Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột ư- 123docz.net

2.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ CHỌN TẠO GIỐNG DƯA CHUỘT

2.2.1. Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột ưu thế lai trên thế giới

Chọn tạo giống dưa chuột theo hướng tạo dòng đơn tính cái

trọng, do vậy có khá nhiều kết quả nghiên cứu về di truyền giới tính của dưa chuột đã được công bố. Một số nghiên cứu về biểu hiện và di truyền giới tính ở dưa chuột cho thấy rằng giới tính ở dưa chuột có thể thay đổi khi xử lý hóa chất cũng như tác động của các yếu tố môi trường. Mặc dù vậy, biến động biểu hiện giới tính của dưa chuột vẫn là vấn đề trong canh tác dưa chuột (Lower & Edwards, 1991). Biểu hiện giới tính của cây dưa chuột rất phức tạp, hầu hết các giống dưa chuột là hoa đơn tính cùng gốc, một số giống chỉ có hoa cái (gynoecious), số hoa cái trên cây nhiều gấp 13 lần hoa cái của các giống đơn tính cùng gốc, tuy nhiên cũng có một số hoa đực.

Biểu hiện giới tính của dưa chuột phụ thuộc vào một số yếu tố như mật độ, nhiệt độ

và cường độ ánh sáng. Tỷ lệ hoa cái giảm nếu trồng với mật độ quá dày, ánh sáng yếu và nhiệt độ cao. Trong quá trình sản xuất hạt lai F1 dưa chuột có thể dùng một số hóa chất để điều chỉnh ra hoa cái cho dòng bố và ra hoa đực cho dòng mẹ đơn tính cái trong quá trình duy trì dòng bố, mẹ.

Nghiên cứu phát triển các dòng dưa chuột đơn tính cái gynoecious (Cucumis sativus L.) bằng phân lập, tự thụ phấn và đánh giá dòng tự phối từ quần thể gốc và để duy trì các dòng bằng hóa chất tạo hoa đực, các nhà tạo giống Thái Lan (Chaudhary & cs., 2001) đã tạo được hai giống dưa chuột dạng cao cây (Seminis- 1 và Seminis-2), ba giống dạng thấp cây (Seminis-3, Micro-c và Bingo) và ba giống thụ phấn tự do cao cây địa phương có nguồn gốc từ Nepal (Long Green, Kusle và Bhakatpur) đã được đánh giá về biểu hiện đơn tính cái. Trong các quần thể F1 chỉ có Bingo biểu hiện đơn tính cái 5% và biểu hiện kiểu giới tính ưu thế cái. Các quần thể thụ phấn tự do chỉ biểu hiện đơn tính cùng gốc (monoecious).

Trong quá trình phát triển dòng đơn tính cái thông qua tự phối và chọn lọc cây trên hàng (plant-to-row) tạo ra 3 thế hệ tự thụ phấn (S3) đã phát triển được dòng đơn tính cái hoàn toàn, dòng cao cây SE1-G (cao) và dòng thấp cây SE3-G (thấp), được phân lập từ quần thể gốc Seminis-1 và Seminis-3. Trong dòng sử dụng hóa chất (AgNO3) xác định là có ý nghĩa hơn GA3 và thiosulfate bạc (Ag(S2O2)2) để tạo ra hoa đực cho duy trì dòng đơn tính cái.

Để duy trì dòng mẹ của dưa chuột đơn tính cái bằng cách tự thụ thì cần phải sử dụng một số hormone điều khiển biểu hiện giới tính khác như axit Gibberellic (GA). Chỉ với việc sử dụng hoá chất điều hoà sinh trưởng tạo hoa đực cho dòng đơn tính cái thì mới có thể tự thụ phấn cho dòng đơn tính cái và sau đó phát triển dòng thuần toàn hoa cái (Golabadi & cs, 2015).

Cũng có thể dùng AgNO3 hay ethephon để xử lý ra hoa đực cho dòng đơn tính cái dễ dàng. Phun nitrat bạc cho dòng đơn tính cái theo

hàng với hàm lượng vừa đủ sẽ tạo ra hoa đực ở dòng đơn tính cái để sử dụng làm cây bố trong phép lai giữa 2 dòng đơn tính cái với nhau. Khả năng ra hoa đực của dòng đơn tính cái phụ thuộc vào nồng độ AgNO3 và số lần phun.

Theo Golabadi & cs. (2015), xử lý AgNO3 với nồng độ 300 ppm trong giai đoạn cây được 15 lá thật, cây dưa chuột được xử lý cho số hoa đực, đường kính hoa đực đạt cao nhất. Sau khi phun, cây sẽ bị tổn thương trong khoảng 7-10 ngày, sau đó cây phục hồi và hình thành hoa đực để duy trì dòng đơn tính cái.

Chọn giống dưa chuột năng suất cao

Chọn giống dưa chuột cho năng suất cao là mục tiêu quan trọng của các nhà chọn giống (Wehner, 1989). Trong công tác nghiên cứu chọn tạo giống rau nói chung và giống dưa chuột nói riêng, mục tiêu chọn tạo giống cho năng suất cao được xem là mục tiêu quan trọng nhất. Tạo ra giống có năng suất cao không chỉ tăng hiệu quả sản xuất mà còn góp phần gia tăng lượng sản phẩm trên một đơn vị diện tích trong điều kiện đất canh tác ngày càng thu hẹp. Để tạo được giống cho năng suất cao quan trọng nhất là tạo giống có số quả/cây cao, để có số quả/cây cao cần thiết phải là giống có số hoa cái/cây cao và như vậy nghiên cứu tạo ra giống dưa chuột lai F1 theo hướng nhiều hoa cái là xu hướng tạo giống của các nước trên thế giới.

Năng suất đã là trọng tâm nghiên cứu của các nhà chọn giống dưa chuột trên thế giới từ hơn 50 năm trước (Lower & cs., 1986; Wehner, 1989). Từ giữa thế kỷ 20, các nhà chọn giống nước Mỹ đã nâng cao năng suất dưa chuột chế biến từ 4.685 kg/ha năm 1949 lên 11.455 kg/ha năm 1979, tăng trung bình 244 kg/ha mỗi năm (Lower &

cs., 1986). Sự tăng năng suất trong thời gian này là do cải tiến phương thức canh tác và tạo ra các giống kháng bệnh (Lower & cs., 1986; Wehner, 1989).

Từ cuối những năm 70, năng suất dưa chuột trở thành mục tiêu quan trọng của các nhà nghiên cứu. Các nhà chọn tạo giống đã tập trung nghiên cứu ở nhiều khía cạnh bao gồm: phương pháp chọn lọc và tiêu chí chọn lọc, tối ưu hóa các thí nghiệm năng suất như: phương pháp tính năng suất và kích thước ô tối ưu và các kiểu gen quy định tính trạng năng suất. Những nghiên cứu này đã cung cấp thông tin quan trọng để nghiên cứu tạo giống tăng năng suất (Matthew & cs., 2006).

Đầu những năm 80, các nhà nghiên cứu Mỹ đã nỗ lực để cải thiện năng suất dưa chuột chế biến nhưng không hiệu quả (Shetty & cs., 2002). Việc lựa chọn năng

tố ảnh hưởng đến năng suất như: số cây trên đơn vị diện tích; số lần thu hoạch, chiều dài thân, số cành trên cây, thời gian ra hoa, tỷ lệ hoa cái và tỷ lệ đậu quả (Cramer &

cs., 2000).

Trong những năm gần đây, việc nghiên cứu chọn tạo giống dưa chuột có năng suất cao đã đạt được những thành công lớn, đặc biệt là các giống dưa chuột trồng trong nhà lưới.

Chọn giống dưa chuột kháng bệnh

Năng suất dưa chuột có thể được cải thiện thông qua chọn giống kháng bệnh (Caldwell & cs., 2014). Trong chương trình chọn tạo giống dưa chuột, bên cạnh mục tiêu chọn giống cho năng suất cao, chất lượng tốt, tính chống chịu bệnh hại cũng được các nhà chọn tạo giống quan tâm. Bệnh hại là yếu tố hạn chế sản xuất dưa chuột của hầu hết các nước trên thế giới. Việc sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật đã gây nhiều khó khăn cho người sản xuất và tiêu dùng, ảnh hưởng đáng kể tới mức độ an toàn của sản phẩm và môi trường. Quá trình chọn giống dưa chuột có sự kết hợp giữa chọn lọc tính kháng bệnh và cải thiện năng suất cần tiến hành một cách cẩn trọng vì chọn lọc tính kháng bệnh có thể tương quan nghịch với năng suất.

Chọn tạo giống dưa chuột kháng bệnh chủ yếu sử dụng công nghệ sinh học:

dùng chỉ thị phân tử, chuyển gen kháng …

Sương mai là một trong những bệnh hại chính trên cây dưa chuột. Tạo giống dưa chuột kháng bệnh sương mai được nghiên cứu trên toàn thế giới. Szczechura

& cs. (2015) đã nghiên cứu hai dòng bố mẹ kháng PI 197085 và mẫn cảm PI 175695. Nghiên cứu thế hệ F2 của chúng cho thấy sự kế thừa khả năng kháng bệnh sương mai trong dòng PI 197085. Ba QTL được phát hiện gồm DM1, DM2, DM3.

Các locus được lập bản đồ trên nhiễm sắc thể số 5 của bộ gen dưa chuột. Phân tích phân tử đã xác nhận kết quả của di truyền tính kháng bệnh sương mai trong dòng PI 197085 là đa gen. Kết quả này có ý nghĩa quan trọng trong việc chọn tạo giống dưa chuột kháng bệnh sương mai.

Phân tích QTL kháng bệnh sương mai trên cây dưa chuột, Fukino & cs.

(2013) đã nghiên cứu trên dòng dưa chuột thuần chủng thế hệ F7 được tạo thành từ sự lai chéo giữa các dòng dưa chuột nhạy cảm ('Santou') và kháng (PI197088- 1) để nghiên cứu locus kháng bệnh sương mai. Phân tích QTL xác định hai và ba locut cho kháng nấm mốc dưới 26 và 20°C tương ứng. Một QTL được tìm thấy ở

cùng một vị trí trong cả hai điều kiện nhiệt độ. Do đó, nhiều khả năng QTL chính hoạt động trong cả hai điều kiện nhiệt độ và các QTL khác là đặc trưng cho hai điều kiện nhiệt độ khác nhau. Các kết quả trên cho thấy 4 QTL được kiểm soát theo nhiệt độ khác nhau, và sự kết hợp của chúng đóng một vai trò quan trọng trong việc thể hiện mức độ kháng cao đối với bệnh sương mai trong quần thể dưa chuột này.

Nghiên cứu chỉ thị phân tử để tạo giống dưa chuột kháng bệnh phấn trắng, Jian-ming (2008) đã xác định các phân tử liên quan đến gen kháng thuốc để thiết lập hệ thống chọn lọc hỗ trợ chỉ thị phân tử. Tác giả đã tìm thấy 2 chỉ thị SSR97- 200 and SSR273-300 có liên quan đến gen kháng bệnh phấn trắng, khoảng cách di truyền tương ứng là 5,13 cà. Cỏc chỉ thị này rất hữu ớch trong quỏ trỡnh chọn tạo giống dưa chuột kháng bệnh.

Bệnh phấn trắng trên dưa chuột do nấm Podosphaera xanthii gây ra, là bệnh gây hại trên lá là chính. Tạo giống kháng bệnh này là mục tiêu lớn của các nhà chọn giống. Năm 2017, các nhà nghiên cứu đã phân tích di truyền và lập bản đồ gen trên các dòng tự phối của dưa chuột NCG-121 có tính kháng ở thân và NCG-121 mẫn cảm với bệnh phấn trắng. Phân tích di truyền cho thấy khả năng kháng PM trong thân của NCG-122 là định tính và được kiểm soát bởi một gen lặn đơn (pm-s). Trong bản đồ gen ban đầu của gen pm-s, 10 chỉ thị SSR được phát hiện có liên kết với pm- s, trên nhiễm sắc thể số 5 (Chr.5) của dưa chuột. Các marker gần nhất của gen pm- s là SSR20486 và SSR06184/SSR13237 với khoảng cách di truyền tương ứng là 0,9 và 1,8 cà. Phõn tớch trờn quõ̀n thể lập bản đồ F2 sử dụng cỏc chỉ thị phõn tử mới cho thấy 17 chỉ thị SSR đã được xác nhận là có liên kết với gen pm-s. Hai marker gần nhất, pmSSR27 và pmSSR17, cách pm-s lần lượt là 0,1 và 0,7 cM, xác nhận vị trí của gen này trên Chr.5. Kết quả của nghiên cứu này sẽ cung cấp cơ sở cho việc lựa chọn có sự hỗ trợ của marker và giúp ích cho việc nhân bản gen kháng bệnh (Liu &

cs., 2017).

Chọn giống dưa chuột cho chế biến công nghiệp.

Ngày nay, ngoài mục đích sử dụng ăn tươi, dưa chuột còn được dùng để nấu súp, trộn salat, chế biến muối chua, muối mặn. Trong sản xuất dưa chuột chế biến việc sử dụng giống dưa chuột tạo quả không hạt (Parthenocarpic) là rất cần thiết.

Những giống này có tiềm năng năng suất cao, dễ áp dụng các biện pháp canh tác

phấn. Để tạo được giống dưa chuột dạng này, De Ponti (1976) đã tiến hành chọn lọc sau khi lai giữa dạng dưa chuột muối chua với dưa chuột ăn tươi. Những dòng tốt nhất có tỷ lệ hoa cái cao và tỷ lệ đậu quả là 90% (hơn 75 quả/cây trong vòng 6 tuần).

Kiểu gen lý tưởng của các giống dưa chuột chế biến trồng trong nhà lưới là:

số quả/cây cao, lá rộng, lóng ngắn, chiều dài và đường kính quả cao, sinh trưởng vô hạn (Golabadi & cs., 2015).

Chọn giống dưa chuột trồng trong nhà kính, nhà lưới ứng dụng công nghệ cao Dưa chuột được sản xuất trong nhà kính, nhà lưới ở rất nhiều nơi trên thế giới.

Dưa chuột là cây trồng ưa ấm, với điều kiện nhiệt độ thích hợp là 26-280C và nhiều ánh sáng. Dạng dưa chuột đầu tiên trồng trong nhà kính, nhà lưới ở Florida là dạng dưa chuột không hạt của châu Âu với quả dài 28-35 cm, khối lượng trung bình quả khoảng 400-500g, có vị ngọt, mát, không hạt và vỏ mỏng. Dưa chuột trong nhà kính dạng của châu Âu là dưa chuột parthenocarpic (tạo quả không qua thụ phấn). Dạng dưa chuột trong nhà kính phải đơn tính cái Gynoecious hoặc dạng nhiều hoa cái. Với dưa chuột trồng trong nhà lưới dạng parthenocarpic, nếu có tác nhân thụ phấn quả sẽ tạo hạt, cong thắt và có vị đắng. Vì vậy, tạo giống dưa chuột trồng trong nhà lưới thì nhà lưới phải đảm bảo cách ly hoàn toàn với ong bướm cũng như các tác nhân có thể thụ phấn khác (Oliva, 2005).

Ở Hà Lan, dưa chuột là cây rau quan trọng thứ 3, khoảng 80% sản lượng sản phẩm được xuất khẩu, hơn ắ trong số đú được xuất cho Đức, tiếp theo là Anh, Pháp và Scandinavia. Dưa chuột ở Hà Lan chủ yếu được trồng trong giá thể ở các mùa vụ trong năm. Các giống dưa chuột của Hà Lan có khả năng chống chịu bệnh hại rất tốt và không bị đắng. Các giống dưa chuột trồng trong nhà kính của Hà Lan có đặc điểm quả rất đồng đều, màu xanh đậm, thịt quả dày và quả dài. Hà Lan còn là một trong những quốc gia có kinh nghiệm chọn tạo cây trồng nói chung và dưa chuột nói riêng từ lâu đời. Các công ty giống lâu đời nhất được đặt tại miền Tây Bắc Hà Lan gần thành phố Enkhuizen. Có rất nhiều các chuyên gia chọn tạo giống ở Hà Lan. Hà Lan cũng là nơi thu hút được rất nhiều các chuyên gia chọn tạo giống từ các nước khác nhau như Mỹ, Nhật, Pháp. Các nước này cũng thành lập nhiều các chi nhánh để kinh doanh và nghiên cứu với các nhà tạo giống của Hà Lan.

Chính điều đó cũng góp phần làm nâng cao trình độ chuyên môn cho các nhà tạo giống ở Hà Lan (Trần Khắc Thi, 1985).

Giống dưa chuột trồng trong nhà kính, ngoài việc đảm bảo yêu cầu về năng suất chất lượng quả cũng như thị hiếu tiêu dùng thì nghiên cứu sâu bệnh hại cho dưa chuột trong nhà kính là vấn đề hết sức quan trọng. Một trong những đối tượng sâu hại quan trọng ảnh hưởng đến phát triển dưa chuột trong nhà kính, nhà lưới là bọ trĩ (Thripanmi). Jan de Kogel & cs. (1997) cho rằng, với tầng lá non và cây đang ra hoa đậu quả là điều kiện thuận lợi cho bọ trĩ sinh sôi nảy nở. Cùng với bọ trĩ thì bọ phấn (Bemisia tabaci G.) cũng là đối tượng rất nguy hiểm cho sản xuất rau trong nhà kính nói chung và dưa chuột nói riêng. Việc nghiên cứu các biện pháp hóa học để trừ bọ phấn cho dưa chuột sản xuất trong nhà kính từ những năm 80 của thế kỷ XX.

Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột ưu thế lai trên thế giới

Đặc điểm di truyền cây dưa chuột

Phương pháp bố trí thí nghiệm