đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn ngô bằng chỉ thị phân tử ssr và khảo sát ưu thế lai một số tổ hợp ngô lai f1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------

----------

PHAN TRUNG THẮNG

ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN TẬP ĐOÀN NGÔ BẰNG CHỈ
THỊ PHÂN TỬ SSR VÀ KHẢO SÁT ƯU THẾ LAI MỘT SỐ TỔ
HỢP NGÔ LAI F1

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

HÀ NỘI, NĂM 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
----------

----------

PHAN TRUNG THẮNG

ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG DI TRUYỀN TẬP ĐOÀN NGÔ BẰNG CHỈ
THỊ PHÂN TỬ SSR VÀ KHẢO SÁT ƯU THẾ LAI MỘT SỐ TỔ
HỢP NGÔ LAI F1

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ: 60.42.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS.TS. PHAN HỮU TÔN

HÀ NỘI, NĂM 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực
và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào.
Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được
cám ơn và các thông tin trích dẫn đều đã được chỉ rõ nguồn gốc.

Tác giả luận văn

Phan Trung Thắng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất tới:
PGS.TS. Phan Hữu Tôn, Trưởng bộ môn Sinh học phân tử và Công nghệ
sinh học Ứng dụng, khoa CNSH đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn, tạo mọi điều kiện
tốt nhất cho tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài và trong quá trình hoàn chỉnh
luận văn.
Tập thể các thầy cô giáo khoa Công nghệ sinh học, đặc biệt là các thầy cô
giáo thuộc bộ môn Sinh học phân tử và Công nghệ sinh học Ứng dụng đã nhiệt tình
giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn những người thân trong gia đình, bạn bè và đồng
nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian tôi làm luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 16 tháng 05 năm 2015
Tác giả luận văn

Phan Trung Thắng

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 chữ viết tắt

v

Danh mục bảng

vi

Danh mục hình

vii

PHẦN I. MỞ ĐẦU

1

1.1

Đặt vấn đề

1

1.2

Mục đích và yêu cầu của đề tài

2

1.2.1

Mục đích

2

1.2.2

Yêu cầu đề tài

2

PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

3

2.1

Giới thiệu chung về cây ngô

3

2.1.1

Nguồn gốc và phân loại

3

2.1.2

Vai trò của cây ngô

3

2.1.3

Đặc điểm nông sinh học của cây ngô

4

2.1.4

Đặc điểm hóa sinh của hạt ngô

5

2.2

Tình hình sản xuất ngô ở nước ta và thể giới

6

2.2.1

Tình hình sản xuất ngô trên thế giới

6

2.2.2

Tình hình sản xuất và chọn tạo giống ngô tại Việt Nam

7

2.3

Cơ sở khoa học của chọn giống ưu thế lai

10

2.4

Đa dạng di truyền và hiện tượng ưu thế lai trên cây ngô

13

2.4.1

Đa dạng di truyền và phân tích đa dạng di truyền

13

2.4.2

Các phương pháp phân tích đa dạng di truyền

15

2.4.3

Chỉ thị SSR và ứng dụng trong chọn giống ngô

17

2.5

Một số thành tự trong chọn tạo giống ngô trong nước

23

PHẦN III. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

26

3.1

Vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

26
Page iii


3.1.1

Vật liệu nghiên cứu

26

3.1.2

Địa điểm và thời gian nghiên cứu

27

3.2

Nội dung nghiên cứu

27

3.3

Phương pháp nghiên cứu

27

3.3.1

Phương pháp đánh giá các đặc điểm nông sinh học của các THL và
các dòng tự phối

27

3.3.2

Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử SSR

28

3.3.3

Khảo sát ưu thế lai của các tổ hợp lai

31

3.4

Xử lý số liệu

31

PHẦN IV. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

32

4.1

Kết quả đánh giá đa dạng di truyền các dòng tự phối bằng chỉ thị SSR

32

4.1.1

Phản ứng PCR sử dụng các chỉ thị SSR

32

4.1.2

Nghiên cứu đa dạng di truyền và phân nhóm

36

4.2

Một số đặc điểm hình thái, nông sinh học và năng suất của 37 dòng tự phối

40

4.2.1

Thời gian sinh trưởng và các giai đoạn sinh trưởng

40

4.2.2

Chiều cao cây, chiều cao đóng bắp và màu sắc hạt

41

4.2.3

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất

43

4.3

Kết quả khảo sát ưu thế lai của một số tổ hợp lai F1

45

4.3.1

Một số đặc điểm nông sinh học, năng suất và yếu tố cấu thành năng

4.3.2

suất của các tổ hợp lai F1

45

Ưu thế lai của các THL

48

PHẦN V. KẾT LUẬN

55

5.1

Kết luận

55

5.2

Kiến nghị

57

TÀI LIỆU THAM KHẢO

56

Phụ lục

59

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iv


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
AFLP

Amplified Fragment Length Polymorphism

CIMMYT

International Maize and Wheat Improvement Center

DNA

Deoxyribonucleic acid

dNTP

Deoxyribonucleotit triphotphat

EDTA

Ethylene Diamin Tetraaxetic acid

et al.

and others (và cộng sự)

FAO

Food and Agriculture Organization of the United Nations

ISSR

Inter- Simple Sequence Repeats

PCR

Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi Polymerase)

PIMA

PCR isolation of microsatellite arrays

RAPD

Randomly Amplified Polymorphic DNA

SSR

Simple Sequence Repeats

TAE

Tris Hcl – Acetate – EDTA

TE

Tris – EDTA

THL

Tổ hợp lai

Tris

Trioxymetylaminometan

UPGMA

Unwaited Pair Group Method using Arithmetic Averages

USDA

United States Department of Agriculture

UTL

Ưu thế lai

PIC

Polymorphism Information Content (Hệ số đa dạng di truyền)

CTAB

Cetyl trimethylammonium bromide

SMC

Simple Matching Coefficient

TGST

Thời gian sinh trưởng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v


DANH MỤC BẢNG

STT
3.1

Tên bảng

Trang

Danh sách 37 dòng tự phối sử dụng trong thí nghiệm đánh giá đa
dạng di truyền

3.2

26

Danh sách các tổ hợp lai F1 sử dụng trong nghiên cứu khảo sát ưu
thế lai

26

3.3

Các chỉ thị SSR sử dụng trong nghiên cứu

30

4.1

Tỷ lệ allele đa hình của 10 chỉ thị SSR trên 37 dòng ngô nghiên cứu

36

4.2

Hệ số tương đồng DICE giữa 37 dòng ngô tự phối

38

4.3

Thời gian các giai đoạn sinh trưởng và một số đặc điểm nông sinh
học của các dòng tự phối vụ đông 2014

4.4

42

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng tự phối
vụ đông 2014

44

4.5

Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai F1

45

4.6

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai F1

47

4.7

Ưu thế lai về tính trạng thời gian sinh trưởng và chiều cao cây

49

4.8

Ưu thế lai về tính trạng chiều dài bắp và đường kính bắp

50

4.9

Ưu thế lai về tính trạng số hàng hạt/bắp và số hạt/hàng

53

4.10

Ưu thế lai về năng suất thực thu

54

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi

DANH MỤC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

4.1

Ảnh điện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Phi308707

32

4.2

Ảnh điện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Phi448880

33

4.3

Ảnh điện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Phi109188

34

4.4

Ảnh điện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Phi084

34

4.5

Ảnh điện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Phi109275

35

4.6

Ảnh điện di sản phẩm PCR sử dụng chỉ thị Phi 227562

35

4.7

Cây phả hệ phản ánh mối quan hệ di truyền giữa 37 dòng ngô tự
phối xây dựng dựa trên dữ liệu phân tích 10 chỉ thị SSR

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

39

Page vii


PHẦN I. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Ngô (Zea mays L.) là một trong 4 cây trồng chính của nước ta, là cây lương

thực quan trọng thứ hai chỉ sau cây lúa nước. Trong những năm gần đây, sử dụng
giống ngô lai đã mang lại nhiều thành tựu to lớn cho sản xuất như cho năng suất cao
hơn, chất lượng được cải thiện rõ rệt, chống chịu tốt với điều kiện ngoại cảnh,
kháng sâu bệnh... Với những đặc tính ưu việt này các giống ngô lai hiện nay đã thay
thế các giống địa phương và các giống giao phấn tự do trong sản xuất.
Để chọn tạo được các giống ngô lai đáp ứng được yêu cầu sản xuất, theo
phương pháp truyền thống chúng ta phải lai thử và đánh giá ưu thế lai qua các đặc
điểm hình thái. Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều thời gian và chi phí tốn kém.
Hơn nữa, việc đánh giá nhiều khi còn mang tính chủ quan và các tính trạng số
lượng thường biến động lớn dưới tác động của điều kiện ngoại cảnh vì thế thiếu
chính xác, hiệu quả đạt được chưa cao.
Theo nguyên tắc tạo giống ưu thế lai, bố mẹ càng khác xa nhau về di truyền
và bổ sung cho nhau nhiều tính trạng, nhiều gen hay cụ thể là DNA thì khả năng
cho ưu thế lai càng cao. Hiện nay, các chỉ thị phân tử được nghiên cứu và phát triển
đã trở thành công cụ mạnh mẽ để phân tích đa dạng di truyền và xác định mối quan
hệ giữa các giống cây trồng, vật nuôi. Nhờ các chỉ thị phân tử này, chúng ta có thể
tìm ra sự đa dạng di truyền những vùng DNA có liên quan đến các gen qui định các
tính trạng, từ đó giúp dự đoán hiệu quả các cặp bố mẹ có khả năng cho ưu thế lai,
làm cơ sở tham khảo để tiến hành lai sẽ cho các tổ hợp có ưu thế lai cao, rút bớt
được khối lượng công việc lai thử.
Có rất nhiều chỉ thị phân tử đã được sử dụng để nghiên cứu sự đa dạng di
truyền của các giống cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng như RAPD
(Randomly Amplified Polymorphic DNA), SSR (Simple Sequence Repeats), AFLP
(Amplified Fragment Length Polymorphism)... Trong đó, chỉ thị SSR đã được sử
dụng một cách hiệu quả để xác định sự đa dạng di truyền và chẩn đoán các cặp ưu
thế lai ở ngô và nhiều loài cây trồng khác nhờ mức độ đa hình cao, ít tốn kém, khả
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1

năng lặp lại dễ dàng, là chỉ thị đồng trội và di truyền theo quy luật Menden (George
et al., 2004).
Trong thời gian qua, Trung tâm Bảo tồn và Phát triển Nguồn gen Cây trồng
đã thu thập được một tập đoàn các dòng ngô tự phối từ Việt Nam và nhiều nước
trên thế giới. Để rút ngắn thời gian chọn tạo giống ngô lai mới, việc đánh giá đa
dạng di truyền một số dòng tự phối bằng các chỉ thị SSR đã được tiến hành, từ đó
một số tổ hợp lai giữa các cặp bố mẹ có khoảng cách di truyền xa nhau đã được tạo
ra. Tuy nhiên, rất nhiều dòng tự phối vẫn chưa được đánh giá mối quan hệ di
truyền. Bên cạnh đó, các một số lai được tạo ra cũng cần được khảo sát ưu thế lai để
chọn ra các tổ hợp lai triền vọng đáp ứng được yêu cầu sản xuất. Chính vì thế chúng
tôi thực hiện đề tài: “Đánh giá đa dạng di truyền tập đoàn ngô bằng chỉ thị phân
tử SSR và khảo sát ưu thế lai một số tổ hợp ngô lai F1”
1.2. Mục đích và yêu cầu của đề tài
1.2.1. Mục đích
- Xác định được mối quan hệ di truyền giữa một số dòng ngô tự phối bằng
chỉ thị phân tử SSR.
- Đánh giá được đặc điểm nông sinh học, năng suất của các dòng tự phối
- Đánh giá được ưu thế lai của một số tổ hợp lai F1 ở một số tính trạng và
tuyển chọn được một số tổ hợp lai triển vọng trong vụ đông 2014.
1.2.2. Yêu cầu đề tài
- Sử dụng chỉ thị SSR để đánh giá sự đa dạng di truyền 37 dòng ngô tự
phối, xác định khoảng cách di truyền, vẽ biểu đồ thể hiện mối quan hệ di truyền
giữa chúng.
- Đánh giá được đặc điểm hình thái, nông sinh học của 37 dòng ngô tự phối
để bổ sung dữ liệu cho việc lai tạo giống mới.
- Đánh giá được các đặc điểm nông sinh học, năng suất của các tổ hợp lai
F1 và các dòng bố mẹ, từ đó tính ưu thế lai và chọn ra các tổ hợp lai triển vọng.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Giới thiệu chung về cây ngô
2.1.1. Nguồn gốc và phân loại
Ngô, bắp hay bẹ thuộc họ Zea, phân họ ngô (Maydeae), họ phụ hoà thảo
(Phanicoideae), họ hoà thảo (Grmaineae), lớp một lá mầm (Cosmobionia) và Ngô
có 10 nhiễm sắc thể (n=10). Chiều dài tổng cộng của các nhiễm sắc thể là 1.500 cm.
Cây ngô là cây hàng năm với hệ thống rễ chùm phát triển, là loài cây giao phấn có
hoa đơn tính cùng gốc.
Trung tâm phát sinh thứ nhất và vùng núi Andet thuộc Peru là Trung tâm
phát sinh thứ hai của cây ngô (Vavilov, 1926). Đặc biệt Harsberger (1893) đã kết
luận ngô bắt nguồn từ một cây hoang dại từ miền Trung Mehico. Có một số thuyết
về nguồn gốc của ngô tại Trung Mỹ:
- 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, với tối đa khoảng 12% vật chất gen của nó thu được từ
Zea mays ssp. mexicana thông qua xâm nhập gen.
- 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, có thể là Z.
luxurians hoặc Z. diploperennis.
- Ngô trải qua 2 hay nhiều lần thuần dưỡng của ngô dại hay cỏ ngô.
- Ngô tiến hóa từ quá trình lai ghép của Z. diploperennis với Tripsacum
dactyloides. (Thuật ngữ cỏ ngô ở đây chỉ tất cả các loài và phân loài trong chi Zea,
ngoại trừ Zea mays ssp. mays.) Vào cuối thập niên 1930, Paul Mangelsdorf cho rằng
ngô thuần dưỡng là kết quả của lai ghép giữa ngô dại mà con người không biết rõ
với loài trong chi Tripsacum, một chi có họ hàng gần. Tuy nhiên, vai trò được đề
xuất của Tripsacum (cỏ gama) trong nguồn gốc của ngô đã bị phân tích gen hiện đại

bác bỏ, qua đỏ phủ nhận mô hình của Mangelsdorf và thuyết thứ tư trên đây.
2.1.2. Vai trò của cây ngô
Ngô là một trong những cây lương thực chính
Ngô là cây lương thực nuôi sống gần 1/3 dân số trên toàn thế giới. Toàn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


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.
Những năm gần đây cây ngô còn được sử dụng như một 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 loại ngô nếp, ngô đường (ngô ngọt) được dùng làm
thức ăn tươi (luộc, nướng) hoặc đóng hộp làm thực phẩm xuất khẩu.
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
tinh bột, cây ngô còn là thức ăn xanh và ủ chua lí tưởng cho đại gia súc.
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.

2.1.3. Đặc điểm nông sinh học của cây ngô
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 dinh dưỡng 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 n hau. Độ lớn và số
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


lá ngô dao động từ 6 đến 22, 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 có 2-3 bắp,
số hạt trên bắp, vị trí đóng bắp, thời gian phun râu, trỗ cờ… là 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 chiếm 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 khả năng bảo quản khó khăn hơn các loại hạt khác.
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 thì
ngô nảy mầm nhanh sau khi gieo. Nhiệt độ tối thiểu cho hạt nảy mầ m từ 8 –

12oC, nhiệt độ tối đa cho hạt nảy mầm từ 40 – 45oC, nhiệt độ tối thích từ 25
– 28oC. Ở các thời kỳ sinh trưởng khác nhau thì 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.
2.1.4. Đặc điểm hóa sinh của 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
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


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 và tinh bột cứng.
Hàm lượng lipid trong ngô cao thứ hai trong các loại ngũ cốc sau lúa
mạch, chiếm khoảng (3,5 – 7%) và phụ thuộc vào từng giống, điều kiện tự
nhiên. Lipid 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.
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
protein hòa tan từ ngô phục vụ cho nhiều mục đích nghiên cứu như đánh giá chất
lượng hạt, khả năng chịu hạn…
2.2. Tình hình sản xuất ngô ở nước ta và thể giới
2.2.1. Tình hình sản xuất ngô trên thế giới
Cây ngô được trồng ở tất cả các châu lục, thích nghi với tất cả các điều kiện
sinh thái khí hậu từ ôn đới, cận nhiệt đới đến nhiệt đới. Có những ưu điểm nổi bật
trên so với các loại cây trồng khác nên cây ngô được gieo trồng rộng khắp thế giới
với sản lượng cao nhất trong các cây lương thực chủ yếu như lúa, lúa mỳ... Hồi cuối
thế kỷ XX, so với lúa nước và lúa mỳ thì ngô thua kém về cả diện tích lẫn tổng sản
lượng. Nhưng bước sang thế kỷ XXI, sản lượng ngô đã vươn lên đứng đầu. Sản
lượng ngô toàn thế giới năm 2000 là 592,3 triệu tấn, đến năm 2008 sản lượng đã
tăng lên trên 786,5 triệu tấn. Theo thống kê của USDA (2015), từ tháng 4/2014 –
4/2015 sản lượng ngô toàn thế giới là 991,92 triệu tấn, diện tích đạt 177,82 triệu ha.
Như vậy có thể thấy sản lượng và diện tích ngô trên toàn thế giới tăng không ngừng
trong các năm qua.
Cũng theo thống kê của USDA (2015), trong số các nước trồng ngô, tính từ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


tháng 4/2014-4/2015 thì Mỹ đang là nước đứng đầu về sản lượng với trung bình đạt
361,09 triệu tấn dù diện tích trồng ngô là 33,64 triệu ha, ít hơn so với Trung Quốc là
37 triệu ha. Năng suất ngô trung bình của Mỹ đạt 10,73 tấn/ha, đứng đầu thế giới,
xếp thứ 2 là Trung Quốc đạt 5,82 tấn/ha, thấp hơn Mỹ rất nhiều (USDA, 2015). Tại
Brasil, sản lượng ngô cùng kỳ đạt 75 triệu tấn, diện tích đạt 15 triệu ha và năng suất
bình quân đạt 5 tấn/ha. Một số quốc gia có diện tích trồng ngô lớn trên thế giới có

thể kể đến như Ấn Độ (9,3 triệu ha), Mexico (7,15 triệu ha), Ukraina (4,63 triệu ha),
Nigeria (4,25 triệu ha) (USDA, 2015).
Tại khu vực Đông Nam Á, Indonesia có diện tích trồng ngô lớn nhất đạt 3.14
triệu ha, năng suất đạt 2.99 tấn/ha, sản lượng đạt 9.4 triệu tấn. Xếp sau là
Philippines với diện tích 2.64 triệu ha, năng suất bình quân 3.02 tấn/ha, sản lượng
đạt 7.98 triệu tấn. Tiếp đến là Việt Nam với diện tích 1.25 triệu ha, năng suất đạt 4.5
tấn/ha, tổng sản lượng là 5.63 triệu tấn. Thái Lan xếp ngay sau Việt Nam với diện
tích 1.1 triệu ha, năng suất bình quân 4.41 tấn/ha và sản lượng đạt 4.85 triệu tấn.
Như vậy, có thể thấy hiện nay, nước ta đang dẫn đầu khu vực Đông Nam Á về năng
suất ngô trung bình mặc dù diện tích và sản lượng xếp sau Indonesia và Philippines
(USDA, 2015).
2.2.2. Tình hình sản xuất và chọn tạo giống ngô tại Việt Nam
Trong những năm gần đây, diện tích và năng suất ngô nước ta không ngừng
tăng lên. Trong thời gian từ 1990 đến 2002, tổng sản lượng ngô Việt Nam đã tăng 4
lần, năng suất ngô cả nước tăng gấp 2; ở nhiều vùng ngô rộng lớn năng suất bình
quân đã đạt từ 5 đến 7 tấn/ha vụ. Tổ chức Nông Lương Thế giới (FAO) và Trung
tâm Ngô Quốc tế (CIMMYT) đều đánh giá Chương trình nghiên cứu và phát triển
ngô lai Việt Nam có tốc độ phát triển nhanh nhất thế giới. Trong 10 năm gần đây,
tốc độ tăng trưởng bình quân hàng năm ở Việt Nam đạt 3,7% về diện tích, 5,5% về
năng suất và 9,2% về sản lượng, trong khi tỷ lệ tương ứng trên thế giới là 0,7%;
2,4% và 3,1% (Tình, 2009).
Để có được những thành tựu trên, Việt Nam đã có nhiều thành tựu trong
nghiên cứu chọn tạo những dòng ngô cho ưu thế lai cao. Việt Nam bắt đầu tiếp cận
và nghiên cứu về ngô lai từ những năm 1960 nhưng do thiếu vật liệu khởi đầu, cơ
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7


sở vật chất chưa đáp ứng được yêu cầu sản xuất giống ngô, nên đến năm 1990 ngô

lai mới phát huy được vai trò của nó. Từ diện tích 5 ha trồng thử nghiệm năm 1990,
diện tích tăng lên 230,000 ha năm 1996 chiếm 46% diện tích ngô cả nước. Đến năm
2003 diện tích cả nước đạt 909,800 ha, năng suất bình quân 32,2 tạ/ha, sản lượng
đạt trên 2,9 triệu tấn. Gia đoạn 2014-2015, diện tích ngô Việt Nam đã gia tăng đáng
kể với diện tích đạt tới 1,25 triệu ha, năng suất đạt 4.5 tấn/ha, tổng sản lượng là 5,63
triệu tấn, là nước có năng suất ngô đứng đầu Đông Nam Á (USDA, 2015).
Hiện nay, nhiều giống ngô được lai chọn tạo trong nước đáp ứng được yêu
cầu sản xuất đã được thương mại hóa. Đơn vị đi đầu trong nghiên cứu chọn tạo
giống ngô là Viện nghiên cứu ngô. Trong nghững năm qua, nhiều giống ngô của
viện đã được tạo ra và đưa vào sản xuất. SB099 là giống ngô lai đơn của Trung tâm
nghiên cứu và sản xuất giống ngô Sông Bôi, giống được Bộ Nông nghiệp và PTNT
công nhận sản xuất thử

theo quyết định số 312/QĐ –TT- CLT, ngày

06/7/2011SB099 là giống ngô lai đơn F1, năng suất cao, thích ứng rộng, đặc biệt là
vùng khó khăn trồng ngô nhờ nước trời. SB099 thấp cây, bộ lá thoáng, bắp dài, hạt
bán đá, màu vàng cam đẹp, lá bi bao kín bắp, chịu hạn tốt, chống đổ tốt, ít nhiễm
sâu bệnh, độ đồng đều cây và bắp rất cao, là giống rất thích nghi vùng khó khăn.
Chiều cao cây 180-190 cm, chiều cao đóng bắp 75-85 cm, chiều dài bắp: 18-20 cm,
đường kính bắp: 4,2-4,5 cm, số hàng hạt trên bắp: 14-16 hàng, Số hạt trên hàng: 3845 hạt, khối lượng 1000 hạt: 350-370 gram, hạt to, năng suất: 10-12 tấn/ha, ổn định
ở các vụ và các vùng sinh thái.
Giống LVN4 là giống ngô lai do Viện nghiên cứu Ngô tạo ra, đang được ưu
chuộng do có khả thích ứng rộng, thời gian sinh trưởng ngắn, ít nhiễm sâu bệnh, lá
xanh bền, độ đồng đều cao, bắp kín hạt, lá bi bao kín, màu hạt đẹp, tỷ lệ hạt cao và
cho năng suất cao nhất trong các giống có cùng thời gian sinh trưởng. Giống được
Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận giống quốc gia với đánh giá xuất sắc, đã được
nhiều giải thưởng trong thời gian qua.
VN25 là giống ngô lai đơn ngắn ngày của Viện nghiên cứu ngô. LVN25 là
kết quả lai tạo của 2 dòng thuần có đời tự phối thứ 15 (S15). Kết quả lai tạo từ năm

1994-1995, qua 4 năm khảo nghiệm, năm 1999 được HĐKHCN Bộ NN&PTNT cho
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8


phép khu vực hóa. Qua 2 năm khu vực hóa đến năm 2000 giống ngô lai đơn LVN25
được Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn công nhận là giống ngô Quốc gia tại
Quyết định số 5218 QĐ/BNN-KHCN ngày 16/11/2000. Giống ngô LVN25 đã và
đang được trồng phổ biến ở các tỉnh phía Bắc, vụ Hè Thu ở các tỉnh Nam Trung bộ
và vụ Thu Đông ở các tỉnh Tây Nguyên. LVN25 có thân cứng, bộ lá thoáng, bắp
dài, hạt răng ngựa màu vàng cam, lá bi bao kín bắp, chịu hạn khá, chổng đổ tốt, ít
nhiễm sâu bệnh, độ đồng đều cây và bắp cao, năng suất: 8-12 tấn/ha, ổn định ở các
vụ và các vùng sinh thái.
Ngô nếp VN2 là giống của Viện nghiên cứu ngô, có thời gian sinh trưởng cực
ngắn ở phía Bắc vụ Xuân 100-105 ngày, vụ Thu 70- 80 ngày, vụ Đông 102-110 ngày,
hạt dạng đá, màu trắng đục, thơm dẻo, rất phù hợp với mục đích ăn tươi- luộc hoặc
nướng. Năng suất hạt trung bình 30-50 tạ/ha, năng suất bắp tươi 8-11 tấn/ha. VN2 có
khả năng chịu hạn tốt, chịu chua phèn, chống đổ gãy khá, ít nhiễm sâu bệnh.
VS 36 là giống ngô lai do Viện nghiên cứu Ngô lai tạo, có năng suất cao,
thích ứng rộng, đặc biệt là khả năng chịu hạn và rét rất tốt, có bộ lá xanh bền khi lá
bi bao bắp đã khô. - VS 36 có thời gian sinh trưởng tương đương LVN 4 và C919,
khả năng chịu hạn tốt, năng suất cao, ổn định, chống đổ tốt, có bộ lá xanh bền khi lá
bi bao bắp đã khô. Thời gian sinh trưởng trong vụ Xuân: 110 - 115 ngày; Thu
Đông: 95 - 105 ngày. VS 36 là giống ngô thấp cây, chiều cao cây trung bình từ: 170
- 190 cm; chiều cao đóng bắp 65 – 80 cm; số lá từ 16- 18 lá; chiều dài bắp: 20 - 22
cm; đường kính bắp: 4,2 – 4,5 cm; số hàng hạt/ bắp: 14 – 16 hàng; khối lượng 1000
hạt lớn: 370 - 385 gram, lá bi bao kín bắp, chống đổ gãy tốt, mức độ nhiễm sâu
bệnh nhẹ, hạt vàng dạng bán răng ngựa, năng suất cao và ổn định: trung bình đạt 75
tạ/ha. Giống này hiện đang được thương mại hóa bởi công ty cổ phần giống cây

trồng Thái Bình (vaas.org.vn).
Tuy vậy, một vấn đề cần bàn đến là sự cạnh tranh của các giống ngô lai của các
công ty nước ngoài, có năng suất cao, có hệ thống bán hàng tốt đang trực tiếp cạnh
tranh với các giống trong nước, đòi hỏi các nhà chọn giống phải nỗ lực hơn nữa để
nâng tầm các giống ngô lai, nâng cao năng suất, làm chủ thị trường nội địa góp phần
giảm tỷ lệ nhập khẩu, đóng góp vào sự phát triển của nền kinh tế nước nhà.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


2.3. Cơ sở khoa học của chọn giống ưu thế lai
Nguyên tắc chọn cặp bố mẹ
Thành tựu của chọn giống là chọn lọc được kiểu gen mong muốn vì thế kết
quả của phương pháp lai là điều quyết định. Chọn được bố mẹ để thoả mãn các yêu
cầu đặt ra là cơ sở để tạo ra các biến dị tổ hợp mong muốn. Dựa vào kinh nghiệm và
thành tựu của các nhà chọn giống thế giới, trên cơ sở di truyền học người ta đã đưa
ra các nguyên tắc cơ bản để chọn cặp bố mẹ khi lai như nguyên tắc khác nhau về
kiểu sinh thái địa lý, các yếu tố cấu thành năng suất, thời gian các giai đoạn sinh
trưởng, tính chống chịu và các tính trạng bổ sung đặc biệt.
Nguyên tắc khác nhau về kiểu sinh thái địa lý
Kiểu hình của một dạng thực vật là kết quả tương tác giữa kiểu gen và môi
trường. Các giống và dạng thực vật trong quá trình chọn lọc tự nhiên và chọn lọc
nhân tạo được hình thành thích nghi với một điều kiện đất đai, khí hậu nhất định.
Thực chất của nguyên tắc chọn cặp bố mẹ theo loại hình sinh thái địa lý là
liên kết các tính trạng và đặc tính của các dạng hoặc giống xa về địa lý, sinh thái
vào một giống mới. Các dạng lai xa nhau về địa lý là sự tổ hợp các gen khác nhau
của bố mẹ. Sự khác biệt về mặt di truyền được biểu hiện ra bên ngoài bằng các tính
trạng và đặc tính như chịu hạn, chịu úng, chịu chua, chịu rét, thời gian sinh trưởng
ngắn, dài... Việc chọn bố mẹ xa nhau về địa lý nhằm tổ hợp được các gen kiểm tra

tính trạng khác nhau. Do đó kết quả của lai giống sẽ chắc chắn hơn và vật liệu cung
cấp cho quá trình chọn lọc sẽ phong phú hơn, xác suất chọn được giống tốt phù hợp
với điều kiện sinh thái địa phương cao hơn.
Ở Việt Nam, bằng nguyên tắc này các nhà chọn giống đã tạo ra được nhiều
giống có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao như giống lúa NN1 do Bác sĩ Lương
đình Của tạo ra bằng lai giữa giống Ba Thắc của Nam Bộ và Bunco của Nhật Bản,
Giống VN10 do Trần Như Nguyện lai tạo giữa hai dạng xa nhau về địa lý (A5 là
dòng đột biến có nguồn gốc đông Nam Á và Rumani 45 có nguồn gốc Châu Âu ôn
đới) có khả năng chịu rét tốt, trồng vụ xuân cho năng suất cao và ổn định (Nguyễn
Văn Hiển, 2000).

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


Nguyên tắc khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất
Khi chọn bố mẹ nhằm nâng cao năng suất ở các thế hệ lai thì bố và mẹ phải
có sự khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất. Sự khác nhau này cần có khả
năng bổ sung lẫn nhau, phối hợp với nhau để tạo ra một giống mới hoàn chỉnh hơn.
Các yếu tố cấu thành năng suất là các tính trạng số lượng. Các tính trạng này
hầu hết do hệ thống đa gen quyết định. Cụ thể, khi xét năng suất của một cây trồng
thì năng suất trên một đơn vị diện tích do năng suất từng cá thể và số cá thể trên đơn
vị diện tích đó quyết định. Năng suất cá thể cao và trồng được nhiều cá thể trên đơn
vị diện tích là mục tiêu phấn đấu của nhà chọn giống. Năng suất cá thể được tạo nên
bởi các yếu tố cấu thành năng suất. Ví dụ, ở nhóm cây ngủ cốc là số lượng bông, số
hạt trên bông, khối lượng 1000 hạt. Ở cây ngô gồm các yếu tố chiều dài bắp, đường
kính bắp, số hàng hạt/bắp, số hạt/hàng, khối lượng 1000 hạt.
Nguyên tắc khác nhau về thời gian các giai đoạn sinh trưởng
Tùy thuộc vào mục đích của nhà chọn giống và nhu cầu của sản xuất mà phải

tạo ra các giống có thời gian sinh trưởng khác nhau từ ngắn, trung bình đến dài. đặc
biệt để tăng vụ tránh các điều kiện thời tiết bất lợi gây thiệt hại cho sản xuất cần có
các giống có thời gian sinh trưởng từ ngắn đến cực ngắn, song năng suất và chất
lượng phải đảm bảo yêu cầu.
Để phát huy tối đa tự do tổ hợp của các kiểu gen quyết định các pha sinh
trưởng của cây trồng nhằm tạo ra giống mới có thời gian sinh trưởng như ý muốn
thì bố và mẹ dùng trong các phép lai cần có cấu trúc thời gian các giai đoạn sinh
trưởng khác nhau. Vì vậy, khi nghiên cứu nguồn vật liệu khởi đầu của nguồn gen
cần có các quan sát tỉ mỉ về thời gian hoàn thành các giai đoạn sinh trưởng.
Nguyên tắc khác nhau về tính chống chịu sâu bệnh
Cây trồng vốn có tính chống chịu sâu bệnh nhờ thừa hưởng tính di truyền
của tổ tiên chúng. Tính chống chịu này dần yếu đi do có sự bảo vệ của con người
trong quá trình canh tác. Việc chọn tạo ra các giống vừa có năng suất cao vừa chống
chịu tốt với các loài sâu bệnh gây hại là mục tiêu của bất kỳ chương trình chọn
giống nào.
Mặt khác ở mỗi vùng sinh thái đặc thù có các nòi sâu bệnh khác nhau. Vì thế
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


một giống hoàn toàn kháng bệnh ở vùng này nhưng khi chuyển sang vùng khác lại
bị nhiễm bệnh. Một giống cây trồng có khả năng thích ứng rộng cần có phổ kháng
sâu bệnh rộng, cùng lúc có thể chống được nhiều nòi sinh lý khác nhau. Vì vậy, khi
chọn các dạng bố mẹ cần chú ý sự khác nhau về tính kháng bệnh ngang để tổ hợp
được một phổ kháng sâu bệnh rộng vào giống lai.
Ví dụ CR203 là giống chống rầy với cả 3 biotyp nên được trồng ở rất nhiều
vùng khác nhau từ vĩ tuyến 17 trở ra, giống IRI 352 kháng đạo ôn tổng hợp. Các
giống lúa này đều được tạo ra nhờ phép lai các dạng bố mẹ có tính kháng rầy và
kháng đạo ôn khác nhau (Nguyễn Văn Hiển, 2000).

Nguyên tắc bổ sung các tính trạng cần thiết
Giống cây trồng là sản phẩm của toàn thể loài người. Một giống cây trồng tốt
sẽ được con người nhân rộng ra nhiều vùng địa lý khác nhau. Nhập nội giống cây
trông có các tính trạng tốt là phương pháp nhanh để đưa giống vào sản xuất. Tuy
nhiên, các giống cây trồng mới tạo ra khi di chuyển từ vùng sinh thái này sang vùng
sinh thái khác tỏ ra còn khiếm khuyết hoặc thiếu một số tính trạng quan trọng nào
đó như kém chịu rét, chống đổ không tốt, chất lượng không cao... Do vậy, các giống
mới được tạo ra bằng các phương pháp hiện đại đều là các kiểu gen tốt, chúng chỉ
còn thiếu một số tính trạng mà nếu được bổ sung sẽ thành một giống hoàn chỉnh.
Nguyên tắc khác xa nhau về di truyền
Bố mẹ càng khác xa nhau về di truyền và bổ sung cho nhau nhiều tính trạng,
nhiều gen hay cụ thể là DNA thì khả năng cho ưu thế lai càng cao. Hiện nay, các chỉ
thị phân tử được nghiên cứu và phát triển đã trở thành công cụ mạnh mẽ để phân
tích đa dạng di truyền và xác định mối quan hệ giữa các giống cây trồng, vật nuôi.
Nhờ các chỉ thị phân tử này, chúng ta có thể tìm ra sự đa dạng di truyền những vùng
DNA có liên quan đến các gen qui định các tính trạng, từ đó giúp dự đoán hiệu quả
các cặp bố mẹ có khả năng cho ưu thế lai, làm cơ sở tham khảo để tiến hành lai sẽ
cho các tổ hợp có ưu thế lai cao, rút bớt được khối lượng công việc lai thử. Kết hợp
nguyên tắc khác xa nhau về di truyền với các nguyên tắc kể trên giúp tăng hiệu quả
chọn giống.
Có rất nhiều chỉ thị phân tử đã được sử dụng để nghiên cứu sự đa dạng di
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


truyền của các giống cây trồng nói chung và cây ngô nói riêng như RAPD (Randomly
Amplified Polymorphic DNA), SSR (Simple Sequence Repeats), AFLP (Amplified
Fragment Length Polymorphism)... Trong đó, chỉ thị SSR đã được sử dụng một cách
hiệu quả để xác định sự đa dạng di truyền và chẩn đoán các cặp ưu thế lai ở ngô và

nhiều loài cây trồng khác nhờ mức độ đa hình cao, ít tốn kém, khả năng lặp lại dễ dàng,
là chỉ thị đồng trội và di truyền theo quy luật Menden (George et al., 2004).
2.4. Đa dạng di truyền và hiện tượng ưu thế lai trên cây ngô
2.4.1. Đa dạng di truyền và phân tích đa dạng di truyền
Đa dạng di truyền (Genetic diversity) là khái niệm đề cập đến tổng số các
đặc tính di truyền trong cấu trúc di truyền của một loài. Đa dạng di truyền là tập hợp
biến đổi của các gen và các kiểu gen trong nội bộ của một loài. Nó phân biệt với biến
dị di truyền (genetic variability), là khái niệm mô tả các xu hướng của các đặc điểm
di truyền khác nhau.. Sự đa dạng di truyền có vai trò như là một cách để các loài thể
thích ứng với sự thay đổi của môi trường sống. Cụ thể, một số cá thể trong quần thể
của một loài nhất định có các biến thể của một allele nào đó mà vẫn phù hợp với môi
trường mới sau khi biến đổi. Những cá thể này có nhiều khả năng có thể tiếp tục tồn
tại để tạo ra đời con mang allele biến thể phù hợp đó. Quần thể do đó sẽ tiếp tục tồn
tại trong nhiều thế hệ nhờ sự biến đổi mang tính thành công của các cá thể mang các
allele biến thể này (http://en. wikipedia .org/wiki/ Genetic_diversity).
Các nghiên cứu thuộc lĩnh vực di truyền quần thể có một vài giả thuyết và lý
thuyết về sự đa dạng di truyền. Thuyết tiến hóa trung lập (The neutral theory of
evolution) đề xuất rằng sự đa dạng là kết quả của sự tích tụ của các thay thế trung
lập. Thuyết chọn lọc đa dạng (diversifying selection) giả thuyết rằng hai nhóm quần
thể của một loài sống ở các môi trường khác nhau chọn lọc cho các allele khác nhau
tại một locus đặc biệt. Thuyết chọn lọc phụ thuộc tần suất (Frequency-dependent
selection) là giả thuyết cho rằng khi allele trở nên phổ biến hơn thì chúng trở nên dễ
bị tổn thương hơn. Điều này xảy ra trong tương tác giữa ký chủ - tác nhân gây bệnh,
nơi có một tần suất cao của một allele phòng thủ của các ký chủ, khi đó nhiều khả
năng một tác nhân gây bệnh sẽ lây lan nếu nó có thể vượt qua allele đó phổ biến đó
( Genetic_diversity).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13

Sự đa dạng di truyền là nhân tố giúp cho sinh vật duy trì được nòi giống, kháng
với các loài dịch bệnh và thích nghi với những thay đổi của môi trường. Khi thay đổi
môi trường sống của quần thể, các cá thể có thể phải thích nghi để tồn tại. Khả năng để
các cá thể thích ứng với sự thay đổi của môi trường sẽ quyết định khả năng tồn tại của
cá thể trong điều kiện môi trường mới (Frankham, 2005). Sự khác nhau về gen của
quần thể cung cấp những đặc điểm biến dị giữa các cá thể trong quần thể đó. Những
đặc điểm biến dị có thể được chọn lọc thông qua chọn lọc tự nhiên, cuối cùng dẫn đến
một sự thay đổi thích nghi trong quần thể, cho phép nó tồn tại trong môi trường thay
đổi. Nếu một quần thể của một loài có một gen A nào đó rất đa dạng thì các cá thể của
quần thể sẽ có các kiểu hình tương ứng với gen đó rất đa dạng, khi có sự chọn lọc tự
nhiên thì các cá thể mang kiểu gen không thíc hợp sẽ bị loại bỏ, chỉ còn lại những cá
thể thích hợp nhất được chọn lọc và tiếp tục tồn tại (Pullin, 2002).
Ngoài ra sự đa dạng di truyền còn là cơ sở tạo nên ưu thế lai. Khi chọn cặp
lai dựa vào mức độ tương đồng DNA, các nhà chọn giống phân tử đề nghị nên chọn
những cặp bố mẹ có mức độ giống từ 40 - 70%, nếu >70% thì khó tạo ra những tổ
hợp lai có giá trị và ngược lại nếu chọn bố mẹ có mức độ giống nhau thấp <40% thì
quá trình lai khó thành công. Tuy chỉ thị AND đóng vai trò quan trọng để chọn cặp
lai, nhưng khi phân tích cần phải quan tâm tới loại chỉ thị DNA nào được được sử
dụng và các điều kiện liên quan khác. Trong quá trình chọn bố mẹ, cần phải nắm
vững nguồn gốc của chúng để tạo ra những giống cây trồng có năng suất chất lượng
tốt hơn hẳn bố mẹ, phục vụ cho lợi ích của con người (Zhang et al., 2013).
Phân tích đa dạng di truyền là quá trình phân tích biến động giữa các cá
thể hoặc quần thể bằng các phương pháp đặc thù hoặc phối hợp giữa các
phương pháp với nhau. Bộ số liệu sử dụng để phân tích đa dạng di truyền trong
cây trồng quan trọng nhất là bộ số liệu phả hệ, số liệu hình thái và số liệu sinh hóa
và gần đây là các số liệu dựa vào chỉ thị phân tử cho biết sự khác nhau về kiểu gen
một cách đáng tin cậy (Kim et al., 2013).
Phân tích quan hệ di truyền hay mối quan hệ di truyền ở các loài cây
trồng, vật nuôi là một phần quan trọng trong các chương trình cải tiến giống. Nó

cho thấy các thông tin về đa dạng di truyền và là cơ sở để phân nhóm các dòng,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14


giống được sử dụng làm vật liệu khởi đầu cho chọn giống, trên cơ sở đó dự đoán
được các nhóm có khả năng cho ưu thế lai nhờ vào khoảng cách di truyền xa
nhau giữa các nhóm. Việc nhận biết mức độ đa dạng của các dòng bố mẹ giúp
tạo ra các con lai có hệ số biến dị di truyền tối đa, từ đó tăng cơ hội thành công
trong chọn tạo giống.
2.4.2. Các phương pháp phân tích đa dạng di truyền
Phương pháp sử dụng các chỉ thị hình thái
Sự đa dạng di truyền có thể phát hiện dựa vào các biểu hiện hình thái. Gen
thể hiện bản chất di truyền sẽ được liên kết với một tính trạng hình thái nào đó mà
người ta có thể đo đếm được – gen đó có thể xem như marker. Tuy nhiên, số marker
hình thái hiện diện trong tự nhiên cũng rất ít, không thỏa mãn yêu cầu của nhiều
chương trình chọn giống và chỉ có quy mô hình thái (cơ quan) hoặc ở giai đoạn phát
triển đặc biệt của cá thể. Sự thể hiện các marker hình thái bị ảnh hưởng bởi điều
kiện môi trường, điều này làm cho marker hình thái kém thu hút trong cải tiến giống
cây trồng (Bửu and Lang, 1999, Khôn, 2006).
Phương pháp sử dụng các chỉ thị isozyme
Isozyme là các dạng protein có cùng phản ứng enzyme nhưng có sự khác
nhau khi chạy điện di. Kỹ thuật điện di được dùng để đo sự di động của phân tử
protein trong một khoảng thời gian nhất định, trên điện trường đồng nhất. Các
protein đột biến khác nhau về điện tích sẽ có sự di chuyển khác nhau nên có thể
phát hiện sự khác nhau giữa chúng bằng kỹ thuật điện di. Sự khác nhau này phản
ánh sự khác nhau trong kích thước và cấu trúc của phân tử protein. Trong nhiều
trường hợp, còn liên quan tới sự thay thế bởi một amino acid trong phân tử protein
do đột biến từ allele này sang allele khác (Bửu and Lang, 1999).

Nhờ kỹ thuật điện di này, cùng lúc có thể phân tích nhiều cá thể của một
quần thể nào đó để đánh giá chính xác số phần trăm dị hợp tử của một gen nhất
định. Nó cho biết sự đa dạng giữa các nhóm sinh vật theo các protein được quan sát.
Tuy việc áp dụng marker isozyme đã làm thay đổi việc nghiên cứu đa dạng di
truyền theo chiều hướng thuận lợi hơn nhưng số marker cũng quá ít, không thỏa
mãn cho nhu cầu nghiên cứu (Bửu and Lang, 1999).
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 15


Phương pháp sử dụng các chỉ thị phân tử
Các chỉ thị phân tử đã chứng minh có tầm quan trọng hơn về lâu dài so với
marker hình thái và marker isozyme, do số lượng của nó lớn hơn gấp nhiều lần so
với marker isozyme.
Về căn bản, bất cứ chuỗi mã DNA nào phân biệt được giữa hai cá thể, hai
dòng hoặc hai giống khác nhau đều có thể được xem là một marker phân tử. Các
marker phân tử có thể chia làm hai nhóm như sau:
- Marker dựa vào phương pháp lai DNA (DNA – DNA hydridization
based): RFLP (Restriction Fragment Length Polymophism), minisatellite…
- Marker dựa trên phương pháp PCR: AFLP (Amplified Fragment Length
Polymophism), SSR (Simple Sequence Repeat), SSCP (Single Strand Conformation
Polymophism), RAPD (Random Amplified Polymorphic DNA). Phương pháp này
nhìn chung đơn giản, dễ thực hiện, độ chính xác cao, chi phí vừa phải nên được áp
dụng rất phổ biện trong các nghiên cứu chọn tạo giống.
Những lợi ích của marker phân tử so với marker hình thái và marker isozyme
là giúp đo lường trực tiếp các vật liệu di truyền, trong quần thể có thể phát triển
nhiều chỉ thị khác nhau và không bị ảnh hưởng bởi môi trường.
Trong số các chỉ thị phân tử DNA, chỉ thị SSR được coi là công cụ hữu hiệu
để chọn lọc giống, đánh giá đa dạng di truyền và thiết lập bản đồ di truyền. SSR

(Simple Sequence Repeat) bao gồm một chuỗi mã gốc (core sequence) được lặp lại
nhiều lần, và phân tán rộng khắp trong genome, trên nhiều locus, mỗi locus chứa
allele thích ứng với mỗi dạng khác nhau về số lần lập lại của nó, và nó rất nhạy
cảm, được gọi với thuật ngữ chuỗi mã đơn giản lập lại nhiều lần (Simple sequence
repeats= SSR) chiều dài thường 1 - 100 bp. Do đó các chuỗi SSR có thể khuếch đại
in-vitro bằng phương pháp PCR với bằng cách phát triển các mồi ở 2 bên trên một
locus. Kết quả dựa vào độ dài và số lượng của các đoạn lập lại DNA khác nhau giữa
các động vật, thực vật và vi sinh vật để xác định được mức độ đa dạng di truyền của
các mẫu so sánh. SSR là chỉ thị đồng trội (codominant) có khả năng phát hiện đa
hình rất cao.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 16