Tài liệu Nghiên cứu khai thác nguồn gen cây vừng phục vụ chọn tạo giống vừng năng suất hạt và hàm lượng dầu cao cho vùng đất cát pha ven biển tỉnh nghệ an

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM NGUYỄN TÀI TOÀN NGHIÊN CỨU KHAI THÁC NGUỒN GEN CÂY VỪNG PHỤC VỤ CHỌN TẠO GIỐNG VỪNG NĂNG SUẤT HẠT VÀ HÀM LƯỢNG DẦU CAO CHO VÙNG ĐẤT CÁT PHA VEN BIỂN TỈNH NGHỆ AN Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 9 62 01 11 Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS. Trần Tú Ngà 2. GS.TS. Vũ Văn Liết HÀ NỘI - 2019 LỜI CAM ĐOAN - Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng được sử dụng để bảo vệ bất kỳ học vị nào. - Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án này đã được cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này đã được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2019 Tác giả luận án Nguyễn Tài Toàn i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự hướng dẫn, giảng giải tận tình của các thầy cô giáo, sự động viên giúp đỡ của bạn bè, gia đình và đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Trần Tú Ngà và GS.TS. Vũ Văn Liết đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian, tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Khoa Nông học, Bộ môn Di truyền và Chọn giống cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam; Bộ môn Khoa học cây trồng, Viện Nông nghiệp và Tài nguyên - Trường Đại học Vinh, UBND xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc đã tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và hoàn thành luận án. Tôi xin cảm ơn sự hỗ trợ về kinh phí của Bộ Khoa học và Công nghệ và Trường Đại học Vinh để tôi hoàn thành khóa học này. Để hoàn thành được đề tài này, tôi còn nhận được sự hỗ trợ của các bạn sinh viên ngành Nông học và học viên cao học ngành Khoa học cây trồng (giai đoạn 2011 2015), Viện Nông nghiệp và Tài nguyên, Trường Đại học Vinh trong việc triển khai, theo dõi và tổng hợp các thí nghiệm. Cuối cùng, tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè và đồng nghiệp - những người đã tận tụy giúp đỡ, động viên tôi trong quá trình học tập và hoàn thành luận án này. Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những giúp đỡ quý báu của các tập thể và cá nhân dành cho nghiên cứu sinh. Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2019 Tác giả luận án Nguyễn Tài Toàn ii MỤC LỤC Lời cam đoan ..................................................................................................................... i Lời cảm ơn ........................................................................................................................ ii Mục lục ............................................................................................................................ iii Danh mục chữ viết tắt ..................................................................................................... vii Danh mục các bảng .......................................................................................................... ix Danh mục hình ................................................................................................................. xi Thesis abstract................................................................................................................ xiv Phần 1. Mở đầu ................................................................................................................1 1.1. Tính cấp thiết của đề tài .........................................................................................1 1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..............................................................................................3 1.3. Phạm vi nghiên cứu ...............................................................................................3 1.4. Những đóng góp mới của đề tài .............................................................................3 1.5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ...............................................................4 1.5.1. Ý nghĩa khoa học ...................................................................................................4 1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn ....................................................................................................5 Phần 2. Tổng quan tài liệu ..............................................................................................6 2.1. Nguồn gốc và phân loại cây vừng..........................................................................6 2.1.1. Nguồn gốc cây vừng ..............................................................................................6 2.1.2. Phân loại cây vừng .................................................................................................6 2.2. Đặc điểm thực vật học và thụ phấn ở cây vừng .....................................................7 2.2.1. Đặc điểm thực vật học ...........................................................................................7 2.2.2. Đặc tính thụ phấn của cây vừng .............................................................................8 2.3. Tình hình sản xuất vừng trên thế giới và ở Việt Nam ...........................................9 2.3.1. Tình hình sản xuất vừng trên thế giới ....................................................................9 2.3.2. Tình hình sản xuất vừng ở Việt Nam ...................................................................10 2.3.3. Tình hình sản xuất vừng ở Nghệ An ....................................................................11 2.4. Đặc điểm khí hậu, đất đai và hệ thống cây trồng trên vùng đất cát ven biển tỉnh Nghệ An ........................................................................................................12 2.4.1. Đặc điểm khí hậu của tỉnh Nghệ An ....................................................................12 2.4.2. Đặc điểm của đất cát ven biển Nghệ An ..............................................................13 iii 2.4.3. Hệ thống cây trồng trên vùng đất cát ven biển Nghệ An .....................................13 2.5. Tình hình nghiên cứu về cây vừng ở trên thế giới ...............................................13 2.5.1. Thu thập, đánh giá và khai thác nguồn gen vừng ................................................13 2.5.2. Đa dạng di truyền cây vừng .................................................................................16 2.5.3. Ưu thế lai ở cây vừng...........................................................................................19 2.5.4. Khả năng kết hợp ở cây vừng ..............................................................................21 2.5.5. Di truyền các tính trạng ở cây vừng .....................................................................24 2.5.6. Chọn tạo giống vừng............................................................................................28 2.6. Tình hình nghiên cứu về cây vừng ở Việt Nam ...................................................30 2.6.1. Thu thập, đánh giá và khai thác nguồn gen vừng ................................................30 2.6.2. Đa dạng di truyền cây vừng .................................................................................31 2.6.3. Chọn giống vừng .................................................................................................33 2.7. Những điều rút ra từ tổng quan ............................................................................35 Phần 3. Nội dung và phƣơng pháp nghiên cứu ...........................................................37 3.1. Địa điểm nghiên cứu ............................................................................................37 3.2. Thời gian nghiên cứu ...........................................................................................37 3.3. Vật liệu nghiên cứu ..............................................................................................37 3.4. Nội dung nghiên cứu............................................................................................38 3.5. Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................................38 3.6. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................38 3.6.1. Phương pháp bố trí các thí nghiệm ......................................................................38 3.6.2. Phương pháp theo dõi, đánh giá các chỉ tiêu .......................................................44 3.6.3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu ...............................................................47 3.6.4. Phương pháp phân tích số liệu .............................................................................50 Phần 4. Kết quả nghiên cứu và thảo luận ....................................................................51 4.1. Kết quả thu thập và đánh giá nguồn gen ..............................................................51 4.1.1. Kết quả thu thập và phân nhóm các mẫu giống vừng ..........................................51 4.1.2. Đánh giá các đặc điểm nông sinh học và năng suất của các mẫu giống vừng.....54 4.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền dựa trên đặc điểm hình thái và chỉ thị phân tử ........59 4.1.4. Kết quả tuyển chọn bộ giống vừng triển vọng từ tập đoàn thu thập ....................66 4.2. Các đặc điểm sinh trưởng, phát triển của các mẫu giống bố mẹ và các tổ hợp lai ..................................................................................................................69 iv 4.2.1. Các chỉ tiêu sinh trưởng, phát triển của các giống bố mẹ ....................................70 4.2.2. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể ............................................72 4.3. Ưu thế lai của các tổ hợp lai ................................................................................75 4.3.1. Ưu thế lai về thời gian sinh trưởng ......................................................................75 4.3.2. Ưu thế lai về chiều cao cây ..................................................................................76 4.3.3. Ưu thế lai về chiều cao đóng quả .........................................................................77 4.3.4. Ưu thế lai về chiều cao đến quả đầu tiên .............................................................78 4.3.5. Ưu thế lai về số cành cấp 1 trên cây ....................................................................79 4.3.6. Ưu thế lai về số quả trên cây................................................................................81 4.3.7. Ưu thế lai về số hạt/quả .......................................................................................81 4.3.8. Ưu thế lai về P1000 hạt ..........................................................................................82 4.3.9. Ưu thế lai về năng suất cá thể ..............................................................................82 4.4. Khả năng kết hợp của các mẫu giống với dòng thử.............................................83 4.4.1. Khả năng kết hợp về thời gian sinh trưởng..........................................................83 4.4.2. Khả năng kết hợp về chiều cao cây .....................................................................84 4.4.3. Khả năng kết hợp về chiều cao đóng quả ............................................................86 4.4.4. Khả năng kết hợp về chiều cao đến quả đầu tiên .................................................86 4.4.5. Khả năng kết hợp về số cành cấp 1 trên cây ........................................................87 4.4.6. Khả năng kết hợp về số quả trên cây ...................................................................87 4.4.7. Khả năng kết hợp về số hạt trên quả ....................................................................88 4.4.8. Khả năng kết hợp về khối lượng 1000 hạt ...........................................................90 4.4.9. Khả năng kết hợp về năng suất cá thể..................................................................90 4.5. Đặc điểm di truyền một số tính trạng ở vừng ......................................................91 4.5.1. Lông trên quả .......................................................................................................92 4.5.2. Số quả trên nách lá ...............................................................................................93 4.5.3. Số hàng hạt trên quả.............................................................................................94 4.5.4. Tính phân cành ở cây vừng ..................................................................................95 4.5.5. Năng suất cá thể ...................................................................................................96 4.6. Kết quả chọn lọc các dòng vừng triển vọng ........................................................98 4.6.1. Quá trình chọn lọc................................................................................................98 4.6.2. Kết quả đánh giá sơ bộ các dòng vừng mới .........................................................99 4.6.3. Dòng vừng NLV10 .............................................................................................101 v Phần 5. Kết luận và đề nghị ........................................................................................109 5.1. Kết luận ..............................................................................................................109 5.2. Đề nghị ...............................................................................................................110 Danh mục các công trình đã công bố có liên quan đến luận án .....................................111 Tài liệu tham khảo .........................................................................................................112 vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt AFLP Chữ viết đầy đủ Đa hình chiều dài phân đoạn khuyếch đại (Amplified Fragment Length Polymorphism) C.D. Sự sai khác tới hạn (Critical Difference) CIM Phân tích bản đồ cách quãng (Composite Interval Mapping) CAAS Viện hàn lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc (Chinese Academy of Agricultural Sciences) FAO Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc (Food and Agiculture Organization of the United Nations) G Ký hiệu mẫu giống GCA Khả năng kết hợp chung (General Combining Abilities) GCV Hệ số biến động kiểu gen (Genotypic Coefficient of Variation) Hb Ưu thế lai thực Hm Ưu thế lai trung bình Hs Ưu thế lai chuẩn IPGRI Viện Tài nguyên và Di truyền thực vật Quốc tế (International Plant Genetic Resources Institute) Lines Dòng Max Giá trị lớn nhất MCIM Phân tích tương quan hỗn hợp bản đồ cách quãng (Mixed linear composite interval mapping) Min Giá trị nhỏ nhất NBPGR Trung tâm Quốc gia về tài nguyên di truyền thực vật Ấn Độ (National Bureau of Plant Genetic Resources) NL Nách lá NSCT Năng suất cá thể PCA Phân tích thành phần chính (Principal Component Analysis) PCR Phản ứng chuỗi trùng hợp (Polymerase Chain Reaction) PIC Hàm lượng thông tin đa hình (Polymorphic Information Content) vii PCV Hệ số biến động kiểu hình (Phenotypic Coefficient of Variation) RAPD Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên (Randomly Amplified Polymorphic DNA) RCB Bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (Randomized Complete Block Designs) RFLP Đa hình chiều dài phân cắt giới hạn (Restriction Fragment Length Polymorphism) RSAMPL Đa hình các locus tiểu vệ tinh nhân bản chọn lọc (Random selective amplification of microsatellite polymorphic loci) S.E. Sai số chuẩn - Standard Error SCA Khả năng kết hợp riêng (Specific Combining Abilities) SSR Những trình tự lặp lại đơn giản (Simple Sequence Repeats) TB Trung bình Tester Dòng thử UPGMA Phương pháp nhóm cặp không trọng số trung bình toán học (Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages) USDA Bộ Nông nghiệp Mỹ (United States Department of Agriculture) viii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1. Diện tích trồng vừng trên thế giới giai đoạn 2012 - 2016 (ha) ..............................9 2.2. Năng suất vừng trên thế giới giai đoạn 2012-2016 (tạ/ha) ....................................9 2.3. Sản lượng vừng trên thế giới giai đoạn 2012-2016 (tấn) .....................................10 2.4. Diện tích, năng suất và sản lượng vừng ở Việt Nam từ 2013-2017 ....................11 2.5. Tình hình sản xuất vừng ở Nghệ An trong 10 năm gần đây ................................12 3.1. Các chỉ thị SSR và SRAP sử dụng trong nghiên cứu ..........................................40 3.2. Các dòng bố mẹ được sử dụng trong sơ đồ lai ....................................................41 3.3. Các dòng/giống được sử dụng trong thí nghiệm đánh giá một số mẫu giống vừng triển vọng ....................................................................................................43 4.1. Các mẫu giống vừng phân theo nguồn gốc xuất xứ.............................................52 4.2. Phân nhóm các mẫu giống vừng thu thập theo một số đặc điểm thực vật học ....53 4.3. Phân nhóm các mẫu giống vừng nghiên cứu theo một số đặc điểm nông sinh học ................................................................................................................55 4.4. Phân nhóm các mẫu giống vừng nghiên cứu theo một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể ...............................................................................57 4.5. Số alen thu được bằng PCR sử dụng các chỉ thị SSR và SRAP ..........................63 4.6. Một số đặc điểm thực vật học của 9 mẫu giống vừng tuyển chọn tại huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An ......................................................................................66 4.7. Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống vừng được tuyển chọn .......67 4.8. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể của 9 mẫu giống vừng tuyển chọn tại huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An ....................................................68 4.9a. Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống bố mẹ trong vụ Xuân 2012 .....................................................................................................................70 4.9b. Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2012 ............71 4.10a. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể của các mẫu giống bố mẹ trong vụ Xuân 2012 .......................................................................................73 4.10b. Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể của các tổ hợp lai trong vụ Xuân 2012 .......................................................................................................74 4.11. Ưu thế lai của các tổ hợp về thời gian sinh trưởng và chiều cao cây ..................75 ix 4.12. Ưu thế lai của các tổ hợp về chiều cao đóng quả và chiều cao đến quả 1 ..........77 4.13. Ưu thế lai của các tổ hợp về số cành cấp 1 và số quả trên cây ............................79 4.14. Ưu thế lai của các tổ hợp về số hạt trên quả, P1000 hạt và năng suất cá thể .........80 4.15a. Giá trị khả năng kết hợp chung của các mẫu giống bố mẹ cho một số đặc điểm nông sinh học trong vụ Xuân 2012 .............................................................84 4.15b. Giá trị khả năng kết hợp riêng (sca) của các tổ hợp lai cho một số đặc điểm nông sinh học trong vụ Xuân 2012 ......................................................................85 4.16a. Giá trị khả năng kết hợp chung của các mẫu giống bố mẹ đến các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể trong vụ Xuân 2012 ....................................88 4.16b. Giá trị khả năng kết hợp riêng (sca) của các tổ hợp lai về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cá thể trong vụ Xuân 2012 ....................................89 4.17. Sự biểu hiện của 5 tổ hợp lai có triển vọng về năng suất cá thể và các chỉ tiêu liên quan đến các thế hệ con lai ....................................................................91 4.18. Sự phân ly một số tính trạng số quả/nách lá và lông trên quả của con lai F2 trong vụ Hè Thu 2012 ..........................................................................................92 4.19. Sự phân ly tính trạng số hàng hạt/quả và tính phân cành của con lai F2 trong vụ Hè Thu 2012 ...................................................................................................94 4.20. Một số đặc điểm hình thái của các dòng vừng mới thế hệ F5 trong vụ Xuân 2014 .....................................................................................................................99 4.21. Đặc điểm sinh trưởng của các dòng vừng mới thế hệ F5 trong vụ Xuân 2014 ..100 4.22. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng vừng mới thế hệ F5 trong vụ Xuân 2014 .......................................................................................101 4.23. Một số đặc điểm sinh học dòng vừng đen NLV10 ............................................102 4.24. Một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống vừng thí nghiệm .......................103 4.25. Một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống vừng .................................104 4.26. Các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống vừng..................................105 4.27. Năng suất của các mẫu giống vừng ...................................................................105 4.28. Thành phần sinh hóa và các chỉ số lipid trong hạt vừng ....................................106 4.29. Hàm lượng các a xít béo trong hạt vừng ............................................................107 x DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 3.1. Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................................38 4.1. Một số trạng thái khác nhau về số hàng hạt/quả, màu sắc hạt và hình dạng quả của tập đoàn vừng thu thập ...........................................................................56 4.2. Sự biểu hiện về màu sắc tràng hoa và vị trí lá trên thân của tập đoàn vừng thu thập ................................................................................................................58 4.3. Phân nhóm di truyền của tập đoàn nghiên cứu dựa trên 22 tính trạng kiểu hình của các mẫu giống vừng trong 3 vụ Hè Thu 2013 - 2015 tại huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An ......................................................................................60 4.4. Sản phẩm PCR của các mẫu giống vừng thu được cặp mồi SRAP (Me07Em07), Lane M: 1 kb DNA marker, lanes 1-56 tương ứng với các mẫu giống vừng ...........................................................................................................62 4.5. Sản phẩm PCR của các mẫu giống vừng thu được từ cặp mồi SSR (HS94), Lane M: 1 kb DNA marker, lanes 1-56 tương ứng với các mẫu giống vừng .....62 4.6. Cây phân nhóm đa dạng di truyền của 56 mẫu giống vừng dựa trên chỉ thị phân tử .................................................................................................................64 4.7. Số quả trên nách lá và số hàng hạt trên quả của một số mẫu giống vừng trong các tổ hợp lai ..............................................................................................93 4.8. Số quả trên nách lá và số hàng hạt trên quả của một số mẫu giống vừng trong các tổ hợp lai ..............................................................................................93 4.9. Tính phân cành và không phân cành trên một số một số mẫu giống vừng sử dụng trong các tổ hợp lai .....................................................................................95 4.10. Sự phân bố về năng suất cá thể quần thể F2 của tổ hợp lai G20xG7 .....................96 4.11. Sự phân bố về năng suất cá thể quần thể F2 của tổ hợp lai V6xG15 .....................96 4.12. Sự phân bố về năng suất cá thể quần thể F2 của tổ hợp lai G20xG15 ....................97 4.13. Sự phân bố về năng suất cá thể quần thể F2 của tổ hợp lai V6xG53 .....................97 4.14. Sự phân bố về năng suất cá thể quần thể F2 của tổ hợp lai G20xG53 ....................97 4.15. Sơ đồ chọn tạo các dòng vừng mới ......................................................................98 4.16. Một số đặc điểm hình thái của dòng vừng mới NLV10 ....................................104 xi TRÍCH YẾU CỦA LUẬN ÁN Tên tác giả: Nguyễn Tài Toàn Tên Luận án: Nghiên cứu khai thác nguồn gen cây vừng phục vụ chọn tạo giống vừng năng suất hạt và hàm lượng dầu cao cho vùng đất cát pha ven biển tỉnh Nghệ An. Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 9 62 01 11 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu - Thu thập và đánh giá được tập đoàn 56 mẫu giống vừng trong nước và nhập nội về các đặc điểm thực vật học, nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất. - Nghiên cứu xác định được đặc điểm di truyền của 1 số tính trạng di truyền ở cây vừng phục vụ chọn tạo giống vừng. - Lai tạo và chọn lọc được 1 - 2 dòng vừng có năng suất, hàm lượng dầu cao thích hợp với điều kiện sinh thái trên địa bàn tỉnh Nghệ An. Phƣơng pháp nghiên cứu - Các đặc điểm nông sinh học, năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của 56 mẫu giống vừng thu thập được đánh giá theo phương pháp đánh giá nguồn gen của IPGRI (2001). Thí nghiệm được bố trí tuần tự, không nhắc lại, diện tích ô thí nghiệm 2 m2 tại vùng đất cát ven biển huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. - Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống vừng bằng chỉ thị phân tử SRAP và SSR theo phương pháp của Zhang et al. (2012) và Wu et al. (2014), có cải tiến theo Phòng thí nghiệm Chọn giống phân tử, Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam Nhật Bản, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Thí nghiệm đánh giá khả năng kết hợp của 18 tổ hợp lai được tạo ra từ vụ Hè Thu năm 2011 và 9 mẫu giống bố mẹ của chúng được bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB), 3 lần lặp lại, diện tích ô thí nghiệm 5 m2. Sử dụng giống vừng V6 làm giống đối chứng. - Sự di truyền của một số tính trạng của 18 quần thể F1 và F2 được bố trí theo phương pháp hoàn toàn ngẫu nhiên, không lặp lại, diện tích ô thí nghiệm lần lượt là 5 m2 cho thế hệ F1 và 10 m2 cho thế hệ F2. Trong mỗi ô thí nghiệm, tiến hành trồng 6 hàng, mỗi hàng cách nhau 30 cm, cây cách cây 15 cm. Các ô thí nghiệm bố trí cách xii nhau 35 cm. - Đánh giá các dòng/giống vừng triển vọng được bố trí theo khối ngẫu nhiên đầy đủ (RCB) với 3 lần nhắc lại, diện tích ô thí nghiệm 10 m2 trong vụ Hè Thu 2014 và 2015. Kết quả chính và kết luận 1. Thu thập được tập đoàn gồm 56 mẫu giống vừng trong nước và nhập nội. Đã phân nhóm chúng theo các đặc điểm nông sinh học và thực vật học với 44,64% giống có 3 quả/nách lá, 64,29% giống với quả có 4 hàng hạt, 66,07% giống có hạt màu đen, 62,50% giống có phiến lá trơn, 51,59% giống có lá mọc đối, 69,64% giống lá rụng hoàn toàn khi chín và 71,43% phân cành đốt dưới. 2. Đã nghiên cứu đa dạng di truyền của 56 mẫu giống vừng bằng 2 phương pháp dựa trên đặc điểm hình thái và chỉ thị phân tử. Đã có 11 nhóm được phân chia dựa trên đặc điểm hình thái và 7 nhóm được phân chia dựa trên chỉ thị phân tử SSR và SRAP. Các sơ đồ phần bố di truyền hình cây theo 2 phương pháp có thể là những gợi ý có giá trị trong nghiên cứu di truyền và lai tạo giống. 3. Từ tập đoàn nghiên cứu đã tuyển chọn được 9 mẫu giống vừng có nhiều đặc điểm tốt về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất cao như G4, G6, G10, G14, G15, G26, G49, G51 và G53, trong đó có 3 mẫu giống nổi bật là G26, G51 và G53 có tiềm năng năng suất khá với năng suất đạt tương ứng là 8,97, 9,40 và 9,66 g/cây. 4. Từ nghiên cứu một số tổ hợp lai đã xác định được dòng G15 và G53 có khả năng kết hợp chung cao cho năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất. Dòng mẹ G20 và giống V6 có khả năng kết hợp chung cao về các chỉ tiêu số quả/cây và số hạt/quả. Một số tổ hợp lai như V6 x G8, G20 x G51, V6 x G23 và V6 x G15 có khả năng kết hợp riêng cao, phục vụ công tác chọn tạo giống mới có năng suất và hàm lượng dầu cao. Bên cạnh đó, đã xác định được sự di truyền của một số tính trạng như lông trên quả, đặc tính phân cành, số hàng hạt trên quả, số quả trên nách lá được kiểm soát bởi một cặp gen alen theo kiểu trội lặn và ở F2 phân ly theo tỷ lệ 3:1. Đây là những thông tin quan trọng phục vụ chọn lọc kiểu cây thâm canh trong chọn giống vừng. 5. Nghiên cứu đã chọn tạo được dòng vừng mới NLV10 có thời gian sinh trưởng trung bình, vụ Xuân 85 - 90 ngày, vụ Hè Thu 80 - 85 ngày. Giống có thân đứng, không phân cành, bộ lá đứng, rụng khi chín, thích hợp trồng thâm canh và trồng dày. Dòng NLV10 có cây cao, nhiều quả trên thân, quả có 4 hàng hạt, hạt có khối lượng lớn (>3,00 g), năng suất biến động từ 11,73 - 12,60 tạ/ha, tương đương với giống vừng V6 và vượt khoảng 25% so với giống vừng VĐ11. Bên cạnh đó, dòng NLV10 có hàm lượng dầu trung bình (44,23%), tỷ lệ Oleic/Linoleic thấp (0,87) và chỉ số Iod cao (112) phù hợp để chế biến dầu cao cấp phục vụ nhu cầu trong nước và hướng đến xuất khẩu. xiii THESIS ABSTRACT PhD. candidate: Nguyen Tai Toan Thesis title: Research on exploitation of sesame germplasm for sesame breeding with high seed yield and oil content suitable for coastal sandy land in Nghe An province. Major: Plant Genetics and Breeding Code: 9 62 01 11 Education organization: Vietnam National University of Agriculture Research Objectives - Collected and evaluated of 56 indigenous and exotic sesame cultivars for botanical characteristics, agro-biology, yield and its components. - Estimated the relative magnitude of general and specific combining ability for seed yield and related characters in a set of lines, generated in hybrid bombination. - Studied the heterosis for seed yield and some morphological characters serve sesame breeding in the future. - Selected 1 - 2 sesame lines with high yield and oil content suitable for coastal sandy land in Nghe An province. Materials and Methods Characterization of the genetic diversity of sessame accessions using method of IPGRI, 2001 including 56 indigenous and exotic sesame cultivars. Each entry were raised in 3 row of 2 metter length. The mean values of all characters were used to conduct a dendrogram using the UPGMA employing NTSYSpc version 2.1 (Rohlf, 2000). The 9 parents, their 18 hybrids and V6 variety check were raised during spring 2012 in Randomised Block Design with 3 replications. Each entry was raised in 6 row of 3 metter length. The mean values of the characters for different entries were used for estimation of heterosis and subjected to line x tester analysis based on the procedure developed by Kempthorne (1957). F1 and F2 generations of 18 hybrids which created in summer 2011 were grown at the same location at Vinh University (2nd campus) in spring and summer 2012. All the materials were grown in 30 cm row and 15 cm plant spacing in a plot of 10 m2. A chisquare goodness of fit test was performed on the F2 populations against a possible theoretical segregation ratio using formula: 2 = Σ (O - E)2/E, where O and E are the observed and expected values (Steel and Torrie, 1980). The experiment was laid out in a randomized complete block design (RCB) in three replications. Each block was divided into five plots and the five sesame lines/varieties were randomly allocated to the plots in each block. Each plot measured 2 m x 5 m and was separated from each other by a spacing of 0.35 m in the summer season 2014 and 2015. Data collected were subjected to analysis of variance (ANOVA) by using GenStat version 5.0 software. xiv Main findings and Conclusions - Collection and survey of botanical and agrobiological characteristics of 56 seseme accessions which have different geogrphics origin to serve for sesame breeding with high yield and oil content in Nghe An province. - Genetic diversity of 56 sesame seeds was studied by 2 methods based on morphological characteristics and molecular markers. There were 11 groups divided based on morphological characteristics and 7 groups were divided based on SSR and SRAP markers. The dendrogram of two methods may be valuable suggestions in sesame breeding and genetic studies. - From collection, 9 cultivars which have good yield components and high yield such as G4, G6, G10, G14, G15, G26, G49, G51 and G53 were sellected, among them 3 cultivars such as G26, G51 and G53 have high yield potential which could be directly used in domestic sesame production. - The estimation of gca effects of parents indicates that among female, G20 and V6 were good general combiners for number of capsule per plant and number of seed per capsele. Among the males, G15 and G53 were found to be good general combiner for yield and its components. Corss viz, V6 x G8 followed by G20 x G51, V6 x G23 and V6 x G15 were the best specific combinations for sellection of new variety. Beside that, inheritance of number of capsules per leaf axil, capsule hairiness, branching, locules was controlled by single dominant gene for 1 capsulle per leaf axil, hairiness, branching and 4 locules. Chi-square values obtained for all the crosses in F2 progeny showed a good fit for a monogenic inheritance with the F2 phenotypic ratio of 3:1. Three capsules per leaf axil, hairiness, non-branching and 4 locules are the important characters for providing more seed yield and natural defense mechanism for some biotic and abiotic factors, respectively. Therefore these these characters could be assessed as a part of ideal plant type. - Selected the new sesame line NLV10 has the superior characteristics serving sesame production in Nghe An in particular and the North Central provinces in general. sesame line NLV10 have high plant height, 4 locules per fruit, large seeds (P1000> 3.00 g), leaf angle acute and falling off completely when ripe. High yield potential, from 11.73 to 12.60 quintals per hectare, equivalent to the V6 sesame variety and higher than VD11 sesame variety. Beside that, sesame line NLV10 has a content of oil 44.23% and protein 26.82%... Polyunsaturated fatty acids account for 65.43%. Low Oleic/Linoleic ratio 0.87. High Iodine Index 112. Ensure advanced processing of oil for domestic consumption and export. xv PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Vừng (Sesamum indicum L.) là cây trồng hàng năm thuộc họ Pedaliaceae (Zeb et al., 2017). Cây trồng này được xem là cây có dầu cổ xưa nhất và đã được trồng ở châu Á trên 5.000 năm (Toan Pham Duc, 2011). Vừng được trồng phổ biến ở vùng có khí hậu nhiệt đới và á nhiệt đới (Zerihun, 2013). Những năm gần đây, diện tích trồng vừng trên thế giới khoảng từ 10,07 - 10,58 triệu ha với sản lượng biến động từ 6,01 - 6,53 triệu tấn (FAOSTAT, 2018). Loài cây này được xem là “hoàng hậu” của những cây có dầu thông qua ưu điểm tuyệt vời của dầu từ hạt vừng (Falusi and Salako, 2001). Hàm lượng dầu bình quân trong hạt vừng biến động từ 34,4 đến 59,8% (Ashri, 1998). Trong dầu vừng có hàm lượng axít béo không no có thể đạt đến 80% thành phần của dầu và có chất chống oxy hóa nên dầu vừng mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe (Toan Pham Duc, 2011). Dầu vừng tinh chế được xem là loại dầu ăn hảo hạng ngày càng được sử dụng nhiều thay thế cho mỡ động vật bởi ăn dầu vừng tránh được bệnh xơ cứng động mạch. Ngoài ra, do không bị ôxi hoá nên dầu vừng có thể cất giữ lâu mà không bị ôi và nó có hương vị đặc thù nên được sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp thực phẩm. Bên cạnh đó, dầu vừng là nguồn cung cấp protein (19 - 25%), carbonhydrate (13-14%) (Tripathy et al., 2016) và một số nguyên tố như Fe, Mg, Cu, Ca… (Zerihun, 2013). Hạt vừng còn chứa 2 chất rất quý là sesamin và sesamolin. Cả hai chất này đều thuộc về một nhóm chất xơ có ích đặc biệt gọi là lignan, chống cao huyết áp và tăng nguồn cung cấp vitamin E ở động vật. Sesamin cũng được biết là có khả năng bảo vệ gan khỏi tác hại oxy hóa (Kato et al., 1998). Bên cạnh đó, sesamin có hoạt tính diệt vi khuẩn và côn trùng đồng thời chất này cũng được xem như là chất chống oxy hóa có tác dụng hấp thụ cholesterol và sự sản xuất cholesterol ở trong gan. Dầu vừng được sử dụng như là chất hòa tan, tá dược lỏng nhờn cho các loại thuốc, chất làm mềm da và sử dụng trong chế tạo bơ thực vật và xà phòng (Graham, 1998). Chlorosesamone thu được từ rễ cây vừng có hoạt tính kháng nấm (Begum et al., 2000). Ở Việt Nam, vừng là cây lấy dầu quan trọng được trồng phổ biến tại vùng Bắc Trung bộ, Nam Trung bộ và Tây Nguyên. Diện tích trồng vừng biến động từ 36,70 - 54,50 nghìn ha với năng suất bình quân trong 10 năm qua đạt 6,97 tạ/ha và 1 sản lượng hàng năm đạt khoảng 30 nghìn tấn/năm (Tổng cục Thống kê, 2017). Tại Nghệ An, cây vừng được xác định là 1 trong 10 loại cây trồng trọng điểm cần đầu tư nghiên cứu và phát triển. Diện tích trồng vừng hàng năm khoảng từ 3.201 đến 6.071 ha, phân bố chủ yếu các huyện ven biển như Diễn Châu, Nghi Lộc và Quỳnh Lưu... (Cục Thống kê tỉnh Nghệ An, 2017). Sản lượng vừng bình quân trong giai đoạn từ 2007 - 2017 đạt 2.666 tấn/năm, nếu tính theo giá vừng bình quân trên thế giới năm 2017 là 1.364 USD/tấn thì hàng năm cây vừng mang lại cho Nghệ An khoảng 3,64 triệu USD. Trên địa bàn tỉnh Nghệ An, diện tích đất cát ven biển tỉnh Nghệ An đạt khoảng 21.428 ha, đất này được đặc trưng bởi thành phân cơ giới thô, kết cấu rời rạc, dung tích hấp thụ thấp, nghèo dinh dưỡng, khả năng giữ nước kém nên thường bị hạn nặng trong mùa hè. Do đó, để nâng cao hiệu quả sản xuất thì cần lựa chọn loại cây trồng có khả năng chịu được hạn, nhiệt độ và bức xạ mặt trời cao trong khoảng thời gian từ tháng 5 đến tháng 8 và tránh được mưa bão từ cuối tháng 8 đến đầu tháng 9 (Phan Thị Thu Hiền, 2017). Trong điều kiện đó, cây vừng hoặc cây đậu xanh hoàn toàn có thể khắc phục được các hạn chế cũng như phát huy các lợi thế của vùng đất cát ven biển trong một hệ thống cây trồng bền vững do cây vừng và cây đậu xanh có phổ thích nghi rộng, chịu hạn tốt và thời gian sinh trưởng ngắn. Ở Việt Nam nói chung và Nghệ An nói riêng, việc nghiên cứu, khai thác và phát triển nguồn gen cây vừng còn rất hạn chế. Đa số các giống vừng trồng phổ biến hiện nay là các giống vừng địa phương hoặc nhập nội có các đặc tính chưa phù hợp với các điều kiện canh tác vùng đất cát ven biển. Trong đó, có 3 giống vừng được trồng phổ biến như vừng vàng Diễn Châu, vừng đen Hương Sơn (Trần Văn Lài và cs., 1993) và vừng trắng V6 (Nguyễn Vi và cs., 1995). Trong đó, vừng vàng Diễn Châu và vừng đen Hương Sơn là 2 giống địa phương có nhiều đặc điểm rất tốt như thích nghi với điều kiện đất đai, khí hậu ở Nghệ An, đòi hỏi mức đầu tư thấp, chống chịu sâu bệnh, thích hợp với kiểu quảng canh,... Nhưng năng suất thấp, hàm lượng dầu không cao. Còn vừng V6 là giống nhập nội có nguồn gốc Nhật Bản, có năng suất tương đối cao. Tuy nhiên, quá trình canh tác thời gian qua đã bộc lộ một số nhược điểm như mẫn cảm với một số loại sâu bệnh nhất là bệnh héo xanh vi khuẩn, quá trình chọn lọc nhằm giữ giống không đảm bảo do đó độ thuần của giống không cao, sản lượng không ổn định. Xuất phát từ những nhu cầu thực tiễn và khoa học nói trên, cần phải thực hiện nghiên cứu này nhằm chọn tạo giống vừng có năng suất cao, chất lượng tốt 2 và thời gian sinh trưởng phù hợp. Đây được xem là giải pháp căn bản để thích ứng với điều kiện canh tác trên vùng đất cát pha ven biển tỉnh Nghệ An. 1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Thu thập và đánh giá tập đoàn 56 mẫu giống vừng trong nước và nhập nội về các đặc điểm thực vật học, nông sinh học, các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất để phục vụ nghiên cứu di truyền và chọn giống vừng. - Xác định đặc điểm di truyền của một số tính trạng hình thái ở cây vừng phục vụ chọn tạo giống vừng. - Tuyển chọn được 1 - 2 dòng vừng có năng suất và hàm lượng dầu cao thích hợp với điều kiện sinh thái trên địa bàn tỉnh Nghệ An. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Các đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền của nguồn vật liệu được thực hiện trong vụ Hè Thu 2013, 2014 và 2015 trên vùng đất cát pha ven biển xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. - Đánh giá đa dạng di truyền của 56 mẫu giống vừng bằng chỉ thị phân tử SRAP và SSR được thực hiện tại Phòng thí nghiệm Chọn giống phân tử, Trung tâm Nghiên cứu cây trồng Việt Nam - Nhật Bản, Học viện Nông nghiệp Việt Nam. - Đánh giá khả năng kết hợp của 18 tổ hợp lai được thực hiện trong vụ Xuân 2012 tại xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. - Sự di truyền của một số tính trạng của 18 quần thể F1 và F2 được bố trí trong vụ Xuân 2012 và vụ Hè Thu 2012 tại xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An. - Đánh giá khả năng sinh trưởng, năng suất và hàm lượng dầu của các mẫu giống vừng triển vọng được thực hiện trong vụ Hè Thu 2014 và 2015 trên địa bàn xã Nghi Phong, huyện Nghi Lộc, tỉnh Nghệ An và Trung tâm thực nghiệp Nông học, Viện Nông nghiệp và Tài nguyên, Trường Đại học Vinh. 1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI - Đã thu thập và bảo tồn thành công 56 mẫu giống vừng, trong đó có 46 mẫu giống thu thập trong nước và 10 mẫu giống vừng nhập nội. Các mẫu giống vừng này là nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống theo các mục tiêu khác nhau như chọn giống năng suất và có hàm lượng dầu cao... Bên cạnh đó đã tuyển chọn được 03 mẫu giống là G26, G51 và G53 có tiềm năng năng suất khá với năng suất đạt tương ứng là 8,97, 9,40 và 9,66 g/cây. 3 - Đã đánh giá được mức độ đa dạng di truyền của 56 mẫu giống vừng dựa trên đặc điểm hình thái và chỉ thị phân tử SSR và SRAP. Kết quả đánh giá đa dạng di truyền chỉ ra rằng cần thiết phải bảo tồn nguồn gen vừng. Trong chọn giống mới, cần sử dụng nguồn gen thuộc các nhóm di truyền khác nhau nhằm tăng khả năng tạo biến dị tái tổ hợp cho giống tương lai. - Đã xác định được các dòng bố là dòng G15 và G53 có khả năng kết hợp chung cao cho năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất. Dòng mẹ G20 (vừng vàng Diễn Châu) và giống V6 có khả năng kết hợp chung cao về các chỉ tiêu số quả/cây và số hạt/quả. Một số tổ hợp lai như V6 x G8, G20 x G51, V6 x G23 và V6 x G15 có khả năng kết hợp riêng cao, phục vụ công tác chọn tạo giống mới có năng suất và hàm lượng dầu cao. - Đã sơ bộ xác định được sự di truyền của một số tính trạng như lông trên quả, đặc tính phân cành, số hàng hạt trên quả, số quả trên nách lá được kiểm soát bởi một cặp gen alen theo kiểu trội lặn và ở F2 phân ly theo tỷ lệ 3:1. Đây là những thông tin quan trọng phục vụ chọn lọc kiểu cây thâm canh trong chọn giống vừng. - Đã chọn tạo được dòng vừng mới NLV10 có thời gian sinh trưởng trung bình, vụ Xuân 85 - 90 ngày, vụ Hè Thu 80 - 85 ngày. Giống có thân đứng, không phân cành, bộ lá đứng, rụng khi chín, thích hợp trồng thâm canh và trồng dày. Dòng NLV10 có cây cao, nhiều quả trên thân, quả có 4 hàng hạt, hạt có khối lượng lớn (>3,00 g), năng suất biến động từ 11,73 - 12,60 tạ/ha, tương đương với giống vừng V6 và vượt khoảng 25% so với giống vừng VĐ11. Bên cạnh đó, dòng NLV10 có hàm lượng dầu trung bình (44,23%), tỷ lệ Oleic/Linoleic thấp (0,87) và chỉ số Iod cao (112) phù hợp để chế biến dầu cao cấp phục vụ nhu cầu trong nước và hướng đến xuất khẩu. 1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.5.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án cung cấp các dẫn liệu khoa học về đặc điểm sinh trưởng, phát triển, di truyền của các mẫu giống vừng thu thập trong nước và nhập nội. 4