2.3.1. Tình hình nghiên cứu về nguồn gen cây bí đỏ trên thế giới
2.3.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ nguồn gen cây bí đỏ trên thế giới
Hàng năm diện tích trồng bí đỏ trên thế giới có sự biến động, tuy nhiên sự biến động là không lớn lắm. Theo số liệu thống kê, năm 2016 diện tích trồng bí đỏ của thế giới là thấp hơn so với 5 năm trở về trước đạt 102.993 ha. Trong 6
năm trở lại đây thì năm 2013, diện tích trồng bí nhiều nhất đạt 132.715 ha. Năng suất bí đỏ trung bình của thế giới có xu hướng tăng dần. Năm 2018, năng suất cao nhất so với 5 năm trước đó đạt trung bình 157,28 tạ/ha. Năm 2013, năng suất thấp nhất đạt 136,54 tạ/ha. Về sản lượng, trong 6 năm trở lại đây sản lượng bí đỏ của thế giới đều đạt trên hơn 30 triệu tấn. Trong các châu lục thì Châu Á có diện tích và sản lượng bí đỏ chiếm hơn hơn 50% của thế giới.
Diện tích trồng bí đỏ của Châu Á có xu hướng tăng qua các năm, cao nhất là năm 2016 đạt 938013 ha chiếm 70,67% diện tích trồng bí đỏ của thế giới. Năm 2010 đạt 936590 ha chiếm 61,22 %. Châu Phi là châu lục có diện tích trồng bí đỏ lớn thứ hai sau Châu Á, tuy nhiên trong khi diện tích của Châu Á có xu hướng tăng qua các năm thì diện tích bí đỏ của Châu Phi lại có xu hướng giảm. Trong 6 năm trở lại đây, thì năm 2010 diện tích trồng bí đỏ của Châu Phi là cao nhất đạt 239654 ha chiếm 15,83% diện tích toàn thế giới và thấp nhất là năm 2016 đạt 232569 ha chiếm 17,52%. Châu Mỹ cũng là châu lục có diện tích trồng bí đỏ khá lớn, tuy nhiên diện tích trồng cũng đang có xu hướng giảm dần. Diện tích trồng được nhiều nhất là năm 2004 đạt 238209 ha nhưng năm 2005 thì tỷ lệ diện tích trồng của Châu Mỹ so với thế giới lại đạt cao nhất là 15,25%. Năm 2008 có diện tích thấp nhất là 203191 ha đạt 13,28% so với diện tích toàn thế giới. Ở Châu Âu, diện tích bí đỏ cao nhất là năm 2004 đạt 204608 ha đạt 12,60 % diện tích bí đỏ toàn thế giới nhưng năm 2005 giảm rất mạnh tới 74743 ha và đạt thấp nhất chỉ còn chiếm 8,38% diện tích toàn thế giới. Châu Đại Dương là châu lục trồng rất ít bí đỏ so với toàn thế giới.
Năng suất, năng suất bí đỏ trung bình của Châu Âu đạt cao nhất trong các châu lục. Trong 6 năm trở lại đây, năng suất bí đỏ trung bình của Châu Âu có xu hướng tăng, năm 2006 là năm có năng suất cao nhất đạt 227,22 tạ/ha bằng 167,95% năng suất trung bình của thế giới. Châu Phi là châu lục có năng suất bí đỏ trung bình thấp nhất. Năng suất trung bình của Châu Phi chỉ bằng hơn 50% năng suất trung bình của thế giới và ngày càng có xu hướng giảm. Năm 2003, năng suất trung bình của Châu Phi đạt 75,90 tạ/ha bằng 57,68% năng suất thế giới, đến năm 2008 chỉ đạt 70,57 tạ/ha bằng 51,68%. Châu Đại Dương là châu lục có năng suất khá cao, chỉ sau Châu Âu. Năng suất trung bình cũng có sự biến động, tuy nhiên vẫn cao hơn năng suất trung bình của thế giới. Tính đến năm 2007, năng suất đạt cao nhất là 180,18 tạ/ha bằng 132,95% năng suất của thế giới. Châu Á cũng là châu lục có năng suất trung bình cao hơn năng suất trung
bình của thế giới. Xu hướng biến động năng suất cũng có chiều hướng tăng, tuy nhiên tăng không nhiều. Năm 2003, năng suất trung bình đạt 138,16 tạ/ha đến năm 2008 đạt 142,97 tạ/ha. Châu Mỹ cũng là châu lục có năng suất trung bình nhỏ hơn năng suất trung bình của thế giới và có sự biến động. Năng suất năm 2006 đạt cao nhất là 128,08 tạ/ha bằng 94,67% năng suất trung bình của toàn thế giới.
Châu Á là châu lục có sản lượng bí đỏ lớn nhất thế giới. Sản lượng bí đỏ của Châu Á chiếm hơn 50% sản lượng của toàn thế giới và có xu hướng tăng đều qua các năm. Năm 2003, sản lượng bí đỏ đạt hơn 11,99 triệu tấn chiếm khoảng 59,32% sản lượng của thế giới, đến năm 2008, đạt hơn 13,39 triệu tấn bằng 64,10% sản lượng toàn thế giới. Châu Đại Dương là châu lục có sản lượng thấp nhất trong các châu lục. Do diện tích trồng bí ít nên sản lượng bí đỏ cũng chỉ chiến hơn 1% sản lượng của toàn thế giới.
2.3.1.2. Nghiên cứu về thu thập, bảo tồn, đánh giá và chọn giống nguồn gen cây bí đỏ trên thế giới
Đối với chi Cucurbita nói riêng và cây trồng nói chung, hoạt động mô tả,
đánh giá nguồn gen lý tưởng được thực hiện một cách hệ thống kết hợp trên nhiều phương diện như thông tin về ngôn ngữ học (tên gọi), nguồn gốc địa lý, điều kiện trồng trọt, thông tin về hình thái học, về sinh hoá và về phân tử. Điều này giúp vừa bảo tồn vừa sử dụng tập đoàn nguồn gen hiệu quả nhất.
Theo Ales Lebeda et al, (2006), để phân tích đa dạng nguồn gen cây họ
bầu bí, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ phân tích các đặc điểm hình thái nông học, protein đến các đặc điểm của phân từ ADN. Tuy nhiên cho tới nay, ở hầu hết các quốc gia, đặc biệt các nước đang phát triển, nghiên cứu đánh giá đa dạng nguồn gen cây họ bầu bí vẫn chỉ sử dụng phương pháp truyền thống- phương pháp phân tích kiểu hình là chủ yếu: tập trung vào những tính trạng đặc trưng có giá trị về nông học và sàng lọc những đặc điểm hữu ích của nguồn gen.
Trong nghiên cứu tập đoàn nguồn gen bí đỏ, các đặc điểm hình thái có tính ổn định di truyền cao được sử dụng như một chỉ thị để phân tích đa dạng di truyền giữa các mẫu nguồn gen. Theo phương pháp này, tất cả các tính trạng cần được theo dõi đánh giá với mỗi nguồn gen trong tập đoàn nghiên cứu. Sau đó lựa chọn bộ số liệu từ 15-20 tính trạng có tính ổn định di truyền cao để phân tích bằng các mô hình toán thống kê để xác định mức độ đa dạng thông qua cây sơ đồ phát sinh và hệ số tương đồng, khác biệt. Hiện nay, thường sử dụng phần mềm
NTSYS pc2.1 để thiết lập bảng hệ số tương đồng và xây dựng sơ đồ mối quan hệ giữa các mẫu nguồn gen (Trần Văn Diễn và Tô Cẩm Tú, 1995). Trên thế giới, chỉ thị hình thái được sử dụng kết hợp với chỉ thị sinh hóa và chỉ thị phân tử đã khá
thành công trong việc đánh giá đa dạng nguồn gen, phân loại chi Cucurbita.
Sự đa dạng về kiểu hình trong ba loài C. maxima, C. moschata và C. pepo
được nghiên cứu nhiều nhất. Sự đa dạng lớn nhất thể hiện ở sự biến động về hình dạng quả, kích cỡ quả, màu sắc hoa văn trên vỏ quả và hình thái hạt giống. Trên cơ sở đa dạng hình thái cho thấy mức độ cao của đa dạng di truyền và còn rất nhiều vấn đề cần phải nghiên cứu để hiểu biết đầy đủ về sự đa dạng dưới loài của 3 loài này. Phân tích đa dạng di truyền bí đỏ nên tiến hành đồng thời dựa trên đa dạng hình thái (kiểu hình) và đa dạng phân tử (kiểu gen) (Mark, 1996).
Loài C. maxima đã được chứng minh có sự đa dạng di truyền cao cả về
mặt hình thái và phân tử (Ferriol et al, 2004b). Sự đa dạng được thể hiện ở mức
độ rất phong phú của các giống địa phương, giống thương mại về dạng hình sinh trưởng, hình dạng và màu sắc của quả và hạt, mức kháng các bệnh virus và thời gian sinh trưởng (Lira-Saade 1995). Trên cơ sở chủ yếu của phân tích biến động hình thái trong các giống bí đỏ của Tây Ban Nha (Ferriol et al, 2004a) đã xác định có tám nhóm kiểu hình khác nhau, nhưng sự phân nhóm này không hoàn toàn thống nhất với kết quả phân tích chỉ thị AFLP và SRAP. Theo các tác giả, có thể do đánh giá đa dạng di truyền thực hiện mới ở mức độ mẫu nhỏ chỉ với một số giống địa phương Tây Ban Nha nên chưa thể phản ánh đầy đủ so với mức độ đa dạng hình thái rất cao của loài này.
Theo Lira-Saade (1995), sự đa dạng dưới loài của C. pepo là tương đương
hoặc cao hơn ở C. maxima. Sau đó, Decker-Walters et al, (2002) đã sử dụng chỉ thị RAPD để phân tích đa hình quần thể loài C. pepo ở Châu Mỹ. Các giống địa phương và giống thương mại được phân ra ít nhất là 10 nhóm giống liên quan đến hình dạng và chất lượng quả, điều này phản ánh lịch sử tiến hóa của chúng.
Loài C. moschata được trồng ở những nơi có độ cao khác nhau ở cả trong và ngoài Châu Mỹ đã khiến cho loài này tiến hóa thích nghi với các điều kiện môi trường khác nhau (Andres, 2004b). Có sự đa dạng đáng kể về kiểu hình dưới loài về đặc điểm hình thái quả và hạt (màu sắc, hình dạng, độ dày, độ cứng vỏ quả) (Andres, 2004a). Sự tồn tại của giống với thời gian sinh trưởng khác nhau trong các hệ thống nông nghiệp khác nhau trên thế giới và các giống địa phương chịu tác động mạnh mẽ của các phương thức canh tác truyền thống dẫn đến sự biến
động về di truyền rất lớn (Rfos et al, 1998). Từ hai nhóm giống địa phương có thời gian sinh trưởng ngắn và dài trên bán đảo Yucatans người ta đã tạo ra hầu hết các giống thương mại trong vùng. Ở các tiểu bang Mexico của Guanajuato và Chiapas, các giống địa phương có khả năng chống một số bệnh do virus gây ra đã được đưa vào chương trình cải thiện di truyền các giống bí đỏ (Lira-Saade, 1995).
Với những quần thể của C. moschata bên ngoài trung tâm phát sinh, một
giống địa phương có nguồn gốc Nigeria được giới thiệu là nguồn gen có khả
năng kháng bệnh virus. Một phần khác của nguồn gen C.moschata được đại diện
bởi rất nhiều các giống thương mại đã được phát triển chủ yếu ở Hoa Kỳ và ở một mức độ thấp hơn ở Brazil. Một số các giống thương mại cũng có mức độ kháng hoặc mẫn cảm khác nhau với một số bệnh, cho thấy một sự biến động lớn
về di truyền của loài này. Các khả năng lai chéo loài mà C.moschata đã thể hiện
với các loài trồng khác (ví dụ, C.maxima) cho thấy có triển vọng tốt cho việc cải thiện các loài này (Lira-Saade, 1995). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Theo Ahmet Balkaya et al, (2010), nghiên cứu về đặc điểm hạt của các
giống bí đỏ địa phương thuộc loài C. moschata thu thập trên lãnh thổ Thổ Nhỹ
Kỳ cho thấy sự thay đổi đáng kể trong kiểu gen qui định màu sắc, hình dạng, độ sáng, kích thước và trọng lượng của hạt giống. Theo kết luận, đánh giá quần thể trong nghiên cứu này biểu hiện sự đa dạng của các đặc điểm hạt giống để lựa chọn và kết hợp các kiểu gen đáng quan tâm về đặc điểm hạt để phát triển giống bí lấy hạt.
Theo Xiaohua Du et al, (2011), nghiên cứu về tính đa dạng di truyền và
sự khác biệt di truyền giữa các dòng thuần của loài C. moschata là điều cần thiết để có cơ sở tạo giống lai. Hai mươi tính trạng nông học đã được nghiên
cứu và sự đa dạng phong phú đã được thể hiện trong 39 dòng thuần C.
moschata của Trung Quốc. Mức độ tương đồng khác nhau giữa các tính trạng, dẫn đến có thể tóm tắt sự đa dạng trong 20 tính trạng theo 3 thành phần chính: lá, quả và yếu tố chất lượng thịt quả. Tuy nhiên, dòng thuần bố mẹ có con lai biểu hiện ưu thế lai cao về khối lượng quả, hàm lượng chất rắn hoà tan (soluble solid) và dạng quả được phân vào các nhóm hoặc tiểu nhóm khác nhau. Có ý kiến cho rằng các kiểu gene trong các cụm tương tự có thể đại diện cho các thành viên của một nhóm ưu thế lai.
Sự đa dạng dưới loài của C. argyrosperma về kích cỡ quả, hình dạng quả
dạng phát hiện ở ba loài thuần được trồng phổ biến, C.pepo, C. moschata, và C.maxima. Lý do, các giống địa phương của C. argyrosperma đã tiến hóa trong một phạm vi địa lý khá hạn chế, chỉ bao gồm miền đông nam Hoa Kỳ, Mexico và Trung Mỹ (Lira-Saade, 1995).
Biến đổi hình thái và di truyền trong loài C. ficifolia khá hạn chế thể hiện ở giới hạn về số lượng giống và không có giống thương mại. Biến đổi hình thái ít của các giống dưới loài phù hợp với mức độ hạn chế trong biến đổi isozyme được nghiên cứu (Andres, 1990).
Điều tra, thu thập và lưu giữ nguồn gen cây trồng luôn là nhiệm vụ chiến lược của phát triển sản xuất nông nghiệp bền vững. Sự đa dạng và phong phú nguồn gen giúp cho các nhà chọn tạo giống có phổ lựa chọn rộng hơn trong công tác chọn vật liệu khởi đầu. Với tầm quan trọng đó, thế giới đã xác định chiến lược thu thập quỹ gen quốc gia từ rất sớm (Nguyễn Thị Ngọc Huệ và Lưu Ngọc Trình, 2008).
Trên thế giới, công tác thu thập và lưu giữ nguồn gen chi Cucurbita đã được tiến hành khá quy mô từ những năm 80 của thế kỷ trước, đặc biệt đối với các nước phát triển, khi các giống thương mại ngày càng được sử dụng chủ yếu trong sản xuất làm thu hẹp đa dạng di truyền một cách nghiêm trọng. Để tăng cường tiềm năng quĩ gen cây bí đỏ, các nhà khoa học đã nỗ lực đáng kể để hướng tới mở rộng sự đa dạng của các bộ sưu tập chuyển chỗ / ngoại vi (ex situ) nguồn gen bí đỏ bằng cách thu thập toàn diện các quần thể hoang dại, họ hàng hoang dại có quan hệ
gần và các giống địa phương thuộc chi Cucurbita từ các trung tâm nguồn gốc và
trung tâm đa dạng thứ cấp của chúng và từ nơi có trồng cây bầu bí truyền thống trong hệ thống nông nghiệp trên khắp thế giới.
Theo báo cáo năm 1983 của IPGRI (nay là BIOVERSITY), Viện cây trồng Liên bang Nga Nga (VIR) đã có bộ sưu tập rất phong phú về nguồn gen chi
Cucurbita với hơn 2.640 mẫu nguồn gen. Tiếp theo là bộ sưu tập nguồn gen
Cucurbita tại ngân hàng gen CATIE của Costa Rica với hơn 2.500 mẫu nguồn gen. Các ngân hàng gen bí đỏ đáng kể khác là Ngân hàng gen quốc gia Ấn Độ với hơn 2000 mẫu nguồn gen; Đơn vị tài nguyên di truyền (Unidad de Recursos
Geneticas) của Mexico với hơn 1000 mẫu nguồn gen của chi Cucurbita.
Viện nghiên cứu cây trồng tại Bangalore, Ấn Độ có 300 mẫu nguồn gen
của loài C. maxima. Tại NSSL, Colorado, Hoa Kỳ, cũng duy trì tập đoàn cơ bản
Một số lượng lớn nguồn gen C. moschata được lữu giữ tại ngân hàng gen quốc gia Ấn Độ (NBPGR) ở thủ đô New Delhi, ngân hàng gen NPGRL, Los Banos, Philippines, ngân hàng gen NIAS, Ibaraki, Nhật Bản, ngân hàng gen INIA, Celaya, Mexico, và ngân hàng gen CATIE, Turrialba, Costa Rica. Trung
Quốc cũng đang lưu giữ một số lượng khá lớn nguồn gen C. moschata với 1032
mẫu nguồn gen (Junxin Wu et al, 2011).
Nguồn gen Cucurbita pepo được lưu giữ, bảo quản trong một số viện nghiên cứu trên thế giới như Viện Tài nguyên nguồn gen cây trồng (CAAS) ở Bắc Kinh, Trung Quốc (390 mẫu giống), Viện nghiên cứu RICP Prague, Cộng hòa Séc (380 mẫu), Đại học Universidad de San Carlos (FAUSAC), Thành phố Guatemala, Guatemala (475 mẫu), Viện nghiên cứu N.I. Vavilov, Liên bang Nga (325 mẫu giống), Viện nghiên cứu cây làm vườn Zaragoza, Tây Ban Nha (350 mẫu giống) và Trạm giới thiệu thực vật bắc miền trung (North Central Regional Plant Introduction Station) thuộc Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ (860 mẫu giống) (Robinson, 1995; Ales Lebeda et al, 2006).
Bộ sưu tập nguồn gen Cucurbita lớn nhất thế giới hiện nay thuộc quản lý
của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ. Cơ quan này kết hợp với các trường đại học đã tiến
hành thu thập nguồn gen chi Cucurbita từ năm 1977. Sau đó bộ sưu tập vẫn thường
xuyên được bổ sung nguồn gen mới thu thập từ Thổ Nhĩ Kỳ, Nam Tư, Mexico, các nước Mỹ La tinh: Guatemala, Nicaragua, El Salvador, Costa Rica, Honduras, Belize, Panama Uruguay, Paraguay, Chile, Peru, và các nước Nam Mỹ khác. Ngoài ra họ còn trao đổi và mua bổ sung nguồn gen với nhiều nước khác ở Châu Phi, Châu Âu, Châu Úc và Châu Á. Trong những bộ sưu tập trên, ngoài nguồn gen