Đang tải... (xem toàn văn)
Họ c viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Ngô (Zea mays L.) là một trong năm loại cây ngũ cốc quan trọng và là cây trồng có tiềm năng năng suất cao. Trên thế giới, ngô được xếp hàng thứ 2 về diện tích sản xuất và đứng thứ nhất về năng suất cũng như sản lượng cây trồng lấy hạt. Tại Việt Nam, ngô là cây lương thực đứng vị trí thứ hai sau cây lúa và có khả năng thích ứng rộng với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Trong hạt ngô còn chứa hàm lượng dinh dưỡng cao đặc biệt như tinh bột, các axit amin không thay thế (Leusin, Isoleusin, Tyrosin, Threonin, Lyzin....) Những năm gần đây, nhu cầu sử dụng ngô cho công nghiệp thực phẩm và chế biến ngày càng tăng, đặc biệt là trong công nghiệp chế biến thức ăn chăn nuôi. Tuy nhiên, công tác sản xuất ngô chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ của cả nước. Một phần hạn chế là do năng suất, chất lượng ngô giống thấp và sâu bệnh hại. Để tạo được các giống ngô lai có năng suất cao, ổn định và thích nghi với các vùng sinh thái khác nhau thì yêu cầu số một phải là có bố mẹ có độ đồng hợp tử cao, khả năng kết hợp cao thể hiện ưu thế lai cao. Tuy nhiên theo phương pháp truyền thống thường đòi hỏi từ 68 thế hệ tự thụ để thu được mức đồng hợp tử mong muốn (Michael Morris và cs, 2003). Việc này yêu cầu một quá trình chọn tạo lâu dài và tốn kém. Hiện nay, nhờ những tiến bộ của khoa học kỹ thuật đặc biệt là công nghệ sinh học và di truyền phân tử, công tác chọn tạo dòng đơn bội kép có độ thuần cao trong thời gian rất ngắn (chỉ còn 1 thế hệ) (Lê Huy Hàm và cs, 2005). Trong khi, phương pháp nuôi cấy tạo dòng đơn bội kép in vitro nuôi cấy bao phấn, nuôi cấy noãn chưa thụ tinh không đạt được những kết quả khả quan. Thì việc tạo dòng đơn bội kép in vivo đã được chứng minh có hiệu quả cao hơn; các công trình nghiên cứu tạo dòng đơn bội kép nhờ sử dụng dòng kích tạo đơn bội và đa bội hóa bằng colchicines được công bố là cho các dòng đơn bội hoàn toàn. Chase (1952) nghiên cứu sự tự đơn bội ở nguồn gen ngô CornBelt của Mỹ cho thấy tỷ lệ cây đơn bội trong tự nhiên là 0,1%; một tỷ lệ quá thấp để áp dụng trong thương mại. Sau đó Coe (1959) tìm thấy dòng thuần gọi là Stock6 với tỷ lệ kích tạo 1 2%. Đây
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ------- [ \ ------- NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP (DH) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VIVO LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ------- [ \ ------- NGUYỄN THỊ THU HÀ NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG NGÔ ĐƠN BỘI KÉP (DH) BẰNG PHƯƠNG PHÁP IN VIVO CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: 60.42.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. ĐỒNG HUY GIỚI PGS.TS. VŨ VĂN LIẾT HÀ NỘI – 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Luận văn công trình nghiên cứu tôi; - Số liệu sử dụng luận văn trung thực; - Thông tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc có độ xác cao phạm vi hiểu biết tôi. Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014 Tác giả luận văn Học viên Nguyễn Thị Thu Hà Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page i LỜI CẢM ƠN Trước tiên, cho xin gửi lời cảm ơn chân thành đến tất quý thầy cô giảng dạy công tác Ban quản lý Đào tạo, Viện Nghiên cứu phát triển trồng, Bộ môn Sinh học, Khoa Công nghệ sinh học, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội quan tâm, tạo điều kiện giúp đỡ ủng hộ trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp mình. Để hoàn thành luận văn tốt nghiệp này, cho phép bày tỏ lòng biết ơn kính trọng sâu sắc tới TS. Đồng Huy Giới – Phó trưởng khoa CNSH, Trưởng môn Sinh học – Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội; PGS.TS Vũ Văn Liết – Giám đốc Viện Nghiên cứu phát triển trồng tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho suốt trình thực đề tài, đánh giá kết hoàn thành luận văn đồng thời bồi dưỡng cho kiến thức chuyên môn kinh nghiệm quý báu. Với tình cảm sâu sắc, xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban lãnh đạo, Cán công nhân viên Bộ môn Sinh học - Khoa Công nghệ sinh học, Bộ môn Cây trồng cạn - Viện Nghiên cứu phát triển trồng, đặc biệt ThS. Phạm Quang Tuân sinh viên Vũ Thị Quế tận tình giúp đỡ tạo điều kiện cho suốt trình thực tập. Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn chân thành đến toàn thể gia đình, bạn bè, anh em, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ mặt, động viên khuyến khích hoàn thành luận văn này! Hà Nội, ngày 22 tháng 12 năm 2014 Học viên Nguyễn Thị Thu Hà Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN . i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC . iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC BẢNG vii DANH MỤC HÌNH ix MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết đề tài .1 Mục tiêu nghiên cứu Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Vai trò ngô kinh tế 1.2. Tình hình sản xuất sử dụng ngô giới nước 1.2.1. Tình hình sản xuất sử dụng ngô giới .4 1.2.2. Tình hình sản xuất sử dụng ngô nước .7 1.3. Hiện tượng ưu lai ứng dụng chọn tạo giống ngô .9 1.3.1. Hiện tượng ưu lai .9 1.3.2. Ý nghĩa ưu lai 1.3.3. Cơ sở di truyền ưu lai 1.3.4. Ưu lai - lịch sử nghiên cứu ứng dụng chọn tạo giống ngô 11 1.4. Dòng nghiên cứu phát triển dòng .12 1.4.1. Dòng .12 1.4.2. Những nghiên cứu phát triển dòng ngô 12 Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 24 2.1. Vật liệu nghiên cứu 24 2.2. Nội dung nghiên cứu 25 2.3. Thời gian địa điểm nghiên cứu .25 2.3.1. Thời gian nghiên cứu: 25 2.3.2. Địa điểm nghiên cứu: .25 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii 2.4. Phương pháp nghiên cứu .26 2.4.1. Thí nghiệm 1: Đánh giá đặc điểm nông sinh học, chống chịu suất dòng UH400 điều kiện trồng Gia Lâm - Hà Nội .26 2.4.2. Thí nghiệm 2: Lai xác định tỷ lệ kích tạo đơn bội 28 2.4.3. Thí nghiệm 3: Đa bội hóa Colchicine với tất hạt cho đơn bội (Hạt có màu nội nhũ phôi không màu) .29 2.4.4. Thí nghiệm 4: Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả chống chịu suất dòng đơn bội kép điều kiện vụ Xuân 2014 Gia Lâm, Hà Nội .31 2.5. Phương pháp tính xử lý số liệu .31 Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .32 3.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả chống chịu suất dòng kích tạo đơn bội UH400 điều kiện vụ xuân 2013 Gia Lâm, Hà Nội. .32 3.1.1. Tỷ lệ nảy mầm giai đoạn sinh trưởng dòng kích tạo đơn bội UH400 32 3.1.2. Đặc điểm nông sinh học .34 3.1.3. Khả chống chịu đồng ruộng 37 3.1.4. Các tiêu suất .38 3.2. Đặc điểm dòng ngô dùng làm mẹ khả kích tạo đơn bội dòng UH400 39 3.2.1. Đặc điểm nông sinh học dòng mẹ tự phối 39 3.2.2. Đánh giá khả kích tạo đơn bội dòng UH400 dòng mẹ 45 3.3. Tạo dòng đơn bội kép colchicine 50 3.4. Đánh giá đặc điểm nông sinh học, khả chống chịu suất dòng đơn bội kép điều kiện vụ Xuân 2014 Gia Lâm, Hà Nội 58 3.4.1. Tỷ lệ nảy mầm giai đoạn sinh trưởng dòng đơn bội kép .58 3.4.2. Đặc điểm nông sinh học dòng đơn bội kép .59 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv 3.4.3. Khả chống chịu đồng ruộng dòng ngô đơn bội kép điều kiện vụ Xuân 2014 Gia Lâm, Hà Nội .62 3.4.4. Các tiêu suất dòng đơn bội kép điều kiện trồng vụ Xuân 2014 Gia Lâm, Hà Nội .64 KẾT LUẬN 66 1. Kết luận 66 2. Đề nghị .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Tên viết đầy đủ CDB Chiều dài bắp CHLB Cộng hòa liên bang CIMMYT Trung tâm cải tiến giống ngô lúa mì Quốc tế CS Cộng CV% Hệ số biến động DH Double haploid DMSO Dimethyl sulfoxide ĐKB Đường kính bắp FAO Tổ chức lương thực nông nghiệp liên hiệp quốc 10 G-PR Thời gian từ gieo đến phun râu 11 G-TP Thời gian từ gieo đến tung phấn 12 KNKH Khả kết hợp 13 NN&PTNT Nông nghiệp phát triển nông thôn 14 NSLT Năng suất lý thuyết 15 P100 Trọng lượng 100 hạt 16 STT Số thứ tự 17 TCN Tiêu chuẩn ngành 18 TGST Thời gian sinh trưởng 19 TL CĐB/CC Tỷ lệ cao đóng bắp/cao 20 TP-PR Khoảng cách tung phấn – phun râu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 1.1. Thành phần hóa học hạt ngô so với gạo phân tích 100g .3 1.2. Diện tích, suất, sản lượng sản xuất ngô số năm giới .5 1.3 Diện tích, suất sản lượng lương thực (ngô, lúa nước, lúa mỳ) giới năm 2013 1.4. Phân bố diện tích, suất sản lượng ngô theo vùng năm 2013 1.5. Một số dòng kích tạo đơn bội tỉ lệ kích tạo đơn bội chúng .19 2.1. Nguồn gốc số đặc điểm đặc trưng dòng kích tạo đơn bội UH400 .24 2.2. Nguồn gốc vật liệu ngô dùng làm dòng mẹ thí nghiệm 24 3.1. Tỷ lệ nảy mầm thời gian sinh trưởng dòng kích tạo đơn bội UH400 điều kiện trồng Gia Lâm, Hà Nội 33 3.2. Một số đặc điểm nông sinh học dòng kích tạo đơn bội UH400 .35 3.3. Khả chống đổ mức độ nhiễm sâu bệnh hại dòng kích tạo đơn bội UH400 điều kiện vụ Xuân Gia Lâm, Hà Nội .37 3.4. Năng suất yếu tố cấu thành suất dòng kích tạo UH400 điều kiện vụ Xuân Ga Lâm - Hà Nội .38 3.5: Tỉ lệ mọc thời gian qua giai đoạn sinh trưởng dòng ngô tự phối dùng làm dòng mẹ điều kiện vụ Xuân năm 2013 Gia Lâm, Hà Nội .40 3.6: Đặc điểm nông sinh học dòng ngô tự phối dùng làm dòng mẹ điều kiện vụ Xuân năm 2013 Gia Lâm, Hà Nội .42 3.7. Khả chống chịu sâu bệnh hại dòng ngô tự phối dùng làm dòng mẹ vụ Xuân năm 2013 Gia Lâm, Hà Nội .44 3.8. Tỉ lệ kích tạo đơn bội UH400 với dòng mẹ tự phối 46 3.9. Đánh giá khả kết hợp dòng mẹ tự thụ với dòng bố kích tạo đơn bội UH400 .49 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii 3.10. Tỷ lệ nảy mầm khả tạo đơn bội kép sau xử lý với colchicine hạt đơn bội phép lai kích tạo 51 3.11. Tỷ lệ nảy mầm thời gian sinh trưởng dòng đơn bội kép điều kiện trồng Gia Lâm, Hà Nội .58 3.12. Một số đặc điểm nông sinh học dòng đơn bội kép điều kiện vụ Xuân 2014 Gia Lâm, Hà Nội 60 3.13. Mức độ nhiễm sâu bệnh hại dòng đơn bội kép điều kiện vụ Xuân 2014 Ga Lâm - Hà Nội 62 3.14. Năng suất yếu tố cấu thành suất dòng đơn bội kép điều kiện vụ Xuân 2014 Gia Lâm, Hà Nội 64 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii Cây đơn bội Cây đơn bội kép Hình 3.13. Cây đơn bội đơn bội kép sau xử lý Colchicine đưa đồng ruộng Hình 3.14. Ruộng thí nghiệm sau xử lý colchicine Hình 3.15. Cây đơn bội sau xử lý cochicine Hình 3.16. Cây đơn bội kép sau xử lý colchicine Cây đơn bội Hình 3.17. Bông cờ hữu dục đơn bội kép Cây đơn bội kép Hình 3.18. Cây đơn bội đơn bội kép giai đoạn trổ Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 56 Hình 3.19. Bông cờ tung phấn đơn bội kép sau xử lý colchicine Hình 3.20. Bông cờ bất dục dòng đơn bội sau xử lý colchicine Như vậy, tỉ lệ lưỡng bội hóa thành công từ vật liệu hạt ngô đơn bội sống tạo đơn bội kép có bắp hữu hiệu 11/50 (đạt 22 %) tỉ lệ lưỡng bội hóa thành công toàn thí nghiệm 11/142 (đạt 7.75%). Qua bảng 3.10 cho thấy: Những dòng có khả tạo đơn bội kép tạo bắp hữu hiệu CUA (2 cây), D19, D26, D34(2 cây), D41, D56, M7 III.21 (2 cây). Trong có dòng CUA, D19, D26, D34, D41 M7 thuộc nhóm dòng có từ đời tự thụ trở lên. Riêng Dòng D56 III.21 thuộc nhóm dòng đời tự thụ. Do đó, thấy dòng có độ cao (số đời tự thụ >=6 đời) có khả tạo đơn bội kép cao so với dòng có độ thấp (số đời tự thụ [...]... đã nghiên cứu thành công phương pháp tạo dòng thuần in vivo bằng cách sử dụng dòng kích tạo đơn bội (inducer haploid) c) Nghiên cứu tạo dòng đơn bội kép in vivo * Giới thiệu về phương pháp Phương pháp sản xuất vật liệu đơn bội in vivo tạo ra vật liệu đơn bội (hạt, cây…) thông qua nuôi trồng thông thường, trên đồng ruộng, không liên quan tới phòng thí nghiệm (in vivo) Trái ngược với kĩ thuật tạo đơn bội. .. chung Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép (sử dụng dòng kích tạo UH400 và colchicine) phục vụ công tác chọn giống ngô ưu thế lai * Mục tiêu cụ thể + Nghiên cứu đặc điểm của dòng UH400 trong điều kiện Gia Lâm, Hà Nội + Đánh giá khả năng kích tạo đơn bội của dòng UH400 trên các dòng mẹ khác nhau + Tạo dòng đơn bội kép (DH) bằng colchicine và đánh khả năng sinh trưởng, phát triển của các dòng đơn bội kép (DH). .. đạt được những kết quả khả quan Thì việc tạo dòng đơn bội kép in vivo đã được chứng minh có hiệu quả cao hơn; các công trình nghiên cứu tạo dòng đơn bội kép nhờ sử dụng dòng kích tạo đơn bội và đa bội hóa bằng colchicines được công bố là cho các dòng đơn bội hoàn toàn Chase (1952) nghiên cứu sự tự đơn bội ở nguồn gen ngô Corn-Belt của Mỹ cho thấy tỷ lệ cây đơn bội trong tự nhiên là 0,1%; một tỷ lệ quá... phát triển như chọn lọc giao tử, tạo dòng đơn bội kép bằng nuôi cấy bao phấn hoặc noãn chưa thụ tinh, hay phương pháp tạo dòng đơn bội kép in vivo sử dụng dòng kích tạo đơn bội 1.4.2.1 Phương pháp tự phối Người đầu tiên đề xuất phương pháp tự phối để tạo dòng thuần là Shull (1909, 1910) và đến nay đây vẫn là phương pháp chuẩn được các nhà tạo giống sử dụng Để tạo vật liệu cho quá trình chọn lọc được... chọn tạo giống ngô Thay vào đó là việc ứng dụng phương pháp sản xuất in vivo Khoảng 10-15 năm trở lại đây, sản xuất vật liệu đơn bội in vivo đã trở thành một công cụ được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu và chọn giống ngô Tất cả các chương trình tạo dòng đơn bội kép thương mại hiện nay đều dựa trên cơ sở kích tạo đơn bội in vivo (Barret và cs, 2008; Rotarenko và cs, 2009) Sản xuất đơn bội in vivo. .. cấy noãn chưa thụ tinh); ii) Kỹ thuật tạo dòng đơn bội kép in vivo (sử dụng dòng kích tạo đơn bội (inducer haploid) và đa bội hóa thể đơn bội để tạo dòng đơn Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 13 bội kép) Các dòng mới được tạo ra trong thời gian rất ngắn (từ 1-2 năm) a) Sơ lược về thể đơn bội Hầu hết các loài cây trồng của chúng ta đều có mức bội thể lớn hơn... 2009; Ming-Tang Chang, Edward H Coe Jr, 2009) Năm 2012, trường Đại học Hohenheim (CHLB Đức) đã cung cấp cho Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội (nay là Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam) cây kích tạo đơn bội UH400 sử dụng để phát triển dòng ngô đơn bội kép Từ những thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép (DH) bằng phương pháp In vivo 2 Mục tiêu nghiên cứu. .. (Bajaj, 1990) Cây đơn bội từ nuôi cấy noãn hình thành theo kiểu trinh sinh cái Sau khi tạo được thể đơn bội, các nhà khoa học đã đa bội hóa thể đơn bội đó để thu được các đồng hợp tử tuyệt đối hay còn gọi là đơn bội kép (một dạng dòng thuần tuyệt đối) Do đó, việc nghiên cứu chọn ra những dòng đơn bội kép bằng nuôi cấy in vitro dựa trên kĩ thuật nuôi cấy một trong ba bộ phận sinh sản của ngô là bao phấn,... 2 chiến lược: Sử dụng sử dụng dòng kích tạo làm mẹ sẽ tạo ra con đơn bội giống bố (paternal haploids) (Kermicle, 1969), và ngược lại sử dụng dòng kích tạo làm bố sẽ sẽ tạo ra con đơn bội giống mẹ (Rober và cs, 2005) Nghiên cứu của đề tài sẽ áp dụng phương pháp tạo vật liệu đơn bội thông qua cây kích tạo đơn bội kích tạo như chiến lược thứ hai, đó là sử dụng dòng kích tạo làm bố Đây là bước đầu tiên... bước quan trọng để tạo ra cây đơn bội kép (công nghệ đơn bội kép) bao gồm: (i) induction of haploidy - sản xuất vật liệu đơn bội (bằng cách cho dòng mẹ nhận phấn từ dòng kích tạo) , (ii) identification of haploid seeds - nhận biết hạt đơn bội (thông qua hệ thống marker màu hạt giống), (iii) artificial chromosome doubling - lưỡng bội hóa nhân tạo (bằng việc xử lí hạt đơn bội với colchicine) và (iv) seed . đơ n bội UH400 sử dụng để phát triển dòng ngô đơn bội kép. Từ những thực tiễn trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: Nghiên cứu tạo dòng ngô đơn bội kép (DH) bằng phương pháp In vivo . được chứng minh có hiệu quả cao hơn; các công trình nghiên cứu tạo dòng đơn bội kép nhờ sử dụng dòng kích tạo đơn bội và đa bội hóa bằng colchicines được công bố là cho các dòng đơn bội hoàn toàn Trong khi, phương pháp nuôi cấy tạo dòng đơn bội kép in vitro nuôi cấ y bao phấn, nuôi cấy noãn chưa thụ tinh không đạt được những kết quả khả quan. Thì việc tạo dòng đơn bội kép in vivo đã được