khảo sát đánh giá tính đa dạng di truyền của một số mẫu giống ngô đã thu thập được ở một số tỉnh miền núi phía bắc

Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp hà nội
----------


----------

NGUYễn THị NGàn

KHO ST V NH GI TNH A DẠNG DI TRUYỀN CỦA
MỘT SỐ MẪU GIỐNG NGÔ ðà THU THP C MT S
TNH MIN NI PHA BC

Luận văn thạc sĩ nông nghiệp

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống c©y trång
M· sè: 60.62.05

Ng−êi h−íng dÉn khoa häc: PGS.ts. Vị VăN LIết

Hà Nội 2009


LỜI CAM ðOAN
Tơi xin cam đoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn
là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào. Mọi sự
giúp đỡ việc hồn thành luận văn thạc sĩ này đã được cảm ơn và các thơng tin
trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc.

Hà Nội, tháng 8 năm 2009
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Ngàn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………i


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy hướng dẫn trực tiếp là
PGS.TS. Vũ Văn Liết ñã hết sức chỉ bảo, hướng dẫn ñể tác giả có thể hồn
thành được bản luận văn này.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô Bộ môn Di truyền chọn
giống cây trồng, Khoa Nông học, Viện ñào tạo sau ñại học, Viện nghiên cứu
lúa, Viện Công nghệ sinh học, Bộ môn Chọn tạo giống ngô Viện nghiên cứu
ngô, Trung tâm Thực nghiệm và ðào tạo nghề.
Luận văn được hồn thành có sự động viên của gia ñình, bạn bè ñồng
nghiệp và các sinh viên thực tập tốt nghiệp, nghiên cứu khoa học... Tác giả
xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ q báu đó.
Tác giả xin trân trọng cảm ơn !
Tháng 8/ 2009
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Ngàn

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………ii


MỤC LỤC
Lời cam ñoan

i

Lời cảm ơn

ii

Mục lục

iii

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt

v

Danh mục các bảng

vi

Danh mục các đồ thị

viii

Danh mục các sơ đồ

viii

Danh mục các hình

ix

1.

MỞ ðẦU

i

1.1

Tính cấp thiết của đề tài

1

1.2

Mục đích và u cầu

2

1.3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

2

2.

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

4

2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI

4

2.2

NGHIÊN CỨU VỀ NGUỒN GEN CÂY NGƠ TRÊN THẾ GIỚI
VÀ Ở VIỆT NAM

2.3

TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ NGÔ TRÊN THẾ GIỚI
VÀ Ở VIỆT NAM

3.

8
18

ðỐI TƯỢNG, ðỊA ðIỂM, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG
PHÁP NGHIÊN CỨU

22

3.1

Vật liệu, ñịa ñiểm và thời gian nghiên cứu

22

3.2

Nội dung nghiên cứu

23

3.3

Phương pháp nghiên cứu

23

4.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

31

4.1

THU THẬP VÀ PHÂN LOẠI TẬP ðỒN MẪU NGƠ

31

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………iii


4.1.1

Kết quả thu thập các mẫu giống ngô từ các ñịa phương phía Bắc
Việt Nam

31

4.1.2

Kết quả phân loại mẫu giống ngơ địa phương

33

4.2

ðÁNH GIÁ CÁC MẪU GIỐNG NGƠ ðỊA PHƯƠNG THU
THẬP

37

4.2.1

Giai ñoạn sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống ngơ

37

4.2.2

Tốc độ tăng trưởng chiều cao cây của các mẫu giống ngơ

41

4.2.3

Tốc độ tăng trưởng số lá của các mẫu giống ngơ

45

4.2.4

Các đặc trưng hình thái của các mẫu giống ngô

49

4.2.5

Khả năng chống chịu của các mẫu giống ngô

52

4.2.6

Các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống ngơ

55

4.2.7 Một số tính trạng chất lượng của các mẫu giống ngơ địa phương vụ
Xn năm 2009
4.3

ðÁNH GIÁ SỰ ðA DẠNG DI TRUYỀN CỦA CÁC MẪU
GIỐNG NGƠ

4.3.1

63

ðánh giá sự đa dạng di truyền của các mẫu giống ngô dựa trên
kiểu hình

3.4.2

59

63

Khảo sát sự đa dạng di truyền của các mẫu giống điển hình bằng
phân tích ADN qua nhân bản ngẫu nhiên PCR – RAPD.

67

5. KẾT LUẬN VÀ ðỀ NGHỊ

78

5.1

Kết luận

78

5.2

ðề nghị

79

TÀI LIỆU THAM KHẢO

80

MỘT SỐ HÌNH MINH HOẠ

83

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………iv


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
TT

Ký hiệu

Tên ñầy ñủ

1

AND

: Acid deoxyribo nucleotide

2

ðVT

: ðơn vị tính

3

FAO

:Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên hiệp Quốc
(Food and Agricultural Organization)

4

PCR

:Phản ứng chuỗi trùng hợp
(polymerase chain reaction)

5

RAPD

: ða hình các đoạn ADN ñược nhân bội ngẫu nhiên
(Randomly Amplified Polymorphism ADN)

6

TB

: Trung bình

7

TT

:Thứ tự

8

CIMMYT

: Trung tâm cải lương ngơ và lúa mỳ quốc tế

9

IFPRT

: Viện Tài nguyên di truyền thực vật

10

CS

: Cộng sự

11

KNKH

: Khả năng kết hợp

12

KNKHC

: Khả năng kết hợp chung

13

KNKHR

: Khả năng kết hợp riêng

14

TGST

: Thời gian sinh trưởng

15

NSLT

: Năng suất lý thuyết

16

NSTT

: Năng suất thực thu

17

P1000 hạt

: Khối lượng 1000 hạt

18

CCCCC

Chiều cao cây cuối cùng

19

TP-PR

Chênh lệch giữua thu phấn và phun râu

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………v


DANH MỤC CÁC BẢNG
STT

Tên bảng

Trang

2.1.

Các mẫu giống ngơ được bảo tồn tại ngân hàng quỹ gen

13

2.2.

Diện tích, năng suất, sản lượng ngơ, 1961- 2008.

18

2.3.

Tình hình sản xuất ngơ Việt Nam giai ñoạn 1961 – 2008

20

3.1.

Các mồi RAPD dùng ñể ñánh giá đa dạng di truyền

24

3.2.

Chu trình nhiệt cho từng mồi phản ứng

25

4.1.

Kết quả thu thập các mẫu giống ngô

32

4.2.

Phân bố các mẫu giống ngơ tẻ theo địa danh

34

4.3.

Phân bố các mẫu giống ngơ nếp theo địa danh

34

4.4.

Phân bố các mẫu giống ngô tẻ theo dân tộc

35

4.5.

Phân bố các mẫu giống ngô nếp theo dân tộc

35

4.6.

Phân loại các mẫu giống tẻ theo hệ thống phân loại thực vật

36

4.7.

Phân loại các mẫu giống nếp theo hệ thống phân loại thực vật

37

4.8.

Thời gian sinh trưởng của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân 2009

38

4.9.

Thời gian sinh trưởng của các mẫu giống ngô nếp vụ Xuân 2009

40

4.10.

Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao cây của các mẫu giống ngơ tẻ vụ
Xn 2009

4.11.

Tốc độ tăng trưởng chiều cao cây của mẫu giống ngô nếp vụ

Xuân 2009

4.12.

42
43

Tốc ñộ tăng trưởng số lá của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân
2009

46

4.13.

Tốc ñộ tăng trưởng số lá của mẫu giống ngơ nếp vụ Xn 2009

48

4.14.

Các đặc điểm hính thái cây của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân
2009

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………vi

50


4.15.

Các đặc điểm hính thái cây của các mẫu giống ngơ nếp vụ Xn
2009

4.16.

Khả năng chống đổ và chịu sâu bệnh của các mẫu giống ngô tẻ
vụ Xuân 2009

4.17.

57

Màu sắc thân, lá và cờ các mẫu giống ngơ tẻ địa phương gieo
trồng trong vụ xuân năm 2009

4.21.

56

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của mẫu giống ngô
nếp vụ Xuân 2009

4.20.

54

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống
ngô tẻ vụ Xuân 2009

4.19.

53

Khả năng chống ñổ và chống chịu sâu bệnh của các mẫu giống
ngô nếp vụ Xuân 2009

4.18.

51

60

Màu sắc thân, lá và cờ các mẫu giống ngơ nếp địa phương gieo
trồng trong vụ Xn năm 2009

62

4.22.

Tổng hợp đa hình của các mồi

68

4.23.

Tổng hợp kết quả nhân ADN của các mồi

69

4.24.

Thống kê ña hình của các mồi

73

4.25.

Tổng hợp kết quả nhân ADN của các mồi trên các giống ngô tẻ

75

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………vii


DANH MỤC CÁC ðỒ THỊ
STT

Tên ñồ thị

Trang

4.1.

Tốc ñộ tăng trưởng chiều cao cây một số mẫu giống ngơ tẻ

44

4.2.

Tốc độ tăng trưởng chiều cao cây một số mẫu giống ngô nếp

44

4.3.

Tốc ñộ tăng trưởng số lá một số mẫu giống ngơ tẻ

47

4.4.

Tốc độ tăng trưởng số lá một số mẫu giống ngô nếp

47

4.5.

Năng suất thực thu của các mẫu giống ngô tẻ vụ Xuân 2009

58

4.6.

Năng suất thực thu của các mẫu giống ngô nếp vụ Xuân 2009

58

DANH MỤC CÁC SƠ ðỒ
STT
4.1.

Tên sơ ñồ

Trang

Cây phát sinh di truyền và hệ số đa hình của 27 mẫu giống ngơ tẻ
địa phương giữa trên chỉ thị kiểu hình

4.2.

64

Cây phát sinh di truyền và hệ số đa hình của 32 mẫu giống ngơ
nếp địa phương dựa trên chỉ thị kiểu hình

64

4.3 .

Cây phân loại di truyền của một số mẫu giống ngô nếp

71

4.4 .

Cây phân loại di truyền của một số mẫu giống ngô tẻ

76

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………viii

DANH MỤC CÁC HÌNH
STT

Tên hình

Trang

4.1.

Kết quả tra ADN tổng số của 12/59 mẫu ngơ nghiên cứu

4.2.

Kết quả điện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPA-18 các
giống ngô nếp, thứ tự từ 1 – 32 theo bảng 4.22

4.3.

74

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPE-18 các
giống ngô tẻ, thứ tự từ 1 ñến 20 theo bảng 4.24

4.9 .

74

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPA-15 các

giống ngô tẻ, thứ tự từ 1 ñến 20 theo bảng 4.24

4.8 .

70

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPW- 08 các
giống ngô tẻ, thứ tự từ 1 – 20 theo bảng 4.24

4.7 .

70

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPE-18 các
giống ngô nếp, thứ tự từ 1 – 34 theo bảng 4.22

4.6 .

70

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPA-12 các
giống ngô nếp, thứ tự từ 1 – 32 theo bảng 4.22

4.5.

70

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPAW-7 các
giống ngô nếp, thứ tự từ 1 – 32 theo bảng 4.22

4.4.

67

74

Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD với mồi OPP-05 các
giống ngô tẻ, thứ tự từ 1 ñến 20 theo bảng 4.24

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………ix

74


1. MỞ ðẦU
1.1

Tính cấp thiết của đề tài
Theo dự đốn của Viện Nghiên cứu Chương trình Lương thực Thế giới

nhu cầu ngơ tồn cầu vào năm 2020 sẽ vượt 50% so với năm 1995, tức sẽ
tăng từ 558 triệu tấn (1995) lên tới 837 triệu tấn vào năm 2020. ðây thực sự là
thách thức lớn đối với sản xuất ngơ, ñặc biệt ñối với các nước ñang phát triển,
nơi có tỷ lệ nông dân nghèo cao.
Ở nước ta, trong các cây ngũ cốc thì cây ngơ có vị trí quan trọng thứ
hai sau cây lúa và là cây màu quan trọng hàng đầu trong sản xuất nơng
nghiệp. Hạt ngơ có hàm lượng dinh dưỡng tương ñối cao: hàm lượng tinh bột
trong hạt ngô chiếm 68,2/100g, chất lượng protein (% casein) đạt 32,1%, đặc
biệt là trong hạt ngơ có nhiều loại amino axit không thay thế quan trọng như
leucin, isoleucin, threonin, tyrosin…

Cây ngơ thích ứng rộng với điều kiện thời tiết, ñất ñai nên cây ngô
ñược trồng ở khắp các vùng trong cả nước từ vùng núi cao ñến vùng trung du
và ñồng bằng. ðối với một số vùng miền núi dân tộc người H'mông, Thái,
Tày, Lào, Khơ Mú... lương thực chính của người dân là hạt ngơ nên cây ngơ
lại càng quan trọng trong sản xuất nông nghiệp.
Tuy nhiên, người dân tộc vùng núi cao này trồng ngơ trên đất dốc (ñất
ñồi núi, ñất nương rẫy) trong ñiều kiện canh tác nghèo nàn khơng bón phân,
nước tưới hồn tồn phụ thuộc vào nước trời nên một năm chỉ trồng ñược một
vụ vào mùa mưa và năng suất không cao. ðây là một trong những nguyên
nhân dẫn ñến một số giống ngơ địa phương đã và đang bị thối hóa và mất đi
do người dân bắt đầu có xu hướng trồng thay thế bằng các giống mới có năng
suất cao hơn.
ðể công tác thu thập và bảo tồn nguồn gen quý hiếm của nước ta đặc

Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………1


biệt là các vùng trung du miền núi không bị xói mịn nguồn gen, các cơng tác
chọn tạo xây dựng vật liệu khởi đầu là rất cần thiết, nó bao gồm cơng tác điều
tra, thu thập, bảo tồn, phân loại... ðể góp phần vào cơng tác bảo tồn và chọn
tạo giống ngơ địa phương, chúng tơi tiến hành đề tài nghiên cứu:
“Khảo sát và đánh giá tính đa dạng di truyền của một số mẫu giống
ngơ đã thu thập được ở một số tỉnh miền núi phía Bắc ”
1.2

Mục đích và u cầu

1.2.1 Mục đích
Thu thập và đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen ngơ địa phương
nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu góp phần bảo tồn và sử dụng nguồn gen ngơ địa

phương trong các chương trình chọn tạo giống ngô.
1.2.2 Yêu cầu
- Thu thập nguồn gen ngô ñịa phương tại một số vùng sinh thái của các
tỉnh miền núi phía Bắc;
- ðánh giá mức độ sai khác các mẫu giống vật liệu dựa trên kiểu hình
và marker phân tử;
- ðánh giá nguồn gen ngơ địa phương về ñặc ñiểm nông sinh học;
- ðánh giá sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống ngơ địa
phương;
- ðánh giá năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất;
- ðánh giá khả năng chống chịu ñồng ruộng của các mẫu giống ngơ địa
phương.
1.3

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

1.3.1 Ý nghĩa khoa học của ñề tài
- Thu thập nguồn gen cây ngơ và phân loại đánh giá đã cung cấp nguồn
dữ liệu có giá trị và ý nghĩa to lớn cho cơng tác chọn tạo giống ngơ. Tập đồn
thu thập ñược và ñánh giá chúng, hiểu biết rõ ña dạng di truyền, xem xét biến

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………2


dị hiện có trong tập quần thể và các loại khác nhau của nguồn vật liệu chọn
tạo giống làm cơ sở khoa học cho nghiên cứu chọn giống ngô và làm tài liệu
tham khảo phục vụ giảng dạy.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả thu thập được tập đồn cơng tác 59 mẫu giống ngơ trong đó
có 27 mẫu giống nguồn gen ngơ tẻ địa phương và 32 giống ngơ nếp ở nhiều

ñịa phương khác nhau ở miền Bắc Việt Nam. Các mẫu giống đã được mã hóa
và được đưa vào ñánh giá sơ bộ trong vụ xuân 2009.
- ðã thu thập và đánh giá tập đồn gồm 59 mẫu giống ngơ trong trong
đó có 27 giống ngơ tẻ, 32 giống ngơ nếp đánh giá các đặc điểm thực vật học
và nơng sinh học, giúp các nhà chọn giống có ñịnh hướng khi sử dụng chúng
làm vật liệu, rút ngắn được q trình nghiên cứu tạo giống.
- Phân nhóm được 27 mẫu giống ngô tẻ, 32 mẫu giống ngô nếp dựa
trên hệ số đa hình, mức độ đa dạng các mẫu ngơ nếp địa phương thu thập,
đánh giá được ở vụ xuân 2009 này là khá ña dạng về di truyền và phong phú
chủng loại có ý nghĩa thực tiễn giúp việc ghép cặp cho ưu thế lai cao.

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………3


2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1

CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ðỀ TÀI

2.1.1 Cơ sở khoa học trong chọn giống cây trồng
ðể tạo ra một giống mới cần sử dụng nguồn gen thực vật: các dạng rất khác
nhau của cây trồng và cả cây dại, thông qua các phương pháp chọn giống xác
định. Các dạng cây trồng có thể là giống ñịa phương, giống ñược tập hợp từ nhiều
vùng sinh thái khác nhau, các dạng cây dại cùng chi với cây trồng ñược thu thập
từ nhiều nơi trên thế giới .
Nguồn gen cây trồng càng ña dạng phong phú và càng đầy đủ thì càng tạo
điều kiện thuận lợi cho quá trình sáng tạo của nhà chọn giống. ðể việc thu thập,
nghiên cứu và sử dụng nguồn gen thực vật được thuận lợi, dễ dàng và chính xác
thì cơng tác quĩ gen phải ñược xây dựng trên cơ sở lý luận khoa học vững chắc.
Theo N. I. Vavilov, tác giả học thuyết về dãy biến dị tương ñồng của thực

vật thì các loại hình thực vật gần nhau như cùng họ, cùng chi, cùng lồi có hàng
loạt biến dị di truyền giống nhau. Người ta có thể nghiên cứu kỹ một số dạng
chính của lồi trong cùng một chi ở tất cả các lồi. Mơ hình tốn học của ñịnh luật
về dãy biến dị tương ñồng của thực vật như sau:
A1 (a + b + c...); A2 (a + b + c...); A3 (a + b + c...)
Trong đó: A1, A2, A3 là các chi hoặc loài gần nhau;
a, b, c là dãy biến dị tương ñồng.
Qui luật về dãy biến dị tương đồng có ý nghĩa đặc biệt ñể xác ñịnh sự ña dạng
trong loài ở cả về cây trồng và hoang dại.
Cũng theo N. I. Vavilov sự phát tán của các loại hình trong một lồi mà ở
ñịa phương này kiểu gen chiếm ưu thế nhưng ở ñịa phương khác kiểu gen khác lại
hoạt ñộng mạnh. Kết quả hoạt ñộng của kiểu gen sau khi tương tác với mơi trường
xung quanh sẽ cho một loại hình tương ứng. ðó là kiểu gen hay loại hình sinh thái
trong giới hạn của một lồi. Các loại hình sinh thái ñặc trưng là các kiểu gen ñặc
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………4


trưng. Khi sưu tập nguồn gen cho chọn giống, cần hết sức chú ý thu thập các loại
hình sinh thái ñịa lý.
Theo Darwin biến dị là thuộc tính của tất cả các lồi sinh vật, trong đó biến
dị di truyền là động lực của tiến hóa. Nhờ có biến dị di truyền mà các lồi mới, các
dạng mới được hình thành, thành phần của một lồi ngày một đa dạng phong phú.
Nhờ có biến dị di truyền mà cây dại qua q trình chọn lọc đã trở thành cây trồng.
Cơ thể và môi trường luôn là một khối thống nhất, mơi trường hết sức đa dạng nên
cũng tồn tại những biến dị đa dạng tương ứng. Trong q trình chọn nguồn gen,
giống càng ñược thu thập ở nhiều vùng sinh thái càng tốt.
Theo N.I. Vavilov và P.M. Zukovxki, trên thế giới có 12 trung tâm phát
sinh tất cả các loại cây trồng. Các trung tâm là nơi tập trung ñầy đủ bộ gen của chi
hoặc lồi trong đó có cây trồng. Bên ngoài trung tâm là vùng phát tán của cây
trồng, ta chỉ có thể tìm thấy sự tập trung của kiểu gen này hay kiểu gen khác

nhưng không thể tìm được đầy đủ bộ gen của cả chi hoặc loài.
2.1.2 Cơ sở khoa học thu thập, nghiên cứu và đánh giá nguồn gen cây ngơ
Sử dụng có hiệu quả tài nguyên cây trồng là tiền ñề nâng cao sản lượng
nơng nghiệp một cách bền vững, góp phần xóa đói giảm nghèo, an tồn lương
thực và bảo vệ mơi trường trên toàn cầu. Chiến lược của viện Tài nguyên di
truyền thực vật thế giới (IPGRI) hiện nay và tương lai là đa dạng sinh học cho
hạnh phúc lồi người. Con người sống hạnh phúc hơn khi thu nhập tăng, an
toàn lương thực ñược ñảm bảo, dinh dưỡng ñược cải thiện bền vững, mơi
trường sống tốt hơn và chỉ có thể bằng con đường đa dạng sinh học nơng
nghiệp trên trang trại nông dân và bảo vệ rừng (IPGRI, 2004).
Cây ngô (Zea mays) là cây lương thực quan trọng và nguyên liệu chính
làm thức ăn gia súc, cho cơng nghiệp sản xuất cồn, tinh bột, bánh kẹo…Trên
thế giới và Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu về cây ngơ và chọn tạo giống
ngơ đạt được những thành tựu to lớn, tạo ra những giống ngơ ưu thế lai,
chuyển gen có năng suất cao, có ưu thế vùng canh tác thuận lợi. Tuy nhiên,
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………5


với những nơi có điều kiện khó khăn như đất ñai không màu mỡ, thiếu nước,
ñất dốc, nông dân nghèo, các nghiên cứu chọn tạo, ñặc biệt giống ưu thế lai
phù hợp cho điều kiện này cịn hạn chế (Banzinger et al, 2000; Ngơ Hữu
Tình, 1997). Tại một số vùng và địa phương có ngơ là lương thực chính thì
những giống ngơ ưu thế lai năng suất cao phải có chất lượng phù hợp với tập
quán ăn uống của người dân mới được nơng dân chấp nhận áp dụng trong sản
xuất. Trong đó, các giống ngơ địa phương đáp ứng ñược ñầy ñủ các yêu cầu
trên như thích nghi với điều kiện khó khăn, đầu tư thấp.
Vì vậy cơ sở khoa học của việc thu thập và nghiên cứu các giống ngơ
địa phương là cải thiện năng suất, các giống ngơ địa phương thụ phấn tự do và
tạo vật liệu phát triển giống ngô ưu thế lai trên nền di truyền của giống địa
phương nhằm tạo giống ngơ năng suất cao, thích nghi và chất lượng phù hợp

cho người dân vùng núi canh tác nhờ nước trời ở miền núi Việt Nam.
Thu thập, đánh giá và bảo tồn giống ngơ nếp ñịa phương các tỉnh miền núi
Tây Bắc ñã ñược các nhà khoa học Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội thực
hiện từ năm 2000 ñến T1/2009. Kết quả ñiều tra thu thập các giống ngô ở một số
tỉnh miền núi phía Bắc của Vũ Văn Liết và cộng sự từ 2000 – T1/2009 đạt được
276 giống ngơ trong đó có 166 mẫu giống ngơ là ngơ nếp. Các giống thu về một
phần bảo tồn, một phần làm thuần và hiện nay có khoảng 2500 mẫu giống tự
phối từ S1 – S5 [7]. Bộ môn cây lương thực khoa Nông học đã thu thập được 10
mẫu ngơ nếp tại Sơn La và 20 mẫu ngơ nếp tại Cộng hịa dân chủ nhân dân Lào.
Kết quả của hai ñợt khảo sát cho thấy nguồn gen (giống) cây ngô tại các vùng
miền núi huyện ðiện Biên nói riêng, vùng miền núi phía Bắc và miền Trung
Việt Nam cịn nhiều, đa dạng và phong phú. Vì vậy chúng ta cần thiết phải tiến
hành thu thập, bảo tồn, phân loại, ñánh giá chúng ñể phục vụ cho cơng tác chọn
tạo giống mới, đặc biệt là chọn tạo các giống ngô nếp lai cho các vùng trồng ngơ
hàng hố, vùng đồng bằng và các giống ngô canh tác nhờ nước trời tại các tỉnh
miền núi phía Bắc và miền Trung Việt Nam.
Trường ðại học Nơng nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………6


Duy trì, bảo tồn những giống ngơ nếp địa phương chất lượng cao ñược
nhiều cơ quan nghiên cứu trong nước và các nhà khoa học quan tâm PGS.TS.Trần
Văn Minh, 2006 [4] đã phục tráng và bảo tồn thành cơng giống ngô nếp Cồn Hến
của Thừa Thiên Huế nhằm bảo vệ giống ngô nếp quý hiếm của miền Trung nước
ta, sau 5 năm nghiên cứu, tác giả và các ñồng nghiệp ñã phục tráng ñược giống
ngô nếp Cồn Hến, giữ lại ñặc ñiểm bản chất quý hiếm của nó.
2.1.3 Ứng dụng của sinh học phân tử trong chọn giống ngô
Sinh học phân tử mới ra đời nhưng nó đã và đang ñược ứng dụng ngày
càng nhiều vào các lĩnh vực khác nhau của ñời sống xã hội, trong nghiên cứu
cơ bản, trong y tế (xác định tồn bộ trình tự gen người, sinh học phân tử cịn
hướng đến giải quyết nhiều vấn đề lớn: bệnh ung thư, sự phát triển phơi và

biệt hóa mơ), trong cơng nghiệp, nơng nghiệp và ngày nay sinh học phân tử
cịn đóng góp vào một lĩnh vực mới đó là khoa học máy tính.
2.1.3.1 Chỉ thị PCR
Phản ứng chuỗi trùng hợp (Polymerase chain reaction – PCR) ñược
Kary Mullis và cs phát minh năm 1985. Với một tiềm năng to lớn, phương
pháp này đã được nhanh chóng sử dụng hầu hết ở các phịng thí nghiệm trên
tồn thế giới (Nair và cs., 1996). Nhờ vào việc phát hiện ra loại enzym chịu
nhiệt ñược tách từ một loại vi khuẩn suối nước nóng có tên là Thermus
aquaticus hoạt ñộng tốt nhất ở nhiệt ñộ 70-80oC, người ta ñã kết hợp được
những tính chất cơ bản của ADN là có khả năng duỗi xoắn ở một nhiệt độ
thích hợp, có khả năng kết cặp với những đoạn ADN có trình tự nucleotit bổ
xung với đoạn ADN khn mẫu và có khả năng nhân đơi dưới xúc tác của
enzym đặc hiệu để nhân bội những đoạn ADN khn mẫu. Sau ñó phát minh
ra máy PCR ñể có thể dễ dàng thực hiện những phản ứng nhân bội ADN.
Phản ứng PCR dựa trên nguyên tắc tổng hợp ADN nhờ enzym ADN
Polymerase chịu nhiệt (Taq, Pfu..) với sự có mặt của đoạn ADN khuôn mẫu,
ADN mồi, các nucleotit (dNTP) gồm dATP, dCTP, dGTP, dTTP và ion Mg2+
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………7


hoạt ñộng như một xúc tác . Tùy theo bản chất của những đoạn mồi sử dụng
có những hệ thống chỉ thị ñặc trưng gồm chỉ thị RAPD, SSR, AFLP...
2.1.3.2 Chỉ thị RAPD
Loại chỉ thị này ñược sinh ra bởi phản ứng PCR, do sự nhân bội những
ñoạn ADN hệ gen, sử dụng những ñoạn mồi ñơn lẻ, ngẫu nhiên (random
primer) dài khoảng 10 nucletit dưới nhiệt ñộ kết cặp thấp (khoảng 37oC)
(Williiams và cs., 1990). Sản phẩm của phản ứng ñược phân tách bằng ñiện di
trên gel agarose, nhuộm trong ethidium bromide và quan sát dưới đèn tím.
RAPD sinh ra những chỉ thị trội bởi sự có mặt hay vắng mặt những băng
ADN đặc trưng. Vì vậy khơng phân biệt được thể dị hợp tử. ðó là hạn chế của

loại chỉ thị này so với chỉ thị ñồng trội RFLP. Mặc dù vậy, chỉ thị này vẫn là
một công cụ hữu hiệu trong việc lập bản ñồ những mẫu giống nhị bội, những
mẫu giống cận phối hay các quần thể lai trở lại. Lợi thế của loại chỉ thị này là
khơng cần biết những thơng tin về trình tự (William và cs., 1993). Chỉ thị
RAPD cịn có thể sử dụng trong việc ñiền vào những chỗ trống trên bản ñồ
phân tử RFLP (Chang và Meyerwitz, 1991), lập bản ñồ kháng đạo ơn ở lúa
(Naqvi và cs.,1995)... Chỉ thị RAPD cịn có một hạn chế nữa là độ nhạy của
RAPD bị phụ thuộc vào điều kiện của phản ứng, đơi khi kết quả khơng lặp lại
được, đặc biệt là ở những cơ thể có bộ gen lớn như lúa mì.
ðể khắc phục những hạn chế này, đơi khi người ta nhân mẫu giống
những băng RAPD đặc hiệu, xác định trình tự của chúng rồi thiết kế những
ñoạn mồi dài khoảng 20bp từ cả hai ñầu và gọi là chỉ thị SCARs (Sequence –
Characterized Amplified Region).
2.2

NGHIÊN CỨU VỀ NGUỒN GEN CÂY NGƠ TRÊN THẾ GIỚI
VÀ Ở VIỆT NAM

2.2.1 Nghiên cứu đa dạng di truyền nguồn gen ngơ địa phương trên thế giới
Ngơ (Zea mays L.) nhìn chung là lồi cây trồng ñược tập trung nghiên
cứu nhiều và hiệu quả. Di truyền của một số tính trạng và bộ genome của nó
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………8


ñược biết khá rõ. Một số yếu tố cho ñặc điểm mấu chốt của ngơ trong các lồi
cây giao phấn là: có giá trị đa dạng di truyền và biến dị đã được nhận biết trên
10 NST của nó, hỗ trợ thụ phấn ñể nhận ñược số hạt lớn hơn và hỗ trợ ñể
nhận ñược con cái khác nhau. Cũng ñã nhiều nhà khoa học nổi tiếng ñã cống
hiến cả cuộc đời nghiên cứu cơ bản về ngơ, cũng như kết quả và hầu hết các
phương pháp chọn giống ở cây giao phấn ñều ñược phát triển trên cơ sở

nghiên cứu ở cây ngơ. Khoảng 300 biến chủng ngơ đã ñược ghi nhận ở vùng
Tây Bán cầu. Brieger và cs. (1958) và Paterniani & Goodman (1977) đã mơ tả
và đánh giá tiềm năng di truyền của các biến chủng ngô ở Brazil và khu vực
liền kế. Xấp xỉ 50% các biến chủng thích nghi với vùng thấp (0 - 1000 m),
10% ở vùng trung bình (100 - 2000m), và 40% ở vùng có độ cao > 2000 m.
Xem xét về dạng nội nhũ có 40% là ngơ bột, 30% là ngơ đá, 20% là
ngơ răng ngựa, 10% là ngơ nổ và 3% là ngơ đường (Paterniani & Goodman,
1977). Ước tính có 100.000 mẫu nguồn gen ngơ được duy trì trong các ngân
hàng gen trên thế giới (Chang, 1992). Năm 1994 trung tâm Cải lương ngô và
lúa mỳ quốc tế (CIMMYT) ñã bảo tồn gần 11.000 mẫu nguồn gen ngô trong
ngân hàng gen, sau gần hai thập kỷ mẫu nguồn gen ngơ đã đạt đến mức
30,000 đến 35,000 mẫu nguồn gen (Taba,1994). Mục đích cuối cùng của ngân
hàng gen là sử dụng chúng cho cải tiến di truyền của các loài trong tương lai.
ða dạng di truyền và số lượng mẫu nguồn gen trong các lồi hiện nay lớn
nhất là ngơ, nó cũng được sử dụng thành cơng và đạt được mục tiêu của ngân
hàng gen. Các hoạt ñộng liên quan đến nguồn tài ngun di truyền có đặc
điểm chi phí cao và dài hạn, giới thiệu, trao ñổi, thu thập, ñặc ñiểm hóa, ñánh
giá, tài liệu hóa và bảo tồn nguồn gen là những bước rất cần thiết. ðồng thời
thực hiện các hoạt động phù hợp khi đó u cầu ngân hàng gen duy trì các
biến dị di truyền và ñảm bảo sử dụng nguồn gen hiệu quả. Nguồn tài nguyên
di truyền quan trọng là phạm vi rộng. Các hoạt ñộng trong ngân hàng gen ñảm
bảo chất lượng theo nhu cầu của các nhà nghiên cứu trong một số lĩnh vực.
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………9


Bên cạnh bảo tồn biến dị di truyền cho tương lai, cịn sử dụng các mẫu nguồn
gen hiện có cho những mục tiêu thực sự quan trọng khác. Mặc dù vậy sử dụng
nguồn tài nguyên di truyền ở mức thấp hiện nay là một hạn chế ở Brazil và
các nước ñang phát triển. Các yếu tố ảnh hưởng ñến sử dụng nguồn tài
nguyên di truyền ở mức thấp là thiếu tài liệu hóa và mơ tả mẫu nguồn gen

khơng đầy ñủ, thiếu những thông tin mong muốn của nhà tạo giống, mẫu
nguồn gen thích ứng ở mức hạn chế và khơng đủ cho chọn tạo giống cây
trồng ở các nước ñang phát triển và thiếu ñánh giá nguồn gen. Số hạt nguồn
gen khơng đủ cho chương trình nhân hạt là cản trở cho các nhà chọn giống sử
dụng (Dowswell và cs,1996). Nhìn chung các nhà chọn giống hình như thỏa
mãn với nguồn biến dị di truyền hiện có trong các vật liệu nông học tiến bộ
(Duvick, 1984; Paterniani, 1987; Peeters & Galwey, 1988; Nass và cs, 1993).
Ghi nhận của Troyer (1990) các mẫu giống thuần ưu tú ñược coi là tài nguyên
di truyền tốt nhất, bởi vì mỗi mẫu giống chứa tổ hợp các tính trạng di truyền
thỏa mãn thương trường. Mặc dù đa dạng ở ngơ rất lớn, các nhà tạo giống tập
trung vào một số biến chủng (Brown, 1975). Sáu mẫu giống thuần và những
mẫu giống có liên quan đại diện cho 70% các giống ngơ ưu thế lai ở Mỹ
những mẫu giống này là C103, Mo17, Oh43 và các mẫu giống dạng Lancaster
(vùng Tây Bắc nước Anh) và A632, B37 và B73 (kiểu mẫu giống vùng Reid).
Sự tìm kiếm kiểu gen ưu tú về khả năng cho năng suất, kháng sâu bệnh,
chống chịu bất thuận, chất lượng dinh dưỡng tốt, cứng, cạnh tranh và giá cao.
ðiều này giải thích tại sao các nhà tạo giống tập trung vật liệu thích nghi và
cải tiến tránh bố mẹ hoang dại, giống bản địa, nguồn gen ngồi có sẵn trong
ngân hàng gen có thể mất thời gian dài, chi phí cao, bên cạnh đó rất khó nhận
biết gen hữu ích chính là lý do sử dụng ngân hàng gen thấp. Nhìn chung các
giống ngơ ưu thế lai thương mại hiện nay có nền tảng di truyền hẹp
(Goodman, 1990). Chọn giống ngô ưu thế lai là sự cạnh tranh và xu hướng
cạnh tranh ngày một tăng, bởi vậy các nhà tạo giống khai thác những mẫu
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ………………………10