Chương 1.TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.2.1. Tình hình sản xuất và nghiên cứu cà chua trên thế giới
1.2.1.1.Tình hình sản xuất tiêu thụ cà chua trên thế giới
Cà chua là loại cây thực phẩm và có lịch sử phát triển tương đối muộn nhưng do khả năng thích ứng rộng, hiệu quả kinh tế và giá trị sử dụng cao nên nó trở thành một loại cây trồng quan trọng trong cơ cấu cây trồng của các nước. Theo FAO (2014), hiện nay có tới 158 nước trồng cà chua, trong đó một số nước có diện tích, năng suất tương đối lớn được trình bày ở bảng 2.4.
Bảng 1.4. Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua một số nước trên thế giới từ năm 2011-2013
Quốc gia
Diện tích (1000 ha)
Năng suất (tấn/ha)
Sản lượng (triệu tấn) 2011 2012 2013 2011 2012 2013 2011 2012 2013 Brazil 71,5 63,9 62,7 61,8 60,7 66,8 4,41 3,87 4,2
Chile 11,3 5,5 4,1 64,7 73,2 91,1 0,73 0,4 0,4 China 985,8 1005,0 984,6 49,3 49,9 51,5 48,6 50,1 50,7
India 865,0 870,0 880,0 19,5 20,1 20,7 16,8 17,5 18,2 Indonesia 57,3 56,1 53,9 16,6 15,8 17,6 0,95 0,89 0,9
Mexico 85,4 96,7 87,2 28,5 35,5 37,7 2,43 3,44 3,3 Nigeria 264,4 270,0 272,0 56,9 57,8 5,8 1,50 1,56 1,6 Portugal 16,7 15,4 18,0 74,4 90,4 96,8 1,25 1,39 1,7 Spain 51,2 48,8 45,3 75,5 82,1 81,3 3,86 4,01 3,7 USA 146,5 150,1 150,0 85,5 87,9 83,8 12,5 13,2 12,6
Nguồn: faostat.fao.org Từ bảng 1.4 cho thấy nước có diện tích trồng cà chua lớn nhất và tăng mạnh nhất là Trung Quốc, từ 985,8 nghìn ha với sản lượng 48,6 triệu tấn (năm 2011) tăng lên trên 1 triệu ha với sản lượng đạt 50,1 nghìn tấn (năm 2012), trong năm 2013 diện tích gieo trồng có giảm nhẹ, tuy nhiên năng suất và sản lượng cao nhất. Xếp sau Trung Quốc là Ấn Độ (diện tích 880 nghìn ha năm 2013), Nigieria (diện tích 273 nghìn ha năm 2013), Mỹ (diện tích 150 nghìn ha năm 2013). Số liệu thống kê năm 2013 thì
nước có năng suất cà chua cao nhất thế giới là Bồ Đào Nha đạt 96,8 tấn/ha, Mỹ 83,8 tấn/ha, Tây Ban Nha là 81,3 tấn/ha. Trong khi đó nước trồng cà chua lớn nhất thế giới (Trung Quốc) chỉ đạt năng suất 49,3 tấn/ha. Các nước Nam Mỹ là nơi phát sinh cây cà chua, tuy vậy nơi đây diện tích trồng cà chua không ổn định và thấp hơn so với các khu vực khác trên thế giới. Nước có diện tích trồng cà chua lớn nhất Nam Mỹ là Mexico năm 2010 là 98,2 nghìn ha, năm 2011 là 85,4 nghìn ha sau đó giảm xuống 96,7 nghìn ha (năm 2012). Tại Brazil diện tích cà chua năm 2010 là 67,9 nghìn ha, đến 2013 sụt giảm xuống 62,7 nghìn ha. Chilel là nước có năng suất cà chua cao nhất khu vực 91,1 tấn/ha (2013), kế đến là Brazil 66,8 tấn/ha (2013). Như vậy năng suất và sản lượng cà chua trên thế giới liên tục tăng về diện tích, năng suất và sản lượng, tuy nhiên có sự không đồng đều giữa các châu lục, các nước.
1.2.1.2. Tình hình nghiên cứu chọn tạo giống cà chua trên thế giới
Hiện nay xu hướng chọn tạo giống cà chua trên thế giới là tạo ra giống có khả năng chống chịu được nhiều loại bệnh hại (miễn dịch ngang), thích hợp cho chế biến và thu hoạch bằng máy. Những giống này có hàm lượng β-caroten cao, phù hợp trồng trong nhà kính, nhà lưới. Tuy nhiên mục tiêu chọn tạo giống có năng suất cao, phẩm chất quả tốt, chống chịu tốt với các điều kiện bất thuận và sâu bệnh, phù hợp với từng vùng sinh thái cụ thể vẫn luôn được quan tâm ưu tiên hàng đầu ở các nước đang phát triển. Các hướng nghiên cứu chọn tạo giống thường căn cứ vào điều kiện đất đai, khí hậu của từng vùng, kỹ thuật canh tác và nhu cầu sử dụng ăn tươi hay chế biến, từ đó xác định được mục tiêu cụ thể trong công tác chọn tạo loại cây trồng này [12]. Xu thế chung của các nhà chọn tạo giống ở các nước là nghiên cứu phát triển giống và các dòng tạo giống là tổ hợp rất nhiều đặc điểm, tính trạng như chống chịu nhiều bệnh, năng suất cao, chất lượng quả cải thiện, tỷ lệ đậu quả cao trong điều kiện nóng và sản xuất hạt lai dễ dàng [65]. Có thể tóm tắt những kết quả theo một số mục tiêu chính trong chọn tạo giống cà chua như sau:
Nghiên cứu nguồn vật liệu khởi đầu:
Trong những năm qua các nhà chọn tạo giống cà chua đã đánh giá cao công tác thu thập, nhập nội và khai thác nguồn vật liệu giống cà chua trong và ngoài nước. Tại trung tâm Nghiên cứu và phát triển rau màu thế giới (AVRDC), Đài Loan, ngay từ những năm 1990 đã thu thập được 48.723 mẫu giống cà chua từ 153 nước trên thế giới. Tại Cục Tài nguyên di truyền thực vật Ấn Độ đã thu thập lưu giữ 2.659 mẫu giống cà chua quí. Nguồn vật liệu này có vai trò quyết định trong chọn tạo giống cà chua ở Ấn Độ. Tại Trung tâm tài nguyên di truyền cà chua thuộc hệ thống ngân hàng gen cây trồng quốc gia Mỹ đang lưu giữ 13 loài cà chua hoang dại để tạo ra nguồn vật liệu dự trữ marker (marker stocks) và dữ liệu tế bào. Quỹ gen cà chua của Mỹ bao gồm hơn 5000 mẫu giống bao gồm cả cà chua trồng và các loài hoang dại. Tại hầu hết các
nước có ngành sản xuất cà chua phát triển đều có các tập đoàn vật liệu khởi đầu phong phú để phục vụ công tác chọn tạo giống theo các mục đích sử dụng khác nhau.
Chọn tạo giống cà chua chống chịu sâu bệnh:
Nhằm giảm chi phí thuốc BVTV, tăng thu nhập cho người trồng và an toàn cho người sử dụng, các công ty giống cây trồng trên thế giới đã tập trung chọn tạo các giống cà chua lai chống chịu bệnh tốt [48]. Một số giống cà chua lai (F1) chịu nhiệt đồng thời chống chịu với một số loại bệnh như héo xanh vi khuẩn, bệnh Fusarium, chịu tuyến trùng, có thể thích nghi với nhiều vùng trồng như Known –You 301, Vanguard và Sugar Pear đã được công ty giống Known-You (Nông Hữu), Đài Loan đưa ra sản xuất và xuất khẩu hạt giống [55]. Nghiên cứu về gen quy định tính kháng bệnh vi rút xoăn vàng lá cà chua (TYLCV), các nhà khoa học đã xác định được 5 gene chính từ Ty-1 đến Ty-5 từ loài cà chua hoang dại kháng được bệnh TYLCV [32], xác định được phổ gene kháng bệnh TYLCV từ các loài cà chua hoang dại [64]. Dagan và cộng sự (2012) [42] đã xác định được gene SlVRSLip từ các giống cà chua kháng bệnh TYLCV thuộc loài Solanum lycopersicum kháng được virut xoăn vàng lá.
Mohamad và cộng sự (2007) [58], khi nghiên cứu sự đa dạng của các chủng virut gây bệnh xoăn vàng lá cà chua (TYLCV) bằng chỉ thị DNA đã phân lập được các chủng virut và xác định được mối quan hệ giữa các chủng trên thế giới. Kết quả này đã tạo được sự thuận tiện trong việc nhận diện giống cà chua kháng bệnh virut xoăn vàng lá bằng chỉ thị phân tử. Nghiên cứu tạo giống cà chua kháng bệnh virus là mục tiêu của AVRDC đặt ra sau chương trình nghiên cứu cà chua chịu nhiệt, kháng bệnh sương mai và chất lượng quả cao. Sử dụng gene Ty-2 từ giống H24, chuyển vào các dòng CLN2114, CLN2116 và CLN2123, qua nhiều thế hệ chọn lọc AVRDC đã chọn được các dòng CLN2679A, CLN2679C và CLN2623A mang gene Ty-2 kháng được các chủng virus gây bệnh xoăn vàng lá và có năng suất vượt trội từ 99 – 103 tấn/ha, có chất lượng quả cao. Các giống này đã được phát triển ở các nước châu Á, nơi có nguy cơ nhiễm bệnh cao. Giống FMTT906 kháng được bệnh vàng xoăn lá và bệnh héo rũ fusarium chủng 1, có dạng quả đẹp, quả cứng, chịu được vận chuyển xa, không bị nứt quả, chín sớm, chịu nhiệt độ cao [35], [36], [37]. Nhiều dòng, giống cà chua ăn tươi của AVRDC đã được lai hữu tính và chọn theo hướng kháng bệnh héo xanh vi khuẩn thành công [65], [36]. Xác định bộ gene kháng bệnh héo xanh vi khuẩn trên cây cà chua, các nhà khoa học Mêhicô đã dùng kỹ thuật AFLP để phân lập được bộ gene kháng bệnh héo xanh vi khuẩn từ các loài cà chua trồng và cà chua hoang dại khác nhau như Solanum lycopesicum, Solanum peruvianum LA2157, S. peruvianum LA2172 và S. habrochaites LA2128 [53]. Để chọn lọc được các giống cà chua kháng bệnh mốc sương, các nhà khoa học của AVRDC đã tìm ra hai gene Ph-1 và Ph-2 từ các loài cà chua hoang dại có khả năng kháng bệnh và chuyển vào các giống cà chua trồng. Kết quả tạo ra 28 dòng có chứa gene Ph-1 và Ph-2 và một số gene kháng bệnh
đốm nâu. Ngoài ra, gene ph-3 nằm trên nhiễm sắc thể số 9 từ giống L3708 có nguồn gốc từ dạng hoang dại Solanum pimpinellifolium L. cũng đã được AVRDC xác định và chuyển sang các giống cà chua thương phẩm để tạo ra giống kháng được bệnh mốc sương [41], [57]. Nghiên cứu về gene qui định tính kháng bệnh đốm lá sớm trên cà chua, R. Chaerani và cộng sự (2007) đã xác định được 6 QTLs trên các nhiễm sắc thể 1,2,5,7 và 9 qui định tính kháng bệnh đốm lá sớm từ cặp lai giữa hai loài phụ Solanum lycopesicum và S. arcanum [40].
Chọn tạo giống thích ứng với điều kiện bất thuận/trái vụ:
Tại AVRDC, nghiên cứu, phát triển bộ giống cà chua có khả năng đậu quả cao ở điều kiện nhiệt độ và ẩm độ cao, tạo giống chịu nóng cho vụ hè ở khu vực châu Á được thực hiện những năm qua, đã cung cấp cho các nước trong khu vực rất nhiều dòng, giống cà chua chịu nóng để các nước tiếp tục tuyển chọn các dòng thích ứng được với điều kiện quốc gia [34], [38]. Viện Nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ (IARI) ở Newdeli đã phát triển thành công các giống cà chua Puas Rugy và Sel.120 thích hợp trồng ở điều kiện nhiệt độ cao. Giống Puas Ruby được chọn tạo bằng phương pháp lai giữa Siou x Meerutti cải tiến thuộc loại hình sinh trưởng vô hạn, khỏe, tán rộng, ít nhánh, quả có loại hình dẹt đến tròn, khối lượng quả từ nhỏ đến trung bình, chín đỏ thẫm, với số quả/cây là 25 – 30, năng suất trung bình 25 tấn/ha, chín sớm sau 60 – 65 ngày sau trồng, thích hợp trồng ở cả vụ Thu và vụ Xuân Hè. Giống Sel.120 thuộc loại hình sinh trưởng bán hữu hạn, tán rộng, lá xanh thẫm, quả tròn dẹt, khối lượng quả từ trung bình đến to, mềm, đỏ đều, ít hạt, chịu nhiệt và có khả năng kháng bệnh tuyến trùng, thích hợp sản xuất vụ Hè và vụ Đông [62], [63]. Tại vùng Sakol Nakhon, Thái Lan, Trung tâm đào tạo nghiên cứu nông nghiệp Lampang đã đánh giá bộ giống có nguồn gốc thu thập khác nhau và xác định được giống cà chua ăn tươi Seeda Hauy-sai và giống Seeda thích nghi với điều kiện khí hậu trong vụ mưa, đạt yêu cầu chất lượng của thị trường, năng suất quả đạt 34 tấn/ha và 32,97 tấn/ha. Các nhà khoa học Bulgari đã tạo ra được các tổ hợp lai Jar và Dar thuộc dạng bán hữu hạn, thích hợp cho trồng sớm trong điều kiện nhà nhân tạo và giống Viki, Asja và Lorin thuộc dạng hữu hạn thích hợp cho sản xuất trên đồng ruộng trong điều kiện chính vụ. Nhóm tác giả này cũng đã phát hiện ra gen ps-2 quy định tính bất dục đực ở cà chua và họ đã ứng dụng thành công trong sản xuất các giống cà chua nói trên. Tại Philippin, hai giống cà chua lai trồng trái vụ Panagulan và Bonanza đã được công ty giống cây trồng East-West đưa vào sản xuất năm 1986. Canh tác cà chua trong điều kiện nhiễm mặn ở nhiều vùng trên thế giới cũng là một mục tiêu mà sản xuất đang hướng đến. Ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cà chua chịu mặn là hướng đang được các nhà khoa học quan tâm. Foolad và cộng sự (2012) [47] khi nghiên cứu trên quần thể F2 của cặp lai S.
lycopersicum (UCT5) x S. pennellii (LA716) đã xác định được 3 gene Est-3 trên NST số 1, Prx-7 trên NST số 3 và 6Pgdh-2 và Pgi-1 trên NST số 12 có liên kết chặt với tính
chịu mặn của cây cà chua, và cũng xác định được 02 gene Got-2 trên NST số 7 và Asp-2 trên NST số 8 không qui định tính chịu mặn. Với kết quả này, các nhà khoa học sẽ rút ngắn được thời gian trong việc xác định tính chịu mặn trong các giống cà chua mới bằng chỉ thị phân tử. Nghiên cứu sự tương tác giữa khả năng chịu mặn và độ ẩm không khí để đề xuất phương pháp canh tác hợp lý trên đất nhiễm mặn cũng được đề cập [64]. Hạn hán là một trong những yếu tố phi sinh học làm hạn chế năng suất cây trồng, đặc biệt ở những vùng khô hạn và bán khô hạn. Ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cà chua chịu hạn và chống chịu sâu bệnh tốt. Nasar Virk và cộng sự (2012) đã xác định được gen SIMPK4 qui định khả năng chống chịu các yếu tố phi sinh học và chức năng hoạt động của nó trên cây cà chua. Với việc lây nhiễm để xác định tính kháng bệnh, tác giả đã chứng minh được gen này qui định tính kháng của cà chua đối với Botrytis cineria. Như vậy, cây cà chua mang gene SIMPK4 sẽ kháng được bệnh Botrytis cineria và chịu được khô hạn. Kết quả này rất có ý nghĩa cho các nhà chọn giống cà chua trong công tác chọn tạo giống cho điều kiện bất thuận [59].
Chọn tạo giống năng suất cao:
Nghiên cứu, phát triển bộ giống cà chua lai F1 có năng suất cao, thịt quả dày, màu sắc thích hợp, khẩu vị ngon đã rất thành công tại Đài Loan. Đến năm 2005, hầu hết diện tích cà chua được trồng nơi đây đều là các giống ưu thế lai, và ngành sản xuất cà chua lai F1 đã trở thành ngành kinh doanh ở Đài Loan, góp phần quan trong trong xuất khẩu cà chua của nước này [36]. Chọn tạo giống cà chua lai có năng suất quả cao rất thành công ở Mỹ. Năm 1920 các giống cà chua chế biến chỉ cho năng suất 10,1 tấn/
ha, đến năm 2004, năng suất của các giống cà chua chế biến đã là 120 tấn/ ha. Một thời gian dài, chọn tạo giống cà chua ở Mỹ trên cơ sở phát triển các giống thuần cung cấp cho sản xuất, nhưng từ năm 1970 đã tập trung tạo giống cà chua ưu thế lai. Ngày nay, tạo giống ưu thế lai cao về năng suất là chủ yếu ở các nước như Mỹ, Nhật Bản, châu Âu. Ở Ấn Độ, để tạo giống ưu thế lai về năng suất và các tính trạng quả, các nhà khoa học đã tạo ra hàng loạt các tổ hợp lai giữa một dòng thử kháng héo xanh vi khuẩn và các giống cà chua thương mại dùng trong chế biến. Ưu thế lai đã được xác định ở tính trạng khối lượng quả trong 2 tổ hợp lai (Sakthi x Fresh market 9 và Sakthi x HM208F), năng suất cá thể trong 2 tổ hợp (Sakthi x TH3318 và Sakthi x Fresh market 9) và độ dày thịt quả ở các tổ hợp (Sakthi x St64, LE206 x 64, LE214 x St64), mức độ biểu hiện ưu thế lai đạt được từ 5,95 – 21,37% [31]. Trung Quốc là nước có nhiều thành công trong lĩnh vực nghiên cứu, tạo giống cà chua lai cho năng suất cao, chất lượng tốt. Hiện nay, các giống cà chua lai F1 chiếm khoảng 85% giống trồng trong sản xuất. Thông qua thí nghiệm đánh giá quá trình đậu quả diễn ra trong thời điểm có biên độ nhiệt ngày/đêm cao (32/270C) và ẩm độ 90% của 18 giống cà chua chịu nhiệt có nguồn gốc từ địa phương và nhập nội, các nhà khoa học Pháp đã đã xác định được giống Saladette có nguồn gốc từ Hoa Kỳ là giống có năng suất cao trong nhóm giống
có tỷ lệ đậu quả cao (60 – 100%), giống lai F1 Tulona (Pháp) và giống F1 Capitan (Mỹ) cho năng suất cá thể cao tương ứng 2,9 kg và 3,1 kg [44].
Chọn tạo giống chất lượng cao:
Tại Mỹ, công tác chọn tạo giống cà chua chất lượng cao đã đạt được những kết quả quan trọng. Trường Đại học Florida đã tạo ra một số giống cà chua ăn tươi có chất lượng cao. Các yếu tố đảm bảo là khả năng kết hợp của các dòng thuần, quy tụ năng suất, tính chống chịu và chất lượng vào giống ưu thế lai. Chọn giống cà chua có hàm lượng β-Caroten, hàm lượng lycopen cao đã được John và cộng sự (2005) [52] thực hiện trên cơ sở đánh giá cảm quan và phân tích hàm lượng các chất trong quả cà chua của nhiều dòng giống từ nhiều nguồn thu thập. Kết quả một số dòng cà chua có hàm lượng lycopen cao đã được xác định để làm nguồn vật liệu ban đầu cho chọn tạo giống cà chua chất lượng cao. Giống cà chua đen Indigo Rose, sản phẩm ghép cà chua đỏ và tím, cho hàm lượng anthocyanin cao, ngon thơm và ngọt hơn các giống thông thường đã được công ty Sutton Seed, Devon, Mỹ chọn tạo thành công đưa vào sản xuất, Hiện sản phẩm quả đã có mặt trên thị trưởng ở Mỹ và Anh. Ở Ba Lan, thông qua nghiên cứu đánh giá chất lượng một số dòng và giống cà chua, Michalik và cộng sự (1986) đã xác định được giống Pulawski Pizemyslowy và dòng PH1703 có hàm lượng chất khô trong quả đạt 5,1%, tiếp đến là Pizemyslowy IN, đạt 5,0%, trong khi giống đối chứng Grand có hàm lượng chất khô chỉ đạt (2,71%), tỷ lệ đường/axit (7/8) tốt nhất là ở các giống 01355 và VF92-12 [56]. Tại AVRDC, Đài Loan, những năm gần đây đã tạo ra được 9 dòng cà chua ăn tươi chịu nhiệt với gen Ty-3 kháng xoăn vàng lá, kháng bệnh mốc sương (Ph2 + Ph3) và có chất lượng quả cao để cung cấp cho các nước ở vùng nhiệt đới khảo nghiệm (AVRDC, 2012)[73]. Giống cà chua ngọt Sugardrop trồng tại Tây Ban Nha, sản phẩm lai kép của các giống cà chua có hàm lượng đường cao, giống có quả nhỏ, giàu vitamin C, độ brix cao từ 9-13 %, đã có mặt trên thị trường của Anh với giá bán 2,5 đô la cho 280g, cao gấp 4 lần so với giá cà chua thường.