Nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây từ nguồn andigena và nhân giống khoai tây ở vùng cao phía bắc việt nam

Luận văn

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HUY CHIÊN NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TỪ NGUỒN ANDIGENA VÀ NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY Ở VÙNG CAO PHÍA BẮC VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SỸ NÔNG NGHIỆP Hà Nội-2013 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HUY CHIÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TỪ NGUỒN ANDIGENA VÀ NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY Ở VÙNG CAO PHÍA BẮC VIỆT NAM Luận án Tiến sỹ Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống Cây trồng Mã số: 62 62 05 01 Người hướng dẫn khoa học: 1. GSTS Nguyễn Quang Thạch 2. GSTS Nguyễn Hữu Nghĩa Hà Nội-2013 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu nêu trong Luận án này là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Hà nội, ngày 20 tháng 04 năm 2012 Nghiên cứu sinh Đào Huy Chiên i LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với GS. TS. Nguyễn Quang Thạch, Viện Sinh học Nông nghiệp, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội và GS. TS. Nguyễn Hữu Nghĩa, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, những người thầy đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo nhiều điều kiện thuận lợi cho quá trình thực hiện và hoàn thành thiện Luận án. Tôi xin cảm ơn PGS. TS. Nguyễn Văn Bộ, Giám đốc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam (VAAS), PGS. TS. Phạm Văn Toản, Trưởng Ban Đào tạo Sau Đại học, TS Nguyễn Tất Khang, Phó Ban Đào tạo Sau Đại học, ThS. Trần Huệ Hương, chuyên viên Ban Đào tạo Sau Đại học, VAAS, đã quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành Luận án. Tôi xin cảm ơn TS. Merideth Bonierbale, Lãnh đạo Khoa Di truyền-Chọn giống của Trung tâm Khoai tây quốc tế (CIP), Lima, Peru; TS. Fernando Ezeta, Lãnh đạo của CIP ở Khu vực Đông Á, Đông Nam Á và Thái Bình Dương (CIP-ESEAP), Bandung, Indonesia; TS. Enrique Chujoy, Trưởng Ban phân phối nguồn gene, CIP, Lima, Peru; năm 2005, đã cung cấp các vật liệu di truyền khoai tây Andigena quý giá cho Trung tâm Nghiên cứu Cây có củ (RCRC) thuộc Viện Khoa học Kỹ thuật Nông nghiệp Việt Nam (VASI) cũng như cho đề tài Luận án. Tôi xin cảm ơn những ý kiến và gợi ý quý giá của các thầy phản biện Luận án và các thầy trong Hội đồng chấm Luận án cấp cơ sở và Hội đồng chấm Luận án cấp Viện. Tôi xin cảm ơn TS. Đào Mạnh Hùng, đã nhiệt tình giúp đỡ và khích lệ tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thiện Luận án. Tôi xin cảm ơn KS Trần Thị Thanh Hương, KS Nguyễn Thị Thanh Thúy, KS Nguyễn Trọng Huế và KS Ngô Doãn Tùng, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Cây có củ, Viện Cây Lương thực và Cây Thực phẩm, Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, những người đã có nhiều sự giúp đỡ đối với tôi trong quá trình thực hiện Luận án. Cuối cùng, tôi muốn bày tỏ lòng biết ơn đối với những người thân trong gia đình, đã thường xuyên động viên, quan tâm và tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong quá trình thực hiện và hoàn thành Luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 04 năm 2013 Tác giả Luận án Đào Huy Chiên ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT BP: Bulked pollen: hỗn hợp hạt phấn CIP: Trung tâm Khoai tây Quốc tế DAP: Ngày sau trồng (days after planting) ĐB: Đồng bằng HYB: Hybrid LA: Luận án LB: Late Blight: Bệnh mốc sương NST: Ngày sau trồng RFLP: Restriction fragment length polymorphisms RRD: Red River Delta SP: Sa Pa TL: Tân Lạc TPS: True Potato Seed VC: Vùng cao VR: Virus iii MỤC LỤC TRANG LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN .ii CÁC CHỮ VIẾT TẮT .iii DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU .vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ .xi MỞ ĐẦU .1 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .6 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY KHOAI TÂY 6 1.1.1 Tầm quan trọng .6 1.1.2 Nguồn gốc, phân loại và lịch sử phát triển 6 1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KHOAI TÂY TRÊN THẾ GIỚI .8 1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KHOAI TÂY Ở VIỆT NAM 10 1.4 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 13 1.4.1 Đặc tính của cây khoai tây liên quan đến chọn tạo giống 13 1.4.2 Nguồn vật liệu di truyền cho chọn tạo giống khoai tây .13 a. Khoai tây trồng (cultivated potatoes) .14 b. Khoai tây dại (wild potatoes) và phạm vi thích ứng 15 c. Các dạng bố mẹ chủ yếu trong chọn tạo giống khoai tây .16 1.4.3 Các mục tiêu chọn tạo giống 18 a. Năng suất cao 19 b. Chất lượng tốt 20 c. Chống chịu sâu bệnh .20 1.4.4 Phương pháp chọn tạo giống truyền thống .23 a. Lai hữu tính thông qua phương pháp chọn lọc theo chu kỳ (recurrent selection) .23 b. Chọn tạo giống ở mức tứ bội thể .26 c. Chọn tạo giống ở mức nhị bội thể .26 1.4.5 Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống khoai tây .28 a. Sử dụng công nghệ tế bào trong chọn tạo giống khoai tây: Dung hợp tế bào trần (protoplast fusion) 28 b. Chuyển gene từ các loài khoai tây dại .30 1.4.6 Chọn tạo giống khoai tây ở Việt Nam 30 1.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHÂN GIỐNG VÀ SẢN XUẤT KHOAI TÂY GIỐNG CHỦ YẾU 33 1.5.1 Hiện tượng thoái hóa khoai tây giống do virus .33 1.5.2 Hiện tượng thoái hóa khoai tây giống do củ giống trồng bị già về sinh lý .36 1.5.3 Nhân giống bằng hạt giống khoai tây (TPS) 37 1.5.4 Nhân giống và sản xuất khoai tây giống ở Việt Nam 37 a. Hệ thống sản xuất khoai tây giống ở Đà lạt (1500 m so với mặt biển) 38 b. Hệ thống sản xuất khoai tây giống ở Đồng bằng Bắc bộ (5 m so với mặt biển) 39 c. Hệ thống sản xuất khoai tây giống ở Vùng cao Sa Pa (1581 m so với mặt biển) 39 iv d. Hệ thống khoai tây giống dựa vào nguồn khoai tây giống nhập khẩu từ các nước phát triển .40 e. Khoai tây ăn nhập từ Trung quốc dùng làm củ giống trồng .41 f. Bảo quản khoai tây giống 41 g. Kiểm nghiệm và xác nhận khoai tây giống .42 Chương 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 44 2.1 VẬT LIỆU .44 2.1.1 Các vật liệu di truyền Andigena sử dụng trong nghiên cứu 44 2.1.2 Các giống khoai tây Tuberosum (bảng 2.3)sử dụng trong nghiên cứu nhân giống .46 2.1.3 Tên và ký hiệu các vật liệu nghiên cứu .48 2.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 49 2.2.1 Nội dung 1: Nghiên cứu lai tạo giống và chọn giống khoai tây từ nguồn vật liệu Andigena 49 a. Lai tạo các tổ hợp lai tại Sa Pa, Lào Cai 49 b. Đánh giá các tổ hợp hạt giống khoai tây và chọn các dòng khoai tây có triển vọng được lai tạo tại Sa Pa từ nguồn vật liệu khoai tây Andigena .51 2.2.2 Nội dung 2 : Nghiên cứu chọn lọc giống từ nguồn vật liệu Andigena nhập từ CIP (năm 2005) .53 2.2.3 Nội dung 3 : Nghiên cứu nhân giống từ nguồn vật liệu Tuberosum 54 a. Nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 tại Vùng cao Sa Pa .55 b. Nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 ở Đồng bằng sông Hồng 55 c. Nghiên cứu nhân giống một số giống khoai tây (đã được công nhận chính thức) tại Vùng cao Sa Pa 56 d. Nghiên cứu ảnh hưởng của giống và nguồn củ giống đến nhân giống khoai tây 57 2.3 CÁC CHỈ TIÊU THEO DÕI VÀ ĐÁNH GIÁ 58 Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 61 3.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TỪ NGUỒN VẬT LIỆU DI TRUYỀN ANDIGENA 61 3.1.1 Kết quả lai tạo các tổ hợp lai tại Sa Pa bằng cách sử dụng các nguồn Andigena làm bố mẹ 61 3.1.2 Kết quả chọn lọc các dòng khoai tây có triển vọng từ các vật liệu được lai tạo tại Sa Pa .67 3.1.3 Kết quả đánh giá và chọn lọc các dòng khoai tây Andigena nhập từ Trung tâm Khoai tây Quốc tế (CIP) 82 3.1.4 Chất lượng một số dòng khoai tây Andigena có triển vọng 93 3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY TỪ CÁC VẬT LIỆU TUBEROSUM 94 3.2.1 Kết quả nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 tại Vùng cao Sa Pa 94 3.2.2 Kết quả nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 ở Đồng bằng sông Hồng (Thanh Trì, Hà Nội) .100 3.2.3 Kết quả nghiên cứu nhân giống một số giống khoai tây (đã được công nhận chính thức) tại Vùng cao Sa Pa .106 3.2.4 Ảnh hưởng của giống và nguồn củ giống đến nhân giống khoai tây .109 v 3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ LIÊN QUAN ĐẾN NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY Ở VÙNG CAO VÀ ĐỒNG BẰNG .116 3.3.1 Các dòng khoai tây Andigena ở Vùng cao và Đồng bằng .117 3.3.2 Các giống khoai tây Tuberosum ở đồng bằng và vùng cao 121 3.3.3 Tình hình gây hại của một số loại sâu bệnh chủ yếu đối với cây khoai tây ở Vùng cao Sa Pa và Đồng bằng Bắc bộ .123 a. Bệnh mốc sương (Phytophthora infestans (Mont.) de Bary) 124 b. Các loại bệnh virus 124 c. Rệp đào (Myzus persicea) 126 d. Bọ trĩ (Thrips palmi) .126 e. Mật độ nhện (Polyphagus esculentus) .127 f. Kiến nâu (mối) đục củ khoai tây 128 g. Bệnh héo xanh (Ralstonia solanacearum) .129 3.3.4 Hệ số nhân giống, năng suất khoai tây giống (tấn/ha), sản lượng củ giống (số củ/ha), thời vụ và lợi thế nhân giống ở Vùng cao phía Bắc so với Đồng bằng .131 a. Hệ số nhân giống, năng suất khoai tây giống và sản lượng củ giống 131 b. Thời vụ nhân giống 134 c. Lợi thế của Vùng cao so với đồng bằng đối với vịệc nhân giống và sản xuất khoai tây giống .135 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 137 4.1 KẾT LUẬN .137 4.2 ĐỀ NGHỊ .138 CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .139 PHỤ LỤC .150 vi DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU TRANG Bảng 2.1 Các vật liệu Andigena nhập từ CIP năm 2005 được sử dụng làm bố mẹ trong nghiên cứu lai tạo giống và chọn giống 44 Bảng 2.2 Các vật liệu Andigena được chọn tạo tại Việt Nam được sử dụng làm bố mẹ trong lai tạo giống ở chu kỳ lai tạo thứ hai .45 Bảng 2.3 Các giống khoai tây thuộc nguồn vật liệu Tuberosum 46 Bảng 3.1 Kết quả lai tạo các tổ hợp hạt lai khoai tây ở chu kỳ thứ nhất từ quần thể vật liệu bố mẹ kháng bệnh virus, Sa Pa, từ ngày 8 tháng 4 đến ngày 8 tháng 9, 2007 .62 Bảng 3.2 Kết quả lai tạo các tổ hợp hạt lai khoai tây ở chu kỳ thứ nhất từ quần thể vật liệu bố mẹ kháng bệnh mốc sương, Sa Pa, từ ngày 8 tháng 4 đến ngày 8 tháng 9, 2007 .62 Bảng 3.3 Kết quả lai tạo các tổ hợp hạt lai khoai tây ở chu kỳ lai tạo thứ hai từ quần thể vật liệu bố mẹ kháng bệnh virus (chọn lọc từ chu kỳ lai tạo thứ nhất), tại Sa Pa, từ ngày 9 tháng 5 đến ngày 9 tháng 10, 2010 .64 Bảng 3.4 Kết quả lai tạo các tổ hợp hạt lai khoai tây chu kỳ lai tạo thứ hai từ quần thể vật liệu bố mẹ kháng bệnh mốc sương (chọn lọc từ chu kỳ lai tạo thứ nhất), tại Sa Pa, từ ngày 9 tháng 5 đến 9 tháng 10, 2010 65 Bảng 3.5 Năng suất, các yếu tố năng suất của các dòng khoai tây có triển vọng (được chọn từ các tổ hợp lai ở chu kỳ thứ nhất, 2007), trồng bằng củ, tại Trác Bút, Yên Phong, Bắc Ninh, vụ Đông năm 2010-11, trồng ngày 7/11/2010 và thu hoạch ngày 30/1/2011 .68 Bảng 3.6 Năng suất củ của các dòng được chọn lọc từ các tổ hợp hạt lai được lai tạo tại Sa Pa năm 2010, trồng bằng cây con ngày 24/11/2011 và thu hoạch ngày 24/2/2012 tại Trác Bút, Yên Phong, Bắc Ninh, vụ Đông-Xuân 2011-12 .72 Bảng 3.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng khoai tây được chọn từ các tổ hợp lai tại Sa Pa, 2010, được trồng bằng củ giống tại Trác Bút, Yên Phong, Bắc Ninh, trồng ngày 21/11/2011, thu hoạch ngày 22/2/2012 77 Bảng 3.8. Năng suất và các yếu tố năng suất của các dòng khoai tây của CIP và các dòng khoai tây được lai tạo tại Sa Pa (chu kỳ lai tạo thứ nhất, 2007), ở Trác Bút, Yên Phong, Bắc Ninh, Đông-Xuân 2011-12, trồng ngày 21/11/2011, thu hoạch ngày 22/2/2012 82 Bảng 3.9. Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại ở một số dòng khoai tây chống virus, tại Thanh Trì, Hà Nội, vụ Đông-Xuân 2007-08 (trồng ngày 9/12/2007, thu hoạch ngày 8/3/2008) .83 Bảng 3.10 Năng suất và yếu tố năng suất của một số dòng khoai tây chống bệnh virus tại Thanh Trì, Hà Nội,vụ Đông-Xuân 2007-08 (trồng 9/12/2007, thu hoạch 8/3/2008) 84 vii Bảng 3.11 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại của một số dòng khoai tây có triển vọng, tại Vùng cao Tân Lạc, Hòa Bình, trồng 13/2 và thu hoạch 15/5/2008 .85 Bảng 3.12 Năng suất và các yếu tố năng suất của một số dòng khoai tây chống bệnh virus tại Vùng cao Tân Lạc, Hòa Bình, trồng 13/2 và thu hoạch 14/5/2008 86 Bảng 3.13 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại của một số dòng khoai tây chống bệnh mốc sương, tại Thanh Trì, Hà Nội, trồng 9/12/2007, thu hoạch 8/3/2008 .87 Bảng 3.14 Năng suất và các yếu tố năng suất của một số dòng chống bệnh mốc sương tại Thanh Trì, Hà Nội, vụ Đông-Xuân 2007-08, trồng ngày 9/12/2007, 88 thu hoạch ngày 8/3/2008 88 Bảng 3.15 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại của một số dòng khoai tây chống bệnh mốc sương, tại Tân Lạc, Hòa Bình, trồng 13/2, thu hoạch 14/5/2008 89 Bảng 3.16 Năng suất và các yếu tố năng suất của các dòng khoai tây chống bệnh mốc sương tại Vùng cao Tân Lạc, Hòa Bình, trồng ngày 13/2 thu hoạch ngày 15/5/2008 89 Bảng 3.17 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại của một số dòng khoai tây có triển vọng, tại Việt Hùng, Quế Võ, Bắc Ninh, trồng ngày 15/10/2010, thu hoạch ngày 14/1/2011 92 Bảng 3.18 Năng suất và các yếu tố năng suất của một số dòng khoai tây có triển vọng tại Việt Hùng, Quế Võ, Bắc Ninh, trồng 15/10/2010, thu hoạch 14/1/2011 92 Bảng 3.19 Chất lượng của một số dòng giống khoai tây có triển vọng, tính theo phần trăm khối lượng tươi .93 Bảng 3.20 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại của một số giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức 2003 tại Sa Pả, Sa Pa, Lào Cai, trồng ngày 17/2 và thu hoach ngày 17/5/ 2004 95 Bảng 3.21 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của một số giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức 2003 tại Sa Pả, Sa Pa, Lào Cai, trồng ngày 17/2, 95 thu hoạch ngày 17/5/2004 .95 Bảng 3.22 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh hại của một số giống khoai tây nhập từ Đức năm 2003 tại đất dốc ở Sa Pa, vụ Xuân 2004, trồng ngày 19/2 thu hoạch ngày 22/5/2004 .96 Bảng 3.23 Năng suất và các yếu tố hợp thành năng suất của các giống khoai tây nhập từ Đức 2003, trồng vụ Xuân 2004 tại đất dốc, Sa Pa, Lào Cai, .96 trồng ngày 19/2 thu hoạch ngày 22/5/2004 .96 Bảng 3.24 Sinh trưởng, phát triển và sâu bệnh cử một số giống khoai tây nhập từ Đức năm 2003 tại đất ruộng ở Tả Phìn, Sa Pa, vụ Xuân 2006, trồng ngày 9/2 và thu hoạch ngày 10/5/2006 .99 viii . NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ĐÀO HUY CHIÊN ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TỪ NGUỒN ANDIGENA VÀ NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY Ở VÙNG CAO PHÍA BẮC VIỆT NAM Luận. chúng tôi đã lựa 1 chọn đề tài: Nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây từ nguồn Andigena và nhân giống khoai tây ở Vùng cao phía Bắc Việt Nam làm đề tài luận