Đánh giá đặc điểm nông sinh học và kiểu gen kháng bệnh xoăn vàng lá của các dòng cà chua chọn tạo bằng chỉ thị phân tử trong vụ xuân hè

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM ---  --- NGUYỄN THỊ QUYÊN Tên đề tài: “ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ KIỂU GEN KHÁNG BỆNH XOĂN VÀNG LÁ TOMATO YELLOW LEAF CURL VIRUS

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-  -

NGUYỄN THỊ QUYÊN

Tên đề tài:

“ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ KIỂU GEN

KHÁNG BỆNH XOĂN VÀNG LÁ (TOMATO YELLOW LEAF CURL VIRUS - TYLCV) CỦA CÁC DÒNG CÀ CHUA CHỌN TẠO BẰNG

CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG VỤ XUÂN HÈ”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Thái Nguyên, 2014

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

-  -

NGUYỄN THỊ QUYÊN

Tên đề tài:

“ĐÁNH GIÁ ĐẶC ĐIỂM NÔNG SINH HỌC VÀ KIỂU GEN

KHÁNG BỆNH XOĂN VÀNG LÁ (TOMATO YELLOW LEAF CURL VIRUS - TYLCV) CỦA CÁC DÒNG CÀ CHUA CHỌN TẠO BẰNG

CHỈ THỊ PHÂN TỬ TRONG VỤ XUÂN HÈ”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Trần Ngọc Hùng,

Bộ môn Công nghệ Sinh học, Viện Nghiên cứu Rau quả Việt Nam và

TS Nguyễn Văn Duy, Khoa Công nghệ sinh học và Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện cho em trong quá trình thực hiện và hoàn thành khóa luận

Qua đây em xin được gửi lời cảm ơn tới các anh chị đang công tác tại

Bộ môn Công nghệ Sinh học, Viện Nghiên cứu Rau quả đã tạo điều kiện thuận lợi và giúp đỡ em hoàn thành khóa luận này

Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn của mình đến tập thể thầy cô trong khoa Công nghệ Sinh học và Công nghệ Thực phẩm Thầy cô đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Cuối cùng, em xin gửi tới người thân cùng bạn bè, những người đã luôn quan tâm ủng hộ và là chỗ dựa cho em trong suốt thời gian em làm khóa luận này, cũng như trong cuộc sống

Xin trân trọng cám ơn!

Thái Nguyên, ngày 06 tháng 6 năm 2014

Sinh viên

Nguyễn Thị Quyên

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Cs : Cộng sự

DNA : Deoxyribonucleic Acid

dNTP : Deoxynucleotide Triphosphate

EDTA : Ethylene Diamine Tetraacetace Acid

FAO : Food and Agriculture Organization of the United

MỤC LỤC

trang

Phần 1: MỞ ĐẦU 6

1.1 Đặt vấn đề 6

1.2 Mục đích nghiên cứu 7

1.3 Yêu cầu của đề tài 8

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 9

1.4.1 Ý nghĩa khoa học 9

1.4.2 Ý nghĩa thực tiễn 9

PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 10

2.1 Giới thiệu chung về cây cà chua 10

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại 10

2.1.2 Đặc điểm thực vật học của cây 11

2.1.3 Phân bố và sinh thái 12

2.1.4 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới và Việt Nam 16

2.2 Bệnh xoăn vàng lá cà chua 23

2.2.1 Triệu chứng bệnh 23

2.2.2 Nguyên nhân gây bệnh 23

2.3 Chỉ thị phân tử 24

2.3.1 Giới thiệu chung về chỉ thị phân tử 24

2.3.2 Chọn tạo giống cà chua chống chịu bệnh xoăn vàng lá bằng chỉ thị phân tử 27

Phần 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 28

3.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 28

3.1.1 Đối tượng, hóa chất, thiết bị và môi trường nuôi cấy 28

3.1.2 Phạm vi nghiên cứu 31

3.2 Thời gian và địa điểm nghiên cứu 31

3.3 Nội dung nghiên cứu 31

3.3.1 Nội dung 1: Chọn lọc các dòng cà chua kháng TYLCV bằng chỉ thị phân tử 31

3.3.2 Nội dung 2: Đánh giá các đặc tính nông sinh học của các dòng cà chua

kháng bệnh xoăn vàng lá 31

3.4 Phương pháp nghiên cứu 31

3.4.1 Chọn tạo các dòng cà chua kháng TYLCV bằng chỉ thị phân tử 31

3.4.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học 33

Phần 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 35

4.1 Xác định gen kháng bệnh xoăn vàng lá 35

4.2 Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các dòng cà chua kháng TYLCV 40

4.2.1 Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học của quả 40

4.3.3 Kết quả đánh giá tính chịu nhiệt của cây 42

Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 44

5.1 Kết luận 44

5.2 Kiến nghị 44

TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH MỤC CÁC BẢNG

trang

Bảng 2 1: Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua của các châu lục trên thế

giới năm 2011 17

Bảng 2.2: Những nước có sản lượng cà chua cao nhất năm 2011 17

Bảng 2.3: Những nước có giá trị nhập khẩu cà chua lớn nhất thế giới năm 2008 18

Bảng 3.1: Mã hiệu của các dòng cà chua 28

Bảng 3.2: Các chỉ thị phân tử 29

Bảng 3.3: Các thiết bị chính sử dụng trong sinh học phân tử 30

Bảng 3.4: Môi trường LB 30

Bảng 3.5: Thành phần hóa chất cho mỗi phản ứng PCR 32

Bảng 3.6: Quy trình thực hiện phản ứng PCR 33

Bảng 4.1: Các gen kháng TYLCV 38

Bảng 4.2: Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học của quả 41

Bảng 4.3 Đánh giá tính chịu nhiệt của cây 43

DANH MỤC CÁC HÌNH

trang

Hình 2.1: Bệnh xoăn vàng lá cà chua 23

Hình 4.1: Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm PCR của chỉ thị Ty1 35

Hình 4.2: Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm PCR của chỉ thị Ty2 36

Hình 4.3: Ảnh điện di kiểm tra sản phẩm PCR của chỉ thị Ty3 37

Phần 1

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề

Virus gây bệnh xoăn vàng lá ở cà chua (Tomato Yellow Leaf Curl Virus - TYLCV) thuộc chi Begomovirus họ Geminiviridae, lan truyền nhờ

bọ phấn (Bamisia tabaci) được phát hiện lần đầu tiên ở Israel vào năm 1939

[33] Bệnh gây hại hủy diệt rất nhiều giống cà chua [19] Theo Pico và cs (1996)[33], thiệt hại rất lớn trong sản xuất cà chua do TYLCV được ghi nhận ở các vùng Nhiệt đới, Á Nhiệt đới, thậm chí kể cả Châu Âu và nửa Tây bán cầu Năng suất thiệt hại trung bình từ 55 - 90% thậm chí là 100% khi cây bị nhiễm bệnh này Một trong những biện pháp hiệu quả để phòng trừ hữu hiệu dịch hại này là dùng giống kháng bệnh, do đó hàng thập kỷ qua công tác tạo giống theo hướng này vẫn liên tục thực hiện Tuy nhiên hiện nay số dòng, giống cà chua kháng tốt bệnh này vẫn rất hạn chế [27]

Mặc dù chưa có thống kê đầy đủ về thiệt hại do TYLCV gây ra ở Việt Nam, nhưng hiện nay bệnh đang tàn phá nhiều ruộng cà chua, đặc biệt trong

vụ xuân hè Để hạn chế bệnh, phần lớn nông dân trông cậy vào thuốc hóa học để diệt trừ vật chủ trung gian truyền bệnh và luân canh cây trồng Ngoài

ra, ở nước ta sử dụng giống kháng bệnh là một hướng nghiên cứu mới Savior có thể coi là giống cà chua lai đầu tiên được đưa vào Việt Nam có khả năng chống chịu với bệnh xoăn vàng lá Trong vụ sớm, đây là giống chủ lực ở nhiều vùng cà chua phía Bắc [13]

Nhiệt độ thích hợp nhất để cà chua sinh trưởng là 22 - 240C (Lorenz, 1988) [30] nên ở các tỉnh phía Bắc của nước ta cà chua được trồng trong các mùa vụ: vụ sớm (gieo hạt cuối tháng 7, đầu tháng 8 trồng cuối tháng 8, đầu

tháng 9); vụ chính (gieo hạt đầu tháng 9 đến đầu tháng 10, trồng đầu tháng

10 đến đầu tháng 11); vụ muộn (gieo hạt tháng 11 đến giữa tháng 12, trồng tháng 12 đến tháng 1); vụ xuân hè (gieo hạt đầu tháng 2, trồng cuối tháng 2 đến đầu tháng 3) [1]

Trong vụ xuân hè nhiệt độ và ẩm độ liên tục tăng, là điều kiện rất thuận lợi cho bọ phấn - vật chủ trung gian truyền bệnh xoăn vàng lá phát triển

Hiện nay, ít nhất 4 locus liên quan đến tính kháng bệnh của TYLCV

đã được tìm thấy trên một số mẫu cà chua hoang dại: S Chilense, S habrochatis, S pimpinellifolium, S peruvianum, và S Cheesmaniae Các

gen kháng chính đã được định vị trên nhiễm sắc thể (NST) thông qua bản đồ

liên kết gen Hai gen trội không hoàn toàn Ty1 (Zamir và cs, 1994) [34] và Ty3 (Ji và cs, 2007) [27] được tìm thấy trong các mẫu giống lần lượt là

‘LA1969’ (S chilense) và ‘LA2779’ (S chilense), đây là các gen nằm trên

NST số 6 và là nguồn gen kháng rất hiệu quả với bệnh xoăn vàng lá cà chua

ở nửa Tây bán cầu Locus Ty2 nằm trên NST số 11, được tìm thấy ở mẫu giống ‘B6013’ (S habrochatis) thể hiện khả năng kháng rất tốt với các

chủng virus xoăn vàng lá ở Nam Ấn Độ, Nhật Bản và Bắc Việt Nam [19] Những năm gần đây, các chỉ thị phân tử (PCR - based molecular markers) liên kết chặt với các gen kháng bệnh xoăn vàng lá đã được phát triển và ứng dụng hiệu quả trong chọn tạo giống [13]

Từ năm 2010, Bộ môn Công Nghệ Sinh Học, Viện Nghiên cứu Rau quả đã bước đầu sử dụng chỉ thị phân tử để tạo giống cà chua chống chịu bệnh do TYLCV gây ra Nhiều dòng cà chua (F3-F4) đã được tạo ra Tiếp tục quá trình tạo giống, các dòng này cần xác định kiểu gen liên quan đến tính kháng bệnh xoăn vàng lá và đặc điểm nông sinh học (dạng quả, chất lượng

quả) phù hợp với vụ xuân hè Đó là lý do cần thiết để thực hiện đề tài “Đánh giá đặc điểm nông sinh học và kiểu gen kháng bệnh xoăn vàng lá (Tomato Yellow Leaf Curl Virus - TYLCV) của các dòng cà chua chọn tạo bằng chỉ thị phân tử trong vụ xuân hè”

1.2 Mục đích nghiên cứu

Chọn lọc các dòng cà chua kháng TYLCV và đưa ra sản xuất

1.3 Yêu cầu của đề tài

Chọn lọc được các dòng cà chua kháng TYLCV bằng chỉ thị phân tử Đánh giá được các đặc tính nông sinh học của các dòng cà chua kháng bệnh xoăn vàng lá

1.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Giới thiệu chung về cây cà chua

2.1.1 Nguồn gốc và phân loại

2.1.1.1 Nguồn gốc

Học thuyết về trung tâm phát triển cây trồng của N.I.Vavilop đề xướng

và P.M.Zukovxki bổ sung cho rằng: quê hương của cây cà chua là ở vùng

Nam Mỹ [33] Nhiều tài liệu nghiên cứu và trích dẫn của tác giả Luckwill

(1943)[31] và Mai Thị Phương Anh và cs (1996)[2] lại cho rằng: số lượng lớn

các giống cà chua hoang dại và cà chua trồng trọt được tìm thấy ở Pêru,

Ecuado, Bolivia, dọc theo bờ biển Thái Bình Dương từ quần đảo Galanpogos

tới Chi Lê Có rất nhiều ý kiến khác nhau về nguồn gốc của cây cà chua trồng

Với nhiều bằng chứng khảo cổ học, thực vật học, lịch sử đã thừa nhận Mêhico

là trung tâm thuần hóa cà chua trồng [27]

2.1.1.2 Phân loại

Cà chua thuộc họ cà Solanaceae, chi Lycopersicon Tourn (2n = 24)

Chi Lycopersicon Tourn được phân loại theo nhiều tác giả Nhưng cho đến

nay, phân loaị cà chua của Muller được sử dụng rộng rãi nhất [2, 29] Theo

Muller, chi Lycopersicon Tourn được phân làm 2 chi phụ

- Chi phụ I: Eulycopersicon C.H Mull Quả thường không có lông, màu đỏ

hoặc đỏ vàng, hạt to, chùm hoa không có lá bao, quả chứa sắc tố carotene và là

cây hàng năm Trong chi phụ I có 2 nhóm loài là: (1) Lycopersicon esculentum

Mill gồm 2 loài: Lycopersicon esculentum f Pyriforme và Lycopersicon

esculentum f Cerasiforme, (2) Lycopersicon pimpinellifolium f Mill

- Chi phụ II: Eriopersicon C.H.Mull Quả thường loang lổ, trắng, xanh

hoặc vàng nhạt, có sắc tố antoxian, hạt mỏng, chùm hoa có bao lá Có 4 nhóm

loài chính: (3) L peruvianum Mill có 2 loài: L peruvianum var dentatum Dun

và L peruvianum var humifusum C.H Mull, (4) L cheesmanii Riley chỉ có

một loài L cheesmanii f minor C.H Mull, (5) L hissutum Humb và Bonpl

cũng chỉ có một loài L hissutum f glabratum C.H Mull và (6)

L glandulosum C.H Mull

Tất cả các thành viên của chi này đều thuộc cây hàng năm, có vòng đời ngắn và có số lượng nhiễm sắc thể 2n = 24

2.1.2 Đặc điểm thực vật học của cây

2.1.2.1 Rễ

Thuộc hệ rễ chùm, có khả năng ăn sâu trong đất Rễ phụ cấp 2 phân bố dày đặc trong đất ở thời kì cây sinh trưởng mạnh Khi gieo thẳng rễ cà chua

có thể ăn sâu tới 1,5m, nhưng ở độ sâu dưới 1m rễ ít, hệ rễ phân bố chủ yếu ở

độ sâu khoảng 0-30cm Khả năng tái sinh của hệ rễ mạnh, khi rễ chính bị đứt,

rễ phụ phát triển mạnh Loài cà chua trồng trọt khi tạo hình, tỉa cành, hạn chế

sự phát triển của cây thì sự phân bố của rễ hẹp hơn khi không tỉa cành, lá [11]

Trong quá trình sinh trưởng, hệ rễ chịu sự ảnh hưởng lớn của điều kiện môi trường như: nhiệt độ đất và ẩm độ đất [4]

2.1.2.2 Thân

Thân cà chua thuộc hệ thân thảo, có đặc điểm chung là có đốt trên thân

và phân nhánh mạnh Tùy theo điều kiện môi trường và giống mà có độ dài khác nhau Thân có nhiều lông nhỏ và mịn, ở giai đoạn cây con thân có màu trắng hoặc tím tùy thuộc giống Tùy khả năng sinh trưởng và phân nhánh, các giống cà chua được chia làm 4 dạng hình [11]:

- Dạng sinh trưởng hữu hạn (Determinate)

- Dạng sinh trưởng vô hạn (Indeterminate)

- Dạng sinh trưởng bán hữu hạn (Semideterminate)

- Dạng lùn (Dwarf)

2.1.2.3 Lá

Đa số lá cà chua có dạng lá kép lông chim lẻ, các lá chét có răng cưa,

có nhiều dạng lá khác nhau: lá chân chim, lá khoai tây, dạng lá ớt…, tùy thuộc giống mà lá cà chua có màu sắc và kích thước khác nhau [4]

2.1.2.4 Hoa

Thuộc loại hoa hoàn chỉnh (gồm: lá đài, cánh hoa, nhị, nhụy) Hoa cà chua mọc thành chùm, số lượng hoa/chùm, số chùm hoa/cây rất khác nhau ở các giống, số lượng chùm hoa dao động từ 4 - 20, số hoa/chùm từ 2 - 26 hoa/chùm [11]

2.1.2.5 Quả

Cà chua thuộc dạng quả mọng, có 2,3 hoặc nhiều ngăn hạt Hình dạng quả và màu sắc quả phụ thuộc vào từng giống Ngoài ra màu sắc quả còn phụ thuộc vào nhiệt độ và hàm lượng carotene, lycopene Ở nhiệt độ 30°C trở lên, sự tổng hợp lycopene bị ức chế, trong khi đó sự tổng hợp carotene không bị tác động bởi khoảng nhiệt độ đó, vì thế cà chua mùa nóng quả khi chín có màu vàng hoặc đỏ vàng [11]

Quá trình chín của quả chia làm 4 thời kỳ:

- Thời kỳ quả xanh: quả và hạt phát triển chưa hoàn toàn, nếu đem dấm quả không chín, chưa có mùi vị, màu sắc đặc trưng của giống

- Thời kỳ chín xanh: quả đã phát triển đầy đủ, có màu xanh sáng, keo xung quanh hạt được hình thành, quả chưa có màu hồng hay vàng nhưng nếu đem dấm sẽ thể hiện màu sắc vốn có

- Thời kỳ chín vàng: phần đỉnh quả xuất hiện màu hồng, xung quanh cuống vẫn còn xanh, nếu sản phẩm cần chuyên chở đi xa nên thu hoạch lúc này để quả chín từ từ khi chuyên chở

- Thời kỳ chín đỏ: quả xuất hiện màu sắc vốn có của giống, màu sắc thể hiện hoàn toàn, có thể thu hoạch để ăn tươi, hạt trong trái lúc này phát triển đầy đủ có thể làm giống

2.1.2.6 Hạt

Hạt cà chua nhỏ, thường có lông mịn Điều kiện thời tiết, đặc biệt là nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến năng suất, chất lượng và màu sắc hạt Nhiệt độ thấp hoặc quá cao sẽ làm cho màu sắc hạt đen, tỷ lệ nảy mầm và năng suất thấp, trung bình có khoảng 50 - 350 hạt trong một quả, trọng lượng 1000 hạt từ 2,5 - 3,5g [2, 13]

2.1.3 Phân bố và sinh thái

năm 1710, nhưng với quan niệm cà chua là cây độc, có hại cho sức khỏe nên chưa được chấp nhận Mãi đến năm 1830 cà chua mới được coi là cây thực phẩm cần thiết như ngày nay [26]

Ở Châu Á, cà chua xuất hiện vào thế kỉ XVIII, đầu tiên là Philippin, Đông Java (Indonexia) và Malaysia từ Châu Âu qua các nhà buôn và thực dân Tây Ban Nha, Bồ Đào Nha và Hà Lan Từ đây cây cà chua được phổ biến đến các vùng khác của Châu Á Tuy có lịch sử trồng trọt lâu đời nhưng đến nữa đầu thế kỉ XX, cà chua mới thực sự là cây trồng phổ biến trên thế giới [29]

2.1.3.2 Sinh thái của cây cà chua

Yêu cầu sinh thái của cây cà chua

Các yếu tố ngoại cảnh tác động đến quá trình sinh trưởng và phát triển của cây cà chua như: nhiệt độ, ẩm độ, ánh sáng, không khí, đất đai, vi sinh vật… Trong đó, nhiệt độ được coi là yếu tố quan trọng nhất [11]

Cà chua thuộc nhóm cây thích ẩm Nhiệt độ thích hợp nhất cho cây nảy mầm là 24 - 25°C, nhiều giống khác có khả năng nảy mầm nhanh ở nhiệt độ 28 - 32°C [30]

Tác giả Tạ Thu Cúc (2007)[4], cho rằng: cà chua chịu được nhiệt độ cao và ít mẫn cảm với nhiệt độ thấp Cà chua có thể sinh trưởng, phát triển trong khoảng nhiệt độ 15 - 35°C, nhiệt độ thích hợp từ 22 - 24°C Giới hạn nhiệt độ tối cao là trên 35°C và giới hạn nhiệt độ thấp là 10°C

Theo Lorenz O A và Maynard D.N (1988)[30], cà chua sinh trưởng tốt trong phạm vi nhiệt độ 15 - 30°C, nhiệt độ tối ưu là 22 - 24°C Quá trình quang hợp của lá cà chua tăng khi nhiệt độ đạt tối ưu là 25 - 30°C Khi nhiệt

độ cao hơn mức thích hợp (> 35°C) quá trình quang hợp sẽ giảm dần

Nhiệt độ ngày và đêm có ảnh hưởng tới sinh trưởng của cây Nhiệt độ ngày thích hợp cho cây sinh trưởng là 20 - 25°C, nhiệt độ đêm thích hợp từ

13 - 18°C Khi nhiệt độ cao hơn 35°C cây cà chua ngừng sinh trưởng và ở nhiệt độ thấp 10°C trong thời gian kéo dài cây sẽ ngừng sinh trưởng và chết

Ở giai đoạn sinh trưởng, nhiệt độ ngày đêm xấp xỉ 25°C tạo điều kiện cho

quá trình ra lá và sinh trưởng của lá Tốc độ sinh trưởng của thân, rễ và chồi đạt tốt hơn khi nhiệt độ ngày từ 26 - 30°C và đêm từ 18 - 22°C [29]

Nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến sinh trưởng dinh dưỡng

mà còn ảnh hưởng rất lớn đến quá trình ra hoa, đậu quả, năng suất và chất lượng của cà chua Nhiệt độ không khí và nhiệt độ đất có ảnh hưởng đến số lượng hoa/chùm Khi nhiệt độ không khí cao hơn 30/25°C (ngày/đêm) làm tăng số lượng đốt dưới chùm hoa thứ nhất Ở nhiệt độ không khí trên cùng với nhiệt độ đất cao hơn 21°C làm giảm số hoa/chùm Nhiệt độ ban ngày từ

21 - 30°C và ban đêm 15 - 21°C thích hợp cho sự thụ phấn đối với đa số các giống cà chua [29]

Khi nhiệt độ (ngày/đêm) > 30/24°C làm giảm kích thước hoa, trọng lượng noãn và bao phấn Ở nhiệt độ cao số lượng hạt phấn giảm, giảm sức sống của hạt phấn và của noãn Nhiệt độ tối ưu cho tỷ lệ đậu quả cao là 18-20°C

Màu sắc quả chịu ảnh hưởng lớn của nhiệt độ, do quá trình sinh tổng hợp lycopene rất mẫn cảm với nhiệt độ Nhiệt độ thích hợp để phân hủy cholorophyll là 15 - 40°C, hình thành lycopene là 12 - 30°C, hình thành carotene là 10 - 38°C Ở nhiệt độ 24 - 28°C, quả có màu đỏ- da cam đậm do

có sự hình thành lycopene và carotene dễ dàng Từ 30 - 36°C quả có màu vàng là do lycopene không được hình thành Ở trên 40°C quả giữ nguyên màu xanh bởi cơ chế phân hủy cholorophyll không hoạt động, carotene và lycopene không được hình thành Nhiệt độ cao trong quá trình phát triển của quả cũng làm giảm quá trình hình thành pectin, nguyên nhân làm cho quả nhanh mềm hơn [29]

Độ ẩm và nhiệt độ cao cũng là nguyên nhân tạo điều kiện cho một số bệnh phát triển : bệnh héo rũ, đốm nâu, sương mai, héo xanh vi khuẩn…

- Yêu cầu ánh sáng

Cà chua là cây trồng có nguồn gốc nhiệt đới nên yêu cầu cường độ ánh sáng cao Khi có ánh sáng tốt, cường độ quang hợp tăng, cây sẽ ra hoa, đậu quả sớm hơn và chất lượng sản phẩm sẽ cao hơn Cường độ ánh sáng thấp làm chậm quá trình sinh trưởng và cản trở quá trình ra hoa, làm vươn

dài vòi nhụy và tạo ra những hạt phấn không có sức sống, thụ phấn kém Khi

cà chua bị che bóng năng suất thường giảm và quả bị dị hình [32]

Chất lượng, cường độ ánh sáng và thời gian chiếu sáng ảnh hưởng tới thành phần hóa học của cà chua Cà chua trồng trong điều kiện đủ ánh sáng thì hàm lượng axit ascorbic trong quả nhiều hơn trồng nơi thiếu ánh sáng [11]

- Yêu cầu độ ẩm

Yêu cầu về nước của cà chua ở các giai đoạn sinh trưởng rất khác nhau, giai đoạn đầu cần ít nước hơn giai đoạn sau Độ ẩm đất 60 - 70% phù hợp cho cây ở giai đoạn sinh trưởng và từ 78 - 81% cho giai đoạn đậu quả [32] Thời kì cần nhiều nước nhất là khi ra hoa, nếu ở giai đoạn này không đáp ứng đủ thì việc hình thành chùm hoa và tỷ lệ đậu quả sẽ giảm Khi đất khô hay quá ẩm đều ảnh hưởng đến sinh trưởng, phát triển của cà chua, biểu hiện của thiếu nước hay thừa nước đều làm cho cây bị héo Khi ruộng ngập nước, đất thiếu oxy, thừa cacbonic làm cho rễ bị ngộ độc dẫn đến cây héo Khi thiếu nước: sinh trưởng kém, còi cọc, lá nhỏ, khi thiếu nước trầm trọng cây có biểu hiện rụng

nụ, rụng hoa, quả chậm lớn và thường gây ra hiện tượng thối và rụng quả [20]

Cà chua yêu cầu độ ẩm không khí thấp từ 45 - 55% Khi độ ẩm không khí cao (>65%) cây dễ bị nhiễm bệnh, và cũng làm ảnh hưởng đến sự phát triển của hạt phấn, hạt phấn bị vỡ ra ảnh hưởng đến quá trình thụ phấn từ đó làm giảm số hoa/chùm, giảm tỉ lệ đậu quả và năng suất cà chua [14, 32] Nước ta thuộc khí hậu nhiệt đới gió mùa nên có độ ẩm không khí cao, cà chua

dễ bị nhiễm nhiều loại bệnh

- Yêu cầu đối với đất và dinh dưỡng

Cà chua có thể trồng được trên nhiều loại đất khác nhau Trong nghiên cứu cho thấy độ pH phù hợp nhất cho cà chua là từ 6 - 6,2 [32]

Cà chua cần ít nhất 20 nguyên tố dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng

và phát triển của nó [29]

Đạm: trong suốt quá trình sinh trưởng đạm có ảnh hưởng lớn đến sinh trưởng và năng suất hơn tất cả các yếu tố dinh dưỡng khác Có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng, nở hoa, đậu quả của cà chua nhưng lại kéo dài thời gian chín Khi thiếu đạm dẫn đến sinh trưởng của thân lá bị kìm hãm, lá vàng úa,

cây còi cọc, giảm năng suất, chất lượng quả Khi dư đạm làm giảm kích thước quả, kéo dài thời gian chín, màu sắc kém, hàm lượng đường thấp, giảm khả năng chống chịu với bệnh [6]

Lân: hệ rễ của cây cà chua hấp thụ lân kém, nhất là thờ kì cây non Lân làm tăng khả năng hút nước và dinh dưỡng của bộ rễ, cần thiết cho việc đậu quả và đẩy nhanh sự chín của quả [4] Quá trình hấp thụ lân phụ thuộc vào nhiệt độ cường độ chiếu sáng, cà chua thường bị thiếu lân trong điều kiện nhiệt độ thấp

Kali: cần thiết cho quá trình hình thành thân, bầu quả, làm cho cây cứng cáp hơn do tăng bề dày của mô giác, tăng khả năng chống chịu sâu bệnh hại và điều kiện bất lợi, ngoài ra còn thúc đẩy quá trình quang hợp, tham gia tổng hợp các chất quan trọng như: gluxit, protein, vitamin Kali có vai trò quan trọng trong việc hình thành màu sắc và hương vị cà chua [4] Thiếu kali sẽ làm cho cây sớm hóa gỗ, quả dễ bị các vết đốm, giảm độ săn chắc và hàm lượng chất dinh dưỡng của quả

Magie: là nguyên tố vi lượng có vai trò qua trọng đối với dinh dưỡng của cà chua Nó ảnh hưởng tới quá trình tổng hợp lân, hydratcacbon và liên quan đến quá trình hình thành Cholorophyll [11]

Ngoài đạm, lân, kali, kẽm, các yếu tố vi lượng khác như: Ca, Mn, S, Zn, cũng rất cần thiết đối với quá trình sinh trưởng và phát triển của cà chua [1]

2.1.4 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới và Việt Nam

2.1.4.1 Tình hình sản xuất cà chua trên Thế giới

Cà chua là loại cây trồng tuy được chấp nhận như là một loại thực phẩm và có lịch sử phát triển tương đối muộn nhưng do nó có khả năng thích ứng rộng, hiệu quả kinh tế và giá trị sử dụng cao nên được trồng khá phổ biến 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 [7]

Theo FAO (2009) [23] trên thế giới có 158 nước trồng cà chua Diện tích, sản lượng, năng suất cà chua trên thế giới như sau:

Diện tích: 4.544.525 (ha)

Năng suất: 339.719 (tạ/ha)

Sản lượng: 154.368.171 (tấn)

Bảng 2 1: Diện tích, năng suất và sản lượng cà chua của các châu lục

trên thế giới năm 2011[35]

Tên châu lục Diện tích (ha) Năng suất (Hg/ha) Sản lượng (tấn)

Bảng 2.2: Những nước có sản lượng cà chua cao nhất năm 2011[24]

STT Tên nước Sản lượng (tấn)

Bảng 2.3: Những nước có giá trị nhập khẩu cà chua lớn nhất thế giới

- Những nghiên cứu về TYLCV

Theo nghiên cứu trên thế giới hiện nay có khoảng 2000 loài virus Một phần tư trong tổng số các loài virus phát hiện được có khả năng tấn công và gây hại cho thực vật [33]

Cây cà chua bị nhiều loài dịch hại tấn công, theo số liệu thống kê của CABI năm 2005, hiện có 499 loài dịch hại gây hại trên cà chua, trong đó virus

có 41 loài Mặc dù chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng số tất cả các loài dịch hại trên cà chua nhưng bệnh hại do virus gây thiệt hại rất lớn cho các vùng trồng cà chua trên thế giới [20] Chính vì vậy, bệnh virus hại cà chua đã và đang được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, nghiên cứu về đặc điểm sinh học, sinh thái học cũng như phương thức lan truyền để đưa ra biện pháp phòng trừ hiệu quả nhất

Bệnh hại cà chua do TYLCV gây ra được phát hiện đầu tiên gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất cà chua tại Israel từ những năm 1930, sau đó bệnh xuất hiện và gây ảnh hưởng tại nước Cộng Hòa Dominica, Cuba, Jamaica

vào khoảng đầu những năm 1990 và nhanh chóng lan rộng tới các nước Trung Đông, các nước thuộc Bắc và Trung Phi và Đông Nam Á Cho tới nay, TYLCV xuất hiện và gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới sản xuất cà chua của hầu

khắp các nước trên trế giới [20] Hiện nay, đã có tới 40 loài Bengomovirus hại

cà chua đã được phát hiện và công bố trên thế giới [33] Do vậy việc tìm kiếm một giải pháp hợp lý để tạo được giống kháng đa virus gây bệnh xoăn vàng lá không chỉ là vấn đề riêng của các quốc gia

Trên thế giới việc quản lý dịch hại do TYLCV gây ra chủ yếu dựa trên

việc phòng trừ véc tơ lan truyền virus - bọ phấn Benica tabaci (B tabaci) Trên

thế giới đã có rất nhiều nghiên cứu được đầu tư để tìm ra giải pháp phòng trừ

bọ phấn nhưng cho tới nay vẫn phải lựa chọn biện pháp sử dụng thuốc hóa học [19] Tuy nhiên, cũng tương tự như Việt Nam biện pháp hóa học cũng có hiệu quả rất thấp hoặc là không có hiệu quả Do vậy trên thế giới việc trồng trọt các giống kháng TYLCV cũng được coi là biện pháp hữu hiệu nhất có thể khắc phục triệt để bệnh xoăn vàng lá [33]

2.1.4.2 Tình hình sản xuất cà chua ở Việt Nam

Cà chua là cây mới du nhập vào Việt Nam mới được hơn 100 năm nhưng đã trở thành một loại thực phẩm phổ biến và được sử dụng ngày càng rộng rãi Cà chua ở nước ta được trồng chủ yếu ở vụ đông với diện tích khoảng 6.800 - 7.300 ha và thường tập trung ở các tỉnh thuộc đồng bằng và trung du Bắc Bộ ( Hà Nội, Hải Dương, Vĩnh Phúc, ), còn ở miền nam tập trung ở các tỉnh An Giang, Tiền Giang, Lâm Đồng [1]

Trong điều tra của TS.Phạm Đồng Quảng và cs (2006)[19], hiện nay cả nước có khoảng 115 giống cà chua được gieo trồng, trong đó có 10 giống được gieo trồng với diện tích lớn 6.259 ha, chiếm 55% diện tích cả nước Giống M386 được trồng nhiều nhất ( khoảng 1432 ha), tiếp theo là các giống cà chua Pháp, VL200, TN002, Red Crown… Ở Việt Nam giai đoạn từ năm 1996 đến năm 2001, diện tích trồng cà chua tăng trên 10.000 ha (từ 7.059 - 17.834 ha), nhưng năng suất vẫn chưa ổn định

Bảng 2.4: Diện tích, năng suất, sản lượng cà chua ở Việt Nam [24] Năm Diện tích (ha) Năng suất (tạ/ha) Sản lượng (tấn)

Nhiệt độ thích hợp nhất để cà chua sinh trưởng là 22 - 24ºC [30] nên ở các tỉnh phía bắc nước ta cà chua được trồng trong 3 vụ [8]:

Vụ sớm: hạt gieo vào cuối tháng 7 đến đầu tháng 8, trồng từ cuối tháng 8 đến đầu tháng 9 Vụ này cà chua được trồng trên đất cao, thoát nước tốt, với các giống có đặc điểm chính là chịu nhiệt và chống chịu bệnh xoăn vàng lá do virus gây ra

Vụ chính: gieo hạt đầu tháng 9 đến đầu tháng 10, trồng từ tháng 10 đến tháng 11 Vụ này cà chua có năng suất và chất lượng cao nhất, có nhiều giống thích hợp trong vụ này Cuối vụ cà chua thường bị bệnh sương mai hại nặng

Vụ muộn: gieo từ tháng 11 đến tháng 12, trồng từ tháng 12 đến tháng

1, ở vụ này giai đoạn đầu bệnh sương mai phát triển mạnh

Ngoài ra, vụ xuân hè gieo hạt đầu tháng 2 trồng vào cuối tháng 2 đến đầu tháng 3 Đầu vụ thường bị bệnh sương mai, cuối vụ xuất hiện bệnh xoăn vàng lá Giống trồng trong vụ này có đặc điểm là khả năng chịu nhiệt tốt

Ở các vùng miền núi phía Bắc, khí hậu mát mẻ quanh năm nên cà chua

có thể trồng ở nhiều vụ

Cà chua là một loại rau ăn trái đã và đang nắm giữ vị trí quan trọng và

là tâm điểm nghiên cứu của các nhà chọn tạo giống cây trồng trong tương lai

Nhờ vậy mà hàng loạt các giống cà chua mới, năng suất cao, phẩm chất tốt được ra đời để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường [7] Để phục vụ công tác đó cần sử dụng rất nhiều phương pháp như lai tạo, chọn lọc, xử lý đột biến, nuôi cấy invitro…

Tuy nhiên so với sự phát triển chung của thế giới thì cả diện tích và năng suất của nước ta còn rất thấp Theo dự đoán của một số nhà chuyên môn thì trong một vài năm tới diện tích và năng suất đều sẽ tăng nhanh do [8]: các nhà chọn giống trong những năm tới sẽ đưa ra sản xuất hàng loạt các giống có ưu điểm cả về năng suất và chất lượng, phù hợp tùng vùng sinh thái, từng mùa vụ nhất là các vụ trái,giải quyết rau giáp vụ, ngoài ra các tiến bộ khoa học kỹ thuật mới sẽ được phổ biến và hướng dẫn nông dân các tỉnh, nước ta đã đưa vào một nhà máy chế biến cà chua cô đặc theo dây chuyền hiện đại tại Hải Phòng với công suất 10 tấn nguyên liệu/ngày Vì vậy việc quy hoạch vùng trồng cà chua

để cung cấp nguyên liệu cho nhà máy đang trở nên cấp thiết nhất là ở các tỉnh Hải Phòng, Hà Nội, Hưng Yên, Hải Dương, Thái Bình

- Những nghiên cứu về TYLCV ở Việt Nam

Thực tế sản xuất cà chua ở nước ta cho thấy năng suất của cà chua còn hạn chế không chỉ do khó khăn về giống , kĩ thuật, vốn đầu tư mà còn

do sự phát sinh, phát triển của dịch hại trên từng vùng, từng vụ hết sức phức tạp, bao gồm dịch hại do côn trùng, nấm, vi khuẩn và virus, trong đó

nghiêm trọng nhất là bệnh xoăn vàng lá (do tomato yellow leaf curl vius thuộc chi Begomovirus, họ Genminiviridea) [16] Đặc biệt trong những

năm gần đây, bệnh đã gây ra những thiệt hại nghiêm trọng ở vụ xuân hè và

vụ thu đông, cây cà chua bị bệnh làm cho hoa rụng nhiều, quả xốp, khô, phẩm chất và năng suất kém Bệnh có thể làm giảm tới trên 90% sản lượng Bệnh phát sinh và gây hại hầu hết ở các vùng trong cả nước như: Hà Nội, Hải Dương, Hưng Yên, Bắc Ninh, Bắc Giang, Vĩnh Phúc,…[6] Theo Lê Thị Liễu (2004)[9], trong vụ đông xuân 2003 - 2004 tại khu vực Gia Lâm,

Hà Nội có tới 96% số hộ điều tra trả lời ruộng cà chua của họ bị nhiễm xoăn vàng lá với 50% ruộng bị bệnh nặng

Xoăn vàng lá đã và đang là bệnh virus gây thiệt hại kinh tế nặng nhất trong sản xuất cà chua ở Việt Nam Việc quản lý dịch hại chủ yếu dựa vào

việc phòng trừ véc tơ lan truyền virus ở bọ phấn Bemicia tabaci Tuy nhiên với số lượng khá lớn các loài cây kí chủ của bọ phấn Bemicia tabaci (500

loài trong 74 họ cây thực vật khác nhau), cùng với sự đa dạng của các loài cây kí chủ của TYLCV (34 loài cây trồng), quan hệ giữa bọ phấn và cây kí chủ hết sức phức tạp và đa dạng nên sử dụng biện pháp hóa học để phòng trừ mang lại hiệu quả rất thấp đồng thời gây ảnh hưởng đến môi trường [1] Do vậy việc trồng các giống kháng TYLCV được coi là biện pháp tối ưu nhất để khắc phục triệt để bệnh xoăn vàng lá [8]

Ở Việt Nam, có 2 loài begomovirus được phát hiện gây ra bệnh xoăn vàng lá cà chua Loài thứ nhất là Tomato leaf curl Vietnam virus (ToLCVV),

được phân lập từ cây cà chua bị bệnh xoăn vàng lá ở miền Bắc vào năm

2001 Loài thứ hai là Tomato yellow leaf curl Kanchanaburi (TYLCKaV),

được phân lập đầu tiên ở tỉnh Kanchanaburi (Thái Lan) vào năm 2002 và được phát hiện trên cây cà chua tại Việt Nam vào năm 2005 (mã số Genbank của mẫu Việt Nam là DQ169054, -55) Gần đây, từ một mẫu cà chua bị bệnh

xoăn vàng lá thu thập tại Hà Nội, cùng với ToLCVV, một loài begomovirus thứ ba cũng đã được phân lập Loài này được đặt tên là Tomato yellow leaf curl Vietnam virus (TYLCVNV) [15]

Về nguyên tắc, việc bổ sung tính trạng kháng bệnh vào một giống thương mại có thể thực hiện thông qua lai truyền thống Tuy nhiên lai truyền thống để tạo giống kháng bệnh xoăn vàng lá đã gặp nhiều trở ngại do hạn chế về nguồn gen, gen kháng TYLCV chỉ xuất hiện ở các loại cà chua dại, thêm nữa tính trạng kháng TYLCV thông thường được quyết định đa gen nên việc lai tạo truyền thống gặp rất nhiều khó khăn Ở Việt Nam hiện tại đã phát hiện 4 loài virus gây bệnh xoăn vàng lá khác nhau [6] Việc tìm kiếm một giải pháp hợp lý để tạo được giống kháng đa virus gây bệnh xoăn vàng

lá cà chua là hết sức cần thiết