Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương thích hợp với một số tỉnh phía Bắc Việt Nam

Chia sẻ: Chuheodethuong 09 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:187

Thêm vào BST

Báo xấu

43
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là tạo ra nguồn vật liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống đậu tương. Chọn tạo được giống đậu tương cho một số tỉnh tại Đồng bằng sông Hồng và Trung du miền núi phía Bắc.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Nông nghiệp: Nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương thích hợp với một số tỉnh phía Bắc Việt Nam

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM  PHẠM THỊ BẢO CHUNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG THÍCH HỢP VỚI MỘT SỐ TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM Chuyên ngành : Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số : 62 62 01 11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. PGS.TS. Nguyễn Văn Đồng 2. PGS.TS. Mai Quang Vinh HÀ NỘI – 2015
2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM  PHẠM THỊ BẢO CHUNG NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG THÍCH HỢP VỚI MỘT SỐ TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI – 2015
ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu kết quả nghiên cứu khoa học đã nêu trong luận án là trung thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Tác giả luận án
iii LỜI CẢM ƠN Trước hết tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng tới PGS.TS. Nguyễn Văn Đồng và PGS.TS. Mai Quang Vinh, những người thầy đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn về chuyên môn giúp tôi thực hiện và hoàn thành luận án này. Để hoàn thành luận án, tôi đã nhận được sự giúp đỡ của Ban Lãnh đạo Viện Di truyền Nông nghiệp; Tập thể cán bộ Bộ môn Đột biến và Ưu thế lai và Phòng thí nghiệm Trọng điểm công nghệ tế bào thực vật. Tôi xin chân thành cảm ơn những sự giúp đỡ quý báu đã dành cho tôi. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban Đào tạo Sau đại học cùng tập thể cán bộ và quý thầy cô đã giúp đỡ trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới các bạn đồng nghiệp trong Bộ môn Đột biến & Ưu thế lai, Viện Di truyền Nông nghiệp, và các thành viên trong gia đình tôi đã luôn hết lòng động viên tinh thần, tiếp thêm cho tôi sức mạnh và nghị lực để tôi hoàn thành tốt công trình nghiên cứu này. Tác giả Phạm Thị Bảo Chung
iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................ii LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................ iii MỤC LỤC .............................................................................................................. iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ................................................................................ vii DANH MỤC BẢNG SỐ LIỆU............................................................................... viii DANH MỤC HÌNH ................................................................................................ xi MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1. Tính cấp thiết của đề tài ....................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ............................................................................................ 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.............................................................................. 2 3.1. Ý nghĩa khoa học .............................................................................................. 2 3.2. Ý nghĩa thực tiễn .............................................................................................. 2 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ........................................................................ 3 4.1. Đối tượng nghiên cứu ....................................................................................... 3 4.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................................... 3 5. Những đóng góp mới của luận án ........................................................................ 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ....... 4 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài ................................................................................. 4 1.1.1. Cơ sở khoa học của lai hữu tính trong chọn tạo giống đậu tương ................... 4 1.1.2. Cơ sở khoa học của xử lý đột biến thực nghiệm chiếu xạ trong tạo giống đậu tương... 6 1.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử RAPD ................................. 8 1.1.4. Các bước trong chọn tạo giống đậu tương .................................................... 10 1.1.5. Đặc điểm sinh thái của cây đậu tương ......................................................... 11
v 1.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam ............. 16 1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu tương trên thế giới .................................. 16 1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ đậu tương tại Việt Nam................................. 17 1.3. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương trên thế giới và ở Việt Nam......... 22 1.3.1. Nghiên cứu về biến dị, di truyền của một số tính trạng ở đậu tương ............. 22 1.3.2. Nghiên cứu về đa dạng di truyền của đậu tương bằng chỉ thị RAPD ............ 26 1.3.3. Kết quả nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương ............................................. 28 1.4. Đặc điểm các vùng sinh thái phía Bắc............................................................. 36 Chương 2. VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......... 41 2.1. Vật liệu nghiên cứu ......................................................................................... 41 2.2. Nội dung nghiên cứu ...................................................................................... 44 2.2.1. Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống đậu tương ..... 44 2.2.2. Chọn tạo giống đậu tương cho một số tỉnh phía Bắc .................................... 44 2.3. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 44 2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng .................................................. 44 2.3.2. Phương pháp đánh giá sai khác di truyền bằng chỉ thị RAPD ....................... 46 2.3.3. Các chỉ tiêu theo dõi và phương pháp đánh giá thí nghiệm đồng ruộng ........ 48 2.3.4. Điều kiện nghiên cứu ................................................................................... 55 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN..................................... 56 3.1. Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống đậu tương. 56 3.1.1. Nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu bằng phương pháp đột biến thực nghiệm chiếu xạ gamma Co60............................................................................................. 56 3.1.1.1. Kết quả xử lý đột biến và chọn lọc dòng đậu tương đột biến ..................... 56 3.1.1.2. Kết quả đánh giá dòng đậu tương đột biến ................................................ 63 3.1.2. Kết quả nghiên cứu tạo vật liệu khởi đầu bằng phương pháp lai hữu tính ..... 72
vi 3.1.2.1. Kết quả đánh giá sai khác di truyền nguồn vật liệu khởi đầu sử dụng chỉ thị phân tử RAPD ....................................................................................................... 72 3.1.2.2. Kết quả tạo một số tổ hợp lai định hướng .................................................. 77 3.1.2.3. Kết quả nghiên cứu, đánh giá di truyền biến dị ở thế hệ F1, F2 ................. 78 3.1.2.4. Kết quả chọn lọc dòng đậu tương từ các tổ hợp lai định hướng ................. 89 3.1.2.5. Kết quả đánh giá dòng đậu tương từ các tổ hợp lai định hướng ................ 92 3.1.3. Kết quả đánh giá chất lượng hạt một số giống đậu tương mới .................... 113 3.2. Kết quả chọn tạo giống đậu tương cho một số tỉnh phía Bắc ......................... 113 3.2.1. Kết quả đánh giá khả năng thích ứng của các giống đậu tương mới ........... 113 3.2.1.1. Kết quả đánh giá khả năng thích ứng của các giống đậu tương mới qua các mùa vụ khác nhau ............................................................................................... 113 3.2.1.2. Kết quả đánh giá khả năng thích ứng của các giống đậu tương mới qua các địa điểm khác nhau ............................................................................................. 115 3.2.2. Kết quả thử nghiệm các giống đậu tương mới tại một số tỉnh phía Bắc ...... 116 3.2.2.1. Kết quả đánh giá về sinh trưởng phát triển của các giống đậu tương mới tại một số tỉnh phía Bắc ............................................................................................ 116 3.2.2.2. Kết quả đánh giá về mức độ nhiễm bệnh hại, khả năng chống đổ và tính tách quả của các giống đậu tương mới tại một số tỉnh phía Bắc ........................... 118 3.2.2.3. Kết quả đánh giá về năng suất của các giống đậu tương mới tại một số tỉnh phía Bắc .............................................................................................................. 120 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ................................................................................. 122 1. Kết luận ........................................................................................................... 122 2. Đề nghị ............................................................................................................ 123 CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN ................. 124 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 125 PHỤ LỤC
vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIÊT TẮT TT Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ 1 ADN Axit Deoxyribo Nucleic BNN&PTNT Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn 2 Đ/c Đối chứng 3 FAO Food and Agriculture Organism 4 HH Hữu hạn 5 KKNG, Khảo kiểm nghiệm giống, Sản phẩm cây trồng và SPCT&PBQG Phân bón Quốc gia 6 NCS Nghiên cứu sinh 7 NS Năng suất 8 P.1000 Khối lượng 1000 hạt 9 PCR Polymerase Chain Reaction 10 QG Quốc gia 11 RAPD Random Amplified Polymorphic DNA 12 STPT Sinh trưởng phát triển 13 TN Thí nghiệm 14 TGST Thời gian sinh trưởng 15 VDTNN Viện Di truyền Nông nghiệp 16 ♀ Giống mẹ 17 ♂ Giống bố
viii DANH MỤC BẢNG Bảng Nội dung Trang 2.1 Nguồn gốc và một số đặc điểm nông sinh học của các dòng, giống đậu 42 tương tham gia thí nghiệm 3.1 Tần số và các dạng biến dị ở quần thể đậu tương thế hệ M1 – M2 tại 57 VDTNN vụ Đông 2003 và Xuân 2004 3.2 Đặc điểm 2 cá thể chín sớm C1 và C2 thu được ở thế hệ M2 tại 58 VDTNN vụ Xuân 2004 3.3 Sự di truyền một số tính trạng qua các thế hệ M1 - M3 tại VDTNN vụ 59 Đông 2003 - vụ Hè 2004 3.4 Sự di truyền biến dị chín sớm từ thế hệ M2 đến M3 tại VDTNN vụ 60 Xuân và Hè 2004 3.5 Quá trình chọn lọc dòng đậu tương đột biến từ thế hệ M2 – M10 tại 61 VDTNN 2003 – 2006 3.6 TGST và năng suất của các dòng đậu tương ở thế hệ M6-9 tại Hà Nội 62 vụ Hè và Đông 2005, Xuân và Hè 2006 3.7 Đặc điểm các dòng, giống đậu tương tham gia thí nghiệm so sánh sơ 64 bộ vụ Đông (M10) tại Hà Nội năm 2006 3.8 Đặc điểm hình thái của dòng đậu tương 01HC45 tại Từ Liêm - Hà Nội 65 qua 3 vụ Xuân, Hè và Đông (M11-13) năm 2007 3.9 Đặc điểm sinh trưởng phát triển, mức độ sâu hại, mức độ nhiễm bệnh 66 hại và khả năng chống chịu của dòng 01HC45 tại Từ Liêm - Hà Nội qua 3 vụ Xuân, Hè và Đông (M11-13) năm 2007 3.10 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của dòng đậu tương 68 01HC45 tại Từ Liêm - Hà Nội qua 3 vụ Xuân, Hè và Đông (M11-13) năm 2007 3.11 Một số đặc điểm nông sinh học của giống đậu tương mới DT2008 và 69 dòng 2001HC tại Hà Nội năm 2007 3.12 Kết quả phát triển giống DT2008 tại các tỉnh phía bắc 2009 – 2014 70 3.13 Hàm lượng và độ tinh sạch ADN của các giống đậu tương nghiên cứu 73 3.14 Thông tin tính đa hình (PIC) của các giống đậu tương nghiên cứu 74
ix 3.15 Hệ số tương đồng giữa các giống đậu tương nghiên cứu 75 3.16 Mức sai khác di truyền giữa giống DT2008 với các giống đậu tương 76 nghiên cứu 3.17 Kết quả tạo một số tổ hợp lai định hướng vụ Xuân 2009 tại Hà Nội 77 3.18 Đặc điểm một số tính trạng hình thái ở thế hệ F1 của các tổ hợp lai định 78 hướng vụ Hè 2009 tại Hà Nội 3.19 Giá trị χ2 và phân ly tính trạng màu hoa ở thế hệ F2 của các tổ hợp lai 79 vụ Đông 2009 tại Hà Nội 3.20 Giá trị χ2 và phân ly tính trạng màu lông ở thế hệ F2 của các tổ hợp lai 80 vụ Đông 2009 tại Hà Nội 3.21 Giá trị χ2 và phân ly tính trạng màu vỏ quả ở thế hệ F2 của các tổ hợp 81 lai vụ Đông 2009 tại Hà Nội 3.22 Giá trị χ2 và phân ly tính trạng màu rốn hạt ở thế hệ F2 của tổ hợp lai 82 DT2008 x DT99 vụ Đông 2009 tại Hà Nội 3.23 Giá trị trung bình và mức độ trội (D) của một số tính trạng sinh trưởng 83 phát triển ở cây lai thế hệ F1 vụ Hè 2009 tại Hà Nội 3.24 Giá trị trung bình và mức độ trội (D) của các yếu tố cấu thành năng 85 suất và năng suất ở cây lai thế hệ F1 vụ Hè 2009 tại Hà Nội 3.25 Hệ số di truyền (H2) của một số tính trạng số lượng ở thế hệ F2 vụ 86 Đông 2009 tại Hà Nội 3.26 Giá trị trung bình ( x ) và hệ số biến động (Cv (%)) của một số tính 87 trạng ở các giống bố, mẹ và con lai đậu tương thế hệ F2 vụ Đông 2009 3.27 Giá trị trung bình ( x ) và hệ số biến động (CV (%)) của một số yếu tố 88 cấu thành năng suất ở các giống bố, mẹ và con lai đậu tương thế hệ F2 vụ Đông 2009 3.28 Kết quả chọn lọc dòng từ các tổ hợp lai định hướng tại Hà Nội năm 90 2009 - 2011 3.29 Một số đặc điểm chính các dòng, giống đậu tương tham gia thí nghiệm so 93 sánh sơ bộ vụ Đông (F8) tại Hà Nội năm 2011 3.30 Một số đặc điểm chính các dòng, giống đậu tương tham gia thí nghiệm so 95 sánh sơ bộ vụ Đông (F8) tại Hà Nội năm 2011
x 3.31 Đặc điểm các dòng, giống đậu tương tham gia thí nghiệm qua 3 vụ 96 Xuân, Hè và Đông tại Hà Nội năm 2012 3.32 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng phát triển của các dòng, giống 99 đậu tương tham gia thí nghiệm tại Hà Nội năm 2012 3.33 Một số đặc điểm sinh trưởng của các dòng, giống đậu tương tham gia 104 thí nghiệm tại Hà Nội năm 2012 3.34 Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng, giống 105 đậu tương tham gia thí nghiệm tại Hà Nội vụ Xuân năm 2012 3.35 Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng, giống 106 đậu tương tham gia thí nghiệm tại Hà Nội vụ Hè năm 2012 3.36 Một số yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng, giống 107 đậu tươngtham gia thí nghiệm tại Hà Nội vụ Đông năm 2012 3.37 Mức độ sâu hại của các dòng, giống đậu tương tham gia thí nghiệm tại 109 Hà Nội năm 2012 3.38 Mức độ nhiễm một số bệnh hại và khả năng chống đổ của các dòng, 112 giống đậu tương tham gia thí nghiệm năm 2012 tại Hà Nội 3.39 Hàm lượng dinh dưỡng của các giống đậu tương mới DT2008, 113 DT2010 và DT2012 3.40 Phân nhóm môi trường theo từng vụ về năng suất tại Hà Nội năm 2012 114 3.41 Chỉ số thích nghi và ổn định của các giống qua 3 vụ năm 2012 tại Hà Nội 114 3.42 Phân nhóm môi trường theo từng địa điểm về năng suất vụ Xuân năm 115 2012 3.43 Chỉ số thích nghi và ổn định của các giống qua các môi trường khác 115 nhau vụ Xuân năm 2012 3.44 Đặc điểm sinh trưởng phát triển của giống DT2010 và DT2012 tại một 117 số điểm thử nghiệm năm 2012 - 2013 3.45 Mức độ nhiễm bệnh hại và khả năng chống chịu của giống DT2010 và 119 DT2012 tại một số điểm thử nghiệm năm 2012 – 2013 3.46 Năng suất của giống DT2010 và DT2012 tại một số điểm thử nghiệm 121 năm 2012 - 2013
xi DANH MỤC HÌNH Hình Nội dung Trang 3.1 Quá trình chọn tạo giống đậu tương DT2008 71 3.2 Kết quả điện di ADN tổng số của các giống đậu tương trên gel agarose 73 0,8% 3.3 Sơ đồ hình cây của 10 giống đậu tương nghiên cứu theo kiểu phân 76 nhóm UPGMA
1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Đậu tương (Glycine max (L.) Merrill) là một trong những cây họ đậu có giá trị sử dụng toàn diện với hàm lượng dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao, dễ trồng, khả năng thích nghi tương đối rộng, có tác dụng cải tạo đất và góp phần cắt đứt dây chuyền sâu bệnh khi luân canh với các cây trồng khác. Ở Việt Nam, đậu tương là cây trồng có vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, được đánh giá là cây có giá trị kinh tế và hiệu quả cao trong chiến lược chuyển đổi cơ cấu cây trồng, tăng giá trị hàng hóa nông sản. Tuy nhiên, sản xuất đậu tương trong nước mới chỉ đáp ứng được 8 – 10% nhu cầu nội tiêu. Sản xuất đậu tương của Việt Nam hiện tập trung chủ yếu ở khu vực phía Bắc (chiếm 70 – 80%) tại 2 vùng chính là miền núi phía Bắc (chiếm 41,4%) và Đồng bằng sông Hồng (chiếm 27,6%). Tuy có tiềm năng về diện tích nhưng sản xuất đậu tương tại các tỉnh phía Bắc có xu hướng không ổn định và giảm dần trong những năm gần đây. Bên cạnh những hạn chế như kỹ thuật canh tác lạc hậu, đầu tư thâm canh thấp, điều kiện canh tác khó khăn do hạn chế về địa hình và điều kiện thời tiết bất thuận, cơ chế chính sách về vốn và hỗ trợ sản xuất chưa được chú trọng...., sự hạn chế về bộ giống đậu tương trong sản xuất hiện nay đã ảnh hưởng rất lớn đến sản xuất đậu tương của toàn vùng. Tại miền núi phía Bắc, đậu tương được gieo trồng trong 2 vụ chính là vụ Xuân trên đất 1 vụ và vụ Hè thu trên đất ngô. Mặc dù là vùng sản xuất đậu tương lớn của cả nước nhưng năng suất thấp đạt 1,20 tấn/ha (bằng 82,8% năng suất bình quân cả nước) (Tổng cục Thống kê, 2013). Một trong những nguyên nhân chính là do thiếu bộ giống thích hợp cho từng tiểu vùng với năng suất cao và ổn định, nhiều vùng hiện còn sử dụng các giống đậu tương địa phương dài ngày, năng suất thấp. Tại vùng Đồng bằng sông Hồng, đậu tương được gieo trồng trong cả 3 vụ/năm, nhưng tập trung chủ yếu ở vụ Đông trên đất sau 2 lúa (chiếm trên 40% diện tích đậu tương cả nước) (Cục Trồng trọt, 2011). Do là cây trồng sau 2 vụ lúa nên cần sử dụng những giống đậu tương có TGST ngắn từ 80 – 90 ngày, để tránh thời tiết nhiệt độ thấp dưới 180C vào thời kỳ ra hoa kết qủa và thời tiết mưa phùn khi thu hoạch, làm ảnh hưởng đến chất lượng hạt. Tuy nhiên, bộ giống đậu tương để
2 trồng trong vụ Đông hiện nay không nhiều. Cho đến nay, giống đậu tương DT84 sau hơn 20 năm canh tác đã thoái hóa nhưng vẫn là giống chủ lực trong sản xuất (chiếm trên 81% cơ cấu giống đậu tương vụ Đông và trên 60% cơ cấu giống đậu tương vụ Hè thu) (Cục Trồng trọt, 2012). Mặc dù đã có các giống đậu tương mới được đưa vào sản xuất nhưng chủng loại giống còn ít, chưa đáp ứng đủ cho sản xuất. Nhiều vùng hiện còn sử dụng các giống đậu tương địa phương hoặc giống cũ đã thoái hóa, năng suất thấp, không ổn định, chất lượng và khả năng thích ứng kém… Xuất phát từ thực tế trên chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương thích hợp với một số tỉnh phía Bắc Việt Nam”. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tạo ra nguồn vật liệu khởi đầu phục vụ công tác chọn tạo giống đậu tương. - Chọn tạo được giống đậu tương cho một số tỉnh tại Đồng bằng sông Hồng và Trung du miền núi phía Bắc. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học - Kết quả nghiên cứu khoa học của luận án là cơ sở cho các nhà chọn tạo giống đậu tương lựa chọn tổ hợp lai có định hướng bằng phân tích, đánh giá tính trạng kiểu hình kết hợp với đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử. - Các số liệu công bố trong luận án có thể sử dụng làm dẫn liệu phục vụ cho giảng dạy và nghiên cứu chọn tạo giống đậu tương ở các trường đại học và cơ quan nghiên cứu thuộc lĩnh vực nông nghiệp. - Kết quả nghiên cứu của đề tài là nguồn vật liệu quý về tiềm năng năng suất cao và khả năng thích ứng rộng (có thể trồng được 3 vụ/năm trên nhiều vùng sinh thái), chống chịu tốt với bệnh hại… rất có ý nghĩa đối với công tác cải tiến giống đậu tương của nước ta hiện nay theo hướng năng suất, thích ứng rộng. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Các giống đậu tương mới với ưu điểm về năng suất và thời gian sinh trưởng phù hợp cho từng vùng, từng vụ ở các tỉnh phía Bắc sẽ góp phần nâng cao năng suất và mở rộng diện tích gieo trồng đậu tương, từ đó tăng thu nhập cho người nông dân.
3 4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Đối tượng nghiên cứu - Một số tổ hợp lai đậu tương (thực hiện lai vụ Xuân 2009). - Một số dòng, giống đậu tương triển vọng đã được chọn tạo bằng phương pháp lai hữu tính và đột biến. 4.2. Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu về xử lý đột biến, lai hữu tính, chọn lọc và so sánh đánh giá các dòng triển vọng… được thực hiện tại khu thí nghiệm đậu tương của Viện Di truyền Nông nghiệp (Cổ Nhuế – Từ Liêm – Hà Nội và Song Phượng – Đan Phượng – Hà Nội). - Triển khai khảo nghiệm và thử nghiệm sản xuất giống DT2010 và DT2012 tại một số tỉnh thành phía Bắc như Hà Nội, Hà Giang, Phú Thọ, Thái Nguyên… - Thời gian nghiên cứu: Từ 12/2010 đến 12/2014 (có sử dụng một số kết quả nghiên cứu từ các năm trước (từ năm 2003) của NCS). 5. Những đóng góp mới của luận án - Đã tạo được nguồn vật liệu quý mang nhiều ưu điểm về tiềm năng năng suất cao, nhiễm nhẹ các loại bệnh hại, thích ứng rộng, trồng được 3 vụ/năm. - Đã chọn tạo được 2 giống đậu tương triển vọng phục vụ cho sản xuất tại một số tỉnh phía Bắc. Trong đó, giống đậu tương DT2010 với ưu điểm về thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất khá và ổn định, thích ứng rộng, trồng được 3 vụ/năm, nhiễm nhẹ một số bệnh hại chính (gỉ sắt, phấn trắng, sương mai), thích hợp gieo trồng vụ Xuân và vụ Đông trên đất sau 2 lúa vùng Đồng bằng sông Hồng. Giống đậu tương DT2012 thuộc nhóm trung ngày, với ưu điểm năng suất cao và ổn định, thích ứng rộng, trồng được 3 vụ/năm, nhiễm nhẹ một số bệnh hại chính (gỉ sắt, phấn trắng, sương mai), thích hợp gieo trồng cho vụ Xuân trên đất 1 vụ, vụ Hè thu trên đất nương rẫy tại một số tỉnh miền núi phía Bắc và vụ Hè thu trên đất ngô vùng Đồng bằng sông Hồng.
4 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 1.1.1. Cơ sở khoa học của lai hữu tính trong chọn tạo giống đậu tương Lai hữu tính là phương pháp chủ yếu trong công tác chọn tạo giống đậu tương hiện nay. Đó là việc lai 2 cá thể có tính di truyền khác nhau, phối hợp tính trạng của 2 giống và chọn lọc ra những cây mang đặc tính mong muốn của cả 2 bố mẹ thông qua tái tổ hợp trong quá trình phân ly ở đời con cháu (Trần Đình Long và cs., 1997). Ở đậu tương, do kích thước hoa nhỏ và điều kiện môi trường ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hoa để lai nên các kỹ thuật lai khác nhau đã được phát triển. Kỹ thuật lai phổ biến được các nhà chọn giống sử dụng là khử đực ở hoa cái trước khi thụ phấn vào buổi chiều hôm trước và thụ phấn vào buổi sáng ngày hôm sau. Một số nhà chọn giống sử dụng kỹ thuật khử đực và thụ phấn cùng lúc. Cả hai kỹ thuật này đều đòi hỏi kỹ năng lai tốt để giảm tối đa việc gây ra những tổn thương nhất định trong quá trình lai. Một kỹ thuật khác cũng được sử dụng trong lai tạo ở đậu tương là thụ phấn không cần khử đực. Kỹ thuật này được phát triển dựa trên đặc tính sinh vật học của hoa đậu tương là có nhụy chín trước nhị và đầu nhụy trở nên dễ tiếp nhận hạt phấn 1 ngày trước khi tung phấn, trong khi đó hạt phấn có thể nảy mầm trong vòng 24 giờ sau thụ phấn. Ưu điểm của kỹ thuật này là hạn chế tối đa việc gây ra những tổn thương cho hoa trong quá trình lai và được khẳng định mang lại hiệu quả lai cao với tỉ lệ đậu quả lên đến 39% và tỷ lệ cây lai F1 đạt được lên đến 72 – 78% (Talukdar và cs., 2012), cao hơn phương pháp lai truyền thống chỉ đạt 64% tỷ lệ cây lai F1 (Vollmann và cs., 1992). Hạn chế của phương pháp là phải xác định được chính xác nụ hoa lai sẽ nở vào ngày hôm sau nếu không hạt lai thu được sẽ là hạt tự thụ và điều kiện thời tiết thuận lợi đảm bảo cho hạt phấn nảy mầm. Tuy nhiên thành công của phép lai phụ thuộc vào cả hai yếu tố khoa học và kỹ năng bao gồm bản chất loài cây trồng, mùa vụ, tình hình sinh trưởng của cây, điều kiện thời tiết, giống bố, mẹ…. Theo nhiều công bố, sự thành công của phương pháp lai hữu tính ở cây họ đậu trong đó có đậu tương là rất thấp so với nhóm ngũ cốc. Một trong những nguyên nhân chính là do hiện tượng rụng hoa sinh lý ở nhóm
5 cây trồng này. Ở đậu tương, tỷ lệ thành công của phép lai nhân tạo là rất thấp, dao động từ 2 – 15% trong điều kiện đồng ruộng (Agrawal và cs., 2001). Thời gian tiến hành lai thay đổi theo mùa trồng và điều kiện thời tiết. Ở mùa nóng, có thể tiến hành lai từ 8 giờ 30 – 10 giờ 30 sáng. Ở mùa lạnh, do nhiệt độ thấp, quá trình nở hoa và tung phấn muộn hơn từ 0,5 – 1 giờ. Sự thành công của phép lai ở mùa đông thấp hơn so với những mùa khác do nhiệt độ thấp với độ dài ngày ngắn hơn làm cho quá trình thụ phấn xảy ra trước khi hoa nở. Mục tiêu của lai tạo trước đây là tạo ưu thế lai ở những cây trồng giao phấn. Song, ngày nay với sự phát triển của công nghệ sinh học nó đã được ứng dụng với cả cây trồng tự thụ phấn như ở lúa. Ở đậu tương, cho đến nay ưu thế lai vẫn chưa được áp dụng và mục tiêu của lai tạo giống đậu tương là nhằm tổ hợp các tính trạng mong muốn của hai hay nhiều giống (dòng) khác nhau để tạo ra một giống mới đáp ứng với đòi hỏi cụ thể của thực tế sản xuất như tạo giống chống chịu sâu bệnh, TGST ngắn, năng suất cao… (Trần Đình Long và cs., 1997). Vì vậy, việc lựa chọn bố mẹ để tạo quần thể chọn lọc là một trong những khâu quan trọng nhất mang lại thành công trong chọn tạo giống đậu tương bằng phương pháp lai hữu tính. Quá trình chọn bố mẹ phụ thuộc vào mục tiêu chọn giống trên cơ sở bổ sung cho nhau (điểm yếu của một bố mẹ này được bổ sung bằng bố mẹ kia). Có thể tìm sự bổ sung cho một số tính trạng thông qua các tính trạng nông học, hình thái, các đặc điểm sinh hóa hoặc chỉ thị phân tử (Vũ Đình Hòa và cs., 2005). Có 3 phương pháp lai tạo chính được sử dụng trong công tác lai tạo giống đậu tương là lai quy tụ, lai luân phiên và lai trở lại. - Phương pháp lai quy tụ: là phương pháp được ứng dụng phổ biến nhất bởi tính đơn giản của nó, sau này một số nhà chọn giống đưa ra các sơ đồ khác, có cải tiến và chỉnh lý thêm như sơ đồ của Mackey (1954) (Singh, 1990). - Phương pháp lai luân phiên (lai diallel): là phương pháp tối ưu nhất, song cũng phức tạp nhất vì nó đòi hỏi số lượng cặp lai lớn, mất nhiều công và rất tốn kém (Singh, 1990). Dựa vào phương pháp này người ta có thể tiên đoán được một số kết quả của các cặp lai, đồng thời nó là cơ sở cho việc chọn các bố mẹ để lai,
6 giúp cho các nhà chọn giống định hướng trong khi lai. Ở Úc đã ứng dụng để tạo ra các giống đậu tương có năng suất cao (4 tấn/ha) và chống bệnh khá… - Phương pháp lai trở lại (backcross): Phương pháp này được dùng để duy trì khả năng cho năng suất của một số giống đã thích ứng tốt với việc sáp nhập thêm tính chống chịu từ bố (mẹ) không thích ứng (Singh, 1990). Phương pháp này được áp dụng chủ yếu để tạo giống đậu tương chống chịu (chống chịu sâu, bệnh hại, chống chịu điều kiện bất thuận như chịu hạn, chịu mặn…). Hiện nay, trong lai tạo giống đậu tương người ta không dùng một phương pháp mà họ thường áp dụng kết hợp các phương pháp như trong lai tích lũy người ta thường kết hợp giữa lai trở lại với lai quy tụ để tạo giống đậu tương chống bệnh hoặc kết hợp lai trở lại với lai luân phiên để tạo giống đậu tương cao sản … 1.1.2. Cơ sở khoa học của xử lý đột biến thực nghiệm chiếu xạ trong tạo giống đậu tương Trong chọn giống cây trồng nói chung, cây đậu tương nói riêng, lai giống nhân tạo dù có tiềm năng vô hạn trong việc tạo ra các tổ hợp có đặc tính mới mà có thể được chọn lọc trong quần thể phân ly nhưng nó chỉ là sự phân bổ lại và tái tổ hợp nguồn gen sẵn có. Vấn đề là sự giới hạn nguồn gen trong tự nhiên và tỷ lệ đột biến tự nhiên rất thấp, chỉ khoảng 10-7. Ngược lại, phương pháp đột biến có thể cải tiến tính trạng đơn mà không gây ra sự tổn thương sâu trong bộ gen, đồng thời làm tăng nguồn tài nguyên di truyền cho lai giống nhân tạo và các biến dị di truyền mới có khả năng thích ứng tốt. Đột biến là những biến đổi trong vật chất di truyền xảy ra ở cấp độ phân tử hay cấp độ tế bào (Nguyễn Minh Công, 2005). Đột biến thường xuất hiện gián đoạn, đột ngột về một hoặc một vài tính trạng nào đó trên cơ thể thực vật. Khi biểu hiện thành kiểu hình, đa số có hại, một số ít có lợi hoặc trung tính. Ở đậu tương, việc tạo ra các biến dị di truyền bằng phương pháp lai hữu tính là một quá trình khó vì hoa của chúng nhỏ, gây khó khăn trong quá trình khử đực vì các bộ phận của hoa dễ bị tổn thương và làm rụng hoa (>75%), thậm chí trong điều kiện thuận lợi (Johnson và Bornard, 1976). Những hạn chế này cộng với tính tự thụ hoàn toàn tạo ra hạn chế trong đa dạng di truyền ở đậu tương. Do đó, chọn giống
7 bằng phương pháp đột biến trong đó có phương pháp chiếu xạ gamma Co60 đóng vai trò quan trọng trong cải tiến giống cây trồng này. Tia Gamma nguồn Co60 là tia phóng xạ có bước sóng ngắn từ 10-9 – 10-12 m, thuộc nhóm bức xạ sóng điện từ, đặc trưng bởi vận tốc lớn, không có khối lượng và điện tích, không bị lệch khỏi từ trường hay điện trường nên hiệu quả xuyên sâu cao. Tia Gamma không điện li trực tiếp mà có tác dụng điện li gián tiếp nhờ hiệu ứng quang điện. Cơ chế tác động của tia gamma (Co60) lên vật chất di truyền ở các cấp độ khác nhau (phân tử, tế bào…) đã được nghiên cứu và làm sáng tỏ cơ chế phát sinh đột biến. Bản chất cơ thể sinh vật là các chất hoặc hợp chất hóa học với các mối liên kết tinh tế, nhạy bén và đồng bộ. Bức xạ ion hóa bằng tia gamma tác động nhờ việc tạo nên các ion, đã phá hủy cục bộ hay toàn bộ các cấu trúc đó, gây rối loạn trong cấu trúc di truyền của sinh vật, làm chậm hay dừng phân bào, hạn chế hay làm sai lệch sự tái sinh ADN. Bức xạ gây hại lớn nhất khi nó tác động vào nhân tế bào nơi chứa phần lớn các gen NST quy định các đặc tính chủ yếu của sinh vật. Cơ thể hoặc tế bào càng non thì tính mẫn cảm với bức xạ ion hóa càng cao (Nguyễn Hữu Đống và cs., 1997). Có nhiều giả thuyết giải thích cơ chế tác động của bức xạ ion hóa (trong đó có tia gamma) lên tế bào sống, trong đó thuyết hiện đại về tác động của phóng xạ lên vật chất di truyền được coi là phổ biến và hoàn thiện hơn cả bởi nó là sự kết hợp giữa 2 thuyết về cơ chế tác dụng trực tiếp và cơ chế tác dụng gián tiếp. Theo thuyết hiện đại, trong cơ thể có nhiều hợp chất hữu cơ ở dạng dung dịch, tùy theo trạng thái mà nồng độ của chúng cao hay thấp. Nếu nồng độ dung dịch của các hợp chất hữu cơ đó cao thì sự va chạm của các lượng tử vào các phân tử sẽ lớn và hiệu quả trực tiếp nhiều hơn (sự va chạm giữa các tia bức xạ ion hóa (các hạt cơ bản, các ion) với các đơn vị cảm ứng (gen, NST, các bào quan…). Nếu nồng độ dung dịch của các hợp chất hữu cơ đó thấp sẽ gây ra hiện tượng xạ phân nước tạo ra các ion, gốc tự do (H+, OH-, H2O…) và các peroxyt hữu cơ, do đó chúng tác dụng gián tiếp lên vật chất di truyền, gây ra những biến đổi sơ cấp và thứ cấp ở tế bào sống. Hiệu quả tác động của bức xạ với tế bào sống (nhất là đối với ADN trong nhân tế bào) có tính
8 trực tiếp (làm đứt gãy các liên kết hóa học trong cấu trúc của ADN) hoặc gián tiếp (tạo ra các ion, gốc tự do…). Con đường tác động gián tiếp được coi là con đường chính vì nó gây ra những biến dị tiềm tàng và có vai trò quyết định. Các biến đổi tiềm tàng rất đa dạng, xảy ra trong các thời điểm khác nhau, cũng từ các dạng đó, vào thời điểm nhất định sẽ chuyển thành các đột biến thực (Ehrenberg và cs., 1953). Hiệu quả gây đột biến bằng sử dụng các tia phóng xạ phụ thuộc vào loại tác nhân gây đột biến, liều lượng xử lý, tính chất sinh lý của cây trồng, tuổi và bộ phận của cây trồng và điều kiện ngoại cảnh khi xử lý. Trong công tác giống cây trồng, các tia được chiếu xạ lên hạt khô, hạt phấn, hạt đang nảy mầm, chồi, cành, thân để gây đột biến (Kume và cs., 2000). Liều lượng hiệu quả trong xử lý đột biến giống cây trồng bằng tia gamma/X- rays tùy thuộc từng loại cây trồng và đặc tính nông sinh học mong muốn được cải tiến. Nó được xem là có hiệu quả khi tạo ra dòng/giống đột biến mới một cách trực tiếp. Biên độ mức liều lượng hiệu quả của tia gamma/X ở tất cả các loại cây trồng khá rộng. Ở đậu tương, trong 38 giống đậu tương đột biến được chọn tạo bằng phương pháp chiếu xạ gamma/X có 18 giống được tạo ra ở liều lượng từ 100 – 200 Gy (Bhatia và cs., 1999). Ở Việt Nam, các liều lượng đã được áp dụng thành công trong chọn tạo giống đậu tương gồm 100, 150 và 180 Gy, trong đó, 1 giống (AK06) được tạo ra ở liều lượng 100 Gy, chiếm 14%; 2 giống (DT99 và ĐT22) được tạo ra ở liều lượng 150 Gy, chiếm 29%; 4 giống (DT84, DT90, DT95 và DT2008) được tạo ra ở liều lượng 180 Gy, chiếm 57%. Những tính trạng chủ yếu được cải tiến ở các giống đậu tương đột biến là năng suất, dạng cây, thời gian ra hoa, thời gian sinh trưởng. Ngoài ra còn các tính trạng khác như kích thước và màu sắc hạt, tính tách quả, khả năng tạo nốt sần, tính kháng nitrate, bộ rễ, chống chịu bệnh và nhiệt độ (nóng, lạnh), hàm lượng dầu và protein (Bhatia và cs., 1999). 1.1.3. Đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử RAPD Để lựa chọn vật liệu khởi đầu cho các tổ hợp lai thích hợp mang lại hiệu quả chọn lọc cao, rất cần thiết phải đánh giá đa dạng di truyền nguồn vật liệu. Sự phong phú và đa dạng của vật liệu khởi đầu càng lớn thì hiệu quả lai tạo và chọn lọc càng