Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. Nguồn gốc và phân loại cây đậu tương. Đậu tương là một trong những loại cây trồng mà loài người đã biết sử dụng và trồng trọt từ lâu đời, vì vậy nguồn gốc của cây đậu tương cũng sớm được xác minh. Những bằng chứng về lịch sử, địa lý và khảo cổ học đều công nhận rằng đậu tương có nguyên sản ở Châu Á và có nguồn gốc từ Trung Quốc.
Cây đậu tương được thuần hóa ở Trung Quốc qua nhiều triều đại và được đưa vào trồng trọt và khảo sát ở triều đại Shang (năm 1700 – 1100 B.C) trước công nguyên. Đậu tương [Glycine max (L.] là một trong những cây trồng có vị trí quan trọng trong sản xuất nông nghiệp. Ngoài giá trị dinh dưỡng trong hạt, đậu tương còn là cây trồng lý tưởng trong hệ thống luân canh do có khả năng cải tạo đất. Diện tích cây đậu tương ở nước ta 5 năm gần đây chỉ trên 170.000 ha, năng suất bình quân xấp xỉ 1,5 tấn/ha, sản lượng hạt trên 210 nghìn tấn, thấp hơn nhiều so với năng suất bình quân của thế giới [32].
Nguyên nhân chính là do năng suất của giống không cao, tổn thất do sâu bệnh hại trên đồng ruộng và sau thu hoạch lớn (hàng năm, ước tính thiệt hại về số lượng sau thu hoạch đối với đậu tương khoảng 6,2 - 14%). Chi Glycine từng được Carl Linnaeus đưa ra năm 1737 trong ấn bản đầu tiên của quyển Genera Plantarum. Từ glycine có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp – Glykys (ngọt) và có thể đề cập đến chất ngọt của củ ăn được sản xuất ở Bắc Mỹ có dạng cây đậu thân leo, Glycine apios, nay là Apios Americana. Đậu tương được trồng được xuất hiện đầu tiên trong quyển Species Plantarum của Linnaeus, với tên gọị Phaseolus max L.
Việc kết hợp Glycine max (L., LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 theo đề nghị của Merrill năm 1917, đã trở thành tên gọi chính thức được công nhận của loài này. Cũng giống như các loài cây trồng khác có thời gian thuần hóa lâu dài, mối quan hệ giữa các loài đậu tương hiện đại và các loài mọc hoang có thể không còn dấu vết ở bất kỳ mức độ chắc chắn nào. Đặc tính chống chịu của cây đậu tương - Tính chịu lạnh của đậu tương Nhiệt độ dưới 15oC có ảnh hưởng xấu đến nảy mần của hạt và sự hút nước. Nhiệt độ dưới 13 - 15oC, giảm ra hoa, đậu quả và ảnh hưởng tới quang hợp và bộ máy quang hợp.
Tổn thương do lạnh thường gây hại màng tế bào, do màng tế bào không có khả năng giữ cấu trúc của nó ở nhiệt độ thấp. Các mô, chẳng hạn như hạt phấn đang lớn dễ nhạy cảm với nhiệt độ thấp hơn các mô khác và dẫn đến sự bất dục ở cây đậu tương. - Tính chịu hạn của đậu tương Các cây họ đậu nói chung, cây đậu tương nói riêng là cây có nhu cầu về nước cao hơn các loại cây khác. Đó chính là do đậu tương có hàm lượng protein và lipit cao, để tổng hợp 1 kg chất khô cần 500-530 kg nước.
Trong quá trình nảy mầm nhu cầu về nước của đậu tương chiếm 50% khối lượng hạt, trong khi đó ở ngô chỉ là 30%, lúa là 26% [3] [4]. Khi nghiên cứu các đặc tính chịu hạn của cây đậu tương về phương diện sinh lý và di truyền đã cho thấy các đặc tính này liên quan liên quan chặt chẽ đến đặc điểm hoá keo của nguyên sinh chất, đặc điểm của quá trình trao đổi chất. Khả năng chịu hạn của cây đậu tương mang tính đa gen [4]. Chúng thể hiện ở nhiều khía cạnh khác nhau như: sự phát triển của bộ rễ [11], [12], thời gian sinh trưởng [13], cũng như bản chất di truyền của từng giống.
Căn cứ vào đặc điểm này, đậu tương được chia thành hai nhóm: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 - Nhóm chịu được sự mất nước trong từng giai đoạn phát triển của cây. - Nhóm chịu được sự thiếu nước trong tất cả giai đoạn phát triển của cây. Trong những năm gần đây các nhà khoa học đã có nhiều thành công khi nghiên cứu sâu hơn về tính chịu nóng, chịu hạn của cây đậu tương. Maitra và Cushman (1994) đã phân lập được cDNA của LEA (late embryogeis abudant protein) nhóm D-95 từ lá và rễ cây đậu tương khi bị hạn.
Các tác giả khác đã nghiên cứu khả năng chịu nóng, chịu hạn của cây đậu tương, tiêu biểu là công trình đánh giá khả năng chịu hạn của các giống đậu tương nhập nội của Nguyễn Huy Hoàng (1992) [4], nghiên cứu phân lập, xác định trình tự gen chaperonin tế bào chất từ giống đậu tương đột biến M103; phân lập gen dehydrin liên quan đến khả năng chịu hạn của cây đậu tương của Trần Thị Phương Liên (1999) [6], Nguyễn Thu Hiền và cộng sự (2005) [5]. Nâng cao tính chịu hạn của cây đậu tương bằng phương pháp đột biến thực nghiệm của Chu Hoàng Mậu (2001) [7]. Tình hình sản xuất đậu tương trong nước và trên thế giới. Trên thế giới.
Công tác tuyển chọn giống đậu tương trên thế giới hiện nay được tổ chức bởi các tổ chức nghiên cứu quốc tế như INTSOY (Chương trình Nghiên cứu Đậu tương Quốc tế), Trung Tâm nghiên cứu Nông nghiệp Quốc tế Australia (ASIAR), Viện Quốc tế Nông nghiệp nhiệt đới (IITA), Mạng lưới Đậu đỗ và Ngũ cốc Châu Á (CLAN). Với sự phát triển mạnh mẽ của di truyền học và công nghệ sinh học, các hướng nghiên cứu và thành tựu nổi bật cải biến giống đậu tương chống chịu các điều kiện bất lợi như: sâu bệnh, ngập úng, hạn hán, tình trạng chua mặn và đất nghèo dinh dưỡng (FAO - Rapa, 2002). Năm 2006, trạm Thử nghiệm Nông Nghiệp thuộc Đại học Bắc Dakota (NDSU) đã phát triển giống đậu tương chuyển gen “G7008RR” kháng thuốc trừ cỏ Roundup năng suất 6 tấn/ha. Đang nghiên cứu đưa vào sản xuất giống LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 Đậu tương có tính chịu hạn (Hiệp hội Hạt giống Mỹ, 2006), chịu sâu (Mosanto, 2006).
Trong tình hình biến đổi khí hậu toàn cầu như hiện nay, khô hạn gây ảnh hưởng bất lợi đến sự sinh trưởng và năng suất cây trồng. Trong các điều kiện hạn, cây trồng thường có những phản ứng sinh lý chung, phức tạp để thích nghi và tồn tại. Thực vật có cơ chế điều tiết chống chịu sự phân giải nước trong các cơ quan có chức năng quang hợp. Riêng với các cây đậu đỗ trong đó có cây đậu tương, một đặc tính bất lợi khi gặp khô hạn là khí khổng không đóng kín hoàn toàn, làm trầm trọng sự thiếu nước của cây.
Để thích ứng, loài cây này dựa vào một loại protein gọi là Betta được cảm ứng tiết ra khi cây gặp hạn. Bộ Nông nghiệp Mỹ, tháng 6/2004 đã thiết lập một dự án nghiên cứu làm tăng vị trí cạnh tranh của đậu tương Mỹ trên thị trường thế giới dựa vào đa dạng di truyền và tạo giống (Dự án nghiên cứu: Tăng cường vị thế cạnh tranh về đậu tương trên thị trường toàn cầu thông qua sự đa dạng di truyền và nhân giống cây trồng. Trong dự án này, chọn tạo các dòng giống đậu tương có khả năng chịu hạn là một trong những mục tiêu chính. Dự án đã thành lập đội ngũ nghiên cứu tính chịu hạn gồm 3 lĩnh vực nghiên cứu chính: Sinh lý học – tìm hiểu và đánh giá khả năng chịu hạn; Chọn giống - thực hiện các phép lai di truyền và thử nghiệm đồng ruộng; Di truyền phân tử - sử dụng chỉ thị ADN để xác định vị trí lập bản đồ các gen chịu hạn.
Tại Mỹ, nước sản xuất đậu tương lớn nhất thế giới, các nghiên cứu cơ bản, các hướng chiến lược chọn tạo, cải thiện giống đậu tương rất được quan tâm. Ngân hàng dữ liệu đã được thành lập, hộp tra cứu cho các nhà chọn giống đậu tương, đây là các kết quả nghiên cứu liên kết giữa các nhà nghiên cứu di truyền và sinh học phân tử đậu tương dùng để tra cứu, cập nhật, liên kết nghiên cứu cơ bản phục vụ chọn giống đậu tương đang thực hiện. Chương trình Soybean LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 genomics, đồng thời đưa ra Chiến lược chọn giống đậu tương trong những năm tới, hy vọng sẽ có nhiều kết quả nghiên cứu ứng dụng có tính chất đột phá về cây đậu tương như được cải thiện rõ rệt về năng suất, tính chống chịu và chất lượng. 1 Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới những năm gần đây Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (triệu ha) (tạ/ha) (triệu tấn) 2014 117,74 26,02 306,34 2015 120.30 2016 121,64 27,59 335,61 2017 123,89 28,49 353,02 2018 124,92 27,91 348,71 (Nguồn: FAOSTART,2020) Qua số liệu bảng 1.1 cho thấy: Về diện tích từ năm 2014- 2018 có tăng lên nhưng dao động trong khoảng 117,74 – 124,92 (triệu ha).
Cao nhất năm 2018 tăng 7,18 (triệu ha). Về năng suất và sản lượng không ngừng tăng trưởng cao nhất vào năm 2017 đạt 353,02 (triệu tấn). Trong vòng 5 năm từ 2014 – 2018 sản lượng tăng 42,40 (triệu tấn). Sản lượng tăng như vậy là do diện tích trồng trong những năm gần đây tăng lên và đã được sử dụng các tiến bộ khoa học tiên tiến vào sản xuất.
Tại Việt Nam. Công tác chọn tạo giống đậu tương ở Việt Nam hiện do 8 cơ quan nghiên cứu tham gia: Viện Di truyền Nông nghiệp, Trung tâm Nghiên cứu Đậu đỗ- Viện Cây lương thực và Cây Thực phẩm, Viện Khoa học Kỹ thuật LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 Nông nghiệp Miền Nam, Viện Lúa Đồng bằng Sông Cửu Long, Viện Nghiên cứu Ngô, Học viện Nông nghiệp Việt Nam, Đại học Cần Thơ, Viện nghiên cứu dầu và cây có dầu. Thành tựu về việc Chọn tạo giống đậu tương chuyển gen có khả năng chống chịu cao, thích ứng rộng. 2 Tình hình sản xuất đậu tương tại Việt Nam những năm gần đây Diện tích Sản lượng Năng suất Năm (nghìn ha) (ngàn tấn) (tấn/ha) 2014 109,4 156,5 1,43 2015 100,8 146,4 1,45 2016 99,6 160,7 1,61 2017 68,4 101,7 1,49 2018 53,3 80,8 1,52 (Nguồn: Tổng cục Thống kê (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, 2020) Về diện tích: Diện tích gieo trồng đậu tương của nước ta chiếm tỉ lệ nhỏ trong tổng diện tích gieo trồng và ngày càng có xu hướng giảm xuống.