Thạc Sĩ Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của một số giống ngô (Zea mays L.)

1. Lý do chọn đề tài


MỞ ĐẦU


Cây ngô có tên khoa học là Zea mays L. và có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô là cây lương thực quan trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Ở các nước thuộc Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi, người ta sử dụng ngô làm lương thực chính. Không những thế, ngô còn là cây cung cấp thức ăn chăn nuôi quan trọng nhất hiện nay: 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp của gia súc là từ ngô (Ngô Hữu Tình, 2003) [18]. Ngô không chỉ cung cấp lương thực cho con người, phát triển chăn nuôi, ngô còn là nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến trên toàn thế giới. Hiện nay, diện tích ngô trên thế giới vào khoảng
135 - 140 triệu ha, với sản lượng trung bình là 600 - 700 triệu tấn.

Ở Việt Nam, ngô là cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa của nông dân vùng trung du và miền núi phía Bắc nói chung và cây lương thực chính của đồng bào dân tộc thiểu số vùng cao nói riêng [1]. Trong những năm gần đây sản xuất ngô ở Việt Nam tăng lên nhanh nhờ sự thúc đẩy của ngành chăn nuôi và công nghiệp chế biến. Đặc biệt từ những năm 1990 trở lại đây, diện tích, năng suất và sản lượng ngô tăng liên tục là nhờ ứng dụng những tiến bộ khoa học kỹ thuật mới vào sản xuất mà tiêu biểu là đưa ngô lai vào trồng trên diện tích rộng. Các giống ngô ở nước ta hiện nay rất phong phú gồm các giống ngô nhập nội, giống lai tạo, giống tổng hợp, giống đột biến và các giống ngô địa phương [20].
Bên cạnh các giống ngô lai có năng suất cao đang được trồng phổ biến ở nhiều vùng trong cả nước, thì các giống ngô địa phương tuy có năng suất thấp nhưng chất lượng hạt cao, chất lượng ngô dẻo, thơm, ngon và chống chịu sâu bệnh tốt.
Hiện nay, có rất nhiều phương pháp để nghiên cứu sự đa dạng di truyền của các giống cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng như RFLP, AFLP,SSR, STS, RAPD, . Các phương pháp này khắc phục được nhược điểm của các phương pháp chọn giống truyền thống bởi đánh giá được hệ gen của cây
trồng.

Những năm gần đây, diện tích trồng các giống ngô địa phương ngày càng có xu hướng giảm, nhiều giống ngô nếp quý hiếm sẽ bị mất dần. Như vậy, việc sưu tập và nghiên cứu các giống ngô nếp địa phương góp phần bảo tồn nguồn gen cây ngô là rất cần thiết.
Nghiên cứu sự đa dạng di truyền ở mức DNA và đặc điểm hóa sinh ở giai đoạn hạt là cơ sở khoa học để đề xuất việc chọn những giống ngô có năng suất cao và chất lượng tốt góp phần bảo tồn, phát triển nguồn gen cây ngô. Từ đó tuyển chọn giống ngô thích hợp làm vật liệu chọn giống là những vấn đề rất được quan tâm nghiên cứu. Xuất phát từ lý do trên, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của một số giống ngô (Zea mays L.)”

2. Mục tiêu nghiên cứu


- Đánh giá chất lượng hạt của một số giống ngô nếp địa phương (Zea mays L.)

- Khảo sát sự đa dạng và mối quan hệ di truyền của 14 giống ngô bằng kỹ thuật

RAPD.

3. Nội dung nghiên cứu

- Phân tích đặc điểm hình thái, khối lượng và kích thước hạt của một số giống ngô nếp địa phương.
- Xác định hàm lượng lipid, protein, đường trong hạt của các giống ngô nghiên cứu.
- Phân tích sự đa hình DNA được nhân bản ngẫu nhiên, xác định mức sai khác trong cấu trúc DNA hệ gen của các giống ngô nghiên cứu.
- Thiết lập mối quan hệ di truyền của 14 giống ngô.




MỤC LỤC




Trang


Lời cam đoan . i Lời cảm ơn ii Mục lục . iii Những chữ viết tắt . vi Danh mục các bảng . vii Danh mục các hình . viii
MỞ ĐẦU 1

Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

1.1.CÂY NGÔ 3

1.1.1.Nguồn gốc và phân loại cây ngô 3

1.1.2.Đặc điểm nông sinh học của cây ngô . 3

1.1.3.Vai trò cây ngô trong nền kinh tế . 5

1.1.4.Đặc điểm hóa sinh hạt ngô . 7

1.1.5.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam 8

1.1.5.1.Tình hình sản xuất ngô trên thế giới . 8

1.1.5.2.Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam 12

1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN Ở THỰC VẬT . 13
1.2.1.Một số phương pháp sinh học phân tử sử dụng trong nghiên cứu

quan hệ di truyền thực vật . 13

1.2.1.1.Kỹ thuật RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisms –

đa hình độ dài các đoạn cắt giới hạn) 14

1.2.1.2. Kỹ thuật AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism – đa


hình độ dài các đoạn được nhân bản chọn lọc) . 14

1.2.1.3. Kỹ thuật SSR (Simple Sequence Repeat – trình tự lặp lại đơn giản) 15
1.2.1. 4. Bản đồ QTL (Quantiative Trait loci) 17

1.2.1.5. Kỹ thuật RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA) . 17

1.2.2. Nghiên cứu sự đa dạng di truyền ở thực vật bằng kỹ thuật RAPD . 20

1.2.3.Tình hình nghiên cứu sự đa dạng di truyền của ngô bằng kỹ thuật RAPD . 22

1.3. NHẬN XÉT CHUNG . 24

Chương 2 . VẬT LIỆU VÀ PHưƠNG PHÁP 25

2.1.VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 25

2.1.1.Vật liệu thực vật . 25

2.1.2.Hoá chất . 25

2.1.3.Thiết bị . 26

2.2. PHưƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU . 26

2.2.1.Phương pháp hóa sinh 26

2.2.1.1.Xác định hàm lượng lipid 26

2.2.1.2.Xác định hàm lượng protein . 26

2.2.1.3.Xác định hàm lượng đường tan . 27

2.2.2.Phương pháp sinh học phân tử . 27

2.2.2.1.Phương pháp tách DNA từ lá non của ngô . 27

2.2.2.2.Phương pháp xác định hàm lượng và độ tinh sạch DNA tổng số . 28

2.2.2.3.Phản ứng RAPD 29

2.2.2.4.Phương pháp xử lý kết quả và tính toán số liệu 30

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 31

3.1. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, HÓA SINH HẠT CỦA CÁC GIỐNG

NGÔ NGHIÊN CỨU 31


3.1.1.Đặc điểm hình thái của 14 giống ngô nghiên cứu 31

3.1.2.Hàm lượng protein, lipid, đường của 14 giống ngô nghiên cứu 32

3. 2. PHÂN TÍCH TÍNH ĐA HÌNH DNA BẰNG KỸ THUẬT RAPD . 35

3.2.1.Kết quả tách chiết DNA tổng số từ lá ngô . 35

3.2.2.Kết quả nghiên cứu đa hình DNA bằng kỹ thuật RAPD . 37

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 50

CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52


NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT



AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism (Tính đa hình chiều dài các phân đoạn được nhân bản)
ASTT Áp suất thẩm thấu

CS Cộng sự

DNA Deoxyribonucleic acid

dNTP Deoxyribonucleotit triphotphat EDTA Ethylene Diamin Tetraaxetic Acid ISSR Inter Simple Sequence Repeats
Kb Trạng Quỳnhbase

LEA Late Embryogeneis Abundant protein (Protein tổng hợp với lượng lớn ở giai đoạn cuối của quá trình phát triển phôi)
PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi polymerase)

RAPD Random Amplified Polymorphism DNA (Phân tích ADN đa hình được nhân bản ngẫu nhiên)
RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism (Phân tích chiều dài các phân đoạn ADN cắt hạn chế)
SDS Sodium Dodecyl Sulphat

SDS-PAGE Phương pháp điện di trên gel polyacrylamid có chứa SDS

SSR Simple Sequence Repeats STS Sequense Tagged Site TBE Tris - Boric acid - EDTA TAE Tris - Acetate - EDTA
TE Tris - EDTA

Tris Trioxymetylaminometan


DANH MỤC CÁC BẢNG




Bảng Tên bảng Trang

1.1
Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100)
8

1.2
Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020
9

1.3
Tình hình sản xuất ngô của một số khu vực trên thế giới
giai đoạn 2005 – 2007 . 10

1.4 Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới
năm 2007 11

1.5 Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006 13

2.1 Đặc điểm 14 giống ngô nghiên cứu . 25

2.2 Trình tự các nucleotide của 10 mồi RAPD sử dụng trong

nghiên cứu . 29

2.3 Thành phần phản ứng RAPD . 30

3.1 Đặc điểm của 14 giống ngô nếp địa phương . 31

3.2 Hàm lượng protein, lipid, đườn
g trong hạt của 14 giống ngô . 33

3.3 Phổ hấp thu DNA ở bước sóng 260nm và 280nm . 36

3.4 Số phân đoạn DNA xuất hiện ở
từng giống ngô nghiên cứu 38

3.5 Tỷ lệ phân đoạn đa hình khi sử dụng 10 mồi RAPD . 47

3.6 Hệ số tương đồng di truyền của 14 giống ngô nếp 48


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình Tên hình Trang

3.1 Hình dạng hạt của 14 giống ngô 32

3.2 Hình ảnh điện di DNA tổng số của 14 giống ngô 35

3.3 Phổ hấp thụ DNA của giống SLV đo ở bước sóng 260 nm. 37

3.4 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M1 của 14

giống ngô . 39

3.5 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M2 của 14

giống ngô . 40

3.6 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M4 của 14

giống ngô . 41

3.7 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M6 của 14

giống ngô . 42

3.8 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M8 của 14

giống ngô . 43

3.9 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi M9 của 14

giống ngô . 43

3.10 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi RA159 của 14

giống ngô . 44

3.11 Hình ảnh điện di sản phẩm RAPD với mồi UBC23 của 14

giống ngô . 46

3.12 Biểu đồ mô tả quan hệ di truyền của 14 giống ngô 49