................................................
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP
NGÔ VĂN NHƯƠNG
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC
VÀ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT TẠO GIỐNG CÂY MUN
(Diospyros mun A. Chev. ex Lecomte)
Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM
LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP
HÀ NỘI - 2016
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
................................................
NGÔ VĂN NHƯƠNG
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC
VÀ BIỆN PHÁP KỸ THUẬT TẠO GIỐNG CÂY MUN
(Diospyros mun A. Chev. ex Lecomte)
Ở MIỀN BẮC VIỆT NAM
CHUYÊN NGÀNH: LÂM SINH
MÃ SỐ: 62620205
LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Lê Xuân Trường
2. PGS. TS. Phạm Đức Tuấn
HÀ NỘI- 2016
4
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong Luận án là trung thực và chưa
ai công bố trong bất kỳ công trình khác.
Nghiên cứu sinh
ThS. Ngô Văn Nhương
1
LỜI CẢM ƠN
Công trình này được hoàn thành theo chương trình nghiên cứu sinh trong nước,
hệ chính quy ở Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam.
Trước hết, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến các thầy giáo
TS. Lê Xuân Trường và PGS. TS. Phạm Đức Tuấn, với tư cách là người hướng dẫn đã
dành nhiều thời gian quí báu giúp đỡ tác giả hoàn thành luận án.
Trong quá trình thực hiện và hoàn thành luận án, tác giả còn nhận được sự quan
tâm, tạo điều kiện giúp đỡ của các tập thể: Trường Đại học Lâm nghiệp Việt Nam;
Phòng Đào tạo Sau đại học; Khoa Lâm học; Bộ môn Lâm sinh của Trường Đại học Lâm
nghiệp; Bộ môn khoa học gỗ- Viện nghiên cứu Công nghiệp rừng; Phòng Phân loại thực
nghiệm và Đa dạng nguồn Gen Sinh học- Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam; Phòng thí
nghiệm của Viện Công nghệ sinh học Lâm nghiệp; Phòng thí nghiệm đất và môi trường
của Viện nghiên cứu Sinh thái và Môi trường rừng; Bộ môn Kỹ thuật lâm sinh của Viện
Nghiên cứu Lâm sinh; VQG Cúc Phương- Ninh Bình; KBTTN Ngọc Sơn- Ngổ LuôngHòa Bình; KBTTN Na Hang- Tuyên Quang, VQG Phong Nha- Kẻ Bàng- Quảng Bình,
VQG Núi Chúa- Ninh Thuận, xã Cam Thịnh Đông và Cam Thịnh Tây- Thành phố Cam
Ranh- Khánh Hòa, Trường Đại học Hoa Lư- Ninh Bình, Sở Khoa học và Công nghệ
Ninh Bình. Nhân dịp này tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc trước sự quan tâm giúp đỡ
quí báu đó.
Xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phạm Xuân Hoàn- Nguyên Phó hiệu trưởng Trường
Đại học Lâm nghiệp; TS. Hà Văn Huân và TS. Vũ Quang Nam- Viện Công nghệ sinh
học Lâm nghiệp; NCS. Vũ Đình Duy- Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam; TS. Nguyễn Tử
Kim, Ths. Bùi Hữu Thưởng và ThS. Vũ Thị Ngoan- Viện nghiên cứu Công nghiệp rừng;
TS. Phí Hồng Hải- Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam; ThS. Ngô Thị Thanh HuệViện nghiên cứu Sinh thái và Môi trường rừng; ThS. Phan Minh Quang- Viện Nghiên
cứu Lâm sinh; Các cá nhân công tác tại VQG Cúc Phương: ThS. Trương Quang Bích;
ThS. Lê Phương Triều, KS. Nguyễn Minh Tường, KS. Nguyễn Thị Thủy; Các cán bộ
công tác tại KBTTN Ngọc Sơn- Ngổ Luông: KS. Bùi Bình Yên; KS. Nguyễn Bình Định;
KS. Khổng Văn Quang- KBTTN Na Hang; Các cán bộ công tác tại VQG Núi Chúa: KS.
Nguyễn Trọng Huynh, KS. Nguyễn Ngọc Hân...đã dành nhiều thời gian và công sức giúp
đỡ tác giả hoàn thành luận án.
Cuối cùng tác giả xin gửi lời cảm ơn tới tất cả bạn bè, đồng nghiệp và người thân
trong gia đình đã động viên và giúp đỡ tác giả hoàn thành công trình này.
Một lần nữa tác giả xin chân thành cảm ơn
Ngô Văn Nhương
MỤC LỤC
6
TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC
7
TT
1
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viêt
Nguyên nghĩa
tăt
ARN
Axít ribonucleic
2
cpDNA
Cs
Genome lục lạp
Cộng sự
3
CT
Công thức
4
CTTT
Công thức tố thành
5
DNA
deoxyribonucleic acid
6
Dc
Đường kính gốc (cm)
7
D
Đường kính thân cây tại vị trí cách mặt đất 1,3m (cm)
8
Dt
Đường kính tán (m)
9
Đ- T
Hướng Đông- Tây
10
Hvn
ITS rDNA
Chiều cao vút ngọn (m)
Vùng gen nhân
11
12
1.3
IUCN
13
Liên minh Quốc tế Bảo tồn Thiên nhiên và Tài nguyên
Thiên nhiên
IV
Giá trị quan trọng (%)
KBTTN
Khu bảo tồn thiên nhiên
15
K20
Hàm lượng ka li tống số (%)
16
N
Hàm lượng đạm tống số (%)
17
N- B
Hướng Nam Bắc
18
OTC
Ô tiêu chuẩn điển hình
P205
Hàm lượng lân tống số (%)
TB
Tế bào
rbcL
Vùng gen lục lạp
RTN
Rừng tự nhiên
14
19
20
21
22
23
8
24
V
Hệ số biến động (%)
25
VQG
Vườn quốc gia
26
VTV
Vườn thực vật
27
X
Giá trị trung bình
DANH MỤC CÁC BẢNG
T Bản
Nội dung
T g 3.1 Vị trí địa lý, địa hình và kiểu rừng Mun phân bố
1
3.2 Đặc điểm khí hậu một số địa điểm có Mun phân bố
2
3
3.3 Thành phần cơ giới của các phẫu diện đại diện
4
5
3.4
3.5
6
7
3.6
8
9
1
0
11
1
2
3.7
3.8
3.9
3.1
0
3.1
1
3.1
2
1
31
4
1
5
1
6
3.1
33.1
4
3.1
5
3.1
6
1
7
1
8
1
9
2
0
3.1
7
3.1
8
3.1
9
3.2
0
2
1
2
2
3.2
1
3.2
2
Đặc tính hóa học của đất có Mun phân bố
Quan hệ giữa Mun với các loài cây ưu thế ở các địa điểm
nghiên cứu
Một số chỉ tiêu về sinh trưởng của lâm phần có Mun phân
bố
Khả năng tái sinh tự nhiên của Mun tại các khu vực nghiên
cứu
Tran
g 56
57
60
62
67
71
72
Sinh trưởng của Mun ở rừng trồng tại VQG Cúc Phương
74
sau 1 năm theo dõi
Diễn biến các pha vật hậu của Mun
Mật độ, kích thước của mạch và tia gỗ Mun
77
79
Khoảng cách di truyền (dưới) và mức độ tương đồng di
84
truyền (trên) giữa các cặp quần thể Mun nghiên cứu
Khoảng cách di truyền (dưới) và mức độ tương đồng di
91
truyền (trên) giữa các cặp quần thể Mun nghiên cứu
Khối lượng và độ ẩm ban đầu của hạt Mun
95
Thế nảy mầm của hạt Mun
Khả năng nảy mầm của hạt Mun ở các công thức xử lý
96
96
Ảnh hưởng của phương pháp và thời gian bảo quản đến tỷ
97
lệ nảy mầm của hạt Mun
Một số chỉ tiêu sinh trưởng của Mun ở các tỷ lệ che sáng
99
Cấu tạo giải phẫu lá cây con Mun ở các tỷ lệ che sáng
Hàm lượng sắc tố trong lá cây con Mun ở các tỷ lệ che sáng
Một số chỉ tiêu sinh trưởng của cây Mun ở các công thức
hỗn hợp ruột bầu
Một số chỉ tiêu sinh trưởng cây Mun ở các công thức tưới
nước
Sinh trưởng của Mun sau 1 năm trồng
10
5
10
7
11
0
11
5
12
0
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu
TT
Nội dung
đồ
Trang
3.1 Các pha vật hậu của Mun
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
3.2 Tỷ lệ sống của Mun ở các công thức che sáng
77
3.3 Chiều cao cây Mun ở các tỷ lệ che sáng
100
3.4 Đường kính cây Mun ở các tỷ lệ che sáng
101
3.5 Sinh khối khô cây Mun ở các tỷ lệ che sáng
102
3.6 Tỷ lệ sống của Mun ở các công thức hỗn hợp ruột bầu
103
3.7 Chiều cao cây Mun ở các công thức hỗn hợp ruột bầu
111
Đường kính cây Mun ở các công thức hỗn hợp ruột 112
3.8.
112
bầu
3.9 Sinh khối khô cây Mun ở các công thức hỗn hợp ruột bầu
113
3.10
Tỷ lệ sống của Mun ở các công thức tưới nước
116
3.11
Chiều cao cây Mun ở các công thức tưới nước
117
3.12
Đường kính cây Mun ở các công thức tưới nước
117
3.13
Sinh khối khô cây Mun ở các công thức tưới nước
118
3.14
Tỷ lệ sống của Mun sau 1 năm trồng
121
3.15
Sinh trưởng chiều cao của Mun sau 1 năm trồng
122
3.16
Sinh trưởng đường kính của Mun sau 1 năm trồng
122
DANH MỤC CÁC HÌNH Hình
TT
1
dung
1.1
Nội
1
Hệ gen lục lạp của cây Arabidopsis thaliana (Sato et al.,
7
1999)
2
1 2
Sơ đồ vùng gen ITS
3
2.1 Sơ đồ nghiên cứu
4
2.2 Bản đồ chỉ ra địa điểm thu mẫu loài Mun nghiên cứu
5
2.3
Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo dõi nảy mầm của hạt sau khi xử
6
2.4 Sơ đồ bố trí thí nghiệm về ảnh hưởng của tỷ lệ che sáng
7
2.5 Sơ đồ bố trí thí nghiệm về ảnh hưởng của hỗn hợp ruột bầu
8
2.6 Sơ đồ bố trí thí nghiệm về ảnh hưởng của chế độ tưới nước
9
3.1 Hình thái cây Mun
10
3.2 Hình thái cành cây Mun
11
3.3 Hình thái vỏ cây Mun
12
3.4 Hình thái lá Mun
13
3.5 Hoa Mun
14
3.6 Quả Mun
15
3.7 Hạt Mun
16
3.8 Một số địa điểm có Mun phân bố tự nhiên ở Việt Nam
17
3.9 Phẫu diện đất có Mun phân bố ở VQG Cúc Phương
18
19
Phẫu diện đất nơi trồng Mun thực nghiệm ở VQG Cúc
38
45
48
49
51
52
52
53
54
54
54
55
59
59
Phương
3.11
31
44
lý
3.10
9
Mẫu đất ở rừng trồng thực nghiệm VQG Cúc Phương
59
20
3.12
21
3.13
Phẫu đồ rừng ở VQG Cúc Phương- Ninh Bình
22
3.14
Phẫu đồ rừng ở KBTTN Ngọc Sơn- Ngố Luông- Hòa 69
23
Mẫu đất ở rừng tự nhiên KBTTN Ngọc Sơn- Ngố
1
Luông và KBTTN Na Hang
Bình
59
68
70
24
3.15
Phẫu đồ rừng ở KBTTN Na Hang- Tuyên Quang
74
25
3.16
Mun tái sinh tự nhiên từ hạt
75
3.17
Mun 1 năm tuối ở rừng trồng thực nghiệm VQG Cúc
26
75
Phương
27
3.18
Mun 23 tuối ở rừng trồng VQG Cúc Phương
28
3.19
Mun 6 năm tuối trồng ở Vườn thực vật VQG Cúc78
29
Phương
76
80
30
3.20
Gỗ Mun
80
31
3.21
Mặt cắt ngang gỗ mun
82
3.22
Mặt cắt tiếp tuyến gỗ mun
3.23
Kết quả kiểm tra DNA tống số (A) và DNA tinh sạch
32
(B) đại diện của 21 mẫu Mun trên gel agarose 0,8% (từ giếng
82
1 đến 14 đại diện cho các mẫu Mun)
3.24
33
34
Sản phẩm PCR đại diện của một số mẫu của loài
Mun phân tích với vùng gen nhân ITS-rDNA và gen lục lạp
rbcL (B) điện di trên gel agarose 1,5%. (M: marker phân tử 1
83
kb, từ giếng 1 đến 14 đại diện cho các mẫu Mun)
3.25
Các nucleotide sai khác trên vùng gen rbcL giữa 7
quần thể Mun ở Việt Nam
3.26
Mối quan hệ họ hàng giữa 7 quần thể Mun ở Việt
85
Nam trên cơ sở phân tích trình tự nucleotide vùng gen rbcL
1
bằng phương pháp Maximum Parsimony (A) và Maximum
Likelihood (B)
35
36
1
1
37
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
38
Việt Nam được coi là nước giàu tài nguyên rừng. Trước kia rừng chiếm
3/4 diện tích lãnh thố, rừng là nơi hội tụ, sinh tồn của nhiều loài động vật và thực vật.
Nhưng trong nhiều năm qua rừng tự nhiên đã bị thu hẹp về diện tích và giảm sút về
chất lượng. Trước năm 1945 diện tích rừng chiếm khoảng 14,3 triệu hecta, đạt tỷ lệ
che phủ 43% (Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn, 2002) [5]. Đến 31/12/2013,
tống diện tích rừng khoảng 13,9 triệu hecta trong đó có khoảng 10,4 triệu hecta rừng
tự nhiên và hơn 3,5 triệu hecta rừng trồng, tỷ lệ che phủ đạt 39,7% (Bộ Nông nghiệp
và phát triển nông thôn, 2014) [6], tỷ lệ giảm như vậy là do cháy rừng, đốt nương làm
rẫy, khai thác lâm sản, chuyển đất rừng sang những mục đích sử dụng khác...Kết quả
đã làm cho nhiều loài cây gỗ quí hiếm, cây bản địa, cây có giá trị cao về kinh tế bị đe
dọa nghiêm trọng và có nguy cơ tuyệt chủng. Vì thế, trồng rừng là một biện pháp tích
cực để bảo tồn những loài cây gỗ có giá trị kinh tế cao, những loài có nguy cơ tuyệt
chủng, đồng thời duy trì độ che phủ của rừng và trở thành nhu cầu cấp thiết hiện nay
(Nguyễn Hoàng Nghĩa, 1999) [37].
39
Việt Nam đã, đang rất chú trọng đến vấn đề bảo vệ và phát triển tài
nguyên rừng, trong đó việc nghiên cứu và bảo vệ hệ sinh thái rừng núi đá vôi cũng
như nghiên cứu sinh thái cá thể được đặc biệt quan tâm. Mặt khác việc sử dụng cây
bản địa làm mục đích trồng rừng và làm giàu rừng là một vấn đề lớn đang được ngành
Lâm nghiệp quan tâm. Việc thiếu thông tin về đặc điểm sinh học của loài gây nên
những khó khăn trong việc đề xuất các giải pháp lâm sinh góp phần bảo tồn và phát
triển các loài cây gỗ quý hiếm.
40
Theo báo cáo tống kết của VQG Cúc Phương, báo cáo tống kết
của KBTTN Ngọc Sơn- Ngố Luông và báo cáo tống kết của KBTTN Na Hang có rất
nhiều loài cây gỗ quý hiếm, trong đó có cây Mun. Mun (Diospyros mun A.Chev. ex
Lecomte) thuộc họ thị (Ebenaceae), là loài cây bản địa, đặc hữu của Việt Nam, Mun là
cây gỗ trung bình có giá trị kinh
tế
loài trong rừng
41
cao, thường
lá
mọc
hỗn
rộngthường
xanh. Lõi gỗ Mun khi khô có màu đen bóng, cứng và bền nên khó gia công, là
1
gỗ quý nên thường được làm đồ mộc gia dụng cao cấp. Quả và lá dùng để nhuộm đen
lụa quý. Trước đây loài cây này có phân bố tự nhiên ở nhiều tỉnh trong cả nước như
Ninh Bình, Hòa Bình, Tuyên Quang, Quảng Bình, Khánh Hòa, Ninh Thuận ... Hiện
nay chúng chỉ còn ở một số ít Vườn quốc gia, Khu bảo tồn thiên nhiên hoặc rừng cấm.
Mun đã và đang bị khai thác rất mạnh, số lượng cá thể và quần thể bị giảm sút một
cách nhanh chóng. Theo các tiêu chí IUCN, 2013 [78] loài Mun (Diospyros mun
A.Chev. ex Lecomte) hiện được xếp ở tình trạng cực kỳ nguy cấp (A1cd). Tại Việt
Nam loài này đã được dẫn trong sách đỏ Việt Nam, 2007 [4] ở mức độ nguy cấp EN
A1c,d, B1 + 2a và được pháp luật bảo vệ (nằm trong gỗ nhóm I). Mun trong tự nhiên
đang bị đe dọa nghiêm trọng và đứng trước nguy cơ bị tuyệt chủng cao. Tuy nhiên, có
rất ít công trình nghiên cứu về loài cây quý này, mà đa số chỉ tập trung nghiên cứu về
phân loại hoặc phân bố, đánh giá tài nguyên và bảo tồn loài mang tính chất chung
chung (Lê Đình Khả, Dương Mộng Hùng, 1998) [30], (Lê Đình Khả, Nguyễn Hoàng
Nghĩa, 1990) [31], (Nguyễn Hoàng Nghĩa, 1997) [36], (Nguyễn Hoàng Nghĩa, 1999)
[37].
42
Hiện nay, Mun đã được trồng thử nghiệm bằng cây con từ hạt, song
hiểu biết về đặc điểm sinh học của loài cây này còn ít, chưa có quy trình gieo ươm
một cách hệ thống, chưa có hướng dẫn kỹ thuật tạo cây con và kỹ thuật trồng Mun
nên chưa đủ cơ sở khoa học để xây dựng giải pháp kỹ thuật bảo tồn có hiệu quả. Vì
vậy, “Nghiên cứu một
thuật tạo
43
số
đặc điểm sinh học và
biện pháp kỹ
giống cây Mun
(Diospyros mun A.Chev. ex Lecomte) ở miền Bắc- Việt Nam” góp phần đề
xuất kỹ thuật bảo tồn loài cây này ở miền Bắc nói riêng và ở Việt Nam nói chung, là
đề tài nghiên cứu sinh lựa chọn thực hiện nhằm giải quyết các tồn tại trên.
2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
44
Ý nghĩa khoa học
45
Đề tài đã bố sung các thông tin về đặc điểm lâm học, sinh thái học của
loài Mun góp phần cho việc bảo tồn nguồn gen.
46
Ý nghĩa thực tiễn
47
- Đề tài đã xác định và xây dựng hướng dẫn kỹ thuật tạo cây con Mun
1
phục vụ cho trồng rừng.
-
Những kết quả của đề tài có thể sử dụng làm tài liệu tham khảo cho các cán bộ kỹ
thuật lâm nghiệp, học sinh, sinh viên, nông dân... trong định hướng phát triển các loài
cây gỗ quý hiếm.
3. Những đóng góp mới của đề tài
-
Bố sung thêm một số thông tin về đặc điểm sinh học của loài Mun như: Thông qua
kết quả nghiên cứu về cấu tạo hiển vi của gỗ ở các địa điểm khác nhau đã xác định
được các mẫu gỗ có cấu tạo tương đối giống nhau; Đã xác định được mối quan hệ di
truyền giữa các quần thể Mun ở miền Bắc là giống nhau và có thể khắng định được
các quần thể Mun ở Việt Nam có cùng nguồn gốc tiến hóa từ chi thị (Diospyros). Qua
đó, cũng đã xác định được kiểu gen của loài Mun và gửi 42 trình tự nucleotide lên
ngân hàng gen (Genbank) thế giới.
-
Bố sung, hoàn thiện kỹ thuật tạo cây con Mun ở vườn ươm và trồng thử
48
nghiệm cây Mun ở các giai đoạn tuối xuất vườn khác nhau (3 tháng, 6
tháng, 9 tháng) đã xác
định được
hơn cả là cây con
49
tuối
cây con xuất
xuất vườn
vườn
tốt
9
tháng tuối.
4. Đối tượng nghiên cứu
50
Mun ở rừng tự nhiên, rừng trồng ở vườn thực vật, rừng trồng thử
nghiệm và cây con vườn ươm.
5. Giới hạn của đề tài
5.1.
-
Giới hạn nội dung nghiên cứu
Đề tài chỉ nghiên cứu một số đặc điểm sinh học cơ bản có liên quan trực tiếp đến sinh
trưởng
51
của
Mun
như hình thái, phân bố, vật hậu, cấu trúc tố thành,
mối quan hệ giữa Mun với một số loài cây khác, tái sinh tự nhiên và khả năng
sinh trưởng ở rừng trồng làm cơ sở định hướng cho kỹ thuật gây trồng loài cây này.
-
“Tạo giống” trong đề tài này chỉ là việc tạo cây con từ hạt; nghiên cứu đặc điểm sinh
học của Mun thực hiện tại một số địa điểm ở miền Bắc; nghiên cứu mối quan hệ di
truyền giữa các quần thể Mun thực hiện tại một số địa điểm ở Việt Nam.
1
5.2.
Giới hạn địa bàn nghiên cứu
52
Các nghiên cứu thực địa của đề tài chủ yếu được tiến hành tại VQG
Cúc Phương- Ninh Bình, KBTTN Ngọc Sơn- Ngố Luông- Hòa Bình, KBTTN Na
53
Hang- Tuyên Quang. Ngoài ra, nội dung nghiên cứu mối quan hệ di truyền
một số quần thể Mun còn được thực hiện ở một số khu vực như: VQG Phong Nha- Kẻ
Bàng, Quảng Bình; VQG Núi Chúa- Ninh Thuận; xã Cam Thịnh Đông và Cam Thịnh
Tây thuộc Thành phố Cam Ranh, tỉnh Khánh Hòa.
5.3.
Giới hạn thời gian nghiên cứu
54 Các thí nghiệm tạo cây con ở vườn ươm được theo dõi từ khi cấy cây
vào bầu đến lúc cây 9 tháng tuổi. Thí nghiệm ở rừng trồng thử nghiệm
được theo dõi sau khi trồng 12 tháng.
55
56
1.1.
Chương 1
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Giới thiệu chung về cây Mun
1.1.1.
Đặc điểm phân loại
57
Theo Lê Mộng Chân và Lê Thị Huyên, 2003 [10], Trần Hợp, 2002
[25], Nguyễn Hoàng Nghĩa, 1999 [37], Nguyễn Tiến Bân, 2003 [2], Vũ Văn
Dũng,1987 [13], Le Comte H (1908- 1942) [82]... , Mun còn có tên là Mun sừng,
Mung, Mun đen,...Phân loại theo hệ thống Takhtajan, Mun có tên khoa học là
Diospyros mun A.Chev. ex Lecomte, thuộc họ Thị (Ebenaceae), bộ Thị (Ebenales),
lớp cây hai lá mầm (Magnoliopsida), ngành thực vật hạt kín (Magnoliophyta).
58
Họ thị (Ebenaceae) là một họ thực vật có hoa, nó bao gồm các loài cây
như Hồng, Thị, Cậy, Mun. Họ này có khoảng 548 loài cây gỗ và cây bụi thuộc các chi
là Diospyros, Euclea, Lissocarpa và Royena. Các loài phần lớn là cây thường xanh và
có nguồn gốc ở khu vực nhiệt đới hay cận nhiệt đới, chỉ một số ít các loài cây lá sớm
rụng có nguồn gốc ở khu vực ôn đới, đài hoa bền vững trên quả là đặc trưng của họ
này, chi thị (Diospyros) là một chi có từ khoảng 450-500 loài, có sự phân bố rộng
khắp
59
vùng nhiệt đới, với sự đa dạng lớn nhất về các loài trong khu
vực
Indomalaya, ở Việt Nam họ Thị có 1 chi Diospyros khoảng 60 loài. Chi này
bao gồm một số loài có giá trị thương mại quan trọng hoặc là để lấy quả ăn (bao gồm
các loài Hồng, Thị, Cậy như Diospyros kaki và Diospyros virginiana) hoặc là để lấy
gỗ. Có hai nhóm gỗ có giá trị thương mại là gỗ mun trơn: loại gỗ mun đen thuần túy
(đáng chú ý là Diospyros ebenum, Diospyros mun...) và gỗ mun sọc (mun vàng hay
mun Macassar - Diospyros celebica). Trong đó, Diospyros mun là loài rất có giá trị
nên đã bị khai thác nhiều, làm cho số lượng Mun tồn tại trong tự nhiên suy giảm
nhanh chóng.
1.1.2.
Đặc điểm thực vật học
60
Mun là cây gỗ trung bình, rụng lá, cao 7-18 m, đường kính đến 0,3 m
hay hơn, cành nhánh nhẵn, tán rậm. Vỏ ngoài đen, nứt dọc nông. Lá đơn mềm, mọc
cách, hình trứng nhọn, gân giữa và gân bên nối rõ, dài 5,5-6,5 cm; rộng 2-2,2 cm, khi
khô có màu đen. Hoa nhỏ, màu vàng đơn tính; hoa đực mọc thành xim 3-5 hoa ở nách
lá, hoa cái mọc đơn độc. Hoa đực có đài hợp, hình cốc ngắn, ở phần trên chia thành 4
thùy, màu lục. Tràng hợp thành ống, dài 5 mm, ở trên chia thành 4 thùy màu vàng. Nhị
8; bao phấn hình mũi dùi, dài khoảng 3 mm. Quả hình cầu nhỏ, đường kính 1,52 cm
màu xanh nhẵn, khô màu đen, vỏ dày, mang đài tồn tại xẻ 4 thuỳ. Mùa hoa Mun
thường vào tháng 7. Mun tái sinh bằng hạt và chồi rễ ở gần gốc. Mun là loài cây ưa
sáng, mọc chậm, sống lâu (Phạm Hoàng Hộ, 1999) [22].
1.1.3.
Đặc điểm sinh thái
61
Cũng theo Lê Mộng Chân và Lê Thị Huyên, 2003 [10], Trần Hợp,
2002 [25], Nguyễn Hoàng Nghĩa, 1999 [37], Nguyễn Tiến Bân, 2003 [2], Vũ Văn
Dũng,1987 [13], Le Comte H (1922- 1933) [82], cây Mun mọc rải rác hay thành từng
đám trong trảng cây bụi cao rậm, chịu hạn ở vùng núi đá vôi dưới 800m. Đây là loài
đặc hữu của Việt Nam, đã phát hiện mun tại Hà Giang, Tuyên Quang, Lạng Sơn, Hòa
Bình, Ninh Bình, Quảng Bình, Khánh Hòa, Ninh Thuận,...Bộ Khoa học, Công nghệ và
Môi trường, 2007 [4].
1.2.
Giới thiệu hệ gen sử dụng trong nghiên cứu phân loại phân tử ở thực vật,
một số thành tựu nghiên cứu về đa dạng di truyền và tiến hóa phân tử
1.2.1.
Giới thiệu một số hệ gen sử dụng trong nghiên cứu phân loại phân tử ở thực
vật
62
Nghiên cứu giải mã một số vùng gen bảo thủ cho mục đích phân loại,
nhận dạng một số nguồn gen quý là hướng nghiên cứu được phát triển mạnh trên thế
giới trong những năm gần đây.
kỹ thuật
63
Cơ sở
của phương pháp này là dựa trên
phân
tích DNA còn được gọi là “dấu vân DNA- DNA fingerprint”. Ứng dụng hướng
nghiên cứu này giúp nhận biết ranh giới các loài (giám định gen); đánh giá sự phát
sinh chủng loại giữa các loài (tiến hóa loài) (Hillils et al., 1996) [74]. Phương pháp
được xây dựng dựa trên thành phần và cấu trúc của các vùng gen đặc hữu của các
taxon sinh vật, tập trung vào hai vùng gen chính là gen nhân (ITS) và vùng gen lục lạp
(cpDNA), nên có hiệu quả cao trong việc định loại và giám định loài. Với các giá trị
khoa học nêu trên, đến nay việc xác định trình tự nucleotide vùng gen đặc trưng đang
là công cụ hỗ trợ đắc lực cho các nhà nghiên cứu trong việc phát hiện các loài mới,
giải quyết các mối nghi ngờ về vị trí phân loại, đánh giá đầy đủ về tính đa dạng di
truyền, quan hệ chủng loại và mức độ tiến hoá của nhiều loài động thực vật và vi sinh
vật. Hiện nay, ở Việt Nam hướng nghiên cứu này đang được sử dụng trong nghiên cứu
phân loại, định loại, tiến hóa,... trên nhiều đối tượng sinh vật ở Viện Công nghệ sinh
học, Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật, Bảo tàng Thiên nhiên Việt Nam,.
64
1.2.11. Một số vùng gen thuộc hệ gen lục lạp
65
Hệ gen lục lạp (cpDNA) là một phân tử DNA vòng, sợi đơn, mỗi gen
thường không lặp lại, có kích thước từ 120 kb - 220 kb. Không giống như các gen
nhân, các gen lục lạp chỉ mã hoá các protein cần thiết cho chức năng quang hợp. Hệ
gen lục lạp thường được sử dụng cho nghiên cứu phân loại ở thực vật do đặc tính di
truyền theo dòng mẹ, không bị tái tổ hợp di truyền cho thế hệ sau và rất bảo thủ (Sato
et al., 1999) [100].
35
66
67
Hình 1.1. Hệ gen lục lạp của cây Arabidopsis thaliana (Sato et al., 1999)
68
Hệ gen lục lạp được đánh giá là sự tích lũy các đột biến theo thời gian,
nên phản ánh đúng mức độ tiến hóa của loài. Các gen lục lạp có tốc độ đột biến thấp
hơn từ 4 - 5 lần so với gen trong nhân, nhưng nhanh hơn khoảng ba lần so với DNA ty
thể thực vật và thường xuyên được sử dụng trong nghiên cứu phân loại. Hiện nay, các
vùng gen matK, trnL-trnF, vùng đệm psbA-trnH, rpoC2...hay được sử dụng trong
nghiên cứu hệ thống học phân tử thực vật. Tất cả các gen thuộc hệ gen lục lạp thường
có mức độ biến đối không lớn hơn 2% giữa các loài lân cận.
69
Vùng đệm psbA - trnH: Vùng này có kích thước xấp xỉ 450 bp, xác
suất nhân bản thành công rất cao (100% với các loài đã được nghiên cứu). Mức độ
khác biệt trình tự nucleotide giữa các loài trung bình là 1,24% và sự khác biệt bên
trong loài rất thấp từ 0 - 0,08% (Son et al., 2010) [104].
70
Gen matK: cùng với vùng đệm psbA - trnH đã được đề xuất làm DNA
barcode cho nhóm thực vật có hoa. Kết quả sử dụng gen matK cho phân loại đã thu
được
71
sự tương đồng rất cao với phân loại hình thái và cho giá
trị
bootstrap từ 92 - 100% (Mort et al., 2001) [89].
72
Gen trnL: Gen này được sử dụng nhiều trong nghiên cứu phân loại
phân tử (Kress et al., 2005, Mort et al., 2005) [80], [91]. Các kết quả thu được trong
các nghiên cứu nguồn gốc phát sinh loài sử dụng gen trnL cho thấy đây là một vùng
DNA hữu ích cho phân loại.
73
Vùng rpoC (RNA polymerase) mã hoá cho protein trong quá trình
quang hợp. Có ít nhất hai loại RNA polymerase khác nhau ở lục lạp. Một loại liên kết
chặt với cpDNA tham gia vào tống hợp các RNA ribosome. Một loại RNA polymerase
khác có cấu
74
trúc phức tạp hơn và có từ 7 đến 14 polynucleotide, tuy nhiên điểm
khởi động sao mã chính xác gần vùng khởi động của lục lạp chưa được xác
định.
75
Ngoài các locus được nêu trên, các vùng gen rbcL, vùng đệm trnL-
trnF, trnT-trnL,... thuộc hệ gen lục lạp cũng thường được sử dụng cho nghiên cứu phân
loại, tiến hóa,... Việc sử dụng mỗi vùng gen cho những ưu nhược điểm khác nhau, kết
quả phân loại sẽ chính xác hơn khi phân tích tố hợp nhiều gen.
I.2.I.2.
Vừng gen nhân (ITS)
76
Vùng gen ITS (internal transcribed spacer) của gen mã hoá cho
ribosome nhân gồm các đơn vị gen 18S; 5,8S và 26S (hình 1.2). Giữa các đơn vị gen
có các đoạn ITS-1 và ITS-2, các thành phần này tạo thành một nhóm gen cơ bản. Các
nhóm gen như vậy lặp lại liên tục trong hàng nghìn bản sao trong hệ gen nhân và
chúng được ngăn cách bởi vùng NTS (nontranscribed spacer).
NTS i
77
78
Hình 1.2. Sơ đồ vùng gen ITS
Trong các nghiên cứu phân loại thực vật, vùng ITS là locus được xác
định trình tự phố biến nhất và được kiến nghị làm vùng DNA barcode cho thực vật
(Mort M. E. 2002, Alvarez, 2003; Baldwin, 1995) [90], [64], [65]. Ở mức độ loài,
vùng ITS có mức độ đa dạng cao (khoảng 13,6% giữa các loài gần gũi), nhưng lại có
mức độ biến đối thấp bên trong loài (Baldwwin et al., 1995) [65]. Với sự hiện diện của
trên
884.0
trình tự ITS được công bố trên ngân hàng Genbank năm 2014 đây là nguồn
tư liệu có giá
79
1.2.2.
trị, mở ra những triển vọng lớn cho nghiên cứu phân loại và giám
định.
Một số thành tựu nghiên cứu về đa dạng di truyền và tiến hóa phân tử
80 Kỹ thuật giải trình tự gen với đặc tính ốn định, có độ chính xác cao hiện đã
được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu phân loại, đa dạng di truyền và phát sinh hệ
thống của một số loài thực vật ở Việt Nam như phân tích mối quan hệ di truyền của
các loài ở chi thị (Diospyros) sử dụng đoạn gen ITS-rDNA (Keizo et al., 2008) [79],
(Yonemori et al., 1998) [116], (Choi, 2003) [68]. Sau khi nghiên cứu đặc điểm di
truyền của Bách xanh núi đá (Calocedrus rupestris) và Bách xanh núi đất (C.
macrolepis) sử dụng một phần đoạn gen ITS1-rDNA đã đề nghị Calocedrus rupestris
là một thứ của Calocedrus macrolepis, Calocedrus macrolepis var. rupestris (Nguyễn
Minh Tâm và Nguyễn Thị Phương Trang, 2012) [92]. Nhóm nghiên cứu mã vạch thực
vật của Trung Quốc sau khi nghiên cứu các vùng gen rbcL, matK, trnH-psbA, ITS của
6286 cá thể thực vật thuộc 1757 loài, 141 chi, 75 họ, 42
đến
kết luận là
bộ
đã
đi
cặp chỉ thị matK + ITS có khả năng phân loại cao
81
hơn, đến 75,3% số loài (China et al, 2011 ) [67]. Sau khi nghiên cứu các vùng
genatpF-atpH, psbA-trnH, psbK-psbI, psbM-trnD, matK, rps 16, rpoB, rpoC1, rbcL,
ITS và nad1 của 33 quần thể Panax bipinnatifidus, 5 quần thể P. japonicus, 2 quần thể
P. stipuleanatus, 2 quần thể P. trifolius và các quần thể của P. gingseng, P.
notogingseng, P. pseudogingseng, P. quinquefolius đã chỉ ra rằng vùng gen ITS có
mức độ đa dạng di truyền cao hơn, có khả năng phân biệt loài đến 87,5% và dưới loài
là 84,21% (Zuo et al., 2011) [117].
82
Phân tích gen lục lạp và ITS, kết hợp với đặc điểm hình thái
các tác giả đã chỉ ra chi Callitropsis hình thành một nhánh tiến hoá riêng (Little et al.,
2004) [86], (Xiang, 2005) [112]. Kết hợp các đặc điểm giải phẫu, sinh hoá, hình thái
vi cấu trúc, đặc điểm của cơ quan sinh sản và đặc điểm hình thái thực vật cùng với dẫn
liệu sinh học phân tử, vùng gen matK, NEEDLY intro2, ITS, rbcL và trnl đã xây dựng
mối quan hệ tiến hoá trong họ phụ Cupressoidae. Các chi Callitropsis, Cupressus và
Juniperus hình thành
83
một nhánh tiến hoá đơn. Loài thuộc thế giới cũ của chi
Cupressus là chị em của Juniperus. Chi Callitropsis và 16 loài
thuộc thế giới mới của Cupressus được xác định là nhóm chi em của các loài thuộc thế
giới mới của nhánh tiến hoá với 2 chi Cupressus và Juniperus (Little, 2006) [87]. Sử
dụng vùng gen 18S để xác
chi thuộc
định mối
họ hoàng
84
quan hệ
tiến
hoá của
6
đàn
Cupressaceae ở Việt Nam, dẫn liệu chỉ ra 2 nhánh tiến hoá
có quan hệ mật thiết với nhau, Xanthocyparis
vietnamesis/Cupressus
tonkinensis và Fokienia
85
hodginsii/Cupressus
rupestris/Cupressus
formasana.
Xanthocyparis
noothatensis có quan hệ gần gũi với loài thuộc chi Cupressus. Fokienia hodginsii cùng
nhánh tiến hoá với chi Calocedrus (Nguyễn Minh Tâm và cs, 2012) [92].
86
Gần đây, việc ứng
phân
87
dụngcác kỹ
thuật sinh
học
tử trong nghiên cứu đa
dạng di truyền, phân loại và nhận dạng mẫu sinh vật ở Việt Nam cũng đã đạt
được nhiều kết quả có giá trị. Những nghiên cứu về lĩnh vực này ở Việt Nam còn rất