Luận án tiến sĩ nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cà chua kháng bệnh xoăn vàng lá và mốc sương ở miền bắc việt nam

Luận án tiến sĩ phân tích nghiên cứu ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống cà chua kháng bệnh xoăn vàng lá và mốc, xây dựng cơ sở lý luận, kiểm chứng thực nghiệm, đóng góp

• Tác giả: Tống Văn Hải
• Người hướng dẫn: GS. Phan Hữu Tôn
• Trường học: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ Sinh học
• Đề tài: Nghiên Cứu Ứng Dụng Chỉ Thị Phân Tử Trong Chọn Tạo Giống Cà Chua Kháng Bệnh Ở Miền Bắc Việt Nam
• Loại tài liệu: luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. MỞ ĐẦU
• 1.1. Tính cấp thiết của đề tài
• 1.2. Mục tiêu của đề tài
• 1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
• 1.3.1. Ý nghĩa khoa học
• 1.3.2. Ý nghĩa thực tiễn
• 1.4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.4.1. Đối tượng nghiên cứu
• 1.4.2. Vật liệu nghiên cứu
• 1.4.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 1.5. Những đóng góp mới của luận án
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU
• 2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới và ở Việt Nam
• 2.1.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới
• 2.1.2. Sản xuất và tiêu thụ cà chua ở Việt Nam
• 2.2. Những nghiên cứu về bệnh xoăn vàng lá và mốc sương
• 2.2.1. Những nghiên cứu về bệnh xoăn vàng lá
• 2.2.2. Những nghiên cứu về bệnh mốc sương
• 2.2.3. Nghiên cứu về gen kháng bệnh xoăn vàng lá, bệnh mốc sương và các chỉ thị phân tử DNA liên kết
• 2.2.3.1. Những nghiên cứu về gen kháng bệnh xoăn vàng lá và các chỉ thị liên kết
• 2.2.3.2. Những nghiên cứu về gen kháng bệnh mốc sương và các chỉ thị liên kết
• 3. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Vật liệu nghiên cứu
• 3.2. Nội dung nghiên cứu
• 3.2.1. Đánh giá đặc điểm nông sinh học chính của 230 mẫu giống cà chua
• 3.2.2. Phát hiện gen kháng bệnh xoăn vàng lá và gen kháng bệnh mốc sương bằng chỉ thị phân tử
• 3.2.3. Xác định gen kháng bệnh xoăn vàng lá và bệnh mốc sương cà chua hữu hiệu bằng lây nhiễm nhân tạo. Lai, chọn tạo giống mới
• 3.3. Địa điểm và thời gian nghiên cứu
• 3.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3.4.1. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học chính của 230 mẫu giống cà chua
• 3.4.2. Phương pháp phát hiện gen kháng bệnh xoăn vàng lá và gen kháng bệnh mốc sương bằng chỉ thị phân tử
• 3.4.3. Phương pháp xác định gen kháng bệnh hữu hiệu bằng lây nhiễm nhân tạo
• 3.4.4. Phương pháp lai, chọn tạo giống mới
• 3.4.5. Phương pháp, kỹ thuật chăm sóc cây con
• 3.4.6. Phương pháp xử lý số liệu thí nghiệm
• 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Đặc điểm nông sinh học chính của 230 mẫu giống cà chua nghiên cứu
• 4.1.1. Nghiên cứu về kiểu hình sinh trưởng
• 4.1.2. Nghiên cứu về các giai đoạn sinh trưởng
• 4.1.3. Một số đặc điểm hình thái lá và cấu trúc cây
• 4.1.4. Một số đặc điểm hình thái, cấu trúc hoa và đặc điểm nở hoa
• 4.1.5. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất
• 4.1.6. Một số đặc điểm hình thái, chất lượng quả
• 4.2. Phát hiện gen kháng bệnh xoăn vàng lá và bệnh mốc sương bằng chỉ thị phân tử
• 4.2.1. Phát hiện gen kháng bệnh xoăn vàng lá
• 4.2.2. Phát hiện gen kháng bệnh mốc sương
• 4.2.3. Xác định gen kháng bệnh xoăn vàng lá và bệnh mốc sương hữu hiệu bằng lây nhiễm nhân tạo
• 4.2.3.1. Lây nhiễm nhân tạo xác định gen kháng bệnh xoăn vàng lá hữu hiệu
• 4.2.3.2. Lây nhiễm nhân tạo xác định gen kháng bệnh mốc sương hữu hiệu
• 4.3. Lai, chọn tạo giống mới
• 4.3.1. Lai giữa những mẫu giống cà chua chứa gen kháng với các mẫu giống tốt
• 4.3.2. Chọn lọc các cá thể trong quần thể F2 mang gen kháng bệnh đồng hợp tử. Đánh giá và so sánh các dòng chọn lọc
• 4.3.3. Khảo nghiệm các dòng cà chua ưu tú
• 5. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu về cà chua và tầm quan trọng của nghiên cứu

Cà chua, với tên khoa học là Lycopercicum esculentum Mill, là một trong những loại cây rau ăn quả phổ biến trên toàn thế giới, bao gồm cả Việt Nam. Cà chua không chỉ cung cấp dinh dưỡng mà còn có giá trị kinh tế cao. Tuy nhiên, sản xuất cà chua ở Việt Nam đang gặp nhiều khó khăn do các loại bệnh hại, đặc biệt là bệnh xoăn vàng lá và bệnh mốc sương. Những bệnh này gây thiệt hại nghiêm trọng đến năng suất và chất lượng cà chua, với thiệt hại có thể lên đến 90%. Do đó, việc nghiên cứu và phát triển giống cà chua kháng bệnh là rất cần thiết để nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

1.1. Tình hình sản xuất cà chua ở Việt Nam

Theo thống kê, diện tích trồng cà chua ở Việt Nam đạt khoảng 23,719 nghìn ha với sản lượng 673 triệu tấn. Các tỉnh như Bắc Giang, Hải Phòng, và Sơn La là những vùng trồng cà chua chủ yếu. Tuy nhiên, năng suất cà chua vẫn chưa đạt yêu cầu do ảnh hưởng của bệnh hại. Việc phát triển giống cà chua kháng bệnh sẽ giúp cải thiện tình hình sản xuất và tăng thu nhập cho nông dân.

II. Nghiên cứu về bệnh hại và gen kháng

Bệnh xoăn vàng lá cà chua, do virus Tomato Yellow Leaf Curl Virus (TYLCV) gây ra, là một trong những bệnh nghiêm trọng nhất đối với cây cà chua. Bệnh này lây lan qua côn trùng và có thể gây thiệt hại lên đến 100% năng suất nếu không được kiểm soát. Bệnh mốc sương, do nấm Phytophthora infestans gây ra, cũng là một mối đe dọa lớn. Việc phát hiện và ứng dụng các gen kháng bệnh như Ty1, Ty2, Ty3 cho bệnh xoăn vàng lá và Ph2, Ph3 cho bệnh mốc sương là rất quan trọng trong việc chọn tạo giống mới.

2.1. Các gen kháng bệnh

Các nhà khoa học đã phát hiện nhiều gen kháng bệnh cà chua, trong đó có 6 gen kháng bệnh xoăn vàng lá và 5 gen kháng bệnh mốc sương. Việc ứng dụng các chỉ thị phân tử DNA để phát hiện và chọn lọc các giống cà chua mang gen kháng là một phương pháp hiệu quả, giúp tăng cường khả năng kháng bệnh cho giống mới. Điều này không chỉ giúp nâng cao năng suất mà còn giảm thiểu chi phí sản xuất cho nông dân.

III. Phương pháp nghiên cứu và ứng dụng chỉ thị phân tử

Nghiên cứu này áp dụng phương pháp Marker-Assisted Selection (MAS) để chọn tạo giống cà chua kháng bệnh. Phương pháp này cho phép xác định nhanh chóng các giống cà chua mang gen kháng thông qua các chỉ thị phân tử. Việc sử dụng PCR để phát hiện các gen kháng giúp tăng độ chính xác trong quá trình chọn lọc giống. Nghiên cứu đã thu thập 230 mẫu giống cà chua và tiến hành đánh giá đặc điểm nông sinh học cũng như khả năng kháng bệnh của các mẫu này.

3.1. Quy trình nghiên cứu

Quy trình nghiên cứu bao gồm các bước như đánh giá nguồn gen, phát hiện gen kháng bằng chỉ thị phân tử, và lai tạo giống mới. Các mẫu giống được chọn lọc dựa trên khả năng kháng bệnh và năng suất. Kết quả nghiên cứu cho thấy có nhiều dòng giống cà chua mới mang gen kháng bệnh, hứa hẹn sẽ đáp ứng nhu cầu sản xuất và tiêu thụ trong tương lai.

IV. Kết quả và thảo luận

Kết quả nghiên cứu cho thấy một số dòng cà chua mới đã được chọn tạo thành công, với năng suất đạt trên 55 tấn/ha và khả năng kháng bệnh tốt. Việc ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo giống đã chứng minh được hiệu quả, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí trong quá trình nghiên cứu. Những giống cà chua này không chỉ có giá trị kinh tế cao mà còn góp phần bảo vệ môi trường và sức khỏe con người.

4.1. Ý nghĩa thực tiễn

Nghiên cứu này không chỉ có ý nghĩa khoa học mà còn mang lại giá trị thực tiễn cao. Việc phát triển giống cà chua kháng bệnh sẽ giúp nông dân giảm thiểu thiệt hại do bệnh hại, từ đó nâng cao thu nhập và cải thiện đời sống. Đồng thời, nghiên cứu cũng mở ra hướng đi mới trong việc ứng dụng công nghệ sinh học vào sản xuất nông nghiệp, góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỐNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới và ở Việt Nam 1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cà chua trên thế giới Cà chua là loại cây trồng được chấp nhận như một loại thực phẩm có khả năng thích ứng rộng mang hiệu quả kinh tế và giá trị sử dụng cao.

Trên thế giới đã có nhiều giống mới được ra đời nhằm đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của con người cả về số lượng và chất lượng. Vì vậy diện tích, năng suất cũng như sản lượng cà chua ngày càng tăng. Sản phẩm được chế biến từ cà chua cũng rất đa dạng, nâng tầm giá trị của cà chua.1: Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua trên thế giới Diện tích Năng suất Sản lượng Năm (ha) (tấn/ha) (tấn) 2016 4.216 Nguồn: 50 Theo số liệu của Tổ chức Nông lương Liên hiệp quốc, diện tích cà chua sản xuất năm 2016 và 2017 đạt 4. Năm 2018, 2019 và 2020 diện tích tăng lên, tuy nhiên con số tăng không đáng kể.

Về năng suất cà chua trong 5 năm (2016-2020) dao động nhẹ, xung quanh 36,0 tấn/ ha. Về sản lượng, do diện tích tăng dần theo các năm nên sản lượng cũng tăng dần, từ 177. Với sản lượng trên, bình quân tiêu thụ đầu người khoảng trên 22 kg quả/người/năm. Điều đó khẳng định, cây cà chua là cây trồng quan trọng trong nền nông nghiệp của nhiều nước trên thế giới.

Tính trong 5 năm gần đây từ năm 2016 đến năm 2120, châu Á có diện tích và sản lượng cà chua lớn nhất thế giới thế giới chiếm khoảng 61,3% tổng sản lượng, tiếp đó là đến châu Mỹ chiếm 13,9% tổng sản lượng. Châu Âu khoảng 12,9 %, châu Phi 6 luan an khoảng 11,6 %, và các nơi khác 0,2 %. Cà chua được trồng chủ yếu ở các nước ôn đới và nhiệt đới. Trung Quốc, Ấn Độ và Mỹ là 3 nước có sản lượng cà chua đứng đầu thế giới.

Sản lượng cà chua của 10 nước sản xuất lớn nhất thế giới từ năm 2016 đến năm 2020 ĐVT: Tấn Năm 2016 2017 2018 2019 2020 Tên nước Thế giới 177.700 Thổ Nhĩ Kỳ 12.094 Tây Ban Nha 5.342 Nguồn: 50 Theo số liệu thống kê FAO năm 2020, 10 nước có sản lượng cà chua sản xuất lớn nhất là Trung Quốc, Ấn Độ, Mỹ, Ai Cập, Ý, Iran, Tây Ban Nha, Brazil, Mexico. chiếm trên 75%, tất cả các nước còn lại đạt 25% tổng sản lượng cà chua thế giới. Trung Quốc là nước đứng đầu về diện tích sản xuất cũng như sản lượng cà chua tạo ra trong 5 năm gần đây đều tăng, từ năm 2016 sản lượng đạt 57.109 tấn đến năm 2020 sản lượng đạt 64.807 tấn, tiếp đó là Ấn Độ và Thổ Nhĩ Kỳ. Trong 5 năm 2016-2020 diện tích và sản lượng cà chua của Mỹ giảm, sản lượng từ 29.700 tấn năm 2020, tuy nhiên vẫn đứng thứ ba thế giới.

Các nước còn lại là những nước có sản lượng gần nhau, ổn định với mức tăng trưởng khá 50. 7 luan an Hình 1. Sản lượng cà chua của các vùng trên thế giới Nguồn: 50 Tình hình tiêu thụ cà chua ở các nước cũng rất khác nhau. Theo tài liệu tổng kết của Viện Nghiên cứu rau quả cho biết: Ở Hy Lạp tiêu thụ 187,1 kg cà chua/người/năm, Thổ Nhỹ Kỳ tiêu thụ 107 kg/người/năm, Italia khoảng 95 kg/người/năm 82.

Sản xuất và tiêu thụ cà chua ở Việt Nam Ở Việt Nam, cà chua được trồng từ rất lâu đời, cho đến nay nó vẫn là loại rau ăn quả chủ lực được nhà nước ưu tiên phát triển. Cà chua được trồng chủ yếu ở đồng bằng và trung du phía Bắc như Hà Nội, Hải Dương, Vĩnh Phúc…. Theo số liệu thống kê của Cục trồng trọt, Bộ nông nghiệp và Phát triển nông thôn, diện tích trồng cà chua trong 5 năm từ 2015 đến 2019 tăng từ năm 2015-2017 và giảm từ năm 2017-2019 (bảng 1. Năm 2015 diện tích trồng cà chua của cả nước đạt 23.917,8 ha, năng suất đạt 25,79 tấn/ha, sản lượng đạt 616.840,1 tấn đến năm 2017 diện tích trồng cà chua của cả nước tăng lên 25.483,4 ha, năng suất đạt 28,71 tấn/ha, sản lượng đạt 731.628,4 tấn và đến năm 2019 diện tích giảm xuống 23.791,0 ha, năng suất đạt 26,56 tấn/ha, sản lượng đạt 673.

Như vậy diện tích, trồng cà chua hàng năm dao động trong khoảng 23-25 nghìn ha, năng suất dao động xung quanh 25-28 tấn/ ha. 8 luan an Bảng 1. Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua ở Việt Nam từ 2015-2019 Năm Diện tích (ha) Năng suất (tấn/ha) Sản lượng (tấn) 2015 23.194,5 Nguồn: 25 Do tính chất đặc trưng, như: cơ cấu mùa vụ và điều kiện sinh thái mà cây cà chua phần lớn được sản xuất tại các tỉnh thuộc đồng bằng sông Hồng và khu vực Lâm Đồng. Diện tích và sản lượng cà chua sản xuất ở hai khu vực này chiếm trên 62% sản lượng cà chua cả nước (bảng 1.

Diện tích, năng suất, sản lượng cà chua của 10 tỉnh thành đứng đầu cả nước trong năm 2017 Năm 2017 Tỉnh Diện tích Năng suất Sản lượng (ha) (tấn/ha) (tấn) Hà Nội 1.535,60 Hải Phòng 809,7 28,94 23.365,93 Nguồn: 24 Thời vụ gieo trồng cà chua ở đồng bằng sông Hồng: vụ Hè Thu gieo hạt trong khoảng 15/7- 20/8, vụ Đông Xuân 30/8-30/10 và vụ Xuân Hè 20/1-20/2. Các giống cà chua trồng với diện tích chủ đạo là: Mongan T11, Savior, HT160, HT42, 9 luan an BM199, VL2000, Gandeva, VL3000. Các tỉnh phía Bắc có diện tích sản xuất lớn là: Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Nam Định, Bắc Giang. Đối với vùng tây nguyên như Lâm Đồng cà chua được trồng quanh năm.

Các giống phổ biến trong sản xuất những năm gần đây là 386, Kim cương đỏ, Anna, Savio, Lahay, trong đó giống Lahay được dùng cho sản xuất trong nhà màng tại Lâm Đồng. Diện tích trồng, năng suất và sản lượng cà chua tại Lâm đồng đạt cao nhất. Diện tích trồng cà chua của tỉnh này năm 2017 đạt 6.275,3 ha, năng suất đạt 46,5 và sản lượng đạt 17. Sở dĩ năng suất tại Lâm Đồng cao là do các farm đã ứng dụng tiến bộ KHKT vào trồng cà chua.

Trên 80% diện tích trồng cà chua tại Lâm Đồng được trồng trong các nhà lưới, nhà màng, có hệ thống tưới, chống được côn trùng và các tác nhân ngoại cảnh. Mặt khác điều kiện thời tiết tại đây cũng rất phù hợp cho việc phát triển của cây cà chua. Cà chua là loại cây mang lại hiệu quả kinh tế cao, đặc biệt là tại các vùng chuyên canh như: huyện Đơn Dương, Đức Trọng. Tuy nhiên, một vài năm trở lại đây vùng chuyên canh này chỉ dùng 1-2 giống cà chua chủ đạo trong suốt một thời gian dài dẫn đến tình trạng thoái hóa giống, nhiễm nặng nhiều bệnh, đặc biệt là sương mai.

Đối với các tỉnh thuộc đồng bằng Sông Hồng như Hà Nội, Hải Dương, Hải Phòng, Hưng Yên, Bắc Giang.Mức độ áp dụng tiến bộ khoa học kỹ thuật trên cây cà chua tại các địa phương này có sự chuyển biến rất nhanh, người dân rất tích cực tìm hiểu và áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới, công nghệ mới trong canh tác như kỹ thuật trồng cà chua trái vụ, mạnh dạn áp dụng giống mới, giải pháp bảo vệ thực vật mới, ứng dụng gốc ghép kháng bệnh… có nhiều vùng trồng cà chua chuyên nghiệp, có thị trường tiêu thụ tốt. Các vùng chuyên canh, nông dân có kinh nghiệm trồng cà chua trái vụ thường là những người có trình độ thâm canh cao. Tuy nhiên, mức độ áp dụng kỹ thuật tiên tiến và giống mới phù hợp chưa đồng đều ở các địa phương. Chính vì vậy năng suất cà chua ở vùng này chưa cao, dao động xung quanh 25 tấn/ ha.

Mặt khác là do cà chua ở vùng này chủ yếu trồng trực tiếp trên đồng ruộng, chịu nhiều ảnh hưởng của môi trường, đặc biệt là sự phá hại của sâu bệnh. Bệnh hại nguy hiểm nhất làm ảnh hưởng lớn đến năng suất, chất lượng cà chua là bệnh mốc sương và xoăn vàng lá cà chua. Để nâng cao năng suất chất 10 luan an lượng cà chua cho các tỉnh phía Bắc rất cần bộ giống cà chua thích ứng, đặc biệt là có khả năng kháng được bệnh mốc sương và bệnh xoăn vàng lá cà chua. Những nghiên cứu về bệnh xoăn vàng lá và mốc sương 1.

Những nghiên cứu về bệnh xoăn vàng lá 1. Nguyên nhân, triệu chứng và tác nhân gây bệnh Bệnh xoăn vàng lá cà chua (Tomato Yellow Leaf Curl Disease - TYLCD) do begomovirus gây hại được ghi nhận lần đầu tiên trên thế giới từ những năm 1959 tại Israel với triệu chứng cây còi cọc, sinh trưởng kém, lá non giòn và nhỏ hẹp, lá cuốn cong lên phía trên và biến vàng. Sau đó, các vụ có dịch bệnh đã xuất hiện rải rác vào những năm 60, trở nên nghiêm trọng vào đầu những năm 70, tất cả các vùng trồng cà chua ở Trung Đông đã bị nhiễm bệnh. Hiện nay, bệnh xoăn vàng lá đã trở thành bệnh virus quan trọng nhất trên cà chua ở khắp thế giới 72.

Tại Việt Nam, bệnh xoăn vàng lá được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1970. Bệnh phát sinh và gây hại ở hầu hết các tỉnh trong cả nước như: Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc, Hải Phòng… 13. Trong những thập kỷ qua, sự xuất hiện của bệnh xoăn vàng lá đã được báo cáo ở một số quốc gia ngày càng tăng, cho thấy bệnh này là một mối đe dọa chính đối với cà chua 92, 143. Bệnh xoăn vàng lá xuất hiện triệu chứng trong vòng 2 - 4 tuần sau khi nhiễm bệnh và phát triển đầy đủ triệu chứng trong vòng 2 tháng.

Triệu chứng có thể thay đổi theo điều kiện môi trường, giai đoạn sinh trưởng và điều kiện sinh lý của cây tại thời điểm nhiễm bệnh 87, 93. Triệu chứng sớm nhất là lá cong xuống dưới vào phía bên trong. Về sau, lá không có hình dạng, nhỏ hẹp, biến vàng từ mép và chóp lá lan vào giữa gân; lá cuốn cong lên phía trên thành hình thuyền; lá non biến vàng mạnh, giòn và nhỏ hẹp. Triệu chứng biến vàng đặc biệt rõ ở các lá non.

Cuống lá có thể xoắn vặn. Cây lùn còi cọc, mọc nhiều cành nhánh nhỏ, đốt thân ngắn. Cây nhiễm sớm thường không ra quả do hoa bị rụng 14, 45, 102. Tác nhân gây bệnh xoăn vàng lá cà chua được xem là một phức hợp gồm nhiều begomovirus khác nhau gọi chung là virus xoăn vàng lá cà chua - Tomato yellow leaf 11 luan an curl virus 122.

Begomovirus là chi lớn nhất trong họ Geminiviridea. Các begomovirus có bộ gen DNA sợi vòng đơn có kích thước 2.