Nghiên cứu nguồn vật liệu khởi đầu phục vụ chọn tạo giống cà chua ưu thế lai chịu nóng và chống bệnh virus xoăn vàng lá trồng trái vụ tại đồng bằng sông hồng

Giá trị trung bình về số quả trung bình/cây của các tổ hợp lai và khả năng kết hợp chung ở 26 dòng cà chua nghiên cứu trong vụ Xuân 3.18.. Để mở rộng diện tích và nâng cao hiệu quả sản x

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

HÀ NỘI, 2015

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu được trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chưa từng dùng bảo vệ để lấy bất kỳ học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã được cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày 15 tháng08 năm 2015

Tác giả luận án

Đoàn Xuân Cảnh

ii

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các

thầy cô giáo, các tập thể, cá nhân, gia đình cùng bạn bè đồng nghiệp

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Hồng Minh, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, TS Đào Xuân Thảng, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm là những người tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài

Tôi xin chân thành cảm ơn lãnh đạo Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền chọn giống cây trồng, Trung tâm Nghiên cứu Bệnh cây nhiệt đới, Khoa Nông học thuộc Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tạo mọi thuận lợi về tài liệu khoa học, cơ sở vật chất, thiết bị phục vụ nghiên cứu để tôi hoàn thành công trình khoa học này

Tôi xin trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học, Công nghệ và Môi trường, Bộ Nông nghiệp và PTNT, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm cho thực hiện, hỗ trợ một phần kinh phí để thực hiện đề tài nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn các nhà khoa học Bộ môn Cây thực phẩm, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm đã giúp tôi thực hiện các nội dung công việc trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu đã qua

Tôi xin chân thành cảm ơn Trạm Khuyến nông Nghĩa Hưng, Nam Định, Phòng Nông nghiệp và PTNT Nam Sách, Hải Dương, Phòng Nông nghiệp và PTNT Lạng Giang, Bắc Giang đã phối hợp, tiếp nhận, khảo nghiệm và chuyển giao các giống cà chua lai mới cho sản xuất

Sự thành công ngày hôm này là kết quả sự động viên, khích lệ to lớn của gia đình, người thân đã dành thời gian, công sức và kinh phí để tôi hoàn thành công trình khoa học này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày 15 tháng 08 năm 2015

Người cảm ơn!

Đoàn Xuân Cảnh

1.2 Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới và ở Việt Nam 81.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới 81.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua ở Việt Nam 12

1.3.1 Nghiên cứu, thu thập và lưu giữ nguồn gen cà chua 151.3.2 Một số nghiên cứu đánh giá nguồn gen phục vụ chọn tạo giống 19

1.4.1 Nghiên cứu biểu hiện ưu thế lai trên các tính trạng ở cây cà chua 261.4.2 Một số thành tựu về chọn tạo giống cà chua ưu thế lai 29

1.6 Một số nghiên cứu về bệnh virus xoăn vàng lá cà chua ở Việt Nam 37

iv

2.2.1 Nghiên cứu, đánh giá nguồn vật liệu chọn giống cà chua 412.2.2 Nghiên cứu khả năng kết hợp của các dòng cà chua và tuyển chọn các

2.2.3 Nghiên cứu, khảo nghiệm cơ bản các tổ hợp lai cà chua ưu tú và khảo

nghiệm sinh thái các tổ hợp lai triển vọng tại một số tỉnh thuộc đồng

2.4.1 Mô tả các phương pháp áp dụng cho các nội dung nghiên cứu 44

2.4.3 Quy trình kỹ thuật trồng và chăm sóc cà chua ở các thí nghiệm 55

3.1 Nghiên cứu, đánh giá nguồn vật liệu chọn giống cà chua 563.1.1 Nghiên cứu, đánh giá tập đoàn các mẫu giống cà chua 563.1.2 Nghiên cứu chọn lọc và đánh giá các dòng cà chua thuần 643.1.3 Nghiên cứu xác định dòng cà chua kháng bệnh virus xoăn vàng lá 743.1.4 Đánh giá khả năng chịu nóng của 26 dòng cà chua 803.1.5 Nghiên cứu, phân tích đa dạng di truyền 26 dòng cà chua 823.2 Nghiên cứu khả năng kết hợp và chọn lọc các tổ hợp lai ưu tú 853.2.1 Đánh giá khả năng kết hợp chung của 26 dòng cà chua 853.2.2 Nghiên cứu khả năng kết hợp riêng và tuyển chọn các tổ hợp lai

3.3 Nghiên cứu khảo nghiệm cơ bản các tổ hợp lai cà chua ưu tú và khảo

nghiệm sinh thái các tổ hợp lai triển vọng tại một số tỉnh thuộc đồng

DNA Deoxyribonucleic acid

FAO Food and Agriculture Organization

GCA General combinaing ability

ISSR Inter - Simple Sequence Repeat

KHKTNN Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp miền Nam KNKHC Khả năng kết hợp chung

QTLs Quantitative trait loci

RAPD Random Amplified Polymorphic DNA

SCA Specific combining ability

vii

SCAR Sequence characterized amplified region

SRAP Sequence - related amplified polymorphism

ƯTLTB Ưu thế lai trung bình

1.5 Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua của 10 tỉnh thành đứng

1.6 Tình hình lưu giữ nguồn gen cà chua ở một số nước trên thế giới

2.2 Cấp bệnh, mức độ bệnh héo xanh Ralstonia solanacearum Smith

2.3 Thang phân cấp thứ tự bệnh xoăn vàng lá ở cà chua 472.4 Các mồi SSR sử dụng trong nghiên cứu phân tích đa dạng di truyền

3.1 Phân nhóm các mẫu giống cà chua trong tập đoàn theo thời gian

sinh trưởng ở vụ Đông năm 2007 tại Gia Lộc, Hải Dương 573.2 Phân nhóm các mẫu giống cà chua theo một số đặc điểm hình thái

thân, lá, hoa ở vụ Đông năm 2007 tại Gia Lộc, Hải Dương 593.3 Phân nhóm các mẫu giống cà chua theo đặc điểm hình thái và chất

lượng quả ở vụ Đông năm 2007 tại Gia Lộc, Hải Dương 61

ix

3.4 Phân nhóm các mẫu giống cà chua theo tính trạng năng suất và yếu

tố cấu thành năng suất ở vụ Đông năm 2007 tại Gia Lộc, Hải Dương 62

3.5 Phân nhóm các mẫu giống cà chua theo mức độ nhiễm bệnh hại trên

đồng ruộng ở vụ Đông năm 2007 tại Gia Lộc, Hải Dương 64

3.6 Nguồn gốc 26 dòng cà chua được chọn lọc năm 2009 tại Viện Cây

lương thực và Cây thực phẩm, huyện Gia Lộc, Hải Dương 65

3.7 Một số đặc điểm sinh trưởng, phát triển và chiều cao cây của 26 dòng

cà chua nghiên cứu ở vụ Đông năm 2010 tại Gia Lộc, Hải Dương 66

3.8 Một số đặc điểm hình thái quả của 26 dòng cà chua nghiên cứu ở vụ

3.9 Năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của 26 dòng cà chua

nghiên cứu ở vụ Đông năm 2010 tại Gia Lộc, Hải Dương 70

3.10 Diễn biến bệnh mốc sương Phytophthora infestans gây hại trên

26 dòng cà chua nghiên cứu ở vụ Đông năm 2010 tại Gia Lộc,

3.11 Diễn biến bệnh héo xanh vi khuẩn Ralstonia solanacearum gây hại

trên 26 dòng cà chua nghiên cứu ở vụ Đông năm 2010 tại Gia Lộc,

3.12 Diễn biến bệnh virus xoăn vàng lá gây hại trên 26 dòng cà chua

nghiên cứu ở vụ Đông năm 2010 tại Gia Lộc, Hải Dương 73

3.13 Diễn biến mức độ nhiễm bệnh virus xoăn vàng lá trên 26 dòng

cà chua bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo vụ Xuân năm 2011

3.14 Kết quả PCR phát hiện sự có mặt của 3 gen kháng Ty1, Ty2 và Ty3

3.15 Độ hữu dục của hạt phấn và tỷ lệ đậu quả của 26 dòng cà chua ở vụ

x

3.16 Số allen thu được bằng chỉ thị phân tử khi sử dụng 10 chỉ thị SSR

trong nghiên cứu đa dạng di truyền 26 giống cà chua ở vụ Xuân năm

3.17 Giá trị trung bình về số quả trung bình/cây của các tổ hợp lai và khả

năng kết hợp chung ở 26 dòng cà chua nghiên cứu trong vụ Xuân

3.18 Giá trị trung bình về năng suất cá thể của các tổ hợp lai và khả năng

kết hợp chung ở 26 dòng cà chua nghiên cứu trong vụ Thu Đông năm

3.19 Giá trị trung bình về năng suất thực thu của các tổ hợp lai và khả

năng kết hợp chung ở 26 dòng cà chua nghiên cứu trong vụ Xuân

3.20 Năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của 36 tổ hợp lai cà

chua trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương 903.21 Kết quả phân tích khả năng kết hợp riêng của 36 tổ hợp lai cà chua

trên tính trạng số quả trung bình/cây ở vụ Thu Đông năm 2012 tại

3.22 Kết quả phân tích khả năng kết hợp riêng của 36 tổ hợp lai cà chua

trên tính trạng khối lượng trung bình quả trong vụ Thu Đông năm

3.23 Kết quả phân tích khả năng kết hợp riêng của 36 tổ hợp lai cà chua

trên tính trạng năng suất cá thể trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia

3.24 Kết quả phân tích khả năng kết hợp riêng của 36 tổ hợp lai cà chua

trên tính trạng năng suất thực thu trong vụ Thu Đông năm 2012 tại

3.25 Biểu hiện ưu thế lai ở tính trạng năng suất thực thu của 36 tổ hợp lai

trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương 96

xi

3.26 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng, phát triển của 15 tổ hợp lai

cà chua có ưu thế lai cao trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia Lộc,

3.27 Một số đặc điểm hình thái, cấu trúc thân, lá của 15 tổ hợp lai

cà chua có ưu thế lai cao trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia Lộc,

3.28 Một số đặc điểm hình thái, cấu trúc quả của 15 tổ hợp lai cà chua có

ưu thế lai cao trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương 100

3.29 Diễn biến bệnh virus xoăn vàng lá gây hại trên đồng ruộng ở 15 tổ hợp

lai cà chua trong vụ Thu Đông năm 2012 tại Gia Lộc, Hải Dương 102

3.30 Một số đặc điểm sinh trưởng, phát triển chính của 8 tổ hợp lai cà

3.31 Một số đặc điểm về hình thái thân, lá của 8 tổ hợp lai cà chua ưu tú

3.32 Một số đặc điểm hình thái và chất lượng quả 8 tổ hợp lai ưu tú khảo

3.33 Hàm lượng một số thành phần hóa sinh trong quả của 8 tổ hợp lai cà

chua ưu tú khảo nghiệm năm 2013 tại Gia Lộc, Hải Dương 106

3.34 Năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của 8 tổ hợp lai

cà chua ưu tú ở các mùa vụ năm 2013 tại Gia Lộc, Hải Dương 108

3.35 Diễn biến mức độ biểu hiện bệnh xoăn vàng lá cà chua ở 8 tổ hợp lai cà

chua ưu tú ở vụ Xuân Hè, vụ Đông năm 2013 tại Gia lộc, Hải Dương 109

3.36 Độ hữu dục của hạt phấn và tỷ lệ đậu quả của 8 tổ hợp lai ưu tú trong

3.37 Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây và khả năng chống chịu bệnh

hại chính của 5 tổ hợp lai cà chua triển vọng khảo nghiệm tại Nam

3.38 Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của 5 tổ hợp lai cà chua triển

xii

3.39 Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây và khả năng chống chịu bệnh

hại chính của 5 tổ hợp lai cà chua triển vọng khảo nghiệm tại Hải

3.40 Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai cà chua

triển vọng khảo nghiệm tại Hải Dương năm 2013-2014 1163.41 Thời gian sinh trưởng, chiều cao cây và khả năng chống chịu bệnh

hại chính của 5 tổ hợp lai cà chua triển vọng khảo nghiệm tại Lạng

3.42 Năng suất và yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai cà chua

triển vọng khảo nghiệm tại Lạng Giang, Bắc Giang năm 2013-2014 1183.43 Chiều cao cây trung bình của 5 tổ hợp lai triển vọng khảo nghiệm

năm 2013-2014 tại Nam Định, Hải Dương và Bắc Giang 1193.44 Năng suất thực thu trung bình của 5 tổ hợp lai triển vọng khảo

nghiệm năm 2013-2014 tại Nam Định, Hải Dương và Bắc Giang 120

xiii

DANH MỤC CÁC HÌNH

2.1 Sơ đồ thời gian, quá trình nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu phục

vụ chọn giống cà chua lai chịu nóng, kháng bệnh virus xoăn vàng lá

3.1 Biểu đồ năng suất thực thu 26 dòng cà chua trong vụ Đông năm

3.2 Sản phẩm PCR phát hiện gen Ty1/Ty1 ở 26 dòng cà chua nghiên cứu

3.3 Sản phẩm PCR phát hiện gen Ty2 ở 26 dòng cà chua nghiên cứu

3.4 Sản phẩm PCR phát hiện gen Ty3 ở 26 dòng cà chua nghiên cứu

3.5 Biểu đồ biểu thị tỷ lệ hữu dục hạt phấn và tỷ lệ đậu quả ở 26 dòng cà

chua nghiên cứu trong vụ Hè năm 2011 tại Gia Lộc, Hải Dương 813.6 Sản phẩm PCR của các chỉ thị trong nghiên cứu đa dạng di truyền

cho 26 dòng cà chua nghiên cứu năm 2011, tại Gia Lâm, Hà Nội 833.7 Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ di truyền của 26 dòng cà chua 843.8 Biểu đồ năng suất thực thu (tấn/ha) của 36 tổ hợp lai cà chua ở vụ

3.9 Biểu đồ năng suất thực thu của 8 tổ hợp lai cà chua ưu tú khảo

3.10 Biểu đồ biểu thị độ hữu dục hạt phấn và tỷ lệ đậu quả của 8 tổ hợp

lai cà chua ưu tú ở vụ Xuân Hè năm 2013 tại Gia Lộc, Hải Dương 110

1

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Cà chua là cây rau ăn quả có tên khoa học Lycopercicum esculentum Mill, thuộc

họ cà Solanaceae cùng với cây ớt, cà tím, khoai tây được Miller phân loại năm

1754, sau đó Peralta and Spooner (2006) đã đổi tên cà chua thành Solanum

lycopersicum Quả cà chua có giá trị dinh dưỡng khá, phân tích trong 100gam cà chua

có 2,2mg đường, 8mg canxi, 3,7mg kali, 0,4mg sắt, 0,3mg carotene, 0,6mg nitơ,

vitamin A, B1, B2, C, P và các axit hữu cơ (Barbara et al., 2013) Quả cà chua có

thể sử dụng cho ăn tươi, nấu chín cho bữa ăn hàng ngày của mỗi gia đình và là nguyên liệu trong công nghiệp chế biến thực phẩm Từ quả cà chua có thể chế biến ra nhiều loại sản phẩm khác nhau như: cà chua đóng hộp nguyên quả, cà chua cô đặc, tương cà chua, mứt cà chua là những mặt hàng xuất khẩu rất giá trị và có nhu cầu cao trên thế giới, giá trị mặt hàng này hàng năm đạt 5 tỷ USD (Hanson, 2010) Với vai trò trên, cà chua là cây rau ăn quả quan trọng, được hầu hết các nước trên thế giới quan tâm và phát triển Theo số liệu của Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc (FAO, 2013), diện tích cà chua sản xuất trên thế giới năm 2011 đạt 4,734 triệu

ha, năng suất 33,59 tấn/ha, sản lượng 159,02 triệu tấn Với lượng cà chua sản xuất như trên, bình quân tiêu thụ đầu người khoảng gần 24 kg quả/người/năm

Trong những năm qua, ngành sản xuất cà chua thế giới đã có bước tiến vượt bậc về sử dụng giống ưu thế lai và công nghệ canh tác mới góp phần thúc đẩy, gia tăng năng suất và sản lượng cà chua: từ 27,61 tấn/ha (năm 2005) lên 33,59 tấn/ha (năm 2011) Mặc dù vậy, việc phòng trừ bệnh virus xoăn vàng lá cà chua (XVL) còn gặp nhiều khó khăn, bệnh hại đã ảnh hưởng lớn đến nhiều vùng trồng cà chua ở khu vực nhiệt đới và á nhiệt đới Lần đầu tiên bệnh được phát hiện tại Ấn Độ, sau

đó bệnh lan tràn ở phía đông Địa Trung Hải (Friedmann et al., 1998) Trung Phi và khu vực Đông Nam Á (Lapidot et al., 2007) Hiện nay, bệnh virus xoăn vàng lá đã phổ biến rộng ở Nam châu Âu và Trung Mỹ (Moriones et al., 1993) Tại Ấn Độ, sản

xuất cà chua vào giai đoạn từ tháng 2 đến tháng 5 hàng năm, dịch bệnh lên đến đỉnh

2

điểm, gây hại 100% (Pilowsky and Cohen, 2000) Ở Đài Loan, bệnh xoăn vàng lá phân bố và gây hại khắp cả nước, đặc biệt ở miền Trung và miền Nam, nơi có cây

cà chua trồng quanh năm (AVRDC, 2005)

Việt Nam, cà chua là cây rau ăn quả được trồng và tiêu thụ phổ biến trong cả nước Trong đó, các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng và khu vực Lâm Đồng là vùng có diện tích sản xuất cà chua lớn nhất cả nước Theo số liệu của Tổng cục Thống kê (2013), năm 2013 diện tích trồng cà chua cả nước đạt 25,483 nghìn ha, năng suất bình quân khoảng 28,7 tấn/ha, chiếm 3,0% tổng diện tích rau và chiếm gần 5,0% sản lượng rau cả nước

Sản xuất cà chua đem lại hiệu quả kinh tế: 01 ha cà chua trồng cho thu nhập từ 120-200 triệu đồng/ha/vụ Cây cà chua trồng trái vụ (Xuân Hè và Thu Đông) cho hiệu quả cao gấp 2-3 lần so với chính vụ (Đặng Văn Niên và cs., 2013)

Cây cà chua trồng ở vụ Xuân Hè gieo hạt từ tháng 1, thu hoạch tháng 6 và vụ Thu Đông gieo hạt từ tháng 8-9 Trong các thời vụ này, sản xuất cà chua ở các tỉnh phía Bắc gặp nhiều khó khăn Nhiệt độ, độ ẩm cao, dịch bọ phấn phát sinh, truyền bệnh virus xoăn vàng lá, gây hại làm giảm năng suất, chất lượng Theo kết quả điều tra tình hình bệnh hại cà chua trong nhà lưới và ngoài đồng ruộng tại Hà Nội cho thấy: bệnh virus xoăn vàng lá cà chua ở nước ta gây thiệt hại từ 80-90% năng suất

cà chua, bệnh chỉ lan truyền qua bọ phấn Bemisia spp với tỷ lệ bệnh rất cao

(Nguyễn Thị Thơ, 1984)

Để mở rộng diện tích và nâng cao hiệu quả sản xuất cà chua trong vụ Xuân

Hè, vụ Thu Đông tại các tỉnh phía Bắc thì việc nghiên cứu chọn tạo giống cà chua mới có năng suất cao, khả năng chống bệnh virus xoăn vàng lá, chuyển giao cho sản xuất là yếu tố quyết định

2 Mục tiêu đề tài

- Bổ sung nguồn vật liệu có những ưu điểm nổi bật về một số tính trạng: năng suất, chất lượng quả, kháng bệnh virus xoăn vàng lá phục vụ nghiên cứu chọn tạo giống cà chua ưu thế lai năng suất cao, chịu nóng và khả năng chống chịu bệnh virus xoăn vàng lá ở Việt Nam

3

- Chọn tạo được một số tổ hợp lai cà chua ưu tú, thích hợp trồng trong vụ Xuân

Hè và vụ Thu Đông, khả năng chống chịu bệnh virus xoăn vàng lá khá, năng suất đạt trên 45 tấn/ha, chất lượng tốt đáp ứng yêu cầu nội tiêu và chế biến xuất khẩu

3 Những đóng góp mới của đề tài

Bằng hệ thống tổng hợp các phương pháp nghiên cứu, bao gồm: đánh giá diễn biến bệnh virus xoăn vàng lá gây hại trên đồng ruộng, lây nhiễm nhân tạo, sử dụng phân tích chỉ thị phân tử, đã xác định được 4 dòng cà chua thuần mang gen kháng

bệnh virus xoăn vàng lá Ty1 là dòng D10, D12, D13 và D15, các dòng này có ý

nghĩa ứng dụng trong nghiên cứu chọn tạo giống cà chua ưu thế lai kháng bệnh virus xoăn vàng lá ở nước ta

Đã khẳng định tính hiệu quả cao của phương pháp ghép ngọn trong lây nhiễm nhân tạo bệnh virus xoăn vàng lá cà chua

Đã chọn tạo thành công một số tổ hợp lai cà chua triển vọng: VT5, VT10 cho năng suất đạt 46,2-49,1 tấn/ha (vụ Xuân Hè), 62,3-65,2 tấn/ha (Thu Đông) và 70,0-78,7 tấn/ha (Đông chính vụ), có chất lượng quả tốt, khả năng kháng bệnh virus xoăn vàng lá khá Giống cà chua VT5, VT10 được Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn công nhận là giống sản xuất thử cho các tỉnh đồng bằng sông Hồng và Trung

du miền núi phía Bắc

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

4.1 Ý nghĩa khoa học

Bổ sung các dữ liệu khoa học trong nghiên cứu chọn tạo giống cà chua ưu thế lai (F1) năng suất cao, có khả năng chịu nóng, tăng kháng bệnh virus xoăn vàng lá đáp ứng yêu cầu sản xuất

Phân lập ra các nhóm vật liệu theo các tính trạng mục tiêu cho công tác chọn tạo giống cà chua ưu thế lai

Đã khẳng định tính hiệu quả cao của việc sử dụng các phương pháp lây nhiễm nhân tạo (phương pháp ghép) và chỉ thị phân tử trong phát hiện mẫu giống kháng bệnh virus xoăn vàng lá ở cà chua

Luận án là một công trình nghiên cứu khoa học khép kín: từ nghiên cứu, đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu, chọn tạo dòng thuần, đánh giá khả năng kết hợp chung, khả năng kết hợp riêng, đánh giá và chọn ra các tổ hợp lai ưu tú, khảo nghiệm cơ

và nâng cao hiệu quả kinh tế cho người trồng cà chua trong vụ Xuân Hè, vụ Thu Đông tại các vùng trồng cà chua

5

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Nguồn gốc và phân loại thực vật học cây cà chua

1.1.1 Nguồn gốc và phân bố cây cà chua

Cây cà chua, có tên khoa học (Lycopercicum esculentum Mill) thuộc họ cà

Solanaceae Cây cà chua có bộ nhiễm sắc thể 2n=24, được Miller phân loại năm 1754

Theo tài liệu của các tác giả Choudhury (1970), Luckwill (1943), Rick (1973) Cây cà chua có nguồn gốc ở vùng Andean, bao gồm Colombia, Ecuador, Peru, Bolivia và Chile dọc bờ biển Thái Bình Dương, từ quần đảo Galapagos tới Chi Lê, đây là các khu vực có khí hậu nhiệt đới khô Nguồn gốc và quá trình thuần hóa của cà chua trồng hiện vẫn chưa được xác định rõ ràng (Rick, 1976) Một số tác giả cho rằng, cây cà chua trồng có nguồn gốc từ cà chua bán hoang

dại L.esculentum var pimpinellifolum, tuy nhiên, nhiều tác giả khác nhận định

L.esculetum var cerasiforme (cà chua anh đào) mới là tổ tiên của cà chua trồng

Theo các nghiên cứu của Jenkins (1948), có thể dạng này được chuyển từ Peru và Ecuador tới nam Mexico, ở đó nó được dân bản xứ thuần hóa và cải tiến

Một số tác giả khác cho rằng, phía tây dãy núi Andes là tổ tiên thứ hai của

loài cà chua trồng "Lycopercicum esculentum Mill" được Miller đặt tên Nhiều

bằng chứng khảo cổ học, thực vật học đã thừa nhận Mexico là trung tâm thuần hoá cây cà chua

Mặc dù được thuần hóa tại Mexico, cà chua được biết và công nhận ở một số vùng của thế giới cũ trước khi chúng được biết đến ở châu Mỹ Sự giao lưu thương mại và mở rộng thuộc địa góp phần truyền bá cà chua đi khắp nơi (Esquinas and Nuez, 1995)

Ở châu Âu, cây cà chua bắt đầu xuất hiện trong sách nghiên cứu cây cỏ vào giữa thế kỷ XVI và trồng đầu tiên ở Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha, Ý do những nhà buôn của nước này chuyển từ Nam Mỹ tới, từ đó được lan truyền đi các nơi khác Trong thời kỳ này, cà chua chỉ được xem như cây cảnh và cây thuốc, đến thế kỷ XVIII, cây cà chua mới được chấp nhận là cây thực phẩm có giá trị và từ đó được

phát triển mạnh (Luckwill, 1943; Kuo et al.,1988)

6

Tại châu Phi, cây cà chua được biết đến vào cuối thế kỷ XVI, những thương gia Thổ Nhĩ Kỳ đóng vai trò quan trọng trong việc phát tán cà chua đến vùng Địa Trung Hải và Cận Đông vì họ đưa cà chua đến Mozambique và Angola (Esquinas and Nuez, 1995)

Còn ở châu Á, cây cà chua du nhập đầu tiên vào Philippin, thông qua những chuyến tàu buôn với người Tây Ban Nha vào thế kỷ XVI, việc buôn bán đường biển của quốc đảo này với các nước láng giềng như Trung Quốc, Nhật Bản, Ấn Độ đã góp phần phổ biến cây cà tại các nước châu Á: ở Hàn Quốc vào thế kỷ XVII, Nhật Bản và Ấn Độ bắt đầu trồng cây cà chua ở thế kỷ XVIII, Trung Quốc ở thế kỷ XIX,

XX (Esquinas and Nuez, 1995)

Cây cà chua được du nhập vào châu Mỹ nhờ thực dân Tây Ban Nha và Thổ Nhĩ Kỳ ở thế kỷ XVII, XVIII Tại khu vực Bắc Mỹ, cây cà chua được đưa vào đầu tiên ở California và San Diego vào năm 1850

Ở Việt Nam, một số nhà nghiên cứu cho rằng cây cà chua được nhập vào Việt Nam từ thời gian thực dân Pháp chiếm đóng (Trần Khắc Thi và cs., 2005) Hiện nay, diện tích sản xuất duy trì trong khoảng 23-25 nghìn ha/năm và được trồng chủ yếu ở các tỉnh thành thuộc đồng bằng sông Hồng, trung du miền núi phía Bắc và Đức Trọng, Đà Lạt thuộc tỉnh Lâm Đồng

1.1.2 Phân loại cây cà chua

Từ lâu, nhiều tác giả nghiên cứu, phân lập, xây dựng hệ thống phân loại cây cà chua theo quan điểm của riêng mình như: Muller (1940); Daskalov and Popov (1941); Luckwill (1943); Lehman (1953); Breznhev (1955, 1964); Zuhucospki (1964) Ở Mỹ dùng phân loại của Muller, ở châu Âu, Liên Xô (cũ) thường dùng phân loại của Brezhnev và hệ thống phân loại này được sử dụng rộng rãi ở rất nhiều nước khác (dẫn theo Nguyễn Hồng Minh, 2000)

Với phân loại của Breznhev (1955, 1964) cho rằng L.esculentum Tourn được

chia 3 loài thuộc 2 chi phụ (dẫn theo Nguyễn Hồng Minh, 2000)

- Subgenus 1- Eriopersicon Chi phụ này gồm các loài dại, cây dại một năm

hoặc nhiều năm, quả có lông, màu trắng, lá xanh vàng nhạt chi này gồm 2 loài và các loài phụ

7

+ Lycopersicon peruvianun Mill

Loài này phát sinh từ Chi Lê, Peru là cây lâu năm, dạng thân leo, quả nhỏ 1-3 gam không ăn được, khi xanh có lông, dạng tròn

L peruvianun var, Cheesmanii Piloey, Cheesmanii F.minor CH Mull

L peruvianun var Dentatum Dun

+ Lycopersicon hirsutum Humb.et.Bonpl

Loài này xuất hiện trên vùng núi Andes ở độ cao 2200-2500m so với mực nước biển Là cây một năm hoặc nhiều năm, thân bụi có lông, lá xẻ thùy sâu, quả nhỏ 2-5 gam, không ăn được khi chín màu đỏ

Lycopersicon hirsutum var Glabratum CH.Mull

Lycopersicon hirsutum var Glandulosum CH.Mull

- Lycopersicon esculentum Mill

Thuộc dạng cây 1 năm, thân đứng, cao 30-300cm, lá phân thùy, hoa chùm, dạng quả tròn hoặc ô van, dài Loài này gồm 3 loài phụ:

a/ L.esculentum Mill.ssp spontaneum Brezh - cà chua dại bao gồm 2 dạng sau:

- L.esculentum var pimpinellifolium Mill (Brezh): Chi quả anh đào

- L.esculentum var racemigenum (Lange) Brezh: Chi nhiều thân

b/ L.esculentum Mill.ssp.subspontaneum-cà chua bán hoang dại gồm 5 dạng sau:

- L esculentum var.cersiforme (Agray) Brezh - cà chua anh đào

- L esculentum var pyriforme (C H.Mull) Brezh - cà chua dạng lê

- L esculentum var.pruniforme Brezh - cà chua dạng mận

- L esculentum var elongatum Brezh - cà chua dạng quả dài

- L esculentum var.succenturiatum Brezh - cà chua dạng nhiều ô hạt

c/ L esculentum Mill.ssp.cultum-cà chua trồng, có 4 dạng sau:

- L esculentum var.vulgare Brezh: Dạng thông thường

- L esculentum var validum (Bailey) Brezh: Dạng lùn thân cứng

- L esculentum var.gradifolium (Bailey) Brezh: Dạng lá to

- L esculentum var Congregatum: Dạng hỗn hợp

* Theo cách phân loại của Muller (1940) cà chua có 2 loài phụ

8

Subgenus I: Eulycopersicon C H.Mull

Quả thường không có lông, màu đỏ hoặc đỏ vàng, hạt to, chùm hoa không có lá bao, là loài ăn được với sắc tố caroten và là cây hàng năm, loài

này lại được phân thành nhiều chi khác nhau trong đó Lycopersicon

esculentum Mill nằm trong loài phụ này

Subgenus II: Eriopersicon C.H.Mull

Quả thường loang lổ, trắng, xanh hoặc vàng nhạt, có sắc tố antoxian, hạt mỏng, chùm hoa có lá bao Loài phụ này lại được chia thành 4 chi nhỏ khác

Ngoài 2 cách phân loại như đã nói ở trên, cà chua được phân loại theo nhiều tác giả khác nhau Gần đây nhất là hệ thống phân loại của Peralta và cộng sự năm

2006 Cà chua thuộc loài Solanum chi Lycopersicon này phân thành 4 nhóm khác

nhau trong đó:

+ Nhóm thứ nhất - Lycopersicon bao gồm các loài phụ như:

S.lycopersicum; S pimpinellifolium; S cheemaniae; S galapagene

+ Nhóm thứ hai - Neolycopersicon có loài phụ là S.pennellii

+ Nhóm thứ ba - Eriopersicon gồm các loài phụ: S habrochaites;

S huaylasense; S cornrlliomulleri; S peruvianum và S chilense

+ Nhóm thứ tư - Acanum gồm các loài phụ: S acanum; S chmielewskii

và S neorickii

Như vậy, có thể nói rất nhiều cách phân loại cà chua đang được áp dụng trên thế giới, nhưng áp dụng nhiều nhất là cách phân loại của Brezhev (1964)

và Muller (1940)

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

1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới

* Tình hình sản xuất cà chua trên thế giới

Cây là chua là cây rau ăn quả được trồng, tiêu thụ hầu hết các nước trên thế giới Sản lượng cà chua sản xuất liên tục tăng trong những năm gần đây Theo số liệu của Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc (FAO) năm 2013 (bảng 1.1), diện tích

cà chua sản xuất năm 2011 đạt 4,734 triệu ha Tốc độ gia tăng về diện tích sản xuất chậm, trong 7 năm luôn duy trì trong khoảng trên 4,5 triệu ha (2005-2012) Sản

9

lượng cà chua tăng 22% từ 127,929 triệu tấn (2005) lên 159,02 triệu tấn (2011) Mức gia tăng về sản lượng là do sự gia tăng mạnh về năng suất: từ 27,99 tấn/ha (2005) lên 33,84 tấn/ha (năm 2011) Với sản lượng trên, bình quân tiêu thụ đầu người khoảng trên 24 kg quả/người/năm Điều đó khẳng định, cây cà chua là cây trồng quan trọng trong nền nông nghiệp của nhiều nước trên thế giới (FAO, 2013) Trong đó, châu Á có diện tích và sản lượng cà chua lớn nhất, chiếm trên 44%, châu Âu khoảng 22%, khu vực châu Mỹ 15%, châu Phi 12%, các nơi khác là 7% (FAO, 2013)

Bảng 1.1 Năng suất và sản lượng cà chua sản xuất của thế giới

trong 10 năm (2002 - 2011)

(nghìn ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

10

Bảng 1.2 Năng suất và sản lượng cà chua của 10 nước

sản xuất lớn nhất thế giới năm 2010

Nước Diện tích

(nghìn ha)

Năng suất (tấn/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

Tỷ lệ (%)

với mức tăng trưởng khá (FAO, 2013)

Năm 2010, Trung Quốc đạt 41,879 triệu tấn chiếm 28% tổng sản lượng cà chua thế giới, Ấn Độ đạt 16,826 triệu tấn (11%), Mỹ: 12,902 triệu tấn (9%), Thổ Nhĩ Kỳ đạt 10,052 triệu tấn (7%) Về năng suất, Mỹ là nước có năng suất cà chua cao nhất, đạt 81,0 tấn/ha, gấp 4,15 lần năng suất cà chua của Ấn Độ và gấp 1,68 lần

so với Trung Quốc (FAO, 2013)

* Tình hình tiêu thụ cà chua trên thế giới

Tình hình tiêu thụ cà chua ở các nước rất khác nhau Tùy thuộc vào nhu cầu tiêu dùng, tập quán, văn hóa ẩm thực mà sản lượng cà chua tiêu thụ hàng năm của

11

các nước là khác nhau Tài liệu tổng kết của Viện Nghiên cứu Rau quả cho biết: người Hy Lạp tiêu thụ 187,1 kg/người/năm, Thổ Nhĩ Kỳ 107 kg/người/năm, Italia khoảng 95 kg/người/năm

Hiện nay, có các khu vực sản xuất cà chua lớn nhất là: Mỹ (Valley, California), bờ biển Địa Trung Hải và Tân Cương của Trung Quốc, nội Mông Cổ chiếm khoảng 85% tổng sản lượng của thế giới Trung Quốc sản xuất cà chua chủ yếu là xuất khẩu, sản lượng xuất khẩu phụ thuộc vào thị trường toàn cầu (Chai, 2001)

Bảng 1.3 Tình hình xuất, nhập khẩu cà chua 10 nước lớn nhất

thế giới trong năm 2010

Nước Sản lượng

(1000tấn)

T.Giá trị (triệu USD) Nước

Sản lượng (1000 tấn)

T.Giá trị (triệu USD)

12

Tổng giá trị xuất khẩu cà chua của Mexico đạt tới 1,14 tỷ USD, cao hơn Hà Lan,

vì hầu hết sản lượng cà chua của Mexico xuất khẩu sang thị trường Mỹ với giá cao

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua ở Việt Nam

Theo số liệu của Tổng cục Thống kê (2013), diện tích sản xuất rau cả nước năm 2013 đạt 847,47 nghìn ha, tăng 15,5% so với năm 2009 (735,3 nghìn ha), năng suất đạt 172,6 tạ/ha, sản lượng 14,826 triệu tấn Sản lượng rau bình quân đầu người hiện nay khoảng 110kg/người/năm, tương đương mức trung bình thế giới

Cây cà chua là cây rau ăn quả được trồng với diện tích lớn Theo số liệu thống

kê năm 2014, diện tích sản xuất cà chua cả nước năm 2013 đạt 25,48 nghìn ha, tăng 20,3% so với năm 2010 (21,17 nghìn ha), năng suất đạt 287,0 tạ/ha, sản lượng đạt 731,48 nghìn tấn Với sản lượng trên, tương đương bình quân đầu người khoảng 8,1kg quả/năm Trong thời gian qua, nhờ việc chuyển giao các tiến bộ kỹ thuật: giống mới và công nghệ canh tác tiên tiến góp phần gia tăng về năng suất, sản lượng và chất lượng cà chua của Việt Nam

Do tính chất đặc trưng, như: cơ cấu mùa vụ và điều kiện sinh thái mà cây cà chua phần lớn được sản xuất tại các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng và khu vực Lâm Đồng Diện tích và sản lượng cà chua sản xuất ở hai khu vực này chiếm trên 62% sản lượng cà chua cả nước

Thời vụ gieo trồng cà chua ở đồng bằng sông Hồng: vụ Hè Thu gieo hạt trong khoảng 15/7- 20/8, vụ Đông Xuân 30/8-30/10 và vụ Xuân Hè 20/1-20/2 Các giống

cà chua trồng với diện tích chủ đạo là: Mongan T11, Savior, HT160, HT42, BM199, VL2000, Gandeva, VL3000 Các tỉnh có diện tích sản xuất lớn là: Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định, Bắc Giang (Đặng Văn Niên và cs., 2013)

Kết quả điều tra (2009-2011), các giống cà chua thuộc có dạng hình sinh trưởng hữu hạn với 13 giống chiếm 46,9%, có các đặc điểm chính như: chín sớm, chín tập trung và thích hợp trong vụ Thu Đông Nhóm giống thuộc dạng hình sinh trưởng bán hữu hạn với 15 giống chiếm 55,5% và nhóm giống thuộc dạng hình sinh trưởng vô hạn, điển hình là các giống cà chua quả nhỏ (cà chua bi) chỉ chiếm (18,5%) tổng số giống có trong sản xuất (Đặng Văn Niên và cs., 2013)

Sản lượng (1000tấn)

14

Trong giai đoạn từ năm 2011 đến nay, bộ giống cà chua trồng đã có sự chọn lọc đáng kể, các giống cao sản có dạng bán hữu hạn, năng suất cao, phẩm chất quả tốt, như quả cứng, chín đỏ đẹp, đặc biệt là các giống có khả năng chịu nhiệt, kháng bệnh virus xoăn vàng lá, bệnh sương mai chiếm ưu thế (70,3%) Trong sản xuất, chỉ còn một số giống loại hình sinh trưởng hữu hạn ở một số vùng trồng quảng canh, ít chăm sóc như BM199, DV178… Một số giống dạng vô hạn

đã được đưa vào sản xuất ở một số vùng chuyên canh, có trình độ thâm canh cao (Đặng Văn Niên và cs., 2013)

Bảng 1.5 Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua của 10 tỉnh thành

đứng đầu cả nước trong 2 năm (2012-2013)

Tỉnh thành Diện

tích (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (1000 tấn)

Diện tích (ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (1000 tấn)

Hải Dương 1.000,0 260,9 26,09 1.008,0 253,4 25,54 Hải Phòng 1.259,4 325,7 41,02 971,2 310,7 30,17 Nam Định 1.444,0 202,9 29,29 1.164,0 198,1 23,06

15

sương mai Giống cà chua lai F1 Kim Cương đỏ do công ty Syngenta nghiên cứu, lai tạo với đặc điểm là giống sinh trưởng vô hạn, chống chịu tốt với bệnh sương mai, trái cứng, thời gian bảo quản lâu, thuận tiện cho việc vận chuyển, giống có năng suất cao 4-6 kg/cây Từ năm 2006-2008 giống đã được trồng trên 800 ha ở 2 huyện Đơn Dương và Đức Trọng (Đặng Văn Niên, 2014)

Mức độ áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trên cây cà chua tại các địa phương thuộc ĐBSH có sự chuyển biến rất nhanh, người dân rất tích cực tìm hiểu và áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới, công nghệ mới trong canh tác như kỹ thuật trồng cà chua trái vụ, mạnh dạn áp dụng giống mới, giải pháp bảo vệ thực vật mới, ứng dụng gốc ghép kháng bệnh… có nhiều vùng trồng cà chua chuyên nghiệp, có thị trường tiêu thụ tốt Các vùng chuyên canh, nông dân có kinh nghiệm trồng cà chua trái vụ thường là những người có trình độ thâm canh cao Tuy nhiên, mức độ

áp dụng kỹ thuật tiên tiến và giống mới phù hợp chưa đồng đều ở các địa phương (Đặng Văn Niên và cs., 2013)

Sản xuất cà chua tại ĐBSH cho lợi nhuận từ 71,6 triệu đồng đến 151,6 triệu đồng trên 1ha Trong đó, trồng cà chua vụ Hè Thu mang lại hiệu quả cao nhất vì thời điểm này cà chua thường có giá cao hơn (Đặng Văn Niên và cs., 2013)

1.3 Nguồn gen cà chua và ứng dụng trong chọn giống

1.3.1 Nghiên cứu, thu thập và lưu giữ nguồn gen cà chua

Nguồn gen là vật liệu di truyền có giá trị nhất cho bất cứ chương trình tạo giống nào Nguồn gen cây cà chua bao gồm các giống dạng hoang dại, giống bản địa, giống cũ, giống mới hoặc các giống cà chua được truyền lại, cần được bảo tồn,

đánh giá, nhân và sử dụng trong chọn tạo giống (Fernandez et al., 1995) Các giống

cà chua trồng có mức độ biến dị di truyền thấp, do vậy khai thác nguồn gen ngoại lai, nguồn gen hoang dại quan trọng để chuyển gen vào cà chua trồng (Rick, 1973) Thu thập, lưu giữ và khai thác nguồn gen cà chua tốt có tính quyết định trong nghiên cứu chọn tạo giống mới nên được rất nhiều nước quan tâm

Chương trình bảo tồn nguồn gen cà chua của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ hiện đang bảo tồn hơn 5.000 mẫu giống cà chua trồng và cà chua dại, trong đó cà chua

trồng và cà chua nhỏ (S pimpinellifolium) là phổ biến nhất Bộ môn nguồn gen thực

16

vật (Plant Genetic Resources Unit – PGRU) thuộc Đại học Cornell đã thu thập và bảo tồn 5.964 mẫu giống cà chua thuộc 10 loài khác nhau, trong đó, loài cà chua

trồng S lycopersicum chiếm đa số với 5.330 mẫu giống (PRGU, 2006)

Viện Tài nguyên Di truyền Thực vật Quốc tế (The International Plant Genetic Resources Institue - IPGRI) đã tham gia bảo tồn 21.332 mẫu giống cà chua trong các bộ sưu tập của từng quốc gia (ECPGR, 2013a; 2013b; 2013c)

Tại Ấn Độ, Cục Nguồn gen thực vật Quốc gia và Viện Nghiên cứu rau quả Ấn

Độ đã thu thập được hơn 2.900 mẫu giống cà chua từ Ấn Độ và các vùng nông nghiệp khác nhau thuộc trên 40 quốc gia trên thế giới (NBPGR, 2013)

Ngân hàng gen của Trung tâm Nghiên cứu Phát triển rau thế giới (AVRDC) hiện đang duy trì bộ sưu tập nguồn gen thực vật lớn nhất thế giới với hơn 59.507 mẫu rau giống từ 156 quốc gia, trong đó có khoảng 12.000 mẫu giống rau bản địa

Số lượng các mẫu giống cà chua đang được lưu giữ tại Trung tâm là 6.601 mẫu giống, trong đó có 654 mẫu giống thuộc các loài dại, còn lại là các mẫu giống cà chua trồng (AVRDC, 2013)

Ở Việt Nam, nghiên cứu đánh giá nguồn gen cây cà chua cũng thường xuyên được tiến hành tại các đơn vị nghiên cứu chọn tạo giống Các tác giả Vũ Tuyên Hoàng, Mai Phương Anh, Trần Khắc Thi từ những năm 1975 đã tiến hành nghiên cứu đánh giá phân loại nguồn gen của 289 mẫu giống cà chua, trong đó

có 269 giống nhập nội gồm 263 giống trồng, 6 giống hoang dại và bán hoang dại,

17 giống địa phương và 3 dạng hoang dại thu thập trong nước Kết quả đã đánh giá, phân lập được các giống có tính chín sớm, khả năng chống chịu sâu bệnh, tiềm năng năng suất cao Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng các giống nhập nội thường có phẩm chất tốt hơn giống địa phương (Vũ Tuyên Hoàng và cs., 1982) Theo tác giả Trường Giang (2009), hiện nay nước ta có 52 đơn vị tham gia bảo tồn nguồn gen nông nghiệp Từ năm 1992 đến nay, ngân hàng gen cây trồng Quốc gia đã thu thập, nhập nội và đang lưu giữ 13.500 giống của hơn 100 loài cây trồng trong đó có cây cà chua Về thu thập nguồn gen cà chua có khả năng chống chịu, ngân hàng gen đã thu thập và đánh giá được các giống cà chua chống chịu bệnh virus, héo xanh vi khuẩn và chịu nhiệt

17

Bảng 1.6 Tình hình lưu giữ nguồn gen cà chua ở một số nước

trên thế giới tổng hợp năm 2003

(Species)

Số mẫu giống

1 Australia Trung tâm lưu giữ quỹ gen cây rừng và cây nhiệt đới,

Queensland

3 Brazil Trung tâm lưu giữ quỹ gen cây làm vườn quốc gia

(CNPH), Embrapa

7 Colombia Trung tâm đầu tư phát triển nông nghiệp Colombia

(CORPOICA), Palmira

8 Cộng hoà

Czech

Khoa nông học, trường đại học Palacky, Olomouc 5 1.613

11 Đức Viện Nghiên cứu nguồn gen thực vật Leibniz,

Gatersleben

13 Israel Trung tâm Volcani, Trường đại học

Hebrew, Jerusalem

16 Peru Trường đại học Nông nghiệp quốc gia Molina,

Lima

17 Philippin Phòng thí nghiệm lưu giữ nguồn gen cây trồng quốc

gia, IPB/UPLB, Laguna

20 Secbia và

Montenegro

24 Đài Loan Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau thế giới

(AVRDC), Tainan

25 Ukraina Viện nghiên cứu và sản xuất rau và Melon, Selektsijne 1 2.433

26 Mỹ Trung tâm lưu giữ nguồn gen cà chua C.M Rick, Davis 10 3.157

27 Mỹ Viện nghiên cứu Nông nghiệp Campbell, Công ty

Campbell, Camden

28 Mỹ Trung tâm bảo tồn quỹ gen quốc gia (NCGRP), USDA-ARS,

Fort Collins, Colorado

29 Mỹ Trường đại học Cornell, Jordan Hall, NYS AES,

Geneva

30 Mỹ Trạm giới thiệu cây trồng khu vực phía Bắc PGRU,

USDA-ARS, đại học Cornell, Geneva

Nguồn: Daunay et al (2003)

18

Tác giả Trần Văn Lài và cs (2005) cho biết: từ năm 2000 đến nay, Viện Nghiên cứu Rau quả đã thu thập và đưa vào duy trì, đánh giá nguồn quỹ gen các giống rau với trên 2000 mẫu giống, trong đó cà chua là một trong 5 cây chủ lực Trong giai đoạn từ năm 2000-2002, đơn vị đã thu thập, bảo quản và đưa vào sử dụng một tập đoàn gồm 180 mẫu giống cà chua thu thập trong nước và nhập từ AVRDC

Giai đoạn 2006-2010, trong khuôn khổ đề tài: “Nghiên cứu chọn tạo giống, xây dựng quy trình kỹ thuật tiên tiến cho một số loại rau chủ lực (cà chua, dưa chuột, dưa hấu, mướp đắng, ớt) phục vụ nội tiêu và xuất khẩu”, các đơn vị tham gia thực hiện đã thu thập bổ sung, nghiên cứu với nhiều phương pháp khác nhau nguồn vật liệu cà chua, kể cả việc gây đột biến tạo các giống mới, đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị phân tử, đặc tính nông sinh học của tập đoàn giống cà chua nhằm xác định nhanh chóng và chính xác hơn nguồn vật liệu sử dụng cho chọn tạo giống (Trần Khắc Thi, 2011)

Ở Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm năm 2012, thực hiện dự án “Phát triển ngân hàng gen cây trồng Quốc gia”, giai đoạn 2011-2015 do Trung tâm Tài nguyên thực vật chủ trì Trong giai đoạn này, Viện đã tiến hành đánh giá, xây dựng

dữ liệu và nhân cho 450 nguồn gen cà chua, trong đó có trên 80% nguồn gen cà chua

có nguồn gốc địa phương, đặc biệt có 20 nguồn gen kháng bệnh virus XVL trên đồng ruộng khá

Đề tài “Nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống cà chua ưu thế lai phục vụ cho chế biến”, giai đoạn 2004-2010 tại Viện Nghiên cứu Rau quả Đề tài đã thu thập, đánh giá 129 mẫu giống cà chua, có 63 mẫu cho chế biến bóc

vỏ nguyên quả và 66 mẫu cho chế biến cô đặc, 14 mẫu giống chín sớm, 72 mẫu giống tiềm năng năng suất cao, 20 mẫu có hàm lượng chất khô hòa tan cao (độ brix > 5%)

và 3 mẫu chống chịu tốt với bệnh virus xoăn vàng lá (Dương Kim Thoa, 2012)

Luận án “Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 ở Việt Nam” Kết quả của luận án đã thu thập và đánh giá 12 mẫu giống cà chua

có nguồn gốc khác nhau được thu thập từ nhiều nơi trên thế giới, trong đó có 36 mẫu giống cà chua có vòi nhụy cao hơn bao phấn thuộc nhóm ăn tươi và chế biến được sử

19

dụng làm nguồn vật liệu để chọn lọc dòng cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với GA3 (Lê Thị Thủy, 2012)

1.3.2 Một số nghiên cứu đánh giá nguồn gen phục vụ chọn tạo giống

Trong họ cà (Solanaceae) có khoảng 3.000 loài, trong chi Lycopersicon bao gồm cà chua trồng (S lycopersicum) và 12 loài dại và họ hàng hoang dại Solanum

lycopersicum là một loài thuần hóa (Peralta et al., 2006) Cà chua dại có mức đa dạng

cao, đặc biệt trong các loài tự bất hợp như S.chilense và S peruvianum Những biến

dị di truyền của các loài dại ngày nay được khai thác các tính trạng trong các chương trình tạo giống cà chua (Rick, 1978)

Theo tài liệu Esquinas and Nuez (1995) về những tính trạng của các loài cà chua hoang dại được lưu tâm trong chọn giống

Bảng 1.7 Một số tính trạng được quan tâm ở các loài cà chua hoang dại

được nghiên cứu và tổng kết

S lycopersicum var cerasiforme L Chịu ẩm, kháng nấm và thối rễ

S cheesmaniae (L Riley) Fosberg và

S galapagense S Darwin và Peralta

Chịu mặn, không vách ngăn và cùi dày

S Pimpinellifolium L Màu sắc, chất lượng quả,

kháng bệnh

S chmielewskii (C.M Rick, Kesicki, Fobes

& M Holle) D.M Spooner, G.J Anderson &

R.K Jansen

Hàm lượng đường cao

S neorickii D.M Spooner, G.J Anderson &

R.K Jansen

Kháng bệnh

S pennellii Correll Chịu hạn

S habrochaites S Knapp & D.M Spooner Chịu giá lạnh, kháng sâu bệnh

S chilense (Dunal) Reiche Chịu hạn, chống bệnh

Tập hợp peruviuanum: S peruvianum (.L),

S arcanum (Peralta), S corneliomuelleri

(J.F.Macbr.), S huaylasense (Peralta & Knaap)

Kháng bệnh do virus, nấm và

vi khuẩn

20

1.3.2.1 Nguồn gen cà chua chất lượng cao

Các dạng cà chua bán hoang dại thuộc loại L.esculentum Mill, như var

cerasifome, pyrifome, pruniforme là nguồn vật liệu quý cho chọn tạo giống cà chua

chất lượng cao Theo kết quả phân tích thành phần hóa sinh của nhiều tác giả cho thấy, các dạng hoang dại có hàm lượng đường cao, hàm lượng vitamin C đạt 138 mg/100 gam chất tươi trong khi đó giống cà chua trồng chỉ đạt 12-36mg/100 gam

chất tươi (Barbara et al., 2013)

Chỉ tiêu đặc biệt quan trọng đối với cà chua chế biến là hàm lượng chất khô cao (độ Brix) Hàm lượng chất khô cơ bản liên quan đến các chất Pectin trong quả

Sử dụng nguồn gen cà chua hoang dại nhằm cải tiến tính trạng này ở cà chua trồng

Có thể khai thác nguồn gen này ở cà chua L.chemielewskii về hàm lượng đường và

độ chắc của quả

Năm 2012 các nhà tạo giống cà chua của Ý là Adriana Sacco và cộng sự đã quy tụ gen chất lượng bằng cách lai trở lại quy tụ gen chất lượng từ 2 dòng chuyển

gen IL (introgression lines) bắt nguồn từ loài Solanum pennellii là IL7-3 và IL12-4

vào cà chua trồng Hai dòng này mang QTL (Quantitative trait loci) điều khiển tăng hàm lượng ascorbic acid (AsA), phenol và hàm lượng đường (độ Brix) trong quả cà chua Hai dòng lai với giống cà chua phổ biến rộng M82 tạo ra con lai F1 (ILH7-3+12-4) tự thụ phấn và thu được thế hệ F3 để ổn định các tính trạng có lợi trong trạng thái đồng hợp Sử dụng chỉ thị phân tử đặc hiệu nhận biết vùng gen đã chuyển

và đã chọn lọc được 4 dòng F2 mang gen của cả hai dòng cho gen (IL) Các cây F3 đồng hợp biểu hiện hàm lượng AsA, tổng lượng phenol và độ Brix cao hơn M82 ở mức có ý nghĩa Sử dụng quy tụ gen cải tiến chất lượng quả ở cà chua là phương pháp hiệu quả, đặc biệt tăng hàm lượng các chất chống oxy hóa

1.3.2.2 Nguồn gen cà chua có khả năng chịu nóng

Khả năng chịu nóng cao được xác định khi cây trồng ít bị thiệt hại do tác động của nhiệt độ cao Nhiệt độ ngoại cảnh cao có thể ảnh hưởng trực tiếp đến các cấu trúc của tế bào thực vật Nhiệt độ của đất ở giai đoạn nảy mầm của hạt cũng có thể ảnh hưởng tới cấu trúc di truyền

Cây con khi xử lý với nhiệt độ cao trung bình, tổng hợp một số protein được

21

gọi là các protein sốc nhiệt (heat-shock proteins) và cây trở nên chống chịu tốt hơn Những protein này có khả năng giúp tế bào sống sót trong điều kiện nhiệt độ cao bằng hai cơ chế chính: bằng các phân tử protein không liên kết (molecular chaperones) tức là loại phân tử protein có vai trò giữ ổn định và protein mục tiêu cho suy thoái (targeting proteins for degradation) Ví dụ hoạt động của chaperone biểu hiện các protein sốc nhiệt nhỏ đặc thù (specific small heat-shock protein) liên kết với các protein khác để phục hồi protein biến tính nhiệt (Lee and Vierling, 2000)

Di truyền của tính trạng chịu nóng rất phức tạp, chịu nóng trong giai đoạn ra hoa, phát triển nụ và khả năng tạo hoa ảnh hưởng của một gen lặn có hệ số di truyền rất cao (Marfo and Hall, 1993)

Khả năng này trong giai đoạn đậu quả được điều khiển bởi một gen trội nhưng lại bị ảnh hưởng rất mạnh bởi môi trường và hệ số di truyền theo nghĩa hẹp

là 0.26 (Marfo and Hall, 1993)

Nhiệt độ cao ảnh hưởng đến một số khía cạnh như bao phấn, đầu nhụy và đậu quả vì thể di truyền chịu nóng phức tạp hơn ở cây đậu (Marfo and Hall, 1993)

Nguồn gen chịu nóng được tìm thấy ở L.esculentum var cerasiforme Nhiều

mẫu giống có khả năng chịu nóng cao như UC-6512, Farthest North, Delta-10, Otoba-33, Starfire, Berks 29 Nhiều giống chịu nóng được tạo ra ở vùng nhiệt đới

với các mẫu giống như: CLN 130, DC4-2-0 Gen chịu nóng HsfA1, sHSP, hsp21 nhận biết trong loài S lyco-persicon (Amanjot and Grover, 2008)

Từ năm 2000, Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Rau Thế giới đã đi sâu nghiên cứu cải tiến các tính trạng kháng bệnh, cải tiến kích thước, hình dạng quả, năng suất

và chất lượng quả Nghiên cứu tính trạng chịu nóng của bộ giống cà chua gồm 4.616 mẫu giống đã có 39 giống có khả năng chịu nóng tốt Trong các giống chứa gen chịu nóng chủ yếu được dùng trong lai tạo với các giống trong vùng nhiệt đới: Giống L4841 nguồn gốc Philippin, L3958 nguồn gốc từ Mỹ, L1488 nguồn gốc Nam Phi (AVRDC, 2013)

Theo tài liệu Metwall (1996) cho rằng từ năm 1977 đến năm 1984, Ai Cập đã nghiên cứu, chọn tạo giống cà chua chịu nhiệt có năng suất cao, chất lượng tốt, thuộc đề án Quốc gia về phát triển cây trồng có năng suất và chất lượng cao Kết

22

quả tạo ra một số giống cà chua mới như Cal.Ace, Housney, Marmande VF, Pritchard, VFN-Bush đều có tính trạng quả to, năng suất cao, chất lượng tốt Một số giống: Castlex -1017, Castlrock, GS-30, Peto86, UC-97 có thịt quả chắc Các giống này có thể trồng tốt trong thời vụ có nhiệt độ cao

Cà chua L.esculentum var primpinellifolium và L.esculentum var cerasiforme là

nguồn vật liệu tốt cho chọn tạo giống chịu nóng, chín sớm Tính chín sớm, quả tập trung có thể tìm thấy ở nhiều giống như: Lada, Rannii-83, Bebi, Bonita, Rocket

1.3.2.3 Nguồn gen kháng bệnh nấm Phytophora infestans ở cà chua

Bệnh nấm mốc sương (Late Blight) gây ra do nấm Phytophora infestan rất nguy

hiểm trong sản xuất cà chua Nấm bệnh này hại nhiều bộ phận của cây cà chua: thân,

lá, hoa, quả (Sandrink et al., 1995; Ji et al., 2007a) Một số giống cà chua mang gen

kháng Ph-1 (giống New Yorker) hay gen Ph-2 (Pieraline, Macline, Piline) không thể

hiện khả năng kháng tốt đối với các chủng loại nấm mốc mai tại Israel (Foolad et al.,

2002) Gen mới của tính kháng bệnh mốc sương là Ph-3 được phát hiện trong mẫu

giống L.3708 (Lycopersicom pimpenellifolium (Fery and Kennedy, 1996)

Theo Foolad et al (2002), hiện nay có trên 285 marker hình thái, sinh lý

chống bệnh ở cà chua đã được biết, 36 isozymes và trên 1000 restriction fragment length polymorphisms (RFLPs) trên 1 NST của cà chua Những thông tin di truyền

có thể sử dụng vào rất nhiều mục đích như chọn lọc phân tử (MAS) Hiện nay, chọn lọc phân tử được nhiều Công ty hạt giống ứng dụng để tạo các giống cà chua chống bệnh Tiềm năng ứng dụng phân tử trong chọn giống cây trồng là rất lớn, đặc biệt để quy tụ các gen chống chịu bệnh

1.3.2.4 Nguồn gen cà chua kháng một số bệnh vi khuẩn

Vi khuẩn trong những bệnh gây ra tổn thất kinh tế lớn nhất ở cà chua là vi

khuẩn đốm lá, gồm 4 loài Xanthomonas: X euvesicatoria, X vesicatoria,

X perforans và X gardneri (Jones et al., 2004), héo xanh vi khuẩn do Ralstonia solanacearum, thối vi khuẩn do Clavibacter michiganensis và bệnh đốm vi khuẩn

do Pseudomonas syringae pv cà chua Tính kháng P.syringae do gen Pto quy định (Pratta et al., 2011), các giống kháng bệnh này đã được chọn tạo Tuy nhiên, đến

thời điểm hiện tại, chưa tìm được gen trội kháng khuẩn

23

Chọn giống kháng khuẩn còn ít thành công ở cà chua vì hầu hết tính kháng

do đa gen quy định, chúng không kháng khuẩn hoàn toàn trong điều kiện môi

trường nhất định và đôi khi gặp nhóm liên kết gen bất lợi (Scott et al., 1999)

Nghiên cứu xác định 31 kiểu gen kháng héo xanh vi khuẩn được khai thác từ ít

nhất 14 nguồn gen kháng bệnh và được khảo sát trên 11 nước (Wang et al., 1988; Scott et al., 1999), 7 kiểu gen kháng đến 90% đã được xác định, nguồn gen kháng

bệnh từ Hawaii, Philippin và Bắc Carolina (mặc dù nguồn gen này có kiểu hình

giống kiểu hình Hawaii) Thối vi khuẩn ở cà chua do Clavibacter michiganensis subsp Michiganenesis là bệnh gây hại trên cây cà chua mới chỉ tìm thấy tính kháng một phần ở loài cà chua quả xanh S Habrochaites ở mẫu giống LA 407 (Francis et

al., 2005) và S peruviuanum mẫu giống LA2157 (Sandrink et al., 1995) Các nguồn

gen kháng này thể hiện giống nhau (Francis et al., 2005)

1.3.2.5 Nguồn gen kháng bệnh virus xoăn vàng lá cà chua

Nguyên nhân gây bệnh xoăn vàng lá do nhiều virus thuộc chi Begomovirus, họ

Geminiviridae gây ra (Gronenborn, 1993) Begomovirus lan truyền nhờ bọ phấn

trắng (Bemisia tabaci) theo kiểu tuần hoàn (Lapidot et al., 2000)

Trước những năm 90, tác nhân gây bệnh xoăn vàng lá cà chua đã được xác

định do các Begomovirus Các Begomovirus gây bệnh thường được đặt tên theo cây

ký chủ (tomato) và triệu chứng, chủ yếu dưới 2 dạng xoăn lá (leaf curl) và biến vàng (yellow), nên tên virus gây bệnh là “Tomato yellow leaf curl virus” và tên các isolate virus gây bệnh thường được kèm theo 1 từ chỉ địa phương nơi bệnh xuất hiện; ví dụ:

Tomato yellow leaf curl virus - Is (TYLCV-Is) phân lập từ Israel

Tomato yellow leaf curl virus - Th (TYLCV-Th) phân lập từ Thái Lan…

Cho tới nay, các nghiên cứu cho thấy trên cây cà chua trồng (L.Esculentum)

không chứa gen kháng R chống Begomovirus Nguồn kháng bệnh đã được tìm thấy

ở một số mẫu giống cà chua dại Solanum pimpinellifolium, Solanum habrochaites,

Solanum peruvianum và Solanum chilense (Hassan et al., 1984; Pilowsky and

Cohen, 1990, 2000; Zamir et al., 1994) Hiện nay, có khoảng 5 gen kháng chủ yếu

đã được phát hiện thấy trên cà chua dại, quan trọng nhất là Ty1 và Ty3

al., 1994; Milo, 2011) đã phát hiện chỉ thị REX-1 (CASP) liên kết chặt với gen Mi-1 có

thể được sử dụng để phát hiện locus Ty1 với khoảng cách 5,5 cM Tiếp đó, một chỉ thị CASP khác là JB-1 cũng được xác định liên kết chặt với Ty1, điều này cho phép chọn lọc Ty1 mà không phụ thuộc vào Mi-1 (Castro et al., 2007)

Locus Ty2 cũng được lập bản đồ nằm trên NST số 11 liên kết với chỉ thị RFLP TG393 và TG36 (Hanson et al., 2000) Hiện nay, có một số chỉ thị dựa trên PCR nhằm phát hiện vùng DNA chuyển từ loài S hanbrochaites đã được phát triển Chỉ

thị CAPS TG105A có khả năng khuếch đại mạnh và cắt hạn chế sản phẩm PCR

bằng enzyme Taqi đã tạo ra các vạch băng đa hình phân biệt S habrochaites và

S.lycopesicum Một chỉ thị khác dựa trên PCR là T0302 cũng đã được xác định phát

hiện locus Ty2 mà không cần phải dùng đến enzyme cắt giới hạn Phân tích liên kết

cho thấy chỉ thị TG105A và T0302 liên kết chặt với nhau và cùng liên kết với gen

Ty2 10 cM (Ji et al., 2007a)

Ji et al (2007a) đã lập bản đồ chi tiết cho tính kháng Begomovirus và nhận ra một vùng DNA lớn được chuyền vào từ S.chilense kéo dài từ chỉ thị phân tử

C2_At2g39690 đến T0834 trong các dòng giống có nguồn gốc từ LA2779 kháng cả hai virus TYLCV và ToMoV Một locus kháng Begomovirus đã được lập bản đồ đến chỉ thị nằm khoảng giữa cLEG-31-P16 và T1079 trên NST6 và được xác định

giống như Ty3

Ji et al (2007b) phát hiện ra các dòng giống kháng gần đây là giống có nguồn

gốc từ LA1932 mang một vùng DNA bổ sung xấp xỉ 14 cM kéo dài từ marker C2_Stlg02140 đến TG599 trên nhánh dài của nhiễm sắc thể số 3 Một locus kháng

TYLCV mới đã được chỉ định là Ty4, locus này có marker C2_At4g17300 và

C2_At5g60610 nằm bên sườn

25

Ji et al (2007b) đã lập bản đồ một QTL chính và bốn QLT phụ nhỏ góp phần tạo nên tính kháng TYLCV trong dòng TY172 có nguồn gốc từ S peruvianum QTL lớn đạt tên là Ty5, được lập bản đồ trên nhiễm sắc thể số 4 trong vùng lân cận

của marker SINAC1 và chịu trách nhiệm cho 39,7-46,6% biến dị kiểu hình (phenotypic variation) Các QTL nhỏ bắt nguồn từ các cha, mẹ kháng hoặc mẫn cảm, được lập bản đồ trên NST 1, 7, 9 và 11 và chịu trách nhiệm 12% biến dị trong

mức nghiêm trọng của triệu chứng bổ sung cho gen Ty5 (Lapidot, 2010)

Peter (2010) đã quy tụ gen kháng bệnh virus xoăn vàng lá ở cà chua (yellow

leaf curl virus) từ loài dại S habrochaites, S chilense và S peruvianum vào cà chua

trồng và tạo các dòng RIL (Recombinant Inbred Line) mang gen kháng Xác định

gen kháng gồm Ty1, Ty2, Ty3, Ty4 và Ty5 , Ty1, Ty3 trên NST số 6, Ty2 trên NST

số 11, Ty4 trên NST số 3 và Ty5 trên NST số 4 Đến thế hệ F6 chọn được 24 dòng đưa vào đánh giá và kết quả điểm kháng bệnh cho thấy quy tụ nhiều gen mức độ kháng cao hơn

1.3.2.6 Nguồn gen kháng côn trùng ở cà chua

Việc chọn giống kháng côn trùng còn bị hạn chế bởi tính kháng khó định lượng Tính kháng di truyền phức hợp cũng là một yếu tố gây khó khăn (Farrar and Kennedy, 1991) Thông thường, cơ chế di truyền ở cà chua được chia thành hai nhóm:

a) Nhóm liên quan đến lông bài tiết, lông bảo vệ và liên quan đến việc tiết dịch: b) Nhóm liên quan đến mô lá, quả hay kiểu sinh trưởng

Lông có cấu trúc đa tế bào bao phủ trên thân hoặc lá được phân loại thành bảy

dạng và đặt tên từ I đến VII (Chuannaryappa et al., 1993) Theo phân loại của

Luckwill còn thêm một dạng nữa Hiệu lực của tính kháng là do lông tiết ở dạng I,

IV, VI và VII, trong đó chủ yếu là ở dạng IV và VI

Tính kháng côn trùng được xác định ở nhiều loài cà chua hoang dại, nhưng chủ

yếu ở S habrochaites và S pennellii Tính kháng ở S habrochaites do lông dạng IV cà

VI, ở S pennellii do lông dạng IV Lông dạng IV cũng được tìm thấy ở S

pimpinellifolium (Fernandez et al., 1995) Các dạng thuộc S habrochaites kháng được

16 loài côn trùng Dạng PI 134417 kháng được 12 loài côn trùng hại cà chua trồng