Nghiên cứu đa dạng di truyền và cải tiến nguồn gen khoai môn sọ bản địa bằng côn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ĐẶNG THỊ THANH MAI NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ CẢI TIẾN NGUỒN GEN KHOAI MÔN SỌ BẢN ĐỊA BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC Hà Nội, 2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐẠO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ĐẶNG THỊ THANH MAI NGHIÊN CỨU ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ CẢI TIẾN NGUỒN GEN KHOAI MÔN SỌ BẢN ĐỊA BẰNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ ĐỘT BIẾN THỰC NGHIỆM Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 62.21 LUẬN ÁN TIẾN SĨ SINH HỌC NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS. Nguyễn Xuân Viết Hà Nội, 2014 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. TS Nguyễn Xuân Viết. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.

Hà Nội, ngày …. tháng 7 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN ÁN ii LỜI CẢM ƠN Trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành bản luận án này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của PGS. TS Nguyễn Xuân Viết. Với tất cả tấm lòng mình, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thày về sự giúp đỡ quý báu đó.

Xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới PGS. TS Nguyễn Thị Ngọc Huệ, cảm ơn cô đã tư vấn và có những góp ý khoa học để bản luận án này có thể được hoàn thành một cách tốt nhất. Tôi xin chân thành cảm ơn các giảng viên và cán bộ Bộ môn Di truyền học, Công nghệ Sinh học và vi sinh, Sinh lí học thưc vật và Ban chủ nhiệm khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội; các cán bộ Phòng Kỹ thuật di truyền - Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Khoa Học Nông nghiệp Việt Nam; Các cán bộ Phòng Sinh học phân tử - Viện Công nghệ Sinh học, Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam đã ủng hộ, tạo mọi điền kiện thuận lợi giúp tôi hoàn thành luận án. Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn đến Ban giám hiệu, các bạn đồng nghiệp Trường Cao đẳng Sư phạm Bắc Ninh đã giúp đỡ, tạo những điều kiện thuận lợi nhất trong suốt những ngày tháng tôi học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Cuối cùng nhưng rất nhiều, xin được bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình - những người thân yêu đã luôn động viên, tạo những điều kiện thuận lợi nhất để tôi yên tâm học tập và nghiên cứu trong suốt thời gian qua. Hà Nội, ngày …. tháng 7 năm 2014 TÁC GIẢ LUẬN ÁN Đặng Thị Thanh Mai iii MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC CÁC BẢNG.

viii DANH MỤC CÁC HÌNH. Tính cấp thiết của đề tài. Căn cứ pháp lý và cơ sở khoa học của định hướng nghiên cứu. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài.

Nội dung nghiên cứu của đề tài. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài. ĐÓNG GÓP MớI CủA Đề TÀI.

6 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU. Giới thiệu chung về cây khoai môn sọ. Nguồn gốc, phân bố và đặc điểm sinh thái của cây khoai môn sọ. Phân loại học cây khoai môn sọ.

Đặc điểm thực vật học của cây khoai môn sọ. Thành phần dinh dưỡng, giá trị kinh tế và sử dụng của cây khoai môn sọ. Tình hình sản xuất khoai môn sọ trên thế giới và Việt Nam. Phân tích đa dạng di truyền ở cây khoai môn sọ.

Khái niệm đa dạng di truyền. Vị trí và tầm quan trọng của đa dạng di truyền. Phân tích đa dạng di truyền khoai môn sọ. thu thập, bảo tồn và sử dụng nguồn gen khoai môn sọ.

Một số vấn đề về thu thập, bảo tồn và sử dụng nguồn gen thực vật. Thu thập, bảo tồn và sử dụng nguồn gen khoai môn sọ .33 CHƢƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. Địa điểm nghiên cứu. Phương pháp nghiên cứu.

Phương pháp bố trí trồng và chăm sóc các giống nghiên cứu trên đồng ruộng. Các phương pháp sử dụng trong đánh giá đa dạng di truyền các mẫu giống nghiên cứu. Phương pháp nuôi cây mô, tế bào thực vật. Phương pháp chọn dòng đột biến.

Phương pháp xử lí số liệu .53 CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN. Đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen khoai môn sọ. Đa dạng về các đặc điểm hình thái và nông học các mẫu giống khoai môn sọ và một số loài gần. Kết quả phân tích đa dạng di truyền khoai môn sọ và một số loài gần sử dụng chỉ thị phân tử ADN.

Mối tương quan giữa chỉ thị hình thái – nông học, chỉ thị RAPD và chỉ thị SSR trong đánh giá đa dạng di truyền nguồn gen khoai môn sọ và một số loài gần. Kết quả phân tích hàm lượng chất khô, thành phần dinh dưỡng và vị ngon của củ của 12 giống khoai môn sọ hạt nhân. Nghiên cứu thử nghiệm khai thác một số nguồn gen bằng ứng dụng công nghệ tế bào kết hợp đột biến thực nghiệm. Nghiên cứu nhân nhanh một số giống khoai môn sọ địa phương bằng nuôi cấy chồi đỉnh in vitro.

Nghiên cứu tạo củ in vitro và tiềm năng ứng dụng kỹ thuật tạo củ in vitro trong sản xuất. Thử nghiệm ứng dụng kết hợp đột biến phóng xạ tia gamma (nguồn Co60) và nuôi cây mô, tế bào thực vật ở khoai môn sọ .118 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .137 TÀI LIỆU THAM KHẢO .150 vi DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nghĩa A Alocasia AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism – Đa hình độ dài các phân đoạn được nhân bản. ANOVA Analysis of variance – Phân tích phương sai APS Ammonium persulfate BAP 6-Benzylaminopurine bp Base pair – Căp bazơ nitơ Ce Colocasia esculenta Cg Colocasia gigantea cs Cộng sự CTAB Cetyl Trimetyl Amonium Bromite dNTP Deoxynucleotide Triphosphates EDTA Ethylendiamine tetra acetic acid EtBr Ethidium bromide FAO Food and Agriculture Orgnization - Tổ Chức lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc. GA Gibberellic acid IAA Indole-3-acetic acid IPGRI International Plant Genetic Resources Institute – Viện Tài nguyên Di truyền Thực vật quốc tế μl Micro lít MS Murashige and Skoog NAA Naphthalene Acetic Acid ng Nanogram NTSYS Numerial Taxonomy System NXB Nhà xuất bản PCR Polymerase chain reaction – Phản ứng chuỗi polymerase PIC Polymorphic Information Content – Hàm lượng thông tin đa hình RAPD Random Amplified Polymorphic DNA – Đa hình ADN được nhân bội ngẫu nhiên.

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism – Đa hình chiều dài các đoạn cắt giới hạn. vii SDS Sodium dodecyl sulfate SSR Simple Sequence Repeat – Sự lặp lại trình tự đơn giản. TAE Tris acetate EDTA Taq Thermus aquaticus TEMED N,N,N‟,N‟ Tetramethylethylenediamine UPGMA Unweighted pairgroup method analysis - Phương pháp phân nhóm không trọng số. UV Ultraviolet (tia cực tím) Xa Xanthosoma viii DANH MỤC CÁC BẢNG TT Tiêu đề bảng Trang 1.

Tình hình sản xuất khoai môn sọ ở các nước trên thế giới năm 2010 17 và tỉ lệ tăng trưởng trung bình hàng năm (2000-2010) 1. Qui trình thiết lập bộ sưu tập hạt nhân khoai môn sọ các nước Thái 38 Bình Dương 2.1 Các mẫu giống sử dụng trong nghiên cứu 42 2.2 Các mồi sử dụng trong phân tích RAPD 43 2.3 Các cặp mồi sử dụng trong phân tích SSR 44 3.1 Sự phân bố của 40 mẫu giống khoai môn sọ theo một số đặc điểm 59 hình thái – nông học quan trọng 3.3 Đặc trưng phân tử có ý nghĩa nhận dạng loài khoai môn sọ và một 70 số loài gần dựa trên chỉ thị RAPD 3.4 Đặc trưng phân tử các giống khoai môn sọ địa phương dựa trên chỉ 75 thị RAPD 3.5 Tổng số băng ADN và số băng ADN đặc trưng vùng được nhân lên 76 từ 14 mồi ngẫu nhiên của các mẫu giống khoai môn sọ nghiên cứu 3.6 Mẫu giống khoai môn sọ và một số loài gần sử dụng trong phân tích 79 SSR 3.7 Số alen và giá trị PIC của 9 chỉ thị SSR 80 3.8 Các alen SSR có ý nghĩa đặc trưng phân tử nhận dạng các loài 82 nghiên cứu thuộc họ Ráy 3.9 Các alen SSR đặc trưng duy nhất ở một số giống khoai môn sọ 86 3.10 Đặc trưng phân tử có ý nghĩa tư liệu hóa một số nguồn gen khoai 87 môn sọ địa phương 3.11 Sự phân bố alen SSR theo các vùng sinh thái của một số mẫu giống 89 khoai môn sọ 3.12 Bộ sưu tập hạt nhân các giống khoai môn sọ được lựa chọn dựa trên 92 số liệu hình thái và phân tử ix 3.13 Thành phần dinh dưỡng của củ của một số giống khoai môn sọ địa 102 phương miền Bắc và Bắc Trung Bộ 3.14 Vị ngon của củ của một số giống khoai môn sọ địa phương 103 3.15 Hiệu quả khử trùng chồi đỉnh bằng HgCl2 0,1% ở 3 giống khoai 105 môn sọ 2 tuần sau nuôi cấy 3.16 Khả năng tái sinh chồi trực tiếp của các mẫu giống trên môi trường 107 có bổ sung BAP và α-NAA khác nhau 3.17 Hiệu quả nồng độ BAP và α-NAA đến hệ số nhân chồi ở 3 giống 109 khoai môn sọ 3.18 Ảnh hưởng của tổ hợp BAP và α-NAA đến sự sinh trưởng và hình 110 thái của bộ rễ của cây khoai môn sọ in vitro 3.21 Ảnh hưởng của BAP và đường đến tỉ lệ (%) chồi hình thành củ ở 2 114 giống khoai môn sọ sau 8 tuần nuôi cấy 3.22 Ảnh hưởng của BAP và đường đến tỉ lệ nhân chồi củ (số chồi 115 củ/cụm) ở hai giống khoai môn sọ sau 8 tuần nuôi cấy 3.23 Ảnh hưởng của BAP và đường đến khối lượng củ tươi của một số 115 giống khoai môn sọ sau 8 tuần nuôi cấy 3.24 Ảnh hưởng của các liều chiếu xạ tia gamma (nguồn Co60) đến tỷ lệ 119 sống của chồi in vitro của 3 giống khoai môn sọ nghiên cứu 3.25 Ảnh hưởng của tia gamma (nguồn Co60) tới hệ số nhân chồi in 121 vitro và sinh trưởng của cây in vitro 3.26 Tần số xuất hiện các biến dị hình thái của cây in vitro ở các liều 123 chiếu khác nhau của các giống khoai môn sọ nghiên cứu 3.27 Đặc điểm nông sinh học các dòng biến dị ở thế hệ M1 126 3.28 Đặc điểm nông sinh học một số dòng biến dị thế hệ M2 127 3.29 Đặc điểm nông sinh học của một số dòng đột biến thế hệ M3 131 3.30 Giá trị PIC trong các dòng khoai môn sọ đột biến và các giống gốc 132 3.