MỞ ĐẦU Khoai tay (Solanum tuberosum L.) là một trong những cây trồng quan trọng trong chương trình an ninh lương thực thế giới chỉ sau ngô, lúa mỳ và gạo. Theo thống kê của tổ chức Nông lương thế giới (FAOSTAT, 2019), diện tích khoai tây trên thế giới năm 2017 đạt 19.30 triệu ha, năng suất trung bình đạt 20,11 tan/ha, với tông sản lượng 388,2 triệu tân. Trong đó, diện tích khoai tây châu Âu chiếm 29,1% và sản lượng chiếm 31,9%; diện tích châu A chiếm 51,9% và sản lượng chiếm 48,8% (FAOSTAT, 2016). Tại Việt Nam, khoai tây cũng là cây trồng lý tưởng cho vụ Đông ở Đồng bằng Sông Hồng, tuy nhiên diện tích trồng hiện nay của cả nước chỉ là 20.480 ha với năng suất 14,8 tan/ha, sản lượng 303 nghìn tan (FAOSAT, 2017).
Có nhiều nguyên nhân cả về mặt kinh tế lẫn kỹ thuật dẫn đến sự hạn chế phát triển khoai tây ở Việt Nam. Về mặt kinh tế, nguyên nhân chính là do trồng khoai tây kém hiệu quả so với các cây trồng khác và đầu ra hạn chế (trừ khoai tây chế iến). Về mặt kỹ thuật, nguyên nhân chủ yếu là do hiện tượng thoái hóa giống gây ra do virus. Bệnh virus hại khoai tây rat phỏ biến, dé lan truyền thông qua môi giới truyền bệnh (côn trùng trích hút).
Khoai tây được trồng và nhân giống bằng củ, khi cây bị nhiễm virus toàn bộ củ cũng bị lây nhiễm. Củ giống bị nhiễm virus khi trồng sẽ cho năng suất, chất lượng thấp. Đây chính là hiện tượng thoái hóa giống khoai tây gây ra do virus [1]. Có nhiều loại virus hại khoai tây, trong đó PVY là một trong 10 loại virus phô biến iy tốn that năng sĩ dt nghiêm trọng nhất trong các nước nhiệt đới trồng khoai tây [2].
Ước tính cứ 1% củ giống bị nhiễm PVY thì sẽ giảm năng suất khoảng 180kg/ha tương ứng 18 $/ha [3]. Hàng loạt các chiến lược làm giảm hậu quả của bệnh virus hại khoai tây đã được triển khai như: thay thế giống nhiễm virus bằng giống sạch hàng năm, sử dụng thuốc bảo vệ thực vật tiêu điệt vector truyền bệnh. Trong đó, việc sản xuất giống sạch virus là biện pháp khá phổ n được thực hiện ở hầu hết các nước trồng khoai y quy mô lớn (Pháp, Đức, Hà Lan,. Việc sản xuất giống sạch virus phải qua nhiều công đoạn phức tạp như nuôi cấy mô nguyên liệu sạch bệnh, nhân và trồng vật liệu trong điều kiện cách ly, sản xuất củ giống ở các vùng chuyên sản xuất giống rất ton kém về chỉ phí, nhân lực và thời gian.
Trong các giải pháp khắc phục bệnh virus hại khoai tây, có thể nói biện pháp hiệu quả và có tính bền vững nhất là việc tạo và sử dụng giống kháng virus. Phương pháp chọn tạo giống khoai tây kinh điển là phương pháp lai tạo. Phương pháp này vấp phải những khó khăn về mặt di truyền do bộ NST của khoai tây là tứ bội (2n=4x=48). Bộ genome tứ bội (2n=4x=48) tạo ra tỷ lệ phân ly lớn sau lai tạo, quá trình chọn lọc gặp khó khăn với một quần thể rất lớn trước khi tìm được một con lai có tính trạng mong muốn để phát triển thành giống.
Thông thường tạo ra một giống khoai tây mới thời gian chọn lọc đòi hỏi 10 - 12 năm [4]. Chuyển gen kháng bệnh, gen mang các tính trạng mong muốn vào cây trồng cũng đã và đang đượcáp dụng trong chương trình chọn tạo giống của nhiều cây trồng. Công nghệ này có thẻ rút ngắn thời gian chọn tạo giống khoai tây so với phương pháp chọn tạo giống kinh điển. Tuy nhiên, do những lo ngại về an toàn sinh học của các thé GMO (Genetically Modified Organism) nên hiện nay kỹ thuật chuyền gen dang là van dé còn nhiều tranh luận.
Trước bối cảnh này, việc sử dụng kỹ thuật dung hợp tế bao tran dé có thé chuyền và tích hợp các gen mong muốn nổi lên như một giải pháp có tính khả thi cao. Dung hợp tế bao tran trong tạo giống khoai tây đã được Wenzel ø/ a/., vào năm 1979 trải qua hơn 40 năm phát triển, kỹ thuật này đang ngày một hoàn thiện. Với kỹ thuật này có thé i) tạo ra cá ic con lai soma có thể duy trì những tính trạng mong muốn cho đời sau và là nguôn vật liệu khởi đầu cho công tác chon tạo giống, ii) chuyển 1 gen hoặc tích hợp nhiều gen từ các vật liệu dung hợp, iii) tái tổ hợp được genome nhân tế bao và tế bào chất, iv) tránh được những luật lệ liên quan đến chuyển gen [5]. Trên thế giới, các nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây gần đây đã sử dụng các nguồn khoai tây dại như S.
bulbocastanum [6], các dòng khoai tây nhị bội [7, 8] làm vật liệu nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây kháng virus PVY thông qua dung hợp tế bảo trần. Nhằm góp phan nghiên cứu tạo giống khoai tây (nhất là khoai tây có khả năng chế biến) mang tính kháng bệnh virus PVY, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật dung hợp tế bào trần để chọn tạo. giống khoai tây kháng virus PVY ở Việt Nam” đã được thực hiện. Mục tiêu Tạo các vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống khoai tây kháng virus PVY bằng kỹ thuật dung hợp tế bào trần.
Pham vi nghiên cứu Nghiên cứu tập trung thực hiện trên các đối tượng là các dòng khoai tây nhị bội (2n = 2x = 24), khoai tây dại (2n = 2x = 24) kháng virus PVY, giống khoai tây trồng (2n = 4x = 48) Thời gian thực hiện: tháng 5/2015 đến tháng 12/2018 Địa điểm nghiên cứu: Các nội dung nghiên cứu về tách, dung hợp, tái sinh tế bào trần và chọn lọc con lai soma được thực hiện tại Viện Sinh học Nông nghiệp (Học viện Nông nghiệp Việt Nam); các con lai BC) được lai tạo và đánh giá tại Sapa; các nghiên cứu về đánh giá tính khang virus và đặc tính nông sinh học của các con lai soma và con lai BC¡ được thực hiện tại Viện Sinh học Nông nghiệp (Học Viện Nông nghiệp Việt Nam) và đồng ruộng Quế Võ - Bắc Ninh. Những đóng góp mới của đề tài 1) Khang định được các thông sô tách, nuôi cấy, dung hợp, tái sinh, xác định con lai soma phục vụ cho các nghiên cứu chọn tạo giống khoai tay bằng dung hợp tế bao trần trên các vật liệu khoai tây nhị bội (A15, A16, A56, B186, B208), khoai tây dại (Solanum tarnii, Solanum pinatisectum, Solanum bulbocastanum) và khoai tây tứ bội (Rasant, Delikat, Atlantic). 2) Chứng minh và góp phan khẳng định được kha năng duy trì tinh kháng bệnh virus PVY từ các dòng nhị bội của khoai tây trồng Solanum tuberosum và khả năng chuyển đặc tính kháng bệnh virus từ các loài khoai tây dại Solanum tarnii, Solanum pinatisectum, Solanum bulbocastanum sang khoai tây trồng tứ bội Solanum tuberosum qua dung hợp tế bào trần. 3) Đã tạo ra các dòng khoai tây 47/7, 47/26, 81-2, 131/11 là sản phẩm dung hợp của hai dong nhị bội Solanum tuberosum và các dòng BC; 13.6 là sản phẩm lai lại của con lai soma giữa khoai tây dại và khoai tây trồng.
Các dòng này vừa có khả năng kháng bệnh virus PVY vừa mang các đặc tính nông sinh học quý có thể sử dụng cho chương trình tạo giống khoai tây kháng virus PVY có năng suất cao, phẩm chất tốt. Ý nghĩa khoa học của đề tài Đề tài đã chứng minh và góp phan khẳng định khả năng duy trì tính kháng virus và cải thiện đặc tính nông sinh học của các dòng nhị bội qua dung hợp tế bào trần và khả năng chuyền đặc tính kháng bệnh virus PVY từ các loài khoai tây dai Solanum tarnii, Solanum pinatisectum, Solanum bulbocastanum sang khoai tây trồng tứ bội Solanum tuberosum khi dung hợp tế bào trần. Con lai soma có thể làm vật liệu khởi đầu trong công tác chọn tạo giống khoai tây kháng bệnh virus và mang đặc tính nông sinh học mong muốn. Đây là những dẫn liệu khoa học quý, mới mẻ phục vụ nghiên cứu, giảng day công nghệ tế bào thực vật, công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng.
Y nghĩa thực tiễn của đề tài Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án đã tạo ra các dòng khoai tây 47/7, 47/26, 81- 2, 131/11 là sản phẩm dung hợp của hai dòng nhị bội Solanum tuberosum và các dòng BC; 13.6 là sản phẩm lai lại của con lai soma giữa khoai tây dại và khoai tây trồng. Các dòng này vừa có khả năng kháng bệnh virus, vừa mang các đặc tính nông sinh học quí có thể sử dụng cho chương trình tạo giống khoai tây kháng virus có năng suất cao, phẩm chất tốt. Ngoài ra, kết quả của đề tài cũng là cơ sở kỹ thuật để tham khảo xây dựng quy trình chọn tạo giống khoai tây kháng virus PVY, mang được những đặc tính nông sinh học mong muốn thông qua việc sử dụng kỹ thuật dung hợp tế bào trân. TÔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu chung về cây khoai tây 1.1 Nguồn gốc Cây khoai tây (Solanum tuberosum L.) là một cây trồng cỗ đại.
Các bằng chứng về khảo cổ học, lịch sử và ngôn ngữ học cũng như thực vật học đều chứng minh rằng khoai tây có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Nhiều loài khoai tây hoang dại còn tồn tại tới ngày nay, đặc biệt ở dãy Andes thuộc Peru, Bolivia [1]. Khoai tây được đem tới Tây Ban Nha và Châu Âu trong thế kỷ thứ 16, nhanh chóng thích nghỉ với điều kiện tự nhiên tại đây và sớm trở thành loại thực phâm chính tại thời điểm mà dân sé thế giới tăng nhanh. Khoai tây vào Pháp năm 1600 do hai nhà thực vật học người Thụy Sỹ C.
Bauhin mang tới, được trồng rộng rãi vào năm 1773. Từ Châu Âu khoai tây sang tới Án Độ năm 1610, vào Trung Quốc năm 1700 và năm 1766 vào Nhật Bản. Khoai tây đến với Áo, Italia, Đức và các vùng lãnh thổ Châu Âu vào cuối thế kỷ XVII. Khoai tây được trồng trên quy mô lớn vào những năm 1800 và tới khoảng thé ky XIX mới thực sự phổ biến trên các châu lục.
Ở Việt Nam, khoai tây được người Pháp đưa vào trồng năm 1890 ở một số vùng: Tú Sơn — Hải Phòng, Trà Lĩnh — Cao Bằng (1907), Thường Tín — Hà Tây (Hồ Hữu An, 2005). 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. Phân loại Khoai tây (Solanum tuberosum L. tuberosum, chi Solanum, họ cà Solanaceae, bộ Solanales, phân lớp Asteridae, lớp Magnoliopsida, ngành Magnoliophyta.
Các loài khoai tây thuộc một chi (genus) rất lớn và rất đa dang về mặt di truyền bao gồm 7 loài khoai tây trồng và 228 loài khoai tây dại (Hawkes, 1994). Trong 7 loài khoai tây trồng thì loài Solanum tuberosum có hai loài phụ đặc biệt quan trọng là S.
