Tài liệu Khảo sát chọn giống khoai tây kháng bệnh sương mai bằng chỉ thị phân tử dna

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------- ---------- LÂM MAI TÙNG KHẢO SÁT CHỌN GIỐNG KHOAI TÂY KHÁNG BỆNH SƯƠNG MAI BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI, NĂM 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------- ---------- LÂM MAI TÙNG KHẢO SÁT CHỌN GIỐNG KHOAI TÂY KHÁNG BỆNH SƯƠNG MAI BẰNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ DNA CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ : 60.42.02.01 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN ĐỨC BÁCH HÀ NỘI, NĂM 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ một học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày 15 tháng 7 năm 2015 Tác giả luận văn Lâm Mai Tùng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài tốt nghiệp ngoài sự cố gắng của bản thân tôi đã nhận được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ nhiệt tình của thầy cô, bạn bè và người thân. Trước tiên, tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Nguyễn Đức Bách người đã định hướng nghiên cứu, tận tình chỉ bảo, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn tốt nghiệp này. Tôi xin được cám ơn chân thành PGS.TS. Phan Hữu Tôn, ThS. Tống Văn Hải, Bộ môn Sinh học phân tử và Công nghệ Sinh học ứng dụng, Khoa Công nghệ Sinh học đã tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình tôi thực hiện luận văn tại Bộ môn. Tôi cũng xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các Thầy, Cô trong Khoa Công nghệ sinh học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam những người đã trực tiếp giảng dạy, trang bị những kiến thức bổ ích trong suốt khoảng thời gian tôi học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, với tất cả lòng kính trọng và biết ơn vô hạn, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người luôn bên cạnh động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài. Hà Nội, ngày 15 tháng 7 năm 2015 Học viên Lâm Mai Tùng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................... 1 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... iii MỤC LỤC ............................................................................................................. iv DANH MỤC BẢNG .............................................................................................. vi DANH MỤC HÌNH ..............................................................................................vii DANH MỤC VIẾT TẮT ......................................................................................viii MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 1 Tính cấp thiết của đề tài ................................................................................ 1 2 Mục tiêu và yêu cầu của đề tài ...................................................................... 2 2.1 Mục tiêu ........................................................................................................ 2 2.2 Yêu cầu ......................................................................................................... 2 Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .................................................................... 3 1.1 Giới thiệu chung về cây khoai tây ................................................................. 3 1.1.1 Nguồn gốc .................................................................................................... 3 1.1.2 Phân loại ....................................................................................................... 3 1.1.3 Đặc điểm thực vật học................................................................................... 4 1.1.4 Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây khoai tây ............................................ 5 1.1.5 Giá trị dinh dưỡng của cây khoai tây .............................................................. 7 1.2 Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới...................................................... 8 1.3 Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt nam ..................................................... 10 1.4 Bệnh mốc sương trên cây khoai tây ............................................................. 11 1.4.1 Lịch sử phát hiện......................................................................................... 11 1.4.2 Phạm vi phân bố ......................................................................................... 12 1.4.3 Triệu chứng................................................................................................. 12 1.4.4 Nguyên nhân gây bệnh ................................................................................ 13 1.4.5 Điều kiện phát sinh phát triển ...................................................................... 15 1.5 Chỉ thị phân tử và những ứng dụng ............................................................. 16 1.5.1 Khái niệm về chỉ thị phân tử ....................................................................... 16 1.5.2 Chỉ thị phân tử và chọn tạo giống khoai tây kháng bệnh sương mai ............ 21 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page iv Chương II. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 30 2.1 Vật liệu nghiên cứu ..................................................................................... 30 2.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu ................................................................ 31 2.3 Nội dung nghiên cứu ................................................................................... 31 2.4 Phương pháp nghiên cứu ............................................................................. 31 2.4.1 Ngoài đồng ruộng ....................................................................................... 31 2.4.2 Phương pháp đánh giá một số chỉ tiêu nông sinh học .................................. 32 2.4.3 Phương pháp PCR phát hiện gen kháng sương mai R1 và R3a .................... 34 2.4.4 Phân lập mẫu bệnh sương mai khoai tây Phytophthora infestans ................. 36 2.4.5 Đánh giá bệnh bằng lây nhiễm nhân tạo ...................................................... 37 Chương III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ........................................................ 38 3.1 Đặc điểm nông sinh học một số mẫu giống khoai tây vụ đông xuân ............ 38 3.1.1 Thời gian sinh trưởng qua các giai đoạn ...................................................... 38 3.1.2 Đặc điểm thân ............................................................................................. 44 3.1.3 Đặc điểm lá ................................................................................................. 48 3.1.4 Đặc điểm hoa, quả của các mẫu giống khoai tây ......................................... 52 3.1.5 Đặc điểm củ khoai tây ................................................................................. 56 3.1.6 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất ............................................... 60 3.2 Đánh giá mức độ nhiễm bệnh ngoài đồng ruộng.......................................... 63 3.2.1 Bệnh sương mai hay mốc sương.................................................................. 66 3.2.2 Bệnh đốm lá ................................................................................................ 67 3.2.3 Bệnh héo xanh ............................................................................................ 67 3.2.4 Bệnh héo vàng ............................................................................................ 67 3.2.5 Bệnh hại do virut gây ra .............................................................................. 68 3.2.6 Sâu xám ...................................................................................................... 68 3.3 Kết quả PCR phát hiện gen kháng sương mai R1 và R3a ............................ 68 3.4 Phân lập nấm bệnh sương mai và lây nhiễm đánh giá khả năng nhiễm ........ 72 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 74 1 Kết luận ...................................................................................................... 74 2 Đề nghị ....................................................................................................... 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 75 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Năng suất protein và năng lượng của một số cây lương thực................. 7 Bảng 1.2 Năng suất khoai tây của 5 nước đứng đầu thế giới trong 2 năm 2012- 2013 .. 10 Bảng 2.1 Bảng các mẫu giống nghiên cứu ......................................................... 30 Bảng 2.2 Các chỉ thị phân tử DNA sử dụng để phát hiện gen R1, R3a kháng sương mai ........................................................................................... 36 Bảng 3.1 Thời gian sinh trưởng ......................................................................... 41 Bảng 3.2 Đặc điểm thân của các mẫu giống ....................................................... 46 Bảng 3.3 Đặc điểm lá của các mẫu giống .......................................................... 49 Bảng 3.4 Đặc điểm hoa, quả của các mẫu giống khoai tây ................................. 54 Bảng 3.5 Đặc điểm củ khoai tây ........................................................................ 56 Bảng 3.6 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất. ...................................... 60 Bảng 3.7 Mức độ nhiễm một số bệnh ngoài đồng ruộng .................................... 64 Bảng 3.8 Mức độ nhiễm một số bệnh ngoài đồng ruộng .................................... 70 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Cây khoai tây ....................................................................................... 5 Hình 1.2 Thành phần dinh dưỡng trong 100 gam củ khoai tây sau khi luộc và nướng . 8 Hình 1.3 Bản đồ các gen kháng đặc hiệu chủng bệnh mốc sương ở khoai tây ... 22 Hình 1.5 Bản đồ gen RB/Rpi-blb1 .................................................................... 23 Hình 1.6 Bản đồ gen Rpi-blb2 .......................................................................... 25 Hình 3.1 Các dạng lá khoai tây ......................................................................... 52 Hình 3.2 Các dạng thân lá khoai tây ................................................................. 52 Hình 3.3 Hoa và quả khoai tây ......................................................................... 55 Hình 3.4 Một số hình ảnh về màu vỏ củ .......................................................... 59 Hinh 3.5 Điện di sản phẩm PCR phát hiện gen kháng R1 ................................. 69 Hình 3.6 Điện di sản phẩm PCR phát hiện gen kháng R3a ............................... 69 Hình 3.7 Lây nhiễm đánh giá nhân tạo ............................................................. 73 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page vii DANH MỤC VIẾT TẮT DNA Deoxyribo Nucleic Acid PCR Polymerase Chain Reaction CTAB Cetyl trimethyl Ammonium Bromide PCR Polymerase Chain Reaction EDTA Ethylendiamin Tetraacetic Acid ALP Amplicon length polymorphism AFLP Amplified fragment lenght polymorphism RAPD Random amplified polymorphic DNA RGA Resistance Gene Analog SSR Single sequence repeat, microsetellite SNPs Single nucleotide polymorphism SSCP Single strand confortmation polimophism STS Sequence Tagged site MRDHV Moderately repeat, dispersed and highly variable DNA, minisatelite Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Khoai tây có tên khoa học là Solanum tuberosum L., thuộc họ Solanaceae, có nguồn gốc từ vùng núi Andes của Bolivia và Peru, là cây trồng ngắn ngày, chiếm một vị trí quan trọng trong các cây lương thực, thực phẩm phục vụ cho con người. Hiện nay, khoai tây là loài cây trồng lấy củ rộng rãi nhất thế giới, được trồng phổ biến thứ tư về mặt sản lượng lương thực sau lúa, lúa mì và ngô. Chúng có đặc điểm rất dễ trồng, cho thu hoạch nhanh và thích ứng với các điều kiện môi trường khác nhau (International Year of the Potato. 2008; Jeff Chapman và cs. 2011). Tuy nhiên, khoai tây thường hay nhiễm một số bệnh hại làm ảnh hưởng không nhỏ đến năng suất và chất lượng củ. Bệnh hại trên khoai tây rất đa dạng, phong phú về thành phần và nguyên nhân gây bệnh như: bệnh sương mai, bệnh héo vàng, bệnh đốm lá, bệnh héo rũ vi khuẩn, bệnh xoăn lá do virus….Trong đó bệnh sương mai do nấm Phytophthora infestans gây ra bệnh hại nghiêm trọng bậc nhất, gây thiệt hại 16% năng suất trên toàn thế giới (Haverkort A và cs. 2009). Bệnh có thể lây nhiễm toàn bộ cây, bao gồm thân lá và củ (Fry W. 2008). Để đối phó với dịch bệnh, tạo sự phát triển bền vững và giảm lượng thuốc bảo vệ thực vật tạo ra sản phẩm sạch thì việc tạo ra giống khoai tây mới với khả năng kháng cao với Phytophthora infestans được coi là chiến lược bền vững cho việc trồng khoai tây trong tương lai. Nhờ sự phát triển mạnh mẽ của sinh học phân tử, công nghệ chọn tạo giống nhờ chỉ thị phân tử ra đời đã rút ngắn thời gian chọn tạo giống, đảm bảo độ chính xác và quy tụ được nhiều gen mục tiêu vào một giống mà phương pháp chọn giống truyền thống rất khó hoặc không thể thực hiện được. Để tạo được giống khoai tây mới thì việc đầu tiên là phải có nguồn gen kháng và chỉ thị phân tử liên kết với các gen kháng đó, sau đó đánh giá và xác định khả năng kháng bệnh sương mai của các giống để sử dụng trong công tác lai tạo giống sau này. Gen kháng bệnh sương mai đã được lai tạo từ các loài dại S. demissum, S. stoloniferum và S. tuberosum subsp. andigena, S. phureja là các loài khoai tây trồng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1 phổ biến ở khắp nơi trên thế giới (Bradshaw và cs. 2006). Loài S. demissum của Mexico mang gen kháng bệnh sương mai là nguồn cung cấp 11 gen trội R (R1-R11) đã được lai với S. tuberosum trong những năm 1950 và 1960 để tạo giống kháng (Bradshaw và Ramsay, 2005). Gen R1, R3a là gen kháng chủng đặc hiệu với Phytophthora infestans đã được lai tạo vào giống khoai tây truyền thống (Umaerus và Umaerous, 1994). Bên cạnh đó, người ta đã xác định được một hệ thống các marker phân tử DNA liên kết với các gen kháng đã được phát triển và hỗ trợ đắc lực cho chương trình chọn tạo giống khoai tây kháng bệnh sương mai. Các chỉ thị phân tử DNA dựa trên PCR cho gen R1 là R1F/R(76-2sf2/76-2SR)), gen R3a là R3-1380 đã được nhiều nhà chọn giống trên thế giới sử dụng để phát hiện và chọn lọc giống khoai tây kháng bệnh sương mai. Trong những năm gần đây, Trung tâm Bảo tồn và Phát triển Nguồn gen Cây trồng, Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã thu thập và lưu trữ được tập đoàn các mẫu giống khoai tây rất đa dạng và phong phú. Để khai thác được nguồn gen này phục vụ công tác lai tạo giống kháng bệnh sương mai chúng tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Khảo sát chọn giống khoai tây kháng bệnh sương mai bằng chỉ thị phân tử DNA” 2. Mục tiêu và yêu cầu của đề tài 2.1. Mục tiêu Đánh giá được đặc điểm nông sinh học của các giống khoai tây từ đó chọn được các giống khoai tây cho năng suất cao, chất lượng tốt; Phát hiện được các giống khoai tây chứa gen kháng bệnh sương mai R1 và R3a 2.2. Yêu cầu Đánh giá được đặc điểm nông sinh học và khả năng kháng sâu bệnh. Phân lập các mẫu nấm sương mai (Phytophthora infestans) trên khoai tây. Đánh giá khả năng kháng nhiễm của các mẫu giống trên đồng ruộng. Dùng chỉ thị phân tử DNA phát hiện được các gen kháng R1, R3a trong các mẫu giống khoai tây. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 2 Chương I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Giới thiệu chung về cây khoai tây 1.1.1 Nguồn gốc Cây khoai tây ( Solanumtuberosum L.) có nguồn gốc ở vùng cao nguyên thuộc dãy núi Andes (Nam-châuMỹ) ở độ cao 2000 - 5000 mét. Người Tây Ban Nha lần đầu tiên phát hiện ra cây khoai tây khi họ đặt chân lên thung lũng Magdalenna (Nam Mỹ) của người bản xứ chạy trốn, họ đã tìm thấy cây đậu, ngô và khoai tây. Lúc đó người ta gọi khoai tây là Truffles vì hoa có màu sặc sỡ (Salaman,1949). Các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều di tích lịch sử chứng minh cây khoai tây có từ khoảng 500 năm trước công nguyên. Thời kỳ người Tây Ban Nha chinh phục châu Mỹ thế kỷ 16, nông dân đã trồng hàng trăm giống khoai tây dọc miền núi, bây giờ là Bolivia, Chile, Colombia, Ecuador và Peru (Horton,1987). Ngày nay người da đỏ ở vùng Titicaca vẫn còn trồng những giống khoai tây khởi thủy (Ducreux, 1989). Khoai tây được du nhập vào nước ta là do một người Pháp là giám đốc vườn bách thảo Hà Nội đem vào trồng thử, và nó nhanh chóng được trồng ở nhiều địa phương. Do người Pháp là người đem cây về nước ta và phổ biến cách trồng nên nhân dân ta gọi cây này là "khoai tây" (Vũ Hướng Văn, 2007). Hiện nay, khoai tây được trồng tập trung chủ yếu ở đồng bằng sông Hồng, Sapa, Đà Lạt những vùng có khí hậu mát mẻ, ôn hòa… (Đỗ Kim Chung, 2003). 1.1.2. Phân loại Theo Hawkerkks (1991), khoai tây được phân thành 18 nhóm, trong đó có 68 loài hoang dại, chỉ có 8 loài trồng trọt, chia thành 4 nhóm chủ yếu dựa vào số lượng NST (Tạ Thu Cúc, 2007). Nhóm 1: Diploids : 2n = 2x = 24. S.x arjanhuiri juz.et Buk S. gomiocalyx juz.et Buck S. stenotomum Juz.et Buk Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 3 S. phueja Juz.et Buk. Trong các loài trên, loài S. phueja Juz.et Buk có ý nghĩa lớn nhất với trồng trọt. Nhóm 2 : Triploids : 2n = 3x = 36. S.x chaucha Juz. Et Buk. là dạng lai tự nhiên giữa S. tuberosum subp.Andigena và S. stenotomum. S.xjuzepczukii Buk. Là dạng lai tự nhiên giữa S. acuale và S. snenotomum, phân bố ở trung Peru đến Nam Bolivia, có khả năng kháng bệnh sương mai. Nhóm 3: Tetraploids: 2n = 4x = 48. Có 1 loài là : S. tuberosum L. và 2 loài phụ là : Phân loài tuberosum Phân loài Andigena (juz. Et Buk) Hawkes Nhóm 4 : Pentaploids : 2n = 5x = 60. Có 1 loài là: S. x curtilobum juz et Buk. 1.1.3. Đặc điểm thực vật học Rễ khoai tây trồng từ củ giống chỉ phát triển rễ chùm, có rễ cọc khi trồng bằng hạt, từ rễ cọc phát triển nhiều rễ phụ khác. Ở các thân ngầm dưới mặt đất (còn gọi là tia củ) cũng có khả năng ra rễ, nhưng rễ ngắn và ít phân nhánh. Bộ rễ phân bố chủ yếu trên đất canh tác 0 – 40 cm, nhưng cũng có rễ ăn sâu tới 1.5 – 2m (Tạ Thu Cúc, 2007). Thân khoai tây mọc thẳng, đôi khi có cấu tạo zích zắc, có 3-4 cạnh, cao trung bình từ 40-70cm đến 1-1,2m. Phụ thuộc vào giống, thời kỳ chăm sóc mà chiều cao cây có thể khác nhau. Thân thường có màu xanh hoặc xanh nhạt hay đậm, đôi khi có màu phớt hồng hoặc tím tùy thuộc vào giống Lá hình thành và hoàn thiện theo sự tăng trưởng của cây, bản lá to, lá kép xẻ lông chim, có 3 – 7 đôi mọc đối xứng qua trục và một lá lẻ trên cùng thường lớn hơn gọi là lá chét đỉnh, màu sắc lá phụ thuộc vào giống, thời vụ, điều kiện chăm sóc mà có thể màu xanh, xanh đậm hoặc xanh nhạt, … Hoa khoai tây thường mọc tập trung trên một chùm hoa. Nó thuộc loại hoa lưỡng tính và có cấu tạo 5 : 5 : 5, cuống ngắn. Màu sắc hoa thường trắng, cũng có thể là phớt hồng, tím, hồng, vàng hoặc đỏ v.v... phụ thuộc vào từng loại và giống. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4 Quả khoai tây thuộc loại quả mọng, quả có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình nón. Vỏ quả có màu xanh đôi khi có xọc vằn hoặc đốm, trong quả có hai ngăn chứa hạt và thịt quả, (Tạ Thu Cúc ,2007). Hạt khoai tây thuộc loại rất nhỏ, trọng lượng 1000 hạt chỉ đạt khoảng 0,7g đến 1g. Hạt có dạng ovan dẹt, bên ngoài là vỏ, bên trong có nội nhũ và phôi. Phôi khoai tây có hình chữ U, bên trong chứa hai lá mầm phôi và rễ mầm. Củ khoai tây còn có tên gọi là thân củ hay thân ngầm bởi củ được hình thành là do thân phát triển dưới đất, trong điều kiện bóng tối. Hình dạng củ khoai tây có thể là tròn, elíp, tròn dài, đôi khi hình vuông. Màu sắc củ tuỳ thuộc vào từng giống, có thể là màu trắng, trắng nhạt, vàng, hay vàng nhạt v.v... Mầm khoai tây phát triển từ điểm sinh trưởng của mắt củ, là cơ quan sinh sản vô tính của khoai tây. Màu sắc của mầm khác nhau phụ thuộc vào từng giống có thể màu trắng hoặc màu tím, khi gặp ánh sáng mầm có màu xanh. Hình 1.1 Cây khoai tây 1. Củ khoai tây 3. Hoa khoai tây 2. Lá khoai tây 4. Rễ khoai tây 5. Thân khoai tây 1.1.4 . Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh của cây khoai tây • Nhiệt độ Nhiệt độ trong vụ trồng khoai tây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến khả năng phân bố, thời vụ gieo trồng, quá trình sinh trưởng, phát triển và năng suất của Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5 cây. Tổng nhu cầu nhiệt cho cây khoai tây sinh trưởng và phát triển dao động từ 160C đến 180C. Nhiệt độ trong vụ trồng bình quân dao động từ 16oC – 18oC là thích hợp và cho năng suất cao nhất. Các thời kỳ sinh trưởng và phát triển khác nhau sẽ yêu cầu điều kiện nhiệt độ khác nhau. + Hạt nảy mầm ở nhiệt độ tối thiểu 12oC –15oC và nhiệt độ thích hợp nhất là 18oC – 22oC. Nhiệt độ lớn hơn 25oC làm mầm phát triển chậm và dễ thối. +thời kỳ sinh trưởng thân lá nhiệt độ thích hợp là 200C- 220C. + Thời kỳ phát triển tia củ yêu cầu thời gian chiếu sáng ngắn để thúc đẩy hình thành thân và củ (Mai Thạch Hoành, 2003). • Ánh sáng Khoai tây là cây ưa sáng, cường độ ánh sáng thích hợp cho khoai tây sinh trưởng và cho năng suất cao là từ 40.000 - 60.000 lux. Thời kì từ cây non đến giai đoạn hình thành củ khoai tây đòi hỏi ánh sáng ngày dài (trên 14 h ánh sáng/ngày đêm) để quang hợp và tích luỹ chất dinh dưỡng, đồng thời ra hoa, đậu quả. Thời kì sinh trưởng sinh thực và khi củ bắt đầu hình thành, cây khoai tây cần có thời gian chiếu sáng ngắn. • Độ ẩm Khoai tây là cây có bộ rễ ăn nông, chính vì vậy trong thâm canh để năng suất cao cần phải cung cấp nước thường xuyên cho cây để cây sinh trưởng và phát triển tốt. Các thời kỳ sinh trưởng khác nhau yêu cầu về nước cũng khác nhau. + Thời kỳ trồng đến xuất hiện tia củ cần đảm bảo độ ẩm tối thiểu 60-80 %. + Thời kỳ phát triển củ cần thường xuyên giữ độ ẩm đất là 80 %. Thiếu nước hoặc thừa nước đều ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và phát triển của cây (Mai Thạch Hoành, 2003). • Đất trồng và pH đất Đất trồng khoai tây thích hợp nhất là đất phù sa nhẹ, đất cát pha, đất nhẹ tơi xốp có lượng mùn cao, lớp đất canh tác dày, giữ ẩm tốt, tưới tiêu tốt. Khoai tây có thể phát triển trên đất có pH từ 4,8 - 7,1; pH lý tưởng đối với cây khoai tây là 5,2 - 6,4. Nếu pH trên 7 thì cây khoai tây dễ bị nhiễm bệnh ghẻ củ. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 6 Đất có hàm lượng Chloride cao sẽ làm giảm hàm lượng chất khô của củ. (Trương Văn Hộ, 1990). 1.1.5. Giá trị dinh dưỡng của cây khoai tây Khoai tây vừa là cây lương thực, vừa là cây thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng dinh dưỡng của khoai tây chỉ kém trứng (Leviel,1986). Sử dụng 100g khoai tây có thể đảm bảo ít nhất 8% nhu cầu protein, 3% năng lượng, 10% sắt, 10% vitaminB1 và 20 - 50% nhu cầu vitamin C cho một người trong một ngày đêm (Beukemaetal., 1990; Horton, 1987). Khi xem xét các cây trồng nhiệt đới và cận nhiệt đới (từ 30o vĩ Bắc đến 30o vĩ Nam) VanderZaag (1976) cho rằng, cây khoai tây sinh lợi hơn bất cứ cây trồng nào khác vì đem lại năng suất năng lượng và năng suất protein cao nhất. Bảng 1.1. Năng suất protein và năng lượng của một số cây lương thực Loại cây trồng Kcal/100g NS năng lựợng Tỷlệ protein NS protein (kcal/ngày/ha) (%) (kg/ngày/ha) Khoai tây 90.82 48.64 2.0 1.1 Sắn 185.87 45.12 0.7 0.2 Khoai lang 138.30 48.93 1.5 0.5 Đậu đỗ 400.24 11.72 22.0 0.6 Lúa 420.90 35.10 7.0 0.6 Ngô 138.91 38.97 9.5 0.8 (Nguồn: VanderZaag, 1976) Người ta cho rằng khoai tây không chỉ là lương thực, mà còn là dược phẩm. Qua nghiên cứu, GS.Venket Rao, Khoa dinh dưỡng Trường đại học Y Toronto, Canada cho hay, trong khoai tây có nhiều chất chống ôxy hóa, có khả năng ngăn ngừa quá trình lão hóa, hạn chế sự phát triển của ung thư và một số bệnh khác. Đã phát hiện ra rằng tác dụng giảm ung thư tuyến tiền liệt khi hấp thụ khoai tây thường xuyên. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7 Nước ép củ khoai tây tươi có tác dụng trung hòa độ axít cao trong dạ dày, kích thích tiêu hóa và chữa viêm tuyến dịch vị. Do vậy nhân dân Nga từ xưa đã có kinh nghiệm dùng nước ép khoai tây để uống chữa đau dạ dày. Hình 1.2. Thành phần dinh dưỡng trong 100 gam củ khoai tây sau khi luộc và nướng 1.2. Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới Sản xuất khoai tây trên thế giới đã trải qua những thay đổi lớn. Tính đến đầu những năm 1990, hầu hết khoai tây đã được trồng và tiêu thụ ở châu Âu, Bắc Mỹ và các nước thuộc Liên Xô cũ. Kể từ đó, đã có một sự gia tăng đáng kể trong sản xuất và nhu cầu ở châu Á, châu Phi và Mỹ Latinh, sản lượng khoai tây tăng từ dưới 30 triệu tấn vào đầu năm 1960 với hơn 165 triệu tấn trong năm 2007. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 8 Hình 1.3. Bản đồ phân bố địa lý của trồng khoai tây trên toàn thế giới (Nguồn: RTB Maps) Châu Á và Châu Âu là khu vực sản xuất khoai tây lớn, chiếm hơn 80% sản lượng thế giới trong năm 2007. Trong khi ở châu Phi và châu Mỹ Latinh diện tích trồng chiếm khoảng hơn 20% của toàn thế giới. Bắc Mỹ là nơi sản xuất khoai tây đứng đầu thế giới, khoảng hơn 40 tấn/ha. Châu Á chiếm gần một nửa nguồn tiêu thụ khoai tây của thế giới, nhưng dân số lớn nên sức tiêu thụ bình quân trên đầu người ở mức khiêm tốn 24 kg vào năm 2005, nơi tiêu thụ khoai tây nhiều là châu Âu. Ở châu Phi và châu Mỹ Latinh, tiêu thụ bình quân đầu người thấp nhất, nhưng có dấu hiệu ngày càng tăng. Trung Quốc hiện là nước sản xuất khoai tây lớn nhất, và gần một phần ba tất cả khoai tây được thu hoạch ở Trung Quốc và Ấn Độ. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9 Bảng 1.2. Năng suất khoai tây của 5 nước đứng đầu thế giới trong 2 năm 2012- 2013 STT Nước Khoai tây sản xuất Khoai tây sản xuất năm năm 2012 (Tấn) 2013 (Tấn) 1 Trung Quốc 85.860.000 88.925.000 2 Ấn Độ 45.000.000 45.343.600 3 Liên bang Nga 29.532.530 30.199.126 4 Ukraine 23.250.200 22.258.600 5 Hoa Kỳ 19.165.865 19.843.919 (Nguồn: FAOSTAT, 2014) 1.3. Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt nam Sản xuất khoai tây tại Việt Nam đã đạt đỉnh điểm vào những năm 1979 và 1980 sau đó giảm dần. Một trong những nguyên nhân chủ yếu dẫn đến năng suất thấp và diện tích trồng giảm dần là do thiếu nguồn củ giống tốt (tỷ lệ nhiễm bệnh virus cao, già sinh lý và độ thuần chủng thấp). Biểu đồ 1.1. Diễn biến diện tích, sản lượng khoai tây Việt Nam (giai đoạn 2009 – 2013) (Nguồn: FAOSTAT. 2014) Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 10 Diện tích trồng và sản lượng khoai tây tăng dần qua các năm từ năm 2009 tới năm 2012 nhưng không đáng kể tới năm 2013 diên tích trồng khoai tây giảm tới 42%, nhưng năng suất lại tăng gần 20% so với năm 2012. Diện tích trồng giảm nhưng năng suất không vì thế mà giảm theo đây là một tín hiệu đáng mừng cho ngành sản xuất khoai tây ở nước ta. Tuy nhiên, sản xuất khoai tây cũng còn gặp nhiều khó khăn trong quá trình trồng cũng như chọn tạo giống. Giống khoai tây thường bị thoái hóa do điều kiện ngoại cảnh và đặc biệt là hiện tượng thoái hóa do virus. Chính điều đó đã thúc đẩy các nhà khoa học tìm ra các giải pháp ngăn chặn hiện tượng này. Nguyễn Quang Thạch, Hoàng Minh Tấn và cs (1993); Nguyễn Thị Kim Thanh năm (1998) đã có hàng loạt những công bố kết quả nghiên cứu nhằm hoàn chỉnh quy trình sản xuất khoai tây giống có kích thước nhỏ sạch bệnh, tiến tới hoàn chỉnh hệ thống sản xuất giống khoai tây sạch bệnh có chất lượng cao ở Việt Nam. Năm 2004, Viện Sinh học Nông nghiệp – Trường Đại học Nông nghiệp I đã kết hợp với Bộ môn Sinh lý thực vật – Trường Đại học Nông nghiệp I tiến hành xây dựng và đưa ra một hệ thống sản xuất giống khoai tây hoàn toàn sạch bệnh. Để chủ động khắc phục tình trạng nhiễm virus trên khoai tây năm 2010 Viện sinh học nông nghiệp đã tạo ra dòng khoai tây mới bằng phương pháp protoplast, dòng mới đã được trồng thử nghiệm và cho kết quả rất tốt. 1.4. Bệnh mốc sương trên cây khoai tây 1.4.1. Lịch sử phát hiện Bệnh mốc sương khoai tây lần đầu tiên ghi nhận tại Mêxicô đây cũng được coi là trung tâm đa dạng sinh học của nấm mốc sương. Triệu chứng bệnh được mô tả chi tiết năm 1845 trên cây khoai tây. Bệnh được xác định nguyên nhân là do nấm. Ban đầu Montagne đặt tên nấm là Botrytis infestans (1845), tới năm 1854 nấm được đổi tên thành Peronospora infestans, cho đến năm 1876 nấm được Montagne và Anton de Bary đặt lại là Phytophthora infestans và tên gọi này được tiếp tục gọi tới ngày nay. Sự phát tán của nấm ra thế giới được chia làm hai giai đoạn giai đoạn giữa thế kỉ 19 và giai đoạn thế kỉ 20 cho đến nay. Giai đoạn giữa thế kỉ 19 lúc này khoai tây bắt đầu xuất hiện và được phổ biến rộng rãi trên các nước bắc Mỹ và châu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 11