Nghiên cứu nguồn vật liệu khởi đầu cho chọn tạo giống dưa chuột(cucumis sativus l ) ưu thế lai phục vụ chế biến

Thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn, khóa luận

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGÔ THỊ HẠNH

NGHIÊN CỨU NGUỒN VẬT LIỆU KHỞI ðẦU

CHO CHỌN TẠO GIỐNG DƯA CHUỘT (Cucumis sativus L.)

ƯU THẾ LAI PHỤC VỤ CHẾ BIẾN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2011

BỘ GIÁO DỤC VÀ đÀO TẠO

TRƯỜNG đẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

NGÔ THỊ HẠNH

NGHIÊN CỨU NGUỒN VẬT LIỆU KHỞI đẦU

CHO CHỌN TẠO GIỐNG DƯA CHUỘT (Cucumis sativus L.)

ƯU THẾ LAI PHỤC VỤ CHẾ BIẾN

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 05 01

Người hướng dẫn: 1 PGS.TS Vũ đình Hoà

2 GS.TS Trần Khắc Thi

HÀ NỘI - 2011

LỜI CAM ðOAN

- Tôi xin cam ñoan rằng, ñây là công trình nghiên cứu của tôi Các số

li ệu và kết quả nghiên cứu trong luận án này là trung thực và chưa từng ñược

công b ố trong bất kỳ một công trình nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng, mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận án

ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận án này ñều ñược

ch ỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận án

Ngô Thị Hạnh

ựề tài cũng như hoàn chỉnh luận án

Tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh ựạo Viện Nghiên cứu Rau - Quả, Viện đào tạo Sau ựại học, các thầy cô giáo Bộ môn Di truyền Giống, Khoa Nông học - Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội ựã giúp ựỡ và tạo mọi ựiều kiện thuận lợi ựể tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Tôi xin trân trọng cảm ơn Vụ Khoa học Công nghệ và Môi trường, Bộ

Nông nghiệp và PTNT, GS TS Trần Khắc Thi chủ nhiệm ựề tài: ỘNghiên cứu

ch ọn tạo giống và kỹ thuật sản xuất tiên tiến cho một số loại rau chủ lực phục

v ụ cho nội tiêu và xuất khẩu (cà chua, dưa chuột, mướp ựắng, dưa hấu và ớt)Ợ

ựã hỗ trợ kinh phắ ựể thực hiện ựề tài nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Bộ môn Rau - gia vị, Viện Nghiên cứu Rau quả, các sinh viên thực tập tốt nghiệp từ khóa 47 ựến khóa 50

ựã cộng tác giúp ựỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

Tôi xin chân thành cám ơn sự giúp ựỡ của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hưng Yên, ựã tạo ựiều kiện thuận lợi ựể tôi thực hiện và hoàn thành luận án

Sau cùng là gia ựình ựã luôn ựộng viên khắch lệ, tạo ựiều kiện về thời gian, công sức và kinh phắ ựể tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cám ơn

Hà N ội, ngày 22 tháng 9 năm 2011

Tác giả

Ngô Thị Hạnh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA

1.1 Nguồn gốc, phân bố và phân loại cây dưa chuột 6

1.2 ðặc ñiểm di truyền và nguồn gen cây dưa chuột 11

1.2.3 Sự ña dạng di truyền của nguồn gen dưa chuột 21

1.3.1 Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai 241.3.2 Cơ sở phân lập dòng và tạo giống ưu thế lai ở cây dưa chuột 241.3.3 Tạo giống ưu thế lai cây dưa chuột trên thế giới 28

1.4 Tạo giống dưa chuột cho chế biến 401.4.1 Tạo giống dưa chuột cho chế biến trên thế giới 401.4.2 Tạo giống dưa chuột cho chế biến trong nước 42CHƯƠNG 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 45

2.4.1 Nội dung 1: đánh giá nguồn vật liệu khởi ựầu các mẫu giống

2.4.2 Nội dung 2: Phát triển dòng thuần và ựánh giá khả năng kết

hợp của các dòng dưa chuột quả nhỏ tự phối 492.4.3 Nội dung 3: đánh giá tổ hợp lai có triển vọng 522.4.4 Nội dung 4: Xây dựng mô hình trình diễn của giống có triển vọng 53

3.1 đánh giá nguồn vật liệu khởi ựầu các mẫu giống dưa chuột

3.1.1 đánh giá tập ựoàn các mẫu giống dưa chuột chế biến dựa

3.1.2 đánh giá sự ựa dạng di truyền của các mẫu giống dưa chuột

quả nhỏ dựa trên các tắnh trạng nông sinh học 913.2 Phát triển dòng thuần và ựánh giá khả năng kết hợp của các dòng

3.2.1 Phát triển dòng thuần dưa chuột quả nhỏ phù hợp chế biến

3.2.2 đánh giá khả năng kết hợp của các dòng dưa chuột tự phối 973.2.3 đánh giá các dòng dưa chuột tự phối ưu tú 1083.2.4 Khảo sát quan hệ di truyền của các giống dưa chuột làm bố mẹ

và các dòng tự phối phân lập sử dụng chỉ thị phân tử RAPD 1133.2.5 đánh giá khả năng kết hợp riêng của các dòng dưa chuột quả

3.2.6 đánh giá mức ựộ biểu hiện một số tắnh trạng liên quan ựến

3.4 Xây dựng mô hình trình diễn của giống có triển vọng tại vùng sản xuất dưa chuột nguyên liệu cho chế biến 135

Danh mục công trình ựã công bố có liên quan ựến luận án 141

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIÊT TẮT

AVRDC Asian vegetable Research and Development Center

Tên mới: The World Vegetable Center (Trung tâm Rau thế giới) AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism

(ða hình chiều dài phân ñoạn khuyếch ñại)

BSA Bulked segregant analysis (Phân tích phân ly hỗn hợp)

DNA Deoxyribonucleic acid (axit Deoxyribonucleic)

FAO Food and Agriculture Organization

(Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc)

GCA General combining ability (Khả năng kết hợp chung)

IBPGR Internatinal Board for Plant Genetic Resources

(Ủy ban Quốc tế Nguồn Tài nguyên Di truyền Thực vật )

ISSR Inter - Simple Sequence Repeat (Trình tự lập lại ñơn giản xen giữa) MAS Marker-assisted selection (Chọn lọc dựa vào chỉ thị)

KNKHC Khả năng kết hợp chung

OP Open pollination (Thụ phấn tự do)

PCR Polymerase Chain reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp)

QTLs Quantitative trait loci (Những lôcut tính trạng số lượng)

RAPD Random Amplified Polymorphic DNA

(ða hình các ñoạn ADN khuyếch ñại ngẫu nhiên)

RILs Recombinant inbred lines (Các dòng nội phối tái tổ hợp)

RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism

(ða hình chiều dài phân ñoạn giới hạn)

SCA Specific combining ability (Khả năng kết hợp riêng)

SCAR Sequence characterized amplified region

(Vùng khuyếch ñại có trình tự ñặc trưng)

SRAP Sequence - related amplified polymorphism

(Tính ña hình khuếch ñại liên quan ñến trình tự)

SSR Simple Sequence Repeat (Lặp lại trình tự ñơn giản)

STS Sequence Tagged Site (ðiểm trình tự ñược ñánh dấu)

TCN Tiêu chuẩn ngành

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG

1.1 Tình hình sản xuất dưa chuột trên thế giới (1999 - 2008) 8 1.2 Quan hệ giữa kiểu gen và biểu hiện kiểu hình ở dưa chuột 14 2.1 Các mồi RAPD sử dụng trong ựánh giá ựa dạng di truyền 51 3.1 Phân nhóm các mẫu giống theo mục tiêu chế biến 58 3.2a Thời gian qua các giai ựoạn sinh trưởng, phát triển của các mẫu

3.2b Phân nhóm các mẫu giống theo thời gian qua các giai ựoạn sinh trưởng 62 3.3a Chiều cao cây, số lá/thân chắnh và số cành cấp 1 của các mẫu

3.3b Phân nhóm các mẫu giống theo dạng hình sinh trưởng và mức ựộ

3.6a đánh giá tắnh kháng bệnh sương mai và phấn trắng của các mẫu

giống bằng phương pháp lây nhiễm nhân tạo trong nhà lưới (vụ

3.6b Một số mẫu giống kháng bệnh sương mai và phấn trắng 80 3.7a đặc ựiểm quả của các mẫu giống trong vụ ựông và vụ xuân năm 2003 81

3.7b Phân nhóm các mẫu giống theo ñặc ñiểm quả 83 3.8a Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các mẫu giống

3.8b Phân nhóm các mẫu giống theo khối lượng quả, số quả/cây và

3.9 Phân nhóm các mẫu giống theo hệ số tương ñồng di truyền 94 3.10 Một số ñặc ñiểm chính của 5 mẫu giống sử dụng phát triển dòng thuần 96 3.11 Giá trị khả năng kết hợp chung sớm của 56 dòng dưa chuột tự

phối với cây thử Nếp Hà Nam trong vụ ñông 2005 98 3.12 Thời gian qua các giai ñoạn sinh trưởng và phát triển của các con

lai thử giữa dòng và cây thử trong vụ ñông 2006 100 3.13 Chiều cao cây, số lá/thân chính và số cành cấp 1 của các con lai

thử giữa dòng và cây thử trong vụ ñông 2006 101 3.14 Mức ñộ nhiễm bệnh sương mai, bệnh phấn trắng và bệnh virus

trên ñồng ruộng của các con lai thử trong vụ ñông 2006 103 3.15 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các con lai thử

3.20 Chiều cao cây và số lá của các dòng dưa chuột trong vụ xuân và

3.21 Số cành cấp 1, mức ñộ nhiễm bệnh sương mai, bệnh phấn trắng trên

ñồng ruộng của các dòng dưa chuột trong vụ xuân và vụ ñông 2007 111

3.22 ðặc ñiểm hình thái của các dòng dưa chuột 111 3.23 ðặc ñiểm quả của các dòng dưa chuột trong vụ xuân và vụ ñông 2007 112 3.24 Các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng dưa chuột trong vụ

3.28 Thời gian qua các giai ñoạn sinh trưởng của các tổ hợp lai dưa

3.29 Chiều cao cây, số lá/cây và số nhánh/thân chính của các tổ hợp

3.30 Một số ñặc ñiểm hình thái của các tổ hợp lai dưa chuột trong vụ

3.31 Mức ñộ nhiễm bệnh sương mai, phấn trắng và bệnh virus trên

ñồng ruộng của các tổ hợp lai dưa chuột trong vụ xuân 2008 122 3.32 ðặc ñiểm quả của các tổ hợp lai dưa chuột trong vụ xuân 2008 123 3.33 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các tổ hợp lai

3.34 Giá trị ưu thế lai chuẩn (Hs) của tính trạng chiều cao cây, số hoa

cái, số quả/cây và năng suất của các tổ hợp lai 126 3.35 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ ở tính trạng

3.36 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ ở tính trạng

3.37 Giá trị khả năng kết hợp riêng giữa các dòng bố mẹ ở tính trạng

3.38 Khoảng cách di truyền của các mẫu giống dưa chuột và năng

suất, ưu thế lai về năng suất của các tổ hợp lai 128 3.39 Một số chỉ tiêu sinh hóa quả của các tổ hợp lai có triển vọng

các giống ñối chứng trong vụ ñông 2008, vụ xuân 2009 tại Viện

3.44 ðặc ñiểm nông sinh học của giống dưa chuột lai CV209 so với

giống dưa chuột phổ biến ngoài sản xuất trong vụ xuân 2009 135 3.45 Các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và ñặc ñiểm quả của

giống CV209 so với giống dưa chuột phổ biến ngoài sản xuất

3.46 Một số ñặc ñiểm nông sinh học của giống dưa chuột lai CV209 so

với giống dưa chuột phổ biến ngoài sản xuất trong vụ ñông 2009 136 3.47 Mức ñộ nhiễm bệnh hại trên ñồng ruộng của giống CV209 so với

giống dưa chuột phổ biến ngoài sản xuất trong vụ ñông 2009 137 3.48 Các yếu tố cấu thành năng suất, năng suất và ñặc ñiểm quả của

giống CV209 so với giống dưa chuột phổ biến ngoài sản xuất

DANH MỤC CÁC HÌNH

3.1 Tỷ lệ các mẫu giống dưa chuột chế biến theo nguồn gốc thu thập 583.2 Diễn biến nhiệt ñộ TB giữa các tháng năm 2003 59

3.4 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng của các mẫu giống quả

3.5 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng của các mẫu giống quả

3.6 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng của các mẫu giống quả

dài muối mặn trong vụ ñông và vụ xuân 2003 883.7 Cây phả hệ của 29 mẫu giống dưa chuột quả nhỏ trên cơ sở giá

3.8 Diễn biến nhiệt ñộ TB giữa các tháng năm 2007 1093.9 Các dòng dưa chuột tự phối có triển vọng 112

3.12 Cây phả hệ của của 11 mẫu giống dưa chuột 1173.13 Năng suất thực thu và tỷ lệ ñạt tiêu chuẩn của các tổ hợp lai 1253.14 Giống dưa chuột CV209 và sản phẩm chế biến 1343.15 Mô hình trình diễn của giống dưa chuột CV209 tại Kim ðộng

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Cây dưa chuột (Cucumis sativus L.) là loại cây rau ăn quả có giá trị trao

ñổi thương mại lớn, ñược trồng phổ biến làm thực phẩm thông dụng của nhiều nước trên thế giới Dưa chuột có hàm lượng các chất dinh dưỡng và năng lượng thấp nhưng lại có hàm lượng vitamin và chất khoáng cao nên rất ñược ưa chuộng ở các nước có khẩu phần ăn giàu năng lượng (Bose và cs., 2002) [47]

Dưa chuột có thời gian sinh trưởng ngắn nhưng cho năng suất cao; quả dưa chuột vừa ñược sử dụng ăn tươi vừa ñược sử dụng cho chế biến Theo số liệu thống kê của FAO năm 2008, tổng diện tích dưa chuột trên thế giới là 2,64 triệu ha với sản lượng ñạt trên 44 triệu tấn quả Nước có diện tích trồng dưa chuột lớn trên thế giới là Trung Quốc với diện tích gieo trồng chiếm 64,6%

và sản lượng chiếm 63,7% về tổng sản lượng của toàn thế giới ðứng sau Trung Quốc là các nước Nga, Iran, Mỹ và Thổ Nhĩ Kỳ [59]

Dưa chuột là sản phẩm rau phổ biến ñứng hàng thứ tư sau cà chua, bắp cải và hành tây với thị trường xuất nhập khẩu rất sôi ñộng Mỹ là nước có lượng nhập khẩu lớn nhất thế giới, khoảng 2 triệu tấn với giá trị khoảng 1,7 - 2,0 tỷ ñô la Mỹ/năm Nga là nước nhập khẩu lớn tiếp theo với khoảng 90 triệu USD trong năm 2008 Một trong các nước xuất khẩu dưa chuột lớn nữa phải kể ñến là Thổ Nhĩ Kỳ, với kim ngạch xuất khẩu ñạt 30 triệu USD trong năm 2008

Năm 2009, tổng diện tích dưa chuột của nước ta ñạt 31.570 ha với năng suất bình quân ñạt 182,8 tạ/ha, cao hơn so với năng suất trung bình của toàn thế giới (Tổng cục Thống kê, 2010) Dưa chuột ñược trồng ở tất cả các tỉnh, phía Bắc và phía Nam, nhưng diện tích dưa chuột ñược trồng tập trung với diện tích lớn ở các tỉnh vùng ðồng bằng sông Hồng và các tỉnh vùng ðồng bằng sông Cửu Long Ở các vùng trồng dưa chuột tập trung như Vĩnh Phúc,

Hưng Yên và Hà Nam ñạt năng suất ñạt trên 230 tạ/ha, lớn hơn nhiều so với

năng suất bình quân của cả nước Những ñịa phương có diện tích trồng dưa chuột tập trung càng lớn thì năng suất càng cao và ngược lại [37]

Sản lượng dưa chuột sản xuất hàng năm ngoài cung cấp cho thị trường

ăn tươi trong nước còn cung cấp cho chế biến xuất khẩu trên 65% tổng sản lượng Kim ngạch xuất khẩu dưa chuột và các sản phẩm chế biến từ dưa chuột trong 6 tháng ñầu năm 2009 ñạt 24,1 triệu USD Thị trường xuất khẩu chủ yếu gồm Nga, Nhật Bản và Rumani, chiếm tới 77,5% tổng kim ngạch xuất khẩu của cây trồng này Với diện tích gieo trồng và kim ngạch xuất khẩu ñạt ñược hàng năm lớn hơn nhiều so với các cây rau khác, cây dưa chuột ñã trở thành cây rau quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, ñặc biệt là ở các vùng trồng tập trung cung cấp nguyên liệu cho chế biến xuất khẩu Dưa chuột có thể xuất khẩu dưới nhiều hình thức như quả tươi hoặc sản phẩm chế biến như: muối chua nguyên quả, muối mặn, chẻ tư, chẻ nhỏ và dầm dấm Việc mở rộng diện tích trồng dưa chuột ñặc biệt là diện tích dưa chuột cho chế biến ngày càng ñược quan tâm nghiên cứu và phát triển

Hiện nay, ở các vùng trồng dưa chuột tập trung cung cấp nguyên liệu cho chế biến ở nước ta chỉ một phần diện tích ñược trồng bằng các giống dưa chuột ñịa phương, còn lại hầu hết là sử dụng các giống dưa chuột lai F1 ñược nhập nội từ nước ngoài Các giống nhập nội có ưu ñiểm cho năng suất cao, chất lượng quả tốt và phù hợp cho chế biến Tuy nhiên, các giống dưa chuột nhập nội ñều có giá hạt giống khá cao, một số giống có khả năng kháng sâu bệnh kém Một nhược ñiểm nữa là người sản xuất phụ thuộc vào nguồn hạt giống ñược cung cấp Với sự ña dạng về nguồn gen nhập nội và trong nước, ñặc biệt các ñặc tính thích nghi của các giống dưa chuột ñịa phương là các ñiều kiện thuận lợi cho việc nghiên cứu, chọn tạo các giống dưa chuột mới Việc chọn tạo các giống dưa chuột lai mới ở trong nước có năng suất và chất lượng cao, có khả năng thích nghi, kháng sâu bệnh tốt, sử dụng cho chế biến

và xuất khẩu sẽ góp phần làm giảm chi phí hạt giống và chi phí sản xuất dưa chuột, chủ ñộng trong cung cấp hạt giống và cải thiện lợi ích kinh tế cho người sản xuất

Trong công chọn tạo giống cây trồng nói chung và công tác chọn tạo giống dưa chuột lai (F1) nói riêng, việc ựánh giá và hiểu kỹ giá trị chọn giống của nguồn vật liệu khởi ựầu luôn là khâu trọng yếu không thể thiếu ựể sử dụng chúng một cách hiệu quả trong chọn tạo, cải lương giống Sự ựa dạng di truyền

về các tắnh trạng nông học, năng suất, chất lượng, khả năng chống chịu với các ựiều kiện ngoại cảnh sẽ là nguồn tắnh trạng có giá trị ựể chọn tạo thành công các giống dưa chuột lai F1 cung cấp cho sản xuất Việc ựánh giá nguồn vật liệu khởi ựầu sẽ góp phần quan trọng ựể phát triển giống dưa chuột lai F1 nói chung

và cho mục tiêu chế biến nói riêng

2 Mục tiêu của ựề tài

- đánh giá, xác ựịnh nguồn vật liệu khởi ựầu của cây dưa chuột có các ựặc tắnh phù hợp cho chế biến công nghiệp

- Chọn ựược các dòng thuần dưa chuột có các ựặc tắnh phù hợp chế biến ựóng hộp nguyên quả

- Chọn ựược tổ hợp lai dưa chuột quả nhỏ mới sinh trưởng khỏe, năng suất cao, chất lượng tốt và có khả năng chống chịu bệnh trong ựiều kiện sản xuất ở miền Bắc Việt Nam

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

- đây là công trình nghiên cứu có hệ thống về ựánh giá, phân loại và sử dụng nguồn vật liệu khởi ựầu các giống dưa chuột phù hợp với mục tiêu chế biến làm cơ sở cho các nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột ưu thế lai phục vụ chế biến ựóng hộp nguyên quả trong ựiều kiện sinh thái miền Bắc Việt Nam

- Kết quả nghiên cứu của ựề tài sẽ bổ sung thêm cơ sở lý luận và phương pháp ựánh giá, sử dụng nguồn vật liệu khởi ựầu các giống dưa chuột chế biến, chọn tạo các dòng tự phối với tỷ lệ hoa cái cao, có tắnh kháng tốt với bệnh sương mai và phấn trắng trong ựiều kiện miền Bắc Việt Nam

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Tuyển chọn ñược nguồn vật liệu khởi ñầu dưa chuột phong phú với các ñặc ñiểm phù hợp cho mục tiêu chế biến công nghiệp ở miền Bắc Việt Nam, phục vụ cho công tác chọn tạo giống ưu thế lai trước mắt cũng như trong tương lai

- Tạo ñược một số dòng dưa chuột tự phối có ñặc tính tốt: tỷ lệ hoa cái trên cây cao, kháng tốt với bệnh sương mai và phấn trắng, có khả năng kết hợp cao, trong ñó có dòng tự phối dưa chuột dạng quả nhỏ 100% hoa cái làm nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống dưa chuột ưu thế lai có tiềm năng cho năng suất cao và phù hợp cho chế biến ñóng hộp nguyên quả trong ñiều kiện miền Bắc Việt Nam

- Tuyển chọn một tổ hợp lai (F1) ñặt tên CV209, dạng quả nhỏ phù hợp chế biến ñóng hộp nguyên quả, sinh trưởng khỏe, năng suất cao, có thể trồng hai vụ/năm, kháng bệnh sương mai và phấn trắng tốt Giống ñã ñược Bộ Nông nghiệp và PTNT công nhận là giống cho sản xuất thử theo quyết ñịnh 89/Qð-BNN-TT ngày 16 tháng 4 năm 2010

- Giống dưa chuột lai trong nước ñược nông dân chấp nhận, bổ sung vào

cơ cấu giống dưa chuột chế biến lai ñược chọn tạo trong nước

4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 ðối tượng nghiên cứu

ðề tài sử dụng các mẫu giống dưa chuột ñịa phương trong nước, các giống dưa chuột thụ phấn tự do (OP) và các giống dưa chuột lai F1 nhập nội

có ñặc ñiểm phù hợp cho các dạng chế biến, tạo các dòng tự phối ñể tạo nguồn vật liệu khởi ñầu, ñồng thời thử khả năng kết hợp chung và riêng ñể xác ñịnh tổ hợp lai dưa chuột quả nhỏ với ưu thế lai cao phục vụ chế biến ñóng hộp nguyên quả

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- ðề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu về các mẫu giống dưa chuột có các ñặc ñiểm phù hợp cho các dạng chế biến và chế biến ñóng hộp nguyên quả

- Quá trình nghiên cứu nguồn vật liệu khởi ñầu, quá trình lai tạo và ñánh giá các dòng tự phối, các tổ hợp lai mới ñược thực hiện tại Viện Nghiên cứu Rau quả Xây dựng mô hình sản xuất thử, trình diễn và mở rộng tổ hợp lai mới ñược thực hiện ở các vùng sản xuất dưa chuột nguyên liệu của tỉnh Hưng Yên

5 Những ñóng góp mới của luận án

- Phân nhóm ñược các nhóm dưa chuột theo từng mục tiêu chế biến khác nhau Xác ñịnh ñược một số giống dưa chuột ñịa phương của Việt Nam kháng bệnh sương mai và bệnh phấn trắng, ñây là nguồn gen có giá trị trong chọn giống dưa chuột ưu thế lai phục vụ chế biến

- Tạo ñược 6 dòng dưa chuột tự phối dạng quả nhỏ ND3-2-5, NB1-3-2, NB1-6-7, NC6-2-1, NC5-2-3 và NA4-1-2 phù hợp chế biến ñóng hộp nguyên quả với các ưu ñiểm như: tỷ lệ hoa cái cao, có tính kháng tốt với bệnh sương mai và phấn trắng trong ñiều kiện miền Bắc Việt Nam

- Tạo ñược giống dưa chuột quả nhỏ lai F1 CV209 phục vụ chế biến ñóng hộp nguyên quả ñầu tiên trong nước có tỷ lệ hoa cái cao, kháng bệnh sương mai và phấn trắng tốt, phù hợp trồng 2 vụ/năm trong ñiều kiện sinh thái miền Bắc Việt Nam

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI

1.1 Nguồn gốc, phân bố và phân loại cây dưa chuột

1.1.1 Nguồn gốc và phân bố

Dưa chuột (Cucumis sativus L.) thuộc họ bầu bí (Cucurbitaceae), là

cây rau ăn quả ñược trồng trọt lâu ñời nhất, nó ñược biết cách ñây khoảng 5.000 năm (Tatlioglu, 1993) [109] Song, hiện chưa có tài liệu nào xác minh chính xác về nguồn gốc của cây dưa chuột và vẫn tồn tại nhiều ý kiến khác nhau về nguồn gốc của loại cây này Phần lớn các nhà nghiên cứu ñều thống nhất với quan ñiểm do De Candolle ñưa ra năm 1912 là dưa chuột có nguồn gốc từ Tây Bắc Ấn ðộ, nơi tồn tại các loài họ hàng hoang dại với số lượng

nhiễm sắc thể 2n = 14 Loài hoang dại, Cucumis hardwickii là dạng dưa chuột

quả nhỏ ñắng có gai quả cứng và thưa ñược tìm thấy mọc hoang dại ở chân núi Himalaya (De Candolle, 1984) [56]; (IBPGR, 1983) [68]; (Robinson, Decker, 1999) [97]; (Siemonsma, Kasem, 1994) [101]; (Vincent và cs., 1997) [114] Cũng có những ý kiến cho rằng dưa chuột có nguồn gốc tại Nam Á và ñược trồng trọt từ rất lâu, khoảng 3000 năm Từ những nơi này dưa chuột ñược ñưa ñến các vùng như Tây châu Á, các nước Bắc Phi và Nam Âu (Bose, Som, 1986) [46]

Ở Trung Quốc dưa chuột ñã ñược trồng rất sớm, có thể trước công nguyên Các giống dưa chuột ñịa phương của Trung Quốc có nhiều tính trạng lặn như quả dài, hình thành quả không cần qua thụ phấn (dạng parthenocarpy), quả không chứa chất gây ñắng (cucurbitaxin), gai quả màu trắng Từ kết quả qua các cuộc thám hiểm cùng với sự nghiên cứu của mình, nhà thực vật Vavilốp (1926) [113]; Tatlioglu (1993) [109] cho rằng, Trung Quốc là Trung tâm khởi nguyên thứ hai của cây dưa chuột Nhiều tài liệu cổ của Trung Quốc cho rằng dưa chuột ñược trồng tại ñây từ khoảng 100 năm trước Công nguyên Mesherov và Kobylyanskaya (1981) [85] chứng minh rằng, dưa chuột ở Nhật

Bản và Trung Quốc có cùng nguồn gốc điều này cũng phù hợp với ý kiến của một số nhà khoa học khác cho rằng dưa chuột ựược chuyển từ Trung Quốc sang Nhật Bản trong khoảng thời gian từ năm 923 - 930

Trong thời kỳ La Mã dưa chuột ựược phát triển theo phương pháp trồng dưới mái che, ựến thế kỷ 13 dưa chuột ựược ựưa ựến nước Anh, Columbus ựã gieo trồng dưa chuột ở Haiti trong chuyến du lịch ựường biển lần thứ 2 của ông Từ thế kỷ 16, người Tây Ban Nha ựã phát hiện ra cây dưa chuột ở các thuộc ựịa bị họ thống trị (Tạ Thu Cúc, 2007) [3]; (De Candolle, 1984) [56]; (Robinson, Decker, 1999) [97]

Việc phát hiện ra các dạng cây dưa chuột dại, quả rất nhỏ, mọc tự nhiên

ở các vùng đồng bằng Bắc Bộ và các dạng quả to, gai trắng, mọc tự nhiên ở các vùng núi cao phắa Bắc Việt Nam, cho thấy có thể khu vực miền núi phắa Bắc Việt Nam giáp Lào ựược coi là nơi phát sinh cây dưa chuột Ở ựây ựang còn tồn tại các dạng hoang dại của cây này (Trần Khắc Thi (1985) [31]

Ở nước ta, dưa chuột ựược trồng từ bao giờ cho ựến nay vẫn chưa ựược

rõ Tài liệu sớm hơn cả có nhắc ựến dưa chuột là sách ỘNam phương thảo mộc trạngỢ của Kế Hàm có từ năm Thái Khang thứ 6 giới thiệu ỘẦ cây dưa leo hoa vàng, quả dài cỡ gang tay, ăn mát vào mùa hèỢ Mô tả kỹ hơn cả là cuốn Ộ Phủ biên tạp lụcỢ (năm 1775) Lê Quý đôn ựã ghi rõ tên dưa chuột và vùng trồng là đàng Trong (từ Quảng Bình ựến Hà Tiên) và Bắc Bộ (Nguyễn Văn Hiển và cs., 2000) [6] Theo Lưu Trấn Tiêu (1974), qua việc phân tắch bào tử phấn hoa ở di chỉ tràng kênh từ thời Hùng Vương, ngoài lúa nước, còn phát hiện thấy phấn hoa dưa chuột (Trần Khắc Thi và cs., 2008) [34]

Dưa chuột là loại rau ăn quả thương mại quan trọng, ựược trồng lâu ựời trên thế giới và trở thành thực phẩm của nhiều nước Theo thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên Hợp Quốc (FAO), diện tắch trồng dưa chuột trên toàn thế giới ựều tăng hàng năm (bảng 1.1) Những nước dẫn ựầu

về diện tắch gieo trồng và năng suất dưa chuột là: Trung Quốc (diện tắch:

1.702.777 ha, sản lượng 28.247.373 tấn); Iran (82.000 ha, 1.800.000 tấn); Thổ Nhĩ Kỳ (59.000 ha, 1.678.770 tấn); Nga (73.000 ha, 1.000.000 tấn); Mỹ (59.480 ha, 963.000 tấn) (FAO, 2010) [59]

Bảng 1.1 Tình hình sản xuất dưa chuột trên thế giới (1999 - 2008)

Năm

Diện tắch

(ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (tấn)

Năm Diện tắch

(ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (tấn)

Dưa chuột thuộc Họ bầu bắ Cucurbitaceae, Chi Cucumis, loài C

sativus L., có bộ nhiễm sắc thể 2n =14 Do trong quá trình tồn tại và phát triển, từ một dạng ban ựầu, dưới tác dụng của ựiều kiện sinh thái khác nhau và các ựột biến tự nhiên, dưa chuột ựã phân hoá thành nhiều kiểu sinh học

(biotype) Việc phân loại chúng theo ựặc tắnh sinh thái và di truyền học giúp cho công tác nghiên cứu giống sử dụng ựúng ựắn và dễ dàng các ựối tượng nghiên cứu Các nhà phân loại ựã cố gắng nhiều trong lĩnh vực này, tuy nhiên, cho ựến nay vẫn chưa có một bản phân loại thống nhất (Ram, 2007) [94]

Theo bảng phân loại của Gabaev (1932) (dẫn theo Trần Khắc Thi,

1985) [31], loài C sativus ựược phân chia thành 3 loài phụ:

1 Loài phụ đông Á - ssp - Righi dus Gab

2 Loài phụ Tây Á - ssp - Graciolos Gab

3 Dưa chuột hoang dại - ssp - Agrostis Gab, Var hardwickii (Royla)

Alef

Theo ựặc ựiểm quả giống và vùng phân bố, các loài phụ trên ựược chia thành 14 thứ Loài phụ đông Á có 8 thứ, loài phụ Tây Á có 5 thứ và dưa

chuột hoang dại hardwikii

Bảng phân loại của Gabaev về cơ bản là hợp lý, nhưng khi sử dụng bản phân loại này thường gặp nhiều khó khăn trong chọn giống (Timofeev và cs., 1972) (dẫn theo Trần Khắc Thi, 1985) [31]

Trên cơ sở nghiên cứu sự tiến hoá sinh thái của loài C sativus, Filov

(1940) ựã ựưa ra bảng phân loại chắnh xác hơn Theo bảng này, dạng hoang

dại ựược ựưa vào nhóm phụ ssp Agrosuis Gab Các dạng khác thuộc loài

trồng trọt và tập trung vào 6 loài phụ mang ựặc trưng của sự phân hóa sinh thái rõ rệt (Mai Thị Phương Anh và cs., 1996); (Nguyễn Văn Hiển, 2000) [1], [6] Các loài phụ ựó bao gồm:

1/ ssp Europaeo - americanus Fil - loài phụ Âu - Mỹ là loài phụ lớn nhất về

vùng phân bố và ựược chia thành 3 nhóm sinh thái (proles):

a- Pr Europaeo - americanus Fil - nhóm Âu - Mỹ

b- Pr Orientali - europaeur Fil - nhóm đông Âu

c- Pr Borealis Fil - nhóm phương Bắc

2/ ssp Occidentali - asiaticus Fil - loài phụ Tây Á là loài phổ biến tại các

vùng khô hạn Trung và Tiểu Á, Iran, Afganistan và Azerbaizan với ựặc ựiểm ựặc trưng là chịu nóng và chịu hạn cao Loài phụ này ựược chia thành 5 nhóm sinh thái:

a Pr Medio - asiaticus Fil - nhóm Trung Á

b Pr Astrachanicus Fil - Nhóm Astrakhan

c Pr Anatolicus Fil - Nhóm Anatoni

d Pr Jranicus Fil Ờ Nhóm Pecxich

e Pr Cilicicus Fil - Nhóm Lilici

3/ ssp Chinensis Fil - Loài phụ Trung Quốc Loài phụ này ựược trồng phổ

biến trong nhà kắnh ở châu Âu, bao gồm các giống quả ngắn thụ phấn nhờ côn

trùng; quả dài, tự kết quả không qua thụ phấn (parthenocarpic) Loài phụ này bao gồm các nhóm sinh thái sau:

a Pr Australi - chinesis Fil - nhóm nam Trung Quốc

b Pr Anglicus Fil - nhóm Anh

c Pr Germanicus Fil - nhóm đức

d Pr Klinensis Fil - nhóm Klin

e Pr Kashgaricus Fil - nhóm tây Trung Quốc

4/ ssp Indico - Japonicus Fil - loài phụ Nhật - Ấn, phổ biến ở các vùng nhiệt

ựới và cận nhiệt ựới nơi có lượng mưa lớn Tắnh chịu nước của cây thuộc loài này biểu hiện ở tất cả các cơ quan Ở loài này có 4 nhóm sinh thái ựịa lý:

a Pr Indicus Fil - Nhóm Ấn độ

b Pr Japonicus Fil - Nhóm Nhật Bản

c Pr Manshuricus Fil - Nhóm Manshuri

d Pr Abchansicus Fil - Nhóm Abkhazi

Căn cứ vào ựặc ựiểm hình thái và sinh học, hầu như các giống dưa chuột Việt Nam nằm trong loài này nhưng không hoàn toàn thuộc một trong 4 nhóm sinh thái trên

5/ ssp Himalaicus Fil - Nhóm Himalaya

6/ ssp Hermaphroditus Fil - Nhóm dưa chuột lưỡng tắnh

Ngoài ra, nhà chọn giống dưa chuột Liên Xô, tiến sĩ Tcachenco (1967)

ựã phân loài C sativus thành 3 thứ: dưa chuột thường, dưa chuột lưỡng tắnh

và dưa chuột hoang dại (Tạ Thu Cúc, 2007) [3]

Nhà di truyền học Ba Lan Kubieki (1969) ựã chia C sativus thành 3 thứ

(Nguyễn Văn Hiển, 2000) [6]:

1 Var Vulgaris - dưa chuột trồng, gồm 2 nhóm sinh thái ựịa lý là đông

và Tây Á

2 Var Hermaphroditus - dưa chuột lưỡng tắnh

3 Var Hardwikii - dưa chuột hoang dại

Bảng phân loại này mặc dù chỉ dựa trên quan ựiểm hình thái thực vật nhưng tương ựối thuận lợi khi sử dụng trong công tác nghiên cứu giống

Theo Libner Nonneck (1989), C sativus L ựây là một dạng của dưa

chuột, là cây rau thương mại quan trọng Một số cây khác cũng ựược gọi là

dưa chuột như: C flexucosu và C melo (dưa chuột rắn); dưa chuột Tây Ấn

độ (Gherkin): C anguria L.; dưa chuột tròn C prophetarum; dưa chuột trắng

Trung Quốc Var conomon hoặc dưa chuột sao: Sicyos angulatus (Tạ Thu

Cúc, 2007) [3]

Gần ựây, Jeffrey (1990) [70] ựã ựưa ra bảng phân loại mới, theo ông, họ

Bầu bắ (Cucurbitaceae) bao gồm 118 chi, 825 loài (species) Theo bảng phân loại này, họ Bầu bắ ựược chia thành 5 họ phụ: Fevilleae, Melothrieae,

Cucurbitaceae , Sicyoideae và Cyclanthereae Các loài trồng trọt quan trọng nhất là Cucurbita L., Cucumis L., Citrullus L., Lagenaria L., Luffa L và

Cechium L., ựược tìm thấy trong họ phụ Sicyoideae (Whitaker & Davis, 1962) Trong ựó, loài quan trọng nhất là Cucurbita gồm bắ và bắ ngô (C

maxima Duch, C moschata Duch Ex Lam.) Trong loài Cucumis bao gồm dưa chuột (C sativus L.), dưa lê hoặc dưa thơm (C melo L.); ở loài Citrullus

có dưa hấu (Citrullus lanatus Thunb); loài Lagenaria có bầu (L siceraria M.), Sechium có su su và dưa trời (Trichosanthes anguina L.)

Theo Tatlioglu (1993) [109], chi Cucumis nằm ở hai vùng ựịa lý khác nhau:

+ Nhóm châu Phi: chiếm phần lớn các loài, ựược trồng phổ biến ở châu Phi và Trung đông ựến Pakistan và Nam Ả Rập

+ Nhóm châu Á: dưa chuột (Cucumis sativus) ựược tìm thấy ở các vùng

thuộc phắa ựông và nam dãy Himalaya Các giống dưa chuột ựang trồng ở Việt Nam nằm trong nhóm này

1.2 đặc ựiểm di truyền và nguồn gen cây dưa chuột

1.2.1 đặc ựiểm di truyền cây dưa chuột

1.2.1.1 Di truy ền về ựặc tắnh sinh trưởng

Pierce và Wehner (1989) [90] ựã phát hiện, mô tả và lập danh sách gen

và các nhóm gen liên kết ở dưa chuột Trong số 105 gen ñược mô tả, có 15 ñột biến cây con, 8 ñột biến thân, 14 ñột biến lá, 20 ñột biến hoa, 18 ñột biến quả, 12 ñột biến màu sắc quả, 15 gen chống chịu bệnh, 2 gen chống chịu bất thuận của ngoại cảnh và 1 gen chống chịu sâu hại Song ñến năm 1990, Pierce

và Wehner lại cho rằng có 6 nhóm liên kết, trong mỗi nhóm có số lượng gen liên kết khác nhau Ở nhóm 1 có 12 gen, nhóm 2 có 9, nhóm 3 có 5, nhóm 4

có 12, nhóm 5 có 3 và nhóm 6 có 2 gen, dựa trên các kết quả này tác giả ñã xây dựng bản ñồ gen liên kết ở cây dưa chuột (Pierce và Wehner, 1990) [91], (Wehner, 2006) [120]

Khi nghiên cứu về ñặc ñiểm sinh trưởng ở cây dưa chuột, Tatlioglu (1993) [109] ñã phát hiện ra một loại dưa chuột sau một thời gian sinh trưởng trên ñỉnh ngọn của thân chính xuất hiện một chùm hoa và cây ngừng sinh trưởng về chiều cao Hiện tượng này ñược gọi là dạng hình sinh trưởng hữu hạn và do

gen lặn de kiểm soát, còn gen trội De kiểm soát dạng hình sinh trưởng vô hạn Tuy gen de xác ñịnh sinh trưởng hữu hạn nhưng chiều dài của thân dưa chuột lại do gen t quy ñịnh, gen này hoạt ñộng hoàn toàn ñộc lập với gen de Khi có mặt của gen t ở trạng thái ñồng hợp tử, các cây dưa chuột thường có thân ngắn

Ở giai ñoạn cuối của thời kỳ sinh trưởng, gen de cũng ñóng vai trò làm giảm số ñốt và làm ngắn ñốt trên cây do ñó sẽ làm giảm chiều cao của cây Theo quan ñiểm của Franken (1981) [61], dạng hình sinh trưởng hữu hạn có quan hệ ñến chiều cao cây, số lượng ñốt và chiều dài ñốt là do hàng loạt gen kiểm soát, hoạt ñộng ña gen lại chịu tác ñộng bởi ñiều kiện môi trường

Năm 1998, Carlos [49] cho biết có ít nhất 70 gen quy ñịnh các tính trạng

trên cây dưa chuột Các gen quy ñịnh ñặc ñiểm cây, ñặc ñiểm quả như: gen dw quy ñịnh cây dạng bụi, gen td kiểm soát việc ức chế hình thành tua cuốn, gen trội B quy ñịnh gai quả màu ñen, gai màu ñen hoặc màu nâu trội so với gai màu trắng (Tkachenko, 1935) [111] Nhưng gen B quy ñịnh màu sắc gai lại có liên kết chặt với gen R xác ñịnh màu quả chín ñỏ và cũng liên kết với gen H quy

ñịnh phân bố dạng lưới nhăn trên vỏ quả Hutchins (1940) [67] cho biết gen c quy ñịnh tính trạng vỏ quả dưa chuột khi chín có màu trắng kem, gen này

tương tác với gen R và di truyền ở F2 theo tỷ lệ 9 màu ñỏ (RC) : 3 màu cam

(Rc) : 3 màu vàng (rC) : 1 màu kem (rc) Hầu hết các giống dưa chuột châu Âu

có gen Tu, khi có mặt của gen này các u vấu phát triển trên bề mặt quả khi quả

còn xanh, ñây cũng là chỉ tiêu mà nhiều người tiêu dùng ưu thích

1.2.1.2 Nghiên c ứu di truyền giới tính

Dưa chuột thuộc dạng cây ñơn tính cùng gốc (Monoecious), trên cây có

cả hoa ñực và hoa cái Song trong quá trình tiến hóa ñặc ñiểm này bị biến ñổi

dần, các dạng hoa mới xuất hiện Nghiên cứu di truyền học giới tính cây dưa chuột ñã ñược rất nhiều nhà khoa học quan tâm (Rosenman và cs., 2000) [98] Nghiên cứu các dạng hoa, mức ñộ biểu hiện giới tính, giới hạn biến ñổi ñặc tính này không chỉ có ý nghĩa về mặt lý luận mà còn có ý nghĩa thực tế trong việc giải quyết vấn ñề tăng năng suất, chất lượng sản phẩm của các cây trồng nông nghiệp trong ñó có cây dưa chuột (Vũ Văn Liết và Nguyễn Văn Hoan, 2007) [15]

Theo Tatliglu (1993) [110], ở dưa chuột có 3 kiểu hoa: hoa ñực, hoa cái

và hoa lưỡng tính do 3 gen chính Acr/acr, M/m và A/a quyết ñịnh giới tính ở

hoa dưa chuột Căn cứ vào kiểu phân bố của hoa trên cây mà các dạng giới tính và kiểu gen của dưa chuột như sau:

Dạng cây ñơn tính cùng gốc (Monoecious) tức là trên cây có cả hoa ñực

(♂) và hoa cái (♀)

Dạng cây ñơn tính cái (♀) (Gynoecious): tức là trên cây chỉ có hoa cái Dạng cây lưỡng tính (♀) (Hermaphroditus): trên cây chỉ có hoa lưỡng tính Dạng lưỡng tính ñực (♀,♂) (Andromonoecious): tức là trên cây có cả

hoa ñực và hoa lưỡng tính

Dạng lưỡng tính cái (♀, ♀) (Gynomonoeciuos): trên cây có hoa cái và

Bảng 1.2 Quan hệ giữa kiểu gen và biểu hiện kiểu hình ở dưa chuột

Ff, MM/Mm, AA/Aa/aa

♀ (♀ + ♂, ♂ < ♀)

Locus m: Galun (1962)[62]; 3) Locus a: Kubicki (1969d) [79]

Có nhiều ý kiến xung quanh vấn ñề di truyền tính trạng giới tính cái ở

dưa chuột Theo Robinson và cs (1976) [96], tính ñơn tính cái (Gynoecious) ở dưa chuột ñược quy ñịnh bởi kiểu gen +/+ F/F, MMFF, theo ông tính cái của dưa chuột còn ñược xác ñịnh bởi tổ hợp gen MM, Acracr Trong ñó gen Acr

kiểm soát việc tạo ra hoa cái Cây có hoa ñơn tính cùng gốc có tính lặn với cặp

gen Acr/acr Ngoài ra, giới tính cái còn ñược xác ñịnh bởi gen gy và do hàng loạt gen trội quyết ñịnh, ñó là gen F (Tkachenko, 1935) [111]; (Meserov và cs., 1981) [85]; gen Acr (Shifriss, 1961) [100]; gen S, L (Galun, 1961) [62]

Kubicki (1965, 1969c) [75] [78] cho rằng dạng giới tính ở dưa chuột ñược kiểm soát bằng gen trội Tr, gen này thường xác ñịnh việc kiểm soát việc hình thành ra cả 3 loại hoa trên cùng một cây: hoa ñực, hoa cái và hoa lưỡng

tính (Trimonoecious) Ngoài ra, Kubicki còn cho biết biểu hiện giới tính hoa

ñực ñược kiểm soát bằng gen a trong mối tương tác bởi locus acr Một số

nghiên cứu khác lại xác ñịnh gen mmff kiểm soát giới tính lưỡng tính và ñực,

còn gen aa kiểm soát hoa ñực Galun và cs (1961) [62] chứng minh rằng, gen

M kiểm tra một cơ chế chỉ ra sự phát triển của nhị hoặc nhụy, khi cây có gen

m/m có hoa lưỡng tính

Trong kết quả nghiên cứu của Tkachenco (1967) [112] về di truyền giới tính ở cây dưa chuột, tác giả cho rằng cả 7 cặp nhiễm sắc thể ñều tham gia vào việc hình thành giới tính

1.2.1.3 Nghiên c ứu di truyền tính chống chịu sâu bệnh hại

Carlos (1998) [49] cho biết, hiện nay trên cây dưa chuột ñã phát hiện ñược một số gen chống các bệnh sau: gen dm quy ñịnh tính chống chịu bệnh

sương mai (Pseudoperonospora); các gen pm-1, pm-2, pm-3, pm-h quy ñịnh tính chống chịu bệnh phấn trắng ((Erysiphe cichoracearum) và (Sphaerotheca

fuliginea); gen Ccu quy ñịnh tính chống chịu bệnh nấm vảy (Cladosporium); gen Bw chống bệnh héo vi khuẩn (Ervinia); gen Ar chống bệnh thán thư (Colleotrichum); gen Cmv quy ñịnh tính chống chịu bệnh virut khảm dưa chuột; gen Wmv quy ñịnh tính chống chịu bệnh virut khảm dưa hấu…

Tính chống chịu các bệnh do nấm, tùy từng nòi của thể gây bệnh mà có các gen chống chịu khác nhau Bệnh sương mai ñược kiểm soát bởi các gen ñơn lặn dm, còn bệnh phấn trắng do nhiều gen lặn ñơn kiểm soát như: pm-1,

pm-2, pm-3, pm-h Một gen trội Foc kháng bệnh héo do nấm ñược phát hiện

ở mẫu giống Wis 248 Bệnh thán thư với các nòi 1 do gen lặn ñơn ca kiểm tra (tìm thấy ở mẫu SC 19B) còn nòi 2 do ña gen kiểm tra (dòng ar 79-95 từ

mẫu PI 197087), ñồng thời gen trội ñơn Ar có thể kiểm tra tính chống chịu với

thán thư nói chung Gen này tìm thấy trong các mẫu PI 175111 ; PI 175120,

PI 179676, PI 183308 và PI 183445

Về tính chống chịu các bệnh do virus: các gen Cmv - kiểm tra tính

chống chịu virus khảm dưa chuột (trong mẫu Wisc SMR 12, Wisc SMR 15

và Wisc SMR 18), Wmv - kiểm tra tính chống chịu khảm dưa hấu 2 trên cây

dưa chuột là các gen trội ñơn (có trong mẫu Kyolo 3 Feel) Còn các gen lặn

ñơn wmv -1-1 kiểm tra tính chống chịu bệnh khảm dưa hấu trên dưa chuột

(trong mẫu Surinam) và zymv kiểm tra tính chống chịu bệnh khảm vàng trên

dưa chuột (trong mẫu TMG)

Về tính chống chịu các bệnh do vi khuẩn: gen Bw là gen trội ñơn kiểm

tra tính chống chịu với héo xanh vi khuẩn ñã ñược tìm thấy trong mẫu có mã

số PI 200818 và bệnh ñốm góc lá ñược kiểm tra bởi gen lặn ñơn psl cũng ñã

ñược phát hiện trong mẫu MSU 9402 và Gy 14A

Tính chống chịu với sâu hại như bọ rùa, sâu xanh, rệp, nhện lá, bọ phấn trắng và tuyến trùng cho ñến nay mặc dù ñã có một số kết quả trong nghiên cứu nhưng ứng dụng trong thực tế ñang là vấn ñề nan giải Người ta ñã tìm ra tính

chống chịu tuyến trùng ở mẫu Cucurmis metuliferus E Mey và chống chịu với nhện ở mẫu C.africanus Lindeley, C angllria L và C.myriocarplls Nau Tính chống chịu với bọ phấn trắng ñã ñược tìm thấy ở C.angolensis Hook, C asper Cogn và C dinteri Cogn Tuy nhiên những loài trên ñều là loài hoang dại có n

= 12 do ñó ñể chuyển gen chống chịu vào dưa chuột có n = 7 cần phải áp dụng

công nghệ sinh học, phương pháp lai trở lại (back cross) v.v

1.2.1.4 Nghiên c ứu di truyền tính gây ñắng ở quả dưa chuột

Tính ñắng của quả dưa chuột là một trong những chỉ tiêu liên quan ñến chất lượng quả Wehner (1999) [118] cho rằng, chất gây ñắng cucurbitacin ñược tìm thấy ở hầu hết các cây họ bầu bí (Cucurbitaceae) và ở cây dưa chuột Hàm lượng chất gây ñắng cucurbitacin rất khác nhau ở từng cây hoặc ở từng quả khác nhau, thậm trí trên cùng quả có chỗ ñắng có chỗ không ñắng

Gen Bt xác ñịnh sự có mặt của chất gây ñắng cucurbitacin, một hợp chất hữu

cơ terpenoid có tác dụng kháng nhện nhưng nó lại hấp dẫn bọ cánh cứng hại dưa chuột Nhưng các kết quả nghiên cứu của Andeweg và Bruyn (1959) [40]

cho biết, khi có mặt của gen bi, cây dưa chuột thiếu chất tạo chất gây ñắng cucurbitacin và quả không bị ñắng Gen bi có mặt ở hầu hết các giống dưa

chuột của Hà Lan

Gen Bi xác ñịnh tính gây ñắng ở dưa chuột, nhưng khi có mặt của gen

bi làm quả không bị ñắng (Wehmer, 1993) [116] Trong công tác giống, chọn giống dưa chuột không có chất gây ñắng sẽ nâng cao chất lượng quả Xingfang

và cs, (2007) [124], khi nghiên cứu về sự di truyền tính trạng ñắng của dưa chuột ñã ñưa ra kết luận: sự biểu hiện tính ñắng rất khác nhau ở các dòng dưa

chuột khác nhau Khi có mặt của gen BiBiBtBt, dòng ñó có chất ñắng cả ở lá và quả; dòng không bị ñắng cả ở lá và quả có gen bibibtbt; dòng chỉ bị ñắng ở lá

có chứa gen BiBibtbt

Sử dụng chỉ thị phân tử AFLP ñể xác ñịnh gen quy ñịnh vị ñắng (Bt)

của dưa chuột bằng phương pháp BSA, Gu và cs (2006) [64] ñã cho thấy, hai chất chỉ thị trội AFLP là E23M66-101 và E25M65-213 ñược sàng lọc Kết quả phân tích cho thấy ở cây F2 có quả bị ñắng các ñoạn có kích thước 101bp

và 213 bp, nhưng ở cây F2 không có quả ñắng thì không có ñoạn nào Khoảng cách di truyền của E23M66-101 là 5cM và E25M65-213 là 4cM Hai ñoạn chỉ

thị nằm ở hai phía của gen Bt Do vậy, bằng công nghệ di truyền phân tử

AFLP có thể sử dụng như chất chỉ thị ñể trợ giúp cho quá trình chọn lọc

ðộ ñắng của dưa chuột phụ thuộc vào ñặc ñiểm di truyền của giống cũng như ñiều kiện trồng trọt (Yasutaka và Hideyuki, 2003) [125], Bienz và Thornton (1989) [43]

1.2.1.5 Nghiên c ứu gen quy ñịnh tính tạo quả không hạt (parthenocapy)

Tạo quả không hạt là việc có thể hình thành và phát triển quả mà không cần thụ phấn Quả dưa chuột không qua thụ phấn vẫn phát triển bình thường, tuy nhiên sẽ tạo quả không hạt, trong quả chỉ là các hạt mềm Tính trạng này ñược kiểm tra bởi gen trội không hoàn toàn Pc, sự di truyền của hiện tượng tạo quả là nhờ tương tác của 3 gen chính ñồng phân ñộc lập với tác ñộng cộng gộp trong mối tương tác không cùng allel của kiểu ñồng hợp tử - dị hợp tử ðiều ñó cho thấy có sự liên kết giữa các gen quy ñịnh tính trạng parthenocarpy, ñơn

tính cái (Gynoecious) và ñặc ñiểm gai quả (Tatlioglu, l993) [109]

Sun và cs (2004, 2006) [106], [107], [108] ñã khẳng ñịnh parthenocarpy là một trong những chỉ tiêu kinh tế quan trọng liên quan ñến năng suất của dưa chuột Các giống dưa chuột dạng parthenocarpy của Mỹ cho chất lượng tốt hơn so với các giống dưa chuột có hạt bình thường Năm

2008, khi nghiên cứu về hiện tượng tạo quả không hạt của 128 giống dưa chuột, Kushnereva (2008) [80] cho thấy mức ñộ biểu hiện của ñặc ñiểm này ñược phân thành 4 nhóm sau:

1.2.2 Nguồn gen dưa chuột

Những thành tựu trong chọn tạo giống cây trồng, cây lai theo hướng khác nhau phụ thuộc nhiều vào sự phong phú, ña dạng về mặt di truyền của vật liệu khởi ñầu Do vậy, ý nghĩa của nguồn gen (nguồn vật liệu khởi ñầu) ñối với công tác chọn tạo giống ngày càng ñược ñánh giá cao

Nguồn gen phong phú là ñiều kiện vật chất tốt ñể tạo ra giống mới Tập hợp ñủ nguồn gen tốt và sử dụng tính ña dạng của chúng, ñáp ứng yêu cầu và mục ñích ñề ra là một trong những ñiều kiện thành công của nhà chọn giống (Trần Duy Quý, 1997) [25]

Hiện nay, trên thế giới có nhiều Trung tâm quốc gia và quốc tế sưu tầm

và bảo quản các tập đồn giống cây trồng cĩ ý nghĩa kinh tế quan trọng Trong đĩ Viện VIR (Viện Trồng trọt thuộc liên bang Nga Xanh - Peteburg) đã đầu tư rất lớn cho cơng tác sưu tầm nguồn gen ở trong nước và nước ngồi, đã tập hợp được một tập đồn cây trồng thế giới gồm các nguồn gen cơ bản của cây trồng với hơn 300.000 mẫu, trong đĩ nguồn gen các cây họ bầu bí là 17.000 mẫu (Trần Thượng Tuấn, 1992) [38]

Nguồn gen dưa chuột địa phương: các giống dưa chuột địa phương được tạo thành dưới tác động của quá trình chọn lọc tự nhiên và nhân tạo đã tồn tại một thời gian dài trong điều kiện sinh thái riêng biệt của từng vùng, rất

đa dạng về các đặc tính hình thái, sinh học và nơng học Các giống địa phương thường do một dạng hình hợp thành nên về đặc điểm sinh học ít đồng nhất Dưa chuột là cây thụ phấn chéo nên mỗi cá thể trong quần thể giống địa phương đều cĩ kiểu gen khác nhau Nghiên cứu đặc tính sinh vật học của các giống dưa chuột Việt Nam, Trần Khắc Thi và Vũ Tuyên Hồng, (1979) [28]

đã phân các giống hiện cĩ thành 2 kiểu sinh thái (ecotype): miền núi và đồng bằng, trong đĩ kiểu sinh thái miền núi cĩ nhiều đặc tính hoang dại và thích ứng với mơi trường cao (chịu lạnh, chống bệnh phấn trắng, phản ứng chặt với

độ dài ngày…) Kiểu sinh thái đồng bằng cĩ thể là sản phẩm tiến hĩa của dưa chuột miền núi do đột biến và tác động của con người trong quá trình canh tác

và chọn lọc Hầu hết các giống dưa chuột địa phương Việt Nam cĩ khả năng thích ứng rộng, chất lượng cao, kháng bệnh tốt Tuy nhiên chúng cĩ một số nhược điểm sau: cĩ gai quả màu đen hoặc nâu, đây là nguyên nhân làm quả mau ngả vàng; năng suất thấp Do vậy, hiện nay hướng sử dụng các giống địa phương cĩ nhiều triển vọng nhất là lai chúng với các giống nhập nội cĩ năng suất cao, nhằm tạo ra giống vừa cĩ năng suất cao, chất lượng tốt vừa thích nghi tốt với điều kiện địa phương, đặc biệt cĩ khả năng chống chịu bệnh cao

Nguồn gen tạo thành: nguồn gen tạo thành cĩ thể là quần thể các dạng cây lai, các dịng tự phối, các dạng đột biến, đa bội và quần thể các dạng tạo

ra bằng cơng nghệ sinh học

Quần thể lai: là các dạng được tạo ra phương pháp lai Từ quần thể này

bằng phương pháp chọn lọc thích hợp người ta phân lập ra các dạng mới ñể tạo giống mới Cho ñến nay, các dạng lai cùng loài vẫn là nguồn vật liệu khởi ñầu chủ yếu ñối với tất cả các loài cây trồng nói chung và dưa chuột nói riêng Nhờ có tái tổ hợp gen ở các cây lai mà quần thể cây lai có thể có số lượng kiểu gen tái tổ hợp hầu như vô tận, làm cơ sở cho việc chọn lọc Từ quần thể này bằng phương pháp chọn lọc thích hợp sẽ phân lập các dạng mới ñể tạo thành giống mới Trần Khắc Thi (1981) [29] ñã tiến hành lai giống dưa chuột có nguồn gốc từ Nhật Bản có tên Nau Fuximari (giống mẹ) với giống dưa chuột ñịa phương Quế Võ (giống bố), con thu ñược ñược lai lại với giống Nau Fuxirami, sau ñó chọn lọc cá thể ñến ñời F8 ñã chọn ra ñược một giống dưa chuột Hữu Nghị ñáp ứng ñược nhu cầu sản xuất của những năm 80 của thế kỷ 20

Quần thể các dòng tự phối: ñây cũng là nguồn vật liệu khởi ñầu quan trọng trong công tác chọn tạo giống ưu thế lai Các dòng tự phối ñược tạo ra là kết quả của quá trình tự thụ phấn cưỡng bức các cá thể của quần thể cây thụ phấn chéo liên tục trong nhiều thế hệ Nghiên cứu tạo dòng dưa chuột ñơn tính cái phục vụ chọn giống dưa chuột ưu thế lai, Viện Nghiên cứu Rau quả ñã tạo

17 dòng tự phối dưa chuột ñơn tính cái (Gynoecious) ổn ñịnh về khả năng sinh

trưởng và thể hiện giới tính (Phạm Mỹ Linh và cs., 2008) [17], (Nguyễn Hồng Minh và cs., 2010) [23]

Quần thể các dạng ñột biến, ña bội: ñây là những nguồn vật liệu khởi

ñầu ñược tạo ra bằng các tác ñộng lên hạt giống hoặc gây các tác nhân lý hóa học khác nhau như bức xạ, nhiệt ñộ, hóa chất…

Quần thể các dạng tạo ra bằng công nghệ sinh học: bao gồm các dạng ñược tạo ra do dung nạp tế bào trần, chuyển gen, nuôi cấy tế bào hoặc chọn dòng tế bào, nuôi cấy bao phấn, noãn ñể tạo dòng thuần Các dạng này thường mang các gen riêng, ñộc ñáo và là nguồn vật liệu tốt dùng trong chọn giống cây trồng Giai ñoạn 2008-2010, bằng ứng dụng công nghệ sinh học trong nuôi cây bao phấn ở cây dưa chuột, Viện Nghiên cứu Rau quả ñã ñạt ñược một số thành công nhất ñịnh Các dòng ñơn bội kép này sẽ là nguồn gen quý

phục vụ công tác chọn giống dưa chuột ưu thế lai tạo với khả năng cho năng suất cao bởi tỷ lệ hoa cái của giống lai ựược cải thiện khi ứng dụng dòng mẹ

dạng Gynoecious (Trần Khắc Thi và cs., 2010) [35]

1.2.3 Sự ựa dạng di truyền của nguồn gen dưa chuột

Công nghệ gen ựang chứng tỏ vai trò to lớn trong nhiều lĩnh vực, ựặc biệt là trong nông nghiệp Ngày nay, nhờ ứng dụng công nghệ gen mà nhiều giống cây trồng, vật nuôi và vi sinh vật ựã ựược chọn tạo mang những ựặc tắnh mong muốn như: năng suất cao, chất lượng và khả năng chống chịu tốt (Lã Tuấn Nghĩa và cs., 2004) [24]

đánh giá ựa dạng di truyền ở mức hình thái hoặc mức phân tử của nguồn vật liệu có ý nghĩa quan trọng trong công tác lai tạo giống cây trồng, là

cơ sở ựể chọn ra các tổ hợp lai và tiên ựoán sự thể hiện ưu thế lai của các con lai, góp phần rút ngắn quá trình chọn tạo giống (Bùi Chắ Bửu, Nguyễn Thị Lang, 2007) [2]

Trên cây dưa chuột, dựa vào ựặc ựiểm kiều hình, gen chống chịu và một số gen khác cùng với việc sử dụng các marker, Pierce và Wehner (1990) [91] ựã lập bản ựồ gen của dưa chuột gồm có 6 nhóm liên kết Trong 5 năm gần ựây, nhiều công trình nghiên cứu ựã ựạt ựược kết quả ựáng kể nhờ sự phát triển của các marker RAPD, AFLP và SRAP Sử dụng kỹ thuật RFLP và phân tắch izozyme, Kennard và Havey (1995) ựã ựưa ra kết luận mối quan hệ về phát sinh loài giữa dạng dưa chuột trồng trọt và dạng hoang dại ssp

hardwickii Ngoài ra, nhờ các marker RAPD cho phép phân biệt các chủng và các giống dưa chuột theo vùng ựịa lý (Horejsi và Staub, 1999)

Staub và cs., (1996) [104] cho biết ý nghĩa thiết thực của bản ựồ gen trong cải tiến cây trồng ựó là việc khai thác chúng trong chọn lọc và tạo giống cây trồng có sự trợ giúp của các marker phân tử Tại Trường đại học Nông nghiệp Warsaw (Ba Lan), các nhà chọn giống ựã áp dụng kỹ thuật AFLP ựể ựánh giá mức ựộ ựa hình của 2 dòng tự phối dưa chuột khác nhau về sự biểu hiện giới tắnh Sử dụng kỹ thuật BSA ựể tìm ra các marker liên kết nhằm xác

ñịnh các gen trội trong những dòng dưa chuột này, kết quả cho thấy: giới tính

dưa chuột ñược ñiều khiển bởi 3 gen: F, M, Gy Tương tác của các gen này là

biểu hiện các dạng hoa khác nhau với các dạng giới tính trên cây (Justyna và cs., 2003) [72]

Trong chương trình chọn tạo giống cây trồng, chọn tạo các giống dưa chuột có năng suất, chất lượng cao luôn luôn là mục tiêu của các nhà chọn giống trên thế giới, nhưng thường phải mất một thời gian dài nếu áp dụng phương pháp truyền thống Ngày nay, chọn lọc có trợ giúp của công nghệ sinh học có thể rút ngắn quá trình chọn tạo giống, nhưng ñiều này lại phụ thuộc vào bản ñồ liên kết gen hoàn chỉnh (Saturated genetic linkage map) với bản ñồ gen và các tính trạng số lượng (QTL) trên các mục tiêu chính Bản ñồ tính trạng số lượng (QTL) ñầu tiên ở dưa chuột ñã ñược Kennard và Havey (1995) báo cáo liên quan ñến ñặc ñiểm quả ở thế hệ F3 Sau ñó, Serquen và cs., (1997) và Fazio và cs., (2003a) nhận thấy rằng, QTLs còn liên quan ñến một số ñặc ñiểm nông học quan trọng như số nhánh phụ, số quả/cây, ngày nở hoa ở F3 và các dòng tự phối (RILs) từ tổ hợp lai (G421 x H-19) Năm 2005, Sakata và cs., (2006) [99] ñã xác ñịnh ñược các locus chứa gen chống chịu bệnh phấn trắng ở quần thể dưa chuột thế hệ F7 ñược tạo ra từ tổ hợp lai giữa giống mẫn cảm (Santou) và giống chống chịu (PI197088-1)

Yuan và cs (2008) [126] ñã phân lập ñược 224 dòng tự phối dưa chuột (RILs) từ tổ hợp lai giữa 2 giống dưa chuột ăn tươi S94 (Bắc Trung Quốc) x

S06 (Bắc Âu) (Cucumis sativus L.), từ các mẫu giống này ông ñã xây dựng

lên bản ñồ liên kết gen của chúng Bản ñồ gen 257 ñiểm này gồm 206 SRAPs, 22SSRs, 25 SCARs, 1 STS và 3 marker hình thái kinh tế quan trọng (gai nhỏ

(ss), màu sắc quả ñồng ñều khi xanh (u), vỏ quả màu xám (D) Có 7 nhóm

liên kết bao gồm 1005,9 cM với khoảng cách marker có ý nghĩa là 3,9 cM

Locus ss có sự liên kết với D và u, tất cả các locus này thuộc nhóm liên kết 6

Nghiên cứu ở thế hệ ñời F6 : 7 với 78 QTLs ñã phát hiện ra các ñường vạch LOD có quan hệ ở mức ñộ cao (2,9 - 84,4) ñối với 9 ñặc ñiểm liên quan ñến quả như: khối lượng quả, dài quả, ñường kính quả, ñộ dày thịt quả; ñường

kắnh, ựộ lớn hạt; chiều cao ựóng quả, chiều dài cuống quả, tỷ lệ chiều dài/ựường kắnh quả; và ba ựặc ựiểm liên quan ựến hoa như: ựốt nở hoa ựầu, ựốt mang hoa cái ựầu, tỷ lệ hoa cái

Tại Viện Rau hoa thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học Nông nghiệp Trung Quốc, Zhang và cs ựã nghiên cứu xây dựng bản ựồ gen dưa chuột, trong ựó

có gen kiểm soát tắnh gây ựắng, tắnh chống chịu với bệnh vảy nến, tắnh trạng ựiều khiển giới tắnh ở dưa chuột Ngoài ra, các nhà khoa học của Viện cũng

ựã thành công trong giải mã toàn bộ genom của dưa chuột với 370 triệu ựơn

vị, ựồng thời ở ựây cũng ựang bảo tồn 26.000 quỹ gen dưa chuột (Ren và cs., 2009) [95], (Zhang và cs., 2010) [127]

Sử dụng marker RAPD ựể phân tắch ựa dạng di truyền trong mối quan

hệ giữa các kiểu gen của dưa chuột ựược thực hiện tại trường đại học bang Moldava của nước Cộng hòa Moldava, kết quả nghiên cứu cho thấy: dựa vào

mô tả RAPD ựã xác ựịnh ựược di truyền tắnh trội và ựồng trội trong thế hệ con lai F1, ựồng thời cũng ựã chỉ ra một số sự khác biệt của các kiểu gen bởi vì sự

có mặt của các sản phẩm DNA đã xác ựịnh khoảng cách di truyền giữa các dòng bố mẹ dựa trên cơ sở của bản mẫu RAPD, với sự tương quan trung bình (0,34 và 0,39) và tương quan chặt (0,81 và 0,84) với hiệu suất của con lai Ngoài ra, nhờ marker RAPD sẽ dự ựoán ựược hiệu quả của ưu thế lai ở con lai

F1 và ứng dụng trong chương trình chọn giống của loài Cucumis sativus L

Ở Việt Nam, Nguyễn Thị Lang và cs., 2007 [86] ựã phân tắch quan hệ

di truyền dựa trên kiểu hình và chỉ thị RAPD (6 locut) ựể phân nhóm của 14

mẫu giống dưa chuột trong ngân hàng gen của Viện Nghiên cứu Lúa đồng bằng sông Cửu Long đây là dữ liệu ban ựầu cho chương trình chọn tạo giống dưa chuột trước khi quyết ựịnh sử dụng làm vật liệu bố mẹ ban ựầu, nhất là khi sử dụng chúng ựể tạo các giống có ưu thế lai

Như vậy sự ựa dạng di truyền của nguồn vật liệu dưa chuột ựánh giá bằng chỉ thị phân tử sẽ cung cấp cở sở cho các nhà chọn giống ựể sử dụng

trong cải tiến lai tạo giống theo mục tiêu

1.3 Tạo giống ưu thế lai ở cây dưa chuột

1.3.1 Cơ sở di truyền của hiện tượng ưu thế lai

Ưu thế lai (heterosis) là hiện tượng con lai có sức sống mạnh hơn bố

mẹ, hoặc cả cơ thể cây lai, hoặc từng cơ quan bộ phận của cây lai sinh trưởng, phát triển nhanh, mạnh hơn, có tắnh chống chịu cao hơn, phẩm chất tốt hơn bố

mẹ (Bùi Chắ Bửu, Nguyễn Thị Lang, 2007) [2]

Tạo giống ưu thế lai là nhằm kết hợpựược nhiều ựặc ựiểm giá trị của giống bố mẹ vào con lai F1, tạo ra giống cây trồng có năng suất cao, chất lượng tốt (Nguyễn Hồng Minh, 2006) [22] Hiện nay, có nhiều giả thuyết dựa trên những cơ sở lý luận của di truyền học ựể giải thắch hiện tượng ưu thế lai (Vũ đình Hòa và cs., 2005) [8], (Trần đình Long và cs., 1997) [20], (Nguyễn Hồng Minh, 1999) [21], (Nguyễn Duy Thành, 2001) [27] như thuyết tắnh trội, thuyết siêu trội, thuyết cân bằng Ngoài ra, gần ựây một số tác giả ựã dựa trên

cơ chế tác ựộng của gen và phân tắch genom ựể giải thắch hiện tượng ưu thế lai ở cây trồng nói chung và trên cây rau cũng như cây dưa chuột nói riêng

1.3.2 Cơ sở phân lập dòng và tạo giống ưu thế lai ở cây dưa chuột

1.3.2.1 Ch ọn dòng bố mẹ ựể tạo các tổ hợp lai cho ưu thế lai cao

Dưa chuột là cây giao phấn ựiển hình, cũng giống như ở cây ngô, các

cá thể trong quần thể luôn ở trạng thái dị hợp tử Do vậy, khi lai giữa các quần thể thụ phấn tự do với nhau sẽ không tạo ra sự dị hợp tử cao Một số gen lặn

ẩn, nay ở trạng thái ựồng hợp tử và phát huy tác dụng làm giảm sức sống của con lai để tạo con lai có tỷ lệ dị hợp tử cao mà chứa ắt gen lặn thì bố mẹ phải

là các dòng ựồng hợp tử Bởi vậy, ựể tạo con lai có ưu thế lai cao, các dòng bố

mẹ dưa chuột phải là các dòng tự phối đặc biệt, các vật liệu ban ựầu tham gia tạo dòng tự phối phải có phổ di truyền rộng, chúng càng khác nhau càng tốt

để tạo ựược tổ hợp lai tốt thì việc chọn các dòng bố mẹ cần dựa vào các nguyên tắc sau ựây:

- Dòng bố mẹ phải có tắnh ựa dạng di truyền lớn Trong một giới hạn nhất ựịnh, sự ựa dạng di truyền của các bố mẹ tham gia càng lớn thì sự biểu hiện ưu thế lai càng cao đây là nguyên tắc quan trọng nhất

- Dòng bố mẹ phải có các ựặc tắnh bổ sung cho nhau

- Dòng bố mẹ phải có khả năng kết hợp cao như ở các tắnh trạng về các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất

- Dòng bố mẹ phải có hệ số di truyền cao

- Dòng bố mẹ phải có khả năng về năng suất cao, ắt nhất một trong hai

bố mẹ phải có tiềm năng năng suất cao như có số hoa cái trên cây cao (hoặc

dạng 100% hoa cái - Gynoecious hay nhiều hoa cái trên cây)

3.1.2.2 T ạo dòng tự phối

Dòng tự phối là thế hệ thu ựược do sự tự thụ phấn nhân tạo qua một số thế hệ ở các dạng cây giao phấn Mục ựắch ựể tạo ra các dòng ựồng hợp tử, sự nghiên cứu tạo dòng tự phối này phụ thuộc vào tiềm năng di truyền của vật liệu trong quần thể thụ phấn ban ựầu: hoặc dòng quần thể thụ phấn tự do (OP), hoặc là quần thể có nguồn gốc từ lai ựơn, lai ba, hồi giao, tổng hợp hoặc bất cứ dạng nào của tái tục

Quá trình tự phối này tiến hành khoảng 6-7 ựời ựến khi nào các dòng trở nên ựồng nhất Dòng tự phối có thể ựược phân lập các dòng, giống có trong tự nhiên; bằng phương pháp lai tái tổ hợp gen; hoặc bằng phương pháp gây ựột biến; hoặc bằng phương pháp nhập nội

Ngày nay ứng dụng công nghệ sinh học trong tạo dòng mới như nuôi cấy bao phấn tạo dòng ựơn bội sau ựó lưỡng bội hóa

3.1.2.3 đánh giá dòng tự phối

Giá trị của một dòng tự phối ựối với việc tạo giống ưu thế lai dựa trên

cơ sở khả năng kết hợp cần ựược ựánh giá ựầy ựủ Có hai dạng khả năng kết

hợp: khả năng kết hợp chung (GCA- General combining ability) và khả năng kết hợp riêng (SCA - Specific combining ability)

Khả năng kết hợp chung: khả năng của một dòng tự phối ñể tạo ra thế

hệ con lai có năng suất cao, ñược ño bằng năng suất trung bình của một dòng

tự phối ở con lai với nhiều bố/mẹ khác (cây thử - tester) Khả năng kết hợp chung thường ñược ñánh giá theo phương pháp lai ñỉnh (topcross) do tác giả Davis (1927), Jenkins và Bruce (1932) ñề xướng Các cây thử thường ñược dùng làm bố ñể có thể ñồng thời lai với tất cả các dòng thử nghiệm Cây thử

có thể là một giống ñịa phương, hay một giống lai Số lượng cây thử ñược dùng càng nhiều thì sự ñánh giá càng chính xác Cây thử thích hợp nhất là những giống có cơ sở di truyền rộng Theo quan ñiểm của Green (1948) thì ñể làm cây thử nên chọn giống có năng suất thấp, vì nếu cây thử có năng suất cao sẽ không thấy rõ ưu thế lai của tổ hợp lai Mặc khác, nếu sử dụng ñồng thời hai dạng thử: một dạng có nền di truyền rộng (giống thụ phấn tự do) và một dạng có nền di truyền hẹp (dòng thuần) thì sẽ có lợi trong việc vừa xác ñịnh khả năng kết hợp của dòng nghiên cứu, vừa có khả năng tạo ra giống nhanh phục vụ sản xuất (Ngô Hữu Tình, 1990) Kết quả lai ñỉnh là cơ sở ñể loại bỏ những dòng không phù hợp yêu cầu và chỉ giữ lại những dòng có khả năng cho con lai có ưu thế lai dựa vào ñánh giá khả năng kết hợp riêng bằng

hệ thông luân giao (Lê Duy Thành, 2001) [27]

Khả năng kết hợp riêng ñược xác ñịnh theo phương pháp luân giao (lai diallel) do Sprague và Tatum (1942) ñề xướng, sau này nhiều nhà nghiên cứu khác phát triển và hoàn thiện, trong ñó có Griffing (1954; 1956) là người nêu lên 4 phương pháp sử dụng mô hình toán học thống kế ñể phân tích khả năng kết hợp của các dòng tự phối (Trần Văn Diễn, Tô Cẩm Tú, 1995) [4]

Phương pháp 1 (sơ ñồ Griffing 1): tất cả các dòng ñịnh thử ñược ñem lai luân phiên với nhau theo mọi tổ hợp lai có thể có, theo cả hai hướng thuận nghịch và tự phối Số tổ hợp lai cần phải tiến hành là: n2

Phương pháp 2 (sơ ñồ Griffing 2): tất cả các dòng ñịnh thử ñược ñem lai luân phiên với nhau theo mọi tổ hợp lai có thể có, nhưng chỉ theo hướng thuận và tự phối Số tổ hợp lai cần phải tiến hành là: n(n+1)/2

Phương pháp 3 (sơ ựồ Griffing 3): chỉ các dòng khác nhau mới ựược lai luân phiên với nhau, theo cả hai hướng thuận và nghịch không tự phối Số tổ hợp lai cần phải tiến hành là: n(n-1)

Phương pháp 4 (sơ ựồ Griffing 4): chỉ các dòng khác nhau mới ựược lai luân phiên với nhau, nhưng chỉ theo hướng thuận không có lai nghịch và tự phối Số tổ hợp lai cần phải tiến hành là: n(n-1)/2

3.1.2.4 đánh giá, xác ựịnh các tổ hợp có triển vọng

Các tổ hợp lai ựược tạo ra ựược ựưa vào hệ thống so sánh:

- So sánh, ựánh giá các tổ hợp lai về các chỉ tiêu như năng suất, chất lượng, khả năng chống chịu sâu bệnh hạiẦ, từ ựó xác ựịnh các tổ hợp lai có triển vọng

- Các tổ hợp lai có triển vọng ựược so sánh với giống ựối chứng (giống hiện ựang ựược sản xuất phổ biến ngoài sản xuất) Nếu tổ hợp lai vượt so với ựối chứng thì sẽ tổ chức sản xuất hạt giống ựể khảo nghiệm vùng sinh thái ựể xác ựịnh vùng phân bố cho giống mới

3.1.2.5 Nghiên c ứu công nghệ sản xuất hạt giống dưa chuột

để phát triển một giống cây trồng mới lai tạo ra phục vụ sản xuất, công nghệ sản xuất hạt giống lai của giống là rất cần thiết Do biểu hiện giới tắnh, cấu trúc hoa và tập tắnh nở hoa của dưa chuột rất ựa dạng (Trần Khắc Thi, 1985) do vậy quy trình công nghệ sản xuất hạt giống lai F1 của từng tổ hợp lai

là khác nhau

Ở Việt Nam, trong sản xuất hạt giống dưa chuột lai chủ yếu áp dụng phương pháp thụ phấn bằng tay Hoa của dòng mẹ ựược bao cách ly bằng các vật liệu: bao giấy, bông không thấm nước, kẹp kim loại Ầ Hoa của dòng bố ựược thu thập từ chiều hôm trước và ựược bảo quản trong khăn vải ẩm để xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt dưa chuột lai, các thông số kỹ thuật như: thời vụ trồng, khoảng cách trồng, tỷ lệ hàng bố mẹ, lượng phân bón, số quả giống, tuổi quả giống, thời gian cất giữ quả giống sau thu hoạch,Ầ cần ựược nghiên cứu ựể ựảm bảo hạt giống lai F1 sản xuất ựạt năng