Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tạo dòng cây dưa hấu (Citrulus lanatus Thumb.) chuyển gen kháng bệnh virus đốm vòng PRSV

Chia sẻ: Na Na | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:132

Thêm vào BST

Báo xấu

131
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án: Xây dựng được quy trình tái sinh và chuyển gen vào cây dưa hấu Việt Nam; tạo dòng dưa hấu chuyển gen có khả năng kháng với virus PRSV.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu tạo dòng cây dưa hấu (Citrulus lanatus Thumb.) chuyển gen kháng bệnh virus đốm vòng PRSV

a VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC NGUYỄN THỊ THANH NGA NGHIÊN CỨU TẠO DÒNG CÂY DƯA HẤU (CITRULUS LANATUS THUMB.) CHUYỂN GEN KHÁNG BỆNH VIRUS ĐỐM VÒNG PRSV LUẬN ÁN TIẾN SỸ SINH HỌC HÀ NỘI, 2015
b VIỆN VIỆN HÀN HÀN LÂM LÂM KHOA KHOA HỌC HỌC VÀ VÀ CÔNG CÔNG NGHỆ NGHỆ VIỆT VIỆT NAM NAM VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC Nguyễn Nguyễn Thị Thị Thanh Thanh Nga Nga NGHIÊN NGHIÊN CỨU CỨU TẠO TẠO DÒNG DÒNG CÂY CÂY DƢA DƢA HẤU HẤU (CITRULUS LANATUS THUMB.) (CITRULUS LANATUS THUMB.) CHUYỂN CHUYỂN GEN GEN KHÁNG KHÁNG BỆNH BỆNH VIRUS ĐỐM VÒNG PRSV VIRUS ĐỐM VÒNG PRSV Chuyên Chuyênngành: ngành:DiDitruyền truyềnhọc học Mã Mãsố: số:6262424201012121 LUẬN LUẬN ÁN ÁN TIẾN TIẾN SỸ SỸ SINH SINH HỌC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. LÊ TRẦN BÌNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS. LÊ TRẦN BÌNH Viện Công nghệ Sinh học Viện Công nghệ Sinh học HÀ NỘI, 2015 HÀ NỘI, 2015
i LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, GS.TS. Lê Trần Bình đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, dìu dắt, giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS. Chu Hoàng Hà, TS. Nguyễn Tường Vân, TS. Lê Văn Sơn, TS. Phạm Bích Ngọc, Ths. Phạm Thị Vân cùng tập thể cán bộ Phòng Công nghệ Tế bào thực vật, Viện Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện làm việc, nhiệt tình giúp đỡ và truyền đạt nhiều kinh nghiệm quý báu cho tôi trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành luận án. Tôi xin cũng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Bộ phận Đào tạo, các phòng chức năng và Ban lãnh đạo Viện Công nghệ Sinh học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập và bảo vệ luận án. Tôi xin cảm ơn Trại Sinh học thực nghiệm Cổ Nhuế, Viện Công nghệ Sinh học đã hỗ trợ tôi trong việc trồng cây thu hạt giống trong quá trình thực hiện luận án. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới lãnh đạo Trường Đại học Tây Bắc, Ban Chủ nhiệm Khoa Nông – Lâm cùng các đồng nghiệp đã luôn tạo mọi điều kiện thuận lợi, giúp đỡ để tôi yên tâm học tập và hoàn thành luận án. Cuối cùng, tôi xin dành lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia đình, bạn bè đã luôn bên tôi, động viên và góp ý cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tất cả những sự giúp đỡ quý báu đó! Hà Nội, ngày 7 tháng 01 năm 2015 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh Nga
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, đã được công bố trên các tạp chí khoa học chuyên ngành với sự đồng ý và cho phép của các đồng tác giả. Hà Nội, ngày 7 tháng 01 năm 2015 Nghiên cứu sinh Nguyễn Thị Thanh Nga
iii MỤC LỤC Trang LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT MỞ ĐẦU 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU……………………………………….. 4 1.1. Giới thiệu về cây dưa hấu và bệnh hại dưa hấu…………………………... 4 1.1.1. Cây dưa hấu…………………………………………………………….. 4 1.1.2. Các loại bệnh hại dưa hấu………………………………………..……... 10 1.1.3. Bệnh virus hại dưa hấu………………………………………….……… 11 1.2. PRSV và PRSV gây hại trên dưa hấu……………………..……………... 13 1.2.1. Phân loại ……………………………………………………………….. 13 1.2.2. Cấu trúc…………………………………………………………………. 14 1.2.3. Phạm vi kí chủ, cơ chế truyền bệnh ……………………………………. 19 1.2.4. Biện pháp phòng trừ …………………………………………………… 20 1.2.5. PRSV gây bệnh trên dưa hấu…………………………………………… 20 1.3. Ứng dụng kỹ thuật RNAi trong tạo cây trồng chuyển gen kháng virus….. 21 1.3.1. Kỹ thuật RNAi………………………………………………………….. 21 1.3.2. Ứng dụng kỹ thuật RNAi trong tạo cây trồng kháng virus…………….. 26 1.3.3. Một số hạn chế của công nghệ RNAi và giải pháp……………………... 28 1.3.4. Một số nghiên cứu chuyển gen tạo tính kháng virus cho dưa hấu ……... 29
iv Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU……………. 31 2.1. Vật liệu, địa điểm nghiên cứu…………………………………………….. 31 2.1.1. Vật liệu thực vật………………………………………………………… 31 2.1.2. Chủng vi sinh vật, vector……………………………………………….. 31 2.1.3. Dụng cụ, thiết bị, vật tư………………………………………………… 32 2.1.4. Hóa chất………………………………………………………………… 33 2.1.5. Địa điểm………………………………………………………………… 33 2.2. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………. 33 2.2.1. Xây dựng quy trình tái sinh in vitro cây dưa hấu………………………. 34 2.2.2. Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình chuyển gen vào cây dưa hấu thông qua chuyển gen gus ………………………………………. 39 2.2.3. Chuyển cấu trúc RNAi/CP-Nib-HCpro vào dưa hấu…………………… 44 2.2.4. Phân tích cây chuyển gen kháng PRSV.................................................... 45 Chƣơng 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU……………………………………… 49 3.1. Xây dựng quy trình tái sinh cây dưa hấu ………………………………… 49 3.1.1. Khả năng tái sinh chồi và cụm chồi …………………………………… 49 3.1.2. Kết quả kích thích kéo dài chồi………………………………………… 54 3.1.3. Kết quả tạo rễ cho chồi ………………………………………………… 55 3.1.4. Ảnh hưởng của giá thể tiếp nhận đến khả năng thích ứng cây in vitro… 56 3.1.5. Tổng kết quy trình tái sinh …………………………………………….. 58 3.2. Kết quả đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình chuyển gen vào cây dưa hấu thông qua chuyển gen gus ………………………………...… 59 3.2.1. Đánh giá khả năng sống sót của cây dưa hấu trên môi trường chứa chất
v chọn lọc Km....................................................................................................... 59 3.2.2. Ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn (OD600) đến hiệu quả chuyển gen....... 60 3.2.3. Ảnh hưởng của thời gian biến nạp đến hiệu quả chuyển gen................... 61 3.2.4. Kết quả biến nạp gen gus vào dưa hấu ………………………………… 63 3.2.5. Kết quả phân tích các dòng cây chuyển gen gus ………………………. 65 3.2.6. Kết quả chuyển gen gus vào cây dưa hấu................................................. 67 3.3. Kết quả biến nạp cấu trúc RNAi vào dưa hấu............................................ 68 3.4. Kết quả phân tích biểu hiện gen và đánh giá khả năng kháng virus của các dòng cây chuyển gen ................................................................................... 69 3.4.1. Phân tích các dòng cây chuyển gen T0..................................................... 69 3.4.2. Phân tích các dòng cây chuyển gen T1..................................................... 79 Chƣơng 4. BÀN LUẬN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU….……………………. 83 4.1. Khả năng nuôi cấy in vitro cây dưa hấu……………………………….…. 83 4.2. Khả năng chuyển gen ở dưa hấu…………………………………….……. 86 4.3. Tạo tính kháng virus bằng chuyển gen ở dưa hấu………………………... 90 4.4. Triển vọng của các dòng chuyển gen trong bối cảnh GMO chung............. 94 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ.............................................................................. 96 1. KẾT LUẬN.................................................................................................... 96 2. ĐỀ NGHỊ........................................................................................................ 97 SUMMARY....................................................................................................... 98 NHỮNG CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN TÀI LIỆU THAM KHẢO
vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ADN Axit Deoxyribonucleic ARN Axit Ribonucleic BAP 6 - Benzyl Amino Purin IAA Indol - 3 - Axetic Axit IBA 3 - Indol Butyric Axit NAA α - Naptalen Axetic Axit bp Base pair CP Coat protein Nib Nuclear Inclusion Body protein HC-Pro Helper component-proteinase dNTP Deoxyribonucleotide triphosphate EDTA Ethylene diamine Tetra-acetic Acid LB Luria-Bertani PCR Polymerase Chain Reaction RT-PCR Reverse transcription polymerase chain reaction RNAi RNA interference miRNA microRNA siRNA small interfering RNA mRNA messenger RNA dsRNA double-stranded RNA RISC RNA-induced silencing complex Taq Thermus aquaticus
vii PRSV Papaya ringspot virus Km kanamycin Cefo Cefotaxime X-gluc 5-bromo-4-chloro-3-indolyl glucuronide gus beta-glucuronidase
viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Thành phần dinh dưỡng trong dưa hấu…………………………… 9 Bảng 1.2. Danh sách các vi sinh vật gây hại chủ yếu trên dưa hấu ………….. 10 Bảng 2.1. Thành phần các loại môi trường tái sinh có bổ sung IBA và BAP… 36 Bảng 2.2. Thành phần các loại môi trường tái sinh có bổ sung IBA, BAP, NAA…………………………………………………………………………… 36 Bảng 2.3. Nồng độ GA3 sử dụng trên MT kéo dài chồi……………………... 37 Bảng 2.4. Nồng độ IBA sử dụng trên MT tạo rễ …………………………….. 37 Bảng 2.5. Thành phần các loại giá thể thích ứng cây in vitro ……………….. 38 Bảng 2.6. Các nồng độ Km sử dụng................................................................... 39 Bảng 2.7. Thành phần các loại môi trường ........................................................ 40 Bảng 3.1. Ảnh hưởng của tuổi lá mầm tái sinh chồi…………………………. 50 Bảng 3. 2. Ảnh hưởng của tổ hợp IBA, BAP, NAA đến sự phát sinh chồi…... 53 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của GA3 và IBA đến sự kích thích kéo dài chồi có kích thước < 1cm…………………………………………………….…….….. 54 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của IBA và môi trường cơ bản đến khả năng tạo rễ của chồi dưa hấu………………………………………………………………...…. 56 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của giá thể đến khả năng thích ứng cây ra môi trường.. 58 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nồng độ Km đến sự phát triển của chồi.................... 60 Bảng 3.8. Kết quả biến nạp gen gus vào dưa hấu…………………………….. 64 Bảng 3.9. Kết quả chuyển cấu trúc RNAi/CP-Nib-HCpro vào dưa hấu............ 67 Bảng 3.10. Kết quả biến nạp cấu trúc RNAi/CP-Nib-HCpro vào dưa hấu........ 69
ix Bảng 3.11. Kết quả chuyển cấu trúc RNAi/CP-Nib-HCpro vào dưa hấu.......... 72 Bảng 3.12. Kết quả lây nhiễm virus các dòng dưa hấu chuyển gen RNAi/Cp- Nib-HCpro thế hệ T0 và WT ............................................................................ 75 Bảng 3.13. Kết quả PCR phân tích các dòng dưa hấu chuyển gen thế hệ T1..... 80 Bảng 3.14. Kết quả lây nhiễm virus các dòng dưa hấu chuyển gen RNAi/Cp- Nib-HCpro thế hệ T1 và cây WT....................................................................... 82
x DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Cấu trúc của PRSV…………………………………………………. 15 Hình 1.2. Bản đồ tổ chức genome của PRSV…………………………………. 15 Hình 1.3. Con đường tạo thành RNAi………………………………………. 25 Hình 2.1. Sơ đồ vector pCB-gusplus…………………………………………. 31 Hình 2.1. Sơ đồ vector pK7GWIWG2(II)/CP-Nib-HCpro ……..……………. 32 Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm tổng quát…………………………………………. 34 Hình 3.1. Ảnh hưởng của tuổi lá mầm dưa hấu đến khả năng tái sinh chồi…... 50 Hình 3.2. Ảnh hưởng của vị trí trên lá mầm đến khả năng tái sinh chồi……… 50 Hình 3.3. Kết quả tái sinh chồi dưa hấu từ lá mầm sau 6 tuần nuôi cấy……… 52 Hình 3.4. Hình ảnh chồi có hình thái bất thường so với đối chứng…………… 52 Hình 3.5. Ảnh hưởng của tổ hợp GA3 và IBA đến sự kích thích kéo dài chồi.. 55 Hình 3.6. Kết quả tạo rễ cho chồi dưa hấu D2………………………………… 56 Hình 3.7. Kết quả thích ứng cây in vitro……………………………………… 57 Hình 3.8. Một số hình ảnh về xây dựng quy trình tái sinh cây dưa hấu……… 59 Hình 3.9. Ảnh hưởng của nồng độ vi khuẩn (OD600) đến biểu hiện gus............ 61 Hình 3.10. Ảnh hưởng của thời gian lây nhiễm đến biểu hiện Gus.................... 62 Hình 3.11. Ảnh hưởng của thời gian đồng nuôi cấy đến biểu hiện gus……….. 62 Hình 3.12. Ảnh hưởng của thời gian đồng nuôi cấy và nồng độ vi khuẩn đến biểu hiện Gus………………………………………………………………….. 63 Hình 3.13. Hình ảnh chuyển gen gus vào cây dưa hấu.................................... 65 Hình 3.14. Biểu hiện bền vững của gus ở các dòng dưa hấu chuyển gen.. ... 66
xi Hình 3.15. Kết quả điện di sản phẩm PCR với cặp mồi đặc hiệu nhân gen nptII trên gel agarose 0,8%................................................................................. 67 Hình 3.16. Kết quả điện di sản phẩm PCR các dòng dưa hấu chuyển gen T0 với cặp mồi đặc hiệu PRSV-CP-Fi / PRSV-HC-Ri............................................ 70 Hình 3.17. Kết quả điện di kiểm tra sản phẩm RT-PCR với cặp mồi đặc hiệu PRSV-Nib-F3/PRSV-CP-R1trên gel agarose 0,8%........................................... 71 Hình 3.18. Một số hình ảnh chuyển cấu trúc RNAi/CP-Nib-HCpro……….… 72 Hình 3.19. Kết quả điện di kiểm tra sản phẩm RT-PCR với cặp mồi đặc hiệu PRSV-Nib-F3/PRSV-CP-R1trên gel agarose 0,8%........................................... 73 Hình 3.20. Mẫu lá bí ngô bị nhiễm PRSV…………………………………….. 74 Hình 3.21. Các mức độ biểu hiện bệnh ở lá dưa hấu chuyển gen...................... 76 Hình 3.22. Một số hình ảnh về tính kháng bệnh PRSV của các dòng dưa hấu chuyển gen.......................................................................................................... 78 Hình 3.23. Kết quả điện di sản phẩm PCR các dòng dưa hấu chuyển gen D2.7 thế hệ T1 với cặp mồi đặc hiệu PRSV-CP-Fi / PRSV-HC-Ri............................ 79 Hình 3.24. Kết quả điện di sản phẩm PCR các dòng dưa hấu chuyển gen L2.3 thế hệ T1 với cặp mồi đặc hiệu PRSV-CP-Fi / PRSV-HC-Ri............................ 80
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết Dưa hấu (Citrullus lanatus Thumb.) là cây trồng quan trọng có giá trị dinh dưỡng và thương mại cao, được trồng phổ biến ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó quá nửa diện tích được trồng ở vùng Đông Nam Á, châu Phi, vùng biển Caribê và miền Nam nước Mỹ. Trong quá trình sản xuất dưa hấu, cây rất dễ bị nhiễm các bệnh do vi khuẩn, virus hay do nấm gây ra, ảnh hưởng nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng quả. Trong các nguyên nhân gây bệnh, virus là một trong những nguyên nhân chính làm giảm năng suất cũng như chất lượng dưa hấu. Có hơn 10 loại virus gây bệnh khá nghiêm trọng cho dưa hấu, trong đó virus đốm vòng đu đủ (papaya ringspot virus type W - PRSV-W) là một trong những virus gây hại nặng nề nhất. Chiến lược kiểm soát virus chủ yếu dựa vào thuốc trừ sâu để tiêu diệt các loại côn trùng truyền bệnh, sử dụng thuốc diệt cỏ để tiêu diệt cỏ dại cũng như các thực vật khác mang mầm bệnh. Tuy nhiên, các phương pháp này chỉ có tác dụng phòng bệnh, khi cây đã bị nhiễm virus thì các phương pháp kiểm soát trên không còn tác dụng. Biện pháp có hiệu quả nhất trong việc phòng và chống bệnh virus hại thực vật nói chung là tạo ra các giống cây trồng kháng bệnh virus. Tuy nhiên, các giống cây trồng có khả năng kháng bệnh virus một cách tự nhiên không nhiều. Các phương pháp chọn giống truyền thống cũng đã đạt được một số thành công trong việc ứng dụng các nguồn gen thực vật có khả năng kháng tự nhiên đối với virus vào việc lai tạo để tạo giống kháng virus, tuy nhiên hiệu quả còn chưa cao. Tạo cây trồng chuyển gen mang gen hoặc đoạn gen có nguồn gốc từ chính virus tỏ ra thực sự có hiệu quả trong việc tạo tính kháng virus cho cây trồng. Trong những năm gần đây, đã có những thành công trong việc tạo ra nhiều loại cây trồng có khả năng kháng lại virus dựa theo nguyên lý bất hoạt gen thông qua RNA interference (RNAi). Ở thực vật, RNAi có thể được thực hiện bằng cách chuyển đoạn gen đích có cấu trúc biểu hiện sự phiên mã cao RNA sense, anti-sense
2 hoặc cấu trúc RNA kẹp tóc bổ sung với chính nó. Hiện nay, RNAi là kỹ thuật triển vọng được nghiên cứu ứng dụng trong việc tạo tính kháng virus ở thực vật. Xuất phát từ những cơ sở lý luận và thực tiễn nêu trên, chúng tôi đã tiến hành đề tài: “Nghiên cứu tạo dòng cây dưa hấu (Citrulus lanatus Thumb.) chuyển gen kháng bệnh virus đốm vòng PRSV” 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng được quy trình tái sinh và chuyển gen vào cây dưa hấu Việt Nam. - Tạo dòng dưa hấu chuyển gen có khả năng kháng với virus PRSV. 3. Nội dung nghiên cứu 3.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất kích thích sinh trưởng đến khả năng tái sinh in vitro các giống dưa hấu thu thập được. 3.2. Đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố đến quá trình chuyển gen vào các giống dưa hấu dựa vào gen chỉ thị gus trong vector pCB-gusplus sử dụng phương pháp Agrobacterium; 3.3. Chuyển gen kháng virus PRSV vào dưa hấu thông qua việc sử dụng chủng Agrobacterium tumefaciens CV58C1 chứa vector pK7GWIW2(II)/CP-Nib- HCpro 3.4. Phân tích cây chuyển gen và đánh giá khả năng kháng với PRSV Việt Nam của các dòng cây chuyển gen thu được. 4. Những đóng góp mới của luận án Luận án là công trình đầu tiên ở Việt Nam ứng dụng thành công nguyên lý làm câm gen RNAi và kỹ thuật chuyển gen ở thực vật để tạo được các dòng dưa hấu kháng bệnh đốm vòng đu đủ do PRSV gây ra. Khả năng kháng virus của dòng cây chuyển gen đã được di truyền ổn định sang thế hệ T1. Luận án đã đạt được các đóng góp cụ thể như sau: 1. Đã xây dựng được quy trình tái sinh vào 4 giống dưa hấu.
3 2. Đã tối ưu hóa được quy trình chuyển gen vào 2 giống dưa hấu nghiên cứu. 3. Chuyển thành công cấu trúc RNAi/CP-Nib-Hcpro vào 2 giống dưa hấu nghiên cứu nhằm tạo tính kháng đối với PRSV Việt Nam. 4. Đã tạo được 2 dòng dưa hấu chuyển gen có khả năng kháng hoàn toàn với PRSV Việt Nam, khả năng kháng virus của 2 dòng cây chuyển gen này đã được di truyền ổn định sang thế hệ T1. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án Kết quả nghiên cứu thu được trong luận án này là cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu tái sinh invitro, chuyển gen vào các giống dưa hấu khác có nguồn gốc Việt Nam. Bên cạnh đó, kết quả luận án đã khẳng định khả năng tiếp nhận đoạn gen chuyển trong chuyển gen của 2 giống dưa hấu nghiên cứu (D2 và L2), làm cơ sở để chuyển các gen mục tiêu theo những mục đích khác vào 2 giống dưa hấu này như chuyển gen làm tăng tính chống chịu với điều kiện bất lợi của môi trường, chuyển gen kháng các virus khác,… Các dòng dưa hấu chuyển gen mang cấu trúc RNAi/CP-Nib-Hcpro có khả năng kháng với PRSV tạo được trong nghiên cứu này rất có triển vọng để làm giống hoặc lai tạo giống mới theo mục đích tạo giống kháng với PRSV. 6. Bố cục của luận án Luận án gồm 138 trang, trong đó phần mở đầu 3 trang, tổng quan tài liệu 26 trang, vật liệu và phương pháp nghiên cứu 17 trang, kết quả 33 trang, thảo luận 13 trang, kết luận 2 trang, danh mục các công trình công bố 1 trang, tài liệu tham khảo 19 trang với 159 tài liệu tham khảo, tóm tắt kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh 3 trang. Trong luận án có 7 bảng và 21 hình.
4 Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu về cây dƣa hấu và bệnh hại dƣa hấu 1.1.1 Cây dƣa hấu Dưa hấu (Citrullus lanatus Thumb.) là cây trồng quan trọng thuộc họ bầu bí. Quả dưa hấu có giá trị dinh dưỡng và thương mại cao, có thể dùng ăn trực tiếp, làm salad, nước ép, kẹo và ăn hạt. Ở vùng sa mạc, người ta sử dụng dưa hấu như một nguồn cung cấp nước cho cơ thể (Niao et al., 2005). Giá trị dinh dưỡng của dưa hấu không chỉ bởi vị ngọt, mát của nó mà còn vì quả dưa hấu chứa một hàm lượng lớn chất xơ, nhiều loại vitamin và khoáng chất, hạt dưa hấu rất giàu chất béo và protein (Niao et al., 2005; Swain & Powell, 2004). Hiện nay, dưa hấu được trồng phổ biến ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới, trong đó quá nửa diện tích được trồng ở vùng Đông Nam Á, Châu Phi, vùng biển Caribê và miền Nam nước Mỹ (Niao et al., 2005; Swain & Powell., 2004; Ellul et al., 2007). 1.1.1.1. Nguồn gốc Dưa hấu có nguồn gốc từ sa mạc Kalahari ở Châu Phi. Năm 1857, Livingstone (Nhà thám hiểm người Scotland thế kỷ 19, một trong những người đầu tiên khám phá khu vực Châu Phi) đã quan sát thấy dưa hấu mọc tràn lan ở sa mạc Kalahari và ngày nay người ta vẫn có thể tìm thấy những loài được coi là tổ tiên của dưa hấu ở Châu Phi, được gọi là Tsamma melon (Swain & Powell, 2004). Việc thu hoạch dưa hấu đã được mô tả trong chữ tượng hình ở các tòa nhà cổ xưa của Ai Cập hơn 4000 năm trước, hạt giống dưa hấu cũng được tìm thấy trong các lăng mộ của các Pharaoh Tutankhamen. Từ Ai Cập, dưa hấu lan rộng ra khắp các nước dọc theo biển Địa Trung Hải theo các chuyến tàu chở hàng. Đến thế kỷ 10 dưa hấu đã được du nhập vào Trung Quốc – một trong những quốc gia sản xuất dưa hấu lớn nhất thế giới hiện nay. Đến thế kỷ 13, dưa hấu được tìm thấy ở châu Âu và thế kỷ 16, dưa hấu được tìm thấy ở châu Mỹ. Thuật ngữ “watermelon” lần đầu tiên
5 được đề xuất bởi John Mariani vào năm 1615 trong từ điển thực phẩm và đồ uống của Mỹ (Davis et al., 2004; Niao et al., 2005; Adrian, 2008). Ở Việt Nam, dưa hấu được biết đến từ câu chuyện truyền thuyết Mai An Tiêm. Citrullus colocynthis được xem là một trong những tổ tiên của dưa hấu hiện nay. Loại dưa hấu này có quả nhỏ, đường kính tối đa là 7,5 cm, thịt quả màu trắng, có vị đắng, hạt nhỏ có màu nâu. C. colocynthis là loại dưa hấu hoang dã được trồng xen với sắn, ngô, khoai lang ở nhiều quốc gia ở miền Bắc và miền Đông của Châu Phi như Ả rập, Nigieria, Ai cập, Iran, Namibia,… Tổ tiên của dưa hấu không có vị ngọt, thậm chí đôi khi có vị đắng, thịt quả cứng và màu trắng giống như colocynthis (Swain & Powell, 2004; Guner et al., 2004). 1.1.1.2. Phân loại Dưa hấu thuộc: Bộ Cucurbitales Họ: Cucurbitaceae Chi: Citrullus Loài: C. lanatus, C. colocynthis, C. ecirrhorus và C. sp Tên tiếng Anh: Watermelon. Tên Trung Quốc: Tây Hoa. 1.1.1.3. Đặc điểm hình thái Dưa hấu là cây thân leo, có bộ rễ lan xa nên dù ở vùng khô cằn cũng có thể cho ra loại trái cây chứa đến 90% nước, làm cho dưa hấu trở thành nguồn hyđrat hoá quan trọng ở những nơi khan hiếm nước. Quả dưa hấu có vỏ cứng, là loại quả phổ biến và có giá trị quan trọng nhất trong họ Bầu bí. Quả dưa hấu rất đa dạng về hình dạng và màu sắc. Màu sắc vỏ quả dưa hấu cũng thay đổi từ màu xanh sáng đến xanh đậm, có hoặc không có sọc. Về màu sắc thịt quả có màu đỏ, màu hồng, màu vàng, màu cam và màu trắng. Hạt dưa hấu cũng rất đa dạng về kích cỡ (lớn, trung bình, nhỏ) và có màu đen, màu nâu và
6 màu trắng. Về hình dạng, trên mặt phẳng cắt dọc, quả dưa hấu có các hình dạng chính như sau: thuôn dài, oval và tròn. Trong các loại dưa hấu, dưa hấu ruột đỏ, hạt đen là phổ biến nhất, tiếp theo là dưa hấu ruột vàng, dưa hấu mini, dưa hấu không hạt. Mặc dù việc tạo ra dưa hấu không phải ruột đỏ khó khăn hơn nhưng hiện nay chúng đã có mặt phổ biến trên thị trường. 1.1.1.4. Đặc điểm sinh trƣởng phát triển Dưa hấu là loại cây trồng nhiệt đới, sinh trưởng, phát triển kéo dài trong điều kiện thời tiết ấm áp, khô ráo và đầy đủ ánh nắng. Cây dưa hấu rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng của dưa hấu ở vào khoảng 25-30oC, cho hoa nở và thụ phấn là 25oC, và cho quả lớn và chín là 30oC. Dưa hấu có rễ mọc sâu, chịu úng kém, nhất là khi cây đã trổ bông và đậu quả. Khi bị úng, dưa hấu dễ bị thối rễ, có thể dẫn đến cây bị chết hoặc khó trổ bông, thụ phấn và đậu quả, và khi đã đậu quả thì lại dễ thối, chất lượng kém. Ẩm độ không khí cao dễ phát sinh bệnh. Dưa hấu có thể trồng được trên nhiều loại đất, tuy nhiên đất phải thoát nước tốt, cơ cấu nhẹ, tầng canh tác sâu, không quá phèn. Các vùng đất cát gần biển, đất phù sa ven sông là những vùng đất lý tưởng để trồng dưa hấu. Đất cát pha có đặc điểm là tơi xốp, nhiệt độ đất dễ tăng cao, dễ thoát nước rất có lợi cho bộ rễ dưa hấu phát triển, chất lượng dưa tốt, tốn ít công chăm sóc. Nơi đất cao, thoáng, không bị bóng râm che, không bị gió bão, pH trong khoảng 5 – 7 là thích hợp để trồng dưa hấu. Dưa hấu có thể được trồng quanh năm ở những vùng gần xích đạo. Ở Việt Nam, dưa hấu được trồng quanh năm ở các tỉnh phía Nam, tập trung vào các vụ chính như: vụ dưa noel (gieo hạt tháng 9), vụ dưa hấu tết (gieo hạt tháng 11), vụ dưa hè thu (gieo trồng trong suốt mùa mưa),… Ở miền Bắc, dưa hấu được trồng 2 vụ chính: vụ dưa hè thu (gieo hạt trong tháng 3) và vụ đông xuân (gieo hạt trong tháng 10, một số tỉnh miền Núi phía Đông Bắc gieo hạt vào tháng 12).
7 1.1.1.5. Tình hình sản xuất dƣa hấu Năm 2012, trên thế giới có khoảng 34,7 triệu ha diện tích trồng dưa hấu, giảm 2,88% so với năm 2011 (35,7 triệu ha). Trung Quốc là nước sản xuất dưa hấu lớn nhất với khoảng 18,2 triệu ha (51,2%), tiếp theo là Thổ Nhĩ Kỳ (165 nghìn ha), Iran (145 nghìn ha), Liên bang Nga (125 nghìn ha), Brazil (95 nghìn ha), Ukrane (61 nghìn ha), Ai cập (57 nghìn ha), Mỹ (50 nghìn ha),… Năng suất dưa hấu năm 2012 đạt 30,34 tấn/ha, tăng 4,37% so với năm 2010 (29,07 tấn/ha), sản lượng đạt 105,4 triệu tấn, tăng 0,67% so với năm 2011 (104,5 triệu tấn). Trong đó, Trung Quốc sản xuất 70,2 triệu tấn (chiếm 66,6% tổng sản lượng dưa hấu trên toàn thế giới), đứng sau Trung Quốc là các quốc gia như Thổ Nhĩ Kỳ 4,04 triệu tấn, Iran 3,8 triệu tấn, Brazil 2,07 triệu tấn, Mỹ 1,77 triệu tấn, Ai cập 1,87 triệu tấn (FAO, 2014). Năm 2012, Việt Nam có khoảng 31 nghìn ha (tăng 14% so với năm 2011 – 27,2 nghìn ha) diện tích đất trồng dưa hấu, năng suất trung bình đạt 15,16 tấn/ha (tăng 6,39% so với năm 2011), tổng sản lượng đạt 470 nghìn tấn, tăng 0,43% so với năm 2011 (FAO, 2014). Dưa hấu được trồng rất phổ biến ở vùng đồng bằng sông Cửu Long đặc biệt là Long An và Tiền Giang, Quảng Ngãi, năng suất đạt từ 15-25 tấn/ha. Ở miền Bắc, dưa hấu được trồng nhiều ở một số tính như Vĩnh Phúc, Thái Bình, Hải Dương, Hà Nội, Bắc Giang, Hòa Bình, Bắc Kạn,… 1.1.1.6. Giá trị dinh dƣỡng và thƣơng mại của dƣa hấu Dưa hấu được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: thực phẩm, mỹ phẩm, dược phẩm và hóa phẩm. Vì có giá trị dinh dưỡng rất cao, dưa hấu được xếp vào nhóm 10 thực phẩm tốt nhất. Người ta không chỉ yêu thích dưa hấu bởi vị ngọt, mát của nó mà còn bởi trong dưa hấu chứa một hàm lượng lớn các vitamin và khoáng chất, một lượng nhỏ protein và chất béo (Niao et al., 2005; Adrian, 2008). Theo khuyến cáo của Hoa Kỳ, 280 gram thịt quả dưa hấu cung cấp 25% nhu cầu vitamin C và 20% nhu cầu vitamin A, 8% nhu cầu kali, 4 % nhu cầu sắt và 2% nhu cầu canxi mỗi ngày cho con người. Thịt quả dưa hấu rất giàu lycopene (2300 – 7200 µg / 100 g), là chất chống oxi hóa mạnh có tác dụng làm giảm nguy cơ ung thư tuyến