Tài liệu Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai f1[full]

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ THỊ THỦY NGHIÊN CỨU GÓP PHẦN PHÁT TR IỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HẠT GIỐNG CÀ CHUA LAI F1 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 01 11 Người hướng dẫn: PGS.TS. NGUYỄN VĂN HOAN TS. TRỊNH KHẮC QUANG HÀ NỘI, 2012 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa được sử dụng để bảo vệ bất kỳ một luận án hay công trình khoa học nào. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án đều được ghi rõ nguồn gốc, mọi sự giúp đỡ đã được cảm ơn. Tác giả luận án Lê Thị Thủy ii LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Nguyễn Văn Hoan và TS. Trịnh Khắc Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn chỉnh luận án. Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo Viện Nghiên cứu Rau - Quả, Ban Quản lý Đào tạo, các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền Giống, Khoa Nông học, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin trân trọng cảm ơn các Bộ môn Thực vật, Phòng thí nghiệm Chương trình Tiên tiến- Khoa học Cây trồng, khoa Nông học, Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội, B ộ môn Công nghệ si nh học, Viện Nghiên cứu Rau quả, TS Đặng Thị Vân đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ các phương tiện, trang thiết bị và kinh phí để thực hiện đề tài nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Bộ môn Nghiên cứu Rau – Gia vị, Viện Nghiên cứu Rau quả, các sinh viên thực tập tốt nghiệp từ khóa 48 đến khóa 53 đã cộng tác giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Sau cùng là gia đình đã luôn động viên khích lệ, tạo điều kiện về thời gian, công sức và kinh tế để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này. Tôi xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày ... tháng... năm 2012 Tác giả Lê Thị Thủy iii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vii Danh mục bảng viii Danh mục hình xi MỞ ĐẦU 1 1 Tính cấp thiết của đ ề tài 1 2 Mục tiêu của đề tài 3 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4 5 Những đóng góp mới của luận án 5 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Nguồn gốc, phân loại của cây cà chua 6 6 1.1.1 Nguồn gốc 6 1.2.2 Phân loại 7 1.2 Đặc điểm ra hoa, đậu quả của cây cà chua 9 1.2.1 Đặc điểm thực vật học của hoa cà chua 9 1.2.2 Sự hình thành và phát triển hoa, quả và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thụ phấn ở cây cà chua 1.3 Hiện tượng bất dục ở cà chua và ứng dụng trong chọn tạo giống ưu th ế lai 10 12 1.3.1 Các dạng bất dục ở cà chua 12 1.3.2 Ứng dụng các dạng bất dục đực trong chọn tạo giống cà chua ưu thế lai 18 1.4 Công nghệ sản xuất hạt giống lai cà chua 24 1.4.1 Sản xuất hạt giống cà chua lai sử dụng dòng mẹ hữu dục 25 1.4.2 Sản xuất hạt giống cà chua lai sử dụng dòng mẹ bất dục 28 1.5 Công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai ở Việt Nam 33 iv 1.6 Ảnh hưởng của Gibberellin (GA3) đến sự phát triển hoa của thực vật và ứng dụng trong sản xuất hạt giống ưu thế lai Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36 39 2.1 Vật liệu nghiên cứu 39 2.2 Nội dung nghiên cứu 40 2.2.1 Nội dung 1. Nghiên cứu nguồn vật liệu và lựa chọn dòng mẹ cà chua có vòi nhụy vươn dài, đáp ứng mục tiêu sản xuất hạt giống lai không cần khử đực 2.2.2 40 Nội dung 2. Nghiên cứu xác định một số thông số kỹ thuật cho việc xác lập quy trình định hướng sản xuất hạt giống lai cà chua sử dụng dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 2.2.3 Nội dung 3. Kiểm chứng con lai F1 được sản xuất bằng quy trình mới , không khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 2.2.4 42 45 Nội dung 4. Đề xuất quy trình định hướng sản xuất hạt giống cà chua lai F1, không cần khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 2.3. Các phương pháp nghiên cứu 46 46 2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 46 2.3.2 Phương pháp nghiên cứu tập đoàn 47 2.3.3 Phương pháp nghiên cứu độ dài vòi nhụy 47 2.3.4 Phương pháp chọn thuần và duy trì dòng mẹ cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với GA3 48 2.3.5 Phương pháp phân tích PCR 49 2.3.6 Phương pháp nghiên cứu hạt phấn 49 2.4 Các chỉ tiêu theo dõi 49 2.4.1 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng phát triển 49 2.4.2 Đặc điểm s inh trưởng. 50 2.4.3 Đặc điểm ra hoa, đậu quả 50 2.4.4 Tình hình sâu, bệnh hại trên đồng ruộng 50 2.4.5 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 51 v 2.4.6 Một số chỉ tiêu về đặc điểm quả 51 2.4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất hạt giống lai 51 2.4.8 Chất lượng hạt giống lai 51 2.5 Phương pháp theo dõi và thu thập số liệu 51 2.6 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 52 2.7 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 53 2.7.1 Địa điểm nghiên cứu 53 2.7.2 Thời gian thực hiện 53 Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 54 Nghiên cứu nguồn vật liệu và l ựa chọn dòng mẹ cà chua có vòi nhụy vươn dài đ áp ứng mục tiêu sản xuất hạt giống lai không cần khử đực 3.1.1 Nghiên cứu đánh giá nguồn vật liệu các mẫu giống cà chua 3.1.2 Đánh giá đặc điểm sinh trưởng phát triển của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007 -2008 3.1.3 54 61 Đánh giá mức độ mẫn cảm của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài với GA 3 trong vụ xuân hè 2008. 3.1.4 54 73 Ứng dụng chỉ thị phân tử tìm hiểu gen kiểm soát tính trạng vươn dài vòi nhụy trên các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 3.2 83 Nghiên cứu xác định một số thông số kỹ thuật cho việc xác lập quy trình định hướng sản xuất hạt giống lai cà chua sử dụng dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 3.2.1 87 Ảnh hưởng của thời vụ và điều kiện trồng trọt đến đặc điểm ra hoa của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 3.2.2 87 Ảnh hưởng của thời vụ và điều kiện trồng trọt đến tỷ lệ thụ phấn tự nhiên của các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 92 vi 3.2.3 Nghiên cứu xác định thời điểm thụ phấn phù hợp của dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 trong sản xuất hạt giống cà chua lai 3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ GA3 đến biểu hiện kiểu hình của các dòng mẹ có vòi nhụy mẫn cảm trong vụ xuân hè 2010 3.2.5 122 Kiếm chứng các tổ hợp lai có triển vọng ở một số vùng sản xuất thuộc đồng bằng sông Hồng 3.4 114 Ảnh hưởng của một số vụ trồng đến sinh trưởng phát triển và năng suất của các tổ hợp lai cà chua đ ược sản xuất theo quy trình mới. 3.3.4 108 Đánh giá các tổ hợp lai cà chua được sản xuất bằng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 và dòng bố có vòi nhụy ngắn 3.3.3 108 Ảnh hưởng của mức độ vươn dài vòi nhụy của các dòng bố mẹ đến con lai F1 3.3.2 105 Kiểm chứng con lai F1 được sản xuất bằng quy trình mới, không khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, m ẫn cảm với GA3 3.3.1 104 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gi an bảo quản hạt phấn dòng bố đến năng suất và chất lượng hạt giống cà chua lai F1 3.3 99 Nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi hoa và số lần phun GA3 đến mức độ vươn dài vòi nhụy của các dòng mẹ có vòi nhụy mẫn cảm 3.2.6 93 127 Đề xuất quy trình định hướng sản xuất hạt giống lai cà chua không khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 3.4.1 Quy trình sản xuất hạt giống của THL D17/CA4 3.4.2 Xây dựng mô hình sản xuất hạt giống lai cà chua bằng quy trình mới đề xuất (đối với tổ hợp lai D17/CA4 ) KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 129 129 129 132 1 Kết luận 132 2 Đề nghị 133 Danh mục công trình đã công bố có liên quan đến luận án 134 Tài liệu tham khảo 135 Phụ lục 152 vii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AVRDC Trung tâm Rau thế giới CT Công thức. CS Cộng sự ex Bất dục vòi nhụy vươn dài ra ngoài (cao hơn túi phấn) FAO Tổ chức Nông lương Thế giới DVN Dài vòi nhụy ms Bất dục đực di truyền nhân ( bất dục bào tử thể) KL Khối lượng KLQ Khối lượng quả NS Năng suất NST Nhiễm sắc thể NsT Ngày sau trồng NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu ps Bất dục vị trí ps-2 Bất dục vị trí ps2 sl Bất dục không hình thành nhị SQ Số quả ST Sinh trưởng TB Trung bình TCN Tiêu chuẩn nghành THL Tổ hợp lai TGST Thời gian sinh trưởng TLĐQ Tỷ lệ đậu quả TLVND Tỷ lệ hoa có vòi nhụy vươn dài TYLCV Bệnh xoăn vàng lá virút ƯTL Ưu thế lai VNVD Vòi nhụy vươn dà i VNCRQ Viện Nghiên cứu Rau quả viii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng 1.1 Phân loại hệ thống sinh sản của các loài trong chi Lycopersicon 1.2 Một số bước cần thiết trong quy trình sản xuất hạt giống cà chua lai Trang theo các phương pháp khác nhau 1.3 15 24 Ưu nhược điểm của việc sử dụng các dạng bất dục đực khác nhau trong sản xuất hạt giống cà chua lai F1 29 2.1 Thông tin về marker sử dụng trong nhiên cứu 41 3.1 Phân loại theo mục đích sử dụng 54 3.2 Phân loại theo thời gian sinh trưởng 56 3.3 Phân loại dựa trên các đặc điểm hoa và bao phấn 58 3.4 Một số đặc điểm sinh trưởng của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007 - 2008 3.5 Tình hình nhiễm một số sâu bệnh hại chính của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007 -2008 3.6 67 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống có vòi nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007 -2008 3.8 64 Đặc điểm ra hoa và đậu quả của các mẫu giống cà chua có vòi nhuỵ vươn dài trong vụ đông xuân 2007-2008 3.7 62 69 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài 70 3.9 Chỉ số chọn lọc và giá trị của các dòng được chọn. 72 3.10 Ảnh hưởng của GA3 đến một số đặc điểm hình thái của các mẫu giống cà chua trong vụ xuân hè 2008 3.11 Ảnh hưởng của GA3 đến khả năng vươn dài vòi nhụy của một số mẫu giống cà chua trong vụ xuân hè 2008 3.12 74 76 Ảnh hưởng của GA3 đến khả năng đậu quả của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài trong vụ xuân hè 2008 78 ix 3.13 Ảnh hưởng của GA3 đến khả năng kết hạt của các mẫu giống cà chua trong vụ xuân hè 2008 3.14 80 Một số đặc điểm cơ bản của các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với GA3 ở ngoài đồng trong vụ đông 2010. 82 3.15 Tỉ lệ cá thể có phản ứng dương với các marker 84 3.16 Tỷ lệ hoa vươn dài vò i nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với GA3 ở các thời vụ khác nhau trong điều kiện ngoài đồng 3.17 Tỷ lệ hoa có vòi nhụy vươn dài của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với GA3 ở các thời vụ khác nhau trong điều kiện nhà lưới 3.18 100 Ảnh hưởng của nồng độ GA3 đến chất lượng hạt phấn của dòng D5, D17 trong vụ xuân hè 2009 3.27 98 Ảnh hưởng của nồng độ GA3 đến tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài của dòng D5, D17 trong vụ xuân hè 2009 3.26 96 Ảnh hưởng của tuổi hoa mẹ đến chất lượng hạt giống lai cà chua tổ hợp D5x FM372C trong vụ đông xuân 2009-2010 3.25 96 Ảnh hưởng của tuổi hoa dòng mẹ khi lai đến năng suất hạt lai của tổ hợp lai D5x FM372C trong vụ đông xuân 2009 -2010 3.24 94 Ảnh hưởng của tuổi hoa của dòng mẹ khi lai đến tỷ lệ đậu quả của tổ hợp lai D5 x FM372C trong vụ đông xuân 2009 -2010 3.23 92 Khả năng kết hạt và đậu quả của dòng D5 tại các thời điểm khử đực khác nhau, trong điều kiện vụ đông xuân 2009 -2010 3.22 91 Tỷ lệ thụ phấn tự nhiên của các dòng mẹ mẫn cảm với GA3 ở một số thời vụ trồng 3.21 90 Độ vươn dài vòi nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với GA3 trong điều kiện ngoài đồng và nhà lưới 3.20 88 Tỷ lệ đậu quả của các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với GA3 tại các thời vụ khác nhau trong điều kiện ngoài đồng v à nhà lưới 3.19 87 102 Ảnh hưởng của nồng độ GA3 đến khả năng thụ phấn của dòng D5, D17 trong vụ xuân hè 2009 103 x 3.28 Ảnh hưởng của tuối hoa và số lần phun GA3 đến tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài 104 3.29 Sức sống hạt phấn trước và sau khi bảo quản 106 3.30 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản hạt phấn đến khả năng kết hạt của tổ hợp lai D17/CA4 3.31 Ảnh hưởng của độ vươn dài vòi nhụy dòng mẹ đến mức độ vươn dài vòi nhụy của con lai F1. 3.32 109 Mối quan hệ về tỷ lệ đậu quả, năng suất cá thể của các dòng mẹ và con lai F1 3.33 107 110 Ảnh hưởng của độ vươn dài vòi nhụy của dòng mẹ đến mức độ vươn dài vòi nhụy của con lai F1. 111 3.34 Đặc điểm sinh trưởng, phát triển của dòng bố 114 3.36 Năng suất của các tổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008- 2009 118 3.37 Đặc điểm quả của các tổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008-2009 120 3.38 Tình hình nhiễm sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các t ổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008-2009 121 3.39 Đặc điểm sinh trưởng của một số t ổ hợp lai cà chua trong các vụ trồng. 123 3.40 Đặc điểm ra hoa của một số tổ hợp lai cà chua ở các mùa vụ. 124 3.41 Năng suất và các yếu tố tạo thành năng suất của các t ổ hợp lai cà chua ở các vụ trồng. 3.42 Tình hình nhiễm một số bệnh hại chính của các tổ hợp lai cà chua trong vụ đông xuân 2009 -2010 3.43 3.45 126 Một số đặc điểm nông sinh học của các tổ hợp lai ở một số vùng sản xuất trong vụ xuân hè 2010 3.44 125 127 Năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của các t ổ hợp lai ở một số vùng sản xuất trong vụ xuân hè 2010. 128 Kết quả thử nghiệm quy trình 130 xi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 1.1 So sánh một số hệ thống phân loại khác nhau được sử dụng trên thế giới 1.2 Một số dạng bất dục ở cây cà chua 14 2.1 Mô hình xác định các vị trí của vòi nhụy trên hoa cà chua 47 2.2 Mô hình các bộ phận của hoa cà chua 47 3.1 Vòi nhụy vươn dài, bao phấn không dính nhau ở đầu 59 3.2 Vòi nhụy ngắn 59 3.3 Vòi nhụy vươn dài, bao phấn không dính nhau hoàn toàn 59 3.4 Bất dục ps 59 3.5 Phân loại các mẫu giống nghiên cứu theo tỷ lệ hoa có vòi nhụy cao hơn bao phấn 3.6 8 61 Tỷ lệ hoa có vòi nhuy dài ở công thức phun và k hông phun GA3 trong vụ xuân hè 2008 77 3.7 Hoa có VNVD vừa phải 81 3.8 Hoa có vòi nhụy siêu dài 81 3.9 Điện di sản phẩm PCR với một số marker 86 3.10 Hoa dòng mẹ phù hợp để phun GA3 98 3.11 Hoa dòng mẹ phù hợp để thụ phấn 98 3.12 Tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài của dòng D5, D17 ở các nồng độ phun GA3 trong vụ xuân hè 2009 101 3.13 Tỷ lệ nảy mầm của hạt phấn dòng D17 công thức phun GA3 (400ppm) 102 3.14 Tỷ lệ nảy mầm của hạt phấn dòng D17 – công thức phun nước lã 102 3.15 Mức độ vươn dài vòi nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy dài và 3.16 con lai F1 113 Các THL triển vọng 128 1 MỞ ĐẦU 1 Tính cấp thiết của đề tài Cây cà chua (Lycopersicon esculentum L.) thuộc họ Cà ( Solanaceae) là một trong những loại rau ăn quả quan trọng nhất trên thế giới. Quả cà chua vị ngọt tính mát, giải nhiệt , chống hoại huyết, kháng khuẩn, lọc máu, nhuận tràng, giúp tiêu hoá tố t. Ngoài ra cà chua còn là loại cây dễ canh tác, thích hợp trồng ở nhiều nơi, mang lại giá trị kinh tế cao so với nhiều loại cây trồng khác. Sản xuất cà chua trên toàn thế giới đạt 141.400.629 tấn trong năm 2009 với diện tích gieo trồng 4.980.424 ha, tăng gần 20% so với năm 2000 (4.022.729 ha). Bên cạnh đó lượng hạt giống lai được sản xuất và thương mại trên thế giới cũng tăng từ 590.000 tấn (năm 2000) lên xấp xỉ 850.000 tấn (năm 2009) (FAOSTAT, 2009) [81]. Hạt giống cà chua được sản xuất ở hầu hết các q uốc gia nhưng chủ yếu tập trung ở những nước có nhân công lao động rẻ như Ấn độ, Thái Lan, Trung Quốc…. Tại Thái Lan, hạt giống cà chua luôn đứng đầu về giá trị xuất khẩu, với mức tăng trung bình 20,6%/năm so với năm 2000 và mang lại khoảng 800-900 nghìn baht mỗi năm (Jirasak, 2006) [110] Cà chua rất thích hợp cho sản xuất hạt lai với hệ số nhân giống lớn. Sử dụng hạt giống cà chua lai có nhiều lợi thế hơn hẳn các giống cà chua thuần về tính chín sớm, năng suất, khả năng chống chịu, độ đồng đều…. Nhưng do chi phí cho sản xuất hạt giống lai cao gấp 20 - 30 lần so với hạt giống thuần do khử đực và thụ phấn bằng tay, đã tạo tâm lý hạn chế sử dụng các giống lai của người nông dân (Atanassova.B, Georgiev Hr., 2002) [38]. Vì vậy, cần có những nỗ lực để giảm giá thành sản xuất hạt giống lai mở rộng việc sử dụng các giống lai trong sản xuất. Những năm qua rất nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc làm thuận lợi hơn quá trình sản xuất hạt giống lai ở cây cà chua. Nổi bật nhất là công nghệ sản xuất hạt giống sử dụng các dòng mẹ bất dục đực chức năng : bất dục vị trí ( positional sterile - ps), bất dục vị trí 2 (positional sterile 2 - ps 2) và bất dục vòi nhụy cao hơn bao phấn (excerted stigma - ex) được ứng dụng rộng rãi ở một số quốc gia như 2 Cộng hòa Séc, Moldova, Ba Lan và Bulgaria (tại Bungari có trên 80% hạt giống cà chua lai được sản xuất từ các dòng mẹ bất dục) (Atanassova, 1999)[35]. Trong đó, những kết quả nghiên cứu về bất dục vòi nhụy vươn dài chủ yếu là kết hợp với các bất dục đực di truyền nhân (male sterile – ms), bất dục vị trí (ps, ps2) nhằm làm thuận lợi hơn quá trình thụ phấn. Tuy nhiên, việc ứng dụng dạng bất dục vòi nhụy vươn dài trong sản xuất hạt lai F1 vẫn còn nhiều hạn chế do sự biến động của tính trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn rất mẫn cảm với sự thay đổi của môi trường, tỷ lệ tự thụ cao , đôi khi con lai F1 của các dòng mẹ có vòi nh ụy cao hơn bao phấn > 2mm cho tỷ lệ đậu quả thấp do di truyền tính trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn từ dòng mẹ . Mặc dù vậy, sử dụng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài vẫn là một trong những hướng nghiên cứu nhiều hứa hẹn nhằm đơn giản hơn công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai đang được nhiều nước trên thế giới theo đuổi. Ở Việt Nam, cây cà chua mới được trồng khoảng trên 100 năm. Nhưng do điều kiện thời tiết thuận lợi, trồng cà chua giúp thúc đẩy việc khai thác lao động, hạn chế lao động dư thừa, tăng thu nhập cho người nông dân, nên cà chua được t rồng ở hầu hết ở các tỉnh, thành với nhiều vụ trong năm. Diện tích gieo trồng cây cà chua hàng năm khoảng 23-24 nghìn ha (năm 2009 là 23,566 ha) [83], nhu cầu hạt giống tăng từ 3.000kg năm 2000 đến 4.300kg năm 2005 (Trần Văn Lài và cs, 2005) [7]. Lượng hạt giống cà chua thuần trong nước dần được thay thế bằng các giống F1 nhập nội. Sự đa dạng, phong phú của trên 50 chủng l oại giống cà chua khác nhau từ những giống quả nhỏ, ăn tươi, chế biến cho đến các giống sinh trưởng vô hạn thích hợp với những vùng trình độ thâm canh cao bước đầu đã đáp ứng được yêu cầu của sản xuất. Ngoài ra hạt giống cà chua của các công ty nước ngoài có chất lượng tốt và bộ giống này liên tục được đổi mới theo từng năm, nên đã chiếm lĩnh được phần lớn thị phần thương mại hạt giống cà chua trong nước. Tuy nhiên giá hạt giống lai nhập nội cao gấp 2 - 3 lần hạt giống được sản xuất trong nước, trung bình 2 0 - 25 triệu đồng/1 kg, thậm chí > 40 triệu/kg với giống cà chua quả nhỏ (cherry). Mặt khác, các giống nhập nội thường thể hiện tính phù hợp không cụ thể cho từng vùng sinh thái, không chủ động giống trong sản xuất. 3 Những năm gần đây các Trường đại học, các Viện nghiên cứu trong cả nước cũng đã cho ra đời một loạt giống cà chua mới như HT7, HT42, HT160. FM20, FM29, lai số 9, HPT10, VT3,...đã giúp sản xuất cà chua của Việt Nam tiến những bước đáng kể. Mặc dù vậy, các giống này chỉ chiếm một tỉ lệ k hiêm tốn trên thị trường giống trong nước, khoảng 5 -7% (Trần Văn Lài và cs , 2005) [7]. Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến việc các giống cà chua được tạo ra trong nước chậm đưa vào sản xuất. Một trong những nguyên nhân quan trọng đó là công nghệ sản xuất hạt giống cà chua phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết khí hậu , chi phí cho khử đực hoa mẹ cao. Bên cạnh đó, những nghiên cứu về hoàn thiện công ng hệ sản xuất như trồng trọt, lai , sau thu hoạch, bảo quản và chế biến nhằm nâng cao chất lượng hạt giống, hạ giá thành sản phẩm vẫn còn nhiều hạn chế. Trên cơ sở đánh giá các các dòng cà chua bất dục chức năng (vòi nhụy cao hơn bao phấn) tại Viện Nghiên cứu Rau quả . Đề tài ”Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1" được tiến hành nhằm lựa chọn các dạng bất dục vòi nhụy vươn dài có kích hoạt bổ sung GA3, phù hợp làm mẹ , để xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 hoàn toàn không phải khử đực . 2 Mục tiêu của đề tài Xác định được các dòng mẹ cà chua có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 phù hợp cho sản xuất hạt giống cà chua lai F1 (không phải khử đực) tại vùng đồng bằng sông Hồng. Bước đầu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử đực, thông qua sử dụng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3. 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 3.1 Ý nghĩa khoa học Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống ở Việt nam về tính bất dục vòi nhụy vươn dài ở hoa cà chua. Trên cơ sở đánh giá biểu hiện hình thái, kiểm tra sự có mặt của các gen k iểm soát độ dài vòi nhụy bằng chỉ thị phân tử 4 để lựa chọn các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài phù hợp cho mục tiêu sản xuất hạt giống lai không cần khử đực dòng mẹ . Kết quả nghiên cứu của đ ề tài bổ sung thêm cở sở khoa học cho việc ứng dụng các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài ở mức vừa phải, có kích hoạt bổ sung GA3 để xây dựng công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử đực dòng mẹ, phù hợp với điều kiện sinh thái vùng đồng bằng sông Hồng. 3.2 Ý nghĩa thực tiễn - Đề tài đã tuyển chọn được các dòng cà chua ưu tú có vòi nhụy vươn dài: D4, D5, D9, D16, D17; mẫn cảm với GA3 phù hợp để sử dụng làm mẹ trong sản xuất hạt giống lai F1 không cần khử đực, cho con lai F1 bình thường. - Kết quả nghiên cứu đề tài đã thiết lập được quy trình định hướng sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử đực dòng mẹ phù hợp với sinh thái vùng đồng bằng sông Hồng, giúp hạ giá thành sản xuất hạt giống. 4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Đề tài sử dụng các giống cà chua địa phương trong nước, các dòng cà chua từ Trung tâm Nghiên Rau Thế giới (AVRDC), các dòng thuần được phân lập từ các giống lai F1 nhập nội. 4.2 Phạm vi nghiên cứu - Đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu về cá c dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài, sử dụng trong sản xuất hạt lai F1 không khử đực dòng mẹ phù hợp cho sinh thái vùng đồng bằng sông Hồng - Quá trình nghiên cứu nguồn vật liệu khởi đầu, quá trình lai tạo, tuyển chọn các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với GA3, thiết lập các thông số kỹ thuật và thử nghiệm quy trình sản xuất hạt giống lai được thực hiện tại Viện Nghiên cứu Rau quả. Kiểm chứng con lai F1 và xây dựng mô hình trình diễn tại các địa phương Hưng Yên, Hà Nội. 5 5 Những đóng góp mới của luận án - Kết quả nghiên cứu của luận án đã phát hiện và chọn lọc được một số dòng cà chua có vị trí vòi nhụy so với bao phấn ở mức 3-2 ( độ vươn dài vòi nhụy <1,5mm), mẫn cảm với GA3 và làm rõ hơn tính trạng vòi nhụy v ươn dài mẫn cảm với GA3 là một tính trạng di truyền số lượng, được kiểm soát đa gen . - Bước đầu đề xuất hướng nghiên cứu về việc sử dụng các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài trong sản xuất hạt giống lai F1 hoàn toàn không phải khử đực, khi sử dụng đồn g thời tính trạng vòi nhuỵ vươn dài ở mức vừa phải, mẫn cảm với GA3 của các dòng mẹ và chọn được loại hình dòng bố phù hợp có vòi nhụy ngắn. - Xác định được một số thông số kỹ thuật, bước đầu xây dựng quy trình định hướng sản xuất hạt giống lai cà chua không khử đực dòng mẹ phù hợp với điều kiện sinh thái vùng đồng bằng sông Hồng. - Đóng góp cho sản xuất hai tổ hợp lai có triển vọng là D17/CA4 (FM10-8), D5/FM372C (FM10-19) phát triển từ các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 . 6 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Nguồn gốc, phân loại của cây cà chua 1.1.1 Nguồn gốc Cây cà chua cùng với một số cây trồng quan trọng có giá trị kinh tế khác như cà tím, ớt, thuốc lá và khoai tây thuộc họ cà (Solanaceae). Trong bảng phân loại của Miller (1754) cà chua được gọi là Lycopersicon esculentum, sau đó Child (1990) và Peralta cùng với Spooner (2006) đã đổi tên cà chua thành Solanum lycopersicum. (dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez. 2008) [109]. Nguồn gốc của chi Lycopersicum esculentum được nhiều nhà nghiên cứu khẳng định ở khu vực Andean bao gồm các vùng của Colombia, Ecuador, Peru, Bolivia và Chile. Những loài cà chua hoang dại gần gũi với cà chua trồng ngày nay vẫn được tìm thấy ở dọc dãy núi Andes (Per u), Ecuador (đảo Galapagos) và Bolivia (Rick, 1973) [150]; (Taylor, 1986 ) [168]. Theo Rick (1976, 1978) [151], [152], cây cà chua có nguồn gốc từ thế giới mới, khi Crít-xtốp Cô-lông phát hiện ra châu Mỹ thì cây cà chua đã được trồng ở đây và phát triển đến một mức độ nhất định. Tổ tiên có khả năng nhất của cà chua trồng là cà chua anh đào hoang dại trước đây Lycopersicon esculentum var. cerasiforme (Dun.) Gray. Loài này mọc hoang dại phổ biến ở vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới châu Mỹ và đã lan rộng khắp v ùng nhiệt đới của Thế giới cũ, cụ thể là Tây Ban Nha. Quá trình thuần hóa cây cà chua hoang dại thành cà chua trồng diễn ra chủ yếu ở Trung mỹ và Mehico (Taylor, 1986) [168], từ đây cây cà chua được di trực và phát triển rộng rãi ở châu Âu, châu Á vào thế k ỷ thứ 16, ở Châu Phi vào cuối thế kỷ 16 và quay trở về quê hương Nam M ỹ vào giữa thế kỷ 18 (Villareal, 1980), (trích theo Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]. 7 1.2.2 Phân loại Cây cà chua đã trải qua một quá trình phát triển lịch sử lâu dài vì vậy nó có sự đa dạng tuyệt vời về tính thích ứng, nguồn gen phù hợp với nhiều hệ thống canh tác khác nhau. Hiện nay cây cà chua có mặt ở mọi nơi trên thế giới từ những vùng khô hạn có mực nước biển thấp chạy dọc theo bờ biển Thái Bình Dương đến những vùng có độ cao hơn 3300 m trong những thung lũng phía tây của dãy Andes (Rick, 1973 [150]); (Taylor, 1986) [168]. Cơ sở khoa học để phân loại cà chua khác nhau rất nhiều: Müller (1940a), Luckwill (1943a) và Child (1990) phân loại dựa trên các tiêu chí hình th ái học. Trong khi đó, Rick (1963, 1979), Rick et al (1990b) phân loại cà chua dựa trên cơ sở sinh học, liên quan đến các mối quan hệ trong lai tạo và chọn giống (dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]. Các công bố của Peralta và Spooner (2000) [139] phân loại cà chua dựa trên trình tự DNA của các bản sao gen đơn (GBSSI) . Gần đây nhất Spooner và cộng sự (2006) [140] phân loại dựa trên phân tích AFLP, kết quả này phù hợp với phân loại của Child (1990), Linnaeus (1753). Điều này cũng chứng tỏ nguồn gốc của cà chua trồng ngày nay bắt đầu từ dạng giao phấn, tự bất thụ, quả màu xanh (dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]. Theo bảng phân loại của Peralta (2006) [140] thì cà chua thuộc loài Solanum chi Lycopersicon và từ chi Lycopersicon này phân thành 4 nhóm khác nhau, trong đó: Nhóm thứ nhất: bao gồm các loài phụ như: S. lycopersicum, S. pimpinellifolium, S. cheesmaniae, S. galapagense Nhóm thứ hai: nhóm Neolycopersicon có loài phụ S. pennellii Nhóm thứ ba: nhóm Eriopersicon gồm 5 loài phụ: S. habrochaites, S. huaylasense, S. corneliomulleri, S. peruvianum, S. chilense. Nhóm thứ tư: Nhóm Arcanum gồm các loài phụ: S. arcanum, S. chmielewskii và S. neorickii Trong hệ thống phân loại mới có những thay đổi lớn xảy ra trong loài Lycopersicon peruvianum cũ, loại này được chia thành bốn loài mới, 3 loài được xếp vào nhóm 2 là: S. corneliomulleri, S. peruvianum, S. chilense còn loài S. arcanum được xếp vào nhóm 3 (Peralta et al., 2006) [140]. (Hình 1.1) 8 Müler,1940 Luckwill,1943 Rick, 1979 Child, 1990 Peralta, Knapp and Spooner, 2006 Section Lycopersicon Subsection Lycopersicon Subgenus Eulycopersicon Subgenus Eulycopersicon Esculentum complex Series Lycopersicon Lycopersicon group L. esculentum L. esculentum L. esculentum S. lycopersicum S. lycopersicon L. pimpinellifolium L. pimpinellifolium L. pimpinellifolium L. cheesmaniae L. pennellii L. hirsutum L. chmielewskii L. parviflorom Peruvianum complex L. chilense L. peruvianum S. pimpinellifolium S. cheesmaniae S. pimpinellifolium S. cheesmaniae S. galapagense Neolycopersicon Group S. pennellii Eriopersicon Group S. habrochaites S. huaylasense S. corneliomulleri S. peruvianum S. chilense Arcanum group S. arcanum S. chmielewskii S. neorickii Subgenus Eriopersicon L. peruvianum Subgenus Eriopersicon L. peruvianum L. pissisi? L. cheesmaniae L. hirsutum L. glandulosum L. cheesmaniae L. hirsutum L. glandulosum Series Neolycopersicon S. pennellii Series Eriopersicon S. habrochaites S. chmielewskii S. chilense S. peruvianum S. neorickii Hình 1.1. So sánh một số hệ thống phân loại khác nhau được sử dụng trên thế giới (theo Peralta et al, 2006) [144]