Nghiên cứu tính đa dạng di truyền của một số giống ngô

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
--------------------------------







TRẦN THỊ NGỌC DIỆP





NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN
CỦA MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (ZEA MAYS L.)







luËn v¨n th¹c sÜ sinh häc

Thái Nguyên: 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM
------------------------------





TRẦN THỊ NGỌC DIỆP





NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN CỦA
MỘT SỐ GIỐNG NGÔ (ZEA MAYS L.)



Chuyên ngành: Di truyền học

Mã số: 60.42.70



LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC





Ng-êi h-íng dÉn khoa häc: PGS.TS CHU HOÀNG MẬU





Thái Nguyên: 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực, chưa có ai công bố.


Tác giả




Trần Thị Ngọc Diệp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS. TS Chu Hoàng Mậu đã tận tình
hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin cảm ơn TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh - Bộ môn Khoa học sự
sống - Trường Đại học khoa học – Đại học Thái nguyên đã tận tình giúp đỡ
tôi trong quá trình thực hiện các thí nghiệm nghiên cứu của đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Trường Đại học Sư phạm - Đại
học Thái nguyên, Ban chủ nhiệm Khoa Sinh – KTNN và các thầy cô giáo, cán
bộ trong khoa đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và hoàn
thành luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn sự động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện
của Ban giám hiệu Trường Đại học Hùng Vương, Ban chủ nhiệm khoa Nông
– Lâm – Ngư, cùng các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè đã tạo mọi điều kiện
và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và làm luận văn.

Tác giả



Trần Thị Ngọc Diệp






Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
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
Chƣơng 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
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
Chƣơng 2 . VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG 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. PHƢƠNG 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

Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 31
3.1. ĐẶC ĐIỂM HÌNH THÁI, HÓA SINH HẠT CỦA CÁC GIỐNG
NGÔ NGHIÊN CỨU....................................................................................

31
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
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
















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
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 Kilobase
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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
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, đường 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


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
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,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

2
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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

3
Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. CÂY NGÔ
1.1.1. Nguồn gốc và phân loại cây ngô
Cây ngô (Zea mays L.) thuộc chi Maydeae, họ hòa thảo Gramineae,
có nguồn gốc từ Trung Mỹ. Ngô có bộ nhiễm sắc thể (2n=20). Có nhiều
cách để người ta phân loại ngô, một trong các cách đó là dựa vào cấu trúc
nội nhũ của hạt và hình thái bên ngoài của hạt. Ngô được phân thành các
loài phụ: ngô đá rắn, ngô răng ngựa, ngô nếp, ngô đường, ngô nổ, ngô bột,
ngô nửa răng ngựa. Từ các loài phụ dựa vào màu hạt và màu lõi ngô được
phân chia thành các thứ. Ngoài ra ngô còn được phân loại theo sinh thái
học, nông học, thời gian sinh trưởng và thương phẩm [12].
Có rất nhiều giả thuyết về nguồn gốc của ngô tại châu Mỹ như ngô là
sản phẩm thuần dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp. parviglumis) một
năm ở Trung Mỹ, có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sông Balsas ở miền
nam Mexico. Cũng có giả thuyết khác cho rằng ngô sinh ra từ quá trình lai

ghép giữa ngô đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi không đáng kể của ngô dại)
với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes. Song điều quan trọng nhất nó đã hình
thành vô số loài phụ, các thứ và nguồn dị hợp thể của cây ngô, các dạng
cây và biến dạng của chúng đã tạo cho nhân loại một loài ngũ cốc có giá trị
đứng cạnh lúa mì và lúa nước [12].
1.1.2. Đặc điểm nông sinh học của cây ngô
Cơ quan sinh dưỡng của ngô gồm rễ, thân và lá làm nhiệm vụ duy trì
đời sống cá thể. Hạt được coi là cơ quan khởi đầu của cây.
Sau khi gieo hạt, ngô phát triển thành mầm. Cây mầm chủ yếu sử
dụng nguồn dinh dưỡng chứa trong nội nhũ hạt. Bộ phân phía trên hạt phát
triển lên mặt đất gồm có trụ giữa lá mầm. Phần đỉnh trụ lá mầm có mấu bao
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

4
lá mầm, từ đó phát sinh bao lá mầm và bên trong bao lá mầm là thân lá
mầm. Trên trục của cây mầm, một đầu hình thành rễ cây mầm, sau đó phát
triển thành rễ chính, từ rễ chính hình thành các rễ phụ. Ngô là cây có rễ
chùm tiêu biểu cho bộ rễ cây hòa thảo. Hệ rễ có ba loại: rễ mầm, rễ đốt và
rễ chân kiềng. Rễ đốt giúp cho cây hút nước và các chất dinh dưỡng. Rễ
chân kiềng mọc xung quanh các đốt phần thân sát gốc trên mặt đất, rễ này
giúp cây chống đổ, đồng thời cũng tham gia vào hút nước và thức ăn cho
cây. Số lượng rễ, số lông rễ và chiều dài rễ khác nhau ở mỗi giống.
Thân ngô thường phát triển mạnh, thẳng cứng dạng bền chắc. Thân
chia làm nhiều gióng, các gióng nằm giữa các đốt, các gióng dài và to dần
từ dưới lên.
Lá ngô mọc từ mắt trên đốt và mọc đối xứng xen kẽ nhau. Độ lớn và
số lá ngô dao động từ 6 đến 22 là tùy thuộc vào giống và điều kiện tự
nhiên. Lá ngô trưởng thành bao gồm các bộ phận: bẹ lá, phiến lá và thìa lá.
Bắp ngô phát sinh từ mầm nách lá trên thân, số mầm nách lá trên cây
ngô nhiều, nhưng chỉ 1-3 mầm nách trên cùng phát triển thành bắp. Tuỳ

thuộc vào giống, điều kiện sinh thái, chăm bón, mật độ, mùa vụ… mà tỷ lệ
cây 2-3 bắp, số hạt trên bắp, vị trí đóng bắp, thời gian phun râu, trỗ cờ…có
khác nhau.
Hạt ngô thuộc loại quả dĩnh gồm 4 bộ phân chính: vỏ hạt, lớp alơron,
phôi và nội nhũ. Phía dưới hạt có gốc hạt gắn liền với lõi ngô. Vỏ hạt bao
bọc xung quanh, màu sắc vỏ hạt tùy thuộc vào từng giống, nằm sau lớp vỏ
hạt là lớp alơron bao bọc lấy nội nhũ và phôi. Nội nhũ là thành phần chính
70-78% trọng lượng hạt, thành phần chủ yếu là tinh bột, ngoài ra còn có
protein, lipid, vitamin, khoáng và enzyme để nuôi phôi phát triển. Phôi ngô
lớn (chiếm 8-15%) nên cần chú trọng bảo quản [12]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

5
Mỗi một giai đoạn sinh trưởng, cây ngô yêu cầu về điều kiện sinh thái
khác nhau. Trong điều kiện đảm bảo về ẩm độ, ôxy và nhiệt độ thích hợp
cho ngô nảy mầm nhanh sau khi gieo. Nhiệt độ tối thiểu cho hạt nảy mầm
từ 8 – 12
0
C, nhiệt độ tối đa cho hạt nảy mầm từ 40 – 45
0
C, nhiệt độ tối
thích từ 25 – 28
0
C. Ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau thì sự hút chất
dinh dưỡng cũng như yêu cầu về dinh dưỡng của ngô cũng khác nhau: Ở
thời kỳ đầu cây ngô hút chất dinh dưỡng chậm, thời kỳ từ 7 - 8 lá đến sau
trỗ 15 ngày toàn bộ các bộ phận trên mặt đất cũng như các bộ phận dưới
mặt đất của cây ngô tăng trưởng nhanh, các cơ quan sinh trưởng phát triển
mạnh, lượng tinh bột và chất khô tăng nhanh. Đây là giai đoạn cây ngô hấp
thu chất dinh dưỡng tối đa (bằng 70 - 90% dinh dưỡng cả vòng đời cây

hút). Ở thời kỳ này nếu cây thiếu nước và chất dinh dưỡng sẽ làm giảm
năng suất từ 10 - 20%. Trong các yếu tố dinh dưỡng thì đạm là nguyên tố
dinh dưỡng quan trọng bậc nhất của cây ngô (Lê Đức Biên,1986) [2].
1.1.3. Vai trò cây ngô trong nền kinh tế
Ngô làm lương thực cho con người: Ngô là cây lương thực nuôi sống
gần 1/3 dân số trên toàn thế giới, tất cả các nước trồng ngô nói chung đều
ăn ngô ở mức độ khác nhau. Toàn thế giới sử dụng 21% sản lượng ngô làm
lương thực cho người. Các nước ở Trung Mỹ, Nam Á và Châu Phi sử dụng
ngô làm lương thực chính. Các nước Đông Nam Phi sử dụng 85% sản
lượng ngô làm lương thực cho người, Tây Trung Phi 80%, Bắc Phi 42%,
Tây Á 27%, Nam Á 75%, Đông Nam Á và Thái Bình Dương 39%, Đông Á
30%, Trung Mỹ và các vùng Caribe 61%... Nếu như ở Châu Âu khẩu phần
ăn cơ bản là: bánh mỳ, khoai tây, sữa; Châu Á: cơm (gạo), cá, rau xanh
(canh) thì châu Mỹ La Tinh là bánh ngô, đậu đỗ và ớt. Vì vậy, trên phạm vi
thế giới, ngô vẫn còn là cây lương thực rất quan trọng, vì ngô rất phong
phú các chất dinh dưỡng hơn lúa mỳ và gạo.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

6
Ngô làm thức ăn gia súc: Ngô là thức ăn gia súc quan trọng nhất hiện
nay. Hầu như 70% chất tinh trong thức ăn tổng hợp là từ ngô, điều đó phổ
biến trên toàn thế giới. Ngoài việc cung cấp chất tinh, cây ngô còn là thức
ăn xanh và ủ chua lí tưởng cho đại gia súc.
Những năm gần đây cây ngô còn là cây thực phẩm, người ta dùng bắp ngô
bao tử làm rau cao cấp. Sở dĩ, ngô rau được dùng vì nó sạch và có hàm lượng
dinh dưỡng cao. Các thể loại ngô nếp, ngô đường (ngô ngọt) được dùng làm
thức ăn tươi (luộc, nướng) hoặc đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu.
Ngô là nguyên liệu chính cho các nhà máy thức ăn gia súc tổng hợp,
ngô còn là nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất rượu, tinh bột, bánh
kẹo… Người ta đã sản xuất ra các mặt hàng khác nhau cho các ngành công

nghiệp lương thực - thực phẩm, công nghiệp dược và công nghiệp nhẹ.
Ngô cũng là hàng hoá xuất khẩu. Hàng năm lượng ngô xuất khẩu
khoảng 70 triệu tấn. Đó là nguồn lợi lớn của các nước xuất khẩu. Các nước
xuất khẩu chính là Mỹ, Pháp, Argentina, Trung Quốc, Thái Lan. Các nước
nhập chính là Nhật Bản, Hàn Quốc, Liên Xô cũ, Châu Phi, Mexico… [13].
Ngô vừa là cây lương thực, vừa là cây thức ăn cho gia súc. Chính vì
vậy diện tích trồng ngô trên thế giới tăng không ngừng. Năm 1979 diện tích
trồng ngô chỉ đạt khoảng 127 triệu ha với tổng sản lượng là 475,4 triệu tấn,
đến năm 2007 diện tích trồng ngô đạt 145,1 triệu ha với sản lượng 705,3
triệu tấn (theo số liệu thống kê của FAO, 2008).
Ở Việt Nam, cây ngô đã được trồng cách đây khoảng 300 năm và
được trồng trên những điều kiện sinh thái khác nhau của cả nước. Hàm
lượng chất dinh dưỡng của ngô tùy thuộc vào từng giống, đặc biệt là các
giống ngô nếp địa phương tuy năng suất không cao nhưng chất lượng của
hạt ngô tốt phù hợp với thị hiếu của người tiêu dùng. Vì vậy, việc nghiên
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

7
cứu đặc điểm hình thái, hóa sinh của các giống ngô giúp chọn được các
giống ngô có năng suất cao và chất lượng tốt đáp ứng cho công tác giống
và nhu cầu sử dụng của con người.
1.1.4. Đặc điểm hóa sinh hạt ngô
Các chất trong hạt ngô dễ bị đồng hóa nên có giá trị dinh dưỡng cao.
Hạt ngô chứa tinh bột, lipid, protein, đường (chiếm khoảng 3,5%), chất
khoáng (chiếm khoảng 1 – 2,4%), vitamin (gồm vitamin A, B1, B2, B6, C
và một lượng rất nhỏ xenlulo (2,2%).
Hạt ngô chứa phần lớn tinh bột, hàm lượng tinh bột trong hạt thay
đổi trong giới hạn 60 - 70%. Hàm lượng tinh bột ở ngô tẻ nhiều hơn ngô
nếp (68% so với 65%). Tinh bột tập trung chủ yếu ở nội nhũ và được chia
thành hai dạng tinh bột là tinh bột mềm (tinh bột bột) và tinh bột cứng (tinh

bột sừng hay tinh bột phalê).
Hàm lượng lipid cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau lúa mạch, nó
chiếm khoảng (3,5 – 7%) và phụ thuộc vào từng giống, điều kiện tự nhiên.
Lipid được tập trung nhiều ở phôi và màng alơron. Dầu ngô chứa đến 50%
acid linoleic liên kết với glyxerit, acid oleic, panmitic, ricinic. Hàm lượng
lipid là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng hạt [9].
Protein của ngô được chia thành 3 dạng chính: protein hoạt tính (chủ
yếu là emzyme), protein cấu tạo và protein dự trữ, trong đó protein dự trữ
chiếm tỉ lệ cao nhất. Hàm lượng protein dao động từ 4,8 đến 16,6,% tùy
vào mỗi giống. Lợi dụng tính chất hòa tan của protein trong các dung môi,
người ta có thể tách triết protein tan từ ngô phục vụ cho nhiều mục đích
nghiên cứu như đánh giá chất lượng hạt, khả năng chịu hạn…
Thành phần hoá học của hạt ngô vàng đều cao hơn so với gạo trắng.
Ngoài thành phần tinh bột, protein, lipid, ở ngô còn chứa nhiều loại
vitamin, trong đó vitamin C cao nhất. Về nhiệt lượng của ngô cao hơn gạo
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

8
trắng là 10%. Qua đó cho thấy, ngô là cây lương thực có giá trị dinh dưỡng
tương đối cao (bảng 1.1).
Bảng 1.1. Thành phần hoá học của hạt ngô và gạo (Phân tích trên 100g)
Thành phần hóa học Gạo trắng Ngô vàng
Tinh bột (g) 65,00 68,20
Protein (g) 8,00 9,60
Lipid (g) 2,50 5,20
Vitamin A (mg) 0 0,03
Vitamin B1 (mg) 0,20 0,28
Vitamin B2 (mg) 0 0,08
Vitamin C (mg) 0 7,70
Nhiệt lượng (Kalo) 340 350

(Cao Đắc Điểm, 1988) [8]
1.1.5. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới và ở Việt Nam
1.1.5.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Trong những năm gần đây diện tích ngô trên toàn thế giới đã tăng lên
gấp rưỡi, năng suất tăng gấp 2,5 lần. Diện tích ngô hàng năm khoảng 139
triệu ha, năng suất bình quân khoảng 3,8 triệu tấn/ha, tổng sản lượng ngô
trên 525 triệu tấn/ ha. Ngô là cây có địa bàn phân bố vào loại rộng nhất thế
giới, trải rộng hơn 90 vĩ tuyến: Từ 40
0
N lên gần đến 55
0
B, từ độ cao 1 - 2
m đến 400 m so với mực nước biển [13]. Do đó, ngô được trồng ở hầu hết
các nơi trên thế giới như Châu Mỹ, Châu Âu, Châu Úc, Châu Phi.
Theo dự báo của Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới
(IPRI, 2003), vào năm 2020 tổng nhu cầu ngô thế giới là 852 triệu tấn,
trong đó 15% dùng làm lương thực, 69% dùng làm thức ăn chăn nuôi, 16%
dùng làm nguyên liệu cho công nghiệp. Ở các nước phát triển chỉ dùng 5%
ngô làm lương thực nhưng ở các nước đang phát triển sử dụng 22% ngô
làm lương thực (IPRI, 2003) Đến năm 2020, nhu cầu ngô thế giới tăng 45%
so với nhu cầu năm 1997, chủ yếu tăng cao ở các nước đang phát triển
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

9
(72%), riêng Đông Nam Á nhu cầu tăng 70% so với năm 1997 (Bảng 1.2),
sở dĩ nhu cầu ngô tăng mạnh là do dân số thế giới tăng, thu nhập bình quân
đầu người tăng, nên nhu cầu thịt, cá, trứng, sữa tăng mạnh, dẫn đến đòi hỏi
lượng ngô dùng cho chăn nuôi tăng. Nhưng thách thức lớn nhất là 80% nhu
cầu ngô thế giới tăng (266 triệu tấn), lại tập trung ở các nước đang phát
triển. Hơn nữa chỉ khoảng 10% sản lượng ngô từ các nước công nghiệp có

thể xuất sang các nước đang phát triển. Vì vậy, các nước đang phát triển
phải tự đáp ứng nhu cầu của mình (IPRI, 2003).
Bảng 1.2. Dự báo nhu cầu ngô thế giới đến năm 2020
Vùng Năm 1977
(Triệu tấn)
Năm 2020
( Triệu tấn)
% thay đổi

Thế giới 586 852 45
Các nước đang phát triển 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
(Nguồn: Viện nghiên cứu chương trình lương thực thế giới IPRI, 2003)
Theo Đại học Tổng hợp Iowa (2006), trong những năm gần đây khi thế
giới cảnh báo nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt, thì ngô đã và đang được chế biến
ethanol, thay thế một phần nhiên liệu xăng dầu chạy ô tô tại Mỹ, Braxin,
Trung Quốc,... Riêng ở Mỹ, năm 2002 - 2003 đã dùng 25,2 triệu tấn ngô để
chế biến ethanol, năm 2005 - 2006 dùng 40,6 triệu tấn và dự kiến năm 2012
dùng 190,5 triệu tấn ngô (Oxfarm, 2004). Diện tích, năng suất, sản lượng ngô
giữa các châu lục trên thế giới có sự chênh lệch tương đối lớn được thể hiện
bảng 1.3
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

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

Khu vực
Diện tích
(Triệu ha)
Năng suất
(Tạ/ha)
Sản lƣợng
(Triệu tấn)

2005

2006

2007

2005

2006

2007

2005

2006

2007
Châu Âu 11,9 15,6 13,9 46,5 61,3 59,1 69,1 96,1 82,6
Châu Á 43,7 45,0 46,4 38,3 40,7 39,9 167,3 183,3 185,4
Bắc và
Trung Mỹ

39,9 40,9 41,3 72,6 81,6 75,7 289,6 333,7 312,0
Thế giới 144,3 146,9 147,0 44,5 49,9 41,7 642,5 724,2 692,0
(Nguồn: Số liệu thống kê của FAOSTAT, 2008)
Qua bảng 1.3 cho thấy: Diện tích trồng ngô giữa các Châu lục có sự
chênh lệch nhau trong đó Châu Á là khu vực có diện tích trồng ngô lớn
nhất, năm 2005 là 43,7 triệu ha đến năm 2007 là 46,4 triệu ha, chiếm
khoảng 31,6% diện tích ngô toàn thế giới. Đứng ở vị trí thứ hai là khu
vực Bắc và Trung Mỹ chiếm khoảng 28% diện tích trồng ngô thế giới.
Châu Âu là khu vực có diện tích trồng ngô thấp, chiếm khoảng 9,5%
diện tích trồng ngô thế giới. Nhìn chung diện tích trồng ngô của các khu
vực trên thế giới biến động giữa các năm không đáng kể, nếu lấy 2007
làm mốc so sánh thì Châu Âu có giảm về mặt diện tích, còn Châu Á cùng
với Bắc và Trung Mỹ thì diện tích tăng. Bắc và Trung Mỹ là khu vực có
năng suất cao nhất đạt 75,70 tạ/ha, đứng thứ hai là khu vực Châu Âu:
59,10 tạ/ha, và thấp nhất là Châu Á 39,91 tạ/ha (năm 2007). Sở dĩ Châu
Á có năng suất thấp chủ yếu là do khu vực này có điều kiện thời tiết bất
thuận như: hạn hán, lũ lụt, đất canh tác chưa thuận lợi. Giai đoạn 2005 -
2007, Châu Á và khu vực Bắc và Trung Mỹ năng suất tăng mạnh, Châu
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

11
Á tăng 2,4 tạ/ha, Bắc và Trung Mỹ tăng 9 tạ/ha, đến năm 2007 do nhiều lý do
khác nhau hai khu vực này đều có năng suất giảm. Bắc và Trung Mỹ là khu
vực dẫn đầu về sản lượng ngô trên toàn thế giới, năm 2005 đạt 289,6 triệu tấn,
chiếm 44,45% tổng sản lượng ngô toàn thế giới. Đứng thứ hai là khu vực Châu
Á đạt 167,3 triệu tấn, chiếm 25,87%% tổng sản lượng ngô toàn thế giới. Năm
2007 khu vực Bắc và Trung Mỹ đạt 312,0 triệu tấn, chiếm 45,08% tổng sản
lượng ngô toàn thế giới, Khu vực Châu Á đạt 185,43 triệu tấn, chiếm 26,79%
tổng sản lượng ngô toàn thế giới.
Như vậy, trong giai đoạn từ năm 2005 đến 2007 diện tích trồng

ngô trên thế giới tăng không đáng kể, nhưng do áp dụng các thành tựu
khoa học kỹ thuật tiên tiến đặc biệt là việc mở rộng diện tích trồng ngô
lai nên thế giới có sự nhảy vọt về năng suất và sản lượng ngô, nhất là các
nước có nền kinh tế phát triển có điều kiện thâm canh cao và sử dụng
100% giống ngô lai trong sản xuất. Trên thế giới có một số nước như
Trung Quốc, Mỹ, Braxin chủ yếu là sử dụng ngô lai trong gieo trồng và
cũng là những nước có diện tích trồng ngô lớn. Tình hình sản xuất ngô
của một số quốc gia trên thế giới được thể hiện qua bảng 1.4.
Bảng 1.4. Tình hình sản xuất ngô của một số quốc gia trên thế giới năm 2007
Tên nƣớc Diện tích
(Triệu ha)
Năng suất
(Tạ/ha)
Sản lƣợng
(triệu tấn)
Italy 1,06 93,15 10,62
Mỹ 30,08 100,64 280,22
Hy lạp 0,84 80,95 6,80
Canada 1,08 77,43 8,39
Trung Quốc 26,22 50,01 131,15
Ấn Độ 7,40 19,60 14,50
(Nguồn: Số liệu thống kê của FAO, 2008)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

12
Qua bảng 1.4 cho thấy, Mỹ là nước có diện tích, năng suất, sản lượng
lớn nhất đạt 30,08 triệu ha, với tổng sản lượng đạt 280,22 triệu tấn, năng suất
bình quân đạt 100,64 tạ/ha. Có thể nói, Mỹ và Trung Quốc là hai cường quốc
có diện tích trồng ngô lớn nhất và cao gấp nhiều lần so với các quốc gia khác.
Theo số liệu của tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Liên hợp quốc (FAO)

việc sản xuất và tiêu thụ ngô trên thế giới đang có sự mất cân đối giữa cung
và cầu dẫn đến tình trạng các nước nhập khẩu ngô tăng dần, còn các nước
xuất khẩu ngô thì lại có xu hướng giảm. Nước xuất khẩu ngô nhiều là Mỹ,
Trung Quốc, Braxin,... các nước nhập khẩu ngô chính là Nhật Bản, Nam
Triều Tiên, Malayxia,... Đối với các nước chậm phát triển, do điều kiện kinh
tế còn gặp nhiều khó khăn, đầu tư thấp, sử dụng các giống ngô địa phương,
ngô thụ phấn tự do là chính, cho nên mặc dù trồng với diện tích lớn (trên 93,5
triệu ha) gấp 2 lần các nước phát triển nhưng sản lượng lại thấp hơn nhiều,
hiện nay chỉ có 20 nước năng suất ngô vượt mức bình quân của thế giới. Sản
lượng ngô trên thế giới trong những năm gần đây có chiều hướng giảm nhẹ,
do diện tích ngô có phần bị thu hẹp nhưng sản lượng chỉ giảm ở những nước
phát triển, còn đối với những nước đang phát triển sản lượng ngô lại tăng.
Như vậy, trên thế giới trong những năm qua về năng suất ngô đã tăng
nhanh ở một số nước phát triển và các nước đang phát triển. Hiện nay, thị
trường ngô trên thế giới được đánh giá là một thị trường tương đối khả quan.
Chính vì vậy mà sản xuất ngô trên toàn cầu sẽ tăng trưởng mạnh trong những
năm tới (theo USDA 1/2003).
1.1.5.2. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam
Ở Việt Nam, cây ngô đã được trồng cách đây khoảng 300 năm và được
trồng trên những điều kiện sinh thái khác nhau của cả nước. Là cây lương
thực quan trọng thứ hai sau cây lúa, là cây trồng chính để phát triển ngành
chăn nuôi. Năng suất ngô ở nước ta trước đây rất thấp so với năng suất ngô
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

13
thế giới, do sử dụng giống ngô địa phương và áp dụng khoa học kỹ thuật vào
sản xuất còn hạn chế. Phải tới năm 1991 cây ngô lai mới bắt đầu được đưa
vào sản xuất ở nước ta, tỷ lệ trồng giống lai từ 0,1% năm 1990, năm 2006 đã
tăng lên 80% và đưa Việt Nam trở thành nước sử dụng giống lai nhiều và có
năng suất cao của khu vực Đông Nam Á.

Bảng 1.5. Tình hình sản xuất ngô ở Việt Nam từ năm 2004 đến năm 2006
Năm Diện tích
(1000 ha)
Năng suất
(Tạ/ha)
Sản lƣợng
(1000 tấn)
2004
991,10 34,6171 343,09
2005
1052,60 35,6859 375,63
2006
1031,60 37,024 381,94
Ở nước ta ngô được trồng ở hầu hết các địa phương có đất cao dễ thoát
hơi nước. Những vùng trồng ngô lớn là Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, miền núi
phía Bắc, Trung du đồng bằng Sông Hồng, Duyên hải Miền Trung [7]. Trong
đó, khu vực miền núi phía Bắc trồng chủ yếu là các giống ngô địa phương.
Năng suất của các giống ngô địa phương thường thấp, tuy nhiên các giống
ngô địa phương vẫn tiếp tục được quan tâm nghiên cứu vì các ưu điểm như
khả năng chịu hạn, kháng sâu bệnh tốt và có thể gieo trồng trên nhiều loại đất
khác nhau. Đặc biệt, những năm gần đây do kỹ thuật canh tác, do môi trường,
do sự xuất hiện các giống ngô lai và nhiều nguyên nhân khác dẫn đến sự cạn
kiệt về nguồn gen giống ngô địa phương. Vì vậy việc sưu tập, nghiên cứu và
đánh giá nguồn gen các giống ngô địa phương là hết sức cần thiết.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG DI TRUYỀN Ở THỰC VẬT
1.2.1. Một số phƣơng pháp sinh học phân tử sử dụng trong nghiên cứu
quan hệ di truyền thực vật
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

14

1.2.1.1. Kỹ thuật RFLP (Restriction Fragment Length Polymorphisms –
đa hình độ dài các đoạn cắt giới hạn)
Kỹ thuật RFLP là kỹ thuật sử dụng các endonuclease giới hạn cắt DNA
hệ gen ở trình tự nhận biết đặc trưng tạo ra hàng loạt đoạn DNA có độ dài xác
định, số lượng các đoạn này phụ thuộc vào số điểm nhận biết trong hệ gen.
Đa hình độ dài này được phát hiện bởi đánh dấu phóng xạ các mẫu dò DNA
bổ sung tạo ra từ cùng một locus. RFLP là chỉ thị đồng trội. Ưu điểm của
RFLP là: chỉ thị tin cậy trong phân tích liên kết và chọn giống vì chúng có thể
xác định được một tính trạng ở trạng thái đồng hợp hoặc dị hợp trong một cá
thể, tận dụng được biến dị tự nhiên, phát hiện tính biến dị của DNA trong các
giai đoạn phát triển ở cơ quan khác nhau và xây dựng quan hệ di truyền,
nghiên cứu quan hệ họ hàng. Nhược điểm của RFLP là kỹ thuật phức tạp, tốn
kém và mất thời gian. Phương pháp này đòi hỏi một lượng DNA lớn (50 –
200ng từ mỗi cá thể) [6].
Ignjatovic-Micic D. và cs (2003) đã sử dụng kỹ thuật RFLP kết hợp với
kỹ thuật RAPD để xác định quan hệ di truyền của 2178 giống ngô địa
phương. Kết quả xác định khoảng cách di truyền dao động từ 0,1311 đến
0,5075. Tác giả kết luận, dữ liệu phân tích RAPD và RFLP đều cho kết quả
giống nhau nên có thể dùng cả hai phương pháp này để xác định đa hình di
truyền [33].
Moretti A và cs (2008) đã sử dụng RFLP để xác định quan hệ di truyền
của Fusarium subglutinans gây bệnh ở ngô [37].
1.2.1.2. Kỹ thuật AFLP (Amplified Fragment Length Polymorphism – đa
hình độ dài các đoạn đƣợc nhân bản chọn lọc)
Kỹ thuật AFLP là kỹ thuật kết hợp của RFLP và PCR. AFLP phát hiện
một cách có chọn lọc các đoạn DNA hệ gen được cắt bởi enzyme giới hạn và
gắn với adaptor (đoạn tiếp hợp). AFLP hoạt động dựa trên nhiều nguyên tắc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

15

tương tự như RAPD, tuy nhiên có điểm khác biệt là mồi bao gồm hai phần:
phần cố định dài khoảng 15 bp chứa điểm nhận biết của enzyme giới hạn,
phần thay đổi dài khoảng 2-4 bp. Phân tích sản phẩm PCR được điện di trên
gel polyacryamide có độ phân giải cao. Sự đa hình được xác định bởi sự có
mặt hay không có mặt của một phân đoạn DNA. AFLP rất có hiệu quả trong
xác định quan hệ di truyền và lập bản đồ. Hiện nay, phân tích AFLP sử dụng
phương pháp nhuộm bạc nên dễ áp dụng, tuy giá thành cao hơn với phương
pháp RAPD. Kỹ thuật AFLP có ưu điểm là phân tích đa hình trong khoảng
thời gian ngắn, đòi hỏi lượng DNA ít, cho sự đa hình cao, tuy nhiên việc thiết
kế mồi rất phức tạp.
Kỹ thuật AFLP được Miranda Oliverira K. và cs, (2004) sử dụng để đánh
giá mối quan hệ di truyền của 96 dòng ngô lai cùng dòng, kết quả thu được
638 băng DNA trong đó có 569 băng DNA đa hình, hệ số tương đồng di
truyền dao động trong khoảng 0.345 tới 0.891, sơ đồ quan hệ di truyền chia
96 dòng ngô nghiên cứu thành 17 nhóm [36].
Hartings H. và cs (2008) cũng sử dụng kỹ thuật này để xác định khoảng
cách di truyền của 54 giống ngô Italy [32].
Garcia và cs (2004) đã kết hợp các kỹ thuật RAPD, RFLP, AFLP và SSR
để nghiên cứu đa dạng di truyền của 18 dòng ngô lai. Sử dụng kỹ thuật AFLP
thu được 774 băng đa hình, kỹ thuật RAPD khuếch đại được 262 băng DNA,
kỹ thuật RFLP thu được 185 băng và SSR nhận được 68 băng đa hình [30].
Thomas Lübberstedt và cs (2000) đã xác định quan hệ di truyền của một
số giống ngô lai bằng kỹ thuật AFLP với việc sử dụng 8 mồi AFLP thu được
462 băng DNA đa hình [48].
1.2.1.3. Kỹ thuật SSR (Simple Sequence Repeat – trình tự lặp lại đơn giản)
Kỹ thuật SSR còn được gọi là kỹ thuật microsatellies (vi vệ tinh). Kỹ thuật
này được Litt và Luty phát triển năm 1989 dựa trên nguyên tắc của PCR [36].