Chọn tạo các dòng đậu xanh (vigna radiata l ) bằng đột biến EMS trên hai giống đx208 và taichung

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP

TRẦN THỊ THANH THỦY

CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna
radiata L.) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN
HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ
NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG
MÃ NGÀNH 9620110

2019


TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA NÔNG NGHIỆP

TRẦN THỊ THANH THỦY

CHỌN TẠO CÁC DÒNG ĐẬU XANH (Vigna
radiata L.) BẰNG ĐỘT BIẾN EMS TRÊN
HAI GIỐNG ĐX208 VÀ TAICHUNG

LUẬN ÁN TỐT NGHIỆP TIẾN SĨ
NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG
MÃ NGÀNH 9620110

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN
PGS. TS. TRƢƠNG TRỌNG NGÔN

2019


LỜI CẢM TẠ
Trong quá trình thực hiện luận án “Chọn tạo các dòng đậu xanh (Vigna
radiata L.) bằng đột biến EMS trên hai giống ĐX208 và Taichung” tôi đã
nhận được sự quan tâm giúp đỡ của thầy cô cùng bạn bè đồng nghiệp.
Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến PGs.TS.
Trương Trọng Ngôn, thầy đã tận tình chỉ bảo hướng dẫn về chuyên môn trong
suốt quá trình thực hiện cũng như hoàn chỉnh luận án.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Phước Đằng, thầy đã tạo mọi
điều kiện tốt nhất giúp tôi hoàn thành luận án.
Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu Trường
Đại học Cần Thơ, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng,
Khoa Sau Đại học, Quý thầy cô Bộ môn Di truyền và Chọn giống Cây trồng,
Bộ môn Khoa học Cây trồng, Viện Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Sinh
học đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành tốt công trình
nghiên cứu này.
Ngoài ra, tôi cũng không quên gửi lời cảm ơn chân thành đến TS. Huỳnh
Kỳ - Trưởng Phòng Thí nghiệm Di truyền Chọn giống, ThS. Nguyễn Châu
Thanh Tùng - Trưởng Phòng thí nghiệm Chọn giống và Ứng dụng Công nghệ
Sinh học đã cung cấp nhiều kiến thức bổ ích, để tôi có thể thực hiện quá trình
SSR-PCR, cũng như trong việc thiết kế mồi giải trình tự gen.
Em Lâm Thị Trúc Linh, Trần Thanh Cao, Nguyễn Thị Diễm, Đặng Thị
Xuân, Nguyễn Hoàng Tính, Văn Quốc Giang và các em sinh viên thực tập tốt
nghiệp ngành Nông học và chuyên ngành Công nghệ giống cây trồng từ khóa
35 đến khóa 40 đã đồng hành cùng tôi trong suốt thời gian thực hiện thí
nghiệm.
Sau cùng là lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình đã luôn động viên khích lệ,

tạo điều kiện về thời gian và công sức để tôi hoàn thành tốt luận án tốt nghiệp.
Tôi xin chân thành cảm ơn!
Cần Thơ, ngày 24 tháng 04 năm 2019
Tác giả

Trần Thị Thanh Thủy

i


TÓM TẮT
Chọn tạo giống đậu xanh bằng phương pháp đột biến bởi hóa chất Ethyl
Methane Sulphonate đã được áp dụng ở nhiều nơi trên thế giới. Việc lựa chọn và
phát triển các đột biến thành các giống triển vọng được đề xuất cho nông dân đã
được thực hiện thành công trên nhiều quốc gia, tuy nhiên ở Việt Nam vẫn còn ít
thông tin. Nghiên cứu được thực hiện nhằm tạo nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn
giống đậu xanh và chọn được từ 2 đến 4 dòng đậu xanh đột biến ngắn ngày, năng
suất cao, trái chín đồng loạt ở M 6. Luận án được tiến hành từ năm 2013 đến năm
2017 tại Trường Đại học Cần Thơ và Công ty Sinh Hóa Phù Sa. Các thí nghiệm
ngoài đồng (M2-M6) được bố trí theo thể thức khối hoàn toàn ngẫu nhiên, 1 nhân
tố, 3 lần lặp lại, khoảng cách gieo 45x20 cm, 2 cây/hốc, sử dụng công thức phân
60N-60P2O5-40K2O.
Nội dung nghiên cứu bao gồm (i) Gây tạo đột biến bởi ethyl methane
sulphonate (EMS) lên giống ĐX208 và Taichung; (ii) Xác định hiệu quả, hiệu
suất đột biến ở M1; (iii) Đánh giá các biến dị hình thái, nông học và chọn dòng
đột biến tốt ở M2, M3; (iv) Khảo nghiệm sơ khởi năng suất 32 dòng đậu xanh đột
biến ở M4, M5; (v) Khảo nghiệm năng suất, thành phần năng suất và kiểu chín
đồng loạt của 33 dòng đậu xanh đột biến ở M 6; (vi) Phân tích gen liên quan đến
tính trạng khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa của các dòng đột biến ở M 6 bằng
dấu SSR và dấu SNPs.

Kết quả đã (1) tạo được nguồn vật liệu đột biến có tiềm năng năng suất
cao; (2) Chọn được 11 dòng đậu xanh đột biến ở M 6 (ĐX8-1-28-8B, ĐX6-5-1-10,
ĐX4A-3-3-1, ĐX2-1-26-5, TC8-4-3-5B, TC8-1-20-3, TC6-6-15-8, TC6-6-24-4,
TC6-3-13-8, TC4-6-10-1, TC4-1-12-10). Các dòng này có thời gian sinh trưởng
ngắn (56-62 ngày), trái chín đồng loạt, năng suất cao (2,99 – 3,39 tấn/ha); (3)
Ba mươi ba dòng đột biến ở M 6 đều mang kiểu gen đồng hợp và kiểu gen giữa
các dòng đột biến này đã thay đổi so với giống gốc (ĐX208, Taichung tương
ứng) ở tính trạng khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa; (4) Trình tự gen giữa 6
dòng đậu xanh đột biến và 2 giống gốc đều khác nhau, dòng ĐX8-1-28-8B, ĐX66-28-14, TC8-4-3-5B và TC2-1-33-11 khác biệt về mặt di truyền nhất so với
giống ĐX208 và Taichung tương ứng; (5) Số trái trên cây, năng suất hạt/cây (g)
và chiều cao cây (cm) ở M3 được kiểm soát bởi gen cộng tính, do đó có thể áp
dụng bất kỳ phương pháp chọn lọc nào cũng có thể cải thiện được các tính trạng
này;
(6)
Xử lý EMS ở nồng độ 0,2% EMS cho hiệu quả gây đột biến cao ở cả
2 giống
ĐX208 và Taichung. Tuy nhiên, hiệu suất gây đột biến cao trên giống ĐX208 là
0,4% EMS và ở nồng độ 0,8% EMS ở giống Taichung.
Từ khóa: hình thái học, đậu xanh, đột biến, quần thể, chín đồng loạt

ii


ABSTRACT
Breeding mungbean variety by Ethyl Methane Sulphonate (EMS) induced
mutation has been doing research over the world. Selection and development
mutants for new variety were proposed and sucessful in many countries; however,
there is few this information in Viet Nam. This study was conducted with the aim
to make the material source for the mungbean improvement and to breed from 2
to 4 mutant mungbean lines with short maturity duration, high yielding and

synchronous pod maturity. The dissertation was carried out from 2013 to 2017 at
Can Tho University and Phu Sa Biotech Company. The experiments in the field
from M2-M6 were arranged in a randomized complete block design (RCBD), one
factor, 3 replications, spacing of 45x20 cm, 2 plants per hill. The applied
fertilizer was 60N-60P2O5-40K2O.
The researches contents include (i) inducing mutations by EMS on two
DX208 and Taichung varieties; (ii) Determining of mutagenic effectiveness and
efficiency in M1 populations; (iii) Evaluating morphological and agronomic
traits variations, selecting good mutant lines in M 2 and M3; (iv) Preliminary seed
yield trial of 32 selected mungbean lines in M 4, M5 generations; (v) Assay of seed
yield, yield components and synchronous pod maturity in 33 mungbean mutant
lines at M6 generation; (vi) Genotyping analysis related to 1,000-seed weight and
flowering dates of the elite mutant lines in M 6 generation by Simple Sequence
Repeat (SSR) and Single Nucleotide Polymorphism (SNPs) markers.
The results revealed that (i) a mutant source of precious materials with high
yield potential was created; (2) there were 11 selected mutant mungbean lines in
M6 (DX8-1-28-8B, DX6-5-1-10, DX4A-3-3-1, DX2-4-2-5, TC8-4-3-3, TC6-1-203, TC6-6-15-8, TC6-6-24-4, TC6-3-13-8, TC4 -6-10-1, TC4-1-12-10) with a
short days to maturity (56-62 days), synchronous pod maturity, high yield (2.99 -1

3.39 ton ha ); (3) Thirty-three mutant mungbean lines in M6 are homozygous
lines and the genotypes of these mutant lines have changed from the original
varieties (DX208, Taichung); (4) It was determined that the gene sequencing of
the 6 mutant mungbean lines differing from those of the original varieties,
respectively; of which the DX8-1-28-8B, DX6-6-28-14, TC8-4-3-5B and TC2-133-11 lines have the most genetic differences; (5) The number of pods per plant,
the seed yield per plant (g) and the plant height (cm) in M 3 are controlled by the
additive genes, therefore, these selective methods can be applie;
(6) A concentration of 0.2% EMS resulted in high mutagenic effectiveness in the
DX208 and Taichung varieties. However, the high mutagenic efficiency of the
DX208 variety was 0.4% EMS and 0.8% EMS Taichung variety.
Keywords: morphology, mungbean, mutan, population, synchrony

iii


CAM KẾT KẾT QUẢ
Tôi xin cam kết luận văn này được hoàn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu
của tôi với sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Trọng Ngôn. Các kết quả của
nghiên cứu này chưa được dùng cho bất cứ luận văn cùng cấp nào khác.
Ngày 24 tháng 04 năm 2019

Ngƣời hƣớng dẫn

Nghiên cứu sinh

Trần Thị Thanh Thủy

iv


MỤC L
Lời cảm tạ ...........................................................................................................
Tóm tắt ...............................................................................................................
Abstract .............................................................................................................
Mục lục ..............................................................................................................
Danh sách bảng ..................................................................................................
Danh sách hình ...............................................................................................
Danh mục từ viết tắt ........................................................................................
Chƣơng 1: Giới thiệu .......................................................................................
1.1

Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................

1.2

Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu .........................................................

1.2.1Mục tiêu

1.2.2Đối tượn
1.3

Nội dung nghiên cứu ...........................................................................

1.4

Thời gian thực hiện ..............................................................................

1.5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án ..........................................
1.5.1Ý nghĩa
1.5.2Ý nghĩa

1.6

Những điểm mới của luận án ...............................................................

Chƣơng 2: Tổng quan tài liệu .........................................................................
2.1

Nguồn gốc, phân loại và bộ gen cây đậu xanh ....................................

2.1.1Nguồn g

2.1.2Phân loạ

2.1.3Bộ gen c
2.2

Đặc điểm nông học của cây đậu xanh .................................................

2.2.1Hệ rễ ....

2.2.2 Thân và cành ..............................................................................

2.2.3Lá .........
v


2.2.4Hoa ...........

2.2.5Trái ...........

2.2.6Hạt ............
2.3

Sâu và bệnh gây hại trên đậu xanh ......................................................

2.4

Thời gian sinh trưởng và mùa vụ canh tác .......................................

2.4.1Thời gian s

2.4.2Mùa vụ can
2.5

Tình hình sản xuất và nghiên cứu chọn tạo giống đậu xanh ............
2.5.1Vai trò của

2.5.2Trên thế giớ

2.5.3Ở Việt Nam
2.6

Ý nghĩa của đột biến cảm ứng trong chọn tạo giống cây trồng .........

2.7

Cơ sở khoa học và vai trò của chọn giống đột biến cảm ứng ............

2.7.1Cơ sở khoa
2.7.2 Vai trò của đột biến cảm ứng ..................................................................

2.7.3Mục tiêu củ
2.8

Cơ sở di truyền của đột biến ..............................................................

2.9

Các tác nhân gây đột biến ..................................................................

2.9.1Cơ chế gây

2.9.2Cơ chế gây
2.9.3Cơ chế tác
2.10 Sự biểu hiện của các kiểu đột biến ..........................................................

2.10.1 Các loại đột biến ....................................................................

2.10.2 Những biểu hiện của đột biến ...............................................
2.11 Quá trình phát sinh đột biến và cách nghiên cứu chúng ..........................

2.11.1 Chuẩn bị vật liệu đối với cây sinh sản bằng hạt ....................

2.11.2 Chọn tác nhân gây đột biến và liều lượng xử lý ....................

2.11.3 Theo dõi và chọn lọc đột biến ...............................................
2.12 Các biểu hiện hình thái ở cây đột biến ....................................................
vi


2.12.1

Đ

2.12.2

Đ

2.12.3

Đ

2.12.4

Đ

2.12.5

Đ

2.12.6

Đ

2.13 Tình hình phát triển giống cây trồng đột biến .........................................
2.14 Hệ số di truyền và hệ số phương sai ........................................................
2.15 So sánh kiểu gen của dòng đột biến và giống gốc ...................................
2.16 Các nghiên cứu về tạo giống cây trồng bằng xử lý EMS ........................
2.16.1 Trên thế giới ..................................................................................
2.16.2

Ở

2.17 Giải trình tự DNA và kỹ thuật SSR .........................................................
2.17.1

G

2.17.2 Kỹ thu
Chƣơng 3: Vật liệu, nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ......................
3.1 Thời gian và địa điểm ................................................................................
3.2 Vật liệu nghiên cứu ....................................................................................
3.2.1

Vật liệu .......

3.2.2

Thiết bị vật t

3.3 Nội dung và phương pháp nghiên cứu.......................................................
3.3.1

Gây tạo đột b

3.3.2

Nghiên cứu c

3.3.3

Khảo sát các

3.3.4

Khảo nghiệm

3.3.5

Khảo nghiệm

3.3.6

Kỹ thuật can

3.3.7

Phương pháp

3.3.8

Phương pháp

v


3.3.9

Đánh giá mứ

3.3.10 Phương pháp dấu phân tử ở thế hệ M6 ...................................

3.3.11 Phương pháp đánh giá độ thuần .............................................

3.3.12 Phân tích khoảng cách di truyền .............................................

3.3.13 Phương pháp tính chỉ số Pi và chỉ số Theta ............................

3.4

Phương pháp xử lý số liệu ...................................................................

Chƣơng 4: Kết quả và thảo luận ..................................................................
4.1

Ghi nhận tổng quát...............................................................................

4.2

Sức sống của các quần thể đậu xanh ở M1, vụ Thu Đông 2013 .........

4.2.1 Tỉ lệ sống ở các quần thể đậu xanh ở thời điểm 15 NSKG ......

4.3

4.4

4.2.2

Tỉ lệ sống củ

4.2.3

Tỉ lệ gây ch

Hiệu quả và hiệu suất đột biến ..............................................................
4.3.1

Tần số đột b

4.3.2

Hiệu quả độ

4.3.3

Hiệu suất độ

Kết quả nghiên cứu các quần thể đậu xanh từ M1 đến M3 ..................

4.4.1 Đặc tính sinh trưởng của các quần thể đậu xanh từ M1 đến M3 .............
4.4.2

Biến dị hình

4.4.3

Đặc tính nô

4.5

Nhận xét về kết quả nghiên cứu các quần thể đậu xanh ở M 1, M2 v

4.6

Ước lược thông số di truyền các quần thể đậu xanh ở M3 ..................

4.7

Kết quả khảo sát các đặc tính sinh trưởng, hình thái và nông học
dòng đột biến ở M4, M5 và M6 .........................................................................
4.7.1

Đặc tính sin

4.7.2

Đặc tính hìn

4.7.3

Đặc tính nô

4.7.4 Thành phần năng suất và năng suất của các giống/dòng đậu xanh từ

thế hệ M4 đến M6 ................................................................................... 112


viii


4.8

Phân tích kiểu gen bằng dấu SSR ...................................................

4.8.1Kết quả ly t

4.8.2Kết quả kiể

4.8.3Mối quan h
tích SSR .........................................................................................
4.9

Kết quả giải trình tự gen liên quan đến khối lượng 1.000 hạt ........

4.9.1Kết quả khu

4.9.2Kết quả giả
Chƣơng 5 Kết luận và đề xuất ....................................................................
5.1

Kết luận ...........................................................................................

5.2

Đề xuất ............................................................................................

Danh mục liệt kê các bài báo đã công bố ...................................................
Tài liệu tham khảo .......................................................................................
Phụ chƣơng ...................................................................................................

ix


DANH SÁCH BẢNG
Bảng

Tên bảng

2.1

Diện tích và năng suất đậu xanh ở

2.2

Liều lượng và nồng độ của các tá
dụng cho một số cây trồng

2.3

Sơ đồ chọn giống đột biến bằng h
phấn

2.4

Số giống cây trồng được tạo ra bằ
một số quốc gia tính đến năm 200

3.1

Trình tự 17 đoạn mồi SSR, kích t
(NLK) được sử dụng trong thí ng

3.2

Các nghiệm thức ở thí nghiệm 1

3.3

Bảng phân tích phương sai

3.4

Thành phần phản ứng nhân gen k

4.1

Sức sống ở các quần thể đậu xanh
NSKG và trổ hoa vụ Thu Đông 2

4.2

Tần số đột biến, hiệu quả và hiệu
đậu xanh đột biến thế hệ M1, vụ T

4.3

Đặc tính sinh trưởng của các quầ
M3

4.4

Tỉ lệ các dạng biến dị trên lá ở cá
M1, M2 và M3

4.5

Tỉ lệ các dạng biến dị trên lá ở cá
ở M1, M2 và M3

4.6

Chiều cao cây lúc chín (cm) và số
thể đậu xanh trong 2 thí nghiệm ở
Đông 2013, Đông Xuân 2013-20

4.7

Chiều dài trái và số hạt trên trái c
trong 2 thí nghiệm ở M1, M2 và M
Xuân 2013-2014 và Xuân Hè 201

4.8

Khối lượng 1.000 hạt và năng suấ
thể đậu xanh trong 2 thí nghiệm ở
x


Đông 2013, Đông Xuân 2013-2014 và X
4.9

Tỉ lệ cá thể cho trái chín đồng loạt và kh
quần thể đậu xanh đột biến thế hệ M3 v

4.10

Danh sách 32 cá thể đậu xanh đột biến đ

4.11

Thông số di truyền ở 4 tính trạng số lượ
ĐX208 và quần thể ĐX208 (ĐC)

4.12

Thông số di truyền ở 4 tính trạng số lượ
Taichung đột biến và quần thể Taichung

4.13

Đặc tính sinh trưởng của các dòng đậu x
2 giống đối chứng (ĐX208 và Taichung

4.14

Đặc tính sinh trưởng của các dòng đậu x
2 giống đối chứng (ĐX208 và Taichung

4.15

Đặc tính sinh trưởng của các dòng đậu x
giống đối chứng ĐX208 vụ Đông Xuân

4.16

Chiều cao cây lúc chín, số lóng và số cà
đậu xanh thế hệ M4 vụ Thu Đông 2014

4.17

Chiều cao cây lúc chín, số lóng và số cà
đậu xanh ở thế hệ M5 vụ Thu Đông 201

4.18

Chiều cao cây lúc chín, số lóng và số cà
đậu xanh ở thế hệ M6 vụ Đông Xuân 20

4.19

Số trái/cây, chiều dài trái, số hạt/trái của
xanh ở thế hệ M4 vụ Thu Đông 2014

4.20

Số trái/cây, chiều dài trái, số hạt/trái của
xanh ở thế hệ M5 vụ Thu Đông 2015

4.21

Số trái/cây, chiều dài trái, số hạt/trái của
xanh ở thế hệ M6 vụ Đông Xuân 2015-2

4.22

Thành phần năng suất và năng suất của
xanh ở thế hệ M4 vụ Thu Đông 2014

4.23

Thành phần năng suất và năng suất của
xanh ở thế hệ M5 vụ Thu Đông 2015

4.24

Thành phần năng suất và năng suất của
xanh ở thế hệ M6 vụ Đông Xuân 2015-2

4.25

Danh sách các dòng đậu xanh đột biến ư
xi


chọn trong vụ Đông Xuân 2015-2016

4.26 Danh sách 35 giống/dòng đậu xanh đ
kiểu gen

4.27 Kết quả đo nồng độ và độ tinh sạch c
xanh

4.28 Danh sách 6 dòng đậu xanh đột biến
(ĐX208 và Taichung) sử dụng để giả

4.29 Sự sai khác trong trình tự nucleotide
500 nucleotide của 3 dòng ĐX208 độ

4.30 Sự sai khác trong trình tự nucleotide
500 nucleotide của 3 dòng Taichu
Taichung

xii


DANH SÁCH HÌNH
Hình

Tên hình

2.1

Tỉ lệ đóng góp của các tác nhân đ
trồng tại Nhật năm 2008

2.2

Hiện tượng alkyl hóa Guanine gâ

2.3

Hiện tượng alkyl hóa Thymine gâ

2.4

Số lượng giống cây trồng đột biế
2014

2.5

Tỉ lệ các giống đột biến ở các châ

3.1

Vật liệu dùng để gây đột biến

4.1

Đột biến dạng Xantha (A) và Alb

4.2

Các kiểu đột biến dạng Maculata

4.3

Các kiểu đột biến dạng Viridis

4.4

Các kiểu đột biến dạng Albovirid

4.5

Đột biến về hình dạng lá ở thế hệ

4.6

Biến dị về số lượng lá đơn ở quần

4.7

Các dạng đột biến số lượng lá ch

4.8

Đột biến màu sắc trục hạ diệp ở M

4.9

Màu vỏ trái, dạng trái, màu hoa, m
dòng ĐX8-1-28-8A và dòng ĐX4

4.10

Kiểu chín đồng loạt của dòng TC
đồng loạt từng phần của giống Ta

4.11

Màu sắc hạt và cỡ hạt của 11 dòn
vọng ở M6 được tuyển chọn trong

4.12

Kết quả điện di kiểm tra DNA 6 d
giống ĐX208 (ĐC)

4.13

Kết quả điện di kiểm tra DNA 7 d
giống Taichung (ĐC)

4.14

Kết quả điện di sản phẩm PCR 13
giống gốc (ĐX208) với cặp mồi M
xiii


4.15 Kết quả điện di sản phẩm PCR 20 dò
giống gốc (Taichung) với cặp mồi M

4.16 Kết quả điện di sản phẩm PCR của 2
biến và giống Taichung (ĐC) với cặp

4.17 Mối quan hệ di truyền của 13 dòng Đ
ĐX208 (giống gốc)

4.18 Mối quan hệ di truyền của 20 dòng T
giống Taichung (giống gốc)
4.19 Hình điện di kết quả khuếch đại gen

4.20 Sự khác biệt vị trí các nucleotide của
biến so với giống gốc ĐX208

4.21 Sự sai khác vị trí các nucleotide
Taichung đột biến so với giống gốc T

4.22 Mức độ biến dị vị trí các nucleotide ở
(A) và 3 dòng Taichung đột biến (B)
và Taichung tương ứng

xiv


AVRDC
BLAST
bp
CNSH
CTAB
CV
DAFF
DNA
dNTP
ĐBSCL
ĐC
ĐHCT
EMS
EtBr
FAO
GA
GAM
GBS
GCV
2
h
IAEA

IBPGR
KL
LOC
M1
M2
M3
M4
M5
M6
mRNA
NCBI
NLK
NSKG
NSTT
OD
PCR

b

xv
PCV


RNA
SA
SHƯD
SNPs
SSR
TEMED
UPGMA

Phenotypic Coefficient of Variance
Ribonucleic Acid
Sodium Azide
Sinh học Ứng dụng
Single Nucleotide Polymorphisms
Simple Sequence Repeat
Tetra methyl ethylene diamine
Unweighted Pair Group Method with Arithmetic mean

xvi


CHƢƠNG 1
GIỚI THIỆU
1.1 Tính cấp thiết của đề tài
Đậu xanh [Vigna radiata (L.) Wilczek] là cây họ đậu quan trọng, chiếm
gần 10 diện tích và 5 sản lượng các loài họ đậu ăn hạt ở các nước nhiệt đới và
á nhiệt đới. Đậu xanh chứa rất ít hàm lượng oligosaccharides – loại đường gây
chứng đầy hơi, nhưng rất giàu đạm, khoáng chất, vitamin và là nguồn sắt chất
lượng cao, đặc biệt tốt đối với phụ nữ và trẻ em thiếu máu, (Kim et al., 2015).
Với thành phần dinh dưỡng như trên, đậu xanh đã trở thành một loại thực
phẩm linh hoạt trong khẩu phần ăn của con người, là nguồn dược liệu được ưa
chuộng (Myers, 2000). Ngoài ra, đậu xanh còn là nguồn thức ăn gia súc tốt để
sản xuất thịt và sữa chất lượng cao (Boelt et al., 2014). Thêm vào đó, cây đậu
xanh rất thích hợp cho việc xen canh và luân canh với nhiều loại cây trồng
khác do có chu kỳ sinh trưởng ngắn, kỹ thuật canh tác đơn giản, thích ứng
rộng với môi trường. Hơn nữa, với khả năng cố định đạm ở nốt rễ khi kết hợp
với vi khuẩn Rhizobium trong đất cho phép đậu xanh phát triển mạnh trong đất
thiếu đạm và có thể cải tạo được kết cấu đất (War et al., 2017). Trước tình hình

biến đổi khí hậu hiện nay, hạn mặn đang là vấn đề nghiêm trọng, với khả năng
chịu hạn khá, đậu xanh được xem như một cây trồng có tiềm năng đáp ứng
được nhu cầu cấp thiết này (Rao, 2016).
Ở
Việt Nam, đậu xanh được trồng nhiều ở vùng Duyên hải Nam Trung
Bộ và Tây nguyên. Hiện nay, chưa có một thống kê chính thức về cây trồng
này, tuy nhiên theo số liệu thu thập được thì đậu xanh có năng suất bình quân
khoảng 0,7 tấn/ha, và biến động lớn giữa các vùng miền (Nguyễn Văn Chương
và ctv., 2014). Nguyên nhân cơ bản dẫn đến năng suất đậu xanh thấp có thể là
do đậu xanh thường được trồng trên đất xấu, nông dân sử dụng giống cũ của
địa phương không được chọn lọc, kiểu trái chín không đồng loạt.
Nghiên cứu cho thấy chỉ có khoảng 65 trái đậu xanh được thu hoạch trong
vòng 70-75 ngày sau khi gieo (NSKG), 18% trong lần thu hoạch thứ hai 75-80
NSKG và 17% trong lần thu hoạch thứ ba 90-95 NSKG (Rahman, 1991). Để
rút ngắn thời gian và giảm chi phí thu hoạch thì việc chọn tạo giống đậu xanh
mới năng suất cao, mang kiểu gen trái chín đồng loạt là tiêu chí quan trọng
trong công tác chọn tạo và cải thiện giống đậu xanh hiện nay.
Trong những năm gần đây, đột biến cảm ứng đã được chứng minh là một
công nghệ khả thi, bền vững, hiệu quả cao, được chấp nhận về mặt môi
trường, linh hoạt và chi phí thấp để tăng cường cải thiện giống cây trồng. Đột
biến cảm ứng cho phép thoát được bế tắc của tính bất thụ bằng cách tạo các
1


biến dị hữu ích và đem lại bước tiến đáng kể cho công tác chọn giống đậu
xanh (Lagoda, 2009). Hóa chất Ethyl Methane Sulphonate (EMS) là tác nhân
gây đột biến hiệu quả về phổ biểu hiện và được sử dụng phổ biến (Auti and
Apparao, 2009). Trên thế giới, EMS đã được sử dụng thành công trong việc
tạo ra giống mới có năng suất cao, chất lượng tốt, có khả năng kháng sâu,
bệnh, chống chịu được các điều kiện bất lợi của ngoại cảnh trên một số giống

cây trồng như: lúa (Singh et al., 1998; Talebi et al., 2012), đậu trắng (Girija
and Dhanavel, 2009), đậu nành (Song et al., 2010; Satpute and Fultambkar,
2012), đậu xanh (Sandhu et al., 2003; Roychowdhury et al., 2012; Mishra and
Singh, 2014). Ở Việt Nam, các công trình nghiên cứu tạo giống đột biến bằng
hóa chất EMS rất ít, số lượng của những nghiên cứu này còn giới hạn, hầu hết
các giống đột biến đã được công bố đều sử dụng tác nhân vật lý để gây đột
biến.
Hiện nay, phân tích kiểu gen bằng các kỹ thuật sinh học phân tử DNA đã
và đang được phát triển mạnh, là một trong những kỹ thuật giúp cho phương
pháp chọn giống đột biến cảm ứng trở nên nhanh chóng và có hiệu quả hơn.
Việc phối hợp giữa phương pháp chọn giống bằng đột biến cảm ứng và kỹ
thuật sinh học phân tử sẽ rút ngắn thời gian chọn tạo từ 3-4 thế hệ so với
phương pháp chọn giống truyền thống (Điêu Thị Mai Hoa, 2006), đồng thời
định hướng nhanh kiểu gen mong muốn và gia tăng hiệu quả của các giống đột
biến.
Xuất phát từ yêu cầu thực tế sản xuất đậu xanh và nhằm cung cấp thêm
cơ sở khoa học, vật liệu cho công tác chọn tạo giống cũng như giống đậu xanh
mới luận án “Chọn tạo các dòng đậu xanh (Vigna radiata L.) bằng đột biến
EMS trên hai giống ĐX208 và Taichung” đã được thực hiện.
1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
1.2.1 Mục tiêu
Tạo ra được nguồn vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác chọn tạo
giống đậu xanh.
Chọn tạo được từ 2-4 dòng đậu xanh đột biến ngắn ngày, có kiểu trái
chín đồng loạt với năng suất cao hơn hoặc tương đương so với giống gốc, ít
nhiễm giòi đục thân và bệnh đốm lá.
1.2.2 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
1.2.2.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Hai giống đậu xanh dùng làm vật liệu gây đột biến bởi EMS (Ethyl
Methane Sulphonate), trong đó (i) giống Taichung (tên gốc là Tainan 5) có

2


nguồn gốc từ tổ hợp lai VC2750A x VC2768A, được phóng thích vào năm
1989 và được nhập vào trường Đại học Cần Thơ năm 2009; (ii) giống ĐX208
có nguồn gốc từ dòng VC4111A của AVRDC, do bộ môn Di truyền và chọn
giống Cây trồng – ĐHCT tuyển chọn.
Một số dòng đậu xanh đột biến cảm ứng có triển vọng đã được chọn
tạo bằng phương pháp đột biến.
1.2.2.2 Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu trên cây đậu xanh Vigna radiata (L.). Cụ thể là trên 2 giống
ĐX208 và Taichung. Xử lý EMS lên hạt của 2 giống này, ở 4 mức nồng độ
0,2; 0,4; 06; 0,8 EMS. Sau đó (i) Trồng, quan sát và tuyển chọn các thế hệ đột
biến từ M1 đến M6 trong điều kiện ngoài đồng. (ii) Xác định độ thuần liên
quan đến gen ngày trổ hoa và khối lượng 1.000 của các dòng được tuyển chọn
bằng dấu phân tử SSR. Giải trình tự gen khối lượng 1.000 hạt của 6 dòng đột
biến và 2 giống gốc (ĐX208 và Taichung) bằng dấu SNPs.
1.3 Nội dung nghiên cứu
Đề tài được thực hiện với 6 nội dung
Nội dung 1: Gây đột biến cảm ứng bằng hóa chất EMS lên 2 giống đậu
xanh ĐX208 và Taichung ở bốn mức nồng độ 0,2; 0,4; 0,6 và 0,8% EMS
nhằm tạo nguồn vật liệu khởi đầu mới.
Nội dung 2: Ở thế hệ M1 trồng và quan sát sức sống của cây con và cây
trưởng thành và tỉ lệ gây chết so với đối chứng (LOC).
Nội dung 3: Ở thế hệ M2 và M3 trồng và đánh giá các đột biến diệp lục,
đột biến hình thái trên lá, xác định biến dị di truyền ở các tính trạng như chiều
cao cây lúc chín (cm), số trái trên cây (trái), khối lượng 1.000 hạt (g), năng
suất hạt trên cây (g) và tuyển chọn các dòng đậu xanh đột biến có đặc tính tốt.
Nội dung 4: Ở thế hệ M4 và M5 trồng và đánh giá sơ khởi thành phần
năng suất và năng suất, khả năng cho trái chín đồng loạt ở các dòng đậu xanh

đột biến và tuyển chọn các dòng đột biến ưu tú nhất.
Nội dung 5: Ở thế hệ M6 trồng và so sánh các dòng đậu xanh đột biến
triển vọng với giống ĐX208 hiện canh tác phổ biến tại địa phương.
Nội dung 6: Ở thế hệ M6, kiểm tra độ thuần của các dòng đột biến ưu tú
bằng dấu SSR ở tính trạng khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa và giải trình
tự gen của 6 dòng đột biến và 2 giống gốc (ĐX208 và Taichung) bằng dấu
SNPs.

3


1.4 Thời gian thực hiện
Thí nghiệm được thực hiện từ tháng 08/2013 đến tháng 05/2017.
1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
1.5.1 Ý nghĩa khoa học
Đề tài là công trình nghiên cứu có hệ thống trên cây đậu xanh, kết hợp
giữa phương pháp chọn giống truyền thống với phương pháp hiện đại nhằm
tạo nguồn vật liệu di truyền mới (có tính trạng quý) và rút ngắn thời gian chọn
tạo giống. Ứng dụng dấu phân tử SSR để xác định dòng thuần dựa vào việc
phân tích kiểu gen khối lượng 1.000 hạt và ngày trổ hoa. Giải trình tự vùng
gen khối lượng 1.000 hạt của 6 dòng đột biến và các giống đối chứng (ĐX208
và Taichung) để xác định sự khác biệt di truyền của chúng với nhau bằng dấu
SNPs.
Kết quả nghiên cứu của đề tài đã cung cấp các dẫn liệu khoa học có giá
trị về phương pháp tạo giống mới thông qua xử lý đột biến, đồng thời là tư
liệu có giá trị cho việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn
tạo giống cây trồng.
Các kết quả của đề tài là cơ sở để tiếp tục phát triển hướng nghiên cứu
tạo dòng đột biến mới làm nguồn nguyên liệu di truyền cho việc chọn tạo
giống bằng xử lý đột biến EMS không chỉ đối với cây đậu xanh mà còn có thể

mở rộng với nhiều đối tượng cây trồng khác.
Các số liệu công bố trong luận án có thể sử dụng làm minh chứng phục
vụ cho công tác giảng dạy và nghiên cứu về phương pháp chọn tạo giống đậu
xanh đột biến ở các trường đại học và cơ quan nghiên cứu nông nghiệp.
1.5.2 Ý nghĩa thực tiễn
Đã tạo được nguồn vật liệu khởi đầu phục vụ cho công tác nghiên cứu
chọn tạo giống đậu xanh mới.
Đã chọn lọc được 11 dòng đột biến ngắn ngày, năng suất cao và có trái
chín đồng loạt không những giúp nâng cao năng suất mà còn góp phần đa
dạng hóa nguồn giống hữu ích cho việc tái cơ cấu cây trồng.
Đã ứng dụng thành công phương pháp xử lý đột biến cho cây đậu xanh
bằng tác nhân EMS.
1.6 Những điểm mới của luận án
Đã tạo được nguồn vật liệu khởi đầu có tính đa dạng, mang ưu điểm về
tiềm năng năng suất cao và là nguồn vật liệu lai tạo mới.

4


Đã tạo ra 11 dòng đột biến có tiềm năng và đánh giá được đặc điểm sinh
trưởng, hình thái, nông học, năng suất và thành phần năng suất trong điều kiện
tự nhiên.
Điểm mới nhất trong luận án là việc đánh giá kiểu hình kết hợp với phân
tích kiểu gen cũng như đánh giá sự sai khác di truyền bằng dấu SSR. Đồng
thời xác định trình tự nucleotide của một số gen liên quan đến vùng gen khối
lượng 1.000 hạt của 6 dòng đột biến và 2 giống đối chứng bằng dấu SNPs.

5

CHƢƠNG 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1 Nguồn gốc, phân loại và bộ gen cây đậu xanh
2.1.1 Nguồn gốc
Đậu xanh có nguồn gốc từ Ấn Độ (Sangiri et al., 2007), được phân bố
rộng rãi ở các vùng nhiệt đới và bán nhiệt đới, là cây trồng quen thuộc ở Châu
Á và Việt Nam. Trong khu vực Đông và Nam Á, đậu xanh được trồng nhiều ở
các nước Thái Lan, Ấn Độ, Trung Quốc, Pakistan. Hiện nay đậu xanh cũng
được trồng nhiều ở các vùng ôn đới như Châu Úc, Châu Mỹ (Trần Đình Long
và Lê Khả Tường, 1998).
2.1.2 Phân loại thực vật
Cây đậu xanh (Vigna radiata L. Wilczek) thuộc ngành Magnolyophyta,
lớp Magnolyopsida, bộ Fabales, họ Fabaceae, chi Vigna. Chi Vigna là một
trong những chi lớn trong họ đậu, bao gồm khoảng 150 loài thuộc 7 chi phụ là
Vigna; Plectotropis; Ceratotropis; Lasionspron; Sigmoidotropis; Haydonia;
Macrohynchus. Đậu xanh bao gồm các loài thuộc hai chi phụ là Vigna và
Ceratotropis. Trong đó, chi phụ Ceratotropis được gọi là nhóm đậu Châu Á,
bao gồm 16 loài hoang dại và 5 loài trồng trọt phổ biến rộng rãi ở châu Á như
đậu xanh (Vigna radiata), đậu mười (Vigna mungo), đậu bướm (Vigna
aconitifolia), đậu đỏ (Vigna angularis), đậu nho nhe (Vigna umbellate). Dạng
hoang dại thuộc chi Vigna radiata cũng được tìm thấy ở Madagasca bên bờ Ấn
Độ Dương và Đông Phi (Nguyễn Đăng Khôi, 1997; Trần Đình Long và Lê
Khả Tường, 1998; Aitawade et al., 2012).
2.1.3 Bộ gen cây đậu xanh
Đậu xanh có bộ nhiễm sắc thể (NST) lưỡng bội 2n=2x=22 (Somta et al.,
2009). Kích thước bộ gen tương đối nhỏ, ước tính khoảng 579 Mbp
(Arumuganathan and Earle, 1991) và tương tự như kích thước của các loài
khác trong chi Vigna (Somta and Srinives, 2007). Chiều dài của các cặp NST
biến đổi từ 28,2 đến 73,3 µm (Krishnan and De, 1965). Ngoài ra kích thước
DNA trong lạp thể ở đậu xanh là 151 kbp (Tangphatsornruang et al., 2010) và

kích thước DNA trong ty thể là 401 kbp (Alverson et al., 2011). Mới đây nhất
Kang et al. (2014) đã nghiên cứu thành công trình tự gen đậu xanh và những
dấu hiệu tiến hóa trong các loài thuộc chi Vigna bằng phương pháp de novo
assemply sử dụng kỹ thuật đánh giá kiểu gen bằng cách giải trình tự. Tuy
nhiên, việc nghiên cứu về bộ gen của cây đậu xanh vẫn còn rất ít và đi sau các
cây họ đậu khác.

6