2.5.1. Đặc điểm di truyền cây dưa chuột
Khi nghiên cứu về nguồn đặc điểm sinh trưởng ở cây dưa chuột, Tatlioglu (1993) đã phát hiện ra một loại dưa chuột sau một thời gian sinh trưởng trên đỉnh ngọn của thân xuất hiện một chùm hoa và cây ngừng sinh trưởng về chiều cao. Hiện tượng này được gọi là dạng hình sinh trưởng hữu hạn và do gen lặn de kiểm soát còn gen trội De kiểm soát dạng hình sinh trưởng vô hạn. Ở giai đoạn cuối của thời kỳ sinh trưởng, gen de cũng đóng vai trò làm giảm số đốt và làm ngắn đốt trên cây do đó sẽ làm giảm chiều dài của cây. Theo quan điểm của Franken (1981), dạng hình sinh trưởng hữu hạn có quan hệ đến chiều cao cây, số lượng đốt và chiều dài đốt là do hàng loạt gen kiểm soát, hoạt động đa gen lại chịu tác động bởi điều kiện môi trường.
Năm 1998, Carlos cho biết có ít nhất 70 gen quy định các tính trạng trên cây dưa chuột. Các gen quy định đặc điểm cây, đặc điểm quả như: gen dw quy định dạng cây bụi, gen td kiểm soát việc ức chế hình thành tua cuốn, gen trội B
quy định gai quả màu đen, gai mầu đen hoặc mầu nâu trội so với gai màu trắng (Tkachenco, 1935). Nhưng gen B quy định màu sắc gai lại có liên kết chặt với gen R xác định màu quả chín đỏ và cũng liên kết với gen H quy định phân bố dạng lưới nhăn trên vỏ quả. Nghiên cứu cho biết gen c quy định tính trạng vỏ quả dưa chuột khi chín có màu trắng kem, gen này tương tác với gen R và di truyền ở F2 theo tỷ lệ 9 màu đỏ (RC) : 3 màu cam (Rc) : 3 màu vàng (rC) : 1 màu kem
(rc). Hầu hết các giống dưa chuột Châu Âu có gen Tu, khi có mặt gen này các u vấu phát triển trên bề mặt quả khi quả còn xanh, đây cũng là chỉ tiêu mà nhiều người tiêu dùng ưa thích.
2.5.2. Nguồn gen dưa chuột
Những thành tựu trong chọn tạo giống cây trồng, cây lai theo hướng khác nhau phụ thuộc vào sự phong phú, đa dạng về mặt di truyền của vật liệu khởi đầu. Do vậy, nguồn gen (nguồn vật liệu khởi đầu) đóng vai trò vô cùng quan trọng trong chọn tạo giống. Nguồn gen phong phú là điều kiện vật chất tốt để tạo ra giống mới. Tập hợp đủ nguồn gen tốt và sử dụng tính đa dạng đó để đáp ứng yêu cầu và mục đích đề ra là một trong những điều kiện thành công của nhà chọn giống (Trần Duy Quý, 1997).
* Nguồn gen dưa chuột địa phương
Các giống dưa chuột địa phương được tạo thành dưới tác động của quá trình chọn lọc tự nhiên và nhân tạo đã tồn tại một thời gian dài trong điều kiện sinh thái riêng biệt của từng vùng, rất đa dạng về các đặc tính hình thái, sinh học và nông học. Các giống địa phương thường do một dạng hình hợp thành nên về đặc điểm sinh học ít đồng nhất.
Dưa chuột là cây thụ phấn chéo nên mỗi cá thể trong quần thể giống địa phương đều có kiểu gen khác nhau. Nghiên cứu đặc tính sinh vật học của các giống dưa chuột Việt Nam, Trần Khắc Thi và Vũ Tuyên Hoàng (1979) đã phân các giống hiện có thành 2 kiểu sinh thái (ecotype): miền núi và đồng bằng trong đó kiểu sinh thái miền núi có nhiều đặc tính hoang dại và thích ứng với môi trường cao (chịu lạnh, chống bệnh phấn trắng, phản ứng chặt với độ dài ngày...). Kiểu sinh thái đồng bằng có thể là sản phẩm tiến hóa của dưa chuột miền núi do đột biến và tác động của con người trong quá trình canh tác
và chọn lọc. Hầu hết giống dưa chuột địa phương Việt Nam có khả năng thích ứng rộng, chất lượng cao, kháng bệnh tốt. Tuy nhiên chúng có một số nhược điểm là có gai quả màu đen hoặc màu nâu, đây là nguyên nhân làm quả mau ngả vàng, năng suất thấp.
* Nguồn gen dưa chuột tạo thành: bao gồm quần thể các dạng cây lai, các dòng tự phối, các dạng đột biến, đa bội và quần thể các dạng tạo ra bằng công nghệ sinh học.
Quần thể lai: là các dạng được tạo ra bằng phương pháp lai. Từ quần thể này người ta phân lập ra các dạng mới để tạo giống mới bằng phương pháp chọn lọc thích hợp. Cho đến nay, các dạng lai cùng loài vẫn là nguồn vật liệu khởi đầu chủ yếu đối với tất cả các loài cây trồng nói chung và dưa chuột nói riêng. Nhờ có tái tổ hợp gen ở các cây lai mà quần thể cây lai có thể có số lượng kiểu gen tái tổ hợp hầu như vô tận, làm cơ sở cho việc chọn lọc.
Quần thể các dòng tự phối: đây cũng là nguồn vật liệu khởi đầu quan trọng trong công tác chọn giống ưu thế lai. Các dòng tự phối được tạo ra là kết quả của quá trình tự thụ phấn cưỡng bức các cá thể của quần thể cây thụ phấn chéo liên tục trong nhiều thế hệ. Nghiên cứu tạo dòng dưa chuột đơn tính cái phục vụ chọn giống dưa chuột ưu thế lai, Viện Nghiên cứu Rau quả đã tạo 17 dòng tự phối dưa chuột đơn tính cái (Gynoecious) ổn định về khả năng sinh trưởng và thể hiện giới tính (Phạm Mỹ Linh và cs., 2008; Nguyễn Hồng Minh và cs., 2010).
Quần thể các dạng đột biến, đa bội: đây là những nguồn vật liệu khởi đầu được tạo ra bằng các tác động lên hạt giống hoặc gây các tác nhân lý hóa học khác nhau như bức xạ, nhiệt độ, hóa chất...
Quần thể các dạng tạo ra bằng công nghệ sinh học: bao gồm các dạng được tạo ra do dung nạp tế bào trần, chuyển gen, nuôi cấy tế bào hoặc chọn dòng tế bào, nuôi cấy bao phấn, noãn để tạo dòng thuần. Các dạng này thường mang các gen riêng, độc đáo và là nguồn vật liệu tốt dùng trong chọn giống. Giai đoạn 2008 - 2010, bằng ứng dụng công nghệ sinh học trong nuôi cấy bao phấn cây dưa chuột, Viện Nghiên cứu Rau quả đã đạt được một số thành công nhất định. Các dòng đơn bội kép này sẽ là nguồn gen quý phục vụ công tác chọn giống dưa chuột ưu thế lai với khả năng cho năng suất cao bởi tỷ lệ hoa cái của giống lai được cải thiện khi ứng dụng dòng mẹ dạng Gynoecious (Trần Khắc Thi và cs., 2010).
2.6. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CÂY DƯA CHUỘT TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC NGOÀI NƯỚC
2.6.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
2.6.1.1. Kết quả thu thập, đánh giá nguồn gen dưa chuột
Công tác thu thập và đánh giá nguồn gen dưa chuột được tiến hành từ rất sớm song song với quá trình tìm hiểu về nguồn gốc và phân loại nguồn gen loài cây này. Từ những năm 60, tại học viện Nông nghiệp Timiriazev đã thu thập được 8.000 mẫu giống dưa chuột đưa vào nghiên cứu và bảo tồn. Ngoài ra, tại Viện nghiên cứu Rau (VIR) cũng bảo tồn một số lượng giống dưa chuột khổng lồ (hơn 8.000 mẫu) của toàn thế giới (Trần Khắc Thi, 1985).
Tại Mỹ, công tác thu thập nguồn gen được thực hiện từ những năm 1880, với các đặc điểm quan tâm chính là hình dạng quả, màu sắc quả cũng như sự thích nghi với các điều kiện gieo trồng. Đặc biệt với sự bảo trợ của nhà nước, công tác thu thập nguồn gen có hệ thống đã được tiến hành từ những năm 1936. Từ các kết quả nghiên cứu đánh giá tập đoàn quỹ gen, nghiên cứu về di truyền giới tính, sinh lý học tính chống chịu với điều kiện ngoại cảnh, sâu bệnh hại và miễn dịch học cũng đã được khai thác từ nguồn gen này. Staub and Ivandic (2000) cho biết việc nghiên cứu 1345 mẫu dưa chuột tại hệ thống Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia Liên bang (NPGS), bằng việc sử dụng isozyme để xác định cấu trúc quần thể của tập đoàn và trên cơ sở đánh giá so sánh với 118 giống thương mại, năm 1846 đã phát hiện tính đa dạng di truyền của tập đoàn quỹ gen này.
Hiện tại, Ngân hàng gen dưa chuột được nghiên cứu, bảo tồn ở Colorado – Phòng bảo quản hạt giống quốc gia Fort Collins và tập đoàn công tác giống dưa chuột đã nhận được các mẫu giống dưa chuột từ 58 quốc gia trên toàn thế giới (Staub et al., 2000).
Công tác điều tra, thu thập đánh giá nguồn gen dưa chuột cũng đã được phát triển tại Trung Quốc từ những năm 1950. Hiện nay Trung Quốc và Ấn Độ là hai nước có Ngân hàng gen cây trồng lớn nhất thế giới, đang bảo tồn 464.234 giống của 19.007 loài thực vật.
Ở Châu Âu, trong chương trình hợp tác quốc tế, các cơ quan hiện đang nắm giữ quỹ gen lớn họ bầu bí đó là Viện Quỹ gen cây trồng Quốc tế (IPGRI), nay là tổ chức Đa dạng sinh học Quốc tế. Một số nước đã xuất bản các bản mô tả nguồn gen
họ bầu bí cũng như nguồn gen dưa chuột đó là: Braxin, Bungari, Trung Quốc, Hungari, Ấn Độ, Hà Lan, Thổ Nhĩ Kỳ, Tây Ban Nha và Mỹ (Singh, 2004).
Hiện nay trên thế giới có nhiều Trung tâm Quốc gia và Quốc tế sưu tầm và bảo quản các tập đoàn giống cây trồng có ý nghĩa kinh tế quan trọng. Trong đó Viện VIR (Viện trồng trọt thuộc liên bang Nga Xanh-Peteburg) đã đầu tư rất lớn cho công tác sưu tầm nguồn gen ở trong nước và nước ngoài, đã tập hợp được một tập đoàn cây trồng thế giới gồm các nguồn gen cơ bản của cây trồng với hơn 300.000 mẫu, trong đó nguồn gen các cây họ bầu bí là 17.000 mẫu (Trần Thượng Tuấn, 1992).
2.6.1.2. Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột trên thế giới
Tại Mỹ và Anh, các nhà chọn tạo giống đã chọn tạo thành công giống dưa chuột lai F1 từ năm 1872. Từ đó việc lai tạo giống trở nên rất quan trọng trong việc cải thiện giống dưa chuột. Năm 1939, giống "Maine No.2" là giống dưa chuột đầu tiên chịu được bệnh nứt quả ra đời. Sau đó, Walker (1961) đã tiến hành tổ hợp giữa gen chống chịu bệnh nứt quả với gen chống chịu bệnh virus CMV tạo thành giống "Wisconsin SMR 18", đây là giống dưa chuột muối quan trọng trong thời gian đó. Các nhà chọn giống dưa chuột tiếp tục tổng hợp nhiều gen chống chịu bệnh khác nhau và đã tạo ra giống (Staub et al., 1993)" chống chịu được 7 bệnh và giống "WI 2757" chống được 9 loại bệnh (Staub et al., 1993).
Tại Trung Quốc, ban đầu các nhà chọn giống dưa chuột Trung Quốc mới chỉ lựa chọn các giống địa phương thụ phấn tự do, giống có đặc tính chống chịu bệnh đặc biệt là bệnh sương mai và bệnh phấn trắng. Từ năm 1980 khi dưa chuột trở thành cây trồng phổ biến, công tác chọn tạo giống ưu thế lai ở Trung Quốc càng được quan tâm nghiên cứu. Bằng cách tái tổ hợp các mẫu trong nước và nhập nội đã tạo ra được các giống cho chất lượng, năng suất cao và chống chịu bệnh phấn trắng và bệnh sinh ra từ đất, nổi bật là giống Jinchun No.4 (Feng et al., 2000). Trong một nghiên cứu khác, từ 300 mẫu giống dưa chuột thu thập được trong nước và nhập nội, Qiyong et al., (2000) đã phân lập và đánh giá tính chống chịu bệnh, xác định 9 dòng có tính chống chịu đem lai với giống hoa cái. Áp dụng phương pháp chọn lọc phổ hệ với rất nhiều thế hệ, kết quả đã nhận được giống số 82 có tính chống chịu với 5 loại bệnh; tiếp tục lai với các vật liệu tốt khác, đã tạo được hai tổ hợp lai có chất lượng tốt, chống chịu bệnh và có tiềm năng năng suất cao là Xia Qing 4 và Zaoqing 2.
Tại trường đại học Kasetsart - Thái Lan đã xác định được hai tổ hợp lai C5 x C4 và C11 x C5 có triển vọng trong số 12 tổ hợp lai được đánh giá. Với ưu thế lai về số hoa cái trên cây, chiều dài quả, chiều rộng quả và khối lượng trung bình quả, tính chín sớm đạt được ở tổ hợp lai C5 x C4. Trong khi đó, tổ hợp lai C14 x C5 cho ưu thế lai khối lượng quả và chiều dài quả (Kasem and Somsak, 1991).
Hiện nay ở hầu hết các nước trên thế giới, tỷ lệ giống dưa chuột thụ phấn tự do ngày càng giảm dần, thay thế vào đó là các giống dưa chuột lai F1. Nổi bật nhất là các nước trồng dưa chuột trong nhà kính như Liên Xô cũ, Hà Lan, Bungaria, 100% sử dụng các giống lai F1. Ở Nhật Bản, Hoa Kỳ, Hungari, Thổ Nhĩ Kỳ,... năng suất các giống dưa chuột lai F1 tăng hơn giống dưa chuột thụ phấn tự do từ 30 - 50%. Tiếp theo các nghiên cứu của Tkachenco (1935), với phát hiện ra dòng đơn tính hoa cái và dòng lưỡng tính của Kubicki (1969), các giống dưa chuột lai đã được sử dụng rộng rãi và ngày càng phát triển (Trần Khắc Thi, 1985).
2.6.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
2.6.2.1. Kết quả thu thập, đánh giá nguồn di truyền loài dưa chuột
Mặc dù dưa chuột có nguồn gốc ở khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam và được trồng ở nước ta từ lâu đời nhưng việc nghiên cứu đánh giá và khai thác nguồn di truyền từ các giống dưa chuột địa phương trong nước, đặc biệt là các giống dưa chuột địa phương miền núi phía Bắc chưa được quan tâm đáng kể.
Nơi thu thập và lưu giữ nhiều nhất nguồn gen dưa chuột ở Việt Nam hiện nay phải kể đến Trung tâm tài nguyên thực vật. Công tác thu thập ở đây được tiến hành thường xuyên hầu như hàng năm. Tính từ thời điểm tháng 8/1997 đến tháng 3/2009, có tất cả 98 mẫu giống thuộc chi Cucumis được thu thập, trong đó có 52 mẫu giống dưa chuột (chỉ tính riêng ở các tỉnh miền núi phía Bắc - nơi được xem là trung tâm phát sinh cây dưa chuột). Công tác mô tả cũng được tiến hành song song bởi Viện nghiên cứu Rau Quả. Năm 2011, Trần Thị Minh Hằng và cộng sự đã thu thập được hơn 30 mẫu giống dưa chuột bản địa của đồng bào H'Mông trên 7 huyện của tỉnh Sơn La. Đây là nguồn vật liệu quý cho công tác chọn tạo và cải tiến dưa chuột ở miền Bắc nước ta (Trần Thị Minh Hằng, 2012). Tuy nhiên việc nghiên cứu, đánh giá và khai thác nguồn di truyền từ các giống dưa chuột địa phương trong nước, đặc biệt là các giống dưa chuột bản địa của vùng miền núi phía Bắc Việt Nam vẫn chưa được quan tâm đáng kể. Kết quả nghiên cứu về giống dưa chuột ở trong nước mới chỉ đạt được là phục tráng được một số giống địa phương và khai thác một số nguồn gen dưa chuột địa phương và nhập nội để chọn tạo giống ưu thế lai trong nước.
Hơn nữa với hướng đi của ngành chọn tạo giống hiện nay, việc các giống dưa chuột địa phương dần mai một, bị thoái hóa và mất giống là không thể tránh khỏi. Việc nghiên cứu khả năng sinh trưởng, phát triển, năng suất và chất lượng của tập đoàn các dòng dưa chuột địa phương thời điểm này là việc làm cần thiết nhằm phát hiện ra các tính trạng quý phục vụ công tác duy trì bảo tồn nguồn gen và sử dụng trong công tác chọn tạo dòng thuần, phục vụ chương trình tạo giống dưa chuột ưu thế lai trong nước từ các dòng dưa chuột bản địa. Do vậy, việc khảo sát tập đoàn dưa chuột địa phương đóng góp quan trọng trong công tác thu thập và sử dụng hiệu quả nguồn gen dưa chuột bản địa ở Việt Nam.
2.6.2.2. Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột trong nước
Đối với điều kiện sản xuất hiện nay của Việt Nam, chủ yếu dưa chuột được canh tác ngoài đồng ruộng, do vậy công tác chọn giống dưa chuột ở Việt Nam tập trung chọn giống cho ăn tươi và chế biến công nghiệp theo hướng năng suất, chất lượng cao, chống chịu sâu bệnh tốt, phù hợp trồng cả vụ đông, vụ xuân ở miền Bắc và được trồng quanh năm ở miền Nam. Kết quả nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột trong nước còn rất khiêm tốn, từ thập kỷ 90 trở về trước, phương thức chủ yếu là nhập nội các giống thụ phấn tự do và tuyển chọn những giống thích ứng đưa ra sản xuất. Trong khoảng 10 năm trở lại đây, các cơ quan nghiên cứu, các trường đại học đã bắt đầu quan tâm đến công tác chọn giống ưu thế lai đối với cây dưa chuột và bước đầu đã có một số thành công nhất định.