Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu quy trình nhân nhanh một số giống mía mới bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:88

Thêm vào BST

Báo xấu

37
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là thông qua các quy trình chẩn đoán bệnh dịch và nhân nhanh 4 giống mía sạch bệnh, chất lượng cao, cung cấp giống an toàn cho các vùng trồng mía nguyên liệu trọng điểm. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Sinh học: Nghiên cứu quy trình nhân nhanh một số giống mía mới bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT --------o0o--------- VŨ ANH TUẤN NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH NHÂN NHANH MỘT SỐ GIỐNG MÍA MỚI BẰNG CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY MÔ TẾ BÀO LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC Hà Nội, tháng 12 năm 2016
VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT --------o0o--------- VŨ ANH TUẤN NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH NHÂN NHANH MỘT SỐ GIỐNG MÍA MỚI BẰNG CÔNG NGHỆ NUÔI CẤY MÔ TẾ BÀO Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60.42.01.14 LUẬN VĂN THẠC SỸ SINH HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS. TS. Đỗ Năng Vịnh Hà Nội, tháng 12 năm 2016
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là hoàn toàn trung thực và chưa hề sử dụng cho bảo vệ một học vị nào. Mọi sự giúp đỡ cho việc hoàn thành luận văn đều đã được cảm ơn. Các thông tin, tài liệu trình bày trong luận văn này đã được ghi rõ nguồn gốc và được phép công bố. Hà Nội, tháng 12 năm 2016 Học viên thực hiện Vũ Anh Tuấn
LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành tốt luận án này trước hết tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc GS.TS. Đỗ Năng Vịnh đã tạo mọi điều kiện và tận tình giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài nghiên cứu. Đồng thời tôi gửi lời cảm ơn sâu sắc tới. ThS Trần Thị Hạnh đó trực tiếp hướng dẫn tôi thực hiện các thí nghiệm, Cùng toàn thể các Anh chị em cán bộ phòng thí nghiệm trọng điểm công nghệ tế bào thực vật - Viện Di Truyền Nông Nghiệp đó nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã dạy bảo và giúp đỡ tận tình trong thời gian học tập tại trường. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn sự ủng hộ, động viên to lớn của gia đình và các bạn thành viên trong lớp cao học Hà Nội, tháng 12 năm 2016 Học viên cao học Vũ Anh Tuấn
i DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT TỪ NGHĨA TIẾNG ANH ASEAN Association of Southest Asian Nations BAP 6-Benzylaminopurine CCS Commercial Cane Sugar CT Công thức FAO Food and Agriculture Organization of the United Nation Gdna Genomic Deoxyribonucleic acid NAA A-Naphthalene acetic acid HgCl2 Thủy ngân clorua H2 O2 Oxi già MS Môi trường Murashige and Skoog, 1962 PCR Polymerase Chain Reaction Rdna Ribosome DNA 2,4-D 2,4-Dichlorophenoxy acetic acid % Phần trăm
ii DANH MỤC BẢNG TT Bảng Nội dung Trang Mười quốc gia sản xuất mía hàng đầu thế giới 1 Bảng 1.1 9 (FAO, 2015) Tỷ lệ mô phân sinh mía bật chồi trên môi trường 2 Bảng 3.1 44 khởi tạo Ảnh hưởng của BAP lên hệ số nhân chồi của các 3 Bảng 3.2 46 giống mía sau 4 tuần Ảnh hưởng của kinetin đến hệ số nhân chồi của 4 Bảng 3.3 48 các giống mía sau 4 tuần Ảnh hưởng của trạng thái môi trường đến quá trình 5 Bảng 3.4 nhân nhanh chồi của giống mía LS2 sau 4 tuần 50 nuôi cấy Ảnh hưởng của trạng thái môi trường đến quá trình 6 Bảng 3.5 nhân nhanh chồi của giống mía LS1 sau 4 tuần 50 nuôi cấy Ảnh hưởng của trạng thái môi trường đến quá trình 7 Bảng 3.6 nhân nhanh chồi của giống mía MY5514 sau 4 51 tuần nuôi cấy Ảnh hưởng của trạng thái môi trường đến quá trình 8 Bảng 3.7 nhân nhanh chồi của giống mía QĐ93159 sau 4 51 tuần nuôi cấy Ảnh hưởng của số chồi trong cụm chồi đến hệ số 9 Bảng 3.8 53 nhân chồi mía Nghiên cứu ảnh hưởng của BAP đến qúa trình kéo 10 Bảng 3.9 55 dài chồi của các giống mía sau 2 tuần nuôi cấy Nghiên cứu ảnh hưởng của BAP đến qúa trình kéo 11 Bảng 3.10 56 dài chồi của các giống mía sau 2 tuần nuôi cấy Ảnh hưởng của NAA và hàm lượng đường khác 12 Bảng 3.11 nhau đối với sự hình thành rễ sau 2 tuần nuôi cấy 58 LS1, LS2 Ảnh hưởng của NAA và hàm lượng đường khác 13 Bảng 3.12 nhau đối với sự hình thành rễ sau 2 tuần nuôi cấy 58 của hai giống MY5514, QĐ93159
iii Ảnh hưởng của mật độ nuôi cấy đến sự ra rễ của 14 Bảng 3.13 61 chồi mía trên môi trường lỏng sau 2 tuần nuôi cấy Ảnh hưởng của nền giâm đến khả năng phát triển 15 Bảng 3.14 62 của cây con trên vườn ươm của giống LS1 Ảnh hưởng của nền giâm đến khả năng phát triển 16 Bảng 3.15 63 của cây con trên vườn ươm của giống LS1 Ảnh hưởng của nền giâm đến khả năng phát triển 23 Bảng 3.16 63 của cây con trên vườn ươm của giống MY5514 Ảnh hưởng của nền giâm đến khả năng phát triển 24 Bảng 3.17 64 của cây con trên vườn ươm của giống QĐ93159
iv DANH MỤC HÌNH VẼ TT Hình Nội dung Trang 1 Hình 3.1 Biểu hiện bệnh trắng lá và chồi cỏ ở các mẫu thu thập 32 Thu thập mẫu nghi nhiễm bệnh chồi cỏ ở Tam Hợp, 2 Hình 3.2 33 Qu Hợp, Nghệ An Kết quả phân tích sản ph m PCR lồng của các mẫu mía 3 Hình 3.3 34 thu thập ở Tam Hợp So sánh trình tự 16s rDNA của chủng SCGSVN-TH 4 Hình 3.4 với các chủng SCGSVN4 A ; SCWLBDVN B và 36 SCGS Thailand, isolate SAK1-2 (C) 5 Hình 3.5 Cây phân loại các chủng phytoplasma gây bệnh chồi cỏ 37 Kết quả phân tích nested-PCR các mẫu mía thu thập ở 6 Hình 3.6 39 Tân Châu sử dụng c p mồi c p mồi SGSVN-Fwd1/Rev So sánh trình tự 16s rDNA của chủng SCWLVN-TN 7 Hình 3.7 với các chủng SCWLBDVN A và SCWLCN- 41 Yuetang-86-386 (B) 8 Hình 3.8 Cây phân loại các chủng phytoplasma gây bệnh trắng lá 41 Các phản ứng khác nhau của mẫu tái sinh từ nuôi cấy 9 Hình 3.9 45 chồi nách và chồi đỉnh Một số hình ảnh tái sinh cụm chồi từ nuôi cấy chồi đỉnh 10 Hình 3.10 45 và chồi nách Biểu đồ ảnh hưởng của BAP lên hệ số nhân chồi của 11 Hình 3.11 46 các giống mía sau 4 tuần Ảnh hưởng của BAP lên nhân chồi của các giống 12 Hình 3.12 47 QĐ93159, LS1, My5514 và LS2 từ trái sang phải Biểu đồ ảnh hưởng của kinetin đến hệ số nhân chồi của 13 Hình 3.13 48 các giống mía sau 4 tuần 14 Hình 3.14 Giống LS1 trên môi trường nhân chồi có Kinetin 49 Biều đồ ảnh hưởng của trạng thái môi trường lên quá 15 Hình 3.15 trình hình thành chồi của 04 giống LS1, LS2, MY5514, 52 QĐ93159 Biểu đồ Ảnh hưởng của số chồi trong cụm chồi đến hệ 16 Hình 3.16 53 số nhân chồi mía 17 Hình 3.17 Ảnh nhân chồi của các giống với mật độ 5 chồi/ cụm 54
v Ảnh hưởng của BAP đến quá trình kéo dài chồi của các 18 Hình 3.18 56 giống mía Ảnh hưởng của nồng độ NAA đến quá trình hình thành 19 Hình 3.19 59 rễ sau 2 tuần nuôi cấy Biểu đồ ảnh hưởng của NAA và hàm lượng đường 20 Hình 3.20 59 khác nhau đến sự hình thành rễ của các giống mía 29 Hình 3.21 Bình nuôi cấy ra rễ mật độ 30 cây/bình 62 Nghiên cứu ảnh hưởng của các chất đến sinh trưởng và 30 Hình 3.22 64 phát triển của cây sau cấy mô ở ngoài vườn ươm
vi MỤC LỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................... i DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................ii DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. iv MỤC LỤC ...................................................................................................................... vi MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1 1. Đ t vấn đề ................................................................................................................ 1 2. Mục tiêu ................................................................................................................... 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu .............................................. 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...................................................................... 4 1.1. Đ c điểm sinh học, phân loại và di truyền học của cây mía Saccharum officinarum liên quan đến quá trình nhân giống.......................................................... 4 1.1.1. Nguồn gốc ..................................................................................................... 4 1.1.2. Phân loại ........................................................................................................ 4 1.1.3. Đ c điểm di truyền nhiễm sắc thể ở mía và quá trình nhân giống ................ 5 1.1.4. Vấn đề sâu bệnh ở mía .................................................................................. 6 1.2. Vai trò của giống mía và cơ cấu giống đối với sản xuất ...................................... 7 1.3. Tình hình sản xuất mía đường trên thế giới và nước ta ........................................ 8 1.3.1.Tình hình sản xuất mía đường trên thế giới ................................................... 8 1.3.2.Tình hình sản xuất mía đường trong nước ................................................... 10 1.3.3. Những nguyên nhân, tồn tại của ngành mía đường hiện nay ...................... 12 1.3.4. Tình hình hình sâu bệnh hại chính .............................................................. 12 1.4. Những vấn đề đại cương về công nghệ cấy mô mía .......................................... 14 1.4.1. Các phương pháp tạo giống sạch bệnh cơ bản dựa trên kỹ thuật cấy mô ........ 14 1.4.2. Công nghệ tế bào hiệu quả cao trong phục tráng giống, tạo giống sạch bệnh và nhân giống nhanh. .................................................................................... 14 1.4.2.1. Phương pháp nuôi cấy chồi đỉnh .......................................................... 14 1.4.2.2. Phương pháp nuôi cấy mô lá non ở chồi đỉnh. ..................................... 15 1.4.2.3. Phương pháp nhân giống mía thông qua nuôi cấy mô sẹo. .................. 16 1.4.3. Các hướng nghiên cứu cải thiện công nghệ vi nhân giống thực vật ........... 17 1.4.4. Thành tựu nhân nhanh giống bằng cấy mô qui mô công nghiệp ................ 17 1.4.4.1. Nhân giống nhanh bằng cấy mô rút ngắn thời gian chọn giống và nhanh chóng đưa các giống mới chọn tạo vào sản xuất lớn, đại trà .................. 17
vii 1.4.4.2. Nhân giống nhanh bằng cấy mô phục tráng giống tốt và bảo đảm sạch bệnh ................................................................................................... 18 1.4.4.3. Nghiên cứu chuyển gen ở mía .............................................................. 19 1.4.5. Bảo quản quỹ gen giống mía in vitro .......................................................... 19 1.4.5.1. Các trung tâm bảo quản quỹ gen .......................................................... 19 1.4.5.2. Bảo quản tập đoàn mía in vitro ............................................................ 19 1.5. Công nghệ nhân giống mía bằng cấy mô và vấn đề nguyên liệu của công nghiệp mía đường ...................................................................................................... 20 CHƢƠNG 2: ĐỐI TƢỢNG, VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................................................. 23 2.1. Đối tượng, vật liệu, địa điểm nghiên cứu ........................................................... 23 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu .................................................................................. 23 2.1.2. Vật liệu nghiên cứu ..................................................................................... 23 2.1.3. Địa điểm nghiên cứu ................................................................................... 23 2.2. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 23 2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 24 2.3.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm .................................................................... 24 2.3.1.1. Phương pháp sàng lọc cây mía nhiễm bệnh ......................................... 24 2.3.1.2. Chọn mẫu và xử lý mẫu đưa vào nuôi cấy mô ..................................... 28 2.3.1.6.Môi trường, điều kiện nuôi cấy ............................................................ 31 2.3.2. Các chỉ tiêu theo dõi .................................................................................... 31 2.4. Phương pháp theo dõi và xử lý số liệu .............................................................. 31 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 32 3.1. Nghiên cứu ch n đoán một số bệnh dịch hại mía bằng kỹ thuật PCR phục vụ cho phát hiện bệnh và nguồn gen nhiễm bệnh chồi cỏ mía, trắng lá mía .......... 32 3.1.1. Ch n đoán bệnh do phytoplasma ................................................................. 32 3.1.2. Ch n đoán bệnh chồi cỏ .............................................................................. 32 3.1.3. Ch n đoán bệnh trắng lá .............................................................................. 38 3.2. Tạo nguồn vật liệu ban đầu Chồi cấp I từ nuôi cấy đỉnh sinh trưởng và chồi nách .................................................................................................................... 43 3.2.1. Khử trùng vật liệu ........................................................................................ 43 3.2.2. Phản ứng của các giống mía khác nhau trên môi trường khởi tạo .............. 43 3.3. Nhân nhanh các giống mía trên các môi trường nhân chồi khác nhau............... 45 3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ BAP lên hệ số nhân chồi ...... 46
viii 3.3.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của Kinetin phối hợp với BAP lên hệ số nhân chồi ........................................................................................................................ 47 3.3.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của trạng thái môi trường đến quá trình hình thành chồi của các giống mía sau 4 tuần. .............................................................. 49 3.3.4. Nghiên cứu tương tác của các chồi trong cùng một cụm chồi đối với sinh trưởng và đẻ nhánh của chồi nuôi cấy. .......................................................... 53 3.4. Nghiên cứu cải thiện môi trường tạo rễ và cây mía hoàn chỉnh ......................... 54 3.4.1. Nghiên cứu vai trò của môi trường kéo dài chồi hay còn gọi là môi trường tiền ra rễ đối với nhân giống mía. .............................................................. 54 3.4.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của NAA ở các nồng độ khác nhau lên quá trình ra rễ của 04 giống LS1, LS2, MY5514, QĐ93159 ....................................... 57 3.4.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ nuôi cấy đối với sự ra rễ ...................... 60 3.7. Tóm tắt Sơ đồ quy trình công nghệ nhân nhanh giống mía ............................... 65 CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .................................................................. 66 4.1. Kết luận............................................................................................................... 66 4.2. Đề nghị: Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể được ứng dụng triển khai vào nhân nhanh giống mía in vitro để cung cấp giống mía mới, sạch bệnh cho các vùng nguyên liệu mía trong nước. ...................................................................... 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 67 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN .............. 76
1 MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Theo Cục Trồng trọt (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn), những năm gần đây giá đường và giá mía đều giảm. Điển hình như vụ ép 2014-2015, giá thu mua mía 10 chữ đường (CCS) tại ruộng chỉ từ 750.000 đồng đến 900.000 đồng/tấn, giảm so với vụ trước từ 100.000 đồng đến 150.000 đồng/tấn. Các địa phương và doanh nghiệp sản xuất, kinh doanh mía đường đã xây dựng nhiều chính sách hỗ trợ người trồng mía, nhưng do giá mía thấp dẫn đến diện tích mía năm 2014 đã giảm 4.100 ha. Diện tích mía nguyên liệu được ký hợp đồng đầu tư tiêu thụ sản ph m với các đơn vị sản xuất chế biến và kinh doanh đường vụ ép vừa qua đạt 255.891 ha, giảm 10.943 ha so với vụ ép trước. Định hướng đến năm 2015 sẽ phát triển ổn định diện tích mía cả nước 300 nghìn ha, đưa năng suất bình quân lên 65 tấn/ha, sản lượng mía nguyên liệu 17,2 triệu tấn; sản lượng đường 1,75 triệu tấn, đáp ứng đủ nguyên liệu trong nước và có thể dư thừa để xuất kh u. Để duy trì và thúc đ y tăng sản lượng mía, từ nhiều năm nay, Cục Trồng trọt, Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn đã xác định được 4 nhân tố quan trọng: giống mía, phòng trừ sâu bệnh, tưới tiêu, cơ giới hoá canh tác, trong đó giống mía được đ t lên hàng đầu. Việc ứng dụng công nghệ tế bào trong chọn tạo và nhân giống đã được áp dụng rộng rãi trên quy mô toàn cầu từ nhiều năm nay do các ưu việt của công nghệ này: a Công nghệ tế bào nhân giống bảo đảm an toàn trong nhập nội giống không mang theo nguồn bệnh. Nhiều giống mía nhập nội đã bị nhiễm các bệnh nấm, vi khu n, virus, trứng các loài sâu thậm chí chưa hề có ở nước ta theo ngọn giống, dẫn đến thoái hoá giống, giảm năng suất và tăng chi phí thuốc phòng trừ sâu bệnh. Do vậy, việc nhập nội giống dứt khoát phải qua kiểm dịch và ch n đoán bệnh để loại trừ khả năng đưa các bệnh mới về nước. Nhập nội thông qua giống nuôi cấy mô sạch bệnh là biện pháp an toàn trong cung cấp giống sạch bệnh.
2 b Công nghệ tế bào làm sạch bệnh, phục tráng, trẻ hoá, tăng năng suất mía một cách đáng kể. Giống qua cấy mô có năng suất tăng lên 10 - 30 % so với giống trồng bằng ngọn chưa qua cấy mô kinh nghiệm của Trung quốc, Ấn độ, Đài loan, Israel, Pháp... . Giống mía mới nhân bằng cấy mô sạch bệnh dịch được coi là vật liệu thiết yếu trong hệ thống giống của công nghiệp mía đường ở nhiều nước trên thế giới. Nhiều nước và vùng lãnh thổ như Trung Quốc, Ấn Độ, Đài Loan, Israel, Pháp, Australia... đều sử dụng công nghệ nuôi cấy mô như một mắt xích ổn định, an toàn trong cung cấp giống sạch bệnh, giảm chi phí thuốc hoá học, tăng năng suất và giảm chi phí sản xuất. Do vậy, việc ch n đoán bệnh và nghiên cứu nhân nhanh các giống mía mới bằng phương pháp nuôi cấy mô phục vụ cho sản xuất mía đường ở Việt Nam là một đòi hỏi hết sức bức bách của sản xuất. Chính vì thế tôi đã tiến hành đề tài: “Nghiên cứu quy trình nhân nhanh một số giống mía mới bằng công nghệ nuôi cấy mô tế bào”. Đề tài đã góp phần xây dựng phương pháp ch n đoán 2 bệnh dịch nguy hiểm ở mía bệnh chồi cỏ mía và bệnh trắng lá mía ; đồng thời tham gia xây dựng quy trình nhân nhanh và phục tráng 4 giống mía ưu tú cho sản xuất. 2. Mục tiêu Thông qua các quy trình ch n đoán bệnh dịch và nhân nhanh 4 giống mía sạch bệnh, chất lượng cao, cung cấp giống an toàn cho các vùng trồng mía nguyên liệu trọng điểm. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài nghiên cứu 3.1. Ý nghĩa khoa học: Đề tài đã góp phần xây dựng quy trình kiểm tra 2 bệnh dịch bệnh chồi cỏ mía và bệnh trắng lá mía . Các chủng bệnh chồi cỏ và trắng lá mía do chúng tôi phát hiện ở Nghệ An chồi cỏ và Tây Ninh Trắng lá có trình tự giống với các chủng của Thái Lan và khác biệt với các chủng đã được các tác giả khác phát hiện trong nước. Đề tài
3 góp phần xây dựng quy trình kỹ thuật phục tráng, nhân nhanh 4 giống mía sạch bệnh bằng Công nghệ nuôi cấy mô. Kết quả nghiên cứu có thể làm tài liệu tham khảo có giá trị cho việc giảng dạy và nghiên cứu khoa học về bệnh Phytoplasmas ở mía và các phương pháp phục tráng, nhân giống mía và nhập nội giống mía mới. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng và ứng dụng được phương pháp PCR lồng Nested PCR trong kiểm tra bệnh dịch và chọn giống sạch bệnh Phytoplasma ở các giống mía. Phục tráng các giống đang trồng phổ biến trong sản xuất nhưng đã bị nhiễm bệnh ho c bị thoái hóa qua quá trình nhân giống vô tính lâu dài bằng hom. Tạo nguồn vật liệu sạch bệnh từ 4 giống mía ưu tú cho vùng nguyên liệu mía đường ở khu vực Miền Bắc và miềm Nam thông qua hệ thống giống sạch bệnh.
4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Đặc điểm sinh học, phân loại và di truyền học của cây mía Saccharum officinarum liên quan đến quá trình nhân giống 1.1.1. Nguồn gốc Trong tác ph m “Nguồn gốc của cây trồng” De Camdelle viết: “Cây mía được trồng đầu tiên ở vùng Đông Nam Á, rồi từ đó qua châu Phi và châu Mỹ” (de Candolle A. (1884). Theo Sharpe and Peter 1998 , mía là cây bản địa ở vùng nhiệt đới Đông Nam Á và Nam Á. Các loài mía khác nhau có thể đã phát sinh ở các vùng khác nhau, Saccharum barberi có nguồn gốc ở Ấn Độ, loài S. edule and S. officinarum ở New Guinea [59]. Theo "Giáo trình cây mía" của Vụ Đào tạo Bộ Giáo dục Cuba 1963 cho biết một tác ph m của Trung Quốc thế kỷ II trước công nguyên Dr. Bretschneider và một tác ph m Trung Quôc khác thế kỷ IV mô tả cây mía như sau: "Cây Kan-che (kan là ngọt, che là tre; Kan-che là cây tre ngọt sinh trưởng ở Cochinchina vùng Nam Bộ Việt Nam có đường kính lớn vài pul 1 pul = 2,5 cm , trông giống cây tre và rất ngọt. Nước lấy ra từ thân cây đem phơi nắng sau vài ba ngày sẽ chuyển thành đường". Tác giả Lý Văn Ni Đài đường thông tin ngày 2/8/1976 viết: "Cây mía và nghề chế biến đường cổ xưa ở Trung Quốc đã được du nhập từ Giao Chỉ Việt Nam ". Theo tác giả Trịnh Khương Đề tài 18B.02.05, 1991 , cây mía và đường thủ công của ta đã từng được sử dụng làm cống ph m cho các triều đình phong kiến phương Bắc từ năm 206 trước công nguyên thời Hán Cao Đế và cũng là m t hàng khuyến khích xuất kh u được miễn thuế của triều đình các chúa Nguyễn sau này. 1.1.2. Phân loại Các loài mía thuộc ngành thực vật hạt kín Magnoliophyta , lớp một lá mầm Monocotyledneae , họ Gramineae, chi Saccharum, tên khoa học thường gọi cây mía là Saccharum officinarum Linn. Theo Brandes (1958)[21], chi Saccharum bao gồm 6 loài chính: - Saccharum officinarum phân bố rộng rãi ở khắp các vùng trồng mía trên thế giới. - S. sinense chủ yếu trồng ở Trung Quốc. - S.barberi được trồng ở Bắc Ấn Độ. S. edule trồng ở Tân Ghinê và Melaneum.
5 - Hai loài hoang dại là: S. robustum và S. spontaneum. Các giống mía hiện nay đều là con lai phức tạp với những đ c tính tổng hợp từ các loài mía trồng và mía dại khác nhau dưới đây: - S. officinarum. - S. barberi - mía Ấn Độ - S. sinense - mía Trung Quốc Hai loài mía dại: - S. spontaneum - S. robustum. Các gen tích luỹ đường có nguồn gốc từ S. officinarum, S. Barbari và S. Sinense. Loài dại S. spontaneum tham gia các tổ hợp lai với các gen chống chịu bệnh và điều kiện môi trường khắc nghiệt, gen tiềm năng năng suất cao với sinh khối lớn. 1.1.3. Đặc điểm di truyền nhiễm sắc thể ở mía và quá trình nhân giống Mía là cây công nghiệp có số lượng nhiễm sắc thể cũng như sự biến động di truyền nhiễm sắc thể rất lớn. Nghiên cứu tế bào cho thấy kích thước nhiễm sắc thể ở mía thường nhỏ, nhưng số lượng nhiễm sắc thể rất lớn và rất biến động, dễ thay đổi. Theo Bremer[24-25], tất cả những loài mía đều là thể đa bội polyploide . Ông chỉ ra rằng bộ nhiễm sắc thể của S.officinarum là 2n = 80, các giá trị khác của bộ nhiễm sắc thể có được là do lai tạo giữa các giống của S.officinarum với những giống của các loài mía khác nhau. Bremer đưa ra giả thiết rằng có thể có 3 loại genom cơ bản ở mía x=8, x=6 và x=10. Hầu hết ở các loài Saccharum, các giống và các dòng mía hiện nay đều là các dạng đa bội thể và lệch bội thể của số lượng nhiễm sắc thể cơ bản này. Ví dụ 2n=16x=128,v.v... Nói chung ở mía có sự biến dị rất lớn về số lượng nhiễm sắc thể, thấp nhất là 2n=40. Sự biến động số lượng nhiễm sắc thể ở mía thường do ba nguyên nhân. 1. Do lai giữa các loài 2. Do một số dòng có tần số biến dị số lượng nhiễm sắc thể lớn trong quá trình phân bào giảm nhiễm.
6 3. Do biến dị tế bào soma xảy ra trong quá trình nhân giống vô tính ở mía [38-39]. Các loại mía trồng và mía dại nói chung có 2 khả năng nhân giống: nhân giống hữu tính bằng hạt và nhân vô tính, các đ c tính nhân giống này ở mía có liên quan mật thiết với di truyền nhiễm sắc thể. Nhân giống hữu tính cho phép lai chéo giữa các loài, tạo ra con lai, nhân vô tính, trong đó có nhân giống bằng cấy mô bảo tồn các đ c tính sau lai. Phương pháp nhân giống phụ thuộc rất nhiều vào đ c tính của hệ gen. Các giống có số lượng nhiễm sắc thể lớn, lẻ và có mức bội thể lẻ như cây mía thường phải duy trì bằng phương pháp nhân giống vô tính do những rối loạn trong phân bào giảm nhiễm. 1.1.4. Vấn đề sâu bệnh ở mía Theo thông báo của FAO gần đây 1993 hàng năm thiệt hại do sâu bệnh gây ra với cây mía khá lớn, có khi tới 45% sản lượng. Theo kết quả điều tra của ngành mía đường cho thấy: chỉ riêng sâu bệnh hại mía đã làm giảm sản lượng đến 20% . Mía bị nhiễm nhiều bệnh hại khác nhau, gây ra bởi khoảng 100 loài nấm bệnh, 10 loài vi khu n, 10 loài virus và khoảng 50 loài tuyến trùng khác nhau trên toàn thế giới. Các loài virus hại mía chủ yếu là virus mía lùn Sugarcane dwarf virus), Virus Sọc Trắng Chlorotic streak virus , Virus gây bệnh Fiji Sugarcane Fiji disease virus), Bệnh Khảm mía Sugarcane mosaic virus , Virus Sọc Ngô Maize streak virus, chủng gây bệnh ở mía . Các bệnh tương tự virus do Phytoplasma gây ra gồm: Bệnh Chồi Cỏ Mía (Sugarcane Grassy Shoot Phytoplasma ; Bệnh Bạc lá mía Leaf Chlorosis ; Bệnh trắng lá (White leaf disease - WLD); bệnh Vàng lá mía (Sugarcane yellow leaf phytoplasma - SCYLP) (Ajay et al., 2012; )[14], [17], [44-45]; Bệnh Bật mầm sớm Early Bud Sprouting , Bệnh Lùn đốt RSD- Ratoon stunting disease) do clavibacter xyli subsp. xyli (Cxx) gây ra[58], [64]. Dựa vào tác nhân gây bệnh có thể chia làm 5 loại chính như sau: Bệnh do nấm. Bệnh do vi khu n. Bệnh do virus. Bệnh do sâu bọ và tuyến trùng. Bệnh do các tác nhân khác.
7 Các loại bệnh do virus và tác nhân tương tự virus gây ra rất nguy hiểm, chúng lây lan nhanh, bệnh truyền theo cây giống nhân vô tính từ thế hệ này sang thế hệ khác . Bệnh virus và tương tự virus là nguyên nhân chủ yếu gây thoái hóa giống và là bệnh dịch khó kiểm soát nhất ở mía [35], [64], [91]. Bệnh Chồi cỏ mía Sugarcane Grassy Shoot Disease -SCGS là một trong các bệnh nguy hại nhất ở mía, mức thiệt hại từ 5 đến 20% năng suất mía trồng năm đầu và sẽ tăng rất nhanh ở năm sau ratoon crops . Bệnh SCGS đã gây thiệt hại 100 % sản lượng ở một số vùng Đông Nam Á và Ấn Độ [57], [63-64], [73]. Các loại nấm gây bệnh ở mía như Ustilago scitaminea và các loại vi khu n như Xanthomonas albilineans có thể loại trừ bằng xử lý đốt mía có chồi ngủ bằng nước nóng. Nhưng để loại trừ các bệnh do virus ở mía như bệnh virus khảm lá mía SCMV - Sugarcane Mosaic Potyvirus , bệnh Fiji, bệnh sọc lá Sugarcane Streak Virus … người ta phải dùng biện pháp nuôi cấy mô phân sinh ho c mô sẹo, ho c kết hợp xử lý nhiệt với nuôi cấy mô phân sinh [67]. Nhân giống truyền thống thường kèm theo vấn đề sâu bệnh, ví dụ như bệnh SCMV Sugarcane cumcumber mosaic virus , bệnh than. Ở Louisiana Mỹ, 2 bệnh này rất khó kiểm soát. Do vậy, họ luôn luôn cần đến vi nhân giống để cung cấp nguồn giống sạch bệnh [96]. Gần đây, các nước châu Á trong số 10 nước trồng mía hàng đầu thế giới (Ấn Độ, Thái Lan, Pakistan, Trung Quốc đều tăng cường ứng dụng công nghệ vi nhân giống mía do tình trạng bệnh dịch mía lan tràn [46], [61], [84], [90]. Tóm lai, đối với mía là cây sinh sản vô tính, các bệnh truyền nhiễm có thể lây lan dễ dàng theo ngọn, nhất là bệnh do virus. Do vậy, biện pháp nhân giống bằng cấy mô cần được áp dụng phổ biến để loại trừ nhiều bệnh nguy hiểm ở mía và bảo quản nguồn gen khỏi lây bệnh bởi các vectơ truyền bệnh trong tự nhiên. 1.2. Vai trò của giống mía và cơ cấu giống đối với sản xuất Theo cam kết mở cửa trong ASEAN, đến năm 2018, Việt Nam sẽ phải hoàn toàn xóa bỏ hạn ngạch thuế quan từ ASEAN, và thuế nhập kh u sẽ giảm từ 80% xuống còn 5%. Khi đó, đường nhập kh u Thái Lan sẽ cạnh tranh và có ảnh hưởng lớn tới thị trường đường trong nước. Theo Cục trồng trọt, Bộ NNPTNT, giá mía nguyên
8 liệu chiếm từ 70-80% giá thành sản xuất đường nhưng giá mua mía nguyên liệu của Việt Nam thường đắt hơn Thái Lan từ 200.000 đến 300.000 đồng/tấn. Trong sản xuất mía, giống mía giữ một vai trò hết sức quan trọng, là biện pháp hàng đầu trong hệ thống kỹ thuật thâm canh tăng năng suất. Một giống mía tốt thể hiện ở năng suất cây và hàm lượng đường cao, chống chịu những điều kiện bất lợi của tự nhiên sâu, bệnh, khô hạn, ngập úng... . Do tập quán nhân giống vô tính bằng ngọn, dễ truyền bệnh từ thế hệ này sang thế hệ khác, một vài giống mía tốt qua quá trình canh tác lâu dài đã bị thoái hoá và giảm năng suất. Trong khi năng suất mía ở các nước đạt rất cao. Nhiều giống mía cho năng suất trung bình trên 100 tấn/ ha trên quy mô lớn, năng suất cao có thể đạt 300 tấn/ha; năng suất tiềm năng lên đến 400 tấn/ha[81]. Các giống mía ROC của Đài Loan, các giống Quế đường của Trung Quốc, các giống H62-4671, H50-7209 của Hawai, và các giống K84-69, K84-200, K82-83, K88- 92... của Thái Lan là những giống mới có năng suất và hàm lượng đường cao, thích ứng rộng, hơn hẳn so với hầu hết các giống Việt Nam. Do vậy, việc nhập và chọn lọc các giống mía mới từ nước ngoài và áp dụng các biện pháp nhân giống nhanh, an toàn sâu bệnh là cấp bách đối với sản xuất. Công tác giống mía bao gồm: - Chọn và nhân nhanh những bộ giống mía thích hợp cho các vùng sinh thái khác nhau, ví dụ, chọn giống chịu hạn cho vùng miền Đông Nam Bộ, chịu úng phèn cho vùng Tây Nam Bộ, chọn giống chịu thâm canh cho các vùng đất tốt. - Chọn cơ cấu giống mía phù hợp: Đối với từng vùng sản xuất bao giờ cũng cần những nhóm giống: chín sớm, chín trung bình, chín muộn và cơ cấu giống thích ứng theo từng thời vụ. - Xây dựng hệ thống nhân giống sạch bệnh dựa trên công nghệ chân đoán bệnh và công nghệ nuôi cấy mô tế bào. 1.3. Tình hình sản xuất mía đƣờng trên thế giới và nƣớc ta 1.3.1.Tình hình sản xuất mía đường trên thế giới Sản lượng mía toàn cầu niên vụ 2013- 2014 đạt 1.877 triệu tấn . Brazil dẫn đầu thế giới trong sản xuất mía đường với sản lượng năm 2013 đạt 739,267 triệu tấn. Ấn