Nghiên cứu đặc điểm biến dị và khả năng di truyền về sinh trưởng và mục ruột của keo tai tượng (acacia mangium willd ) trong các khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ‘ BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM LA ÁNH DƯƠNG ĐOÀN NGMAIỌC DAO NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM BIẾN DỊ VÀ KHẢ NĂNG DI TRUYỀN VỀ SINH TRƯỞNG VÀ MỤC RUỘT CỦA KEO TAI TƯỢNG (Acacia mangium Willd.) TRONG CÁC KHẢO NGHIỆM HẬU THẾ THẾ HỆ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÂM NGHIỆP Hà Nội - 2019 Cơng trình hồn thành Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Hồng Nghĩa TS Phí Hồng Hải Chủ tịch Hội đồng: Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án bảo vệ trước hội đồng chấm luận án cấp Viện họp Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam Vào hồi phút, ngày tháng năm 2019 Có thể tìm hiểu luận án tại: Thư viện Quốc gia Thư viện Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Keo tai tượng đưa vào trồng rừng nước ta vào đầu năm 1960 (Lê Đình Khả, Nguyễn Hồng Nghĩa, 1991) Chương trình cải thiện giống Keo tai tượng thức năm 1980 qua số xuất xứ Pongaki, Cardwell, Iron Range, SW Cairns Bloomfield Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (Bộ NN&PTNT) công nhận giống tiến kỹ thuật đưa vào sản xuất Trong chương trình, kết nghiên cứu biến dị khả di truyền khảo nghiệm hệ Hà Nội cho thấy khả di truyền cho tính trạng sinh trưởng biến động từ thấp tới trung bình, biến động từ trung bình tới cao cho hàm lượng cellulose, độ bóp méo, khối lượng riêng, mơ đun đàn hồi uốn tĩnh, độ bền uốn tĩnh độ co rút gỗ Từ kết này, gia đình ưu việt khảo nghiệm hậu thế hệ chọn lọc, thu hái sử dụng để xây dựng khảo nghiệm hậu thế hệ vào năm 2008-2009 (Hà Huy Thịnh et al., 2011) Tính đến hết năm 2016, có 14 giống Keo tai tượng Bộ NN&PTNT cơng nhận, qua góp phần lớn việc nâng cao suất, chất lượng rừng trồng sản xuất nước ta Việc kinh doanh rừng theo hướng trồng lồi với quy mơ lớn tạo điều kiện thuận lợi cho dịch bệnh phát triển mạnh, điển hình bệnh mục ruột phổ biến Keo tai tượng Bệnh mục ruột vài loài nấm gây làm giảm chất lượng gỗ, ảnh hưởng tới tính chất bột giấy, giảm hiệu suất sử dụng gỗ chất lượng lý gỗ Các nhân tố gây bệnh mục ruột hạn chế chọn tạo giống biện pháp lâm sinh phù hợp (Lee, 2002; Rimbawanto, 2006) Tuy nhiên, nghiên cứu cải thiện giống Keo tai tượng giai đoạn trước năm 2012 tập trung vào việc đánh giá biến dị khả di truyền sinh trưởng, chất lượng thân chất lượng gỗ giấy gỗ xẻ khảo nghiệm hậu thế hệ 1, nghiên cứu bệnh mục ruột hạn chế, đánh giá mức độ biến dị mục ruột xuất xứ Chính cần nghiên cứu biến dị di truyền bệnh mục ruột mức độ gia đình cấp tuổi khác nhau, từ chọn lọc giống có khả chống chịu bệnh phục hồi tốt sau trồng bị bệnh Xuất phát từ thực tế nêu kế thừa trường khảo nghiệm từ đề tài “Nghiên cứu cải thiện giống nhằm tăng suất chất lượng cho số loài trồng rừng chủ lực” dự án “Phát triển giống lấy gỗ phục vụ trồng rừng kinh tế giai đoạn 2006-2010”, luận án “Nghiên cứu đặc điểm biến dị khả di truyền sinh trưởng mục ruột Keo tai tượng (Acacia mangium Willd.) khảo nghiệm hậu thế hệ 2” thực với mục tiêu góp phần hồn thiện sở khoa học để định hướng chiến lược cải thiện giống Keo tai tượng Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án - Ý nghĩa khoa học Kết luận án bổ sung hiểu biết đặc điểm biến dị, khả di truyền bệnh mục ruột mức độ tương quan di truyền tính trạng sinh trưởng, chất lượng gỗ với bệnh mục ruột, làm sở cho chọn tạo giống Keo tai tượng - Ý nghĩa thực tiễn + Luận án xác định phương pháp đánh giá gián tiếp bệnh mục ruột thiết bị ArborSocnic 3D có độ xác cao + Đã chọn số gia đình Keo tai tượng có sinh trưởng nhanh, chất lượng thân tốt, mức độ mục ruột thấp khảo nghiệm hậu thế hệ Mục tiêu nghiên cứu + Mục tiêu chung Xác định đặc điểm biến dị, khả di truyền số tính trạng quan trọng làm sở khoa học góp phần nghiên cứu cải thiện giống Keo tai tượng có suất cao có khả chống chịu bệnh mục ruột + Mục tiêu cụ thể - Xác định đặc điểm biến dị số tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân bệnh mục ruột Keo tai tượng - Xác định phương pháp đánh giá bệnh mục ruột theo phương pháp thiết bị ArborSonic 3D - Xác định khả di truyền, tăng thu di truyền chọn giống Keo tai tượng - Xác định tương quan tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân cây, số tính chất lý gỗ với bệnh mục ruột Keo tai tượng Những điểm luận án - Lần Việt Nam áp dụng phương pháp đánh giá gián tiếp bệnh mục ruột thiết bị ArborSonic 3D có độ xác cao cho Keo tai tượng - Đã đánh giá tương đối toàn diện mức độ biến dị, khả di truyền bệnh mục ruột tương quan di truyền bệnh mục ruột tính trạng sinh trưởng, chất lượng gỗ Keo tai tượng Việt Nam Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu gia đình Keo tai tượng chọn lọc từ nguồn hạt giống khác khảo nghiệm hậu thế hệ xây dựng giai đoạn 2008-2009 Phạm vi nghiên cứu (1) Luận án thực nghiên cứu mức độ biến dị khả di truyền gia đình Keo tai tượng khảo nghiệm hậu thế hệ tuổi khác Hà Nội, Nghệ An Bình Dương (2) Nghiên cứu xác định phương pháp đánh giá bệnh mục ruột theo phương pháp thiết bị ArborSonic 3D, có so sánh với phương pháp sử dụng rộng rãi, 30 trung bình rừng trồng Keo tai tượng tuổi Đoan Hùng – Phú Thọ Sau đó, phương pháp kiểm chứng 120 40 gia đình (3 cây/gia đình) có so sánh với phương pháp đánh giá mức độ mục ruột Caroline (2006) khảo nghiệm hậu thế hệ Bàu Bàng (3) Do kinh phí xác định tính chất có lý gỗ cao phải chặt hạ khảo nghiệm, nên nội dung nghiên cứu tương quan mức độ mục ruột với số tính chất lý gỗ giới hạn thực 120 (3 cây/gia đình) 40 gia đình khảo nghiệm hậu thế hệ Bàu Bàng (4) Các nghiên cứu xác định nấm bệnh ảnh hưởng điều kiện lập địa tới bệnh mục ruột thực hiện, nhiên đề tài chọn giống nên kết nghiên cứu không đưa vào kết nghiên cứu luận án Kết cấu tóm tắt luận án Mở đầu: trang Chương 1: Tổng quan vấn đề nghiên cứu: 32 trang Chương 2: Nội dung phương pháp nghiên cứu: 18 trang Chương 3: Kết nghiên cứu thảo luận: 53 trang Chương 4: Kết luận, tồn kiến nghị: trang Chương TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Trên giới Keo tai tượng (tên khoa học Acacia mangium Willd.) có nguồn gốc từ Australia, Papua New Guinea Indonesia, lồi có sinh trưởng nhanh khả thích nghi nhiều điều kiện lập địa khác Do Keo tai tượng đóng vai trò quan trọng chương trình trồng rừng Nhiều nghiên cứu loài thực nhiều nước, từ nghiên cứu đặc điểm sinh học, khả sử dụng, chọn giống đến kỹ thuật gây trồng khả sử dụng Giai đoạn 1990 - 2000, nghiên cứu tác giả Awang Taylor (1993); Susumu Rimbawanto (2004); Harwood Williams (1991); Turvey (1996); Nirsatmanto cộng (2003) thường tập trung vào việc tìm xuất xứ có suất cao Giai đoạn 2000-2010, nghiên cứu biến dị di truyền mức độ gia đình Keo tai tượng cho thấy biến dị di truyền từ thấp tới trung bình cho tính trạng sinh trưởng chất lượng thân đạt mức trung bình cho khối lượng riêng gỗ Tương quan di truyền sinh trưởng khối lượng riêng gỗ tương quan dương (Nirsatmanto and Kurinobu, 2002; Arnold and Cuevas, 2003; Susumu and Rimbawanto, 2004; Nirsatmanto et al., 2004; Kim et al., 2008; Khasa et al., 1995) Các kết nhân giống đạt thành tựu định (Walker and Haines, 1998; Darus, 1993; Gerad et al., 1999; Griffin et al., 2010) Nghiên cứu bệnh hại trọng, năm gần công tác quản lý dịch bệnh mục tiêu chương trình cải thiện giống (Mayank et al., 2012) Nghiên cứu loại bệnh hại loài keo tập hợp sách “Cẩm nang bệnh hại keo nhiệt đới Australia, Đông Nam Á Ấn Độ” Ken Old cộng (2000) Bệnh mục ruột loại bệnh phổ biến loài keo nhiệt đới chủ đề nghiên cứu nhiều tác giả, Lee cộng (1988); Lee Maziah (1993); Mahmud cộng (1993); Ito Nanis (1997); Mehrotra cộng (1996) Mức độ bệnh mục ruột cao rừng trồng Keo tai tượng, biến động từ 50-98% (Zakaria et al., 1994); Ito Nanis, 1994; Basak, 1997) Bệnh mục ruột Keo tai tượng loại bệnh điển hình nấm mục thuộc lớp nấm đảm Basidiomycetes (Hood, 2006), phân giải cellulose lignin, cuối làm thay đổi màu sắc gỗ thành màu vàng - trắng, xốp xơ (Caroline et al., 2006) Chúng thường xuất già, có xuất tuổi (Lee, 2002), đặc biệt xuất nhiều rừng trồng loài (Mahmud, 1993) Nấm gây bệnh mục ruột Keo tai tượng xâm nhập từ vết thương bệnh gây loét thân, hay từ gốc cành bị tổn thương, vết cắt tỉa cành, cành bị gẫy (Mahmud et al., 1993; Ito Nanis, 1994, 1997; Barry et al., 2004) Dấu hiệu triệu chứng bị xâm nhiễm nấm mục ruột thường khơng thể bên ngồi Các nghiên cứu chọn giống kháng bệnh thực cho nhiều loài trồng lâm nghiệp giới đạt nhiều kết khả quan Zakaria cộng (1994) chứng minh Keo tai tượng tuổi cao, đường kính lớn tỷ lệ bệnh mục ruột lớn 1.2 Ở Việt Nam Công tác cải thiện giống Keo tai tượng Việt Nam tiến hành từ năm 1980 Những năm 1990, khảo nghiệm xuất xứ xây dựng tương đối đồng có hệ thống Kết cho thấy biến dị xuất xứ Keo tai tượng lớn (Lê Đình Khả Nguyễn Hồng Nghĩa, 1991); Mai Đình Hồng et al., 1996; Lê Đình Khả, 2003) Những xuất xứ có triển vọng Pongaki (PNG), Oriomo (PNG) Bimadebun (PNG), Deri - Deri (PNG), Cardwell Pascoe (Qld), Ingham (Qld) Mossman (Qld) Từ xuất xứ có triển vọng, khảo nghiệm xuất xứ/hậu thế hệ kết hợp xây dựng vườn giống Keo tai tượng xây dựng Hà Nội Bình Phước năm 1996 - 1998 (Lê Đình Khả, 2003) Kết cho thấy gia đình khảo nghiệm hậu có phân hóa rõ rệt sinh trưởng thể tích thân chất lượng thân Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp cho tính trạng sinh trưởng biến động từ 0,12 đến 0,33 biến động theo tuổi Hệ số di truyền tính chất lý gỗ Keo tai tượng tương đối cao, từ 0,21-0,38 cho hàm lượng cellulose, độ bóp méo, khối lượng riêng, mơ đun đàn hồi uốn tĩnh, độ bền uốn tĩnh độ co rút, nhiên hệ số biến động di truyền lũy tích lại tương đối thấp nằm khoảng 1,6-9,5% Tương quan tính trạng sinh trưởng tương quan chặt tuổi 3, 5, 9, 11 Tương quan di truyền tính trạng sinh trưởng chất lượng gỗ tác giả ghi nhận đường kính có tương quan chặt với độ bền uốn tĩnh hàm lượng cellulose (Đoàn Ngọc Dao, 2012) Trong khảo nghiệm hậu thế hệ Keo tai tượng, đánh giá biến dị giai đoạn 3-4 tuổi cho thấy gia đình có phân hố rõ rệt sinh trưởng đường kính, chiều cao, thể tích thân cây, chất lượng thân (Phí Hồng Hải et al., 2015) Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp tính trạng sinh trưởng mức thấp tới mức trung bình (h2=0,04-0,30) Tuy nhiên hiệp phương sai di truyền lũy tích (CV a) hầu hết tính trạng nghiên cứu vượt từ - 7% Tăng thu di truyền lý thuyết cho tiêu sinh trưởng độ thẳng thân 8,8% tới 23,4% Nghiên cứu tương quan di truyền tính trạng sinh trưởng với chất lượng gỗ (Phí Hồng Hải et al., 2015) cho thấy việc cải thiện tiêu sinh trưởng có ảnh hưởng tích cực, không lớn đến độ thẳng thân khối lượng riêng gỗ khơng làm ảnh hưởng lớn tới mô đun đàn hồi uốn tĩnh, độ cứng độ co rút gỗ Các nghiên cứu nhân giống Keo tai tượng nước ta đến tiến hành theo nhiều cách khác chiết, ghép, giâm hom, ni cấy mơ (Lê Đình Khả, 1992; Hà Huy Thịnh et al., 2010; Phí Hồng Hải et al., 2015) Các nghiên cứu bệnh hại thực Một nghiên cứu gần ước tính tỷ lệ mắc bệnh rừng trồng Keo tai tượng, Keo tràm keo lai tương ứng mức từ 7,1 – 12,5%; 9,2 – 18,4% 10,2 – 18,2% (Phạm Quang Thu et al., 2016) Nghiên cứu xác định đặc điểm gỗ Keo tai tượng, Keo tràm, keo lai Đông Hà - Quảng Trị kết luận Keo tai tượng độ tuổi năm có tỷ lệ số bị rỗng ruột chiếm tới 40% (Nguyễn Trọng Nhân, 2003) Nghiên cứu Lê Đình Khả 10 Chương NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Nội dung nghiên cứu 1) Nghiên cứu mức độ biến dị sinh trưởng chất lượng thân gia đình Keo tai tượng khảo nghiệm hậu thế hệ 2; 2) Nghiên cứu đánh giá tỷ lệ, mức độ mục ruột theo phương pháp thiết bị ArborSonic 3D biến dị bệnh mục ruột Keo tai tượng khảo nghiệm hậu thế hệ 2; 3) Nghiên cứu xác định hệ số di truyền, tương quan tính trạng ảnh hưởng tương tác kiểu gen - hoàn cảnh tới số tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân bệnh mục ruột Keo tai tượng; 4) Ước lượng tăng thu di truyền tính trạng sinh trưởng, chất lượng thân bệnh mục ruột Keo tai tượng khảo nghiệm hậu thế hệ 2; 5) Nghiên cứu chọn số gia đình Keo tai tượng có suất cao chống chịu bệnh mục ruột 2.2 Đối tượng nghiên cứu Tập đồn giống gồm 253 gia đình 16 xuất xứ Keo tai tượng khảo nghiệm hậu thế hệ Hà Nội, Nghệ An, Bình Dương 30 trung bình Keo tai tượng (tuổi 9) rừng trồng sản xuất Đoan Hùng – Phú Thọ 2.3 Phương pháp nghiên cứu 2.3.1 Phương pháp đánh giá bệnh mục ruột + Tỷ lệ mục ruột (%): thiết bị ArborSonic 3D đo đếm tự động tính phần trăm diện tích bị bệnh/diện tích tồn mặt cắt 3D thân vị trí 1,3m + Mức độ mục ruột (ký hiệu Di-3D): Thiết bị ArborSonic 3D đo đếm mô mức độ xốp gỗ màu sắc khác toàn mặt cắt 3D thân ví trí 1,3 m Qua kiểm định thực tế thớt gỗ, dựa vào màu sắc tỷ lệ 12 mục ruột theo phương pháp Caroline (2006) [55] hình ảnh thiết bị ArborSonic 3D đo đếm mô phỏng, NCS phân chia thang điểm từ tới điểm (hình 2.1) để đánh giá mức độ bị bệnh mục ruột cá thể Keo tai tượng khảo nghiệm hậu điểm - điểm điểm điểm Hình 2.1: Mức độ mục ruột theo thang điểm từ – điểm (trong ảnh hình bên trái thớt gỗ; hình bên phải ảnh thiết bị ArborSonic 3D) điểm đieđiểm - Đánh giá mức độ mục ruột theo phương pháp Caroline (2006) (ký hiệu Di): Phương pháp đánh giá mục ruột theo Caroline với mức 0-4, điểm cao mức độ mục ruột lớn - Xác định tương quan mức độ mục ruột theo thiết bị ArborSonic 3D với phương pháp Caroline (2006) TCVN 8928:2013 Tiến hành chọn lọc 30 trung bình rừng trồng sản xuất Keo tai tượng tuổi Đoan Hùng – Phú Thọ Trước bị chặt hạ, việc đánh giá mức độ mục ruột thiết bị ArborSonic 3D thực đứng Sau chặt hạ cắt 30 mẫu gỗ (1 mẫu thớt/cây) vị trí 1,3m Các mẫu thớt gỗ làm nhẵn, sau chụp ảnh thớt gỗ đánh giá mức độ mục ruột theo phương pháp Caroline (2006) TCVN 8928:2013 Trên ảnh chụp thớt gỗ, tỷ lệ mục ruột thực tế xác định việc sử dụng phần mềm Mapinfor để đo tỷ lệ diện tích phần bị bệnh tổng diện tích mặt cắt ngang thớt gỗ 2.3.2 Phương pháp thu thập số liệu sinh trưởng, chất lượng thân 13 Các tiêu sinh trưởng đường kính ngang ngực (D 1,3), chiều cao (H) chiều cao cành (Hdc) đo đếm cho toàn khảo nghiệm; Độ thẳng thân (Dtt), Độ nhỏ cành (Dnc): cho điểm theo cấp (thang điểm từ đến điểm) theo tiêu chuẩn Việt Nam 8761:2017 2.3.3 Phương pháp xác định tính chất lý tính gỗ - Xác định khối lượng riêng gỗ theo phương pháp nước chiếm chỗ (Olesen, 1971) - Phương pháp lấy mẫu xác định tính chất lý gỗ xác định theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 8044:2009) 2.3.4 Phương pháp phân tích xử lý số liệu Xử lý số liệu theo phương pháp Williams et al (2002) sử dụng phần mềm thống kê thông dụng cải thiện giống bao gồm DATAPLUS 3.0 Genstat 12.0 (VSN International), SAS 8.0 (SAS Institute, 2002) ASREML 4.0 (VSN International) 14 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Biến dị sinh trưởng, chất lượng thân Keo tai tượng khảo nghiệm hậu thế hệ 3.1.1 Biến dị sinh trưởng, chất lượng thân khảo nghiệm hậu thế hệ Ba Vì Ở tuổi 9, kết phân tích thống kê cho thấy sinh trưởng chất lượng thân thân gia đình khảo nghiệm hậu thế hệ Ba Vì có sai khác rõ rệt (Fpr.