Dưa hấu (Citrullus vulgaris L.) là loại cây trồng phổ biến nhất trên thế giới. Việt Nam có truyền thống trồng dưa hấu từ thời vua Hùng Vương thứ 18; đến nay, việc sản xuất dưa hấu ngày càng phát triển, đứng thứ 5 về xuất khẩu (FAOStat, 2012). Dưa hấu ăn rất ngon, nhất là trong những ngày hè nóng bức; tuy nhiên có điều bất tiện khi dùng dưa hấu nhị bội vì chứa nhiều hạt (Donald and Maynard, 1992). Do đó, giống dưa hấu không hạt (3X-tam bội) được nhiều người ưa chuộng, vì không phải bỏ hạt khi ăn, đồng thời dưa còn có chất lượng tốt do ngon ngọt. Người tiêu dùng có thể vui lòng mua và thưởng thức loại dưa không hạt dù giá tiền cao hơn so với dưa hấu thông thường nhị bội có hạt (Marr and Gast, 1991; Maynard et al., 2002). Dưa hấu tam bội được tạo thành bằng phương pháp lai tạo giữa thể tự tứ bội với nhị bội (Andrus et al., 1971; Kihara, 1951; Guo et al., 2011). Trong đó, dưa hấu tứ bội được tạo thành công bằng cách xử lý cây con nhị bội với colchicine hay oryzalin, nơi vườn ươm hay trong môi trường in vitro (Kihara, 1951; Lê Văn Hòa et al., 2003; Raza et al., 2003; Noh et al., 2012; Lâm Ngọc Phương và Nguyễn Kim Hằng, 2010). Tuy nhiên, cây dưa hấu tứ bội rất ít hạt (giảm 10 lần so với hạt nhị bội), tỷ lệ nảy mầm của hạt thấp, muốn duy trì dòng tứ bội rất đắt tiền (Trần Khắc Thi et al., 2008). Theo Compton and Gray (1992); Compton et al. (1993), ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy mô trong tạo dòng tứ bội và tam bội là một phương pháp đã làm giảm được thời gian nhân dòng (1-2 năm) và thuận lợi cho việc bảo quản các dòng dưa hấu này thay cho phương pháp truyền thống. Ở đồng bằng sông Cửu Long, sản xuất dưa hấu không hạt ngày càng tăng nhưng chi phí sản xuất cao do chủ yếu sử dụng giống nhập nội. Giá thành hạt giống cao vì hạt khó tồn trữ dễ mất sức nảy mầm (Marr and Gast, 1991). Công tác chọn tạo ra giống dưa hấu không hạt mới có xuất xứ ở Việt Nam là rất cấp thiết. Vì thế, đề tài “Nghiên cứu chọn tạo và biện pháp nâng cao năng suất, phẩm chất dòng dƣa hấu (Citrullus vulgaris L.) tam bội in vitro” được thực hiện. 1.1 Mục tiêu của luận án Mục tiêu chính: tạo được cây dưa hấu tam bội. Mục tiêu cụ thể: (1) Tạo được các dòng dưa hấu tứ bội, tam bội.
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA NÔNG NGHIỆP VÀ SINH HỌC ỨNG DỤNG TRẦN THANH TRUYỀN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO VÀ BIỆN PHÁP NÂNG CAO NĂNG SUẤT, PHẨM CHẤT DÒNG DƢA HẤU (Citrullus vulgaris L.) TAM BỘI IN VITRO LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG 2019 TÓM TẮT “Nghiên cứu chọn tạo biện pháp nâng cao suất, phẩm chất dòng dưa hấu (Citrullus vulgaris L.) tam bội in vitro” thực Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng trường Đại học Cần Thơ hai tỉnh Hậu Giang, Cần Thơ Mục tiêu nghiên cứu chọn tạo dòng dưa hấu tam bội in vitro có xuất xứ Việt Nam; đề xuất qui trình sản xuất dưa hấu tam bội cấy mơ làm sở để chọn tạo thêm dòng tam bội khác khắc phục nhược điểm hạt giống tam bội có sức nảy mầm kém, khó lưu trữ Nghiên cứu gồm giai đoạn chính: (1) Tạo dưa hấu tứ bội in vitro hóa chất colchicine oryzalin; (2) Nhân dòng vơ tính dưa hấu tứ bội in vitro lai tạo hạt lai dưa hấu tam bội; (3) Nhân dòng vơ tính dưa hấu tam bội in vitro khảo sát sinh trưởng phát triển dòng dưa hấu tam bội cấy mơ ngồi đồng; (4) Đánh giá ảnh hưởng lượng phân đạm mật độ đến khả sinh trưởng, phát triển phẩm chất trái dòng dưa hấu tam bội cấy mơ ngồi đồng Giai đoạn (1): cách xử lý đỉnh sinh trưởng dưa hấu nhị bội in vitro với hóa chất đa bội hóa colchicine 0,01% oryzalin 0,004% tạo chồi tứ bội Xử lý colchicine ngày đạt 9% xử lý oryzalin 54 đạt 4% tứ bội, kiểm tra phân tích dòng chảy tế bào Đối với giai đoạn (2) tứ bội in vitro chọn lọc từ giai đoạn (1) làm vật liệu nhân chồi cấy mô Kết cho thấy việc bổ sung BA mg/L cho hiệu nhân chồi (2,6 chồi) bổ sung IBA mg/L cho hiệu tạo rễ (9-12 rễ) hình thành hồn chỉnh Các dòng dưa hấu tứ bội cấy mơ trồng Hậu Giang, kết cho thấy dòng dưa hấu tứ bội sinh trưởng, phát triển tốt đồng, sử dụng làm mẹ để lai tạo thành công hạt lai dưa hấu tam bội Đối với giai đoạn (3): kết cho thấy môi trường bổ sung nồng độ BA 1,0 mg/L cho hiệu tái sinh chồi dòng dưa hấu tam bội cao sau tuần nuôi cấy với chồi khỏe, không bị thủy tinh thể Số rễ, chiều dài rễ số chiều cao dưa hấu tam bội tốt ghi nhận môi trường bổ sung IBA 0,5 mg/L than hoạt tính 2,0 g/L Ở điều kiện đồng ruộng Cần Thơ, hai dòng dưa hấu tam bội (TriP1 TriP2) cấy mơ sinh trưởng phát triển tốt Dòng TriP1 có chiều dài dây, số lá/dây, kích thước cao giống đối chứng dòng TriP2 Tuy nhiên khối lượng trái, suất phẩm chất trái (độ Brix độ dày vỏ) khơng khác biệt Dòng TriP1 trồng Hậu Giang, cho sinh trưởng tương đương giống đối chứng dòng TriP2 Đồng thời khối lượng trái suất (lần lượt 2,2 kg-36,91 tấn/ha) dòng TriP1 cao giống đối chứng (1,73 kg-28,94 tấn/ha) dòng TriP2 (1,55 kg-25,56 tấn/ha), phẩm chất trái tương đương Đối với giai đoạn (4): nghiên cứu rằng, dưa hấu tam bội trồng mật độ 10.000 cây/ha lượng phân đạm cao (200 kg N/ha) đạt hiệu với suất trái cao (23,19 tấn/ha), độ Brix trái >10% so với mật độ 8.750 cây/ha lượng phân đạm thấp (150kg/ha) Từ khóa: colchicine, oryzalin, đa bội in vitro, dưa hấu tứ bội, dưa hấu tam bội, nuôi cấy mô ABSTRACT "Investigate on breeding and measuring to improve yield and quality of triploid watermelons (Citrullus vulgaris L.) in vitro" was conducted at Faculty of Agriculture and Applied Biology of Can Tho University and two provinces of Hau Giang, Can Tho The objective of the study is to make a triploid watermelon in vitro originated from Vietnam; to propose a method of production of triploid watermelon seedlings as a basis for selecting more triploid lines and overcoming the disadvantages of triploid seedlings with poor germination, difficult storage The study consists of four main phases: (1) Producing tetraploid watermelon in vitro with colchicine and oryzalin; (2) Cloning the tetraploid watermelon in vitro and hybridise the watermelon triploid triploid; (3) Cloning watermelon triploid in vitro and investigated the growth and development of watermelon triploid watermelon lines; (4) Evaluate the effect of N fertilizer and density on the growth, development and fruit quality of the transgenic watermelon Phase (1): By treating the diploid watermelon growth peak in vitro with 0.01% colchicine multi-particulate and 0.004% oryzalin, all tetraploid shoots were formed Treatment of colchicine in days reached 9% and treatment with oryzalin in 54 hours reached 4% tetraploid, and it was tested by cell flow analysis For phase (2), tetraploid plants in vitro were selected from stage (1) as tissue culture multiplication The results showed that supplementation with BA mg/L for shoot propagation (2.6 shoots) and IBA mg/L supplementation gave the rooting effect (9-12 roots) of complete tree formation The tetraploid watermelon seedlings were planted in Hau Giang, the results showed that the lines of watermelon tetraploid grows well in the field, they were used as a mother to breed watermelon hybrid triploid seeds For phase (3): the results showed that the medium supplemented with BA 1.0 mg/L gave the highest regeneration efficiency of the watermelon triploid shoots after weeks of culture with healthy shoots, limiting the cataracts The number of roots, root length as well as number of leaves and height of triploid watermelon were best recorded in medium supplemented with IBA 0.5 mg/L and activated charcoal 2.0 g/L At field conditions in Can Tho, two lines of triploid watermelon (TriP1 and TriP2) were implanted tissue growth and they developed well The TriP1 line has the liana length, number of leaf/a liana, leaf size higher than the control variety and the TriP2 line However, fruit mass, fruit quality and fruit productivity (Brix and shell thickness) were not significantly different The TriP1 line, which grows in Hau Giang, has the same growth as the one in the control variety‟s and the TriP2 line At the same time, fruit weight and productivity (2.2 kg - 36.91 tons/ha, respectively) of the TriP1 line were higher than the control varieties (1.73 kg-28.94 tons/ha) and TriP2 (55 kg-25.56 tons/ha), but the fruit quality is equivalent For phase (4), research has shown that triploid watermelon is planted at a density of 10.000 trees per hectare and a high amount of nitrogen fertilizer (200 kg N/ha) giving high fruit productivity (23.19 tons/ha), fruit‟s Brix >10% compared to 8.750 plants/ha and low nitrogen fertilizer (150 kg/ha) Từ khóa: colchicine, oryzalin, polyploidy in vitro, tetraploid watermelon, triploid seedless watermelon, micropropagation MỤC LỤC Trang DANH SÁCH BẢNG viii DANH SÁCH HÌNH xii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT xiv CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Mục tiêu luận án 1.2 Ý nghĩa luận án: 1.3 Điểm luận án: CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Giới thiệu chung dưa hấu 2.1.1 Nguồn gốc 2.1.2 Giá trị dinh dưỡng công dụng dưa hấu 2.2 Vai trò giống dưa hấu trồng trọt 2.3 Đa bội thể nguồn công tác chọn tạo giống 2.3.1 Khái niệm 2.3.2 Đặc điểm vai trò đa bội thể nguồn công tác chọn tạo giống 2.4 Tác nhân hóa học gây đa bội thể 2.4.1 Cơ sở khoa học tạo thể đa bội colchicine oryzalin 2.4.2 Kỹ thuật xử lý đa bội tác nhân hóa học 2.4.3 Một số nghiên cứu tạo dưa hấu đa bội hóa chất đỉnh sinh trưởng 2.5 Phương pháp xác định đa bội 2.5.1 Hình thái đặc điểm sinh trưởng, phát triển 2.5.2 Mật số khí khẩu/đơn vị diện tích chiều dài khí 10 2.5.3 Đếm số lượng nhiễm sắc thể 11 2.5.4 Phân tích flow cytometry (dòng chảy tế bào) máy đo đa bội thể (Partec Ploidy Analyser) 11 2.6 Dưa hấu tam bội (không hạt) 14 i 2.6.1 Kỹ thuật lai tạo dòng dưa hấu tam bội 15 2.6.2 Một số nghiên cứu chọn tạo giống dưa hấu không hạt 17 2.7 Vai trò vi nhân giống trồng 19 2.7.1 Khái niệm 19 2.7.2 Vai trò 19 2.7.3 Một số nghiên cứu vi nhân giống dưa hấu đa bội nước 20 2.8 Ảnh hưởng mật độ trồng lượng phân đạm đến suất, phẩm chất trái dưa hấu 21 2.8.1 Mật độ trồng 21 2.8.2 Lượng phân đạm 21 CHƢƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 23 3.1 Cảm ứng tạo thành dưa hấu tứ bội in vitro colchicine oryzalin dòng dưa hấu nhị bội 23 3.1.1 Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng thời gian xử lý colchicine lên sinh trưởng hai dòng dưa hấu nhị bội TPS TPT in vitro 23 3.1.2 Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng thời gian xử lý oryzalin lên sinh trưởng bốn dòng dưa hấu nhị bội in vitro 26 3.2 Thí nghiệm 3: Đánh giá khả tạo chồi sinh trưởng hai dòng tứ bội TPT TPS mơi trường có bổ sung BA 27 3.2.1 Vật liệu 27 3.2.2 Môi trường nuôi cấy 27 3.2.3 Bố trí thí nghiệm 27 3.3 Thí nghiệm 4: Đánh giá khả tạo chồi sinh trưởng hai dòng tứ bội TPB TPX mơi trường có bổ sung BA 28 3.3.1 Vật liệu 28 3.3.2 Môi trường ni cấy: tương tự thí nghiệm 28 3.3.3 Bố trí thí nghiệm 28 3.4 Thí nghiệm 5: Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng dòng tứ bội TPT mơi trường có bổ sung IBA NAA 28 3.4.1 Vật liệu 28 3.4.2 Môi trường nuôi cấy 28 ii 3.4.3 Bố trí thí nghiệm 28 3.5 Thí nghiệm 6: Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng dòng tứ bội TPS mơi trường có bổ sung IBA NAA 29 3.5.1 Vật liệu 29 3.5.2 Môi trường nuôi cấy 29 3.5.3 Bố trí thí nghiệm 29 3.6 Thí nghiệm 7: Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng bốn dòng tứ bội mơi trường có bổ sung IBA 29 3.6.1 Vật liệu 29 3.6.2 Môi trường nuôi cấy 29 3.6.3 Bố trí thí nghiệm 29 3.7 Thí nghiệm 8: Đánh giá, chọn lọc dòng tứ bội cấy mơ lai tạo hạt tam bội ngồi đồng 30 3.7.1 Vật liệu 30 3.7.2 Phương pháp dưỡng 30 3.7.3 Bố trí thí nghiệm 30 3.8 Thí nghiệm 9: Đánh giá khả tạo chồi sinh trưởng dòng tam bội cấy mơ mơi trường có bổ sung BA 32 3.8.1 Vật liệu 32 3.8.2 Môi trường nuôi cấy 32 3.8.3 Bố trí thí nghiệm 32 3.9 Thí nghiệm 10: Đánh giá khả tạo chồi, sinh trưởng dòng dưa hấu tam bội TriP1 mơi trường có bổ sung BA than hoạt tính 33 3.9.1 Vật liệu 33 3.9.2 Môi trường nuôi cấy 33 3.9.3 Bố trí thí nghiệm 33 3.10 Thí nghiệm 11: Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng ba dòng dưa hấu tam bội cấy mơ mơi trường có bổ sung IBA 33 3.10.1 Vật liệu 33 3.10.2 Môi trường nuôi cấy 33 3.10.3 Bố trí thí nghiệm 33 iii 3.11 Thí nghiệm 12: Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng dưa hấu tam bội TriP1 mơi trường có bổ sung IBA than hoạt tính 33 3.11.1 Vật liệu 33 3.11.2 Môi trường nuôi cấy 34 3.11.3 Bố trí thí nghiệm 34 3.12 Thí nghiệm 13: Đánh giá khả sinh trưởng, phát triển, suất phẩm chất trái hai dòng dưa hấu tam bội (3x) cấy mơ ngồi đồng 34 3.12.1 Vật liệu 34 3.12.2 Bố trí thí nghiệm 34 3.13 Thí nghiệm 14: Khảo sát ảnh hưởng liều lượng phân đạm (N) mật độ trồng lên suất, phẩm chất dòng dưa hấu tam bội TriP1 cấy mô 35 3.13.1 Vật liệu 35 3.13.2 Chuẩn bị đất thí nghiệm 35 3.13.3 Thời gian địa điểm thí nghiệm 35 3.13.4 Bố trí thí nghiệm 35 3.14 Phương pháp phân tích số liệu 37 3.15 Sơ đồ tóm tắt thí nghiệm 38 CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ THẢO LUẬN 39 4.1 Cảm ứng tạo thành dưa hấu tứ bội in vitro colchicine oryzalin dòng dưa hấu nhị bội 39 4.1.1 Ảnh hưởng thời gian xử lý colchicine lên sinh trưởng dòng dưa hấu nhị bội TPS TPT in vitro 39 4.1.2 Ảnh hưởng thời gian xử lý oryzalin lên sinh trưởng dòng dưa hấu nhị bội in vitro 42 4.1.3 Cảm ứng tạo thành tứ bội in vitro colchicine oryzalin 45 4.2 Đánh giá khả tạo chồi sinh trưởng hai dòng tứ bội TPT TPS mơi trường có bổ sung BA 50 4.2.1 Số chồi gia tăng 51 4.2.2 Chiều cao chồi gia tăng 53 4.2.3 Số gia tăng 53 iv 4.3 Đánh giá khả tạo chồi sinh trưởng hai dòng tứ bội TPB TPX mơi trường có bổ sung BA 54 4.3.1 Số chồi gia tăng 54 4.3.2 Chiều cao chồi gia tăng 54 4.3.3 Số gia tăng 54 4.4 Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng dòng tứ bội TPT mơi trường có bổ sung IBA NAA 56 4.4.1 Số rễ 56 4.4.2 Chiều dài rễ 56 4.4.3 Chiều cao chồi gia tăng 58 4.4.4 Số gia tăng 58 4.5 Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng dòng tứ bội TPS mơi trường có bổ sung IBA NAA 59 4.5.1 Số rễ 59 4.5.2 Chiều dài rễ 60 4.5.3 Khối lượng tươi 61 4.5.4 Chiều cao chồi gia tăng 61 4.5.5 Số gia tăng 62 4.6 Đánh giá khả tạo rễ, sinh trưởng bốn dòng tứ bội mơi trường có bổ sung IBA 63 4.6.1 Số rễ 63 4.6.2 Chiều dài rễ 63 4.6.3 Khối lượng tươi gia tăng 63 4.6.4 Chiều cao chồi gia tăng 63 4.6.5 Số gia tăng 63 4.7 Đánh giá, chọn lọc dòng tứ bội cấy mơ lai tạo hạt tam bội đồng 65 4.7.1 Chiều dài dây 65 4.7.2 Số 65 4.7.3 Kích thước 66 v ... thế, đề tài Nghiên cứu chọn tạo biện pháp nâng cao suất, phẩm chất dòng dƣa hấu (Citrullus vulgaris L.) tam bội in vitro thực 1.1 Mục tiêu luận án Mục tiêu chính: tạo dưa hấu tam bội Mục tiêu...TÓM TẮT Nghiên cứu chọn tạo biện pháp nâng cao suất, phẩm chất dòng dưa hấu (Citrullus vulgaris L.) tam bội in vitro thực Khoa Nông nghiệp Sinh học ứng dụng trường Đại học... lai tạo từ dòng tứ bội TPT TriP3 Dòng dưa hấu tam bội cấy mơ lai tạo từ dòng tứ bội TPB TriP4 Dòng dưa hấu tam bội cấy mơ lai tạo từ dòng tứ bội TPS TSKC Tuần sau cấy xiv CHƢƠNG GIỚI THIỆU Dưa hấu