Nghiên cứu chọn tạo và nhân giống cây hoa hồng (rosa SPP l ) năng suất, chất lượng cao cho một số tỉnh miền bắc việt nam

Luận văn, thạc sỹ, tiến sĩ, cao học, kinh tế, nông nghiệp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGUYỄN MAI THƠM

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO VÀ NHÂN GIỐNG

CÂY HOA HỒNG (ROSA SPP L.) NĂNG SUẤT, CHẤT LƯỢNG CAO

CHO MỘT SỐ TỈNH MIỀN BẮC VIỆT NAM

Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 05 01

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

1 GS.TS Trần Tú Ngà

2 PGS.TS Vũ Văn Liết

HÀ NỘI - 2009

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan những số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào Mọi sự giúp

ñỡ việc hoàn thành luận án này ñã ñược cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án ñều ñược ghi rõ nguồn gốc

Hà N ội, tháng 6 năm 2009

Tác giả luận án

Nguyễn Mai Thơm

LỜI CẢM ƠN

Tác gi ả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới hai Thầy hướng dẫn trực

ti ếp là GS.TS.Trần Tú Ngà và PGS.TS Vũ Văn Liết ựã hết sức chỉ bảo, hướng

d ẫn ựể tác giả có thể hoàn thành ựược bản luận án này

Tác gi ả xin trân trọng cảm ơn các Thầy, Cô Bộ môn Di truyền chọn

gi ống cây trồng, Khoa Nông học, Viện ựào tạo sau ựại học, Ban Giám hiệu

Tr ường đại học Nông nghiệp Hà nội, Trung tâm Phát triển VAC, Viện Sinh

h ọc Nông nghiệp, Trung tâm Tài nguyên thực vật, Viện Di truyền Nông nghi ệp, Viện nghiên cứu Rau Quả và Khoa Máy - Vật lý phóng xạ - Bệnh viện

K Hà N ội ựã tạo ựiều kiện giúp ựỡ về học vấn và vật chất cho tác giả Ủy ban Nhân dân xã Mê Linh huy ện Mê Linh tỉnh Vĩnh Phúc, Ủy ban nhân dân xã đông Cương Thành phố Thanh Hóa tỉnh Thanh Hóa và Hợp tác xã Tây Tựu

s ố 2 huyện Từ Liêm Thành phố Hà Nội ựã tạo ựiều kiện giúp ựỡ về ựịa ựiểm tri ển khai thắ nghiệm cho tác giả

Công trình ựược hoàn thành có sự ựộng viên của gia ựình, bạn bè ựồng nghi ệp và các học viên cao học, sinh viên thực tập tốt nghiệp, nghiên cứu khoa h ọc Tác giả xin chân thành cảm ơn những sự giúp ựỡ quý báu ựó

Tác gi ả xin trân trọng cảm ơn !

Tháng 6/ 2009 Tác giả luận án

Nguyễn Mai Thơm

MỞ ðẦU

1.1 Cơ sở khoa học và thực tiễn của ñề tài 6 1.1.1 Cơ sở khoa học trong chọn giống cây trồng 7 1.1.2 Cơ sở khoa học trong chọn giống bằng ñột biến nhân tạo 9

1.2 ðặc ñiểm thực vật học và sự phân bố của cây hoa hồng trên thế giới 10

1.2.2 Sự phân bố của cây hoa hồng trên thế giới 14 1.2.3 Phân tích ña dạng di truyền ñối với quần thể nghiên cứu và thu

1.3.1 Nghiên cứu chọn giống bằng phương pháp lai hữu tính 20 1.3.2 Nghiên cứu về chọn giống bằng phương pháp gây ñột biến 22 1.3.3 Nghiên cứu chọn giống bằng phương pháp chuyển gen 24

1.4 Nghiên cứu về nhân giống vô tắnh hoa hồng 26

1.4.2 Nghiên cứu về phương pháp ghép hoa hồng 27

1.4.4 Nghiên cứu về phương pháp nuôi cấy mô tế bào 30

1.5 Tình hình sản xuất, tiêu thụ hoa hồng trên thế giới 32

1.6 Nghiên cứu, sản xuất và tiêu thụ hoa hồng ở Việt Nam 35 1.6.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ hoa hồng ở Việt Nam 35 1.6.2 Những nghiên cứu về hoa hồng ở Việt Nam 37

Chương 2 - VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

Chương 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 50

3.1 Thu thập, ựánh giá tập ựoàn mẫu giống từ nguồn ựịa phương

3.2 đánh giá sự ựa dạng di truyền của các mẫu giống hoa hồng

3.3 Kết quả ứng dụng ựột biến thực nghiệm tạo vật liệu chọn

3.3.1 Ảnh hưởng của các liều lượng xử lý phóng xạ tới sinh trưởng, phát triển và xuất hiện biến dị trên cây hoa hồng ở thế hệ M1V1 74 3.3.2 Biểu hiện một số tắnh trạng hình thái, cấu trúc hoa và tần số xuất hiện các biến dị của một số mẫu giống hoa hồng ở thế hệ M1V2 81 3.3.3 Biểu hiện một số tắnh trạng hình thái, cấu trúc hoa và kết quả phân lập một số dạng ựột biến hình thái hoa hồng ở các thế hệ M1V3 85 3.3.4 Ảnh hưởng của các liều lượng phóng xạ tới tỷ lệ hạt phấn hữu dục ở các thể hệ M1V1, M1V2 và M1V3 88

3.4 đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển, năng suất và chất lượng hoa của một số mẫu giống hoa hồng có triển vọng tại một số

3.4.1 đánh giá khả năng sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng hoa của một số mẫu giống hoa hồng có triển vọng tại trường đại học Nông

3.4.2 đánh giá khả năng sinh trưởng phát triển, năng suất và chất lượng hoa của một số mẫu giống có triển vọng tại Thanh Hóa, Hà Nội và Vĩnh Phúc 97 3.4.3 Phân tắch tắnh ổn ựịnh năng suất của các kiểu gen với môi trường 104 3.4.4 Khảo sát sự ựa dạng di truyền của các mẫu giống có triển vọng bằng phân tắch ADN qua nhân bản ngẫu nhiên RAPD-PCR 107

3.5 Nghiên cứu kỹ thuật nhân giống vô tắnh cây hoa hồng với mẫu

3.5.3 Nghiên cứu ảnh hưởng của hai phương pháp ghép mắt nhỏ có gỗ

và ghép ñoạn cành ñến tình hình sinh trưởng, phát triển một số mẫu

3.5.4 Nghiên cứu thời vụ giâm cành hoa hồng cho một số mẫu giống

3.5.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của chiều dài cành giâm ñến tình hình

3.5.6 Ảnh hưởng của giá thể ñến khả năng sinh trưởng phát triển của cành

3.5.7 Ảnh hưởng một số dạng phân bón lá ñến tình hình sinh trưởng

3.5.8 Tóm tắt sơ ñồ quy trình nhân giống hoa hồng bằng phương pháp ghép mắt và giâm cành cho một số mẫu giống có triển vọng 138

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

1 ADN Acid deoxyribo nucleotide

14 FAO Tổ chức lương thực và nông nghiệp Liên hiệp Quốc

(Food and Agricultural Organization)

19 QTL Những lôcut kiểm soát tính trạng số lượng

(Quantitative trait loci)

20 RAPD ða hình các ñoạn ADN ñược nhân bội ngẫu nhiên

(Randomly Amplified Polymorphism DNA)

21 RFLP ða hình chiều dài ñoạn ADN phân cắt bởi các

enzym giới hạn (Restriction Fragment Length Polymorphisms ADN)

DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU

1.1 Một số nhĩm hoa hồng chính và vùng phân bố của chúng 14 1.2 Nguồn gốc một số lồi hoa hồng trên thế giới 16 1.3 Diện tích, giá trị kinh tế hoa cắt và cây trang trí của một số nước

3.1 Kết quả thu thập các mẫu giống cây hoa hồng 51 3.2 Phân nhĩm tập đồn theo một số đặc điểm hình thái 55 3.3 Kích thước và cấu trúc hoa của một số mẫu giống điển hình trong

3.4 Một số đặc điểm về cấu trúc hoa của một số mẫu giống điển

3.5 Màu sắc và chất lượng hoa của một số mẫu giống điển hình trong

3.6 Một số đặc điểm hình thái và cấu trúc cành hoa của một số mẫu

3.7 Mức độ nhiễm sâu bệnh hại chính của một số mẫu giống điển hình

3.8 Phân nhĩm các mẫu giống theo hệ số tương đồng di truyền 73 3.9 Tỷ lệ bật mầm và sống sĩt của các mắt ghép sau xử lý phĩng xạ 75 3.10 ðộng thái tăng trưởng chiều dài cành và số lá/mầm ghép ở thế

3.11 Một số tính trạng số lượng về cấu trúc hoa ở thế hệ M1V1 78 3.12 Các biến dị xuất hiện trên cây hoa hồng sau xử lý ở thế hệ M1V1 80 3.13 Một số đặc điểm hình thái, cấu trúc hoa hồng ở thế hệ M1V2 83

3.15 Một số tính trạng hình thái, cấu trúc hoa ở thế hệ M1V3 85 3.16 Các dạng biến dị thu ñược ở thế hệ M1V3 87 3.17 ðặc ñiểm hình thái cấu trúc hoa của những biến dị thu ñược sau

xử lý tia gamma nguồn vật liệu cho công tác chọn giống 88 3.18 Ảnh hưởng của các liều lượng phóng xạ tới tỷ lệ hạt phấn hữu

3.19 Một số ñặc ñiểm cấu trúc cành hoa của các mẫu giống hoa hồng

có triển vọng trong ñiều kiện Gia Lâm Hà Nội (vụ Xuân 2007) 91 3.20 Mức ñộ nhiễm sâu bệnh hại của các mẫu giống hoa hồng có triển vọng 93 3.21 Năng suất và chất lượng hoa của các mẫu giống hoa hồng có triển

3.22 Các mẫu giống hoa hồng có triển vọng ñược ñánh giá theo chỉ

3.23 Một số chỉ tiêu sinh trưởng phát triển của các mẫu giống hoa

hồng có triển vọng tại các ñiểm khảo nghiệm 99 3.24 Năng suất và các chỉ tiêu cấu trúc hoa của các mẫu giống hoa

3.28 Ảnh hưởng của thời vụ ghép ñến tình hình sinh trưởng phát

triển của mắt ghép một số mẫu giống hoa hồng triển vọng trong

3.29 Ảnh hưởng của thời vụ ghép ñến tình hình sinh trưởng phát

triển của mắt ghép một số mẫu giống hoa hồng có triển vọng

3.30 Chiều cao, ñường kính gốc và số lá của một số loại gốc ghép tại

3.33 Ảnh hưởng của phương pháp ghép ñến tình hình sinh trưởng

của các dòng hoa hồng triển vọng (42 ngày sau ghép) 122 3.34 Ảnh hưởng của thời vụ giâm cành ñến sinh trưởng cành giâm

của một số mẫu giống có triển vọng và gốc ghép trong vụ Xuân

3.35 Ảnh hưởng của thời vụ giâm cành ñến khả năng hình thành rễ của

các mẫu giống có triển vọng và gốc ghép trong vụ Xuân (35 ngày

3.36 Ảnh hưởng của thời vụ ñến các chỉ tiêu sinh trưởng của mầm

ghép các mẫu giống hoa hồng triển vọng và của gốc ghép trong

3.37 Ảnh hưởng của thời vụ giâm cành ñến khả năng hình thành rễ của

một số mẫu giống triển vọng và gốc ghép trong vụ Thu (28 ngày

3.38 Ảnh hưởng của ñộ dài cành giâm ñến tỷ lệ bật mầm và khả năng

sinh trưởng của mẫu giống JP30 trong vụ Xuân (35 ngày sau

3.39 Ảnh hưởng của ñộ dài cành giâm ñến thời gian ra rễ của mẫu

giống JP30 trong vụ Xuân (35 ngày sau giâm) 132 3.40 Ảnh hưởng của giá thể ñến tỷ lệ bật mầm và sinh trưởng mầm

3.41 Ảnh hưởng của giá thể ñến chất lượng bộ rễ của cành giâm mẫu

3.42 Ảnh hưởng của dạng phân bón qua lá ñến khả năng nảy mầm và

sinh trưởng mầm của cành hồng JP30 (35 ngày sau giâm) 135 3.43 Ảnh hưởng của một số dạng phân bón ñến chất lượng bộ rễ của

3.44 Ảnh hưởng của một số dạng phân bón ñến tỷ lệ nhiễm sâu bệnh

hại của cành giâm JP30 (35 ngày sau giâm) 137

DANH MỤC CÁC HÌNH

1.2 Hình dáng, cấu trúc nhị, nhụy và ñế hoa của hoa hồng 12 1.3 Cấu tạo giải phẫu hoa hồng theo chiều dọc 12

1.5 Tỷ lệ giá trị nhập khẩu hoa hồng của các nước EU năm 2003 (%) 33 3.1 Biểu ñồ tỷ lệ (%) xuất xứ các mẫu giống hoa hồng thu thập

3.2 Cây phân nhóm của 42 mẫu giống hoa hồng 70 3.3 Biểu ñồ số cành cấp 1 trên thân chính của các mẫu giống hoa

3.4 Biểu ñồ năng suất hoa của các mẫu giống hoa hồng triển vọng 96 3.5 ðiểm ổn ñịnh năng suất giữa mẫu giống và các ñịa ñiểm trồng 104 3.6 ðiểm khoảng cách mẫu giống và ñiểm trung bình 105 3.7 Kết quả ñiện di sản phẩm PCR-RAPD của 10 mẫu giống hoa hồng 108 3.8 Cây phân nhóm của 10 mẫu giống hoa hồng triển vọng trong

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Hoa luôn có trong ñời sống tinh thần của con người, vì hoa là kết tinh những ñiều kỳ diệu nhất trong thế giới cỏ cây ban tặng cho loài người Xã hội ngày càng phát triển, con người có ñiều kiện hướng ñến ñời sống tinh thần nhiều hơn và vẻ ñẹp của hoa ñã ñi vào mỗi gia ñình như là một phần tất yếu của cuộc sống Ở một số nước như Hà Lan, Mỹ, Colombia, Kenia, Trung Quốc việc kinh doanh hoa ñược coi là một ngành kinh tế mũi nhọn, góp phần không nhỏ vào nguồn thu cho ngân sách quốc gia Hàng năm, các nước này sản xuất một lượng lớn hoa cắt ñể cung cấp cho thị trường trong nước và xuất khẩu Ở Trung Quốc, diện tích sản xuất hoa ñã ñạt tới 3000 ha với 1,09 tỷ cành hoa, thu nhập lên tới 18.000 – 65.000 USD/ha Một trong những nước nghiên cứu và sản xuất hoa hồng hàng ñầu thế giới là Hà Lan với tổng kim ngạch xuất khẩu hoa hồng năm 2003 lên tới 430 triệu Euro [47]

Việt Nam có khí hậu ña dạng, ñất ñai màu mỡ, phong phú là môi trường thuận lợi cho sự phát triển của hàng trăm loài hoa Thực tế, trong những năm gần ñây, diện tích và sản lượng hoa ở Việt Nam tăng lên nhanh chóng và ñang ngày càng ñáp ứng tiêu dùng trong nước

Năm 2005 diện tích trồng hoa cây cảnh của cả nước là 15.000 ha tăng 7% so với năm 2004 Sản xuất hoa hàng năm ñã mang lại cho nhiều hộ nông dân ở các vùng trồng hoa trọng ñiểm như xã Tây Tựu - Từ Liêm - Hà Nội, xã

Mê Linh - huyện Mê Linh - Vĩnh Phúc từ 70 ñến 130 triệu ñồng/ha [47]

Sản xuất hoa ñể ñáp ứng ñược nhu cầu tiêu thụ trong nước, giảm nhập khẩu và bước ñầu hướng tới xuất khẩu ñã trở thành mục tiêu quan trọng ñược ñặt ra tại các làng nghề trồng hoa Theo Tổng công ty rau quả Việt Nam (2007), lần ñầu tiên Việt Nam ñã xuất khẩu hoa sang các nước Nhật Bản,

Hồng Kông, Singapore, Thái Lan và tới cả Mỹ

Trên thế giới và ở Việt Nam hoa hồng ñược xem là chúa tể của các loài hoa và là loài hoa ñược người tiêu dùng ưa chuộng nhất Với ưu ñiểm về kiểu dáng sang trọng lại ña dạng về màu sắc, hương thơm, cũng như có thể trồng

và thu hoạch quanh năm ở nhiều vùng khí hậu và sinh thái khác nhau nên rất thuận lợi cho việc phát triển sản xuất; Với ưu ñiểm ñó hoa hồng ñã trở thành một trong mười loài hoa ñứng ñầu về diện tích trồng ở nhiều nơi trên thế giới

và ở Việt Nam [1], [24]

Từ nhiều thế kỷ trước ñây các nhà khoa học trên thế giới ñã chú ý tới công tác nghiên cứu chọn tạo giống hoa hồng Ngày nay, có hàng ngàn giống hoa hồng mới ñược chọn tạo theo các hướng thương mại hóa như các giống hoa hồng phục vụ cho thị hiếu chơi hoa cắt có năng suất, chất lượng cao, màu sắc ñẹp, hương thơm hấp dẫn Các giống hoa hồng mini trồng trong chậu phục vụ cho những người chơi hoa cảnh, trang trí nội thất và các giống hoa hồng có hàm lượng tinh dầu cao, phục vụ cho công nghiệp sản xuất nước hoa, sản xuất dược liệu

Các giống hoa hồng mới có thể ñược chọn tạo theo các hướng: nhập nội giống, lai hữu tính, ñột biến, chuyển gen hoặc lai xoma…Song lai hữu tính và xử lý ñột biến vẫn là hướng ñi chủ yếu tạo ra những giống hoa hồng mới ña dạng Hiện nay, Hà Lan ñược xem là một trong những nước ñứng ñầu trong công tác chọn tạo giống hoa hồng mới, chịu thâm canh cao, sản xuất trong nhà lưới, sản xuất theo quy trình công nghiệp

Ở Việt Nam, trong những năm gần ñây, nhiều giống hoa hồng mới ñã ñược nhập nội Trong số ñó có nhiều giống có ñặc ñiểm nổi trội như hoa to, màu sắc ñẹp, hương thơm và ñộ bền hoa cao, ñược bổ sung vào bộ giống trong nước làm phong phú các chủng loại hoa hồng ñang ñược trồng trong sản xuất

Tuy nhiên, cho ựến nay công tác giống hoa hồng ở Việt Nam chủ yếu còn tự phát, việc nghiên cứu chỉ là tuyển chọn giống hoa hồng mới từ những giống nhập nội, sau ựó các giống ựược trồng theo kinh nghiệm truyền thống Các công tác khác về giống hoa hồng như lưu giữ, bảo tồn, nghiên cứu và phát triển nguồn gen hoa hồng rất ắt ựược quan tâm nên nguồn gen hoa hồng

có nguồn gốc ựịa phương ngày càng bị lẫn tạp và thoái hóa Thực tế cho thấy, một số cơ quan nghiên cứu của Việt Nam như Viện Sinh học Nông nghiệp, Viện Di truyền Nông nghiệp, Viện Nghiên cứu Rau Quả, Phân Viện Sinh học

đà LạtẦựã bước ựầu thử nghiệm tạo giống hoa hồng mới bằng lai hữu tắnh, gây ựột biến, chuyển genẦsong kết quả ựạt ựược còn rất hạn chế [37] Cho ựến nay vẫn chưa có ựược một giống hoa hồng mới nào ựược tạo ra và ựưa vào sản xuất bằng các con ựường nêu trên Rõ ràng rằng ở Việt Nam việc nghiên cứu một cách hệ thống và toàn diện về loài hoa quắ này vẫn chưa ựược quan tâm ựúng mức [4] để góp phần khắc phục những tồn tại trên, ựáp ứng ựược những ựòi hỏi cấp thiết của thực tế sản xuất, chúng tôi tiến hành ựề tài nghiên cứu:

ỘNghiên cứu chọn tạo và nhân giống cây hoa hồng (Rosa spp.L.) năng suất, chất lượng cao cho một số tỉnh miền Bắc Việt Nam"

- Xác ựịnh các biện pháp kỹ thuật nhân giống vô tắnh cho giống hoa hồng

triển vọng bằng phương pháp ghép và giâm cành

2.2 Yêu cầu

- Thu thập tập ựoàn mẫu giống hoa hồng có nguồn gốc ựịa phương và nhập nội;

- Nghiên cứu các ựặc ựiểm hình thái, sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng hoa của các mẫu giống trong tập ựoàn;

- đánh giá mức ựộ ựa dạng di truyền của tập ựoàn mẫu giống hoa hồng thu thập;

- Xử lý ựột biến một số dòng, giống ựể tạo thêm nguồn vật liệu cho công tác chọn giống;

- Tuyển chọn và ựánh giá khả năng sinh trưởng phát triển, năng suất và chất lượng các dòng có triển vọng từ tập ựoàn;

- Nghiên cứu kỹ thuật nhân giống vô tắnh những giống hoa hồng có triển vọng ựạt tỷ lệ nhân giống cao

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

3.1 Ý nghĩa khoa học của ựề tài

- Là công trình nghiên cứu có hệ thống và tương ựối toàn diện ựầu tiên về cây hoa hồng ở Việt Nam Các kết quả nghiên cứu của ựề tài có thể làm cơ sở khoa học cho nghiên cứu chọn giống hoa hồng và làm tài liệu tham khảo phục

vụ giảng dạy ở các trường ựại học và trung cấp ngành nông nghiệp

- đã thu thập và ựánh giá tập ựoàn gồm 44 mẫu giống hoa hồng trong nước và nhập nội về các ựặc ựiểm thực vật học và nông sinh học, giúp các nhà chọn giống có ựịnh hướng khi sử dụng chúng làm vật liệu, rút ngắn ựược quá trình nghiên cứu tạo giống

- đã tạo ựược một số biến dị hình thái hoa có giá trị bằng xử lý γ Co60, ựây là những kiểu hình mới ở cây hoa hồng làm phong phú hơn cho nguồn vật liệu chọn tạo giống hoa hồng mới

- Các kiểu biến dị hình thái hoa ựẹp, lạ mắt tạo ựược từ gây ựột biến có thể nhân nhanh hoàn thiện quá trình tạo giống mới và giới thiệu cho các vùng trồng hoa ựể tăng thêm mặt hàng hoa hồng mới cung cấp cho thị trường

4 đối tượng và phạm vi nghiên cứu

đối tượng nghiên cứu bao gồm các mẫu giống hoa hồng thu thập ựược

từ nguồn ựịa phương và nhập nội

địa ựiểm nghiên cứu và triển khai thắ nghiệm:

Trung tâm Phát triển VAC - Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội;

Hợp tác xã Tây Tựu 2 - huyện Từ Liêm - Thành phố Hà Nội;

Xã Mê Linh - Huyện Mê Linh - Tỉnh Vĩnh Phúc;

Xã đông Cương - Thành phố Thanh Hóa - Tỉnh Thanh Hóa;

Thời gian nghiên cứu: đề tài tiến hành từ tháng 8/2003 ựến tháng 5/2008

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA đỀ TÀI

Cây hoa hồng (Rosa L.), có thể phát triển ựược ở rất nhiều nơi trên thế

giới Từ vùng hàn ựới, ôn ựới ựến cận nhiệt ựới [123], [66] Với ựiều kiện khắ hậu Việt Nam cây hoa hồng có thể trồng ựược ở hầu hết các vùng trong cả nước Theo Nguyễn Xuân Linh (1998) [21], hoa hồng ựã trồng phổ biến từ rất lâu ựời ở Việt Nam, có thể cho thu hoạch quanh năm tại các tỉnh ựồng bằng sông Hồng, đà Lạt, thành phố Hồ Chắ Minh và nhiều nơi khác trong cả nước [22]

Các nước trồng hoa hồng có ựiều kiện khắ hậu rất ựa dạng, tuy nhiên cây hoa hồng sinh trưởng và phát triển tốt nhất trong ựiều kiện khắ hậu ôn hòa, ẩm ựộ không quá thấp vào mùa Xuân và mùa đông, không có sương muối cũng như nhiệt ựộ không quá cao (>250C) và không quá thấp (< 60C) [166] Với khắ hậu

vùng ựồng bằng sông Hồng [14], từ tháng 9 ựến tháng 4 năm sau là ựiều kiện thắch hợp cho hoa hồng sinh trưởng phát triển [10] Thực tiễn ngoài sản xuất cũng ựã chứng minh, cây hoa hồng sinh trưởng phát triển tốt và cho năng suất hoa cao, bông to trong ựiều kiện vụ Thu đông và đông Xuân [38] Các tháng trong vụ hè do nhiệt ựộ quá cao không thắch hợp cho sự sinh trưởng phát triển của hoa hồng, nên cây yếu, hoa nhỏ và chất lượng hoa kém

Trong nghề trồng hoa hồng, giống hoa có khả năng thắch nghi cao, cho năng suất hoa cao, chất lượng hoa tốt rất ựược coi trọng ựể sản xuất hoa thương mại [37], [39] để nhanh chóng tạo ựược các giống hoa mới ựược thị trường ưa chuộng thì công tác thu thập nguồn gen ựịa phương và nhập nội phải ựược xem là bước khởi ựầu quan trọng nhất, từ ựó ựánh giá và phát triển những ựặc tắnh ưu việt của nguồn gen ựể tuyển chọn ra những giống mới có triển vọng phục vụ trực tiếp cho sản xuất hoặc sử dụng làm vật liệu cho chọn

tạo giống mới bằng lai, gây ñột biến từ ñó tạo ra những giống hoa hồng mới

có nhiều ưu ñiểm thích hợp với các vùng sinh thái ở Việt Nam [39]

Ở nước ta những nghiên cứu xung quanh cây hoa hồng về chọn giống, nhân giống mới, chỉ có một số kết quả ñược công bố của Viện nghiên cứu Rau Quả, Viện Di truyền Nông nghiệp [26], [20] và Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội Cho ñến nay chưa có kết quả nghiên cứu nào về tạo thành công giống hoa hồng mới theo các hướng lai, ñột biến hoặc tạo giống cho vùng sinh thái cụ thể, chưa có một công trình nghiên cứu nào về hoa hồng một cách toàn diện, các nghiên cứu còn tản mạn và chưa ñáp ứng ñược sự ñòi hỏi cấp thiết về giống cũng như về kỹ thuật sản xuất của thực tiễn [29]

Một bất cập hiện nay là giống hồng trong sản xuất phụ thuộc gần như hoàn toàn vào các giống nhập nội, dẫn ñến sản xuất mang tính thụ ñộng; Công tác giống không ñáp ứng ñược cho sự phát triển và những ñịnh hướng riêng, ñặc thù trong tương lai của Việt Nam ðiều ñó thể hiện rằng việc tiến hành

nghiên cứu của ñề tài ñặt ra là hoàn toàn có cơ sở và hết sức cần thiết

1.1.1 Cơ sở khoa học trong chọn giống cây trồng

ðể tạo ra một giống mới cần sử dụng nguồn gen thực vật: các dạng rất khác nhau của cây trồng và cả cây dại, thông qua các phương pháp chọn giống xác ñịnh Các dạng cây trồng có thể là giống ñịa phương, giống ñược tập hợp từ nhiều vùng sinh thái khác nhau, các dạng cây dại cùng chi với cây trồng ñược thu thập

từ nhiều nơi trên thế giới [19]

Nguồn gen cây trồng càng ña dạng phong phú và càng ñầy ñủ thì càng tạo ñiều kiện thuận lợi cho quá trình sáng tạo của nhà chọn giống ðể việc thu thập, nghiên cứu và sử dụng nguồn gen thực vật ñược thuận lợi, dễ dàng và chính xác thì công tác quĩ gen phải ñược xây dựng trên cơ sở lý luận khoa học vững chắc Theo N I Vavilov, tác giả học thuyết về dãy biến dị tương ñồng của thực vật thì các loại hình thực vật gần nhau như cùng họ, cùng chi, cùng loài có hàng

loạt biến dị di truyền giống nhau Người ta có thể nghiên cứu kỹ một số dạng chắnh của loài trong cùng một chi ở tất cả các loài Mô hình toán học của ựịnh luật

về dãy biến dị tương ựồng của thực vật như sau:

A1 (a + b + c ); A2 (a + b + c ); A3 (a + b + c )

Trong ựó: A1, A2, A3 là các chi hoặc loài gần nhau;

a, b, c là dãy biến dị tương ựồng

Qui luật về dãy biến dị tương ựồng có ý nghĩa ựặc biệt ựể xác ựịnh sự ựa dạng trong loài ở cả về cây trồng và hoang dại

Cũng theo N I Vavilov sự phát tán của các loại hình trong một loài mà ở ựịa phương này kiểu gen chiếm ưu thế nhưng ở ựịa phương khác kiểu gen khác lại hoạt ựộng mạnh Kết quả hoạt ựộng của kiểu gen sau khi tương tác với môi trường xung quanh sẽ cho một loại hình tương ứng đó là kiểu gen hay loại hình sinh thái trong giới hạn của một loài Các loại hình sinh thái ựặc trưng là các kiểu gen ựặc trưng Khi sưu tập nguồn gen cho chọn giống, cần hết sức chú ý thu thập các loại hình sinh thái ựịa lý

Theo Darwin biến dị là thuộc tắnh của tất cả các loài sinh vật, trong ựó biến

dị di truyền là ựộng lực của tiến hóa Nhờ có biến dị di truyền mà các loài mới, các dạng mới ựược hình thành, thành phần của một loài ngày một ựa dạng phong phú Nhờ có biến dị di truyền mà cây dại qua quá trình chọn lọc ựã trở thành cây trồng

Cơ thể và môi trường luôn là một khối thống nhất, môi trường hết sức ựa dạng nên cũng tồn tại những biến dị ựa dạng tương ứng Trong quá trình chọn nguồn gen, giống càng ựược thu thập ở nhiều vùng sinh thái càng tốt

Theo N.I Vavilov và P.M Zukovxki, trên thế giới có 12 trung tâm phát sinh tất cả các loại cây trồng Các trung tâm là nơi tập trung ựầy ựủ bộ gen của chi hoặc loài trong ựó có cây trồng Bên ngoài trung tâm là vùng phát tán của cây trồng, ta chỉ có thể tìm thấy sự tập trung của kiểu gen này hay kiểu gen khác nhưng không thể tìm ựược ựầy ựủ bộ gen của cả chi hoặc loài

1.1.2 Cơ sở khoa học trong chọn giống bằng ñột biến nhân tạo

Những ñặc ñiểm hình dáng bên ngoài, ñặc tính sinh lý và sinh hóa của cây ñược gọi là tính trạng Bản thân tính trạng không ñược truyền lại từ bố mẹ sang con cháu mà chỉ có vật chất di truyền (ADN) là gen kiểm soát những tính trạng mới ñược truyền lại từ thế hệ này sang thế hệ khác Gen là một ñoạn của phân tử ADN gồm có một số nucleotit, quyết ñịnh sự tổng hợp protein nhất ñịnh Mã di truyền của sinh vật do các bộ ba nucleotit quyết ñịnh Gen cũng như mọi vật chất khác, tùy thuộc vào ñiều kiện ngoại cảnh, gen có thể bị biến ñổi Trình tự sắp sếp các nucleotit trong bộ ba thay ñổi, sẽ làm thay ñổi mã di truyền Sự biến ñổi của gen hay các nhóm gen ñược gọi là ñột biến Những ñột biến xuất hiện do tác ñộng của các ñiều kiện tự nhiên và môi trường gọi là ñột biến tự nhiên hay ñột biến tự phát, nó ñược phân biệt với các loại ñột biến nhân tạo ðột biến ñược mô tả như là sự thay ñổi về vật chất di truyền và là nguồn chất mầm vô tận cho sự biến dị di truyền ðột biến cực kỳ quan trọng trong tiến hóa và cung cấp vật liệu ban ñầu cho quá trình chọn giống Việc sử dụng ñột biến tự phát hoặc ñột biến nhân tạo trong chọn giống ñược xem như là quá trình chọn giống [13], [31]

Khi con người sử dụng các tác nhân hóa, lý tạo nên ñột biến thì tần số xuất hiện ñột biến cao hơn nhiều so với ñột biến tự nhiên [12], [18], [35]

Trong nhiều năm ở Mỹ, Liên Xô, Nhật Bản… các nhà khoa học ñã sử dụng các tác nhân gây ñột biến bằng phương pháp vật lý, hóa học ñã ñạt ñược nhiều kết quả rất tốt Các tác nhân gây ñột biến vật lý bao gồm các dạng phóng xạ có khả năng ion hóa mạnh là tia X, Neutron, chất ñồng vị phóng xạ, tia γ nguồn Co60 Các cơ quan thực vật dùng ñể xử lý tạo ñột biến bao gồm: hạt, cả cây, hạt phấn, giao tử, hợp tử và các mô tế bào ñang phân chia mạnh Sử dụng tác nhân gây ñột biến là tia γ nhằm tạo ra ñột biến là phương pháp có hiệu quả cao trong công tác chọn tạo giống mới [28], [35]

Sử dụng ñột biến thực nghiệm sẽ rút ngắn ñược thời gian chọn tạo ra một

số giống mới so với việc sử dụng phương pháp lai Phương pháp chọn giống ñột biến có hiệu quả cao trên những cây có ưu thế về chọn lọc cá thể, như ở các cây thụ phấn và cây sinh sản vô tính, các cá thể của giống sinh sản vô tính (dòng vô tính) ñều mang gen ñột biến, còn ñối với cây thụ phấn chéo thì cây mang gen ñột biến trong nhiều thế hệ chọn lọc vẫn có thể chỉ chiếm một tỷ lệ nhất ñịnh trong quần thể [13], [18], [34]

1.2 ðẶC ðIỂM THỰC VẬT HỌC VÀ SỰ PHÂN BỐ CỦA CÂY HOA HỒNG TRÊN THẾ GIỚI

1.2.1 Phân loại thực vật

Cây hoa hồng (Rosa sp.) là cây thuộc lớp 2 lá mầm (Dicotyledoneae), lớp phụ hoa hồng (Rosidae), bộ hoa hồng (Rosales), họ hoa hồng (Rosaceae Juss) , họ phụ hoa hồng (Rosoideae), chi hoa hồng: Rosa L

Theo Peter Beales (1990), [133] và Võ Văn Chi (2003), [7] chi Rosa có

4 chi phụ là:

Hulthemia; Rosa (Eurosa); Platyrhodon và Hesperhodon

Trong ñó chi phụ Rosa (Eurosa) là lớn nhất và chia ra 10 nhóm loài và loài lai:

Hoa hồng thuộc loại thân gỗ, dạng cây bụi hoặc cây leo, ña số các loài hoa hồng ñều có thân rỗng ở giữa, khi thân ñã hoá gỗ Cây hoa hồng có khả năng phân cành rất mạnh, trên thân có gai hoặc không có gai [149]

Lá hoa hồng có dạng kép lông chim với 3, 5, 7, 9, 11, 13 lá chét và có ñính lá kèm ở gốc; lá chét có răng cưa ở mép lá và thường có những gai nhỏ ở trên gân lá Chiều dài lá của hầu hết các loài hoa hồng là từ 5-15cm Tuỳ theo

giống mà lá có màu sắc xanh ñậm hay xanh nhạt, răng cưa nông hay sâu [6]

Gai hoa hồng giống như hình dáng của cái móc câu Gai hoa hồng

thường là một gai hoặc bụi gai Một số loài như Rosa rugosa và Rosa pimpinellifolia có mật ñộ gai dầy, nhọn sắc

Hình 1.1: Thân, lá, gai và hoa của hoa hồng

Gai giúp cho cây hoa hồng có khả năng chống chịu tốt với côn trùng, ñồng thời thích nghi với ñiều kiện hạn hán

Cây hoa hồng thường có hoa khá lớn, hoa lưỡng tính, phân hóa ñài hoa

rõ rệt Nhị hoa xếp nhiều vòng, tâm bì nhiều, rời nhau và cùng ñính trên 1 ñế

chung Hoa thức của họ phụ hoa hồng Rosoideae là K4-5 C5 A4- ∞ G∞ Thông

thường hoa hồng cánh bộ 5 (trừ loài hoa hồng Rosa sericea thường có 4

cánh) Hoa hồng có cấu tạo và màu sắc rất ña dạng, ña số các dạng hoang dại

và bán hoang dại có màu hoa trắng, 1 vòng cánh hoặc 2-3 vòng cánh, nhưng

số lượng cánh hoa ít, sắp xếp cũng ñơn giản

a Bao phấn b Tâm bì c đài hoa

Hình 1.2 Hình dáng, cấu trúc nhị, nhụy và ựế hoa của hoa hồng

(nguồn Joan Monteith, 2007) [126]

Hình 1.3 Cấu tạo giải phẫu hoa hồng theo chiều dọc (Joan Monteith, 2007) [126]

Ghi chú: 1 Cánh hoa, 2 Bao phấn, 3.Chỉ nhị, 4 đầu nhụy,

5 Vòi nhụy, 6 đài hoa, 7 Bầu nhụy, 8 đế hoa

Các giống hồng lai có ựặc ựiểm chung là cánh hoa dày, nhiều vòng cánh, sắp theo nhiều kiểu hình dạng khác nhau và ra hoa nhiều vụ trong năm [149]

Hoa hồng thuộc loại hoa lưỡng tắnh, nhị và nhụy trên cùng một hoa Khi phấn chắn rơi trên ựầu nhụy nên có thể tự thụ phấn Một số loại nhị trắng

hơn nhụy hoặc nhị bị tiêu biến (bất dục ựực) đế hoa có màu xanh [53]

Quả hoa hồng là quả hạch, thường gọi là rose hip Quả của hầu hết các

loài hoa hồng ựều có màu ựỏ, quả của một số loài như Rosa pimpinellifoli

có mầu ñỏ thẫm hoặc mầu ñen Mỗi quả hoa hồng bao gồm một tầng cùi phía ngoài, bên trong chứa từ 5 – 25 hạt bao bọc trong noãn mịn, nhưng cứng và

có lông nhỏ

Hình 1.4 Cấu tạo giải phẫu quả của hoa hồng

Quả hoa hồng của một số loài ñặc biệt là hồng tầm xuân (Rosa canina)

và hồng nhăn (Rosa rugosa) rất giầu vitamin C Hạt hoa hồng có màu sắc

khác nhau tuỳ theo giống, có thể là màu xám, màu ñen hoặc màu nâu… trên

vỏ hạt thường có lông, vỏ hạt rất dày, vỏ sừng, chính vì vậy khả năng nảy mầm của hạt rất kém Phôi và nội nhũ hạt có chứa nhiều axít abcicic (ABA)

ñã kìm hãm quá trình nảy mầm

Chi Rosa là một dãy ña bội tự nhiên có bộ nhiễm sắc thể cơ bản x = 7,

dựa theo số lượng nhiễm sắc thể, David Neumyer (2005) [68] chia chúng thành 6 nhóm như sau

1 Nhóm lưỡng bội có số NST là 14 có 22 loài chủ yếu và các loài lai;

2 Nhóm tam bội có 21 NST có 2 loài và các loài lai;

3 Nhóm tứ bội có 28 NST gồm 18 loài và các loài lai;

4 Nhóm ngũ bội có 35 NST chung với nhóm phức hợp;

5 Nhóm lục bội 42 NST gồm 2 loài và các loài lai;

6 Nhóm phức hợp gồm các loài và giống lai có số NST 14, 28, 35, 42 [53]

1.2.2 Sự phân bố của cây hoa hồng trên thế giới

Các nghiên cứu ựịa chất ựã cho thấy hóa thạch của hoa hồng cách ựây khoảng 25 triệu năm Khoảng 5000 năm trước ựây hoa hồng ựã ựược trồng ở Trung Quốc, Tây Á và Bắc Phi [84] Sau ựó hoa hồng ựã di thực ựi khắp nơi trên thế giới

Hoa hồng ựược tìm thấy ở vùng ôn ựới từ hàn ựới ựến cận nhiệt ựới, tập trung nhiều nhất ở một số nước như Mỹ, Iraq, Ethiopia và Trung Quốc Nhiều nhà khoa học ựã chia hoa hồng thành 10 nhóm lớn, với 115 loài phân bố ở 8 vùng chủ yếu trên thế giới [118], [126]

Theo Rehder (1940) [139] nghiên cứu 10 nhóm hoa hồng lớn với 115 loài phân bố ở 8 vùng chủ yếu trên thế giới (bảng 1.1)

Bảng 1.1: Một số nhóm hoa hồng chắnh và vùng phân bố của chúng

loài

Số NST

Vùng phân bố

Những loài chủ yếu

Banksiae 2 14 đông Á R banksiae Alt

R cymosa Tratt

Bracteatae 2 14 Châu Á R branteata Wendi

Caninae 23 28-42 Châu Âu,

2 14 đông Á R chinnensis Jacq

R gigantean Colelt ex CreỖp Cinnnamomeae 46 14-56 Bắc Mỹ

Châu Á

R rugosa Thumbb

R luktana Pall

R acicularis Lindl

Gallicae 4 28 Ethiopia,

Châu Âu Tây Á

Hoa hồng ngày nay có số lượng giống rất lớn, chính do bởi con người

ñã thuần hóa loài hoang dại và chọn tạo thành công các giống mới ñưa vào sản xuất Quá trình ñó ñã làm ña dạng nguồn tài nguyên di truyền cây hoa hồng [66], [58], [59]

Gudin Serge (2000) [84] cho rằng có 8 nhóm hoa hồng cổ xưa, từ chúng hình thành nên nhiều giống hoa hồng phổ biến trên thế giới sau này

Nhóm có nguồn gốc từ Trung Quốc Rosa bracteata (1675), Rosa bracteata (1675), Rosa sericea ptericantha (1890) và Rosa wichuraiana variegata (1890) Nhóm có nguồn gốc từ Nhật Bản Rosa rugosa Nhóm có nguồn gốc

từ Bắc Mỹ Rosa foliolosa (1880) và nhóm phát sinh từ cực Bắc bán cầu Rosa nutkana. (Bảng1.2)

Bảng 1.2: Nguồn gốc một số lồi hoa hồng trên thế giới

4 Rosa bracteata Nguồn gốc ở Trung Quốc 1675

5 Rosa rugosa Nguồn gốc Nhật Bản

Nguồn gốc Trung Quốc 1890

8 Rosa woodsii fendleri Nguồn gốc Bắc Mỹ 1895

(Nguồn : Plant Breeding, 2000)[84]

1.2.3 Phân tích đa dạng di truyền đối với quần thể nghiên cứu và thu thập nguồn gen

Trong cơng tác lai tạo giống cây trồng, việc đánh giá sự đa dạng di truyền ở mức hình thái hoặc mức phân tử của nguồn vật liệu cĩ ý nghĩa quan trọng là cơ sở để chọn ra các tổ hợp lai và tiên đốn sự thể hiện ưu thế lai của các con lai Cơng việc này đã được thực hiện trên một số lồi cây trồng quan trọng, đặc biệt trên cây lúa và một số cây cĩ giá trị kinh tế cao như hoa lan

ðể phân biệt các cá thể khác nhau của cùng một lồi, các nhà khoa học thường dùng chỉ thị di truyền Chỉ thị di truyền là một tính trạng hay một thuộc tính cĩ thể đo đếm được và cĩ khả năng di truyền từ thế hệ này qua thế

hệ khác Dựa vào hai tiêu chuẩn có sự ña hình giữa bố mẹ và ñược truyền lại chính xác cho thế hệ sau, người ta phân loại thành chỉ thị di truyền hình thái, chỉ thị sinh hóa và chỉ thị phân tử ADN:

Chỉ thị hình thái là loại chỉ thị mang tính chất mô tả, có thể nhìn thấy hoặc ño ñếm ñược

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự ña dạng về hình thái tùy thuộc vào nguồn gốc, xuất xứ ñịa lý, dạng sống khác nhau của mỗi giống Qua phân tích các ñặc ñiểm riêng và ñặc ñiểm ưu việt của mỗi giống trong nhóm, các tác giả

ñã thiết lập thành công một số cặp lai [8], [31] Tuy nhiên, ñánh giá sự ña dạng di truyền trên cây hoa hồng vẫn chưa ñược thực hiện rộng rãi, những kết quả nghiên cứu bước ñầu ở châu Âu thành lập dự án về bảo tồn nguồn gen hoa hồng nhằm 3 mục tiêu chính sau:

- Bảo tồn bền vững nguồn gen hoa hồng hoang dại, bổ sung vào nguồn vật liệu khởi ñầu có khả năng kháng bệnh;

- Tạo ra những giống kháng bệnh, ñặc biệt là bệnh nấm phấn trắng;

- Tạo ra những giống hoa hồng mới bằng con ñường lai tạo giữa loài hoang dại và giống hoa hồng trồng [50], [91], [155]

Kết quả ñã thu thập hơn 1000 cá thể của 28 loài hoa hồng dại từ Bỉ, Pháp, ðức, Hà Lan và Scandinavia Công tác phân loại và những nghiên cứu

về mối quan hệ di truyền của các chi hoa hồng ñược thực hiện Tuy nhiên, các tác giả cũng cho rằng, việc ñánh giá sự ña dạng di truyền của loài hoa hồng gặp rất nhiều khó khăn do xảy ra rất nhiều các ñột biến ngẫu nhiên và sự lai tạo bởi con người [106]

Những giá trị thực tiễn của chỉ thị hình thái trong chọn giống gặp nhiều hạn chế, vì các chỉ thị này vốn có số lượng không nhiều, còn những chỉ thị liên kết với gen quan tâm lại càng hiếm gặp

Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ sinh học, các nhà khoa học

có thể áp dụng các kiểu chỉ thị khác nhau ñể xác ñịnh mức ñộ ña dạng di truyền ñối với quần thể nghiên cứu:

- Chỉ thị sinh hóa là loại chỉ thị có bản chất protein, bao gồm chỉ thị isozym và các loại protein dự trữ Chỉ thị protein và isozym thuộc loại ñồng trội, có ñộ tin cậy cao ñồng thời có thể phát hiện ra các biến dạng khác nhau của protein

- Chỉ thị phân tử ADN là những chỉ thị có bản chất ña hình ADN Nó

có thể là những dòng gen có sẵn hay dưới dạng những thông tin về trình tự ñược lưu giữ và chuyển tải trong các tệp dữ liệu của máy tính Dựa vào ñó người ta chia chỉ thị phân tử thành một số loại như sau:

+ Chỉ thị dựa trên cơ sở lai ADN (chỉ thị RFLP)

+ Chỉ thị dựa trên nguyên tắc nhân bội ADN bằng PCR (RAPD, AFLP…) + Chỉ thị dựa trên những chuỗi có trình tự lặp lại (tiểu vệ tinh, vi vệ tinh…)

Trong phân loại học, ñể tìm ra sự biến ñổi của loài và mối quan hệ chủng loại phát sinh giữa các quần thể và giữa các loài, chính các chỉ thị phân

tử ñã phản ánh những thay ñổi ñó do những khác biệt trong trình tự chuỗi ADN ở cả những vùng mã hóa và vùng không mã hóa ñều có thể di truyền ñược từ thế hệ này sang thế hệ khác Bởi vậy, chỉ thị phân tử cung cấp thêm những công cụ cho việc phân tích mối quan hệ di truyền trong loài, giữa các loài, các chi, các họ [154] ðể phân biệt ñược các cá thể ñồng hợp tử và dị hợp tử người ta có thể sử dụng chỉ thị RFLP Nguyên lý của chỉ thị RFLP (kỹ thuật ña hình ñộ dài ñoạn cắt giới hạn) là sử dụng những enzym giới hạn ñể cắt phân tử ADN của hệ gen Từ ñó, người ta có thể nhận biết ñược những ñoạn ADN có chiều dài khác nhau bằng kỹ thuật lai ADN với những mẫu dò (probe)

Chỉ thị RAPD dựa trên nguyên tắc nhân bội ADN bằng PCR ðể nhân những đoạn ADN của hệ gen, người ta sử dụng những đoạn mồi đơn lẻ, ngẫu nhiên dài khoảng 10 nucleotid với nhiệt độ kết cặp thấp (37oC) [160] Sản phẩm của phản ứng được phân giải thành các băng ADN với kích thước khác nhau khi điện di trên gel agarose RAPD là chỉ thị trội, cĩ nghĩa là băng ADN đặc trưng trên gel agarose cĩ thể xuất hiện (trội) hoặc khơng xuất hiện (lặn) ðây là một cơng cụ hữu ích trong việc lập bản đồ ở những dịng nhị bội, những dịng cận phối hay các quần thể lai trở lại Chỉ thị RAPD cịn cĩ thể được sử dụng trong việc điền vào những chỗ trống trên bản đồ phân tử RFLP Trên cơ sở các dữ liệu về đa dạng di truyền, người ta cĩ thể phân tích được mối quan hệ phát sinh chủng loại và sự tiến hĩa, sự phát hiện lồi mới, cũng như áp dụng trong chọn tạo giống, chẩn đốn ưu thế lai

Nghiên cứu bộ gen hoa hồng được thực hiện trên cơ sở phân tử trong những năm gần đây (Weising et al., 2005) [161] Nhiều kỹ thuật phân tử như RFLP (Hubbard et al., 1992) [92], RAPD Torres et al, 1993 [154]; Cubero et al., 1996 [64]; Jan và Byrne, 1999 [103]; Debener T và Mattiesch, L 1999; [76] Wen và cộng sự., 2004) [162], AFLP (chỉ thị đa hình độ dài đoạn cắt nhân bội) (Zhang và cộng sự., 2001) [167] và SSR (chỉ thị vệ tinh) (Esselink

và cộng sự., 2003) [77] đã được sử dụng để phân tích các đa dạng các chi

Rosa ở nhiều vùng khác nhau Mặc dù những kỹ thuật mới như AFLP và SSR được sử dụng nhiều hơn nhờ ưu thế của chúng nhưng phân tích RAPD (Williams và cộng sự, 1990) [160], vẫn được sử dụng nhiều hơn nhờ sự đơn giản, giá thành thấp và khơng địi hỏi những thiết bị phức tạp [156], [164] Kết quả cho thấy bộ gen cây hoa hồng nĩi chung biến đổi rất mạnh

Bên cạnh đánh giá khoảng cách di truyền giữa các nhĩm, việc chọn lọc các kiểu gen hoang dại kháng bệnh nấm phấn trắng và đốm đen cũng được tiến hành Lây nhiễm bệnh qua Protocol được sử dụng để thử khả năng kháng

bệnh trên từng cá thể Kết quả nghiên cứu cho thấy, hầu hết các kiểu gen hoa hồng trong tập ựoàn nghiên cứu ựền rất mẫn cảm với bệnh phấn trắng và ựốm ựen

Hoa hồng trồng ngày nay ựã có hàng nghìn giống, có những loại chuyên ựể sản xuất tinh dầu như ở những nước vùng địa Trung Hải và đông

Âu [55], [107] Nhóm hoa hồng làm cảnh ựặc biệt phong phú ngoài các dạng

có trong tự nhiên, các nhà khoa học của hai công ty Florigene và Suntory Nhật Bản ựã tạo ra những giống hoa hồng có màu sắc ựộc ựáo như màu xanh

1.3 NGHIÊN CỨU VỀ CHỌN GIỐNG HOA HỒNG

Trên thế giới, công tác chọn tạo giống hoa hồng ựã ựược chú ý từ rất lâu

và rất phát triển Ở những nước như Hà Lan, Mỹ, Pháp mỗi năm hàng ngàn giống hoa hồng mới ựược chọn tạo ra, hầu hết là chọn các giống theo hướng thâm canh, hiện ựại hóa và ngày càng thỏa mãn nhu cầu người tiêu dùng

1.3.1 Nghiên cứu chọn giống bằng phương pháp lai hữu tắnh

Chọn giống hoa hồng bằng phương pháp lai hữu tắnh nhằm cải tạo những tắnh trạng hình thái hoa như màu sắc, kắch thước hoa, kiểu dáng, thời gian hoa nở và phản ứng của cây với ựiều kiện môi trường Phương pháp lai hữu tắnh hoa hồng ựược sử dụng rộng rãi và lâu ựời Phương pháp này có nhiều hạn chế: do mức ựộ ựa bội thể giữa các loài hoa hồng, do hạt hoa hồng rất khó nảy mầm, do khả năng bất hợp giữa các giao tử, do sinh trưởng phát triển và thời gian nở hoa của bố mẹ không ựồng ựều ựã khiến cho tạo giống lai hoa hồng khó thành công [129], [136], [139] Tuy nhiên, ựã có nhiều giống hoa hồng mới trên thế giới ựược tạo ra bằng con ựường này

Năm 2001, Aldulber của Cộng hòa liên bang Nga, ựã thu ựược các giống lai từ hồng chè Trung Quốc Newjorker và giống Stullengold thắch ứng

tốt cho các vùng nam Cộng hòa liên bang Nga [51]

Các giống hoa hồng hiện đại chủ yếu là tứ bội, trong khi vài lồi hoa hồng dại là nhị bội (Paimer, 1966 [130] ; Saunders, 1970) [141] Lai giữa lồi nhị bội với lồi tứ bội đã tạo thành cơng lồi hoa hồng tam bội bất dục (Darlington và cộng sự, 1955) [71]

Theo Staikov và cộng sự (1980) [151] cây lai giữa lồi Rosa danascena (giống hoa hồng Kazanl ’

k ) với lồi Rosa galica Subsp austriacaf panonica hoặc với Rosa centifolia và từ cây thụ phấn tự do của giống Kazanl ’

k tạo ra con lai cĩ khả năng chống chịu tốt với sâu bệnh và điều kiện ngoại cảnh bất

lợi Kết quả thu được từ phép lai giữa (Rosa.gallica x Rosa damascena) x Rosa damascena tạo ra con lai là giống 836/ 61 cĩ sức chống chịu cao với nhiệt độ thấp

Bugaenko (1989) [56] đã nghiên cứu 12 giống bố mẹ và 659 con lai từ 15 cặp lai giữa chúng Các con lai thể hiện ưu thế lai cao về hàm lượng tinh dầu so

với bố mẹ Các cặp lai cho hàm lượng tinh dầu cao là Belaya x Raduga; Koopera x Raduga và Festival ’ naya

Ở Pháp Meynet (1994) [121] đã sử dụng phương pháp sinh sản đơn tính cĩ chiếu xạ hạt phấn và cứu phơi in vitro để tạo cây con khỏe mạnh, cĩ khả năng kháng sâu bệnh và mang những ưu điểm từ cây mẹ, Cây con thu được đã ra hoa và cho phấn, trong đĩ một số hạt phấn được kiểm tra cĩ sức sống

Smulders (2006) [150] khi thu thập và đánh giá tập đồn hoa hồng ở châu Âu đã tiến hành lai giữa lồi hoa hồng dại với các giống hoa hồng tứ bội đang trồng Kết quả cho thấy những tổ hợp lai cĩ bố mẹ tứ bội cho số hạt lai/quả cao hơn khi chọn lồi hoang dại lưỡng bội làm bố mẹ Thế hệ F1 của con lai chọn bố mẹ là lồi hoang dại đã khơng hình thành hoa trong suốt năm đầu tiên nhưng cây lai cĩ khả năng sinh trưởng phát triển tốt [63]

Chọn tạo giống hoa hồng có ñộ bền hoa cắt cao ñược nhiều tác giả thực hiện thông qua ñánh giá các chỉ tiêu sinh lý, ñộ pH, ñộ dẫn ñiện và tính thẩm thấu của tế bào cánh hoa của các giống hoa hồng Kết quả nghiên cứu cho thấy ñộ dẫn ñiện của cánh hoa có tỷ lệ nghịch với ñộ bền hoa cắt (r = - 0,74)

pH và ñộ thẩm thấu của tế bào cánh hoa ít có liên quan với ñộ bền hoa cắt của các giống Tuy nhiên, kết quả nghiên cứu cho thấy có tương quan nghịch giữa

pH cánh hoa và ñộ bền hoa cắt pH cánh hoa càng cao, ñộ bền hoa cắt càng giảm (r = - 0,78 - 0,91) [82], [83], [85]

1.3.2 Nghiên cứu chọn giống bằng phương pháp gây ñột biến

Hướng nghiên cứu chọn tạo giống bằng phương pháp gây ñột biến cũng rất quan trọng, ñặc biệt có ý nghĩa ñối với loài cây chủ yếu nhân giống bằng phương thức vô tính như hoa hồng Những ñột biến tạo ra, ñược duy trì bởi dòng vô tính sẽ dễ dàng ñược nhân lên bằng phương pháp ghép hoặc chiết cành Ngoài ra, sử dụng phương pháp gây tạo ñột biến trong chọn giống ñối với những loài nhân giống vô tính còn rút ngắn thời gian chọn tạo và có hiệu quả nhanh hơn so với những cây nhân giống hữu tính [12], [18], [28], [35], [140]

Những kết quả nghiên cứu về gây ñột biến trong chọn tạo giống hoa trên thế giới cho thấy: Tính ñến nay, ñã có 187 giống hoa cúc, 34 giống hoa thược dược, 27 giống hoa hồng, 8 giống hoa phượng tiên và nhiều giống hoa khác ñã ñược tạo ra bằng con ñường ñột biến [11], [52]

Swarup và cộng sự (1973) [149] ñã tạo ñược các giống hoa hồng ñột biến có những ñặc ñiểm mới như mầu sắc mới (cùng màu hay pha tạp) kiểu hoa mới, số cánh thay ñổi, thay ñổi khả năng ra hoa nhưng vẫn giữ nguyên màu sắc, hương thơm và khả năng kháng bệnh tốt hơn

Schum, A and P.reil, W (1998) [152], trong tự nhiên, ñột biến gen ở hoa hồng cũng diễn ra thường xuyên và phổ biến từ bộ gen gốc

James N Cummins (1997) [99] tạo thành công giống ñột biến Paula từ giống Queen Elizabeth và giống Pink từ giống hồng không rõ tên của loài

Rosa floribunda Năm 1985, Benetka ñã xử lý ñoạn cành bằng tia γ với liều lượng 0; 20; 30; 40 và 60 Gy, kết quả cho thấy 40 – 50 Gy là liều lượng thích hợp nhất ñể tạo giống ñột biến

Các nghiên cứu khác còn cho thấy những biến ñổi về khả năng ra hoa,

xuất hiện dạng lùn trong loài R chinensis và những loài hoa hồng khác là kết

quả của con ñường ñột biến Gần ñây, nhiều giống hoa hồng màu sắc cổ ñiển

ñã ñược thay ñổi do ñột biến nhân tạo Có những giống ñược tạo ra bằng ñột biến mầm với tia X, tia γ nguồn Co60 hoặc với những hoá chất ñột biến khác [140]

Datta (1989) [72], ñã xử lý tia γ với liều lượng 3 - 4 Krad chồi của 9 giống

hoa hồng sau ñó ghép lên gốc ghép Rsaindoca var Odorata Giống Orange sesnation mẫn cảm nhất với tia γa, còn giống kiss là giống ít mẫn cảm nhất

Kết quả ñã tạo ra ñược các ñột biến thấp cây và ñột biến soma về màu hoa ở hầu hết các giống Kết quả cho thấy xử lý với 3 Krad là hiệu quả nhất Các ñột biến thể khảm về màu sắc và hình dạng hoa xảy ra ở 21 giống Từ 1 vạch nhỏ trên cánh hoa ñến biến màu cả cánh hoa

Năm 1986 [158], Walter và Sauer chiếu tia X vào ñỉnh sinh trưởng hoa hồng sau ñó nuôi cấy in vitro, ñã xác ñịnh ñược liều chiếu xạ từ 25–60 Gy cho khả năng tái sinh tốt nhất và có ñến 73% ñột biến thu ñược từ những liều chiếu lớn liên quan tới màu sắc của hoa

Robert (1990) [135], nghiên cứu tạo ñột biến nhiễm sắc thể bằng cách

nuôi cấy in vitro giống hoa hồng nhị bội Rosa wichuraiana trong môi trường

lỏng chứa 0,05% colchicine trong 12 giờ (tức là ñã kéo dài thời gian phân bào lên 2 giờ) Sau 7 ngày có 32,7% tế bào trong ñỉnh rễ là tứ bội

ðể chọn tạo giống ñột biến nhằm tăng khả năng chống chịu sâu bệnh của hoa hồng, Ma và Chen (1997) [119] ñã xử lý ñoạn thân hoa hồng trong dung dịch colchicine và nuôi cấy ñỉnh sinh trưởng của chồi trong môi trường

bổ sung colchicine, ñã chọn ñược thể hoa hồng kháng bệnh ñốm ñen

Ở Nhật, năm 2003 ñã công bố những thể ñột biến trên hoa hồng ñược tạo ra nhờ chiếu xạ chùm tia ion Hai chùm tia ion carbon và helli ñược chiếu lên chồi nách của cây hoa hồng ñể tạo ñột biến và thu ñược kết quả tốt Cụ thể cây phát triển rất nhiều chồi Các ñột biến không chỉ xuất hiện ở liều chiếu cao mà còn ở cả liều chiếu thấp, ñồng thời những biến ñổi sinh lý gây ra bởi chiếu xạ cũng ñược theo dõi chặt chẽ Cả hai chùm tia này ñều gây ra ñột biến

về số lượng cánh hoa, kích thước, hình dạng, màu sắc hoa trong mỗi giống [163]

Những nghiên cứu về chọn tạo giống hoa hồng bằng phương pháp gây ñột biến gen ñã tạo ra những ñột biến có lợi như màu sắc hoa ñẹp, ñộc ñáo, năng suất hoa cao, khả năng chống chịu sâu bệnh tốt , là những tính trạng mà các nhà chọn tạo giống mong muốn [46] Những kết quả nghiên cứu này làm phong phú thêm nguồn vật liệu chọn giống cây hoa hồng ðồng thời là cơ sở thực tiễn cho việc nghiên cứu ứng dụng ñột biến trong chọn tạo giống hoa hồng ở Việt Nam

1.3.3 Nghiên cứu chọn giống bằng phương pháp chuyển gen

Hoa hồng là loài hoa phổ biến nhất trên thế giới Bằng mọi cách các nhà chọn giống cũng như những người chơi hoa tài tử ñã chọn ñược rất nhiều màu hoa ñẹp, nhưng dù có bao nhiêu cố gắng vẫn chưa chọn ñược màu xanh và

màu ñen

Cơ sở khoa học ñể nghiên cứu tạo giống hoa hồng màu xanh là cần tìm hiểu cơ chế tạo thành màu sắc hoa Người ta biết rằng có 2 nhóm sắc tố chính tạo nên màu sắc hoa là flavonoid và carotenoid Trong các flavonoid có delphinidin là sắc tố quyết ñịnh màu xanh của hoa ðể tổng hợp delphinidin trong tế bào cánh hoa cần có 1 enzyme ñặc biệt là ''flavonoid-3', 5' hydroxylate" Trong hoa hồng không có enzyme này vì trong genom của cây hoa hồng không có mặt gen ñiều khiển tổng hợp “flavonoid–3’, 5’-hydroxylate” Chính vì vậy, các phương pháp chọn giống kinh ñiển không tạo ñược giống hồng xanh

Trong những thập niên cuối thế kỷ 20 các nhà khoa học ñã ứng dụng phương pháp công nghệ sinh học ñưa "gen xanh" từ các loại cây hoa khác vào cây hoa hồng bằng phương pháp chuyển gen: "gen xanh" ñược tách từ cây

hoa Dạ yến thao (petunia) ñược chuyển vào genom cây hoa hồng bằng phương pháp chuyển gen gián tiếp thông qua vi khuẩn Agrobacterium tumefaciens Nuôi cấy tế bào hoa hồng cùng vi khuẩn ñược chuyển gen, sau khi cây ñược tái tạo gen xanh quy ñịnh tổng hợp “flavonoid – 3’, 5’- hydroxylase” ñược chuyển vào genom hoa hồng Cây hoa hồng ñầu tiên ñược

chuyển thành công là cây hồng lai (Rosa x hybrida) phấn cây này ñược lấy

thụ cho những cây không chuyển gen ñể nhân gen xanh cho những cây này

Trung tâm nghiên cứu chuyển gen của Australia công bố ñã tách ñược

1200 gen xanh từ florigen ñể ñính vào bộ gen hoa hồng từ 1994 - 1997

Dựa trên cơ sở khoa học này, các nhà di truyền thuộc viện CSIRO ñã

tách “gen xanh” từ loài hoa păng xê (Viola x wittrockiana) và ñưa vào cây hoa

hồng ñể tổng hợp trực tiếp màu xanh trên hoa Kỹ thuật này ñược gọi là kỹ thuật RNAi là một hướng nghiên cứu mới trong nghiên cứu y sinh khoảng 25 năm trở lại ñây [60]

1.4 NGHIÊN CỨU VỀ NHÂN GIỐNG VÔ TÍNH CÂY HOA HỒNG

ðặc ñiểm chủ yếu của nhân giống vô tính là cây trồng có thể giữ ñược ñặc tính của cây bố mẹ Từ một tính trạng tốt ñược chọn ra, nhờ nhân giống

vô tính, sẽ nhân nhanh và duy trì ñược tính trạng ñó qua các thế hệ Do ñó, nhân giống vô tính rất có ý nghĩa trong công tác chọn tạo giống mới, nhất là ñối với những loài cây mà khả năng nhân giống bằng hạt khó khăn như cây hoa hồng

1.4.1 Nghiên cứu về phương pháp giâm cành

Nhân gốc ghép hoa hồng bằng giâm cành ñược áp dụng phổ biến ñể sản xuất gốc ghép phục vụ cho nhân nhiều giống hoa hồng cắt:

- R multiflora là gốc ghép rất tốt cho hồng trồng chậu;

- R dumetorum là loại gốc ghép phổ biến nhất ở Vương quốc Anh [3], [45]

[42], [67]

Loài hoa hồng R fortuniana nhập vào Mỹ năm 1900 và ñược nghiên

cứu làm gốc ghép, dùng ñể ghép hoa hồng ở miền Nam bang Florida Những

ưu ñiểm của loài gốc ghép này là chống chịu với tuyến trùng và một số bệnh

hại rễ khác như Phytophtora và Rhyzoctonia

Tuy nhiên, với bất kỳ phương pháp giâm hoa hồng nào, một vấn ñề quan trọng và tiên quyết là khả năng ra rễ của nó Các giống hoa hồng có thể cắt giâm ở hầu hết các tuổi cây, nhưng tốt nhất là chọn cành giâm có tuổi sinh

lý trẻ Cần chú ý, ñối với những giống ra hoa liên tục nên cắt thân ñể giâm lúc

có ít hoa hoặc khi cánh hoa rụng Những giống ra hoa một lần, chú ý cắt thân vào thời ñiểm ít hoa trong mùa xuân Ngoài ra ñể cành giâm ra rễ nhanh phải

ñể lại một số lá trên cành giâm [73]

Hầu hết các giống hoa hồng khi giâm không cần xử lý hoocmôn, bởi vì cành giâm có chứa IAA (indole acetic acid) một chất kích thích ra rễ tự nhiên

[41] ðộ ẩm là yếu tố quan trọng ảnh hưởng ñến kết quả giâm, ñể duy trì ñộ

ẩm phù hợp với cả ñất giâm và không khí, những nhà kinh doanh thường sử dụng hệ thống phun Thời gian ñầu phun khoảng vài giây hoặc vài phút ñể tránh khô cành giâm, sau ñó thời gian phun thưa hơn, mỗi lần cách nhau 2 giờ Ánh sáng vườn giâm cần ñảm bảo ñầy ñủ; Ở giai ñoạn hình thành rễ, ánh sáng ñược chiếu từ 10 giờ sáng ñến chiều tối Khi trời quá nóng và cường ñộ

ánh sáng mạnh cần che bớt ñể khỏi khô cành, chết cây [68], [165]

1.4.2 Nghiên cứu về phương pháp ghép hoa hồng

Ghép là sự chắp nối các phần của các cây khác nhau ñể tạo ra sự sinh trưởng và ñồng nhất như là một cây Phần tổ hợp với gốc ghép trở thành phần trên của cây mới Phần gốc ghép trở thành phần gốc của cây mới

Chọn mắt ghép hoa hồng trên cây khỏe, sạch bệnh và những mắt sống ñiển hình, lựa chọn những mắt nhỏ (mắt chưa căng) và cắt vào thời ñiểm cây hoa có ñủ nước Lựa chọn mắt ghép cần một số tiêu chí là thân ñã ra hoa và mắt trên ñoạn thân không quá non cũng như quá già [45], [86]

ðảm bảo sự thành công ñể liền vết ghép, phụ thuộc vào mô sẹo giữa mắt ghép và gốc ghép, sau ñó là sự tiếp xúc của các mạch dẫn chức năng Sự hình thành mô sẹo ban ñầu phát triển ñể ngang bằng và chắp nối giữa hai mặt cắt của gốc ghép và mắt ghép, giúp cho lớp tượng tầng từ các tế bào nhu mô ñược thông suốt giữa gốc ghép và mắt ghép Mô callus của gốc ghép và mắt ghép sớm hợp nhất, khi các tế bào callus thấp hơn các tế bào tượng tầng của mắt ghép sẽ bắt ñầu có sự phân chia cùng mặt phẳng với tượng tầng Quá trình phân chia tế bào sẽ ñi từ trên xuống, các tế bào callus nhu mô mới bên trong tượng tầng nhanh chóng tái tạo chức năng của các tế bào xylem và cuối cùng lớp tượng tầng mới bắt ñầu tạo ra các tế bào libe [104], [102]

Một số phương pháp ghép áp dụng cho nhân giống vô tính hoa hồng: