1.4.1 Bệnh sương mai trên cà chua
* Triệu chứng bệnh: Bệnh xuất hiện trên thân, lá, hoa và quả của cây. Trên lá, vết bệnh xuất hiện đầu tiên ởđầu lá, mép lá hoặc gần cuống lá. Vết bệnh lúc đầu hình tròn hoặc hình bán nguyệt, màu xanh tối, về sau không định hình màu nâu đen, giới hạn giữa phần bệnh và phần khỏe không rõ ràng, mặt dưới vết bệnh màu nhạt hơn. Vết bệnh có thể lan rộng khắp lá, lan qua cuống lá con làm toàn bộ lá chét bị bệnh, lá bị
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 22
khô nâu. Khi trời ẩm ướt, mặt vết bệnh hình thành lớp mốc trắng, đó là cành bào tử
phân sinh và bào tử phân sinh của nấm, lớp mốc này còn lan rộng ra phần lá xung quanh vết bệnh, khi trời nắng, nhiệt độ cao, lớp mốc trắng này nhanh chóng bị mất đi.
Ở trên thân, cành vết bệnh ban đầu hình bầu dục nhỏ hoặc hình dạng không đều
đặn, sau đó vết bệnh lan rộng bao quanh và kéo dài dọc thân cành, màu nâu hoặc màu sẫm, hơi lõm và ủng nước. Khi trời ẩm ướt, thân cành bị bệnh giòn, tóp nhỏ, dễ dãy. Khi trời khô ráo vết bệnh không phát triển thêm, màu nâu xám, cây có thể tiếp tục sinh trưởng. Trên hoa vết bệnh màu nâu hoặc màu đen xuất hiện ởđài hoa ngay sau khi nụ được hình thành, bệnh lan sang cánh hoa, nhị hoa, cuống hoa làm cho cả chùm hoa bị rụng (Black L.L et al, (1996b).
Trên quả lớn, vết bệnh có thể xuất hiện ở núm hoặc ở giữa quả, lúc đầu màu nâu nhạt, sau thành nâu đậm hoặc nâu đen, vết bệnh lan khắp bề mặt quả. Quả bệnh khô cứng, bề mặt xù xì lồi lõm. Thịt quả bên trong vết bệnh cũng có màu nâu, khoảng trống trong quả có tản nấm trắng, khi trời ẩm ướt trên bề mặt vết bệnh ở quả
cũng có lớp nấm trắng xốp bao phủ. Về sau quả bệnh thối đen nhũn.
Hạt trong quả bệnh cũng bị hại, hạt bị bệnh nặng thường nhỏ hơn hạt khỏe, vết bệnh màu nâu chiếm một phần hoặc toàn bề mặt hạt. Quả bị bệnh nặng thối rửa, hạt đen.
Hình 1.2 Triệu chứng bệnh sương mai trên lá (a), (b), (c); thân (d), (e), (f); quả (g), (h), (i)
a b c
e
d f
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 23
* Nguyên nhân gây bệnh: Bệnh sương mai (Late blight) do nấm Phytophthora infestans (Mont.) de Bary gây hại các bộ phận thân, lá ở mọi thời kỳ sinh trưởng. Khi
điều kiện môi trường thuận lợi cho nấm phát triển, bệnh gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất cà chua. Hiện tại bệnh này thường được dùng thuốc hóa học để phòng trừ. Thời gian phun thuốc dựa vào các bản tin dự báo thời tiết. Mặc dù đã áp dụng biện pháp phòng trừ nghiêm ngặt nhưng thiệt hại do bệnh gây ra vẫn đáng kể. Do thay đổi
độc tính của nấm nên hiệu quả phòng trừ bằng thuốc hóa học ngày càng ít tác dụng. Nấm Phytophthora infestans (Mont) de Bary thuộc bộ Peronosporales, lớp Phycomycetes, thuộc loại nấm dị tản có hai dạng (mating types) A1 và A2 tùy theo vùng sinh thái, có chu kỳ phát triển hoàn toàn bao gồm giai đoạn sợi nấm, sinh sản vô tính (bào tử phân sinh – bào tử động) và sinh sản hữu tính tạo ra bào tử trứng (Pisco B et al, 1996). Nấm này sinh sản vô tính bằng bào tử phân sinh, dưới 2 hình thức nảy mầm trực tiếp và gián tiếp hình thành bào tửđộng có lông roi khi thời tiết lạnh ẩm. Hình thức sinh sản hữu tính chỉ xuất hiện khi có cả 2 dạng A1 và A2 nên ở
những vùng chỉ xuất hiện dạng A1 hoặc A2 thì nấm chỉ sinh sản theo kiểu vô tính và cần có cây kí chủ để tồn tại. Tuy nhiên, khi giai đoạn sinh sản hữu tính xảy ra, bào tử trứng có thể tồn tại qua nhiều tháng, năm mà không cần có ký chủ. Nấm
Phytophthora infestans có nhiều dạng sinh học. Những nghiên cứu về mối quan hệ
giữa các dạng sinh học của nấm Phytophthora infestans với các giống cà chua đã biết trước hệ thống gene di truyền đã chỉ ra một phương hướng mới trong công tác phòng trừ bệnh bằng con đường tạo giống kháng bệnh.
Nấm Phytophthora infestans có khả năng hình thành nhiều chủng (race) khác nhau. Dựa trên lý thuyết “gen đối gen” của Flor (1971), (Vũ Triệu Mân và Lê Lương Tề, 2001) cho rằng nấm này gồm có 16 chủng trong đó bao gồm các chủng
đơn và chủng hỗn hợp. Tuy nhiên, số lượng chủng nấm thay đổi tùy thuộc vào khu vực sinh thái trồng trọt hoặc mỗi nước khác nhau. Ý nghĩa chính của việc xác định chủng nấm là để xác định được một giống cà chua nào nhiễm với chủng nấm này nhưng chống được chủng nấm khác, từ đó tiến hành thay đổi cơ cấu giống trong phạm vi tồn tại của chúng hoặc tiến hành lai tạo giống chống chịu bệnh cho khu vực sinh thái đó.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 24
* Quá trình xâm nhiễm của nấm bệnh: Được bắt đầu từ khi bào tử nẩy mầm trực tiếp trên mô của ký chủ, với điều kiện phải có bề mặt nước và nhiệt độ trên 210C (thích hợp là 250C). Thời gian xâm nhiễm từ 8 giờ – 48 giờ. Nếu nhiệt độ dưới 210C (thích hợp là 120C) mỗi bọc bào tử sẽ giải phóng ra 8 bào tử động. Khi có bề
mặt nước với nhiệt độ từ 120C – 150C, quá trình xâm nhập của bào tửđộng chỉ mất 2 giờ. Sau khi xâm nhập vào tế bào ký chủ, nấm sẽ phát triển nhanh ở nhiệt độ 220C – 240C. Nhiệt độ trên 350C sẽ làm nấm không phát triển được mà bảo tồn trong tàn dư thực vật khi có điều kiện thuận lợi lại bùng phát (Fry, W.E. and S.B.Goodwin, 1997b); (Gallegly M. E and Marvel M. E, 1955).
Nguồn bệnh truyền từ năm này qua năm khác bằng sợi nấm, bào tử trứng trên tàn dư cây cà chua bị bệnh, sợi nấm còn tồn tại trong hạt cà chua. Trong thời kỳ cây sinh trưởng, bệnh lây lan phát triển nhanh bằng bào tử phân sinh. Thời kỳ tiềm dục của nấm ở
lá là 2 ngày, trên quả là 3 – 10 ngày (Kim M. J., and Mutschler M. A., 2006).
Hình 1.3: Chu kỳ vòng đời của nấm Phytophthora infestans
Sợi nấm hình ống, đơn bào, có nhiều nhân. Cành bào tử phân sinh đâm ra ngoài qua lỗ khí khổng hoặc trực tiếp qua biểu bì cây. Chúng đơn độc từng cành hay từng nhóm 2 – 3 cành. Trong điều kiện độ ẩm 90 – 100%, đặc biệt đêm có sương hoặc mưa phùn, nhiệt độ 14.6 – 22.90C thì bào tử được hình thành rất nhiều. Bào tử
phân sinh nảy mầm theo hai kiểu: hình thành bào tửđộng; hình thành ống mầm. Bào tử động chuyển động được nhờ hai lông roi. Nhiệt độ thích hợp hình thành bào tử động là 12 – 140C. Từ 180C trở lên bào tử phân sinh nảy mầm tạo thành ống mầm. Khi nhiệt độ trên 280C hoặc dưới 40C bào tử phân sinh không nảy mầm.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 25
Độẩm càng cao thì Bào tử phân sinh nảy mầm càng lớn. Tuổi bào tử càng non thì tỷ lệ nảy mầm càng nhiều. Một bào tử phân sinh hoặc bào tửđộng cũng có thể tạo thành vết bệnh.
* Đặc điểm phát sinh, phát triển và gây hại của bệnh
Các điều kiện thời tiết, đất đai, phân bón và kỹ thuật canh tác có ảnh hưởng
đến sự phát sinh, phát triển và gây hại của bệnh trên đồng ruộng.
- Ảnh hưởng của thời tiết: Độ ẩm, lượng mưa, nhiệt độ và độ chiếu sáng hàng ngày có ảnh hưởng lớn đến sự phát sinh, phát triển của bệnh sương mai. Ở
miền Bắc nước ta, bệnh thường phát sinh vào đầu tháng 12, có nơi có năm bệnh phát sinh vào đầu tháng 11 và kéo dài trong các tháng 1, 2, 3, 4 và thậm chí có năm bệnh kéo dài đến tháng 5. Cao điểm bệnh xuất hiện trong các tháng 12, 1, 2, 3 và thường có nhiều đợt vì trong thời gian này độ ẩm không khí có nhiều lúc đạt 75 – 100%, nhiệt độ 13.6 – 22.90 c, độ chiếu sáng hàng ngày 1.1 – 5.6 giờ, nhiều ngày có sương mù và sương đêm ở lá. VụĐông Xuân và vụ Xuân Hè có mưa phùn kéo dài làm cho bệnh phát sinh phát triển mạnh. Tiểu khí hậu trong ruộng tạo điều kiện phát sinh các ổ bệnh, từ đó bệnh lan ra ruộng cà chua. Khi điều kiện thời tiết thuận lợi, nhiệt độ ổn định khoảng 200C, trời có mưa phùn, có giọt sương và sau đó trời trở
nồm, hửng nắng thì chỉ sau 9 – 10 ngày bệnh sẽ phát triển mạnh thành dịch.
- Ảnh hưởng của địa thếđất đai: Địa thế và tính chất đất có ảnh hưởng đến mức
độ bệnh vì nó quan hệ nhiều với chếđộ nước, chếđộ dinh dưỡng của cà chua và nguồn nấm bệnh. Ở đất thịt, đất thấp trũng bệnh thường nặng hơn ở nơi đất cát, đất cao thoát nước. Ở vùng đất bạc màu bệnh có xu thế nhẹ hơn so với cùng đất màu mỡ.
- Ảnh hưởng của phân bón: Bón kết hợp giữa phân chuồng, phân vô cơ (N, P, K) cân đối, hợp lý sẽ tạo điều kiện cho cây tăng sức chống chịu với bệnh sương mai. Nếu tỷ lệ phân K bằng hoặc cao hơn phân N thì sức chống chịu bệnh tăng càng rõ. Tuy nhiên, nếu bệnh đang phát sinh và lây lan mạnh thì việc bón K cũng không có tác dụng chống bệnh rõ.
- Thời vụ: Vụ cà chua sớm bị bệnh sương mai hại nhẹ, bệnh chỉ hại ở giai
đoạn cuối thu hoạch. Cà chua chính vụ thường bị hại nặng từ tháng 12 trở đi. Cà chua Xuân Hè thường bị hại nặng ở giai đoạn vườn ươm đến khi cây ra hoa.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 26
1.4.2 Tình hình nghiên cứu về tính kháng bệnh sương mai trên cà chua
* Các nghiên cứu ngoài nước
Những nghiên cứu chọn tạo giống kháng bệnh sương mai đã được thực hiện khoảng trên 50 năm trước (Richards and Barratt, 1946) đã xác định được một số
gene kháng: gene Ph1 nằm trên nhiễm sắc thể 7, gene Ph 2 nằm trên nhiễm sắc thể
số 10 (Gallegly 1960); (Peirce 1970, 1971).) Tuy nhiên, những gene này không thể
hiện tính kháng đối với tất cả các isolate của nấm sương mai. Gene kháng Ph1 trội (có nguồn gốc từ nhóm cà chua Lycopersiconpimpinellifolium) có tính kháng chuyên tính với chủng nấm Race 0 (Bonde và Murphy, 1952). Gen Ph1 đã được
đưa vào các giống cà chua ăn tươi: New Yorker, và cà chua chế biến: Nova. Gene kháng Ph2 trội không hoàn toàn cũng được tìm thấy trong nhóm cà chua L.
pimpinellifolium (Goodwin et al., 1995). Mức độ thể hiện của gen Ph2 được xác
định có trong các giống cà chua là West Virginia 63, Legened, Centennial, Caline, Macline, Pierline, Heline, Fline, Piline, Pierabo, Heinz 1706, Campbell 28, Flora, Dade, Earlymech và Europeel (Gallegly, 1960; Laterrot, 1994). Nghiên cứu tại trung tâm rau châu Á (AVRDC) đã phát hiện ra trong mẫu giống L3708, thuộc nhóm L. pimpinellifolium có chứa nguồn gene mới Ph3 kháng bệnh sương mai (AVRDC, 1994). Gen Ph3 trên NST số 9 (Chunwongse và cộng sự 2002). Gene Ph 3 trội không hoàn toàn, kháng tốt với chủng Pi – 16, trong khi đó gene kháng Ph 1
và Ph 2 không thể hiện tính kháng với chủng này. Giống cà chua mang gene kháng
Ph 1 hay gene Ph 2 không thể hiện khả năng kháng tốt đối với các chủng nấm sương mai tại Israel (Fray A et al , 1998). Điều đó chứng tỏ các gene trên chỉ mang tính kháng chuyên tính với một hoặc một số chủng Phytophthora infestans nhất định. Trái lại, nấm bệnh này có khả năng sinh sản hữu tính tạo ra các dạng tái tổ hợp mới rất nhanh nên giống cà chua mang gene kháng trên rất dễ bị nhiễm bệnh bởi các chủng mới.
Phương pháp sử dụng nhiều gene (chiến lược chồng gene kháng), mỗi gene có vai trò nhất định liên quan đến tính kháng, nhằm tạo ra các giống cà chua kháng bệnh
ổn định đã được nghiên cứu. Một số QTL kháng bệnh sương mai đã được xác định trên loài cà chua dại Lycopersicon pimpinellifolium (Gallegly M. E. and Marvel M. E., 1955); (Christine D et al, 2007). Hầu hết nguồn gene kháng bệnh của cà chua được tìm
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 27
thấy ở loài hoang dại, tất cả chúng đều có thể lai với cà chua trồng. Tuy nhiên, trong một số trường hợp cụ thể cũng gặp một số khó khăn do sử dụng loài xa nhau về di truyền nhưLycopersicon chilense hay Lycopersicon peruvianum (Winter P., and Kalh G, 1995). Với phương pháp lai tạo giống truyền thống sẽ gặp rất nhiều khó khăn để sử
dụng các gene có trong dạng dại. Các dạng dại thường thiếu các tính trạng cần thiết cho nhu cầu con người, chúng thường cho năng suất thấp, chất lượng quả kém. Để hạn chế
hàng loạt các gene không cần thiết đi kèm với một số ít gene cần trong quá trình lai tạo, phương pháp lai lại với dạng trồng được sử dụng.
Với sự trợ giúp của sinh học phân tử, bản đồ liên kết gene xác định được chính xác từng gene hay QTL và vị trí của nó trên nhiễm sắc thể. Các QTL cần thiết sẽđược
đưa vào cây trồng, các tính trạng không cần thiết sẽ loại bỏ nhanh chóng trong quá trình chọn lọc có sự trợ giúp của chỉ thị phân tử (MAS). Trong những năm qua, bản đồ
chỉ thị phân tửđã được phát triển cho nhiều loại cây, trong đó có cây cà chua và đã sử
dụng thành công trong lĩnh vực di truyền và chọn giống ứng dụng. Sử dụng chỉ thị
phân tử trong chọn tạo giống cà chua nhằm cải thiện một số tính trạng nông học như
tính kháng bệnh, nâng cao năng suất và chất lượng quả.
Đối với QTL kháng bệnh sương mai của cà chua cũng được một số tác giả
nghiên cứu. Brouwer, et al. (2004) đã sử dụng phương pháp bản đồ cách quãng kết hợp (composite interval mapping) đã xác định được các QTL kháng bệnh sương mai trên cả 12 nhiễm sắc thể ở cà chua, trong đó có sáu QTL ở quần thể BC – E (lb1a, lb2a, lb3, lb4, lb5b, lb11b) và hai QTL trong quần thể BC – H (lb5ab, lb6ab). Tác giả kết luận rằng, một vài QTL kháng với phytophthora infestans được phát hiện ở cà chua trùng với các vị trí nhiễm sắc thể của các gene kháng đã được lập bản đồ trước đó và trùng với các QTL kháng phytophthora infestans trên khoai tây,
điều này chứng tỏ có sự bảo tồn chức năng kháng trong họ cà. Kế thừa nghiên cứu trên, cũng trong năm 2004, nhóm tác giả đã sử dụng các dòng NILs và sub – NILs
để thực hiện “fine mapping” ba QTL lb4, lb5b, lb11b. Kết quả cho thấy, các QTL kháng được phát hiện trong cả ba bộ của các dòng NIL. Trong đó, lb4 định vị gần với marker TG609 và giữa hai marker TG182 và CT194 trên nhiễm sắc thể số 4 với quãng 6.9 cM; lb5b định vị với quãng 8.8 cM, giữa hai marker TG69a và TG413
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 28
trên nhiễm sắc thể số 5, rất gần với marker TG23; và lb11 định vị với quãng 15.1 cM trên nhiễm sắc thể số 11 giữa hai marker TG194 và TG400 với đỉnh nằm giữa hai marker CT182 và TG147. (ZHU Hai – shan et al, 2006) đã phân tích di truyền và xác định SSR marker liên kết với tính kháng bệnh sương mai trên cà chua. Nghiên cứu được tiến hành trên 241 cá thể trên quần thể F2 đến từ phép lai giữa dòng cận giao thứ năm mẫn cảm với bệnh sương mai và một dòng kháng có mã số
CLN2037E. Kết quả từ bản đồ di truyền và phân tích liên kết gene cho thấy gene kháng bệnh sương mai Ph – ROL định vịở nhiễm sắc thể số 9 với khoảng cách di truyền so với SSR marker TOM236 là 5.7 cM. (QIU Yi – peng et al, 2009) tiến hành xác định RAPD marker liên kết với tính kháng bệnh sương mai trên cà chua. Nghiên cứu được thực hiện trên quần thể đang phân ly F2 gồm 147 cá thể đến từ
phép lai giữa CLN2037 (dòng kháng) và T2 – 03 (dòng mẫn cảm với bệnh). Kết quả phân tích liên kết gene cho thấy, marker CCPB272 – 03740 liên kết chặt với gene kháng Ph – 3 với khoảng cách di truyền là 5.8 cM.
* Các nghiên cứu trong nước:
Công tác chọn tạo giống rau của nước ta trải qua từng giai đoạn đã thay đổi về chất. Từ năm 1968 – 1985 chủ yếu là thu thập, khảo nghiệm và tuyển chọn giống; từ năm 1986 – 1995 tập trung tạo giống thuần (giống cà chua Hồng Lan,