Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai f1

2.4.6 Một số chỉ tiêu về ñặc ñiểm quả 51 2.4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất hạt giống lai 51 2.5 Phương pháp theo dõi và thu thập số liệu 51 2.6 Phương pháp phân tích và x

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LÊ THỊ THỦY

NGHIÊN CỨU GÓP PHẦN PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT HẠT GIỐNG CÀ CHUA LAI F1

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 01 11

Người hướng dẫn: PGS.TS NGUYỄN VĂN HOAN

TS TRỊNH KHẮC QUANG

HÀ NỘI, 2013

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và chưa ñược sử dụng ñể bảo vệ bất kỳ một luận án hay công trình khoa học nào Tôi xin cam ñoan rằng các thông tin trích dẫn sử dụng trong luận án ñều ñược ghi rõ nguồn gốc, mọi sự giúp

ñỡ ñã ñược cảm ơn

Tác giả luận án

Lê Thị Thủy

LỜI CẢM ƠN

để hoàn thành luận án này, tôi ựã nhận ựược sự quan tâm, giúp ựỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè ựồng nghiệp

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ựến PGS.TS Nguyễn Văn Hoan và

TS Trịnh Khắc Quang ựã tận tình hướng dẫn, giúp ựỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ựề tài cũng như hoàn chỉnh luận án

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh ựạo Viện Nghiên cứu Rau - Quả, Ban Quản lý đào tạo, 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 các Bộ môn Thực vật, Phòng thắ nghiệm Chương trình Tiên tiến- Khoa học Cây trồng, khoa Nông học, Trường đại học Nông nghiệp Hà Nội, Bộ môn Công nghệ sinh học, Viện Nghiên cứu Rau quả, TS đặng Thị Vân ựã nhiệt tình giúp ựỡ, hỗ trợ các phương tiện, trang thiết bị và kinh phắ ựể thực hiện ựề tài nghiên cứu này

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh chị em Bộ môn Nghiên cứu Rau Ờ Gia vị, Viện Nghiên cứu Rau quả, các sinh viên thực tập tốt nghiệp từ khóa 48 ựến khóa 53 ựã cộng tác giúp ựỡ tôi trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu

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

Tôi xin chân thành cảm ơn./

Hà Nội, ngày tháng năm 2013

Tác giả

Lê Thị Thủy

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài 3

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ðỀ TÀI 6

1.2 ðặc ñiểm ra hoa, ñậu quả của cây cà chua 9 1.2.1 ðặc ñiểm thực vật học của hoa cà chua 9 1.2.2 Sự hình thành và phát triển hoa, quả và các yếu tố ảnh hưởng ñến

1.3 Hiện tượng bất dục ở cà chua và ứng dụng trong chọn tạo giống ưu

1.5 Công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai ở Việt Nam 33 1.6 Ảnh hưởng của Gibberellin (GA3) ñến sự phát triển hoa của thực

vật và ứng dụng trong sản xuất hạt giống ưu thế lai 36 Chương 2 VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39

2.2.1 Nội dung 1 Nghiên cứu nguồn vật liệu và lựa chọn dòng mẹ cà

chua có vòi nhụy vươn dài, ñáp ứng mục tiêu sản xuất hạt giống

2.2.2 Nội dung 2 Nghiên cứu xác ñịnh một số thông số kỹ thuật cho

việc xác lập quy trình ñịnh hướng sản xuất hạt giống lai cà chua

sử dụng dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 40 2.2.3 Nội dung 3 Kiểm chứng con lai F1 ñược sản xuất bằng quy trình mới,

không khử ñực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 40 2.2.4 Nội dung 4 ðề xuất quy trình ñịnh hướng sản xuất hạt giống cà

chua lai F1, không cần khử ñực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài,

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm ñồng ruộng 40

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu ñộ dài vòi nhụy 47 2.3.4 Phương pháp chọn thuần và duy trì dòng mẹ cà chua có vòi nhụy

2.4.1 Thời gian qua các giai ñoạn sinh trưởng phát triển (ngày) 49

2.4.4 Tình hình sâu, bệnh hại trên ñồng ruộng 50 2.4.5 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 50

2.4.6 Một số chỉ tiêu về ñặc ñiểm quả 51 2.4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất hạt giống lai 51

2.5 Phương pháp theo dõi và thu thập số liệu 51 2.6 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 52

3.1 Nghiên cứu nguồn vật liệu và lựa chọn dòng mẹ cà chua có vòi

nhụy vươn dài ñáp ứng mục tiêu sản xuất hạt giống lai không cần

3.2 Nghiên cứu xác ñịnh một số thông số kỹ thuật cho việc xác lập quy

trình ñịnh hướng sản xuất hạt giống lai cà chua sử dụng dòng mẹ có

3.2.1 Ảnh hưởng của thời vụ và ñiều kiện trồng trọt ñến ñặc ñiểm ra

hoa của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm

3.2.2 Ảnh hưởng của thời vụ và ñiều kiện trồng trọt ñến tỷ lệ thụ phấn tự

nhiên của các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 92 3.2.3 Nghiên cứu xác ñịnh thời ñiểm thụ phấn phù hợp của dòng mẹ có

vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 trong sản xuất hạt giống cà

3.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của nồng ựộ GA3 ựến biểu hiện kiểu hình

của các dòng mẹ có vòi nhụy mẫn cảm trong vụ xuân hè 2010 99 3.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi hoa và số lần phun GA3 ựến mức

ựộ vươn dài vòi nhụy của các dòng mẹ có vòi nhụy mẫn cảm 104 3.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bảo quản hạt phấn dòng bố

ựến năng suất và chất lượng hạt giống cà chua lai F1 105 3.3 Kiểm chứng con lai F1 ựược sản xuất bằng quy trình mới, không

khử ựực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 108 3.3.1 Ảnh hưởng của mức ựộ vươn dài vòi nhụy của các dòng bố mẹ

3.3.2 đánh giá các tổ hợp lai cà chua ựược sản xuất bằng các dòng mẹ có

vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 và dòng bố có vòi nhụy ngắn 114 3.3.3 Ảnh hưởng của một số vụ trồng ựến sinh trưởng phát triển và năng

suất của các tổ hợp lai cà chua ựược sản xuất theo quy trình mới 122 3.3.4 Kiếm chứng các tổ hợp lai có triển vọng ở một số vùng sản xuất

3.4 đề xuất quy trình ựịnh hướng sản xuất hạt giống lai cà chua không

khử ựực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 129 3.4.1 Quy trình sản xuất hạt giống của THL D17/CA4 129 3.4.2 Xây dựng mô hình sản xuất hạt giống lai cà chua bằng quy trình

mới ựề xuất (ựối với tổ hợp lai D17/CA4 ) 129

Danh mục công trình ựã công bố có liên quan ựến luận án 134

DVN Dài vòi nhụy

ms Bất dục ñực di truyền nhân ( bất dục bào tử thể)

NSLT Năng suất lý thuyết

NSTT Năng suất thực thu

TLVND Tỷ lệ hoa có vòi nhụy vươn dài

TYLCV Bệnh xoăn vàng lá virút

VNCRQ Viện Nghiên cứu Rau quả

DANH MỤC BẢNG

1.1 Phân loại hệ thống sinh sản của các loài trong chi Lycopersicon 15 1.2 Một số bước cần thiết trong quy trình sản xuất hạt giống cà chua lai

1.3 Ưu nhược ựiểm của việc sử dụng các dạng bất dục ựực khác nhau

trong sản xuất hạt giống cà chua lai F1 29 2.1 Thông tin về marker sử dụng trong nhiên cứu 41

3.3 Phân loại dựa trên các ựặc ựiểm hoa và bao phấn 58 3.4 Một số ựặc ựiểm sinh trưởng của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy

vươn dài trong vụ đông xuân 2007 - 2008 62 3.5 Tình hình nhiễm một số sâu bệnh hại chắnh của các mẫu giống cà chua

có vòi nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007-2008 64 3.6 đặc ựiểm ra hoa và ựậu quả của các mẫu giống cà chua có vòi nhuỵ

3.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống có vòi

nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007-2008 69 3.8 Hệ số tương quan giữa một số tắnh trạng của các mẫu giống cà chua

3.9 Chỉ số chọn lọc và giá trị của các dòng ựược chọn 72 3.10 Ảnh hưởng của GA3 ựến một số ựặc ựiểm hình thái của các mẫu

3.11 Ảnh hưởng của GA3 ựến khả năng vươn dài vòi nhụy của một số mẫu

3.12 Ảnh hưởng của GA3 ựến khả năng ựậu quả của các mẫu giống cà chua

có vòi nhụy vươn dài trong vụ Xuân Hè 2008 78

3.13 Ảnh hưởng của GA3 ựến khả năng kết hạt của các mẫu giống cà chua

3.14 Một số ựặc ựiểm cơ bản của các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài

mẫn cảm với GA3 ở ngoài ựồng trong vụ đông 2010 82 3.15 Tỉ lệ cá thể có phản ứng dương với các marker 84 3.16 Tỷ lệ hoa vươn dài vòi nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn

cảm với GA3 ở các thời vụ khác nhau trong ựiều kiện ngoài ựồng 87 3.17 Tỷ lệ hoa có vòi nhụy vươn dài của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn

cảm với GA3 ở các thời vụ khác nhau trong ựiều kiện nhà lưới 88 3.18 Tỷ lệ ựậu quả của các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với

GA3 tại các thời vụ khác nhau trong ựiều kiện ngoài ựồng và nhà lưới 90 3.19 độ vươn dài vòi nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với

GA3 trong ựiều kiện ngoài ựồng và nhà lưới 91 3.20 Tỷ lệ thụ phấn tự nhiên của các dòng mẹ mẫn cảm với GA3 ở một số

3.21 Khả năng kết hạt và ựậu quả của dòng D5 tại các thời ựiểm khử ựực

khác nhau, trong ựiều kiện vụ đông xuân 2009-2010 94 3.22 Ảnh hưởng của tuổi hoa của dòng mẹ khi lai ựến tỷ lệ ựậu quả của tổ

hợp lai D5 x FM372C trong vụ đông xuân 2009 -2010 96 3.23 Ảnh hưởng của tuổi hoa dòng mẹ khi lai ựến năng suất hạt lai của tổ

hợp lai D5x FM372C trong vụ đông xuân 2009 -2010 96 3.24 Ảnh hưởng của tuổi hoa mẹ ựến chất lượng hạt giống lai cà chua tổ

hợp D5x FM372C trong vụ đông xuân 2009-2010 98 3.25 Ảnh hưởng của nồng ựộ GA3 ựến tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài của dòng

3.28 Ảnh hưởng của tuối hoa và số lần phun GA3 ựến tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài 104 3.29 Sức sống hạt phấn trước và sau khi bảo quản 106 3.30 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản hạt phấn ựến khả năng kết hạt của

3.31 Ảnh hưởng của ựộ vươn dài vòi nhụy dòng mẹ ựến mức ựộ vươn dài

3.32 Mối quan hệ về tỷ lệ ựậu quả, năng suất cá thể của các dòng mẹ và

3.33 Ảnh hưởng của ựộ vươn dài vòi nhụy của dòng bố ựến mức ựộ vươn

3.34 đặc ựiểm sinh trưởng, phát triển của dòng bố 114 3.36 Năng suất của các tổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008- 2009 118 3.37 đặc ựiểm quả của các tổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008-2009 120 3.38 Tình hình nhiễm sâu bệnh hại trên ựồng ruộng của các tổ hợp lai trong

3.39 đặc ựiểm sinh trưởng của một số tổ hợp lai cà chua trong các vụ trồng 123 3.40 đặc ựiểm ra hoa của một số tổ hợp lai cà chua ở các mùa vụ 124 3.41 Năng suất và các yếu tố tạo thành năng suất của các tổ hợp lai cà chua

3.42 Tình hình nhiễm một số bệnh hại chắnh của các tổ hợp lai cà chua

3.43 Một số ựặc ựiểm nông sinh học của các tổ hợp lai ở một số vùng sản

3.44 Năng suất và một số yếu tố cấu thành năng suất của các tổ hợp lai ở

một số vùng sản xuất trong vụ Xuân Hè 2010 128

DANH MỤC HÌNH

1.1 So sánh một số hệ thống phân loại khác nhau ñược sử dụng trên thế giới 8

2.1 Mô hình xác ñịnh các vị trí của vòi nhụy trên hoa cà chua 47

3.1 Vòi nhụy vươn dài, bao phấn không dính nhau ở ñầu 59

MỞ ðẦU

1 Tính cấp thiết của ñề tài

Cây cà chua (Lycopersicon esculentum Mill.) thuộc họ Cà (Solanaceae) là

một trong những loại rau ăn quả quan trọng nhất trên thế giới Quả cà chua vị ngọt tính mát, giải nhiệt, chống hoại huyết, kháng khuẩn, lọc máu, nhuận tràng, giúp tiêu hoá tốt Ngoài ra cà chua còn là loại cây dễ canh tác, thích hợp trồng ở nhiều nơi, mang lại giá trị kinh tế cao so với nhiều loại cây trồng khác

Sản xuất cà chua trên toàn thế giới ñạt 141.400.629 tấn trong năm 2009 với diện tích gieo trồng 4.980.424 ha, tăng gần 20% so với năm 2000 (4.022.729 ha) Bên cạnh ñó lượng hạt giống lai ñược sản xuất và thương mại trên thế giới cũng tăng từ 590.000 tấn (năm 2000) lên xấp xỉ 850.000 tấn (năm 2009) (FAOSTAT, 2009) [81] Hạt giống cà chua ñược sản xuất ở hầu hết các quốc gia nhưng chủ yếu tập trung ở những nước có nhân công lao ñộng rẻ như Ấn ñộ, Thái Lan, Trung Quốc… Tại Thái Lan, hạt giống cà chua luôn ñứng ñầu về giá trị xuất khẩu, với mức tăng trung bình 20,6%/năm so với năm 2000 và mang lại khoảng 800-900 nghìn baht mỗi năm (Jirasak, 2006) [110]

Cà chua rất thích hợp cho sản xuất hạt lai với hệ số nhân giống lớn Sử dụng hạt giống cà chua lai có nhiều lợi thế hơn hẳn các giống cà chua thuần về tính chín sớm, năng suất, khả năng chống chịu, ñộ ñồng ñều… Nhưng do chi phí cho sản xuất hạt giống lai cao gấp 20 - 30 lần so với hạt giống thuần do khử ñực và thụ phấn bằng tay,

ñã tạo tâm lý hạn chế sử dụng các giống lai của người nông dân (Atanassova.B, Georgiev Hr., 2002) [38] Vì vậy, cần có những nỗ lực ñể giảm giá thành sản xuất hạt giống lai mở rộng việc sử dụng các giống lai trong sản xuất

Những năm qua rất nhiều nghiên cứu ñã tập trung vào việc làm thuận lợi hơn quá trình sản xuất hạt giống lai ở cây cà chua Nổi bật nhất là công nghệ sản xuất

hạt giống sử dụng các dòng mẹ bất dục ñực chức năng: bất dục vị trí (positional sterile - ps), bất dục vị trí 2 (positional sterile 2 - ps 2) và bất dục vòi nhụy cao hơn bao phấn (excerted stigma - ex) ñược ứng dụng rộng rãi ở một số quốc gia như

Cộng hòa Séc, Moldova, Ba Lan và Bulgaria (tại Bungari có trên 80% hạt giống cà chua lai ñược sản xuất từ các dòng mẹ bất dục) (Atanassova, 1999)[35]

Trong ñó, những kết quả nghiên cứu về bất dục vòi nhụy vươn dài chủ yếu là

kết hợp với các bất dục ñực di truyền nhân (male sterile – ms), bất dục chức năng (ps, ps2) nhằm làm thuận lợi hơn quá trình thụ phấn Tuy nhiên, việc ứng dụng dạng

bất dục vòi nhụy vươn dài trong sản xuất hạt lai F1 vẫn còn nhiều hạn chế do sự biến ñộng của tính trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn rất mẫn cảm với sự thay ñổi của môi trường, tỷ lệ tự thụ cao, ñôi khi con lai F1 của các dòng mẹ có vòi nhụy cao hơn bao phấn > 2mm cho tỷ lệ ñậu quả thấp do di truyền tính trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn từ dòng mẹ Mặc dù vậy, sử dụng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài vẫn là một trong những hướng nghiên cứu nhiều hứa hẹn nhằm ñơn giản hơn công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai ñang ñược nhiều nước trên thế giới theo ñuổi

Ở Việt Nam, cây cà chua mới ñược trồng khoảng trên 100 năm Nhưng do ñiều kiện thời tiết thuận lợi, trồng cà chua giúp thúc ñẩy việc khai thác lao ñộng, hạn chế lao ñộng dư thừa, tăng thu nhập cho người nông dân, nên cà chua ñược trồng ở hầu hết ở các tỉnh, thành với nhiều vụ trong năm Diện tích gieo trồng cây cà chua hàng năm khoảng 23-24 nghìn ha (năm 2009 là 23,566 ha) [83], nhu cầu hạt giống tăng từ 3.000kg năm 2000 ñến 4.300kg năm 2005 (Trần Văn Lài và cs, 2005) [7] Lượng hạt giống cà chua thuần trong nước dần ñược thay thế bằng các giống F1 nhập nội Sự ña dạng, phong phú của trên 50 chủng loại giống cà chua khác nhau từ những giống quả nhỏ, ăn tươi, chế biến cho ñến các giống sinh trưởng vô hạn thích hợp với những vùng trình ñộ thâm canh cao bước ñầu ñã ñáp ứng ñược yêu cầu của sản xuất Ngoài ra hạt giống cà chua của các công ty nước ngoài có chất lượng tốt

và bộ giống này liên tục ñược ñổi mới theo từng năm, nên ñã chiếm lĩnh ñược phần lớn thị phần thương mại hạt giống cà chua trong nước Tuy nhiên giá hạt giống lai nhập nội cao gấp 2 - 3 lần hạt giống ñược sản xuất trong nước, trung bình 20 - 25 triệu ñồng/1 kg, thậm chí > 40 triệu/kg với giống cà chua quả nhỏ (cherry) Mặt khác, các giống nhập nội thường thể hiện tính phù hợp không cụ thể cho từng vùng sinh thái, không chủ ñộng giống trong sản xuất

Những năm gần ñây các Trường ñại học, các Viện nghiên cứu trong cả nước cũng ñã cho ra ñời một loạt giống cà chua mới như HT7, HT42, HT160 FM20, FM29, lai số 9, HPT10, VT3, ñã giúp sản xuất cà chua của Việt Nam tiến những bước ñáng kể Mặc dù vậy, các giống này chỉ chiếm một tỉ lệ khiêm tốn trên thị trường giống trong nước, khoảng 5-7% (Trần Văn Lài và cs, 2005) [7] Có rất nhiều nguyên nhân dẫn ñến việc các giống cà chua ñược tạo ra trong nước chậm ñưa vào sản xuất Một trong những nguyên nhân quan trọng ñó là công nghệ sản xuất hạt giống cà chua phụ thuộc nhiều vào ñiều kiện thời tiết khí hậu, chi phí cho khử ñực hoa mẹ cao Bên cạnh ñó, những nghiên cứu về hoàn thiện công nghệ sản xuất như trồng trọt, lai, sau thu hoạch, bảo quản và chế biến nhằm nâng cao chất lượng hạt giống, hạ giá thành sản phẩm vẫn còn nhiều hạn chế

Trên cơ sở ñánh giá các các dòng cà chua bất dục chức năng (vòi nhụy cao

hơn bao phấn) tại Viện Nghiên cứu Rau quả ðề tài ”Nghiên cứu góp phần phát triển công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1" ñược tiến hành nhằm lựa chọn

các dạng bất dục vòi nhụy vươn dài có kích hoạt bổ sung GA3, phù hợp làm mẹ, ñể xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 hoàn toàn không phải khử ñực

2 Mục tiêu của ñề tài

Xác ñịnh ñược các dòng mẹ cà chua có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 phù hợp cho sản xuất hạt giống cà chua lai F1 (không phải khử ñực) tại vùng ñồng bằng sông Hồng

Bước ñầu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử ñực, thông qua sử dụng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ñề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

ðây là công trình ñầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống ở Việt Nam về tính bất dục vòi nhụy vươn dài ở hoa cà chua Trên cơ sở ñánh giá biểu hiện hình thái, kiểm tra sự có mặt của các gen kiểm soát ñộ dài vòi nhụy bằng chỉ thị phân tử

ñể lựa chọn các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài phù hợp cho mục tiêu sản xuất hạt giống lai không cần khử ñực dòng mẹ

Kết quả nghiên cứu của ñề tài bổ sung thêm cở sở khoa học cho việc ứng dụng các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài ở mức vừa phải, có kích hoạt bổ sung GA3 ñể xây dựng công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử ñực dòng mẹ, phù hợp với ñiều kiện sinh thái vùng ñồng bằng sông Hồng

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- ðề tài ñã tuyển chọn ñược các dòng cà chua ưu tú có vòi nhụy vươn dài: D4, D5, D9, D16, D17; mẫn cảm với GA3 phù hợp ñể sử dụng làm mẹ trong sản xuất hạt giống lai F1 không cần khử ñực, cho con lai F1 bình thường

- Kết quả nghiên cứu của ñề tài ñã thiết lập ñược quy trình ñịnh hướng sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử ñực dòng mẹ phù hợp với sinh thái vùng ñồng bằng sông Hồng, giúp hạ giá thành sản xuất hạt giống

4 ðối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 ðối tượng nghiên cứu

ðề tài sử dụng các giống cà chua ñịa phương trong nước, các dòng cà chua

từ Trung tâm Nghiên Rau Thế giới (AVRDC), các dòng thuần ñược phân lập từ các giống lai F1 nhập nội

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- ðề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu về các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài, sử dụng trong sản xuất hạt lai F1 không khử ñực dòng mẹ phù hợp cho sinh thái vùng ñồng bằng sông Hồng

- Quá trình nghiên cứu nguồn vật liệu khởi ñầu, quá trình lai tạo, tuyển chọn các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với GA3, thiết lập các thông số kỹ thuật và thử nghiệm quy trình sản xuất hạt giống lai ñược thực hiện tại Viện Nghiên cứu Rau quả Kiểm chứng con lai F1 và xây dựng mô hình trình diễn tại các ñịa phương Hưng Yên, Hà Nội

5 Những ựóng góp mới của luận án

- Kết quả nghiên cứu của luận án ựã phát hiện và chọn lọc ựược một số dòng

cà chua có vị trắ vòi nhụy so với bao phấn ở mức 3-2 ( ựộ vươn dài vòi nhụy

<1,5mm), mẫn cảm với GA3 và làm rõ hơn tắnh trạng vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với GA3 là một tắnh trạng di truyền số lượng, ựược kiểm soát ựa gen

- Bước ựầu ựề xuất hướng nghiên cứu về việc sử dụng các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài trong sản xuất hạt giống lai F1 hoàn toàn không phải khử ựực, khi sử dụng ựồng thời tắnh trạng vòi nhuỵ vươn dài ở mức vừa phải, mẫn cảm với GA3 của các dòng mẹ và chọn ựược loại hình dòng bố phù hợp có vòi nhụy ngắn

- Xác ựịnh ựược một số thông số kỹ thuật, bước ựầu xây dựng quy trình ựịnh hướng sản xuất hạt giống lai cà chua không khử ựực dòng mẹ phù hợp với ựiều kiện sinh thái vùng ựồng bằng sông Hồng

- đóng góp cho sản xuất hai tổ hợp lai có triển vọng là D17/CA4 (FM10-8), D5/FM372C (FM10-19) phát triển từ các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC

CỦA ðỀ TÀI

1.1 Nguồn gốc, phân loại của cây cà chua

1.1.1 Nguồn gốc

Cây cà chua cùng với một số cây trồng quan trọng có giá trị kinh tế khác như

cà tím, ớt, thuốc lá và khoai tây thuộc họ cà (Solanaceae) Trong bảng phân loại của Miller (1754) cà chua ñược gọi là Lycopersicon esculentum, sau ñó Child (1990) và Peralta cùng với Spooner (2006) ñã ñổi tên cà chua thành Solanum lycopersicum

(dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez 2008) [109].

Nguồn gốc của chi Lycopersicum esculentum ñược nhiều nhà nghiên cứu

khẳng ñịnh ở khu vực Andean bao gồm các vùng của Colombia, Ecuador, Peru, Bolivia và Chile Những loài cà chua hoang dại gần gũi với cà chua trồng ngày nay vẫn ñược tìm thấy ở dọc dãy núi Andes (Peru), Ecuador (ñảo Galapagos) và Bolivia (Rick, 1973) [150]; (Taylor, 1986 ) [168]

Theo Rick (1976, 1978) [151], [152], cây cà chua có nguồn gốc từ thế giới mới,

khi Crít-xtốp Cô-lông phát hiện ra châu Mỹ thì cây cà chua ñã ñược trồng ở ñây và

phát triển ñến một mức ñộ nhất ñịnh Tổ tiên có khả năng nhất của cà chua trồng là

cà chua anh ñào hoang dại trước ñây Lycopersicon esculentum var cerasiforme

(Dun.) Gray Loài này mọc hoang dại phổ biến ở vùng nhiệt ñới, cận nhiệt ñới châu

Mỹ và ñã lan rộng khắp vùng nhiệt ñới của Thế giới cũ, cụ thể là Tây Ban Nha Quá trình thuần hóa cây cà chua hoang dại thành cà chua trồng diễn ra chủ yếu ở Trung

mỹ và Mehico (Taylor, 1986) [168], từ ñây cây cà chua ñược di trực và phát triển rộng rãi ở châu Âu, châu Á vào thế kỷ thứ 16, ở Châu Phi vào cuối thế kỷ 16 và quay trở về quê hương Nam Mỹ vào giữa thế kỷ 18 (Villareal, 1980), (trích theo

Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]

1.2.2 Phân loại

Cây cà chua ñã trải qua một quá trình phát triển lịch sử lâu dài vì vậy nó có

sự ña dạng tuyệt vời về tính thích ứng, nguồn gen phù hợp với nhiều hệ thống canh tác khác nhau Hiện nay cây cà chua có mặt ở mọi nơi trên thế giới từ những vùng khô hạn có mực nước biển thấp chạy dọc theo bờ biển Thái Bình Dương ñến những vùng có ñộ cao hơn 3300 m trong những thung lũng phía tây của dãy Andes (Rick,

1973 [150]); (Taylor, 1986) [168]

Cơ sở khoa học ñể phân loại cà chua khác nhau rất nhiều: Müller (1940a), Luckwill (1943a) và Child (1990) phân loại dựa trên các tiêu chí hình thái học Trong khi ñó, Rick (1963, 1979), Rick et al (1990b) phân loại cà chua dựa trên cơ sở sinh học, liên quan ñến các mối quan hệ trong lai tạo và chọn giống (dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]

Các công bố của Peralta và Spooner (2000) [139] phân loại cà chua dựa trên trình tự DNA của các bản sao gen ñơn (GBSSI) Gần ñây nhất Spooner và cộng sự (2006) [140] phân loại dựa trên phân tích AFLP, kết quả này phù hợp với phân loại của Child (1990), Linnaeus (1753) ðiều này cũng chứng tỏ nguồn gốc của cà chua

trồng ngày nay bắt ñầu từ dạng giao phấn, tự bất thụ, quả màu xanh (dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]

Theo bảng phân loại của Peralta (2006) [140] thì cà chua thuộc loài Solanum

chi Lycopersicon và từ chi Lycopersicon này phân thành 4 nhóm khác nhau, trong ñó: Nhóm thứ nhất: bao gồm các loài phụ như: S lycopersicum, S pimpinellifolium, S cheesmaniae, S galapagense

Nhóm thứ hai: nhóm Neolycopersicon có loài phụ S pennellii

Nhóm thứ ba: nhóm Eriopersicon gồm 5 loài phụ: S habrochaites, S huaylasense, S corneliomulleri, S peruvianum, S chilense

Nhóm thứ tư: Nhóm Arcanum gồm các loài phụ: S arcanum, S chmielewskii và S neorickii

Trong hệ thống phân loại mới có những thay ñổi lớn xảy ra trong loài

Lycopersicon peruvianum cũ, loại này ñược chia thành bốn loài mới, 3 loài ñược xếp vào nhóm 2 là: S corneliomulleri, S peruvianum, S chilense còn loài S

arcanum ñược xếp vào nhóm 3 (Peralta et al., 2006) [140] (Hình 1.1)

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận án tiến sĩ khoa học nông nghiệp ……… 8

Spooner, 2006 Section Lycopersicon

Subsection Lycopersicon

L pimpinellifolium L pimpinellifolium L pimpinellifolium S pimpinellifolium S pimpinellifolium

S chilense

S neorickii

Hình 1.1 So sánh một số hệ thống phân loại khác nhau ñược sử dụng trên thế giới (theo Peralta et al, 2006) [144]

1.2 ðặc ñiểm ra hoa, ñậu quả của cây cà chua

1.2.1 ðặc ñiểm thực vật học của hoa cà chua

Ngay từ khi cây cà chua hoang dại ñược thuần hóa và trồng trọt trong gia ñình hay các nông trại sản xuất hạt giống tại Mehico, các ñặc ñiểm thực vật học của

nó ñã ñược quan tâm nghiên cứu, ñặc biệt là bộ phận sinh sản Người ñầu tiên ñề cập ñến cây cà chua và ñặc ñiểm ra hoa, thụ phấn thụ tinh là một nhà dược liệu học người Italia, Pier Andrea Mattioli (1554) [dẫn theo Huziker, A.T, 1979) [107] Ngày nay cây cà chua ñược biết ñến là loại cây trồng một năm, có khả năng phân cành lớn, với 2 loại hình sinh trưởng: sinh trưởng hữu hạn và sinh trưởng vô hạn Dạng sinh trưởng hữu hạn ñược phân biệt bằng chùm hoa cách ñều giữa các ñốt, dạng vô hạn ñược phân biệt cứ khoảng 3 ñốt lại xuất hiện một chùm hoa và thân chính thường sinh trưởng vô hạn (Maharaj et al, 2007)[119]

Hoa cà chua là hoa hoàn chỉnh có ñủ cả nhị và nhuỵ, ñường kính của hoa khoảng ¾ inch (1,9cm), với 5-10 lá ñài màu xanh tồn tại cho ñến khi quả chín Cánh hoa có màu vàng liên kết với nhau quanh vòi nhuỵ bằng 5 cánh hoặc nhiều hơn Năm nhị hoa thường ñược gắn với tràng hoa, các bao phấn dài ñồng ñều ñược dính với nhau theo dạng hình nón quanh nhuỵ hoa Sau ñó là bầu nhuỵ với vòi nhuỵ dài

và mảnh, vươn tới ñầu của hoa hoặc vươn ra ngoài khoảng 2 mm ống phấn nhìn chung có dạng ñơn, tuy nhiên có khi có dạng kép Trong một chùm, nụ, hoa và quả phát triển riêng rẽ theo từng nhánh (Gottl, 1963) [95] ðối với cà chua người ta không xác ñịnh ñược rõ khi nào là thời ñiểm nở hoa rộ Hoa cà chua mọc thành chùm, chùm hoa ñầu tiên sinh ra sau khi phân cành cấp 1 Số hoa trên chùm ở hầu hết các giống biến ñộng từ khoảng 2 - 26 hoa và mỗi một cây có thể sản sinh ra từ 4 ñến 20 chùm hoa trong một chu kỳ sống (Rick, 1978) [152] Số lượng hoa/chùm, số chùm hoa/cây và kiểu ñính hoa rất khác nhau ở các giống dựa vào kiểu ñính hoa có thể chia các chùm hoa ở cà chua ra làm 3 dạng: dạng ñơn giản, dạng trung gian và dạng phức tạp [Mai Phương Anh và cs) [1]

Quả cà chua thuộc dạng quả mọng, có nhiều ngăn và bao gồm nhiều noãn, các noãn ñính với nhau bằng giá noãn ở trục giữa của quả Kích thước và hình dạng của quả rất ña dạng, có thể từ 1 ñến 500gam, quả có dạng dẹt, tròn, mận, lê hay nhiều hình dạng khác (Rick, 1978) [152]

1.2.2 Sự hình thành và phát triển hoa, quả và các yếu tố ảnh hưởng ñến quá trình

thụ phấn ở cây cà chua

Ngay khi cây nảy mầm, các tế bào mầm hoa ñầu tiên ñã ñược hình thành Khi

lá thật ñầu tiên xuất hiện ở ñỉnh sinh trưởng thì cũng là lúc các tế bào sinh trưởng phân hóa mang tính chuyên biệt ñể hình thành nên bộ phận sinh sản cho cây

Những bông hoa ñầu tiên trên cây bắt ñầu nở vào khoảng 55-60 ngày sau khi gieo Chùm hoa thứ hai xuất hiện một tuần sau chùm hoa ñầu, vì vậy ñối với giống hữu hạn; thời gian hoàn thành quá trình ra hoa kéo dài trong khoảng 45-60 ngày ðối với các giống vô hạn, các chùm hoa xuất hiện cách nhau 10-14 ngày (Rick CM, 1978) [152]

Thời gian giành cho sự phát triển của quả kéo dài 40-60 ngày, kể từ khi thụ phấn ñến khi quả chín hoàn toàn Kích thước quả ñạt ñược ổn ñịnh sau khi hoa ñược thụ phấn 20-30 ngày và chín sau khi thụ tinh 50-55 ngày (D` Ancy, 1979) [66] Cũng như các loại cây trồng khác, cơ sở của quá trình hình thành và phát triển hoa, quả của cà chua chính là sự hình thành các giao tử trong noãn, các túi phôi và hợp tử sau khi ñược thụ tinh Tuy nhiên sự thụ phấn, thụ tinh của cà chua chỉ xảy ra khi các hạt phấn thoát ra khỏi bao phấn và tập trung trên ñầu vòi nhụy, trong khi khả năng hạt phấn rơi ra khỏi bao phấn lại phụ thuộc vào dao ñộng của những bông hoa (Rick et al, 1951) [147]; (Robinson, 1959) [153] Nếu không có tác ñộng từ bên ngoài như gió, côn trùng thì khả năng ñậu quả của cà chua là rất thấp (Rick, 1950) [146] ðiều này làm chúng ta liên tưởng rằng tổ tiên của cây cà chua trồng ngày nay

là dạng cà chua hoang dại, có vòi nhụy vươn ra ngoài, giao phấn nhờ một loại ong sống trên núi Trong quá trình phát triển phân bố cà chua trên các khu vực khác trên thế giới, loài ong này ñã không thể ñi theo, vì vậy có sự tiến hóa thích nghi với ñiều kiện trồng trọt mới, hoa cà chua chuyển từ thụ phấn nhờ côn trùng sang tự thụ với vòi nhụy ngắn nằm trong bao phấn (Clayberg, 1959) [60] Chính vì vậy xảy ra hiện tượng rụng hoa ở một số ñiều kiện môi trường không phù hợp với sự tự thụ ñặc biệt

là trong các nhà kính, nhà lưới (Takhur, 1974) [165] Kinh nghiệm của những người trồng cà chua trong nhà kính là sử dụng các loại máy rung hoặc các thiết bị khác ñể tác ñộng lên các chùm hoa, gây nên sự chuyển ñộng cơ giới, tạo ñiều kiện cho các hạt phấn tung ra khỏi bao phấn (Cottrell-Dormer năm 1945; Hoffman năm 1958; Kerr và Kribs năm 1945; Lesley và Lesley 1939; Neiswander 1954a, b, 1956; Moore Ross 1968 1963; Verkerk 1957; White 1918; Wittwer và Honma 1969) (dẫn theo Jaime Prohens and Fernando Nuez, 2008) [109]

Trên ñồng ruộng, những bông hoa ñã nở tung phấn nhờ tác ñộng của gió, vì vậy quá trình thụ phấn của cà chua chủ yếu là do gió và tỷ lệ ñậu quả bị ảnh hưởng trực tiếp bởi tốc ñộ gió (Luckwill, 1943a) [118] Mặc dù gió không phải là yếu tố duy nhất trong việc chuyển phấn hoa từ cây này sang cây khác (Currence, 1944) [65], nhưng nếu không có gió, những bông hoa cà chua gần như không thể tung phấn hoặc bao phấn có mở nhưng sự có mặt của hạt phấn trong không khí là rất thấp, sự tự thu sẽ bị ảnh hưởng Trong ñiều kiện như vậy, những chuyến viếng thăm của côn trùng mang lại hiệu quả thụ phấn cao Khi ñó giao phấn trong trường hợp này là phổ biến mặc dù tỷ lệ này thường thấp (Rick, 1950) [146]; (Smith, 1935) [163] ðây là một trong những ñặc ñiểm sinh học quan trọng ñể thiết lập công nghệ sản xuất hạt lai sử dụng vec tơ truyền phấn là côn trùng với những dòng mẹ có vòi nhụy ñủ dài ñể nhận phấn

Một yếu tố tự nhiên ảnh hưởng ñến sự thụ phấn của cà chua là vòi nhụy có khả năng nhận phấn trong thời gian tương ñối dài, từ 2-3 ngày trước khi bao phấn chín cho ñến 4 -8 ngày sau khi tung phấn (Smith 1935) [163] Một yếu tố khác không kém phần quan trọng là ñộ dài của nhụy hoa Nếu vòi nhụy ngắn và ñầu nhụy ñược bao quanh bởi các khe nứt của bao phấn, sau khi các bông hoa dao ñộng thì khả năng nhận phấn ở ñầu nhụy là cao nhất Nếu vòi nhụy dài hoặc ñầu nhụy cao hơn bao phấn trước khi hạt phấn tung ra ngoài thì khả năng giao phấn ñược tăng lên ñáng kể, tỷ lệ này ñược ghi nhận từ 0,075-12% tùy thuộc vào ñiều kiện môi trường,

vị trí ñịa lý và sự có mặt của các loài côn trùng (Hafen et al., 1956a) [101]

1.3 Hiện tượng bất dục ở cà chua và ứng dụng trong chọn tạo giống ưu thế lai

1.3.1 Các dạng bất dục ở cà chua

Cây cà chua cũng như một số loại cây họ cà quan trọng khác, bất dục ñực là

hiện tượng phổ biến, ñặc biệt trong các loài cà chua hoang dại ñiển hình là L peruvianum và L hirsutum và ñặc ñiểm này ñược truyền lại khi lai với cà chua trồng (L esculentum.) Hiện tượng bất dục ñực ở cây cà chua ñược Rick

(1945)[144] phát hiện và sử dụng lần ñầu tiên trong sản xuất hạt giống lai cà chua ðến nay hiện tượng này vẫn còn ñược công nhận là rất hữu ích trong các chương trình tạo nguồn vật liệu cho chọn tạo giống ưu thế lai (Sawhmey, 1994)[157]; (Gorman and McCormick, 1997) [94]

Thời gian qua, một số lượng lớn các nghiên cứu và tổng kết ñã chỉ ra ý nghĩa của các gen bất dục trên cây cà chua, ñồng thời phân loại và sử dụng trong các chương trình chọn giống Nhìn chung, các dạng bất dục ñực ở cà chua ñược phân loại theo Daskalov et al (2007) [69] như sau:

a) Bất dục ñực tế bào chất (TBC)

Bất dục ñực tế bào chất ñược tìm thấy trên 150 loài thực vật Bất dục ñực TBC ñược di truyền, là kết quả của quá trình sắp xếp lại ADN trong ti thể và là một ñột biến tự nhiên xuất hiện ở nhiều loài thực vật nhưng không xảy ra trong tự

nhiên với chi Lycopersicon (Gorman and McCormick 1997) [94] Mặc dù vậy, chi Lycopersicon vẫn có 41 dạng bất dục tế bào chất ñược hình thành chủ yếu từ xử lý

ñột biến dạng hoang dại bằng hóa chất (Chetelat et al, 2009) [38] Rất nhiều các ñột biến này ñã ñược lập bản ñồ hoặc tạo các nhóm dựa theo mức ñộ và số lượng hạt phấn bất dục (Driscol, 1986) [76]; (Gorman and McComick, 1997) [94]

b) Bất dục ñực di truyền nhân:

Bất dục ñực di truyền nhân ñược biết ñến như những ñột biến tự nhiên, xuất hiện nhiều trong các loài cà chua hoang dại và biểu hiện với nhiều kiểu hình khác nhau:

+ Bất dục bào tử thể (bất dục gen ms)

Bất dục bào tử thể bao gồm nhiều dạng: ms10, ms15, ms14, ms17, ms18, ms31, ms32, ms33, ms35, ms47, ñây là loại bất dục không có phấn hoa hữu dục Các

dạng ñột biến bất dục (ms) thường có nhụy cao hơn bao phấn, vòi nhụy có thể nhận hạt

phấn bình thường mà không cần khử ñực giúp giảm chi phí trong quá trình sản xuất hạt giống lai (Gorman and McCormick, 1997)[94], (Radkova et al, 2009) [143] Sự vươn

dài vòi nhụy của dạng bất dục ms không phải nằm trong bản chất của gen ms mà là

kết quả của sự tương tác giữa gen ñiều khiển bất dục ñực và kiểu di truyền

+ Bất dục ñực cấu trúc

Bất dục ñực này ñược hình thành do kết quả ñột biến xảy ra trong gen làm ảnh hưởng ñến cấu trúc của nhị hoa, ở noãn, cánh hoa và ñài hoa ðột biến cấu trúc xảy ra làm cho các phần của hoa không ñồng dạng, trong khi quá trình hình thành hạt phấn hữu dục bình thường, nhưng cấu trúc hoa bị biến ñổi ngăn cản quá trình tung phấn ðột biến cấu trúc hoàn toàn thiếu các cơ quan mang phấn hoa, hay nhị hoa, hoặc có khuyết tật trong nhụy, hình thức nghiêm trọng là phấn hoa hiếm khi ñược tung ra ngoài Người ta nhận thấy chỉ có một dạng bất dục cấu trúc có khả năng ứng dụng cao trong chọn giống ñó là dạng không hình thành bao phấn

(stamenless -sl) (Gortman and McCormick, 1997) [94]; (Bishop, 1954) [47]

+ Bất dục ñực chức năng gen (hiện tượng tự bất thụ)

Dạng bất dục này có khả năng tạo ra hạt phấn nhưng hạt phấn không có khả năng nảy mầm trên chính ñầu nhụy của hoa chính nó (khôgn hình thành bào tử), do không có sự phù hợp về môi trường hoặc kiểu gen, bao phấn của chúng hoặc là tách

ra hoặc dính liền với nhau, có hình dạng bất thường ñể ngăn cản sự tiếp xúc của hạt phấn với vòi nhụy Gorman, McCormick (1997) [94] ñã chia các dạng bất dục thuộc

nhóm này ra làm 5 loại: positional sterile (ps), positional sterile 2 (ps 2), cleistogamous 2 (cl 2), dialytic (dl), và exserted stigma (ex)

Trong các loại này có 3 loại ñã ñược ứng dụng trong tạo giống cà chua lai, bao gồm:

1) Bất dục do vị trí (ps): Hạt phấn có khả năng thụ phấn nhưng không thể

thoát ra ngoài do bị một vách ngăn giữ ở phía bên trong bao phấn làm ngăn cản quá trình thụ phấn (Larson and Paur, 1948) [113], (Daskalov et al, 2007) [69]

Bất dục sl ( stamenless) Bất dục chức năng ps

Vòi nhụy vươn dài bao phấn kín Vòi nhụy vươn dài bao phấn hở

Hình 1.2 Một số dạng bất dục ở cây cà chua

2) Bất dục ñực vị trí - 2 (ps2): ðây là hiện tượng các bao phấn dính với nhau không nứt Gen ps2 ñược hình thành từ ñột biến tự nhiên dạng cà chua Vrbicanske nizke (Cộng hòa Séc), nó liên kết chặt chẽ với fulgens trên nhiễm sắc

thể số 4 (Atanassova, 1991) [33] Dạng ñột biến này có ñặc ñiểm là bao phấn hữu dục bình thường nhưng bao phấn không mở ñể tung phấn ra ngoài Các dạng bất

dục ps 2 hiện nay ñược tìm thấy trong tự nhiên chủ yếu là do thay ñổi cơ cấu tại

vùng vách trong của bao phấn, (Oryol and Zhakova, 1977) [137] Do các tế bào vách trong vùng này ñã kém phát triển và không ñủ sức mạnh cần thiết ñể bao phấn

vỡ vì vậy hạt phấn không thể ñược tung ra ngoài (Atanassova, 1999) [35]

Trong số gen mã hóa cho hoạt ñộng bất dục ñực chức năng trên cây cà chua,

gen ps2 là gen lặn ñồng hợp tử ñược biết ñến nhiều nhất

3) Bất dục vòi nhụy dài (ex): Vòi nhụy và bao phấn ñều phát triển bình thường

nhưng do ñầu nhụy và bao phấn cách xa nhau nên hạt phấn không thể thụ phấn cho nhụy của cùng một hoa (Rick, 1951) [147] Theo Chen K-Y, Steven D Tanksley

(2004) [54] thì phần lớn các loài trong chi Lycopersicon mang ñặc ñiểm di truyền tính

trạng vòi nhụy vươn ra ngoài, ñặc biệt là các loài thuộc nhóm cây giao phấn bắt buộc (bảng 1.1) Những loài thuộc nhóm cây tự thụ phấn trong ñó có cà chua trồng

Lycopersicon esculentum vòi nhụy không có khả năng vươn ra ngoài hoặc vươn ra

ngoài không hoàn toàn (Rick, 1951) [147]

Bảng 1.1 Phân loại hệ thống sinh sản của các loài trong chi Lycopersicon

Tự thụ phấn (Autogamy) L parviflorum, L cheesmanii, L esculentum

Giao phấn ngẫu nhiên

di truyền của dạng bất dục cho thấy ñộ dài vòi nhụy luôn thay ñổi và khó xác ñịnh Rick (1978) [151] quan sát về việc biểu hiện sự khác biệt ở vị trí vòi nhụy

của các giống cà chua có nguồn gốc từ vùng Nam Mỹ và cho rằng quá trình vươn

ra của vòi nhụy ñược di truyền Năm 1944, trong một báo cáo của Currence [65], ông khẳng ñịnh gen quy ñịnh tính trạng vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với môi trường và ñề nghị sử dụng nó trong sản xuất hạt giống lai cà chua Một nghiên cứu khác của Williams (1961) [181] khi quan sát con lai giữa dạng cà chua có vòi nhụy dài và dạng bình thường, tác giả nhận thấy rằng vị trí của vòi nhụy liên quan chặt chẽ ñến chiều dài ống phấn khi hoa nở, hiện tượng này ñược kiểm soát bởi một thành phần di truyền với sự tác ñộng qua lại của các gen trội không hoàn toàn Ngoài ra ñặc ñiểm di truyền của dạng bất dục này còn ñược phát hiện bằng phép lai

giữa các giống cà chua trồng Lycopersicon esculentum với cà chua hoang dại Lycopersicon pimpinellifolium (Runttencutter, 1975) [154], hoặc bằng cách xử lý

hạt giống ở nhiệt ñộ thấp, (Driscoll, 1986) [77] Tuy nhiên, cho ñến nay vẫn còn nhiều ý kiến khác nhau về bản chất di truyền tính bất dục vòi nhụy dài Takhur (1970) [165], Georgiev, Atanassova (1977) [85] cho rằng dạng bất dục vòi nhụy vươn dài không chỉ ñánh giá dựa trên chiều dài của vòi nhụy vươn ra từ bao phấn hình nón mà còn phụ thuộc vào ñộ dài của cả hai, ñó là nhụy hoa và bao phấn Các

ñộ dài ñược liên kết ña gen và rất biến ñộng dưới tác ñộng của môi trường

Chen et al (2004) [54] nghiên cứu về ñặc ñiểm di truyền tính trạng vòi

nhụy cao hơn bao phấn ở mức ñộ phân tử trên L pennelli và thiết lập bản ñồ phân

tích có ñộ phân giải cao nhằm xác ñịnh gen ảnh hưởng ñến quá trình kéo dài vòi

nhụy Kết qủa phân tích cho thấy locus Style2-1 khoảng 0,23cm ñược giới hạn bởi

gen chỉ thị T1301-CT9 trên nhiễm sắc thể số 2 chịu trách nhiệm phần lớn của sự

biến ñổi kiểu hình về ñặc ñiểm này ðột biến s ở locus này thể hiện sự liên quan ñến quá trình tiến hóa từ dạng giao phấn (allogamy) sang dạng tự thụ phấn (autogamy) trong chi Lycopersicon Việc chuyển ñổi từ sự giao phấn sang tự thụ phấn, không phải bởi sự thay ñổi trong các protein của Style2-1, mà là do một ñột biến trong các promoter Style2.1 (Chen et al., 2007) [55]

Ngoài ra, Chen et al., (2004) [54] cũng gợi ý rằng sự kéo dài của nhụy hoa có thể ñược kiểm soát bởi một gen ñơn hơn là một vài gen liêt kết, ñồng thời kết quả phân tích còn xác ñịnh tính trạng dài ra của nhụy là trội hoàn toàn Tuy nhiên sự biểu hiện kiểu hình vòi nhụy cao hơn bao phấn là kết quả của một quá trình tích hợp rất

nhiều gen trong ñó có chiều dài bầu nhụy, chiều dài nhụy, chiều dài nhị và quá trình kéo dài ra của ñầu nhụy, chúng tác ñộng lẫn nhau trong cùng một hoa Vì vậy ñể tác ñộng lên tính trạng này người ta không chỉ tác ñộng lên quá trình dài ra của ống nhụy

Cơ sở di truyền về một vài locus liên kết có ảnh hưởng ñến sự biểu hiện tính

trạng vòi nhụy dài cũng ñã ñược xác lập ñối với loài L pennellii Các kết quả cho thấy sự tồn tại nhiều gen bổ sung về chiều dài nhị: stamen2.1, stamen2.2, stamen2.3 và cấu trúc của nhị hoa gen dehiscence 2.1 liên kết chặt với style 2.1 (se2.1) kiểm soát ñặc tính này, trong ñó gen kiểm soát chiều dài vòi nhụy style2.1

quyết ñịnh chính

Hiện nay cũng có nhiều ý kiến cho rằng kiểm soát di truyền vòi nhụy dài nằm trên các NST khác nhau ở những loài khác nhau Trong một công trình nghiên cứu năm 2009, Gorguet [91] ñã xác ñịnh 1 locus kiểm soát tính trạng vòi nhụy vươn dài

của dòng IL5-1 có nguồn gốc từ S.habrochaites (L histurum) nằm trên NST số 5 và ñược kí hiệu là se5.1 Gen se cũng có thể nằm trên NST số 2 hoặc số 9 (Fulton, 2007) [83] trong loài L peruvianum

Một số kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả khẳng ñịnh bản chất của các

dạng bất dục chức năng ps, ps2 hay bất dục bào tử thể ms, là biểu hiện tính trạng vòi

nhụy vươn cao hơn bao phấn (Chen et al., 2004)[54], (Goguet et al, 2006, 2009) [90], [93], (Radkova et al, 2009) [143], vì vậy ñôi khi phải loại bỏ ñặc ñiểm này bằng các phép lai backross ñể chuyển gen vòi nhụy ngắn vào những giống bất dục nhằm phục vụ các mục tiêu cần thiết

(*) Ứng dụng các marker liên kết xác dịnh sự có mặt của gen kiểm soát tính trạng vòi nhụy vươn dài

Cùng với sự phát triển của sinh học phân tử, các marker hỗ trợ chọn lọc cũng ñược sử dụng rộng rãi trong quá trình chọn giống

Năm 2004, Chen et al (54) bắt ñầu nghiên cứu về kiểu gen kiểm soát tính trạng vươn dài vòi nhụy ở cà chua, với tham vọng xây dựng ñược bản ñồ gen, phát triển

các marker liên kết với gen kiểm soát tính trạng vòi nhụy dài trên loài L pennellii

mặc dù không xây dựng ñược bản dồ chính xác của se2.1, cũng như các marker liên

kết với se2.1, song các tác giả ñã xác ñịnh các marker liên kết với các gen stamen2.1, stamen2.2, stamen2.3 và dehiscence 2.1, hoặc nằm gần với se2.1 Trong ñó marker

T131 liên kết với dehiscence 2.1, marker T1480 nằm gần se2.1 ñã ñược công bố

Năm 2007, Gourguet trên cơ sở phát triển các kết quả nghiên cứu năm 2005, 2006 [91] ñã phát triển marker TG318 liên kết với gen kiểm soát tính trạng vòi nhụy vươn

dài se5.1 ở loài S.habrochaites

Ngoài ra, một số công trình của Gourguet et al (2006, 2009)[90][93], Radkova

et al (2009)[143] cũng ñã tìm thấy một số marker liên kết với các tính trạng bất dục chức năng khác như marker T0958, T0635 hoặc TMS33 liên kết chặt với tính trạng

bất dục ps-2 và ms10 Các marker này ñã ñược sử dụng trong quá trình chọn lọc

hoặc loại bỏ các dạng bất dục vòi nhụy vươn dài

Từ những nghiên cứu trong nhiều năm qua và kinh nghiệm thực tế, Daskalov

et al (2007) [69] ñưa ra các yêu cầu với các dạng bất dục ñực sử dụng trong chương trình sản xuất hạt giống, ñó là:

+ Bất dục ñực hoặc bất thụ hoàn toàn

+ Vòi nhụy có khả năng tiếp nhận hạt phấn bình thường nhưng không hình thành quả

1.3.2 Ứng dụng các dạng bất dục ñực trong chọn tạo giống cà chua ưu thế lai

a) Bất dục vòi nhụy vươn dài (ex)

ðể tìm kiếm những kỹ thuật làm ñơn giản và thuận tiện hơn quá trình lai tạo, rất nhiều nghiên cứu ñã tập trung vào khai thác dạng vòi nhụy vươn dài với mục tiêu giảm công khử ñực trong sản xuất hạt giống cà chua lai Những kết quả ñầu tiên ñạt ñược về nghiên cứu ứng dụng các dạng bất dục ở cây cà chua tập trung chủ yếu vào các dạng bất dục do vòi nhụy kéo dài Song người ta thấy thực sự khó khăn khi

sử dụng những dòng mẹ có ñặc ñiểm bất dục này như:

- Sự biến ñộng của tính trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn rất mẫn cảm với sự

thay ựổi của môi trường nên khó xác ựịnh tỷ lệ hoa có vòi nhụy vươn ra ngoài ựể sử dụng trong quá trình lai tạo

- Những dòng mẹ có vòi nhụy cao hơn bao phấn dưới 1,5mm trở thành những dạng bình thường trong những ựiều kiện thuận lợi vì vậy quá trình tự thụ có thể xảy ra

- Giống lai F1 của các dòng có vòi nhụy vươn dài trên 2mm so với bao phấn, ựôi khi cũng bị ảnh hưởng bởi ựặc ựiểm này dẫn ựến tỷ lệ ựậu quả thấp ảnh hưởng tới năng suất của con lai F1

Ở Việt Nam, Nguyễn Hồng Minh (2006) [11] ựã báo cáo một số nghiên cứu bước ựầu về việc sử dụng các dạng bất dục vòi nhụy vươn dài Kết quả ựánh giá nhiều năm tại vùng Gia Lâm, Hà Nội, tác giả cho thấy: kiểu hình của tắnh trạng vòi nhụy cái vươn dài biến ựộng mạnh trong ựiều kiện vụ đông ở miền Bắc Việt Nam Biểu hiện của tắnh trạng này chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi sự tác ựộng của nhiệt ựộ thấp (kèm theo ánh sáng yếu) Ngoài ra tắnh trạng vòi nhụy vươn dài của dòng mẹ có ảnh hưởng ựến ựộ dài vòi nhụy của con lai F1, do vậy trong một vài trường hợp người ta phải tìm cách loại bỏ sự liên kết của gen bất dục vòi nhụy vươn dài với các tắnh trạng bất dục khác nhằm tránh sự ảnh hưởng của tắnh trạng vòi nhụy vươn dài di truyền ựến con lai F1 (Antanassova, 2000) [36]

Như vậy, sử dụng dòng bất dục vòi nhụy siêu dài >2mm ắt có ý nghĩa nên các nhà khoa học ựã tiếp cận ựể khai thác những ưu ựiểm của dạng bất dục này khi

kết hợp với gen ps2 hay ms10 với mục tiêu làm thuận lợi hơn cho quá trình thụ

phấn (Bishop, 1954)[47] Ngoài ra, sử dụng dạng bất dục VNVD giúp nhà sản xuất

dễ dàng duy trì dạng bất dục, ựồng thời vị trắ vòi nhụy hạn chế tương ựối khả năng

tự thụ của dòng mẹ khi sản xuất hạt lai Do ựó nhiều tác giả ựã ựề cập ựến việc khắc phục những nhược ựiểm của dạng bất dục vòi nhụy dài bằng một số biện pháp làm ựơn giản các tương tác ựa gen (Dhaliwal et al, 2000) [72], (Chen et al, 2007) [55] Trên cơ sở nghiên cứu tỷ lệ phân ly của hạt giống lai trong quá trình giao phấn tự nhiên Ruttencutter et al (1975)[155] ựã ựề xuất kỹ thuật sản xuất hạt lai cà

chua không khử ựực dòng mẹ hữu dục nếu dòng mẹ có gen chỉ thị bs (brown seed)

và vòi nhụy vươn ựủ dài ựể nhận phấn Tác giả chứng minh rằng tỷ lệ nảy mầm của

hạt giống mang gen bs rất thấp, vì vậy tỷ lệ cây tự thụ sẽ bị ựào thải tự nhiên sau khi

hạt F1 ựược sản xuất Chỉ cần thụ phấn cho dòng mẹ trước khi hoa nở một ngày ựảm bảo cho số lượng hạt trên qủa cũng như khối lượng trung bình quả cao hơn những bông hoa ựược khử ựực rồi mới thụ phấn Như vậy ựiều quan trọng ở ựây là

sự thuận tiện trong thao tác thụ phấn, do ựó việc sử dụng dạng mẹ có vòi nhụy vươn dài là phù hợp

đánh giá ảnh hưởng của GA3 lên qúa trình kéo dài ra của vòi nhụy, Bukovac and Homa (1966, 1967) [51][52] cho rằng: Tỷ lệ hoa có vòi nhụy cao hơn bao phấn không ổn ựịnh có thể khắc phục bằng việc sử dụng GA3 ựể tăng khả năng vươn dài của vòi nhụy làm thuận lợi hơn cho quá trình thụ phấn, ựồng thời tăng tỷ lệ hoa có vòi nhụy cao hơn bao phấn

để khắc phục ảnh hưởng của sự di truyền tắnh trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn ựến tỷ lệ ựậu quả của con lai F1 Larson et al (1948) [113] ựã sử dụng tắnh tạo

quả không hạt (pat-2) kết hợp với các kiểu hình ex1, ex2 ựể sản xuất hạt giống lai

F1 không cần khử ựực dòng mẹ Tắnh tạo quả không hạt sẽ tạo thuận lợi cho quá trình ra hoa kết quả ở con lai F1, nâng cao năng suất Hướng nghiên cứu này ựã mang lại những kết quả khả quan và hiện nay ựược ứng dụng ở một số nước trên thế giới (Gorguet B, 2005, 2007, 2009) [89][91][93]

b) Bất dục bào tử thể ms

Các dạng ựột biến bất dục (ms) và ựột biến bao phấn (sl) dường như ựược áp

dụng nhiều nhất trong chương trình chọn giống cây chuyển gen Do chúng hoàn toàn bất dục nên sự phát tán phấn hoa của cây chuyển gen sang các giống cà chua bình thường không xảy ra Hơn thế nữa, bất dục bào tử thể thường có nhụy cao hơn bao phấn, vòi nhụy có thể nhận hạt phấn bình thường mà không cần khử ựực giúp giảm chi phắ trong quá trình sản xuất hạt giống lai (Gorman and McCormick, 1997) [94]

Hiện nay chỉ có bất dục ms10aa là ựược ứng dụng trong sản xuất giống thương mại Các dòng bất dục ms 10 aa ựược duy trì trong một quần thể bao gồm cả

cây bất dục và hữu dục, ựây là ựặc ựiểm bất lợi làm hạn chế việc ứng dụng dạng bất

dục ựực này trong chọn giống ưu thế lai Tuy nhiên kiểu gen ms10 lại liên kết với gen gây mất sắc tố ở dịch bào (aa), vì vậy những cây hữu dục ựược loại thải ngay từ ựầu

trong quá trình sản xuất hạt lai Kết quả phát triển giống lai F1 Crysty Ờ một giống lai

rất phổ biến ở Bungari từ dòng bố mẹ ựẳng giao ms10 aa là bằng chứng rõ ràng về

khả năng ứng dụng dạng bất dục này trong sản xuất (Antanassova, 2002) [39]

c) Bất dục ñực vị trí (ps):

ðây là loại bất dục do một số cánh hoa có tốc ñộ tăng trưởng quá lớn ñã gây

ra sự chồng chéo và uốn với cánh hoa liền kề Kết quả của hình thức hợp sinh hoặc giả hợp sinh của cánh hoa góp phấn ñáng kể trong việc hình thành các bao phấn gắn chặt với nhau và không có khả năng tung phấn

Các dạng bất dục ps ñã ñược ứng dụng trong một số chương trình chọn giống

(Philouze, 1978) [141]; (Oryol, 1977) [137]; (Dorossiev, 1976) [76], song hiện tượng tự thụ khá phổ biến là bất lợi lớn làm hạn chế quá trình ứng dụng các dạng

bất dục ps trong thực tế, vì vậy khử ñực là nhược ñiểm chính của dạng bất dục này khi ứng dụng trong sản xuất hạt giống lai Tỷ lệ tự thụ trong một số dòng bất dục ps

là khác nhau, phụ thuộc vào nhiệt ñộ và ñộ ẩm, sự tự thụ ñạt cao nhất trong ñiều kiện nhiệt ñộ cao, (Dorossiev, 1976) [76], tỷ lệ này có thể biến ñộng từ 5-21% Năm 1976, Dorossiev [76] ñã tìm thấy một dạng bất dục vị trí chức năng có

hoa bình thường ở thế hệ F2 khi lai giữa dạng ñột biến ps với dạng hữu dục Nó

ñược ñặc trưng bởi sự thiếu hợp nhất giữa các bao phấn và cánh hoa Tuy nhiên bao phấn gắn chặt với nhụy cái, ñặc biệt là tại ñỉnh Dựa trên dạng biến dị này, một

dòng cà chua ký hiệu số 159 mang gen aw (thiếu sắc tố anthocyanin) và vòi nhụy vươn dài ñược phát triển Gen aw liên kết chặt chẽ với ps, không chỉ cho phép xác

ñịnh nhanh chóng sự có mặt của con lai mà còn giúp các nhà chọn giống dễ dàng hơn trong quá trình nhân các dòng bất dục, bởi các dạng phân ly có thể bị thải loại ngay ở giai ñoạn cây con

d) Bất dục ñực vị trí 2 (ps 2)

Dạng bất dục ps2 hoàn toàn có khả năng tự thụ như những dòng cà chua bình

thường nếu hạt phấn ñược tung ra khỏi bao phấn, dẫn ñến tỷ lệ tự thụ có thể xảy ra trong những thời ñiểm thuận lợi, vì vậy yêu cầu khử ñực là bắt buộc khi sử dụng

ps2 Ngược lại trong ñiều kiện có sự thay ñổi của môi trường như nhiệt ñộ, ánh sáng hay ñộ ẩm không khí, dạng ps2 xuất hiện hiện tượng tự bất thụ (Philouze,

1978) [141]; (Atanassova, 1999) [35] Như vậy, không có khả năng tự thụ và cần thiết phải khử ñực là hai nhược ñiểm chính làm hạn chế việc sử dụng dạng bất dục

ñực ps2 trong sản xuất hạt giống cà chua lai F1 (Steven and Rick, 1986) [164];

(Antanassova, 1999) [35] Mặc dù vậy vẫn có nhiều con ñường khác nhau ñể ñối

phó với những bất lợi và khai thác những lợi thế của dòng ps2 khi sử dụng chúng

chọn tạo giống ưu thế lai:

i) Trước hết người ta nhận thấy hiện tượng bất dục biểu hiện rất ña dạng

trong chính từng kiểu gen và phụ thuộc vào kiểu di truyền Các dòng ps2 biểu hiện khả năng tự thụ theo sự thay ñổi khí hậu trong năm Các dòng ps2 có tỷ lệ tự thụ

cao nhất là vào tháng 8 (ở Bungari) trong ñiều kiện nóng và khô của mùa hè, sau khi thời vụ thích hợp cho quá trình sản xuất hạt lai kết thúc Như vậy sự tự thụ chỉ xảy ra trong giai ñoạn cuối cùng của chu kỳ sinh trưởng và chỉ trong một thời gian nhất ñịnh (Atanassova, 1999) [35]

ii) Các nghiên cứu về sự xuất hiện các ñường nứt trên bao phấn ở các dòng

ps 2 cho thấy sự nứt ra của bao phấn thường không xảy ra ngay vào thời ñiểm hoa

nở, thường thì 2-3 ngày sau ñó và tỷ lệ hoa có chứa các bao phấn bị nứt với các kiểu hình ña dạng Vì lý do này, khi sản xuất hạt giống lai sử dụng dòng bất dục ñực

ps2 tỷ lệ hạt giống tự thụ thấp hơn ñáng kể so với hạt giống tự thụ trong cùng dòng

ở cùng thời gian kết thúc của quá trình sản xuất hạt giống lai Trong thực tế, các

dòng bất dục ps2 ñược dùng ñể sản xuất hạt giống thường xuyên ñược thụ phấn

trước khi bao phấn nứt 2-3 ngày, tức là trước khi bao phấn nứt thì hoa ñã ñược thụ Nếu vì một số lý do nào ñó mà không thụ phấn cho các dòng mẹ ñược thì người ta loại bỏ toàn bộ các hoa ñã nở Do ñó, tỷ lệ phần trăm các dạng tự thụ tối ña là 6-7% ðiều này có thể sử dụng ñược ñể sản xuất ra 100% hạt giống lai khi ứng dụng dòng

bất duc ps2 (Georgiev and Atanassova, 1981) [86]

iii) Khi lai chuyển gen ps2 vào một dạng hữu dục cho thấy sự biểu hiện của gen khác nhau với các kiểu di truyền: với một số dòng ñược chuyển gen ps2 thì có

tới 70-80% cây bất dục bị loại bỏ vì tỷ lệ tụ thụ cao, trong khi một số dòng khác lại cho tỷ lệ loại thải cây bất dục khá thấp ðiều này giúp cho việc thiết lập các phương pháp hữu ích ñể chọn lọc và nhân dòng ps 2, nó làm rõ ràng hơn sự kiểm soát chặt chẽ tỷ lệ hoa tự thụ và loại bỏ cây khác dạng là cần thiết trong suốt quá trình chọn giống, (Atanassova, 1999) [35]

iv) Khử ñực là bất lợi thứ hai mà các nhà chọn giống gặp phải khi sử dụng

dòng bất dục ñực ps2 ðể khắc phục nhược ñiểm này một số nghiên cứu ñã cố gắng kết hợp dạng bất dục ps2 và vòi nhụy vươn dài nhưng kết quả ñã không thu ñược

như mong muốn Tuy nhiên, nghiên cứu so sánh về thời gian cần thiết cho việc khử ñực nụ hoa ở các cây hữu dục và hoa của những dòng bất dục cho thấy thao tác khử ñực ñối với hoa của dòng bất dục dễ dàng hơn và nhanh chóng hơn gần hai lần so với các hoa bình thường (Atanassova, 1999) [35] Mặt khác, sự kết hợp dạng bất

dục ps2 với kiểu vòi nhụy ngắn không chỉ giảm thiểu sự tự thụ mà còn giúp cho khử

ñực nhanh chóng và hiệu quả Vấn ñề này ñã ñược giải quyết bằng việc phát triển dòng St 993 - ps2, có vòi nhụy ngắn, phù hợp cho việc khử ñực bằng tay không cần dung panh kẹp (Georgiev and Atanassova, 1981) [86] Tuy nhiên, sự phát triển các dòng cà chua có vòi nhụy ngắn làm phức tạp hơn quá trình chọn tạo giống Việc lập bản ñồ các locus chứa các gen kiểm soát tính trạng này có thể tạo thuận lợi cho quá trình chọn giống, song cho ñến nay những nỗ lực này vẫn chưa thành công (Atanassova et al., 1993) [34]

Việc dễ dàng duy trì bất dục ñực chính là lợi thế trong việc sử dụng ps2

Ngoài ra, năng suất hạt giống lai cao hơn ñáng kể cũng là một trong nhiều lợi thế

của việc sử dụng loại bất dục ñực ps2 làm dòng mẹ trong sản xuất hạt giống cà chua

lai (Atanassova, 1999) [35] ðiều này ñã ñược kiểm chứng trong thực tế khi sản xuất hạt giống thương mại của một số giống lai phổ biến (Georgiev, 1991) [87]

Như vậy: Bất dục ñực chức năng ps2 là một trong những bất dục ñực nhân

phù hợp nhất sử dụng trong thực tế chọn tạo giống cà chua ưu thế lai cho ñến thời

ñiểm này (Gorguet et al., 2006) [92] Trong 10 năm qua, bất dục ps2 ñược ứng

dụng trong công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai ở Bulgaria Với gần 90% các

giống lai Bungari có sử dụng dạng bất dục ps2 làm mẹ Ngoài ra, sản xuất hạt giống lai sử dụng bất dục ps2 còn ñược phát triển ở Cộng hòa Séc và Moldova

(Atanassova, 1999) [34]

Việc khai thác bất dục dạng ps 2 nói riêng và các dạng bất dục ñực nói chung

ñể phát triển các giống cà chua ưu thế lai trong thời gian qua cho thấy các dòng bất dục ñực trên cây cà chua là một tiềm năng to lớn ñể giải quyết các vấn ñề ñặt ra của sản xuất như sự thiếu hụt lao ñộng và tạo thuận lợi cho quá trình sản xuất hạt giống

1.4 Công nghệ sản xuất hạt giống lai cà chua

Sản xuất hạt giống cà chua lai ñược nghiên cứu và ứng dụng từ những năm ñầu của thế kỷ 20, nhằm giúp các nhà chọn tạo giống cà chua ña dạng nguồn vật liệu bằng cách tạo các biến dị tổ hợp và chọn lọc dòng thuần từ lai hữu tính Song công nghệ sản xuất hạt giống F1 thực sự ñược nghiên cứu và thiết lập vào thập niên

30 - 40 của thế kỷ trước ði tiên phong trong lĩnh vực này là các nhà khoa học của Bungari khi tìm cách chọn tạo giống cà chua thu hoạch bằng máy phục vụ cho chế biến Giống cà chua F1 ñầu tiên ra ñời năm 1937 (Daskaloff et al, 1967) [68] có ưu thế vượt trội hơn hẳn bố mẹ về năng suất và sự ñồng ñều, do ñó việc phát triển giống lai F1 với số lượng lớn ñòi hỏi phải có một quy trình công nghệ sản xuất hạt giống hoàn thiện Nhưng phải ñến năm 1958 công nghệ sản xuất hạt giống lai cà chua mới ñược áp dụng ở nhiều nước như Bungari, Nga… Các phương pháp khác nhau ñể sản xuất hạt giống lai Fl ñã ñược xem xét rộng rãi bởi Cotrelldormor W (1945) [63]; Dempsey W.H (1962) [71] với mục tiêu lớn nhất là hạ giá thành sản xuất và dễ thực hiện

Bảng 1.2 Một số bước cần thiết trong quy trình sản xuất hạt giống cà chua lai

theo các phương pháp khác nhau

TT Quá trình sản xuất

Sử dụng dòng mẹ hữu dục

Sử dụng dòng

mẹ bất dục ñực, thụ phấn nhân tạo

Sử dụng dòng

mẹ bất dục ñực

và cho thụ phấn tự nhiên

Khi so sánh một số bước cần thiết phải thực hiện trong quy trình sản xuất hạt giống cà chua lai (bảng 1.2), Dvora.L, Franhkel R (1967) [78] nhận thấy phương pháp sử dụng dòng mẹ bất dục ñực và cho thụ phấn tự nhiên dường như là hiệu quả nhất vì tiết kiệm ñược thời gian khử ñực, dễ lai tạo và khống chế ñược tỷ lệ hạt tự thụ Mặc dù vậy hai ông cũng khẳng ñịnh rằng: không có phương pháp nào là hoàn thiện,

sử dụng dòng mẹ hữu dục hay dòng mẹ bất dục ñực ñều có những mặt mạnh và yếu khác nhau, nếu khắc phục ñược những nhược ñiểm và phát huy ưu ñiểm của từng phương pháp sẽ giúp kỹ thuật lai tạo dễ dàng hơn

1.4.1 Sản xuất hạt giống cà chua lai sử dụng dòng mẹ hữu dục

Hầu hết hạt giống cà chua lai F1 thương mại ñược sản xuất từ các dòng mẹ hữu dục và cho ñến nay phương pháp khử ñực, thụ phấn bằng tay vẫn ñược sử dụng khá rộng rãi Mặc dù kỹ thuật thụ phấn bằng tay ñược xem là phương pháp tốn kém nhất và mất thời gian nhất Tuy nhiên do giá trị của các giống ưu thế lai và mức chi phí cho hạt giống chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí ñầu tư nên phương pháp này vẫn ñược sử dụng phổ biến, ñặc biệt là tại các nước có giá trị lao ñộng tương ñối rẻ như Thái Lan, Ấn ñộ, Việt Nam, Trung Quốc

Kỹ thuật sản xuất hạt giống lai sử dụng dòng mẹ hữu dục và thụ phấn bằng tay bao gồm một số bước cơ bản: Khử ñực- thu thập phấn- thụ phấn Sự khác biệt lớn nhất của kỹ thuật này so với sử dụng dòng mẹ bất dục là khử ñực

a) Khử ñực

Khử ñực của dòng mẹ là bước tốn nhiều thời gian nhất trong sản xuất giống

cà chua lai F1, ước tính công ñoạn này yêu cầu khoảng 30% - 40% tổng số công lao ñộng (Daskalov et al, 1967) [68] Kỹ thuật khử ñực và thụ phấn phải tiến hành riêng biệt, khử ñực cần ñược tiến hành khoảng 1-2 ngày trước khi hoa nở ñể ngăn chặn sự

tự thụ Vào thời ñiểm này lá ñài bắt ñầu tách ra, bao phấn và tràng hoa bắt ñầu chuyển từ màu vàng nhạt sang màu vàng sậm, khi ñó cánh hoa vừa mới hé mở và tạo thành một góc 45 º với trục, dùng kẹp hoặc panh nhẹ nhàng loại bỏ 5 bao phấn

Bình thường trong ñiều kiện nhà kính không cần có các biện pháp bảo vệ, bao hoa sau khi khử ñực ñể ngăn chặn khả năng giao phấn Ở ngoài ñồng trời mát, khô cùng với gió to là ñiều kiện thuận lợi làm tăng tỷ lệ giao phấn, do ñó việc sử dụng bao cách ly là cần thiết ñể ngăn chặn hiện tượng giao phấn xảy ra

b) Thu thập và bảo quản phấn hoa

Thụ phấn nhân tạo có thể ñược thực hiện bằng cách chuyển trực tiếp phấn từ hoa của dòng bố ñến nhụy của dòng mẹ, có hoặc không có sự trợ giúp của công cụ thụ phấn (Kẹp, kim, tăm, ñiểm bút chì, muỗng)

Thụ phấn trực tiếp tốn nhiều thời gian hơn và ñòi hỏi một số lượng các cây của dòng bố lớn hơn so với việc sử dụng phấn hoa ñã ñược thu thập trước ñó Hơn nữa, với việc thụ phấn trực tiếp, phấn hoa có thể không ñược hình thành trong ñiều kiện môi trường tối ưu (20-28OC), (Dorossiev, 1976) [76]; (Hafen and Stevenson, 1956a) [101], hoặc chưa ñủ thành thục so với phấn hoa ñã ñược thu thập trước ñó (Sanjeev et al, 2008) [156] Phấn hoa ñạt chất lượng tốt nhất khi ñược thu thập từ những bông hoa hoàn toàn trưởng thành, sau khi thu thập phấn hoa có thể ñược bảo quản trong một khoảng thời gian (Dempsey and Yamaguchi, 1960) [70]; (Visser, 1955) [175], giúp người sản xuất chủ ñộng và linh hoạt trong quá trình lai tạo Ở nhiệt ñộ trong phòng phấn hoa có thể ñược dùng trong 5 ngày mà không ảnh hưởng ñến sức sống của hạt phấn Nếu phấn hoa ñược bảo quản ở ñiều kiện mát (nhiệt ñộ liên tục 10/09o C) trong 7 ngày cũng không thấy sự suy giảm ñáng kể khả năng tồn tại của hạt phấn (Cross et al, 1997) [64] Cũng có thể dùng phương pháp ñông lạnh

ñể bảo quản phấn hoa cà chua, trong ñiều kiện -80 º C, sau 5 tuần bảo quản, các bông hoa ñược thụ phấn từ các mẫu phấn hoa ñông lạnh vẫn cho tỷ lệ ñậu quả tương

tự và số lượng hạt /quả tương ñương những bông hoa ñược thụ phấn bằng phấn hoa mới thu thập Các kết quả tương tự cũng ñã thu ñược khi phấn hoa ñã nhiều lần làm mát và làm ấm lên tới sáu chu kỳ (Boe, 1988) [48] Phương pháp thu thập phấn hiệu quả nhất là thu những bông hoa mới nở của dòng bố, bảo quản trong ñiều kiện 10°C, ẩm ñộ môi trường trong một hoặc hai ngày trước khi tách phấn, sau ñó sử

dụng thiết bị rung ñể tách hạt phấn ra khỏi hoa (Dorossiev, 1976) [76]

Dựa trên nguyên tắc tung phấn khi có dao ñộng của ống phấn, một số máy thu phấn hoa ñã ñược phát minh ra (Cottrelldormer, 1945) [63] ñể thu thập phấn từ hoa trên cây Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho rằng việc thu thập hoa trước khi tách hạt phấn có thể thu ñược lượng hạt phấn tăng 50% so với biện pháp thu phấn trực tiếp

c) Thụ phấn

ðầu nhụy có khả năng tiếp nhận hạt phấn 2-3 ngày trước khi hoa nở, vì vậy thụ phấn giai ñoạn hoa chớm nở vẫn có thể cho tỷ lệ ñậu quả và năng suất hạt cao (Dempsey and Boynton, 1962) [71]

Phấn hoa sau khi thu thập ñược ñưa lên ñầu nhụy bằng một công cụ thụ phấn hoặc thụ phấn trực tiếp từ các dụng cụ chứa phấn Hiệu quả của kỹ thuật thụ phấn không chỉ thể hiện ở lượng phấn hoa sử dụng mà là sự ñảm bảo ñầu nhụy nhận ñược hạt phấn nhiều hay ít Một số nghiên cứu ñã ñánh giá hiệu quả của một

số công cụ thụ phấn khác nhau như kim tiêm, kẹp và bàn chải lông lạc ñà…., các dụng cụ này ñều ñảm ñảm bảo thụ phấn tốt và giảm sự thất thoát phấn hoa, song thụ phấn hoa bằng một loại thìa nhỏ chuyên dụng là tốt nhất (Hafen and Stevenson, 1956a) [101] Sử dụng các dụng cụ thụ phấn có nhiều ưu ñiểm nhưng cũng có những hạn chế nhất ñịnh ñó là phải có một dụng cụ ñựng phấn riêng và hạt phấn không ñược bảo vệ trong quá trình di chuyển từ dụng cụ chứa phấn ñến ñầu nhụy (gió có thể làm bay mất hạt phấn) Vì vậy cung cấp trực tiếp phấn hoa lên ñầu nhụy từ các dụng cụ ñựng phấn là kinh tế nhất Hiện nay một số công ty sản xuất hạt giống ñã sử dụng dụng cụ ñựng phấn bằng thủy tinh hình chữ J ñể chuyển trực tiếp phấn hoa lên ñầu nhụy Ngoài ra, ống ñựng phấn bằng thủy tinh dạng thẳng có nắp ñậy với một pit tông di chuyển phấn hoa ñến vị trí mong muốn cũng ñược sử dụng rộng rải (Dorosiev, 1976) [76] Tốt nhất nên sử dụng những loại ống ñựng phấn thích hợp cho việc tách hạt phấn và bảo quản hạt phấn Phấn

hoa có thể ñược sấy khô (kể cả sấy khô ñóng băng) trong các ống, niêm phong và ñược lưu trữ trong ñiều kiện phù hợp và cuối cùng ñược ñưa sử dụng trực tiếp cho

công việc thụ phấn Việc bổ sung vào phấn hoa chất pha loãng như lycopodium casein ñã ñược báo cáo nhưng không ñạt kết quả như mong muốn (Daskaloff,

Yordanov, Ognianova, 1967) [68]

Kỹ thuật thụ phấn nên ñược lặp ñi lặp lại 2-3 lần ñể ñảm bảo cho hoa ñã ñược thụ phấn hoàn toàn ñồng thời tăng số hạt/ quả (Gottl, 1963) [95] Thời ñiểm thụ phấn ñược cho là hiệu quả nhất từ 10-12h hàng ngày và sau thời gian khử ñực 2-

3 ngày (Sanjeev K al, 2007) [156] Sau khi thụ phấn có thể dùng bao cách ly ñể bao các bông hoa ñã thụ bằng túi giấy tránh quá trình giao phấn xảy ra nếu khoảng cách ly giữa các giống không ñảm bảo (Hanson et al, 1998) [102]

Sức sống của vòi nhụy trong thời gian thụ phấn là vô cùng quan trọng ảnh hưởng lớn ñến hiệu quả sản xuất hạt giống lai Các yếu tố như thời gian thụ phấn trong ngày (Dempsey and Boynton, 1962) [71], tình trạng dinh dưỡng của cây trồng,

và ñộ tuổi của cây, có thể có ảnh hưởng ñến sức sống của vòi nhụy ðối với hầu hết các giống cà chua, nhiệt ñộ tối ưu cho quá trình thụ phấn từ 20°C ñến 30°C (Smith et al., 1935) [162] Tuy nhiên, tỷ lệ ñậu quả và số hạt giống trên quả phụ thuộc vào tỷ lệ nảy mầm của phấn hoa cũng như thời gian cần thiết ñể thụ tinh Trong khoảng thời gian ống phấn nảy mầm và di chuyển vào noãn nếu nhiệt ñộ không phù hợp có thể gây ra hiện tượng rụng hoa hoặc số lượng hạt giống trong quả thấp

1.4.2 Sản xuất hạt giống cà chua lai sử dụng dòng mẹ bất dục

Các dạng bất dục ñực ñược nghiên cứu và sử dụng lần ñầu tiên trong sản xuất hạt giống lai cà chua bởi Rick C.M (1945) [144] và cho ñến nay hiện tượng này vẫn còn ñược thảo luận, xem xét như là con ñường hứa hẹn nhất ñể tạo thuận lợi cho quá trình sản xuất hạt giống lai (Sawhney, 1994; 2004) [158] [159]; (Gorman and McCormick, 1997) [94]; (Atanassova, 2000) [36]