zhu J., Wang X.P., Sunetal C.X ( 2011), “Mapping of QTL associated with drought to lerance in a semi - automobile rain shelter in maize (Zea may L.)”, Agricultural sciences in China, 10(7), pp 987 – 996 MỘT SỚ TRANG WEB 66 http://ngo.vaas.org.vn 67 http://faostat.fao.org/ 79 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN Lƣơng Thị Thanh Nga, Nguyễn Vũ Thanh Thanh, Chu Hoàng Mậu, Lê Thị Hồng Trang, Lê Văn Sơn, Hồ Mạnh Tƣờng (2012), nghiên cứu quan hệ di truyền số giống ngơ (Zea mays L.) có khả chịu hạn khác Tạp chí Khoa học & Cơng nghệ - Đại học Thái Nguyên, 96(8), tr 131-137 CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU XÁC NHẬN Đề tài: Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của số giống ngô (Zea mays L.) thị RAPD Của học viên: Lƣơng Thị Thanh Nga Đã đƣợc sửa chữa theo góp ý hội đồng nghiệm thu Thái Nguyên, ngày tháng năm 2012 TM HỘI ĐỒNG NGHIỆM THU LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học tơi Các số liệu kết luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình nghiên cứu khác Thái Ngun, ngày 30 tháng năm 2012 Tác giả luận văn Lƣơng Thị Thanh Nga i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Vũ Thanh Thanh Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn TS Lê Văn Sơn, KS Hồ Mạnh Tƣờng Phịng Cơng nghệ tế bào thực vật - Viện Cơng nghệ Sinh học hết lịng giúp đỡ tơi hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn giúp đỡ kỹ thuật viên phịng thí nghiệm sinh học – Khoa Khoa học sống - Trƣờng Đại học Khoa học Đại học Thái Nguyên Qua đây, xin cảm ơn Bộ môn Hệ thống canh tác - Viện nghiên cứu Ngô cung cấp số giống ngơ giúp tơi thực luận văn Cuối cùng, xin đƣợc bày tỏ lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè nhiệt tình ủng hộ động viên tơi suốt trình thực luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ quý báu Tác giả luận văn Lƣơng Thị Thanh Nga ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt luận văn v Danh mục bảng luận văn vi Danh mục hình luận văn viii MỞ ĐẦU 1.1 Tính cấp thiết đề tài 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.3 Nội dung nghiên cƣ́u CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 SƠ LƢỢC VỀ CÂY NGÔ 1.1.1 Nguồn gốc phân loại ngô 1.1.2 Đặc điểm nông sinh học ngô 1.1.3 Vai trị ngơ kinh tế 1.1.4 Đặc điểm hóa sinh hạt ngơ 1.1.5 Tình hình sản xuất ngơ giới Việt Nam 1.2 NGHIÊN CỨU QUAN HỆ DI TRUYỀN Ở THỰC VẬT 14 1.2.1 Một số phương pháp sinh học phân tử phân tích quan hệ di truyền thực vật 14 1.2.2 Sử dụng kỹ thuật RAPD để nghiên cứu quan hệ di truyền thực vật 21 1.2.3 Sử dụng kỹ thuật RAPDđể nghiên cứu quan hệ di truyền ngô 25 1.3 NHẬN XÉT CHUNG 28 CHƢƠNG VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 2.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 29 2.1.1 Vật liệu thực vật 29 iii 2.1.2 Hóa chất thiết bị 30 2.1.3 Địa điểm nghiên cứu 31 2.2 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31 2.2.1 Phương pháp hóa sinh 31 2.2.2 Phương pháp sinh học phân tử 34 2.2.3 Phương pháp xử lý kết số liệu 38 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 38 3.1 ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, HỐ SINH HẠT CỦA CÁC GIỐNG NGÔ NGHIÊN CỨU 38 3.1.1 Đặc điểm hình thái khối lượng 100 hạt 10 giống ngô 38 3.1.2 Hàm lượng protein, lipid 10 giống ngô nghiên cứu 40 3.2 PHÂN TÍCH TÍNH ĐA HÌNH DNA BẰNG KỸ THUẬT RAPD 42 3.2.1 Kết tách chiết DNA tổng số từ non ngô 42 3.2.2 Kết nghiên cứu đa hình DNA kỹ thuật RAPD 45 3.2.3 Các phân đoạn DNA đặc trưng giống ngô nghiên cứu 66 3.2.4 Mối quan hệ di truyền giữa các giống ngô dựa phân tí ch RAPD 67 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 KẾT LUẬN 71 KIẾN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Tính đa hình chiều dài phân đoạn đƣợc nhân bản) EDTA Ethylene Diamin Tetraaxetic Acid DNA Deoxyribonucleic acid dNTP Deoxyribonucleotit triphotphat đtg Đồng tác giả Kb Kilobase = 1000 bp PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymeaza) RAPD Random Amplified Polymorphism DNA (Phân tích ADN đa hình đƣợc nhân ngẫu nhiên) RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài phân đoạn DNA cắt hạn chế) SSR Simple Sequence Repeats (Trình tự lặp lại đơn giản) TE Tris – EDTA TAE Tris – Acetate – EDTA Tris Trioxymetylaminometan QTL Quantitative Trait loci (Bản đồ locus tính trạng số lƣợng) v DANH MỤC CÁC BẢNG TRONG LUẬN VĂN Bảng Tên bảng Trang 1.1 Dƣ̣ báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020 1.2 Tình hình sản xuất ngơ số khu vực giới giai đoạn 2008-2010 1.3 Tình hình sản xuất ngơ sớ q́c gia thế giới năm 2010 10 1.4 Tình hình sản xuất ngô Việt Nam từ năm 2008 đến 2010 12 2.1 Danh sách 10 giống ngô nghiên cƣ́u 27 2.2 Xây dƣ̣ng đƣờng chuẩn đị nh lƣợng protein theo Lowry 30 2.3 Trình tự nucleotide mồi RAPD sử dụng nghiên cƣ́u 34 2.4 Thành phần phản ứng RAPD 34 2.5 Chu trình nhiệt phản ứng RAPD 35 3.1 Đặc điểm hình thái khối lƣợng hạt 10 giớng ngơ 36 3.2 Hàm lƣợng protein, lipid hạt của 10 giống ngô 38 3.3 3.4 Kết quả đo độ hấp thụ bƣớc sóng 260 nm, 280 nm và nồng độ DNA tổng số của 10 giống ngô Tổng số phân đoạn DNA sản phẩm RAPD sử dụng 10 mồi ngẫu nhiên 41 43 3.5 Tỷ lệ phân đoạn đa hình sử dụng 10 mồi RAPD 44 3.6 Thơng tin tính đa hình (PIC) 10 giống ngô …………… 45 3.7 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bả n sử dụng mồi OPG06 46 vi 3.8 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân sử dụng mồi OPO12…… 48 3.9 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi OPP08 50 3.10 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi OPH03… 51 3.11 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi UBC400… 52 3.12 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi UBC776… 53 3.13 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi OPB10… 55 3.14 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bả n sử dụng mồi OPG13… 56 3.15 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi OPH09… 57 3.16 Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản sử dụng mồi UBC236… 59 3.17 Chỉ thị RAPD đặc trƣng giống ngô nghiên cứu………… 60 3.18 Bảng hệ số tƣơng đồng di truyền 10 giống ngô nghiên cứu 61 vii DANH MỤC CÁC HÌNH TRONG LUẬN VĂN Hình Tên hì nh Trang 2.1 Hình dạng hạt 10 giớng ngơ nghiên cứu……………… 28 3.1 Hình ảnh điện di DNA tổng số 10 giớng ngơ nghiên cứu 40 3.2 Hình ảnh điện di sản phẩm RA PD sử dụng mồi OPG 06 …… 46 3.3 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD sử dụng mồi OPO 12……… 48 3.4 3.5 3.6 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD sử dụng mồi OPP08 mồi OPH03………………………………………………………… Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD sử dụng mồi UB C400 mồi UBC776……………………………………………………… Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD sử dụng mồi OPB 10 mồi OPG13………………………………………………………… 49 52 55 3.7 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD sử dụng mồi OPH 09……… 57 3.8 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD sử ng dụ mồi UBC236……… 58 3.9 Sơ đồ quan hệ di truyền 10 giống ngô nghiên cứu 62 viii ... hiệu nghiên cứu di truyền Các thị AFLP đƣợc sử dụng để l? ??p đồ di truyền l? ?a, khoai tây, l? ?a mạch, mía, Chỉ thị AFLP đƣợc sử dụng nghiên cứu phân tích đa dạng nhiều l? ??i nhƣ ngô (Zea mays L. ), l? ??c... cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu mối quan hệ di truyền của số giống ngô (Zea mays L. ) thị RAPD? ?? 1.2 Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá chất l? ?ợng hạt 10 giống ngô lai (Zea mays L. ) dƣ̣a mợt sớ tiêu hóa... nghiên cứu - Thiết l? ??p sơ đồ biểu di? ??n mối quan hệ di truyền 10 giống ngô nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 SƠ L? ?ỢC