nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ nhằm tạo các dòng cà chua chịu nhiệt cho năng suất cao từ nguồn nguyên liệu của cuba và việt nam nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất

Nguyễn Thị Phương Đoài Sử dụng các phương pháp sinh học phân tử để sàng lọc đột biến và phân biệt dòng đột biến với giống gốc, đánh giá khả năng chịu nhiệt, báo cáo tổng kết đề tài Sử dụ

VIỆN DI TRUYỀN NÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CHIẾU XẠ

NHẰM TẠO CÁC DÒNG CÀ CHUA CHỊU NHIỆT

CHO NĂNG SUẤT CAO TỪ NGUỒN NGUYÊN LIỆU

CỦA CUBA VÀ VIỆT NAM NHẰM ĐÁP ỨNG

NHU CẦU SẢN XUẤT

CNĐT: ĐÀO THỊ THANH BẰNG

8899

HÀ NỘI – 2011

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP

VIỆT NAM VIỆN DI TRUYỀN NÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Hà nội, ngày tháng năm 2011

BÁO CÁO THỐNG KÊ KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐỀ TÀI

I THÔNG TIN CHUNG

1 Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ nhằm tạo ra các dòng cà chua chịu nhiệt

cho năng suất cao từ nguồn vật liệu của CuBa và Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu sản

xuất

Thuộc chương trình: Nghị định thư

2 Chủ nhiệm đề tài:

Họ và tên: Đào Thị Thanh Bằng

Năm sinh: 31-10-1960 Nam/Nữ: Nữ

Học hàm, học vị: Thạc sỹ di truyền chọn giống (Việt nam): 1997 Thạc sỹ Công nghệ sinh học (Hà lan): 2000

Chức danh khoa học: Nghiên cứu viên chính

Chức vụ: Phó Bộ môn Kỹ thuật Di truyền, Viện Di truyền Nông nghiệp

Điện thoại cơ quan: 37540764

Điện thoại nhà riêng: 37561583; Điện thoại di động: 0983311060

Email: daothithanhbang60@yahoo.com

Tên tổ chức đang công tác : Viện Di truyền Nông nghiệp

Địa chỉ tổ chức: Đường Phạm Văn Đồng, Từ liêm-Hà nội

Địa chỉ nhà riêng: P401, A14-Nghĩa tân-Cầu giấy-Hà nội

3 Tổ chức chủ trì đề tài

Cơ quan chủ trì: Viện Di truyền nông nghiệp

Địa chỉ: Đường Phạm Văn Đồng, Từ liêm-Hà nội

Ngân hàng : Kho bạc Nhà nước Từ Liêm – Hà Nội

Cơ quan chủ quản:

Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Bộ Nông nghiệp và PTNT

STT Thời gian Kinh phí Thời gian Kinh phí

Số đề nghị quyết toán

Lý do thay đổi (nếu có):

3 Các văn bản hành chính trong quá trình thực hiện đề tài

TT Số, thời gian ban hành

văn bản

Số 4276/BNN-KHCN, Về việc bổ sung đề tài hợp tác Bộ Khoa học Công

ngày 20/08/2007 quốc tế nghị định thư với CuBa

Số 2528/QĐ-BKHCN,

ngày 31/10/2007 Quyết định về việc thành lập hội đồng khoa học và công nghệ cấp

Nhà nước thẩm định chuyên ngành xem xét nhiệm vụ nghiên cứu khoa học và công nghệ theo Nghị định thư năm 2008

Bộ Khoa học Công nghệ ban hành

Số 355/QĐ-BKHCN, ngày

10/03/2008 Quyết định về việc phê duyệt các nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa

học và công nghệ theo nghị định thư bắt đầu thực hiện từ năm 2008

Bộ Khoa học Công nghệ ban hành

Số 21-2008/HĐ-NĐT ngày

19/05/2008

Hợp đồng thực hiện nhiệm vụ hợp tác quốc tế về khoa học và công nghệ theo nghị định thư

Bộ Khoa học Công nghệ ban hành

Bộ Nông nghiệp và PTNT ban hành

Số 2755/BKHCN-CNN

ngày 8/11/2010

Gia hạn thời gian thực hiện đề tài hợp tác nghiên cứu theo nghị định thư Việt Nam-CuBa

Bộ Khoa học và Công nghệ ban hành

4 Tên tổ chức phối hợp thực hiện đề tài:

STT Tên tổ chức đăng

ký theo thuyết minh

Tên tổ chức đã tham gia thực hiện

Nội dung tham gia chủ yếu

Sản phẩm chủ yếu đạt được

Ghi chú

1 Viện nghiên cứu

Rau, quả

Trung tâm Môi trường Nông nghiệp nay là Viện

Môi trường nông nghiệp

Khảo nghiệm dòng chịu nhiệt

để chọn làm vật liệu chiếu xạ

Trồng và đánh giá thế hệ M1

Chọn được một

số dòng phục vụ chiếu xạ

Thực hiện các thí nghiệm đồng ruộng các thế hệ M2-M6

Chọn được 4 dòng đột biến

có đặc tính nông học tốt có khả năng chịu nhiệt

Yên

-Công ty TNHH một thành viên và dịch vụ Nông nghiệp Hà Nội

Trồng thử nghiệm một số dòng cà chua triển vọng

5 Cá nhân tham gia thực hiện đề tài

Xây dựng qui trình gây đột biến invivo và invitro ở cà chua, báo cáo tổng kết đề tài

Xây dựng qui trình gây đột biến invivo và invitro ở cà chua

2 ThS Nguyễn Thị

Phương Đoài

ThS Nguyễn Thị Phương Đoài

Sử dụng các phương pháp sinh học phân tử để sàng lọc đột biến và phân biệt dòng đột biến với giống gốc, đánh giá khả năng chịu nhiệt, báo cáo tổng kết đề tài

Sử dụng chỉ thị phân tử RAPD để phân biệt dòng đột biến thế hệ M6 với giống gốc của các dòng cà chua Carucha, Delmay và Maybel Đánh giá khả năng chịu nhiệt của các dòng cà chua chiếu xạ in-vitro thế hệ M2-M3 bằng máy đo độ dẫn điện (EC-electrical conductivity)

3 TS Đặng Trọng

Lương

ThS Nguyễn Thị Hồng Nhung

Nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ đến khả năng tái sinh cây hoàn chỉnh từ callus, Sử dụng

kỹ thuật Elisa đánh giá khả năng chống bệnh héo xanh do vi khuẩn, Đánh giá khả năng chịu nhiệt

Sử dụng chỉ thị phân tử SSR để sàng lọc và phân biệt dòng đột biến với giống gốc từ thế hệ M2-M3 của các dòng

cà chua Carucha, Delmay và Maybel, Domi, Inca9-1 Sử dụng kỹ thuật Elisa để đánh giá khả năng chống bệnh héo xanh

do vi khuẩn của các dòng cà chua triển vọng thế hệ M3 Đánh giá khả năng chịu nhiệt của các dòng cà chua chiếu xạ in-vivo thế hệ

M2-M3 bằng máy đo

độ dẫn điện electrical conductivity)

(EC-4 TS Phạm Xuân

Hội

KS Nguyễn Phạm Hùng

Nghiên cứu ảnh hưởng của chiếu xạ hạt khô đến

sự sinh trưởng và phát triển của cây cà chua qua các thế hệ M1, M2, M3 Đánh giá, chọn lọc biến dị ở cây cà chua chiếu xạ in-vivo và in-vitro

Đã sử dụng nguồn 60Co

để chiếu xạ hạt khô với các liều chiếu 3; 5; 7;10;15; 20Krad Kết quả thu được cho thấy liều chiếu xạ thích hợp đối với các giống cà chua Carucha, Maybel, Delmay, Inca9-1, Domi

là 5-10Krad Liều gây chết 50% (LD50) là 15Krad Đã đánh giá sinh trưởng và phát triển của các dòng cà chua chiếu xạ qua các thế hệ M2, M3, M4 Chọn được các dòng cà chua triển vọng ở các liều chiếu xạ khác nhau, Carucha và Del may ở liều chiếu 10Krad, Maybel ở liều chiếu 5Krad

5 CN Lê Thanh

Nhuận

CN Lê Thanh Nhuận

Khảo sát nguồn vật liệu trước khi chiếu xạ

Khảo sát các giống cà chua của Cu Ba, Mexico, Việt Nam Thu được các giống cà chua Carucha, Maybel, Delmay, Inca 9-1, Domi có đặc điểm sinh trưởng và phát triển phù hợp với điều kiện Việt Nam

6 ThS Khuất Hữu

Trung

CN Nguyễn Văn Phương

Phân tích phẩm chất, chất lượng (lượng chất khô hòa tan, độ Brix,

pH, hàm lượng vitamin C ) của các dòng cà chua đột biến

Đã đánh giá các chỉ tiêu phẩm chất, chất lượng: độ Brix, hàm lượng vitaminC, lượng chất khô hòa tan… của các dòng cà chua đột biến từ thế hệ M3

7 CN Lê Thị Liễu CN Lê Thị Liễu Nghiên cứu hoàn thiện

môi trường nuôi cấy vitro cây cà chua, Ảnh

hưởng của chiếu xạ

in-Đã xây dựng được hệ thống môi trường nuôi cấy In-vitro phù hợp cho từng giai đoạn phát

vitro đến khả năng tái

sinh cây hoàn chỉnh từ callus Đánh giá khả năng sinh trưởng và phát

triển của cây in-vitro thế

hệ M2-M5

triển của cây cà chua Xác định liều chiếu xạ thích hợp đối với callus

cà chua là 0,5-2,0Krad, Liều gây chết 50% (LD50) là 2,5Krad Đã đánh giá sinh trưởng và phát triển của các dòng

cà chua chiếu xạ qua các thế hệ M2, M3 Chọn được 01 dòng cà chua triển vọng Maybel

ở liều chiếu 2 Krad

6 Tình hình hợp tác quốc tế

STT Theo kế hoạch

(Nội dung, thời gian, kinh phí, địa

điểm, tên tổ chức hợp tác, số đoàn,

số lượng người tham gia….)

I Đoàn ra: (đi học tập, hợp tác

trao đổi kết quả nghiên cứu tại

Viện khoa học Nông nghiệp

Quốc gia CuBa)

Đoàn ra: (đi học tập, hợp tác trao

đổi kết quả nghiên cứu tại Viện khoa học Nông nghiệp Quốc gia CuBa)

II Đoàn vào: (chuyên gia từ

CuBa vào công tác tại Việt

Nam)

Đoàn vào: (chuyên gia từ CuBa

vào công tác tại Việt Nam)

Năm thứ nhất (01 đoàn): 1

người x 6 ngày = 48.000.000đ

Năm thứ nhất (01 đoàn): 1 người x

10 ngày = 48.000.000đ Năm thứ ba (01 đoàn): 1 người

chịu nhiệt cho năng suất cao từ

nguồn vật liệu của CuBa và Việt

Nam nhằm đáp ứng nhu cầu sản

Thời gian: 1 ngày, ngày 6 tháng 1

Thời gian: 1 ngày

Kinh phí: 8.000.000đ năm 2011 tại Viện Di truyền Nông nghiệp và thăm ruộng thí nghiệm tại

Đặng Xá, Gia Lâm, Hà Nội

Kinh phí: 8.000.000đ

8 Tóm tắt các nội dung, công việc chủ yếu

Thời gian (bắt đầu - kết thúc)

TT Các nội dung, công việc chủ yếu(Các mốc đánh giá chủ yếu)

Theo kế hoạch

Thực tế đạt được

Người, cơ quan thực

hiện

1 Khảo sát các giống cà chua của

Cu Ba trong điều kiện Việt

Nam, khảo sát một số giống cà

chua địa phương có chất lượng

tốt trong điều kiện Xuân muộn

và Hè Thu để đánh giá tính chịu

nhiệt

6/2008 1/2008-6/2008 Lê Thanh Nhuận và cs, Viện DTNN

1/2008-2 Nghiên cứu chiếu xạ hạt giống

cà chua ở các liều 3, 5, 7, 10,

15, 20 và 25 Kr, theo dõi sự

xuất hiện biến dị ở thế hệ M1

12/2008 12/2008 7/2008- Đào Thanh Bằng, Lê Thanh Nhuận, Nguyễn

7/2008-Phạm Hùng, Viện DTNN

3 Nghiên cứu chiếu xạ in vitro:

Đưa mẫu vào môi trường tạo

callus, chiếu xạ callus (liều 1, 2,

3, 5, 7 và 10 Kr), tái sinh, nhân

chồi để có số lượng cây cà chua

đột biến lớn, cho vào môi

4 Theo dõi, đánh giá sự xuất hiện

biến dị ở thế hệ M1 của chiếu xạ

in vitro

1/2009 6/2009

1/2009 6/2009 Đào Thanh Bằng, Lê Thanh Nhuận, Nguyễn

Phạm Hùng và cs, Viện DTNN

5 Theo dõi, đánh giá sự xuất hiện

biến dị ở thế hệ M2 của chiếu xạ

in vivo

6/2009

6/2009

1/2009-Đào Thanh Bằng, Nguyễn Văn Phương và

Viện DTNN

7 Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật

elisa để đánh giá khả năng

chống bệnh héo xanh của dòng

1-12/2010

1/2010-12/2010 Nguyễn Thị Nhung, Nguyễn Thị Hồng

Phương Đoài và cs,

đột biến chịu nhiệt Viện DTNN

8 Nghiên cứu đánh giá tính chịu

nhiệt và khả năng chống bệnh

héo xanh, các chỉ tiêu sinh

trưởng, phát triển và các yếu tố

cấu thành năng suất của dòng

đột biến

1-12/2010

1/2010-12/2010 Đào Thanh Bằng, Nguyễn Phạm Hùng

&cs, Viện DTNN

9 Đối với các đột biến in vitro có

lợi đưa trở lại môi trường nuôi

cấy in vitro để nhân dòng

12/2010

1-12/2010

Lê Thị Liễu, Nguyễn Văn Phương và cs, Viện DTNN

10 Nghiên cứu nhân dòng đột biến,

khảo nghiệm sơ bộ

1/2011-

6/2011

Đào Thanh Bằng, Nguyễn Phạm Hùng và

cs, Viện DTNN

11 Nghiên cứu sử dụng các phương

pháp sinh học phân tử nghiên

cứu sự khác biệt giữa giống gốc

và dòng đột biến

1-9/ 2010 1/2011-

6/2011

Nguyễn Thị Phương Đoài, Nguyễn Thị Hồng Nhung và cs, Viện DTNN

III SẢN PHẨM KH&CN CỦA ĐỀ TÀI

Theo kế hoạch Thực tế đạt được

Số lượng, nơi công bố (Tạp chí, nhà xuất bản)

1 Bài báo “Nghiên

cứu ảnh hưởng của

2 Báo cáo “ Selection

new mutant tomato

26-30/12/2010

3 Báo cáo “Ứng dụng

chỉ thị phân tử để 01 01 Tham dự hội nghị KHCN hạt nhân toàn

5 Đào tạo Thạc sĩ

01 01 Đại học Khoa học tự nhiên, ĐHQG Hà Nội

c) Sản phẩm Dạng III

2 Đánh giá về hiệu quả do đề tài mang lại

a) Hiệu quả về khoa học và công nghệ

- Đề tài đã sử dụng phương pháp chiếu xạ hạt khô với nguồn 60Co để gây đột biến

Xác định được liều chiếu xạ hiệu quả đối với hạt khô cà chua là 5-10 Krad Đã sàng lọc

được 3 dòng cà chua triển vọng phục vụ sản xuất là Carucha và Delmay ở liều chiếu xạ

10Krad, Maybel ở liều chiếu xạ 5Krad

- Đề tài đã sử dụng phương pháp nuôi cấy mô tế bào để tạo nguồn callus phục vụ

cho chiếu xạ gây đột biến với nguồn 60Co Xác định được liều chiếu xạ hiệu quả đối với

callus cà chua là 2Krad Sàng lọc được 01 dòng cà chua triển vọng cho sản xuất là

Maybel ở liều chiếu xạ 2Krad

- Đề tài đã sử dụng các phương pháp truyền thống kết hợp với các kỹ thuật sinh học

phân tử (RAPD, SSR) để sàng lọc các thể đột biến có triển vọng về năng suất và chất

lượng từ thế hệ đột biến M3 Sử dụng Elisa để đánh giá khả năng chống chịu bệnh héo

xanh do vi khuẩn của các dòng cà chua đột biến

Yêu cầu khoa học cần đạt

1 Quy trình gây đột biến

- Đề tài đã xây dựng được quy trình gây đột biến in-vivo và in-vitro đối với cây cà

chua

b) Hiệu quả về kinh tế xã hội

Bằng phương pháp gây đột biến thực nghiệm với các giống cà chua có nguồn gốc Cu

ba đã tạo ra được 4 dòng cà chua triển vọng năng suất cao có khả năng trồng được vụ xuân muộn và hè thu .Đây là các giống cà chua có chất lượng cao trọng lượng trung bình phù hợp với thị hiếu người tiêu dung Các giống cà chua mới đáp ứng về nhu cầu rau tươi cuối vụ hoặc vụ sớm góp phần tăng thu nhập cho bà con nông dân góp phần ổn định an ninh trật tự xã hội Các giống mới được tạo ra góp phần đa dạng hóa bộ giống

cà chua của các tỉnh phía Bắc và có thể chủ động để giống phục vụ sản xuất

3 Tình hình thực hiện chế độ báo cáo, kiểm tra của đề tài

STT Nội dung Thời gian

31/12/2008 - Đã hoàn thành việc khảo sát nguồn vật liệu hạt giống cà chua từ CuBa và một số nguồn

vật liệu khác Lựa chọn được 5 giống cà chua của CuBa có khả năng sinh trưởng và phát triển phù hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam phục vụ cho các thí nghiệm tiếp theo

- Thí nghiệm chiếu xạ nguồn 60Co hạt cà chua

đã tìm ra liều bức xạ gây chết 50% (LD50) không có ý nghĩa cho chọn giống là các liều

từ 15, 20, 25Kr Các liều 5,7 và 10Krad với các giống cà chua Carucha, Maybel, Delmay, Inca9-1 và Domi đang được thu hạt giống để tiếp tục theo dõi và sàng lọc đột biến có lợi ở các thế hệ tiếp theo

- Đã xây dựng được hệ thống môi trường nuôi cấy mô tế bào thích hợp cho cây cà chua Tạo được nguồn callus từ mô thân và

mô lá đủ cho thí nghiệm chiếu xạ callus Lần 2 1/1/2009

31/12/2009 - Đã tiến hành thí nghiệm chiếu xạ

nguồn

60Co callus cà chua với dải liều chiếu 0,5; 1;

1,5; 2; 2,5 và 3Krad Liều bức xạ gây chết 50% (LD50) là 2,5Krad Cây tái sinh sau chiếu xạ callus được trồng tại ruộng thí nghiệm để theo dõi quá trình sinh trưởng và phát triển, sàng lọc các thể đột biến triển vọng

- Sử dụng phương pháp truyền thống (đánh giá về hình thái, khả năng sinh trưởng, phát triển, đánh giá chất lượng ) và phương pháp sinh học phân tử (SSR), Elisa để sàng lọc các thể đột biến triển vọng từ chiếu xạ hạt khô thế hệ M3

Lần 3 1/1/2010

31/12/2010 - Đã sàng lọc được 01 dòng cà chua Carucha, 01 dòng cà chua Delmay từ liều chiếu xạ

10Krad, 01 dòng cà chua Maybel từ liều chiếu xạ 5Krad có nguồn gốc từ chiếu xạ hạt khô 01 dòng cà chua Maybel từ liều chiếu xạ 2Krad có nguồn gốc từ chiếu xạ callus Các dòng cà chua này có đặc điểm khác biệt với giống gốc

II Kiểm tra định kỳ

01/2008-12/2008 - Đảm bảo tiến độ công việc - Đảm bảo nội dung công việc

- Tổ chức tốt đoàn ra, đoàn vào

- Hoàn thành tốt nhiệm vụ năm 2008

12/2010 - Đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu thông dụng, độ chính xác cao

- Đề tài đã thực hiện đúng các nội dung nghiên cứu theo thuyết minh đã được duyệt

- Sản phẩm thu được đáp ứng yêu cầu đặt ra của đề tài

III Nghiệm thu cơ sở

ThS Đào Thị Thanh Bằng

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

VIỆN DI TRUYỀN NÔNG NGHIỆP

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

Hà nội, ngày tháng năm 2011

DANH SÁCH TÁC GIẢ THỰC HIỆN

ĐỀ TÀI KHCN/DỰ ÁN SXTN CẤP NHÀ NƯỚC

(Danh sách những cá nhân đã đóng góp sáng tạo chủ yếu cho đề tài,

dự án được sắp xếp theo thứ tự đã thỏa thuận)

1.Tên đề tài/dự án: Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ nhằm tạo ra các dòng cà chua chịu nhiệt cho năng suất cao từ nguồn vật liệu của CuBa và Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất

Thuộc Chương trình hợp tác Khoa học và Công nghệ theo Nghị định thư giữa Việt Nam và CuBa

2 Thời gian thực hiện: 1/2008-6/2011

3 Tổ chức chủ trì: Viện Di truyền Nông nghiệp

4 Cơ quan chủ quản: Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Bộ Nông nghiệp và PTNT

5 Tác giả thực hiện đề tài/dự án trên gồm những người có tên trong danh sách sau (ghi không quá 10 người kể cả chủ nhiệm đề tài/dự án)

STT Chức danh khoa học, học vị,

họ và tên

Tổ chức công tác Chữ ký

1 ThS Đào Thị Thanh Bằng Viện Di truyền Nông nghiệp

2 ThS Nguyễn Thị Phương Đoài Viện Di truyền Nông nghiệp

3 ThS Nguyễn Thị Hồng Nhung Viện Di truyền Nông nghiệp

4 CN Lê Thị Liễu Viện Di truyền Nông nghiệp

5 CN Lê Thanh Nhuận Viện Di truyền Nông nghiệp

6 KS Nguyễn Phạm Hùng Viện Di truyền Nông nghiệp

7 KS Nguyễn Văn Phương Viện Di truyền Nông nghiệp

Chủ nhiệm đề tài/ dự án Thủ trưởng tổ chức chủ trì đề tài/ dự án

(Họ tên và chữ ký) (Họ tên và chữ ký và đóng dấu)

MỞ ĐẦU

1TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Cà chua là một loại rau ăn quả được ưa chuộng trên toàn thế giới Quả cà chua chín là nguồn cung cấp dinh dưỡng rất cần thiết cho sự phát triển của cơ thể con người như: protein, β carotene, các loại vitamin A, B C, E và PP Quả

cà chua chín có thể ăn sống, làm salad, nấu chín hoặc chế biến thành nhiều dạng sản phẩm khác như nước quả, sốt cà chua, bột nhuyễn, sấy khô, mứt, đóng hộp…Cà chua tươi và các dạng sản phẩm chế biến từ nó là mặt hàng có giá trị xuất khẩu kinh tế cao Chính vì vậy, sản lượng cà chua trên thế giới luôn tăng mạnh Theo thống kê của FAO (2006) sản lượng cà chua đứng thứ hai trên thế giới sau khoai tây

Trong những năm gần đây mức độ tiêu thụ cà chua ở nước ta ngày một gia tăng về số lượng song tình trạng dư thừa cà chua luôn xảy ra ở các tháng mùa đông, trong khi đó vào các tháng mùa hè nóng, nhu cầu tiêu thụ cà chua lớn thì cà chua lại rất hiếm và có giá thành cao Một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng này là do điều kiện khí hậu bất thuận, các biện pháp canh tác và trồng trọt chưa cao, đặc biệt là do chúng ta chưa tuyển chọn được những giống thích hợp đạt năng suất và chất lượng cao, có khả năng chống chịu nhiệt trong những tháng mùa hè để đưa vào sản xuất

Trong những năm qua nhờ việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào sản xuất nông nghiệp, các nhà chọn giống đã chọn tạo được nhiều giống cây trồng phù hợp với từng vùng sinh thái khác nhau Cùng với các phương pháp truyền thống như lai tạo và tuyển chọn được áp dụng trong việc chọn tạo giống cây trồng thì phương pháp chọn giống đột biến bằng phương pháp chiếu xạ đã được sử dụng rộng rãi góp phần cải tạo và nâng cao chất lượng của các giống cây trồng nói chung và cây cà chua nói riêng Việc gây đột biến kết hợp với chọn lọc có thể tạo ra những giống có sự thay đổi các tính trạng đơn lẻ mà các phương pháp lại tạo thông thường không thực hiện được Mặt khác chọn tạo giống bằng phương pháp gây đột biến chiếu xạ là một phương pháp ít tốn kém, an toàn và tiết kiệm thời gian.Những thành tựu to lớn đạt

được từ việc gây đột biến thực nghiệm đem lại trên thế giới đó là đã tạo được nhiều giống cây trồng như cỏ Bermuda, lê Nhật Bản, giống lúa bán lùn Remei, các giống hoa cúc, hoa hồng…và đặc biệt giống lúa đột biến Zhefu802 được sử dụng rộng rãi trong sản xuất với một thời gian khá dài Gần đây nhiều giống cây trồng đột biến mới đã được chọn tạo thành công phục vụ những nhu cầu thiết yếu trong nông nghiệp Ở Việt Nam lĩnh vực chọn tạo giống đột biến đã được áp dụng từ những năm 1960 và đã thu được các kết quả rất quan trọng Cà chua cũng là một trong các đối tượng được nghiên cứu để gây đột biến cải tiến giống Tuy nhiên cho đến nay các giống cà chua đột biến được sản xuất trên thị trường là rất ít Do đó việc nghiên cứu chọn tạo giống cà chua cần phải được chú trọng đặc biệt là chọn giống cà chua chịu nhiệt để đáp ứng nhu cầu sản xuất và tiêu dùng

Cuba là một nước bị Mỹ cấm vận do đó nền sản xuất nông nghiệp là tự cung tự cấp do đó việc đầu tư công nghệ trong lĩnh vực nông nghiệp rất được chú trọng Bên cạnh đó Cuba là một nước có khí hậu nhiệt đới nên nhu cầu về các giống cà chua chịu nhiệt là nhu cầu thiết yếu Gần đây Cuba chú trọng trong ứng dụng công nghệ sinh học và được IAEA tài trợ trong lĩnh vực chọn tạo giống đột biến đặc biệt là các giống cà chua

Xuất phát từ những nhu cầu về giống cà chua chịu nhiệt của cả hai nước

và nhu cầu về trao đổi vật liệu, thông tin và kỹ thuật nghiên cứu trong lĩnh vực chọn tạo giống đột biến đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật chiếu xạ nhằm tạo ra các dòng cà chua chịu nhiệt cho năng suất cao từ nguồn vật liệu Cuba và Việt Nam nhằm đáp ứng nhu cầu sản xuất” được thực hiện

2 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI

- Xây dựng quy trình chọn tạo dòng cà chua chịu nhiệt bằng kỹ thuật chiếu

- Hợp tác trao đổi với cán bộ Cuba về đào tạo trong lĩnh vực ứng dụng công nghệ sinh học để sàng lọc những thể đột biến ở giai đoạn sớm Cập nhật phương pháp xác định đột biến bằng các thiết bị chuyên dụng hiện đại để phát hiện đột biến

3 Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Ýnghĩa khoa học

- Đề tài đưa ra cơ sở lý luận và thực tiễn trong nghiên cứu chọn tạo giống đột biến đối với cà chua hướng tới tạo tiền đề cho nghiên cứu chọn giống đột biến ở các đối tượng cây trồng khác đặc biệt là các loại cây sinh sản hữu tính

- Đề tài đã sử dụng phương pháp chiếu xạ gây đột biến kết hợp với sử dụng sinh học phân tử để chọn lọc các dòng đột biến là cơ sở tiến tới nghiên cứu các gen đột biến và chức năng của gen Thực hiện đề tài giúp nâng cao năng lực nghiên cứu của các cán bộ khoa học

- Việc kết hợp giữa nghiên cứu trong phòng thí nghiệm với nghiên cứu chọn lọc ngoài đồng ruộng tạo thành một hệ thống liên hoàn

- Chọn tạo giống mới bằng kỹ thuật chiếu xạ hạt nhân là một phương pháp

ít tốn kém và có hiệu quả cao, không tác động xấu đến môi trường

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 TỔNG QUAN VỀ CÂY CÀ CHUA

1.1.1 Nguồn gốc, phân loại, đặc điểm và giá trị của cây cà chua

1.1.1.1Nguồn gốc

Cà chua có nguồn gốc ở Pêru, Bolivia và Equado Trước khi Crixtop Côlông phát hiện ra châu Mỹ thì ở Pêru và Mêhicô đã có trồng cà chua Những loài cà chua hoang dại gần gũi với cà chua trồng ngày nay vẫn tìm thấy ở dọc theo dãy núi Andes (Pêru), Bolivia và Equado Các nhà thực vật học De candolle (1884), Mulle (1940), Luckuwill (1943), Brezney (1955)… đều thống nhất cho rằng cây cà chua có nguồn gốc ở bán đảo Galapagos bên

bờ biển Nam Mỹ, Pêru, Equado và Chilê Người trồng trọt đã thuần dưỡng những giống cà chua quả nhỏ và dạng hoang dại, những giống và loài hoang dại được mang từ nơi xuất xứ đến Trung Mỹ, cuối cùng đến Mêhicô

Theo các tài liệu của châu Âu thì chắc chắn cà chua được người Aztec và người Toltec mang đến Đầu tiên người Tây Ban Nha đem cà chua từ châu Âu

về, rồi sau đó đưa đến vùng Địa Trung Hải

Đầu thế kỷ 18, cà chua đã trở lên phong phú, đa dạng nhiều vùng trồng làm thực phẩm Thời kỳ này cà chua lại từ châu Âu quay lại Bắc Mỹ Cho đến thế kỷ 19, cà chua trở thành loại thực phẩm không thể thiếu trong bữa ăn thường nhật và được trồng rộng rãi

1.1.1.2 Phân loại

Cà chua thuộc họ Solanaceae, chi Lycopersicon Tên khoa học là

Lycopersicon esculencum Mill Theo tác giả Breznhev.D (1964) Lycopersicon

gồm 3 loài thuộc hai chi phụ

Chi phụ1- Eulycopersicon: các dạng cây một năm, quả không có lông, màu đỏ hoặc vàng, hạt mỏng, rộng… chi này gồm một loài L Esculentum

Loài này chia làm 3 loài phụ

+ ssp Spontaneum Brezh: (cà chua dại): có hai loài là var Racemigerum và var.Pimpinellifolium: hai loài này thường quả nhỏ, hàm lượng chất khô cao,

chống bệnh tốt và có giá trị để sử dụng làm vật liệu khởi đầu cho chọn giống

+ ssp Subspontaneaum ( cà chua bán trồng): có 5 loài là:

Var Pruniform: Dạng quả mận

Var purifomae: dạng quả lê

Var cerasifomae: dạng quả anh đào

Var Elongatum: dạng quả dài hay gọi là dạng quả nhót

Var Succenturiatum: dạng quả nhiều ngăn hạt

Năm loài này thân mập, quả rất nhỏ, dùng làm vật liệu chọn giống

+ ssp Cultum (cà chua trồng): gồm 3 loài

Var Vulgare: cà chua thường

Var Validum: dạng thân bụi

Var Grandiflium: dạng kiểu lá khoai tây

Chi phụ 2- Eriopersicon: chi phụ này gồm các loài dại, cây dạng một năm

hoặc nhiều năm, gồm các dạng quả có lông, màu trắng, xanh lá cây hay vàng nhạt, có các vệt màu antoxian hay xanh thẫm Hạt dày không có lông màu nâu…chi phụ này gồm hai loài và các loài phụ

+ Loài L Peruvianum Mill: loài này có nhiều biến dạng trong đó có

Var Cheesmanii Riloey; var Chessmaniifminor.C.H.Mull; var.Dentatum

Dum

+ Loài L Hirsutum Humb.et.Bonpl: loài này gồm hai loài phụ Var

glabratum C.H Mull và var glandulosum C.H.Mull có một vài tính trạng có

ý nghĩa trong chọn giống, các cơ quan sinh trưởng phủ một lớp lông tơ

1.1.1.3 Đặc tính thực vật

Cà chua là cây một năm Tuy nhiên trong điều kiện tối ưu nhất định cà

chua có thể là cây hằng năm

Hệ rễ

Cà chua có hệ rễ chùm, ăn sâu và phân nhánh mạnh, khả năng phát triển

rễ phụ rất lớn Trong điều kiện tối ưu những giống tăng trưởng mạnh có hệ rễ

ăn sâu 1- 1,5m và rộng 1,5-2,5m Vì vậy cà chua chịu hạn rất tốt Khi cây rễ chính bị đứt, bộ rễ phụ phát triển và phân bố rộng nên cây cũng chịu đựng được điều kiện khô hạn.Trong quá trình sinh trưởng, hệ rễ chịu ảnh hưởng lớn của điều kiện môi trường như nhiệt độ đất, độ ẩm…ở nhiệt độ đất thấp (14-

16oC) sự phát triển rễ chậm lại 15-20 ngày Nhiệt độ đất cao (>35oC) rễ cà chua phát triển bị trở ngại và có thể bị chết

Dạng sinh trưởng hữu hạn: chiều cao từ 65-120cm

Dạng sinh trưởng vô hạn: Chiều cao cây từ 120->200cm, thân sinh trưởng mạnh

Dạng sinh trưởng bán hữu hạn: Chiều cao cây 65-95cm

Dạng lùn: cây thấp, chiều cao cây dưới 65cm, cây lùn mập, khoảng cách giữa các lóng ngắn

Lá

Lá cà chua là đặc trưng hình thái để phân biệt giống này với giống khác

Lá thuộc loại lá kép lông chim lẻ, mỗi lá có 3-4 đôi lá chét, ngọn lá có một lá riêng gọi là lá đỉnh Rìa lá chét đều có răng cưa nông hay sâu tuỳ giống, phiến

lá thường phủ lông tơ Đặc tính lá của giống thường thể hiện đầy đủ sau khi cây có chùm hoa đầu tiên

Số lá là đặc điểm di truyền của giống, nhưng cũng bị ảnh hưởng của nhiệt

độ trong quá trình hình thành Khi hình thành 10 lá đầu tiên cần nhiệt độ trung

bình hơn 130C, hình thành 20 lá cần nhiệt độ trung bình ngày đêm là 240C, nếu nhiệt độ thấp hơn 130C thì quá trình xuất hiện lá mới sẽ chậm lại

Hoa

Hoa mọc thành chùm, lưỡng tính, tự thụ phấn là chính Sự thụ phấn chéo

ở cà chua khó xảy ra vì hoa cà chua tiết nhiều tiết tố chứa alkaloid độc nên không hấp dẫn côn trùng và hạt phấn nặng không bay xa được Số lượng hoa trên chùm hoa thay đổi tuỳ giống và thời tiết, thường từ 5-20 hoa Màu sắc của cánh hoa thay đổi theo quá trình phát triển từ vàng xanh đến vàng tươi rồi vàng úa Hoa cà chua nhỏ, hoa đính vào chùm bằng một cuống ngắn Một lớp

tế bào riêng rẽ hình thành ở cuống hoa, khi gặp điều kiện không thuận lợi sẽ thúc đẩy quá trình hình thành tầng rời, lớp tế bào sẽ khô héo và chết Cà chua

có 3 loại chùm hoa: Đơn giản, trung gian và phức tạp

Cà chua là loại cây có khả năng ra hoa nhiều nhưng tỉ lệ đậu quả thấp, đặc biệt khi gieo trồng trong những điều kiện bất lợi Nguyên nhân rụng nụ, hoa rất phức tạp song chủ yếu do hình thành tầng rời, lớp tế bào bị chết làm cho hoa rụng khỏi chùm Số hoa trên cây là đặc điểm di truyền của giống nhưng cũng chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, chất lượng dinh dưỡng không đầy đủ, kỹ thuật chăm sóc…

Quả

Quả thuộc loại mọng nước gồm: vỏ, thịt quả, vách ngăn và giá noãn Quả cà chua được cấu tạo từ 2 đến nhiều ngăn Số lượng quả trên cây là đặc tính di truyền của giống và cũng chịu ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh, chất lượng dinh dưỡng không đầy đủ, kỹ thuật chăm sóc…

Số lượng quả thay đổi lớn từ 4-5 quả đến vài chục quả Khối lượng quả

có sự chênh lệch đáng kể giữa loài và trong loài từ 2-3g đến 200-300g Trên cùng một giống cà chua, số lượng quả và khối lượng quả có sự tương quan nghịch: số lượng quả nhiều thì khối lượng quả nhỏ và ngược lại Số lượng quả trên cây cũng tương quan rất chặt đến năng suất Đây cũng là một trong những tính trạng quan tâm của các nhà chọn tạo giống

Hình dạng quả cà chua thay đổi từ tròn, bầu dục đến dài Vỏ quả có thể nhẵn hoặc có khía Màu sắc của quả thay đổi tuỳ giống và điều kiện thời tiết, thường màu sắc quả là màu phối hợp giữa màu vỏ quả và thịt quả

Chất lượng quả cà chua được thể hiện qua các chỉ tiêu: cấu trúc quả, độ rắn, tỉ lệ thịt/quả, tỉ lệ đường/ acid và sắc tố quả Sự cân bằng về đường và acid thể hiện hương vị thích hợp

Hạt

Hạt cà chua nhỏ, nhiều lông, màu vàng sáng hoặc hơi tối Hạt nằm trong buồng chứa nhiều dịch bào kìm hãm sự nảy mầm của hạt Trung bình có 50-

350 hạt trong quả, trọng lượng 1000 hạt là 2,5-3g

1.1.1.4Giá trị dinh dưỡng và ý nghĩa kinh tế của cà chua

Cà chua là loại rau quả được sử dụng rộng rãi trên thế giới hơn 150 năm qua Trong quả chín có nhiều chất dinh dưỡng như đường, vitaminA, vitamin

C và các chất khoáng quan trọng như Ca, Fe, P, K, Mg…[6]

Thành phần hoá học trong quả cà chua chín như sau:

- Nước: 94 – 95%

- Chất khô: 5 – 6% trong đó: 55% đường; 21% chất khô hoà tan trong rượu, protein, xenlulozơ, pectin, polysaccarit; 7% chất vô cơ; 5% các chất khác

Theo PGS.TS Hồ Hữu An (2003-2006), thành phần dinh dưỡng trong quả cà chua phụ thuộc vào các yếu tố như: thời vụ gieo trồng, giống và các biện pháp kĩ thuật gieo trồng

Cà chua còn được sử dụng trong thẩm mỹ và y học: Cà chua có thể dùng

để chống tiêu chảy, chữa bỏng nắng, giảm đau, làm lành vết thương Cà chua còn làm thuốc tăng lực, bổ gan và chống xơ gan, sử dụng cà chua hàng ngày giúp chúng ta tiêu hoá khi ăn nhiều mỡ động vật, trứng, phomat…phòng được bệnh xơ cứng thành mạch Phụ nữ dùng quả cà chua đắp mặt hàng ngày làm cho da căng sáng, không nếp nhăn, chống lão hoá.Trong cà chua còn chứa các amino acid (trừ triptophan), giá trị dinh dưỡng của cà chua rất phong phú vì

vậy hàng ngày mỗi người sử dụng từ 100 – 200g cà chua sẽ thoả mãn nhu cầu vitamin cần thiết và các chất khoáng chủ yếu Lycopen có trong cà chua là chất chống oxi hoá tự nhiên liên quan tới vitamin A đã được chứng minh có khả năng ngăn ngừa bệnh ung thư tuyến tiền liệt, vì lycopen là chất có khả năng ngăn ngừa các gốc tự do gây ung thư

Cà chua còn dùng để làm tăng hương vị của các món ăn và tạo cho món

ăn thêm hấp dẫn, cà chua có thể chế biến thành nhiều dạng sản phẩm khác nhau như cà chua cô đặc, nước cà chua, cà chua nguyên quả đóng hộp, cà chua muối, dầm dấm, làm salat, mứt…

Cà chua không chỉ là cây rau có giá trị kinh tế cao, nó còn là mặt hàng xuất khẩu của nhiều nước trên thế giới Tuỳ theo đặc điểm của từng vùng sinh thái, tuỳ mùa vụ, một sào bắc bộ có thể cho thu nhập từ 1-3 triệu đồng Theo trung tâm khuyến nông quốc gia (31/03/2006) cà chua trái vụ ở Thực Đạt (Hải Dương) thu được 3-5 triệu/sào (80 triệu đồng/ha)

1.1.2 Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới và ở Việt Nam

1.1.2.1 Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới

Cà chua đã trở thành một trong những cây trồng thông dụng và được trồng phổ biến, rộng rãi trên khắp thế giới Nghiên cứu lịch sử trồng trọt cho biết đến tận thế kỉ thứ 19, cà chua vẫn chỉ được trồng như một cây cảnh nhờ màu sắc đẹp của quả Ngày nay, người ta đã biết ankaloid trong quả cà chua

là tomatin, một chất ít độc kể cả khi nó có hàm lượng rất cao Bởi vậy, sản xuất và sử dụng cà chua trên thế giới không ngừng tăng lên

Trong những năm gần đây diện tích, năng suất và sản lượng cà chua tăng lên thể hiện qua bảng 1.1

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới

Nguồn:theo thống kê của FAO (2005-2009)

Theo kết quả thống kê của FAO đã nhận thấy diện tích trồng cà chua trên thế giới gần đây đã giảm nhẹ nhưng năng suất cà chua trong những năm lại tăng so với các năm trước do đó sản lượng cà chua ngày càng tăng

Năm 2009 diện tích trồng cà chua của Trung Quốc đứng đầu thế giới với diện tích trồng là hơn 920 nghìn ha với tổng sản lượng đạt được là 45,4 triệu tấn Ở Mĩ tuy diện tích gieo trồng cà chua nhỏ hơn ở Trung Quốc 6 lần nhưng năng suất thu được lại gấp đôi so với Trung Quốc do đó tổng sản lượng cà chua của Mĩ cũng đạt hơn 14,14 triệu tấn (theo thống kê của FAO năm 2009) Các nước cũng có sản lượng cà chua đạt hơn 10 triệu tấn là Ấn Độ, Ai Cập, Thổ Nhĩ Kỳ…

1.1.2.2 Tình hình sản xuất cà chua ở Việt Nam

Ở nước ta, cà chua được trồng trên 100 năm nay, diện tích trồng cà chua hàng năm biến động 12.000 -13.000 ha Theo thống kê sơ bộ năm 2005 thì diện tích trồng cà chua cả nước là 23.354 ha tăng 3,34 lần so với năm 2000 (6967 ha), với năng suất trung bình đạt 198 tạ/ha Sản lượng đạt 462,435 tấn Năng suất cà chua ở nước ta nói chung còn thấp, chỉ khoảng 60-65% so với năng suất bình quân của thế giới Các vùng trồng cà chua lớn nhất ở nước ta là: Hải Dương, Nam Định, Bắc Giang, Lâm Đồng… đây là những vùng trồng

cà chua đạt năng suất cao nhất cả nước ( năng suất ≥ 200 tạ/ha)

Bảng 1.2 Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua giai đoạn 2006-2010

Năm Diện tích

(1000 ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (tấn)

Nguồn: Trích số liệu của tổng cục thống kê 2011

Ở nước ta, cây cà chua sinh trưởng và phát triển tốt nhất vào vụ đông, mặc dù trong những năm gần đây có nhiều cố gắng trong công tác chọn giống

và công nghệ nhưng vụ đông vẫn là vụ chính cho sản lượng và chất lượng cao nhất

Trong cả nước có khoảng 22 giống cà chua chủ lực trong đó có 10 giống được sử dụng nhiều nhất với tổng diện tích 6253 ha tương đương với 55% diện tích cả nước, đứng đầu là giống M383 sau đó đến giống VL200, Tn002,

Cà chua Mỹ, cà chua Balan, Red crow, T42, VI2910 và giống Trang Nông Trong đề án phát triển rau, quả và hoa, cây cảnh giai đoạn 1999-2010 của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, cà chua là một trong những mặt hàng chủ yếu được quan tâm phát triển, cho giá trị xuất khẩu đạt 100 triệu USD.Tuy nhiên trong cả nước chưa có vùng sản xuất lớn và các giống cà chua chịu nhiệt để có thể sản xuất ở những vùng có nhiệt độ cao là rất ít Điều này gây khó khăn cho việc quy hoạch sản xuất cà chua cho mục đích chế biến và xuất khẩu

1.2 Khái quát về các nghiên cứu sử dụng đột biến trong chọn tạo giống cây trồng

1.2.1 Ý nghĩa của đột biến trong công tác chọn tạo giống cây trồng

Chọn tạo giống cây trồng là một ngành khoa học cải tiến di truyền của thực vật vì lợi ích của con người Để tạo ra nguồn biến dị mới với các tính trạng mong muốn các nhà chọn tạo giống phải áp dụng nhiều biện pháp khác

nhau như chọn lọc, lai giống, tạo đột biến, gây đa bội thể và gần đây nhất là áp dụng công nghệ sinh học trong chọn giống Chọn lọc là phương pháp cơ bản của chọn giống Tuy nhiên, phương pháp chọn lọc chỉ đưa lại kết quả khi quần thể ban đầu đa dạng về kiểu gen Kết quả của các phương pháp chọn lọc chỉ là thừa hưởng những kho tàng biến dị có sẵn trong tự nhiên chứ không phải là tạo

ra được những biến dị mới

Bằng các biện pháp lai tạo và gây đa bội thể thực nghiệm người ta đã làm phong phú thêm nguồn biến dị trong tự nhiên Một hiệu ứng đặc biệt nhận được trong lai giống là ưu thế lai biểu hiện ở thế hệ F1 Tuy nhiên ở cây trồng do đặc điểm cấu trúc hoa và hệ thống sinh sản của chúng gây cản trở cho việc áp dụng tạo giống ưu thế lai (bất hợp lai, F1 không có khả năng sống, F1 bất dục, sự suy nhược của con lai) Bằng các phương pháp này ta cũng chỉ mới sử dụng một số ít gen trong hệ gen của một cơ thể thực vật, quá trình chọn lọc và lai tạo cũng phải trải qua một khoảng thời gian khá dài

Đột biến là cơ sở của tiến hoá hình thành nên các giống cây trồng, vật nuôi mới Đột biến là một con đường quan trọng dẫn đến việc làm tăng sự biến dị trong cơ thể sinh vật, nó là sự biến đổi bất thường về vật chất di truyền dẫn đến

sự biến đổi một hoặc nhiều tính trạng và có thể được di truyền cho thế hệ sau Đột biến gồm hai loại đột biến tự phát và đột biến nhân tạo

Đột biến tự phát là dạng đột biến xảy ra một cách ngẫu nhiên trong tự nhiên do những biến đổi thời tiết, khí hậu, do những thay đổi về yếu tố địa lý v.v… Trong tự nhiên, những biến đổi đột ngột do những biến động thời tiết khí hậu, địa lý làm cho sinh vật mới thích nghi hơn với điều kiện sống qua quá trình tiến hoá hàng trăm, thậm chí hàng nghìn năm những giống cây trồng, vật nuôi mới này hình thành những đặc tính khác biệt so với giống cũ Đột biến tự phát xảy ra trong tự nhiên có tần số rất thấp, khoảng 10-9 nghĩa là khoảng 10 triệu cá thể mới xuất hiện một cá thể bị đột biến và không phải đột biến nào cũng có ý nghĩa cho con người

Đột biến nhân tạo: là đột biến xảy ra do các tác nhân (vật lý hoặc hoá học) gây đột biến và được thực hiện bởi con người vì mục đích chọn giống Nhờ việc

sử dụng các tác nhân gây đột biến, người ta có thể tạo được các giống mới trong một khoảng thời gian ngắn và trong một phạm vi thí nghiệm hẹp Gây đột biến là một phương pháp để bổ sung nguồn gen trong chọn giống cây trồng Sau những năm 1995, cùng với sự bùng nổ của công nghệ thông tin đã có

sự tăng cường trao đổi thông tin giữa các nhà khoa học về việc gây đột biến để cải tiến giống cây trồng, ứng dụng gây đột biến để khám phá gen kiểm soát những tính trạng quan trọng, chức năng và cơ chế hoạt động của chúng, giải

mã bản chất sinh học của những biến đổi trong chuỗi DNA, sự tự sửa chữa các đột biến Những nghiên cứu về đột biến đã có những thay đổi về lượng và

cả về chất, tìm hiểu tận gốc những thay đổi trong chuỗi DNA do những tác nhân đột biến gây nên Thậm chí, người ta đã nghĩ đến việc gây bất hoạt gen nhờ đột biến nhằm ức chế hoặc tạo ra một loại sản phẩm protein mới dẫn đến thay đổi chất lượng của cây trồng

1.2.2 Cơ sở di truyền của đột biến

Đột biến có thể xảy ra ở bất kỳ lúc nào và ở bất kỳ tế bào nào Các tác động lên kiểu hình có thể là những biến đổi nhỏ nhất mà chỉ có thể phát hiện bằng các phương pháp phân tích phân tử đến những biến đổi lớn dẫn đến thay đổi những quá trình cơ bản của tế bào dẫn đến có thể làm chết tế bào hoặc cả cơ thể Đột biến có thể phân chia theo nhiều cách khác nhau Ở các sinh vật đa bào, sự phân biệt quan trọng dựa trên các dạng tế bào đầu tiên xảy ra đột biến Những đột biến xuất hiện ở các tế bào hình thành giao tử được gọi là đột biến gen nhân (germ- line mutations) Những đột biến xảy ra ở tế bào sinh dưỡng được gọi là đột biến tế bào sinh dưỡng (somatic mutations) hay còn gọi là đột biến soma Đột biến soma có thể tạo ra một sinh vật vừa có các mô tế bào đột biến vừa có các

mô bình thường Hiện tượng này còn được gọi là đột biến khảm Đột biến tế bào sinh dưỡng có thể không được di truyền cho thế hệ sau Đối với cây nhân giống vô tính thì tuỳ vào vị trí và phần trăm của mô sinh dưỡng người ta có thể phân lập được hai hoặc ba loại đột biến khác nhau Ở các loài thực vật bậc cao các đột biến soma có thể được nhân giống vô tính do đó vẫn có thể giữ lại được

các đột biến này

Dựa vào sự thay đổi cấu trúc di truyền đột biến được phân thành hai loại

đó là đột biến nhiễm sắc thể và đột biến gen Đột biến nhiễm sắc thể (NST) là

sự biến đổi về cấu trúc hoặc số lượng nhiễm sắc thể Đột biến có thể xảy ra ở một cặp NST nào đó hoặc ở toàn bộ các cặp NST Loại đột biến này phát sinh

có thể là do các tác nhân của ngoại cảnh (do chất phóng xạ, hoá chất, sự biến đổi đột ngột của nhiệt độ) hoặc những rối loạn của quá trình trao đổi chất của nội bào dẫn đến sự phân ly không bình thường của các cặp NST Trường hợp NST trong tế bào sinh dưỡng tăng lên thành bội số của n (nhiều hơn 2n) được gọi chung là thể đa bội Tế bào đa bội có lượng DNA tăng gấp bội, quá trình tổng hợp các chất hữu cơ diễn ra mạnh mẽ do đó kích thước tế bào lớn hơn Cơ thể

đa bội thường có cơ quan sinh dưỡng to, phát triển khoẻ, chống chịu tốt Hiện tượng đa bội khá phổ biến ở thực vật và đã được ứng dụng hiệu quả trong chọn giống cây trồng Đột biến NST có các dạng: mất đoạn, đảo đoạn, lặp đoạn, chuyển đoạn

Đột biến gen là những biến đổi về số lượng, thành phần, trật tự các cặp nucleotide xảy ra tại một điểm nào đó trên phân tử DNA Sự biến đổi về cấu trúc phân tử của gen có thể dẫn tới biến đổi cấu trúc của một loại protein do gen đó

mã hoá và cuối cùng dẫn đến biến đổi ở kiểu hình Ngoài những đột biến gen xảy ra trên DNA của NST còn xảy ra đột biến DNA của các bào quan như ty thể, lạp thể có thể gây ra những biến dị di truyền theo dòng mẹ

1.2.3 Các tác nhân gây đột biến

Bằng chứng về các tác nhân ngoại cảnh có thể làm tăng tỉ lệ đột biến được công bố vào năm 1927 bởi Hermann Muller, ông đã chứng minh tia X là tác nhân gây đột biến ở ruồi giấm Kể từ đó một số lượng lớn các tác nhân gây đột biến được khám phá và được phân thành hai loại đó là tác nhân vật lý và tác nhân hoá học

Ngay từ những năm 1940, Auerbach và Robson đã khẳng định một số hoá chất có khả năng gây đột biến Trước những năm 60 của thế kỉ XX, trên thế giới người ta mới sử dụng các tác nhân hoá học gây đột biến Ngày nay có đến hàng

chục nhóm chất hoá học hoặc hàng ngàn dẫn xuất của chúng có khả năng gây đột biến

Tác nhân gây đột biến vật lý là những dạng tia phóng xạ Muller và Xapeghin là những người đầu tiên đưa ra khả năng sử dụng tia phóng xạ để nâng cao tần số đột biến ở cây trồng Sau đó, phương pháp chọn giống mới này đã thu hút được sự chú ý của nhiều người đặc biệt là các nhà di truyền chọn giống của Liên Xô, Đức, Nhật, Thuỵ Điển…Có rất nhiều dạng tia phóng xạ và nguồn phóng xạ cho các nhà chọn gống lựa chọn Bên cạnh tia cực tím, một số các tia phóng xạ ion hoá như tia X, tia gamma, hạt alpha, beta, hạt proton, neutron, ion beam có thể giải phóng nguồn năng lượng dưới dạng hạt hoặc sóng điện từ có thể gây ra tổn thương sinh học cho tế bào Những tổn thương sinh học do phóng

xạ gây ra được hình thành qua hai con đường:

- Phóng xạ tác động trực tiếp xảy ra ở phân tử DNA và gây ra đột biến gen

- Phóng xạ tác động gián tiếp, nó được các các phân tử khác trong tế bào hấp thụ, sau đó các năng lượng này hoặc các sản phẩm của nó được truyền vào DNA dẫn đến biến đổi về cấu trúc DNA

Tia phóng xạ có tác dụng khác nhau đến thực vật tuỳ thuộc vào kiểu phóng

xạ, liều lượng phóng xạ, đặc tính di truyền của giống, trạng thái sinh lý sinh hoá của bộ phận được xử lý và một số yếu tố của môi trường bên ngoài

1.2.4 Ứng dụng của phương pháp gây đột biến trong nghiên cứuchọn giống

1.2.4.1 Những nghiên cứu trên thế giới

Vào năm 1964 ở Roma, một hội nghị do FAO và IAEA tổ chức đã đưa

ra những đánh giá về kết quả và triển vọng của phương pháp chọn giống đột biến đối với cải tiến giống cây trồng và 5 năm sau người ta công bố đã có 77 giống đột biến ra đời

Những năm 1970, Cơ quan năng lượng nguyên tử quốc tế (IAEA) và Tổ chức nông lương thế giới (FAO) đã tài trợ mở rộng hướng nghiên cứu gây đột biến cải tạo cây nông nghiệp và cây công nghiệp nhiều nước trên thế giới

nhằm tạo ra hàng loạt giống mới như: lúa, lúa mỳ, lúa mạch, táo, chanh, mía, chuối

Cho tới năm 2003 (FAO/IAEA Mutant Varieties Database), 2317 giống cây trồng đã được tạo ra bằng gây đột biến thực nghiệm trên phạm vi 60 nước, trong số đó có 1585 giống cây trồng được trực tiếp sử dụng sau khi gây đột biến và 667 giống được sử dụng một cách gián tiếp như là vật liệu trong các phép lai Việc ứng dụng kỹ thuật hạt nhân để cải tiến cây trồng đã mang lại hiệu quả cực kỳ to lớn về mặt kinh tế, ước tính các nước đã thu được hàng tỷ

đô la từ hàng triệu hecta gieo trồng những giống cây được tạo ra từ đột biến Hiện nay theo thống kê mới nhất của FAO/IAEA đã có trên 3000 giống cây trồng được tạo ra bằng phương pháp đột biến, trong đó riêng lúa có hơn

600 giống và Trung Quốc là nước dẫn đầu thế giới về trồng lúa đột biến có những tính trạng đặc sắc

Hơn 90% các giống đột biến nói trên đựơc tạo ra nhờ việc sử dụng tia X

và tia Gamma Phần lớn các giống được đưa vào sản xuất là những dạng có thay đổi về kiểu hình thời gian ra hoa, màu và dạng hoa, kích thước và màu quả, chống sâu bệnh Một số đột biến có giá trị khác như: thay đổi hàm lượng Protein, axit amin, chất lượng tinh bột ở nội nhũ hạt…

1.2.4.2 Những nghiên cứu ở Việt Nam

Ở Việt Nam, lĩnh vực này đã được cố giáo sư Lương Đình Của khởi xướng từ những năm 1960 Nhưng mãi đến năm 1980, hướng nghiên cứu này mới được phát triển một cách tương đối có hệ thống và định hướng do cố tiến

sĩ Phan Phải và cộng sự tiến hành Sau đó, một loạt nghiên cứu của các tác giả khác trên nhiều đối tượng cây trồng khác nhau như: lúa, ngô, đậu, lạc, táo, cà chua, hoa cúc đã tạo ra nhiều dòng đột biến có giá trị, được chọn lọc và phát triển trực tiếp thành các giống quốc gia hoặc các dòng có triển vọng phục vụ cho công tác lai tạo giống mới

Từ năm 1989 – 2000 Viện di truyền Nông nghiệp đã công bố 6 giống lúa quốc gia, trong đó giống DT10 được tạo ra nhờ xử lý tia gamma liều 20Krad

lên hạt khô của giống C4-63 Cũng từ xử lý tia gamma liều 20Krad lên hạt khô của con lai F1 giữa giống TB1 và IR22, Viện Kỹ thuật Nông nghiệp tỉnh Thái Bình đã chọn lọc được M174 có P1000 hạt là 40g

Năm 1992, Phạm Văn Ro bằng phương pháp phóng xạ đối với một số giống lúa như Tài nguyên đục, Tép hành đã chọn tạo được các giống có thời gian sinh trưởng ngắn hơn rất nhiều so với giống gốc

Năm 1994, Nguyễn Minh Công và Đào Xuân Tân tạo được 2 dòng đột biến từ nếp Quýt Bắc Ninh có hàm lượng protein cao hơn hẳn giống gốc bằng

xử lý tia gamma lên hạt nảy mầm

Chiếu xạ tia gamma liều 18Krad lên hạt giống đậu tương AK-04 có hạt màu xanh, tác giả Mai Quang Vinh, Trần Văn Lài và CS đã chọn được dòng DT95 có khả năng sinh trưởng khỏe và cho năng suất cao, có trường hợp tới 200% so với giống đối chứng

Trên cây lạc, tác giả Lê Song Dự khi chiếu liều 5Krad lên giống Bạch sa

đã tạo ra giống mới B5000 có năng suất cao hơn giống gốc 20 – 30%, hàm lượng protein đạt 21,48%, dầu 52,5%

Năm 2003, Đỗ Quang Minh, Nguyễn Xuân Linh đã bước đầu tạo ra nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống cúc bằng việc gây đột biến thực nghiệm từ việc chiếu xạ tia gamma (nguồn Co60) trên chồi in vitro

Năm 2005, Đào Thanh Bằng và cộng sự thuộc Viện Di Truyền Nông nghiệp đã chiếu xạ vào mô sẹo cây hoa cúc bằng tia gamma ở các liều 1, 3, 5,

7 và 15Krad nhằm tăng phổ đột biến màu sắc hoa từ màu trắng ban đầu Kết quả thu được cho thấy liều gây chết 50% về khả năng tái sinh chồi là 5Krad

và thu được 3 thể đột biến về màu sắc: hoa màu hồng, hoa vàng và hoa có chóp cánh màu xanh

1.2.5 Ứng dụng của phương pháp gây đột biến trong nghiên cứuchọngiống

cà chua

Chọn giống bằng phương pháp tạo đột biến đã được ứng dụng rất nhiều trong những năm gần đây Trong chọn giống cà chua việc ứng dụng các phương

pháp gây đột biến để chọn tạo các giống mới đã được thực hiện ở nhiều nước trên thế giới

Năm 1998 Masuda và các cộng sự đã chiếu xạ tia gamma lên hạt giống khô của giống cà chua First với các liều chiếu từ 100- 400 Gy và xác định được liều chiếu xạ tối ưu là từ 100- 200Gy Thế hệ M2 đã thu được ba loại biến dị về dạng lá, sức sống của hạt phấn cao hơn so với giống gốc và biến dị

về hàm lượng chlorophyl

Năm 2004 các nhà khoa học Nhật Bản đã tiếp tục tạo giống cà chua đột biến bằng phương pháp chiếu xạ lên hạt cà chua bằng tia carbon và helium ion beam với các liều chiếu xạ từ 50- 250 Gy Ở thế hệ M2 đã thu được các dạng đột biến về chlorophyl, đốt thân ngắn và biến dị về hình dạng lá và quả (Masuda, M & cs, 2004)

Chiaki Matsukura và các cộng sự (2006) cũng đã tạo ra các dòng cà chua đột biến từ giống cà chua mini Micro Tom bằng cách chiếu xạ tia gamma với liều chiếu là 300 Gy Ở thế hệ M2 đã thu được 24 dạng biến dị về kiểu hình

và 11 dòng biến đổi về độ Brix

Các nhà nghiên cứu Ả rập cũng tạo các giống cà chua đột biến bằng chiếu xạ tia gamma kết hợp với xử lý sodium azide để tạo thành các giống cà chua có năng suất và chất lượng cao hơn so với các giống cà chua gốc (Asmahan A Mahmoud,& cs, 2006)

Peiris và các nhà chọn giống Sri Lanka (2009) đã chọn được giống cà chua M-127 có khả năng chống chịu được bệnh héo xanh bằng phương pháp gây tạo đột biến giống cà chua Manik bằng tia gamma ở liều chiếu 320Gy L.E Pino-Nunes và các cộng sự (2009) cũng sử dụng phương pháp chiếu

xạ kết hợp với sử dụng EMS để tạo các dòng cà chua đột biến từ giống cà chua lùn Micro Tom Kết quả đã thu được các đòng đột biến có độ Brix cao hơn so với giống gốc và xuất hiện các dạng đột biến mới về kiểu hình

1.3 Ứng dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống cây trồng

1.3.1 Khái quát về các loại chỉ thị phân tử trong chọn giống cây trồng

Sự phát triển và sử dụng các loại chỉ thị phân tử để phát hiện và khám phá sự đa hình của DNA là một trong những tiến bộ nhất trong lĩnh vực di truyền phân tử Sự hiện diện của rất nhiều loại chỉ thị phân tử khác nhau và sự khác nhau về nguyên lý, phương pháp và sự ứng dụng của chúng đòi hỏi sự cân nhắc trong việc lựa chọn một hoặc nhiều phương pháp Các nhà khoa học nghiên cứu vị trí các chỉ thị đánh dấu trên một nhiễm sắc thể và sự gần gũi của chúng với các gen đặc hiệu, chúng có thể tạo ra bản đồ liên kết di truyền Các bản đồ di truyền này phục vụ cho rất nhiều mục đích bao gồm các phân tích chi tiết về sự liên kết giữa các tính trạng quan trọng về mặt kinh tế và các gen hoặc các định lượng locus tính trạng (quantitative trait loci- QTLs) và dễ dàng đưa các gen mong muốn vào thực vật hoặc QTLs thông qua sự chọn lọc nhờ các chỉ thị Các loại chỉ thị di truyền được phân loại thành ba loại lớn: một số dựa trên các đặc điểm có thể đánh giá bằng mắt thường (đặc điểm hình thái học và nông học), một số dựa trên các sản phẩm của gen (chỉ thị hoá sinh) và một số dựa trên các phép thử DNA (chỉ thị phân tử)

Các loại chỉ thị phân tử đã có thể không được coi như các gen thông thường khi chúng thường không có bất cứ một hiệu ứng sinh học nào và thay vào đó chúng thường được nghĩ là một vùng cố định trong bộ gen Chúng là các đoạn DNA đã được nhận biết được tìm thấy ở các vùng đặc hiệu trong bộ gen và được di truyền theo các quy luật tiêu chuẩn từ thế hệ này sang thế hệ khác

Cho đến nay đã có rất nhiều loại chỉ thị phân tử được phát triển và ứng dụng trong lĩnh vực chọn giống cây trồng ở mức độ phân tử người ta gọi là chọn giống nhờ chỉ thị phân tử (Marker Assisted Selection-MAS) Các loại chỉ thị này được phân thành các nhóm khác nhau dựa trên:

a) Phương thức di truyền (di truyền nhân từ bố mẹ, di truyền nhân từ mẹ,

di truyền cơ quan từ mẹ, di truyền cơ quan từ bố và mẹ.)

b) Phương thức hoạt động của gen (chỉ thị trội hay đồng trội)

c) Phương pháp phân tích (chỉ thị lai hoá hay chỉ thị PCR)

Một số các chỉ thị phân tử được sử dụng trong nghiên cứu chọn giống cây trồng bao gồm có các chỉ thị dựa trên sự lai hóa và các chỉ thị dựa trên phản ứng PCR

RAPD (Random amplified polymorphic DNA)

RADP hay còn gọi là đa hình khuếch đại ngẫu nhiên DNA là kỹ thuật sử dụng các đoạn mồi có trình tự nucleotide ngẫu nhiên để nhân bản các đoạn DNA mạch khuôn trong bộ gen mà không cần biết trước trình tự của nó (Ceatano- Annolles., 1994) Kỹ thuật RADP thường sử dụng các mồi ngẫu nhiên có khoảng 10bp có nhiệt độ bắt cặp mồi thấp (thường từ 34-37oC) Mặc

dù trình tự các mồi RAPD được lựa chọn ngẫu nhiên nhưng William và các cộng sự (1990) đã chỉ ra hai tiêu chuẩn của mồi đó là mồi RAPD nên có ít nhất 40% CG trong thành phần và trình tự mồi đọc xuôi và ngược khác nhau

Vì G-C liên kết với nhau bằng 3 cầu nối Hidro và A-T liên kết với nhau chỉ bằng 2 cầu nối Hidro nên nếu mồi có chứa ít hơn 50% G, C có thể sẽ không chịu được nhiệt độ 72oC ở giai đoạn kéo dài mạch nhờ enzyme DNA polymerase

Ưu điểm của kỹ thuật này là không cần biết trình tự nucleotide của đoạn DNA khuôn, quy trình tiến hành tương đối nhanh, dễ thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm nhỏ, cần một lượng mẫu DNA nhỏ Các chỉ thị RADP thường được sử dụng để phân tích và xác định mối quan hệ thân thuộc giữa các thứ cây trồng hay giữa các cá thể để phục vụ cho công tác lai tạo hoặc phân loại Tuy nhiên, chỉ thị RADP có một số hạn chế đó là các phản ứng PCR phụ thuộc vào nồng độ và chất lượng của DNA khuôn, nồng độ của MgCl2, tỉ lệ giữa mồi và mạch khuôn, nhiệt độ bắt cặp, nguồn enzyme taq polymerase Tuy nhiên những hạn chế này có thể được khắc phục bởi việc lựa chọn phương pháp tách chiết DNA thích hợp và tối ưu hoá các thông số đã nêu trên Một hạn chế khác của chỉ thị RAPD đó là RADP có tính trội do đó những gen nào điều khiển tính trạng lặn sẽ khó tìm thấy sự đa hình trong quá trình điện di

Chỉ thị DAF (DNA amplification fingeprinting) khác biệt với RAPD chủ yếu là sử dụng các mồi ngắn (ít nhất 5 bp), nồng độ mồi cao hơn, hai chu kỳ nhiệt thay cho ba chu kỳ nhiệt và nhận biết sản phẩm khuếch đại băng gel polyacrylamide nhuộm AgNO3 Đặc tính chủ yếu của AP- PCR khi so sánh với RAPD và DAF là:

a, Phản ứng khuếch đại được chia thành ba bước, mỗi bước với sự chính xác

và nồng độ của các thành phần khác nhau

b, Nồng độ mồi cao được sử dụng ở chu kỳ đầu tiên

c, Các mồi gồm 20 hoặc nhiều hơn 20 nucleotide thường được thiết kế cho các mục đích khác nhau (như các mồi giải trình tự) được chọn ngẫu nhiên

d, Nhận biết các sản phẩm khuếch đại bằng phóng xạ và chụp ảnh phóng xạ

(Weising & cs., 1995)

SSR (Simple Sequence Repeat, Microsatellites)

Chỉ thị SSR được tạo ra từ các vùng lặp trình tự DNA đơn giản (từ 8bp) có trong hệ gen của các loài sinh vật bậc cao Phản ứng PCR đối với chỉ thị SSR được thực hiện nhờ sự có mặt của mồi xuôi, mồi ngược và kéo dài mạch từ đầu 5’ đến 3’ của DNA mạch khuôn Các đoạn sản phẩm PCR thường được phân tích bằng cách điện di trên băng polyacrylamide kết hợp với nhuộm AgNO3 Các chỉ thị SSR ngày nay là chỉ thị được lựa chọn ở hầu hết các lĩnh vực di truyền phân tử vì chúng có độ đa hình cao thậm chí ở các dòng có quan hệ gần gũi, nó không đòi hỏi chất lượng và số lượng DNA cao,

2-có thể trao đổi thông tin giữa các phòng thí nghiệm (Gupta P.K & cs., 1999) Hạn chế của chỉ thị SSR đó là chi phí phát triển cao, nó đòi hỏi thời gian và

sự nỗ lực trong việc thu nhận các mồi để đưa vào phân tích Do đó chỉ thị SSR chỉ được giới hạn sử dụng ở những loại cây trồng quan trọng

Các chỉ thị SSR hầu hết là các chỉ thị đồng trội và thực tế rất tốt cho lập bản đồ và xác định di truyền quần thể (Jarne & Lagoda., 1996; Goldstein & Schlotterer., 1999) Tính đồng trội của SSR sẽ gia tăng sự hiệu quả và độ chính xác của những phép tính toán di truyền quần thể dựa trên những chỉ thị này so với những chỉ thị khác, như AFLP và RAPD Hơn nữa, việc xác

định dị hợp tử ở thế hệ F1 sẽ làm cho những phân tích phả hệ, sự lai giống, dòng chảy gen trở nên dễ dàng hơn (Schlotterer, 1998) SSR là công cụ hữu hiệu để chọn lọc giống, đa dạng hoá về các vật liệu di truyền và dùng trong thiết lập bản đồ di truyền Chẳng hạn, Parasnis phát hiện đoạn lặp lại GATA kích thước 5 kb chỉ có ở cây đu đủ đực không có ở cây đu đủ cái bằng chỉ thị SSR

1.3.2 Ứng dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống cà chua

Các chỉ thị phân tử đã được sử dụng trong các nghiên cứu chọn giống cà chua với các mục đích như xác định hình thái của cây con (Rao & cs, 2006), đánh giá đa dạng di truyền và mối quan hệ của các giống cùng thuộc chi Lycopersicon (Alvarez & cs 2001; Kochieva & cs 2002; Tikunov & cs 2003), đánh giá và xác định mối quan hệ giữa các giống cà chua gốc và các giống cà chua được chọn lọc

và lai tạo giữa các giống gốc Các chỉ thị phân tử còn được sử dụng để xác định các chỉ thị liên kết với các tính trạng quan trọng, phân lập gen và thiết lập bản đồ gen (Saliba-Colombani & cs 2000; Areshchenkova và Ganal 2002) ở cây cà chua Việc sử dụng các chỉ thị phân tử trong chọn giống cà chua đã có rất nhiều tác giả thực hiện, nhưng dùng chi thị SSR để đánh giá sự đa dạng của cà chua thì phải

Solomon Benor, Mengyu Zhang, Zhoufe Wang, Hongsheng Zhang (2008)

đã xác định tính đa dạng của 39 dòng cà chua chọn lọc từ Trung Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc và Mỹ Sử dụng 35 mồi SSR thu được tổng cộng 150 alen, số lượng alen trung bình của mỗi locus là 4,3 Hệ số PIC là 0,31, hệ số tương đồng di truyền

là 0.85, dòng được chia thành 4 nhóm

Pritesh Parmor, Vihol Poza, Vaishnavi Chauhan (2008) đã sử dụng 23 cặp mồi SSR trên 25 giống cà chua có 13% mồi không biểu hiện khuếch đại PCR, 40

alen được thể hiện, hệ số PIC thấp 0,08 ở mồi SSR 304 và hệ số PIC là 0,4 khi sử dụng với bảng mồi khác

Liwang Liu, Yan wang, Yi QinGong (2007) đã sử dụng chỉ thị phân tử RAPD, ISSR và SSR để kiểm tra độ tinh khiết di truyền giống lai của hai dòng cà chua thương mại là giống Hezuo 90 và Sufen số 8 và các dòng tương ứng được sàng lọc với 148 cặp mồi RAPD và mồi ISSR và 49 mồi SSR

Subramarian Geethanjali, Kai-Yichen, David Son V patrana and Jaw-Fen Wang (2009) xác định tính đa hình của các locus được đánh giá trong một

bảng điều khiển của 16 kiểu gen bao gồm Solanum lycopersicum và họ hàng

hoang dã của nó Hai mươi-một dấu SSR bắt nguồn từ 13 dòng vô tính BAC được đa hình ở 2 loại cà chua là: West Virginia 700 và Hawaii 7996 và đã được lập bản đồ bằng cách sử dụng một số dòng cận giao tái tổ hợp có nguồn gốc từ giao phối chéo Các dấu hiệu được phân phối trải rộng khắp các nhiễm sắc thể tổng chiều dài 117,6 cM theo thứ tự của các dòng vô tính BAC gốc Một chỉ tiêu (QLT) chủ yếu liên quan đến tính kháng bệnh héo vi khuẩn đã được ánh xạ trên nhiễm sắc thể 6 ở vị trí tương tự của các báo cáo T-6 locus

1.4 Các phương pháp đánh giá tính chịu nhiệt của cây trồng

1.4.1 Các phản ứng của cây trồng đối với sự gia tăng nhiệt độ

Nhiệt độ tăng cao ảnh hưởng đến những biến đổi về sinh lý, sinh hóa và hình thái giải phẫu của cây trồng, ảnh hưởng tới quá trình phát triển của cây trồng dẫn tới ảnh hưởng mạnh mẽ đến năng suất của cây Sốc nhiệt ảnh hưởng tới sinh trưởng của thực vật trong suốt quá trình phát triển, cho dù ngưỡng chịu nhiệt thay đổi đáng kể ở các giai đoạn phát triển khác nhau Ví dụ, trong quá trình hạt nảy mầm, nhiệt độ cao có thể làm chậm lại hoặc ức chế hoàn toàn sự nảy mầm, tuỳ thuộc vào giống cây và cường độ của sốc nhiệt Ở các giai đoạn sau, nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng bất lợi tới quang hợp, hô hấp, mối tương quan giữa nước và sự ổn định của màng tế bào, điều chỉnh các hormone, và các hợp chất tổng hợp sơ cấp và thứ cấp Hơn nữa, trong suốt quá trình phát triển cá thể các cây trồng phản ứng với nhiệt độ cao bằng cách

tạo ra rất nhiều các protein sốc nhiệt khác nhau và các sản phẩm của các gốc

tự do

Để chống chịu nhiệt độ cao các loài thực vật đã thực hiện các cơ chế khác nhau bao gồm việc duy trì tính ổn định của các màng sinh học, loại bỏ các gốc tự do, tạo ra các chất chống oxi hóa, tích lũy và điều chỉnh các chất hòa tan tương thích, tạo ra các kinase protein hoạt hóa bởi tác nhân phân bào (MAPK) và các tầng kinase protein phụ thuộc canxi(CDPK) và quan trọng nhất là truyền tín hiệu chaperone và hoạt hóa sự phiên mã Tất cả các cơ chế trên đều ở mức độ phân tử và có thể làm cho cây trồng có thể phát triển trong điều kiện nhiệt độ cao Dựa trên những hiểu biết về các cơ chế này có thể đưa

ra các chiến lược nghiên cứu về tiềm năng di truyền để cải tiến cây trồng trong việc chống chịu nhiệt bằng các phương pháp truyền thống, các phương pháp ứng dụng sinh học phân tử và phương pháp chuyển gen

Ở điều kiện nhiệt độ cao,các tế bào có thể bị tổn thương nghiêm trọng và

có thể dẫn tới chết tế bào do nhiệt độ cao làm phá vỡ cấu trúc tế bào (Schoffl

và cộng sự, 1999) Những tổn thương trực tiếp do nhiệt độ cao bao gồm sự biến tính và ngưng tụ protein, và tăng độ lưu động lipit của màng sinh học Những tổn thương gián tiếp do nhiệt độ cao gây ra bao gồm sự bất hoạt của các enzyme trong lục lạp và ti thể, ức chế tổng hợp protein, phân huỷ protein

và mất tính toàn vẹn của màng tế bào (Howarth, 2005) Sốc nhiệt cũng ảnh hưởng tới cấu trúc của các vi ống bằng cách phân đôi hoặc kéo dài thoi bào, tạo thành vi ống phụ trong quá trình phân bào có tơ, và kéo dài các vi ống (Smertenko và cộng sự, 1997) Sự tổn thương này thậm chí dẫn đến ức chế sinh trưởng, giảm trao đổi ion, tạo ra chất độc và bất hoạt các gốc tự do (ROS: reactive oxygen species) (Schoffl và cộng sự,1999; Howarth, 2005)

Ngay sau khi bị ảnh hưởng của nhiệt độ cao các cây trồng đã bị thay đổi

ở mức độ phân tử là biến đổi biểu hiện của gen và tích luỹ các sản phẩm của quá trình dịch mã từ đó dẫn đến tổng hợp các protein liên quan đến nhiệt như

là một cách chịu nhiệt (Iba,2002) Sự biểu hiện của protein sốc nhiệt (heat shock protein, HSPs) là một phương pháp thích nghi quan trọng đối với khả

năng chịu nhiệt của cây trồng (Feder and Hoffman, 1999) HSPs dài khoảng

từ 10 đến 200kDa, có chức năng giống như chaperone và truyền tín hiệu nhận biết trong quá trình sốc nhiệt (Schoffl và cs, 1999) Khả năng chịu nhiệt của HSPs tạo nên hiện tượng sinh lý thay đổi như quang hợp, đồng hoá từng phần,

sử dụng nước và dinh dưỡng hiệu quả, và ổn định màng sinh học (Camejo và cs,2005; Ahn và Zimmerman, 2006; Momcilovic và Ristic, 2007)

1.4.2 Phương pháp đánh giá tính chịu nhiệt của cây trồng

Dựa vào các phản ứng sinh lý của cây trồng ở điều kiện nhiệt độ cao mà các nhà nghiên cứu có thể đánh giá được khả năng chịu nhiệt của cây trồng từ

đó chọn lọc được các giống cây trồng có khả năng chịu nhiệt Các nhà khoa học đã cho rằng sự rối loạn chức năng của màng tế bào là một trong những phản ứng sinh lý đặc trưng của tế bào dưới tác động của nhiệt độ cao (Levitt, 1980) Khi màng tế bào bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ cao sẽ làm tăng độ thẩm thấu của tế bào làm cho các gốc tự do khuếch tán ra khỏi màng tế bào dẫn tới

sự khuếch tán của các chất mang điện tích Các tế bào bị tổn thương các nhiều thì chất tích điện khuếch tán ra ngoài càng nhiều dẫn đến điện tích ở ngoài màng tế bào càng tăng Chính vì vậy phương pháp đo độ điện tích của màng

tế bào sau khi bị tác động bởi nhiệt độ là một phương pháp nhanh và hiệu quả

để đánh giá tính chịu nhiệt của các tế bào thực vật từ đó đánh giá được khả năng chịu nhiệt của cây trồng Phương pháp này dựa trên việc đánh giá độ thẩm thấu ở màng tế bào tăng và khuếch tán các chất điện phân vào dung giá khi mô lá bị tổn thương khi để ở nhiệt độ cao dịch Lượng chất điện phân tạo

ra từ các tế bào bị tổn thương có thể được đánh giá bằng cách đo độ dẫn diện của dung dịch Đây là một kỹ thuật nhanh, đơn giản và ít tốn kém trong việc đánh giá tính chịu nhiệt của cây trồng so với việc đánh giá và quan sát tính chịu nhiệt một cách tổng thể Kỹ thuật này được các nhà chọn giống áp dụng

ở giai đoạn sinh trưởng của cây ở các thế hệ đầu tiên sau của quá trình chọn tạo góp phần đẩy nhanh tiến độ chọn lọc và rút ngắn thời gian chọn giống cây trồng qua các thế hệ Nhiều các cây trồng chịu nhiệt đã được chọn lọc bằng

phương pháp này như đậu tương, lúa miến, dưa hấu, lúa mì, đậu đũa và cà chua (Martineau, J.R &cs, 1979; Sullivan, C.Y &cs, 1979; Lester, G.E, 1985; Shen, Z.Y and Li, P.H, 1982, Ismail, A.M and Hall, A.E, 1999)

Gần đây các nghiên cứu về di truyền để hiểu rõ và cải tiến các giống cây trồng chịu nhiệt bằng các phương pháp truyền thống hoặc chuyển gen đã xác định được tính trạng chịu nhiệt của các giống cây trồng là tính trạng đa gen.Việc sử dụng các phân tích bằng chỉ thị phân tử và các kỹ thuật di truyền

để xác định các nhân tố chịu nhiệt là một trong các phương pháp tiến bộ để đánh giá và xác định sự di truyền của các yếu tố chịu nhiệt của cây trồng QTLs là một phương pháp có triển vọng trong việc đánh giá tính chịu nhiệt của cây trồng cũng như quy tụ được các gen quy định tính trạng chịu nhiệt (Maestri &cs, 2002)

Gần đây công nghệ sinh học phát triển đã làm rõ được cơ chế di truyền

cơ bản đối với tính chịu nhiệt của các cây trồng Các gen mã hóa các protein sốc nhiệt (HSPs) đã được xác định và phân lập trong rất nhiều các giống cây trồng khác nhau bao gồm ngô và cà chua (Liu et al., 2006; Sun et al., 2006; Momcilovic and Ristic, 2007)

1.4.3 Các nghiên cứu đánh giá tính chịu nhiệt ở cà chua

Có rất nhiều các phương pháp đã được thực hiện để đánh giá tính chịu nhiệt của các giống cà chua Nhiệt độ cao đã ảnh hưởng đến khả năng sinh sản của cây cà chua như làm kéo dài đầu nhụy hoa, làm giảm mức tăng trưởng của ống phấn và sức nảy mầm của hạt phấn và tác động đến tính ổn nhiệt của màng tế bào…Dựa vào các phản ứng của cây đối với nhiệt độ các nhà khoa học đã lựa chọn rất nhiều các phương pháp khác nhau để thử tính chịu nhiệt của cà chua

Các nhà chọn giống Isarel (2002) đã nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ cao đến sự thay đổi hình dạng và sự phát triển của hạt phấn cà chua và từ đó

đã thiết lập được phương pháp chọn giống cà chua chịu nhiệt bằng phân tíh sự phát triển và hình thái hạt phấn cà chua