Nghiên cứu vật liệu khởi đầu cho công tác lai tạo chọn giống đậu nành cho vùng ĐBSCL

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

-------------------

NGUYỄN THÚY KIỀU TIÊN

NGHIÊN CỨU
VẬT LIỆU KHỞI ĐẦU CHO CÔNG TÁC LAI TẠO
CHỌN GIỐNG ĐẬU NÀNH CHO VÙNG ĐBSCL

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng
Mã số: 62 62 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:
GS. TS. Nguyễn Thị Lang

CẦN THƠ- 2011


ii

LỜI CẢM TẠ
Xin chân thành cảm ơn:
- GS.TS. Nguyễn Thị Lang và GS.TS. Bùi Chí Bửu đã tận tình chỉ bảo và hướng
dẫn các nội dung, phương pháp và kế hoạch triển khai thành công các môn học,

thực hiện các thí nghiệm và hoàn thiện luận án.
- Các thầy cô trong hội đồng chấm luận án cấp cơ sở và các thầy cô trong hội
đồng chấm luận án cấp Viện đã góp ý tận tình, giúp đỡ tôi hoàn thiện luận án của
mình.
- Các thầy cô tham gia giảng dạy lớp nghiên cứu sinh khóa 1 của cơ sở đào tạo
Viện Lúa Đồng Bằng Sông Cửu Long.
- Ban lãnh đạo Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long đã giúp đỡ và tạo điều kiện
thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện đề tài và hoàn thiện luận án.
- Phòng Khoa học và hợp tác quốc tế Viện Lúa đồng bằng sông Cửu Long và
Ban đào tạo sau đại học Viện Khoa Học Nông Nghiệp Việt Nam đã hướng dẫn và
giúp đỡ tôi tận tình trong thời gian học tập, nghiên cứu và bảo vệ luận án.
- Các đồng nghiệp bộ môn Di Truyền và Chọn Giống-Viện Lúa Đồng Bằng Sông
Cửu Long đã tận tính giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian học tập, thực
hiện đề tài và hoàn thiện luận án.
- Gia đình cùng các bạn bè thân hữu, đồng nghiệp đã luôn động viên, giúp đỡ
cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện đề tài và hoàn thiện luận án này.
Tác giả luận án

Nguyễn Thúy Kiều Tiên


iii

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
-------------

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu “Nghiên cứu vật liệu khởi đầu cho

công tác lai tạo chọn giống đậu nành cho vùng ĐBSCL” này là của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong
bất kỳ công trình nào khác.

Tác giả luận án

Nguyễn Thúy Kiều Tiên


iv

MỤC LỤC

Trang
1. Tính cấp thiết của đề tài…… .......................................................................... 1
2. Mục tiêu nghiên cứu …… .............................................................................. 2
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ......................................................... 2
3.1. Ý nghĩa khoa học ......................................................................................... 2
3.2. Ý nghĩa thực tiễn ........................................................................................ 2
4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu ................................................. 2
Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ................................................ 3
1.1. Cơ sở khoa học của đề tài ............................................................................ 3
1.2 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước .................................................... 7
1.2.1. Giới thiệu chung về cây đậu nành ............................................................. 7
1.2.2. Các phương pháp lai tạo trong chọn giống ............................................... 12
1.2.3. Các chỉ thị phân tử được ứng dụng trong chọn giống cây trồng ................. 20
1.2.4. Các nghiên cứu về cây đậu nành trong và
ngoài nước liên quan đến đề tài ................................................................ 26
Chương 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .. 40

2.1. Vật liệu nghiên cứu ...................................................................................... 40
2.1.1. Giống và các tổ hợp lai ............................................................................. 40
2.1.2. Các primer được sử dụng .......................................................................... 42
2.1.3. Dụng cụ và hóa chất sử dụng .................................................................... 43
2.1.4. Phân bón và thuốc bảo vệ thực vật ............................................................ 43
2.2. Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 44
2.2.1. Đánh giá các đặc tính nông học của các giống đậu nành. ........................ 44
2.2.2. Đánh giá sự đa dạng di truyền của nguồn gen
đậu nành bằng chỉ thị RAPD và Microsatelite (SSR) ................................. 44
2.2.3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng nguồn gen đậu nành thông


v

qua chương trình lai tạo giống ................................................................... 44
2.2.4. Khai thác gen kháng bệnh rỉ sắt thông qua tạo quần thể
con lai bằng phương pháp lai hồi giao ........................................................ 45
2.3. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 45
2.3.1. Nghiên cứu đánh giá các đặc tính nông học của nguồn
di truyền của các giống đậu nành .............................................................. 45
2.3.2. Nghiên cứu đánh giá sự đa dạng di truyền của nguồn gen
đậu nành bằng chỉ thị RAPD và Microsatelite (SSR) ................................. 46
2.3.3. Nghiên cứu khả năng ứng dụng nguồn gen đậu nành
thông qua chương trình lai tạo giống ......................................................... 53
2.3.4. Khai thác gen kháng bệnh rỉ sắt thông qua tạo quần thể
con lai bằng pháp lai hồi giao .................................................................... 60
2.3.5 Đặc điểm ruộng thí nghiệm…………………………………………………62
2.3.6 Phương pháp xử lý số liệu…………………………………………………..63
Chương 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 64
3.1. Đánh giá các đặc tính nông học của các giống đậu nành ............................. 64

3.1.1. Phân tích dữ liệu kiểu hình........................................................................ 64
3.1.2 Phân nhóm kiểu hình ................................................................................. 67
3.1.3. Phân tích tương quan dựa trên các tính trạng nông học: ........................... 69
3.2. Đánh giá sự đa dạng di truyền của nguồn gen đậu nành
bằng chỉ thị RAPD và Microsattelite (SSR) ................................................ 70
3.2.1. Nghiên cứu đánh giá sự đa dạng di truyền của nguồn gen đậu nành
bằng chỉ thị RAPD ................................................................................... 70
3.2.2. Nghiên cứu đánh giá sự đa dạng di truyền của nguồn gen đậu nành
bằng chỉ thị SSR ...................................................................................... 80
3.2.3. So sánh kết quả kiểu gen giữa phương pháp RADP và SSR ...................... 93
3.3. Ứng dụng nguồn di truyền đậu nành vào chương trình chọn giống
đậu nành ........................................................................................................ 97
3.3.1. Kết quả lai tạo thông qua phương pháp lai dialen ..................................... 97


vi

3.3.2. Đánh giá kiểu gen của 21 tổ hợp lai và bố mẹ .......................................... 106
3.4 Đánh giá bệnh rỉ sắt trên các tổ hợp lai ........................................................ 118
3.4.1 Khai thác di truyền trên các tổ hợp con lai F1 ........................................... 118
3.4.2 Kiểm tra một số dòng mang đơn gen kháng bệnh thế hệ F2 .................... 120
3.4.3 Thanh lọc bệnh rỉ sắt dựa trên xét nghiệm PCR với chỉ thị SSR ................ 124
3.4.4 Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn lọc dòng kháng bệnh rỉ sắt ............... 128
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .............................................................................. 131
Kết luận ............................................................................................................. 131
Đề nghị.............................................................................................................. 132
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO LIÊN QUAN .................................................... 133
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 134

vii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
[i]

Additive x Additive

[J]

Additive x Dominance

AFLP

Amplified Fragment Length Polymorphism

ALP

Amplicon Length Polymorphism

AMOVA

Analysis of molecular variance

AP-PCR

Arbitrary Primer-PCR

ASR

Asian Soybean Rust

BC

Backcross

bp

base pair

CBKT

Cán bộ kỹ thuật

cM

Centimorgan

CMS

Cytoplasmic Male Sterile

ctv

Cộng tác viên

DAF

DNA Aplification Fingerprinting

dATP

Deoxyadenosine-5’-triphosphate

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

ĐBSH

Đồng Bằng Sông Hồng

dCTP

Deoxycytidine-5’-triphosphate

ddATP

Dideoxyadenosine-5’-triphosphate

ddCTP

Dideoxycytidine-5’-triphosphate

ddGTP

Dideoxyguanosine-5’-triphosphate

ddNMP

Dideoxy Nucleotide Mono Phosphate

ddNTP

Dideoxyribonucleotide triphosphate

ddTTP

Dideoxythymidine-5’-triphosphate

dGTP

Deoxyguanosine-5’-triphosphate

DNA

Deoxyribo Nucleic Acid

dNMP

Deoxy Nucleotide Mono Phosphate

dNTP

Deoxyribonucleotide triphosphate

dTTP

Deoxythymidine-5’-triphosphate

viii

EDTA

Ethylenediamine tetraecetate

F

Forward

GCA

General Combining Ability

HIP

Hight Inorganic Phosphate

IRRI

International Rice Research Institute

MAS

Marker-Assisted Selection

NIL

Nearly Isogenic Line

PCR

Polymerase Chain Reaction

PIC

Polymorphism information content

QTL

Quantiative Trait Loci

R

Reverse

RAPD

Random Amplified Polymorphic DNA

RE

Restriction Enzyme

RFLP

Restriction Fragment Length Polymorphism

RG

Rice Genome

RIL

Recombinant inbred line

RM

Rice Microsatellite

SAP

Specific Amplicon Polymorphism

SCA

Specific Combining Ability

SCN

Soybean Cyst Nematode

SDS

Sodium Dodecyl Sulphate

SMV

Soybean Mosaic Virus

SNP

Single Nucleotide Polymorphism

SSCP

Simple Strand Conformation Polymorphism

SSLP

Simple Sequence Length Polymorphism

SSR

Single Sequence Repeat (microsatellite)

STS

Sequence Tagged Site

TAE

Tris Acetate EDTA

Taq

Thermus aquaticus

TE

Tris/EDTA

TGST

Thời gian sinh trưởng


ix

DANH SÁCH BẢNG
Bảng

Tên bảng

Trang

1.1

Liên kết nhóm trên bộ nhiễm sắc thể của đậu nành

7

1.2

9

1.3

Diện tích và sản lượng đậu nành của các nước trên thế giới trong
những năm qua

Diện tích và sản lượng đậu nành ở Việt Nam từ năm 2005-2009

10

1.4

Diện tích, sản lượng và năng suất ở các vùng qua các năm

11

2.1

Nguồn gốc của 7 giống đậu nành thí nghiệm

40

2.2

Đặc điểm nông học của 7 giống đậu nành thí nghiệm

41

2.3

Một số đặc tính phẩm chất và mầu vỏ hạt của 7 giống đậu nành thí
nghiệm

41

2.4

Một số đặc điểm hạt của 7 giống đậu nành thí nghiệm

42

2.5

Danh sách các primer được sử dụng trong nghiên cứu chỉ thị RAPD

42

2.6

Danh sách các primer sử dụng trong nghiên cứu bằng chỉ thị SSR

43

2.7

Chi tiết thí nghiệm đánh giá các đặc tính nông học của các giống đậu
nành trồng tại Viện lúa ĐBSCL

46

2.8

Sự tương xứng giữa nồng độ agarose và kích thước đoạn DNA

48

2.9

Trọng lượng agarose theo nồng độ và đối tượng thí nghiệm

49

2.10

Thành phần hóa chất cho phản ứng PCR-RAPD

50

2.11

Chu trình hoạt động của máy PCR cho phản ứng PCR-RAPD

51

2.12

Chu trình hoạt động của máy PCR cho phản ứng PCR-SSR

53

2.13

Sơ đồ lai dialen theo hướng thuận

54

2.14

Ký hiệu và tên các giống bố mẹ và tổ hợp lai

55

2.15

Thang điểm đánh giá bệnh rỉ sắt trên đậu nành (Theo tiêu chuẩn đánh
giá của Viện lúa ĐBSCL)

61

2.16

Các bước chính chọn tạo chọn tạo giống đậu nành kháng bệnh rỉ sắt

62

3.1

Đặc tính sinh trưởng của các giống đậu nành thí nghiệm

65

3.2

Thành phần năng suất và năng suất của các giống đậu nành thí nghiệm

66

3.3

Phân nhóm di truyền của giống đậu nành

68

3.4

Tương quan đơn về một số đặc tính nông học của các giống đậu nành

69

3.5

Kết quả phân tích nhóm của 34 giống đậu nành (Phương pháp RAPD)

78

3.6

Số lượng băng khuếch đại và số băng đa hình cho các nhóm và tiểu

79


x

nhóm di truyền theo chỉ thị RAPD
3.7

Số lượng băng khuếch đại và số băng đa hình cho các nhóm và tiểu
nhóm di truyền theo chỉ thị SSR

81

3.8

Phân nhóm kiểu gen các giống đậu nành dựa trên kết quả phân tích
bằng phương pháp Microsatellite (SSR)

92

3.9

Biến động di truyền của 34 giống đậu nành thông qua phương pháp
RAPD và SSR

95

3.10

96

3.12

Phân nhóm kiểu gen các giống đậu nành dựa trên kết quả phân tích
bằng phương pháp RAPD và SSR
Ước đoán khả năng phối hợp chung của các tính trạng năng suất và
thành phần năng suất của bố mẹ 7x7

Ước đoán khả năng phối hợp riêng về thời gian ra hoa

100

3.13

Ước đoán khả năng phối hợp riêng về chiều cao cây

100

3.14

Ước đoán khả năng phối hợp riêng về số lóng/cây

101

3.15

Ước đoán khả năng phối hợp riêng về số cành hữu hiệu/cây

102

3.16

Ước đoán khả năng phối hợp riêng về số trái/cây

102

3.17

Ước đoán khả năng phối hợp riêng về năng suất dựa trên 7x7

103

3.18

Ước đoán giá trị yếu tố dự đoán

103

3.19

Giống bố mẹ có giá trị GCA cao nhất

104

3.20

Tổ hợp có giá trị SCA cao

105

3.21

Đánh giá các alen của kết quả PCR-RAPD đối với primer RAPD02

108

3.22

Đánh giá các alen của kết quả PCR-RAPD đối với primer RAPD03

110

3.23

Đánh giá các alen của kết quả PCR-RAPD đối với primer RAPD04

112

3.24

Đánh giá các alen của kết quả PCR-RAPD đối với primer RAPD05

114

3.25

Đánh giá các alen của kết quả PCR-RAPD đối với primer RAPD06

116

3.26

Kết quả đánh giá bệnh rỉ sắt ở điều kiện nhân tạo trên các tổ hợp lai
thế hệ F1.
Tỷ lệ phân ly trong quần thể F2 của các tổ hợp lai đậu nành
bằng phép thử Chi bình phương
Đặc tính sinh tưởng của 1 số dòng ưu tú của thế hệ BC2F3 của tổ hợp
Nam Vang/ MTD 176

120

3.29

Năng suất và thành phần năng suất của một số dòng ưu tú của thế hệ
BC2F3 của tổ hợp Nam Vang/ MTD176 vụ Đông Xuân 2009-2010

123

3.30

So sánh kết quả kiểu gen và kiểu hình trên 4 chỉ thị phân tử

127

3.11

3.27
3.28

99

121
122


xi

DANH SÁCH HÌNH

Hình

Tên hình

Trang

1.1

Sản lượng (a) và tình hình xuất khẩu (b) đậu nành trên thế giới 2010

10

2.1

Các giống đậu nành bố mẹ được trồng trong nhà lưới vụ xuân hè
2008.

54

2.2

Thao tác khử đực hoa đậu nành.

57

2.3

Hoa đậu nành đã lai được đánh dấu và bảo vệ trong giấy bóng mờ.

57

2.4

Các hạt lai F0 và 7 giống đậu nành bố mẹ được trồng ngoài đồng vụ
đông xuân 2008-2009.

58

3.1

Phân nhóm kiểu hình các giống đậu nành dựa trên các tính trạng

67

3.2

71

3.7

Kết quả điện di sản phẩm PCR với primer OPD7, trên gel agarose
1,5%
Kết quả điện di sản phẩm PCR với primer AC14 trên gel agarose
1,5%
Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer RAPD05, trên gel
agarose 1,5%
Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer AA11, trên gel
agarose 1,5%.
Sơ đồ hình cây thể hiện mối tương quan về di truyền giữa 34 giống
đậu nành trên cơ sở kiểu gen (phương pháp chỉ thị RAPD với 9

primer)
Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer LP

3.8

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer S35

83

3.9

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer SSV

84

3.10

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Satt083

85

3.11

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Satt020

86

3.12

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Satt005

87

3.13

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Langrisat1

88

3.14

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Langrisat2

89

3.15

90

3.17

Sơ đồ hình cây thể hiện mối tương quan về di truyền giữa 34 giống
đậu nành trên cơ sở kiểu gen (phương pháp marker SSR)
Sơ đồ hình cây thể hiện mối tương quan về di truyền giữa 34 giống
đậu nành trên cơ sở kiểu gen (phương pháp chỉ thị phan tử SSR và
RAPD)
Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer RAPD02

107

3.18

Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer RAPD03

109

3.3
3.4
3.5
3.6

3.16

72
73
75
77

82

95


xii

3.19

Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer RAPD04

111

3.20

Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer RAPD05

113

3.21

Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với primer RAPD06

115

3.22

Kết quả chủng bệnh 12 tổ hợp lai sau 10 ngày

119

3.23

Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Langrisat1 trên
quần thể BC2 F3 của Nam Vang/MTD176
Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Langrisat 2 trên
quân thể BC2 F3 của Nam Vang/MTD176
Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer Satt083 trên quần
thể BC2 F3 của Nam Vang/MTD176
Kết quả điện di sản phẩm PCR-SSR với primer S35 trên quân thể
BC2 F3 của Nam Vang/MTD176

125

3.24
3.25
3.26

125
126
126


1

MỞ ĐẦU
1.Tính cấp thiết của đề tài
Đậu nành (tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill) là cây công nghiệp ngắn
ngày, dễ trồng, có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao [46]. Ở nước ta, đậu nành
là một trong những cây trồng quan trọng chỉ đứng sau lúa và bắp. Nhờ hàm lượng
protein và lipid cao, hạt đậu nành và sản phẩm của chúng được sử dụng rộng rãi làm
thực phẩm cho người và thức ăn cho gia súc ở nhiều nơi trên thế giới. Với thời gian
sinh trưởng ngắn và hệ rễ có nốt sần chứa vi khuẩn cố định đạm, đậu nành thường
được trồng luân canh với lúa, bắp để tăng vụ và cải tạo đất bạc màu.
Trong tình hình hiện nay, khu vực đồng bằng sông Cửu Long nói riêng và cả
nước nói chung đều có xu hướng chuyển đổi cơ cấu cây trồng, ngày càng nhiều đối
tượng cây hoa màu được đưa vào hệ thống luân canh với lúa. Trong đó, cây đậu
nành được chú ý nhiều nhất vì có rất nhiều lợi ích như cung cấp một lượng đạm để
cải tạo và làm tăng độ phì cho đất làm giảm được chi phí đầu tư cũng như nâng cao
hiệu quả kinh tế, tăng thu nhập cho người dân. Không những thế, đậu nành còn là
nguồn thức ăn giàu đạm vừa ngon vừa bổ dưỡng cho con người, đồng thời cũng là
nguồn nguyên liệu chính để phát triển công nghệ nuôi thủy sản chất lượng cao.

Những năm gần đây tại các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long, đậu nành đã và đang trở
thành nguồn thức ăn rất cần thiết cho đẩy mạnh phát triển thủy sản tại các địa
phương.
Nghiên cứu và chọn tạo ra các giống đậu nành ngắn ngày, năng suất và
kháng được bệnh rỉ sắt hiện đang là vấn đề cấp bách không chỉ riêng của nước ta mà
còn là vấn đề mang tính quốc tế vì hiện nay xu thế đa dạng cơ cấu cây trồng trên
vùng trồng lúa không chỉ phát triển ở Việt Nam mà cho nhiều quốc gia trồng lúa
trên thế giới. Do đó, việc chọn tạo giống đậu nành ngắn ngày, năng suất cao, kháng
bệnh rỉ sắt, thích nghi rộng với nhiều vùng canh tác là một vấn đề thiết yếu.
Nhằm góp phần giải quyết về nhu cầu giống tốt phục vụ cho diện tích gieo
trồng và đạt năng suất trước những yêu cầu cấp thiết của thực tế, chúng tôi tiến


2

hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu vật liệu khởi đầu cho công tác lai tạo chọn
giống đậu nành cho vùng ĐBSCL”.
2. Mục tiêu nghiên cứu
- Xác định vật liệu làm bố mẹ cho lai tạo đậu nành
- Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn giống đậu nành có năng suất cao và
kháng bệnh rỉ sắt.
3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3.1. Ý nghĩa khoa học
- Xác định được vật liệu di truyền làm bố mẹ.
- Ứng dụng chỉ thị phân tử nghiên cứu đa dạng di truyền và xác định gen
kháng bệnh rỉ sắt.
- Xác định đựợc các thông số di truyền trên một số tính trạng năng suất,
kháng bệnh rỉ sắt làm cơ sở cho quá trình lai tạo.
3.2. Ý nghĩa thực tiễn
- Cung cấp vật liệu ban đầu để chọn tạo ra sản phẩm là các giống đậu nành

có năng suất cao, ngắn ngày, kháng được bệnh rỉ sắt đáp ứng nhu cầu đa dạng hóa
cây trồng trên vùng đất trồng lúa ở ĐBSCL.
- Một số kết quả của đề tài có thể sử dụng trong các công trình nghiên cứu
tiếp theo và trong giảng dạy.
4. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu:
- Những giống đậu nành có năng suất cao, ngắn ngày đang được trồng phổ
biến ở vùng ĐBSCL.
- Những giống, dòng đậu nành có khả năng kháng được bệnh rỉ sắt.
- Quần thể con lai F1 của những cặp bố mẹ trên.
- Phạm vi nghiên cứu: Nhà lưới, phòng thí nghiệm và khu thí nghiệm ngoài
đồng.
- Thời gian nghiên cứu: 5/2007-5/2010


3

Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1.

Cơ sở khoa học của đề tài
Đa dạng di truyền là nền tảng chủ yếu cho sự sống của loài. Quá trình tái tổ

hợp, đột biến gen và sự biến đổi về cấu trúc của gen đã tạo ra sự thay đổi về cấu
trúc quần thể và tạo nên sự đa dạng của loài trong không gian và thời gian. Một
phương pháp thông thường và dễ dàng nhất để đánh giá đa dạng di truyền là đo đạc
các tính trạng số lượng và mô tả các đặc điểm hình thái để lựa chọn và xác định, vì
vậy các đặc điểm hình thái liên quan đến sự đa dạng và tên của các giống. Điều đó
chứng tỏ rằng nông dân đã có những hiểu biết về sự đa dạng cây trồng trên cánh

đồng của họ [115]. Những thành tựu gần đây về lĩnh vực sinh học phân tử, sự phát
triển của qui trình PCR cho sự khuếch đại DNA, chuỗi mã DNA đã đem lại những
thành tựu to lớn là công cụ vững mạnh để thanh lọc, mô tả và đánh giá sự đa dạng
di truyền. Hiện nay các kỹ thuật phổ biến có thể dùng để đánh giá sự đa dạng di
truyền như: APLP, RFLP, RAPD, và SSR.
Phân tích đa dạng di truyền trên cây đậu nành bằng phương pháp chỉ thị phân
tử trên DNA, sẽ giúp cho các nhà chọn giống quản lý, khai thác và sử dụng hiệu quả
nguồn tài nguyên di truyền của cây đậu nành. Trong chọn tạo giống mới, sự hiểu
biết về đa dạng di truyền cho phép các nhà chọn giống hiểu rõ hơn về mối quan hệ
tiến hóa giữa các giống, thu thập nguồn quỹ gen một cách có hệ thống và có những
chiến lược phát triển trong việc kết hợp những tính đa dạng hữu ích và xác định
những cặp lai với những tính trạng mong muốn.
Lai là sự giao phối của hai dạng cha mẹ khác nhau. Khi lai cây cha cung cấp
phấn hoa, cây mẹ tiếp nhận phấn hoa. Phát hiện về giới tính thực vật đã gợi lên ý
muốn tiến hành lai nhân tạo các giống và các loài thực vật [14]. Mặc dù trong toàn
bộ quá trình chọn giống, khâu lai chỉ chiếm một tỉ lệ thời gian rất ngắn, nhưng nó
lại có ý nghĩa rất to lớn. Cho đến nay sự tái tổ hợp di truyền bằng cách lai vẫn là
con đường chủ yếu để đạt những thành tựu quan trọng trong chọn giống. Bằng cách


4

lai có thể tạo ra nhiều dạng hình mới chưa từng có trong tự nhiên; do đó lai giống có
tác dụng thúc đẩy quá trình tiến hoá của sinh vật nói chung và của cây trồng nói
riêng. So với một số phương pháp khác thì lai giống là biện pháp chủ động hơn tạo
ra những dạng hình mới có định hướng.
Để tạo ra con lai với những tính trạng mong muốn từ những cặp lai, việc
nghiên cứu về khả năng phối hợp (khả năng phối hợp chung (GCA) và khả năng
phối hợp riêng (SCA) của các giống bố mẹ và từng tổ hợp lai là thật sự cần thiết.
Bởi vì khả năng phối hợp của một giống cây trồng này với một giống khác có thể

chịu tác động bởi: Các gen cộng tính (aditive genes), sự tương tác có thể được tạo ra
giữa các gen giữa hai giống cha mẹ. Tuỳ thuộc vào hai yếu tố trên mà có giống cây
trồng có thể có khả năng phối hợp với nhiều giống khác nhau và cho kết quả con lai
rất tốt. Khả năng đó được gọi là khả năng phối hợp chung. Tuy nhiên, cũng có
giống cây trồng chỉ có khả năng cho kết quả con lai tốt với một hoặc một ít giống
khác, khả năng đó được gọi là khả năng phối hợp riêng.
Sprague và Tatum [170] đã định nghĩa khả năng phối hợp chung và khả năng
phối hợp riêng như sau:
Khả năng phối hợp chung (General combining ability = GCA): là sự thể hiện
trung bình của một dòng hoặc một giống trong các tổ hợp lai có dòng hoặc giống đó
tham gia.
Khả năng phối hợp riêng (Specific combining ability = SCA): là sự thể hiện
của một tổ hợp lai nào đó tương đối tốt hơn hay kém hơn giá trị kỳ vọng so với sự
biểu hiện trung bình của các dòng hoặc giống được khảo sát.
Tính chất ưu thế lai của từng tính trạng số lượng cũng có liên hệ mật thiết
đến sự phân tích về khả năng phối hợp. Ưu thế lai được ghi nhận với tần suất cao ở
các tổ hợp có bố mẹ theo công thức như sau HL>HH hoặc LL xét về khả năng phối
hợp chung (GCA). H là giá trị GCA cao, L là giá trị GCA thấp. Điều này cho thấy
rằng tính chất quan trọng của sự đa dạng về di truyền trong ảnh hưởng của GCA để
có được ưu thế lai của từng tính trạng cụ thể.


5

Mức độ ý nghĩa về thống kê của khả năng phối hợp riêng (SCA) cũng có liên
hệ đến tính chất ưu thế lai và cho thấy tính chất quan trọng của hoạt động gen
không cộng tính (non- additive). Nhưng SCA cao chưa hẳn có ý nghĩa thật sự đối
với kết quả cho ra giá trị ưu thế lai cao [119]. Nó còn tùy thuộc vào bản chất của bố
mẹ.
Theo nguyên tắc chung, từ kết quả phân tích phương sai, người ta có thể dự

đoán tính chất ưu thế lai cuả F1. Matzinger và Kempthone [140] đã kết luận rằng:
“Ước đoán phương sai của GCA có quan hệ đến phương sai do hoạt động cuả gen
cộng tính và các ảnh hưởng của tương tác không alen kiểu [i]. Phương sai của SCA
có quan hệ đến phương sai do hoạt động cuả gen không cộng tính và các ảnh huởng
cuả tương tác không alen kiểu [j] và [i]. Đây là điều kiện tạo ra giá trị ưu thế lai F1”.
Con lai có triển vọng nhất có thể được sản xuất từ tổ hợp lai có bố hoặc mẹ
có giá trị khả năng phối hợp chung cao nhất [69]. Mặt khác, nếu giá trị khả năng
phối hợp riêng có ý nghĩa, người ta có thể khẳng định sự quan trọng của những
tương tác có hiệu quả trong từng cặp lai đơn cụ thể.
Về phương diện di truyền học, GCA liên quan đến tác động gen cộng tính
(additive), còn SCA liên quan chủ yếu đến tác động gen không cộng tính bao gồm
tác động trội, siêu trội, át khuất, tương tác giữa kiểu gen và môi trường.
Nhìn chung, các giống có GCA cao, hy vọng sẽ cho các tổ hợp lai mong
muốn. Đánh giá GCA và SCA của các giống trong tập đoàn nhằm chọn ra các giống
cha mẹ có khả năng phối hợp cao để gia tăng hiệu quả của công tác lai tạo và tuyển
chọn các giống mới.
Hệ số di truyền biểu thị tỷ lệ phương sai kiểu gen và phương sai kiểu hình.
Giá trị của hệ số di truyền biểu thị hai vấn đề quan trọng trong chọn giống. Thứ nhất
nó cho biết sự chọn lọc của một đặc tính có dễ dàng không. Thứ hai nó giúp cho dự
đoán tiến bộ chọn lọc. Sự thay đổi giá trị trung bình của quần thể do chọn lọc phụ
thuộc vào hệ số di truyền và phương sai chọn lọc.


6

Theo Bùi Chí Bửu và Nguyễn Thị Lang [12] thì Dudley và Moll (1969) cho
rằng sự đánh giá hệ số di truyền phụ thuộc vào quần thể; điều kiện môi trường và
thí nghiệm. Như vậy khó có thể khái quát hoá giá trị của hệ số di truyền từ quần thể
này cho quần thể khác, từ điều kiện này cho điều kiện khác. Khi so sánh giá trị của
nó, ta cần chú ý đến đơn vị cơ sở mà giá trị của nó được đánh giá.

Trong chọn giống đậu nành, hầu hết hệ số di truyền được đánh giá bằng cách
trồng một loạt các dòng ở một hoặc nhiều điều kiện khác nhau, sau đó qua phân tích
phương sai, đánh giá phương sai kiểu gen và phương sai kiểu hình [117].
Chọn giống nhờ đánh dấu phân tử (MAS) là một chiến lược được thế giới
ủng hộ từ năm 1995, đây là phương pháp tác động mạnh đến hiệu quả chọn giống
với các đánh dấu có kết quả kỹ thuật cao trên cơ sở PCR để đánh dấu kiểu gen của
tính trạng mục tiêu. Sau khi đánh giá kiểu gen chúng ta so sánh với đánh giá kiểu
hình để tìm ra mức độ chính xác của phương pháp [52].
MAS đang mang lại nhiều lợi ích quan trọng trong chọn giống như thông qua
chuyển gen đặc biệt vào bộ gen và nhanh chóng nhân bản để thể hiện tính trạng của
gen điều khiển. MAS ngày càng được sử dụng rộng rãi trên những tính trạng đơn
gen hơn các tính trạng đa gen, mặc dù cũng có một số kết quả thành công trên tính
trạng số lượng. Thành công của MAS dựa vào một số nhân tố giới hạn, bao gồm số
lượng gen được chuyển, khoảng cách liên kết giữa marker và gen mục tiêu, số kiểu
gen được chọn trong quần thể lai, nguồn gen tự nhiên và kỹ thuật marker được áp
dụng [67].
Nguyên lý cơ bản di truyền của chọn giống nhờ đánh dấu phân tử là chứng
minh đánh dấu với gen nằm đúng vị trí (locus), nhiễm sắc thể và vị trí này phản ảnh
được đặc tính gen mong muốn [9].
MAS giúp chọn lọc bất cứ giai đoạn nào trong cây, chúng có thể tách được
đồng hợp và dị hợp cho đơn gen, chồng gen và quần thể nào cũng áp dụng [10].


7

1.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
1.2.1. Giới thiệu chung về cây đậu nành
1.2.1.1. Cơ sở sinh học và di truyền của cây đậu nành
Cây đậu tương hay đậu nành (tên khoa học là Glycine max (L.) Merrill có số
lượng nhiễm sắc thể 2n=40, thuộc họ đậu (Leguminosae), họ phụ cánh bướm

(Papilionoidae) có nguồn gốc từ cây đậu tương hoang dại (Glycine ussuriensis)
dạng thân leo, được phát hiện ở Trung Quốc, Triều Tiên và Nhật Bản. Chúng có rất
nhiều chủng loài khác nhau, thích nghi với điều kiện khí hậu từ ôn đới đến nhiệt đới
[22]; [46]; [56].
Bảng 1.1: Liên kết nhóm trên bộ nhiễm sắc thể của đậu nành
Nhiếm sắc thể- nhóm liên kết

Nhiếm sắc thể- nhóm liên kết

NST01-D1a

NST11-B1

NST02-D1b

NST12-H

NST03-N

NST13-F

NST04-C1

NST14-B2

NST05-A1

NST15-E

NST06-C2

NST16-J

NST07-M

NST17-D2

NST08-A2

NST18-G

NST09-K

NST19-L

NST10-O

NST20-I
(Nguồn: soybase, 2011)

Ghi chú: NST: nhiễm sắc thể
1.2.1.2. Giá trị kinh tế của cây đậu nành
Đậu nành là một loại cây trồng đã có từ lâu đời, hạt đậu nành có thành phần
dinh dưỡng cao, hàm lượng protein trung bình khoảng từ 30 – 40 %, lipid từ 18 – 20
%, giàu nguồn sinh tố và muối khoáng [15]. Đậu nành là loại hạt duy nhất mà giá trị


8

của nó được đánh giá đồng thời cả protein lẫn lipid. Protein của đậu nành có phẩm

chất tốt nhất trong các loại protein của thực vật – hàm lượng protein từ 38- 40 % là
cao hơn cả ở cá, thịt và cao hơn gấp hai lần hàm lượng protein có trong các loại đậu
đỗ khác. Hàm lượng của các axít amin có chứa lưu huỳnh như methionin, sixtein,
sixtin… của đậu nành rất gần với hàm lượng của các chất này của trứng. Hàm lượng
của casein, đặc biệt là hàm lượng lizin rất cao. Vì thế, mà khi nói đến giá trị của
protein của đậu nành cao là nói đến sự đầy đủ và cân đối của các loại axít amin cần
thiết. Protein đậu nành dễ tiêu hoá hơn thịt và không có các thành phần tạo
cholesteron, không có các dạng axít uríc…
Hạt đậu nành có chứa hàm lượng dầu béo cao hơn các loại đậu đỗ khác nên
được coi là cây cung cấp dầu thực vật. Hiện nay, các nước có mức sống cao người
ta lại chuộng dầu thực vật hơn mỡ động vật. Lipid của đậu nành chứa tỷ lệ cao các
axít béo chưa no có hệ số đồng hoá cao, mùi vị thơm ngon. Dùng dầu đậu nành thay
mỡ động vật có thể tránh được sơ động mạch [19].
Trong hạt đậu nành còn có khá nhiều loại vitamin, đặc biệt là hàm lượng
vitamin B1 và B2, ngoài ra còn có một số loại vitamin như A, E, K, D…và các loại
muối khoáng khác.
Do đó, từ hạt đậu nành người ta đã chế biến ra được trên 600 sản phẩm khác
nhau, trong đó có hơn 300 loại thức ăn bằng phương pháp cổ truyền, thủ công và
hiện đại dưới các dạng bột tươi, khô, lên men…
1.2.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu nành trên thế giới và trong nước
Trên thế giới
Đậu nành là cây lấy hạt, cây lấy dầu quan trọng bậc nhất của thế giới nên nó
đã được trồng khắp năm châu lục, nhưng tập trung nhiều nhất ở châu Mỹ , tiếp đến
là châu Á…


9

Bảng 1.2: Diện tích và sản lượng đậu nành của các nước trên thế giới
trong những năm qua

Diện tích (Triệu ha)

Năm

Sản lượng (Triệu tấn)

2008

2009

2010*

2008

2009

2010*

Mỹ

30,22

31,01

30,92

80,75

90,34

91,47

Brazil

21,70

22,70

23,10

57,00

63,00

65,00

Argentina

16,00

18,80

18,80

32,00

53,00

53,00

Trung Quốc

9,13

8,80

8,80

15,50

14,50

14,50

Ấn Độ

9,60

9,60

9,60

9,10

8,80

8,80

Paraquay

2,55

2,80

2,80

3,90

6,70

6,70

Canada

1,20

1,38

1,38

3,34

3,35

3,35

Các nước khác

5,88

6,40

6,41

9,27

10,56

10,56

96,280

101,49

101,81

210,86

250,25

253,38

Tổng

(Nguồn: Thống kê của Hoa Kỳ, 2010)
*: Thống kê vào tháng 1/2010
Hiện nay, năm nước có diện tích trồng và sản xuất đậu nành lớn nhất thế giới:
Mỹ, Brazil, Argentina, Ấn Độ và Trung Quốc chiếm khoảng 90-95% tổng sản
lượng thế giới. Phần lớn sản lượng đậu nành của Mỹ hoặc để nuôi gia súc, hoặc để
xuất khẩu, mặc dù tiêu thụ đậu nành ở người trên đất nước này đang tăng lên. Dầu

đậu nành chiếm tới 80% lượng dầu ăn được tiêu thụ ở Mỹ.
Ấn Độ cung cấp khoảng 9 triệu tấn sản lượng đậu nành /năm, năng suất trung
bình khoảng 1000kg/ha và nó được xem là nguồn thực phẩm rất quan trọng trong
bữa ăn hằng ngày.
Mỹ là nước có diện tích trồng đậu nành và sản lượng lớn nhất thế giới, năng
suất bình quân 2,8 tấn /ha


10

(a)

(b)

Hình 1.1: Sản lượng (a) và tình hình xuất khẩu (b) đậu nành trên thế giới 2010
(Nguồn: Thống kê của Hoa Kỳ, 2010)
Sản phẩm đậu nành được lưu hành trên thế giới dưới ba dạng là hạt, dầu và
bột. Khu vực tiêu thụ dầu nhiều là Mỹ và các nước Đông Âu. Sản lượng tập trung
lớn nhất ở năm nước nhưng lại được tiêu thụ trên toàn thế giới với nhu cầu ngày
một tăng.
Việt Nam
Cho đến năm 2009, diện tích đậu nành của Việt Nam khoảng 146.000 ha,
năng suất hơn 14 tạ/ha. Để bù đắp tới 80% số lượng thiếu hụt đậu nành trong nước,
hằng năm cả nước vẫn phải nhập khẩu hơn 1 triệu tấn.
Bảng 1.3: Diện tích và sản lượng đậu nành ở Việt Nam từ năm 2005 – 2009
2005

2006

2007

2008

2009

Diện tích cả nước (1000 ha)

204,1

185,6

187,4

192,1

146,2

Sản lượng (1000 tấn)

292,7

258,1

275,2

267,6

213,6

Năng suất (tạ/ha)

14,3

13,9

14,7

13,9

14,6

Năm

(Nguồn: Niên giám thống kê, 2010)
Theo số liệu thống kê được trình bày ở bảng 1.3 cho thấy diện tích, sản
lượng và năng suất đậu nành có khuynh hướng giảm dần. Điều này cho thấy việc
chọn tạo ra giống đậu nành năng suất cao và thích ứng cho từng vùng sinh thái là


11

cần thiết để tăng diện tích gieo trồng và sản lượng đậu nành đáp ứng cho nhu cầu
tiêu dùng.
Hiện nay, Việt Nam đã hình thành bốn vùng sản xuất đậu nành lớn, tập trung
là:
o

Các tỉnh miền núi

o

Vùng Đồng Bằng Sông Hồng

o

Miền Đông Nam Bộ

o

Vùng đồng bằng sông Cửu Long
Bảng 1.4: Diện tích, sản lượng và năng suất ở các vùng qua các năm qua
Vùng
Năm

Đông Bắc

ĐB

Đông Nam

ĐB Sông

Sông Hồng

Bộ

Cửu Long

Diện

2006

41,50

66,50

3,20

7,70

tích

2007

40,00

65,80

2,800

8,40

(1000

2008

43,40

69,20

1,80

6,90

ha)

2009

43,50

31,90

1,20

5,90

Sản

2006

40,50

103,00

3,20

16,80

lượng

2007

42,20

105,20

3,20

19,70

(1000

2008

48,20

100,00

2,10

15,70

tấn)

2009

50,00

51,50

1,50

12,30

2006

9,80

15,50

10,00

21,80

2007

10,60

16,00

11,40

23,50

2008

11,10

14,50

11,70

22,80

2009

11,50

16,10

12,50

20,80

Năng
suất
(tạ/ha)

(Nguồn: Niên giám thống kê, 2010)
Mức phát triển sản xuất đậu nành hiện nay ở Việt Nam và trên thế giới vẫn
chưa đáp ứng nhu cầu tiêu dùng. Hơn một nửa số dân trên thế giới còn trong tình
trạng thiếu protein có nguồn gốc từ thực vật.


12

Diện tích đậu nành nhiều năm qua ở khu vực ĐBSCL khó phát triển vì nhiều
lý do, trong đó đáng kể nhất là: biến động về giá cả trên thị trường, giống và hạt
giống chưa đáp ứng, đất đai chỉ thích hợp cho phát triển cây lúa, thủy nông không
phù hợp cho phát triển cây màu và sâu bệnh hại [31].

1.2.2. Các phương pháp lai tạo trong chọn giống
1.2.2.1. Phương pháp lai hữu tính
Khái niệm
Lai là sự giao phối của hai dạng cha mẹ khác nhau. Khi lai cây cha cung cấp
phấn hoa, cây mẹ tiếp nhận phấn hoa. Dấu nhân (X) dùng để chỉ sự lai. Thông
thường khi viết công thức lai, cây mẹ được viết trước về bên trái, còn cây cha được
viết sau về phía bên phải của dấu nhân. Các dạng cha mẹ thường được kí hiệu
chung bằng chử “P”, con lai được kí hiệu bằng chử “F” với con số đi kèm biểu hiện
thế hệ con lai, ví dụ F1, F2, F3…
Người ta không xác định được việc tự thụ phấn nhân tạo cho cây đã được
thực hiện từ bao giờ, những di tích cổ còn lưu lại cho biết khoảng 700 năm trước
Công nguyên, người Babillon đã tiến hành thụ phấn nhân tạo cho cây chà là. Tuy
nhiên, hiểu biết về giới tính thực vật chỉ có được sau công trình nghiên cứu của
Camerasrius, được công bố vào năm 1964.
Một số phương pháp lai
Trong quá trình chọn giống tuỳ theo kết quả cần đạt mà thực hiện các
phương pháp lai khác nhau.
Lai một lần
Lai đơn: Trong lai đơn chỉ có sự tham gia của một bố và một mẹ và phép
lai chỉ tiến hành một lần; phép lai đơn được sử dụng rộng rãi vì bố và mẹ được
nghiên cứu tỉ mỉ thông qua các tính trạng. Người ta tiến hành phép lai giữa hai bố
mẹ có các tính trạng bổ sung. Lai đơn có thể tiến hành trong loài nhưng cũng có thể
thực hiện phép lai khác loài phụ hoặc khác loài.


13

Lai thuận nghịch: Khi lai thuận nghịch thì mỗi dạng trong phép lai lần lượt
làm bố và làm mẹ.
Lai thuận nghịch cho phép xác định mối quan hệ giữa nhân và tế bào chất, sự

ảnh hưởng của tế bào chất tới con lai. Nếu hai dạng bố mẹ khác nhau về tế bào chất
thì kết quả giữa hai lần lai thuận và nghịch không giống nhau. Phép lai này đặc biệt
quan trọng khi lai xa, giữa lai thuận và lai nghịch trong lai xa có sự khác nhau
không chỉ về độ kết hạt mà còn cả chất lượng con lai.
Lai đỉnh: Lai đỉnh thường sử dụng để xác định khả năng tổ hợp chung nhằm
loại bỏ các dòng giống không có khả năng tổ hợp. Các dòng giống mang lai thử
được dùng làm bố và lai với 1 hoặc 2 mẹ là các vật liệu thử có phổ di truyền rộng.
Giữa dòng, giống và Tester tạo thành 1 cặp lai đơn.
Lai dialen: Lai dialen hay còn gọi là lai luân giao là hệ thống lai thử, mà
trong đó các dòng hoặc giống định thử đem lai luân phiên với nhau theo mọi tổ hợp
có thể có theo cả hai hướng thuận và nghịch. Phương pháp luân giao dùng để đánh
giá khả năng phối hợp do Sprague và Tatum [170] đề xướng và về sau đã được
nhiều nhà nghiên cứu khác phát triển và hoàn thiện; trong đó có Griffing [101] là
người đã nêu lên bốn phương pháp sử dụng mô hình toán học thống kê để phân tích
khả năng phối hợp của các dòng tự phối mà cho đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi
trên thế giới:
Phương pháp 1: Tất cả các dòng định thử được đem lai luân phiên với nhau
theo mọi tổ hợp có thể có, theo cả hai hướng thuận và nghịch. Số tổ hợp lai cần phải
tiến hành là: n 2
Phương pháp 2: Tất cả các dòng định thử được đem lai luân phiên với nhau
theo mọi tổ hợp có thể có, nhưng chỉ theo hướng thuận. Số tổ hợp lai cần phải tiến
hành là: n(n+1)/2
Phương pháp 3: Chỉ các dòng khác nhau mới được đem lai luân phiên với
nhau, theo cả hai hướng thuận và nghịch. Số tổ hợp lai cần phải tiến hành là: n(n-1).