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

2.4.6 Một số chỉ tiêu về đặc điểm quả 512.4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất hạt giống lai 513.1 Nghiên cứu nguồn vật liệu và l ựa chọn dòng mẹ cà chua có vòi nhụy vươn dài

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, 2012

LỜI CAM ĐOAN

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

đỡ đã được cảm ơn.

Tác giả luận án

Lê Thị Thủy

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành luận án này, tôi đã nhận được sự quan tâm, giúp đỡ của các thầy, cô giáo, các tập thể, cá nhân cùng bạn bè đồng nghiệp.

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

TS Trịnh Khắc Quang đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài cũng như hoàn chỉnh luận án.

Nhân dịp này, tôi xin chân thành cảm ơn Lãnh đạo 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 đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Tôi xin trân trọng cảm ơn các Bộ môn Thực vật, Phòng thí 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 đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ các phương tiện, trang thiết bị và kinh phí để thực hiện đề tài nghiên cứu này.

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

Sau cùng là gia đình đã luôn động viên khích lệ, tạo điều kiện về thời gian, công sức và kinh tế để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu này.

Tôi xin chân thành cảm ơn./.

Hà Nội, ngày tháng năm 2012

Tác giả

Lê Thị Thủy

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

1.2.1 Đặc điểm thực vật học của hoa cà chua 91.2.2 Sự hình thành và phát triển hoa, quả và các yếu tố ảnh hưởng đến

1.3 Hiện tượng bất dục ở cà chua và ứng dụng trong chọn tạo giống ưu thế lai 12

1.3.2 Ứng dụng các dạng bất dục đực trong chọn tạo giống cà chua ưu thế lai 181.4 Công nghệ sản xuất hạt giống lai cà chua 241.4.1 Sản xuất hạt giống cà chua lai sử dụng dòng mẹ hữu dục 251.4.2 Sản xuất hạt giống cà chua lai sử dụng dòng mẹ bất dục 281.5 Công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai ở Việt Nam 33

1.6 Ảnh hưởng của Gibberellin (GA3) đến sự phát triển hoa của thực

vật và ứng dụng trong sản xuất hạt giống ưu thế lai 36Chương 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, đáp ứng mục tiêu sản xuất hạt giống

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

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

sử dụng dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 422.2.3 Nội dung 3 Kiểm chứng con lai F1 được sản xuất bằng quy trình mới ,

không khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 452.2.4 Nội dung 4 Đề xuất quy trình định hướng sản xuất hạt giống cà

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

2.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm đồng ruộng 46

2.3.3 Phương pháp nghiên cứu độ dài vòi nhụy 472.3.4 Phương pháp chọn thuần và duy trì dòng mẹ cà chua có vòi nhụy

2.4.1 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng phát triển 49

2.4.4 Tình hình sâu, bệnh hại trên đồng ruộng 502.4.5 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 51

2.4.6 Một số chỉ tiêu về đặc điểm quả 512.4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất hạt giống lai 51

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

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

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

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

3.2.1 Ảnh hưởng của thời vụ và điều kiện trồng trọt đến đặc điểm ra

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

3.2.2 Ảnh hưởng của thời vụ và điều kiện trồng trọt đến 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 định thời điểm 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 độ GA3 đến biểu hiện kiểu hình

của các dòng mẹ có vòi nhụy mẫn cảm trong vụ xuân hè 2010 993.2.5 Nghiên cứu ảnh hưởng của tuổi hoa và số lần phun GA3 đến mức

độ vươn dài vòi nhụy của các dòng mẹ có vòi nhụy mẫn cảm 1043.2.6 Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian bảo quản hạt phấn dòng bố

đến năng suất và chất lượng hạt giống cà chua lai F1 1053.3 Kiểm chứng con lai F1 được sản xuất bằng quy trình mới, không

khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, m ẫn cảm với GA3 1083.3.1 Ảnh hưởng của mức độ vươn dài vòi nhụy của các dòng bố mẹ

3.3.2 Đánh giá các tổ hợp lai cà chua được sản xuất bằng các dòng mẹ có

vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 và dòng bố có vòi nhụy ngắn 1143.3.3 Ảnh hưởng của một số vụ trồng đến sinh trưởng phát triển và năng

suất của các tổ hợp lai cà chua được sản xuất theo quy trình mới 1223.3.4 Kiếm chứng các tổ hợp lai có triển vọng ở một số vùng sản xuất

3.4 Đề xuất quy trình định hướng sản xuất hạt giống lai cà chua không

khử đực dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm với GA3 1293.4.1 Quy trình sản xuất hạt giống của THL D17/CA4 1293.4.2 Xây dựng mô hình sản xuất hạt giống lai cà chua bằng quy trình

mới đề xuất (đối với tổ hợp lai D17/CA4 ) 129

Danh mục công trình đã công bố có liên quan đến luận án 134

DVN Dài vòi nhụy

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

NSLT Năng suất lý thuyết

TLVND Tỷ lệ hoa có vòi nhụy vươn dài

TYLCV Bệnh xoăn vàng lá virút

VNVD Vòi nhụy vươn dà i

VNCRQ Viện Nghiên cứu Rau quả

DANH MỤC BẢNG

1.1 Phân loại hệ thống sinh sản của các loài trong chi Lycopersicon 151.2 Một số bước cần thiết trong quy trình sản xuất hạt giống cà chua lai

1.3 Ưu nhược điểm của việc sử dụng các dạng bất dục đực khác nhau

2.1 Thông tin về marker sử dụng trong nhiên cứu 41

3.3 Phân loại dựa trên các đặc điểm hoa và bao phấn 583.4 Một số đặc điểm sinh trưởng của các mẫu giống cà chua có vòi nhụy

3.5 Tình hình nhiễm một số sâu bệnh hại chính của các mẫu giống cà

chua có vòi nhụy vươn dài trong vụ đông xuân 2007 -2008 643.6 Đặc điểm ra hoa và đậu 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 693.8 Hệ số tương quan giữa một số tính trạng của các mẫu giống cà chua

3.9 Chỉ số chọn lọc và giá trị của các dòng được chọn 723.10 Ảnh hưởng của GA3 đến một số đặc điểm hình thái của các mẫu

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

3.12 Ảnh hưởng của GA3 đến khả năng đậu quả của các mẫu giống cà

chua có vòi nhụy vươn dài trong vụ xuân hè 2008 78

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

3.14 Một số đặc điểm cơ bản của các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài

mẫn cảm với GA3 ở ngoài đồng trong vụ đông 2010 823.15 Tỉ lệ cá thể có phản ứng dương với các marker 843.16 Tỷ lệ hoa vươn dài vò i nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn

cảm với GA3 ở các thời vụ khác nhau trong điều kiện ngoài đồng 873.17 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 điều kiện nhà lưới 883.18 Tỷ lệ đậu quả của các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với

GA3 tại các thời vụ khác nhau trong điều kiện ngoài đồng v à nhà lưới 903.19 Độ vươn dài vòi nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy mẫn cảm với

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 đậu quả của dòng D5 tại các thời điểm khử đực

khác nhau, trong điều kiện vụ đông xuân 2009-2010 943.22 Ảnh hưởng của tuổi hoa của dòng mẹ khi lai đến tỷ lệ đậu quả của tổ

hợp lai D5 x FM372C trong vụ đông xuân 2009 -2010 963.23 Ảnh hưởng của tuổi hoa dòng mẹ khi lai đến năng suất hạt lai của tổ

hợp lai D5x FM372C trong vụ đông xuân 2009 -2010 963.24 Ảnh hưởng của tuổi hoa mẹ đến chất lượng hạt giống lai cà chua tổ

hợp D5x FM372C trong vụ đông xuân 2009-2010 983.25 Ảnh hưởng của nồng độ GA3 đến tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài của dòng

3.28 Ảnh hưởng của tuối hoa và số lần phun GA3 đến tỷ lệ hoa có vòi

3.29 Sức sống hạt phấn trước và sau khi bảo quản 1063.30 Ảnh hưởng của thời gian bảo quản hạt phấn đến khả năng kết hạt của

3.31 Ảnh hưởng của độ vươn dài vòi nhụy dòng mẹ đến mức độ vươn dài

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

3.33 Ảnh hưởng của độ vươn dài vòi nhụy của dòng mẹ đến mức độ vươn

3.34 Đặc điểm sinh trưởng, phát triển của dòng bố 1143.36 Năng suất của các tổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008- 2009 1183.37 Đặc điểm quả của các tổ hợp lai trong vụ đông xuân 2008-2009 1203.38 Tình hình nhiễm sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các t ổ hợp lai

3.39 Đặc điểm sinh trưởng của một số t ổ hợp lai cà chua trong các vụ trồng 1233.40 Đặc điểm ra hoa của một số tổ hợp lai cà chua ở các mùa vụ 1243.41 Năng suất và các yếu tố tạo thành năng suất của các t ổ hợp lai cà chua

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

3.43 Một số đặc điểm 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 t ổ 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 được sử dụng trên thế giới 8

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

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

3.12 Tỷ lệ hoa có vòi nhụy dài của dòng D5, D17 ở các nồng độ phun

3.13 Tỷ lệ nảy mầm của hạt phấn dòng D17 công thức phun GA3 (400ppm) 1023.14 Tỷ lệ nảy mầm của hạt phấn dòng D17 – công thức phun nước lã 1023.15 Mức độ vươn dài vòi nhụy của các dòng cà chua có vòi nhụy dài và

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

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

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

Sản xuất cà chua trên toàn thế giới đạt 141.400.629 tấn trong năm 2009 vớidiện tích gieo trồng 4.980.424 ha, tăng gần 20% so với năm 2000 (4.022.729 ha).Bên cạnh đó lượng hạt giống lai được sản xuất và thương mại trên thế giới cũngtăng từ 590.000 tấn (năm 2000) lên xấp xỉ 850.000 tấn (năm 2009) (FAOSTAT,2009) [81] Hạt giống cà chua được sản xuất ở hầu hết các quốc gia nhưng chủ yếutập trung ở những nước có nhân công lao động rẻ như Ấn độ, Thái Lan, TrungQuốc… Tại Thái Lan, hạt giống cà chua luôn đứng đầu về giá trị xuất khẩu, vớimức tăng trung bình 20,6%/năm so với năm 2000 và mang lại khoảng 800-900nghìn baht mỗi năm (Jirasak, 2006) [110]

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

đã 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 để giảm giá thành sản xuất hạtgiống lai mở rộng việc sử dụng các giống lai trong sản xuất

Những năm qua rất nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc làm thuận lợi hơnquá 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 đực 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) được 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 càchua lai được sản xuất từ các dòng mẹ bất dục) (Atanassova, 1999)[35].

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

hợp với các bất dục đực di truyền nhân (male sterile – ms), bất dục vị trí (ps, ps2)

nhằm làm thuận lợi hơn quá trình thụ phấn Tuy nhiên, việc ứng dụng dạng bất dụcvòi nhụy vươn dài trong sản xuất hạt lai F1 vẫn còn nhiều hạn chế do sự biến độngcủa tính trạng vòi nhụy cao hơn bao phấn rất mẫn cảm với sự thay đổi của môitrường, tỷ lệ tự thụ cao, đôi khi con lai F1 của các dòng mẹ có vòi nh ụy cao hơn baophấn > 2mm cho tỷ lệ đậu quả thấp do di truyền tính trạng vòi nhụy cao hơn baophấn từ dòng mẹ Mặc dù vậy, sử dụng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài vẫn làmột trong những hướng nghiên cứu nhiều hứa hẹn nhằm đơn giản hơn công nghệsản xuất hạt giống cà chua lai đang được nhiều nước trên thế giới theo đuổi

Ở Việt Nam, cây cà chua mới được trồng khoảng trên 100 năm Nhưng dođiều kiện thời tiết thuận lợi, trồng cà chua giúp thúc đẩy việc khai thác lao động, hạnchế lao động dư thừa, tăng thu nhập cho người nông dân, nên cà chua được t rồng ởhầu hết ở các tỉnh, thành với nhiều vụ trong năm Diện tích gieo trồng cây cà chuahàng năm khoảng 23-24 nghìn ha (năm 2009 là 23,566 ha) [83], nhu cầu hạt giốngtăng từ 3.000kg năm 2000 đến 4.300kg năm 2005 (Trần Văn Lài và cs, 2005) [7].Lượng hạt giống cà chua thuần trong nước dần được thay thế bằng các giống F1nhập nội Sự đa dạng, phong phú của trên 50 chủng l oại giống cà chua khác nhau từnhững giống quả nhỏ, ăn tươi, chế biến cho đến các giống sinh trưởng vô hạn thíchhợp với những vùng trình độ thâm canh cao bước đầu đã đáp ứng được yêu cầu củasản xuất Ngoài ra hạt giống cà chua của các công ty nước ngoài có chất lượng tốt

và bộ giống này liên tục được đổi mới theo từng năm, nên đã chiếm lĩnh được phầnlớn thị phần thương mại hạt giống cà chua trong nước Tuy nhiên giá hạt giống lainhập nội cao gấp 2 - 3 lần hạt giống được sản xuất trong nước, trung bình 2 0 - 25triệu đồng/1 kg, thậm chí > 40 triệu/kg với giống cà chua quả nhỏ (cherry) Mặtkhác, các giống nhập nội thường thể hiện tính phù hợp không cụ thể cho từng vùngsinh thái, không chủ động giống trong sản xuất

Những năm gần đây các Trường đại học, các Viện nghiên cứu trong cả nướccũng đã cho ra đời một loạt giống cà chua mới như HT7, HT42, HT160 FM20,FM29, lai số 9, HPT10, VT3, đã giúp sản xuất cà chua của Việt Nam tiến nhữngbước đáng kể Mặc dù vậy, các giống này chỉ chiếm một tỉ lệ khiêm tốn trên thịtrường giống trong nước, khoảng 5-7% (Trần Văn Lài và cs , 2005) [7] Có rất nhiềunguyên nhân dẫn đến việc các giống cà chua được tạo ra trong nước chậm đưa vàosản xuất Một trong những nguyên nhân quan trọng đó là công nghệ sản xuất hạtgiống cà chua phụ thuộc nhiều vào điều kiện thời tiết khí hậu , chi phí cho khử đựchoa mẹ cao Bên cạnh đó, những nghiên cứu về hoàn thiện công ng hệ sản xuấtnhư trồng trọt, lai , sau thu hoạch, bảo quản và chế biến nhằm nâng cao chấtlượng hạt giống, hạ giá thành sản phẩm vẫn còn nhiều hạn chế.

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

hơn bao phấn) tại Viện Nghiên cứu Rau quả Đề tài ”Nghiên cứu góp phần phát

triển công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1" được tiến hành nhằm lựa chọn

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

2 Mục tiêu của đề tài

Xác định được các dòng mẹ cà chua có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảm vớiGA3 phù hợp cho sản xuất hạt giống cà chua lai F1 (không phải khử đực) tại vùngđồng bằng sông Hồng

Bước đầu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1không cần khử đực, thông qua sử dụng các dòng mẹ có vòi nhụy vươn dài, mẫn cảmvới GA3

3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

3.1 Ý nghĩa khoa học

Đây là công trình đầu tiên nghiên cứu một cách có hệ thống ở Việt nam vềtính bất dục vòi nhụy vươn dài ở hoa cà chua Trên cơ sở đánh giá biểu hiện hìnhthái, kiểm tra sự có mặt của các gen kiểm soát độ dài vòi nhụy bằng chỉ thị phân tử

để lựa chọn các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài phù hợp cho mục tiêu sản xuấthạt giống lai không cần khử đực dòng mẹ

Kết quả nghiên cứu của đ ề tài bổ sung thêm cở sở khoa học cho việc ứngdụng các dòng cà chua có vòi nhụy vươn dài ở mức vừa phải, có kích hoạt bổ sungGA3 để xây dựng công nghệ sản xuất hạt giống cà chua lai F1 không cần khử đựcdòng mẹ, phù hợp với điều kiện sinh thái vùng đồng bằng sông Hồng

3.2 Ý nghĩa thực tiễn

- Đề tài đã tuyển chọn được các dòng cà chua ưu tú có vòi nhụy vươn dài:D4, D5, D9, D16, D17; mẫn cảm với GA3 phù hợp để sử dụng làm mẹ trong sảnxuất hạt giống lai F1 không cần khử đực, cho con lai F1 bình thường

- Kết quả nghiên cứu đề tài đã thiết lập được quy trình định hướng sản xuấthạt giống cà chua lai F1 không cần khử đực dòng mẹ phù hợp với sinh thái vùngđồng bằng sông Hồng, giúp hạ giá thành sản xuất hạt giống

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

4.1 Đối tượng nghiên cứu

Đề tài sử dụng các giống cà chua địa phương trong nước, các dòng cà chua

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

4.2 Phạm vi nghiên cứu

- Đề tài giới hạn phạm vi nghiên cứu về cá c dòng cà chua có vòi nhụy vươndài, sử dụng trong sản xuất hạt lai F1 không khử đực dòng mẹ phù hợp cho sinh tháivùng đồng bằng sông Hồng

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

5 Những đóng góp mới của luận án

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

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

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

- Bước đầu đề xuất hướng nghiên cứu về việc sử dụng các dòng cà chua có vòinhụy vươn dài trong sản xuất hạt giống lai F1 hoàn toàn không phải khử đực, khi sửdụng đồng thời tính trạng vòi nhuỵ vươn dài ở mức vừa phải, mẫn cảm với GA3của các dòng mẹ và chọn được loại hình dòng bố phù hợp có vòi nhụy ngắn

- Xác định được một số thông số kỹ thuật, bước đầu xây dựng quy trình địnhhướng sản xuất hạt giống lai cà chua không khử đực dòng mẹ phù hợp với điều kiệnsinh thái vùng đồng 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 cảmvới GA3.

Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU VÀ CƠ SỞ KHOA HỌC

CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Nguồn gốc, phân loại của cây cà chua

1.1.1 Nguồn gốc

Câycà 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 được gọi là Lycopersicon esculentum, sau đó Child (1990) và Peralta cùng với Spooner (2006) đã đổi tên cà chua thành Solanum lycopersicum.

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

Nguồn gốc của chi Lycopersicum esculentum được nhiều nhà nghiên cứu

khẳng định 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 nayvẫn được tìm thấy ở dọc dãy núi Andes (Per u), Ecuador (đảo 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 đã được trồng ở đây vàphát triển đến một mức độ nhất định Tổ tiên có khả năng nhất của cà chua trồng là

cà chua anh đào hoang dại trước đây Lycopersicon esculentum var cerasiforme

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

Mỹ và đã lan rộng khắp v ùng nhiệt đới của Thế giới cũ, cụ thể là Tây Ban Nha Quátrình thuần hóa cây cà chua hoang dại thành cà chua trồng diễn ra chủ yếu ở Trung

mỹ và Mehico (Taylor, 1986) [168], từ đây cây cà chua được di trực và phát triểnrộng rãi ở châu Âu, châu Á vào thế k ỷ 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 đã trải qua một quá trình phát triển lịch sử lâu dài vì vậy nó có

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

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

Cơ sở khoa học để 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 Trongkhi đó, Rick (1963, 1979), Rick et al (1990b) phân loại cà chua dựa trên cơ sở sinhhọc, liên quan đến 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 trêntrình tự DNA của các bản sao gen đơn (GBSSI) Gần đây nhất Spooner và cộng sự(2006) [140] phân loại dựa trên phân tích AFLP, kết quả này phù hợp với phân loạicủa Child (1990), Linnaeus (1753) Điều này cũng chứng tỏ nguồn gốc của cà chuatrồng ngày nay bắt đầu 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 đó:

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 đổi lớn xảy ra trong loài

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

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

Müler,1940 Luckwill,1943 Rick, 1979 Child, 1990 Peralta, Knapp and

Spooner, 2006 Section Lycopersicon

Subsection Lycopersicon

Subgenus Eulycopersicon Subgenus Eulycopersicon Esculentum complex Series Lycopersicon Lycopersicon group

L esculentum L esculentum L esculentum S lycopersicum S lycopersicon

L pimpinellifolium L pimpinellifolium L pimpinellifolium S pimpinellifolium S pimpinellifolium

L cheesmaniae S cheesmaniae S cheesmaniae

L pennellii S galapagense

L hirsutum Series Neolycopersicon Neolycopersicon Group

L chmielewskii S pennellii S pennellii

L parviflorom Series Eriopersicon Eriopersicon Group Peruvianum complex S habrochaites S habrochaites

Subgenus Eriopersicon Subgenus Eriopersicon L chilense S chmielewskii S huaylasense

L peruvianum L peruvianum L peruvianum S chilense S corneliomulleri

L pissisi? S peruvianum S peruvianum

S chilense

L cheesmaniae L cheesmaniae S neorickii Arcanum group

L glandulosum L glandulosum S chmielewskii

S neorickii

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

1.2 Đặc điểm ra hoa, đậu quả của cây cà chua

1.2.1 Đặc điểm thực vật học của hoa cà chua

Ngay từ khi cây cà chua hoang dại được thuần hóa và trồng trọt trong giađình hay các nông trại sản xuất hạt giống tại Mehico, các đặc điểm thực vật học của

nó đã được quan tâm nghiên cứu, đặc biệt là bộ phận sinh sản Người đầu tiên đềcập đến cây cà chua và đặc điểm ra hoa, thụ phấn thụ tinh là một nhà dược liệu họcngười Italia, Pier Andrea Mattioli (1554) [dẫn theo Huziker, A.T, 1979) [107]

Ngày nay cây cà chua được biết đến là loại cây trồng một năm, có khả năngphân cành lớn, với 2 loại hình sinh trưởng: sinh trưởng hữu hạn và sinh trưởng vôhạn Dạng sinh trưởng hữu hạn được phân biệt bằng chùm h oa cách đều giữa cácđốt, dạng vô hạn được phân biệt cứ khoảng 3 đốt lại xuất hiện một chùm hoa vàthân chính thường sinh trưởng vô hạn (Maharaj et al, 2007)[119]

Hoa cà chua là hoa hoàn chỉnh có đủ cả nhị và nhuỵ, đường kính của hoakhoảng ¾ inch (1,9cm), với 5-10 lá đài màu xanh tồn tại cho đến khi quả chín Cánhhoa có màu vàng liên kết với nhau quanh vòi nhuỵ bằng 5 cánh hoặc nhiều hơn.Năm nhị hoa thường được gắn với tràng hoa, các bao phấn dài đồng đều được dínhvới nhau theo dạng hình nón quanh nhuỵ hoa Sau đó là bầu nhuỵ với vòi nhuỵ dài

và mảnh, vươn tới đầu của hoa hoặc vươn ra ngoài khoảng 2 mm ống phấn nhìnchung có dạng đơn, tuy nhiên có khi có dạng kép Trong một chùm, nụ, hoa và quảphát triển riêng rẽ theo từng nhánh (Gottl, 1963) [95] Đối với cà chua người takhông xác định được rõ khi nào là thời điểm nở hoa rộ Hoa cà chua mọc thànhchùm, chùm hoa đầu tiên sinh ra sau khi phân cành cấp 1 Số hoa trên chùm ở hầuhết các giống biến động từ khoảng 2 - 26 hoa và mỗi một cây có thể sản sinh ra từ 4đến 20 chùm hoa trong một chu kỳ sống (Rick, 1978) [152] Số lượng hoa/chùm, sốchùm hoa/cây và kiểu đính hoa rất khác nhau ở các giống dựa vào kiểu đính hoa cóthể chia các chù m hoa ở cà chua ra làm 3 dạng: d ạng đơn giản, dạng trung gian vàdạng 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 đính với nhau bằng giá noãn ở trục giữa của quả Kích thước và hình dạngcủa quả rất đa dạng, có thể từ 1 đến 500gam, quả có dạng dẹt, tròn, mận, lê haynhiều hình dạng khác (Rick, 1978) [152]

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

thụ phấn ở cây cà chua

Ngay khi cây nảy mầm, các tế bào mầm hoa đầu tiên đã được hình thành Khi

lá thật đầu tiên xuất hiện ở đỉnh sinh trưởng thì cũng là lúc các tế bào sinh trưởngphân hóa mang tính chuyên biệt để hình thành nên bộ phận sinh sản cho cây

Những bông hoa đầu tiên trên cây bắt đầu nở vào khoảng 55 -60 ngày sau khigieo Chùm hoa thứ hai xuất hiện một tuần sau chùm hoa đầu, vì vậy đối với giốnghữu hạn; thời gian hoàn thành quá trình ra hoa kéo dài trong khoảng 45-60 ngày.Đối 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 thụphấn đến khi quả chín hoàn toàn Kích thước quả đạt được ổn định sau khi hoa đượcthụ 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 triểnhoa, quả của cà chua chính là sự hình thành các giao tử trong noãn , các túi phôi vàhợp tử sau khi được thụ tinh Tuy nhiên sự thụ phấn, thụ tinh của cà chua chỉ xảy rakhi các hạt phấn thoát ra khỏi bao phấn và tập trung trên đầu vòi nhụy, trong khikhả năng hạt phấn rơi ra khỏi bao phấn lại phụ thuộc vào dao động của nhữ ng bônghoa (Rick et al, 1951) [147]; (Robinson, 1959) [153] Nếu không có tác động từ bênngoài như gió, côn trùng thì khả năng đậu quả của cà chua là rất thấp (Rick, 1950)[146] Điều này làm chúng ta liên tưởng rằng tổ tiên của cây cà chua trồng ngày na y

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

là trong các nhà kính, nhà lưới (Takhur, 1974) [165] Kinh nghiệm của những ngườitrồng cà chua trong nhà kính là sử dụng các loại máy rung hoặc các thiết bị khác đểtác động lên các chùm hoa, gây nên sự chuyển động cơ giới, tạo điều kiện cho cáchạt 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 đồng ruộng, những bông hoa đã nở tung phấn nhờ tác động của gió, vìvậy quá trình thụ phấn của cà chua chủ yếu là do gió và tỷ lệ đậu quả bị ảnh hưởngtrực tiếp bởi tốc độ gió (Luckwill, 1943a) [118] Mặc dù gió không phải là yếu tốduy 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 tungphấn hoặc bao phấn có mở nhưng sự có mặt của hạt phấn trong không khí là rấtthấp, sự tự thu sẽ bị ảnh hưởng Trong điều kiện như vậy, những chuyến viếng thămcủa côn trùng mang lại hiệu quả thụ phấn cao Khi đó giao phấn trong trường hợpnày là phổ biến mặc dù tỷ lệ này thường thấp (Rick, 1950 ) [146]; (Smith, 1935)[163] Đây là một trong những đặc điểm sinh học quan trọng để thiết lập công nghệsản xuất hạt lai sử dụng vec tơ truyền phấn là côn trùng với những dòng mẹ có vòinhụy đủ dài để nhận phấn

Một yếu tố tự nhiên ảnh hưởng đến sự thụ phấn của cà chua là vòi nhụy cókhả năng nhận phấn trong thời gian tương đối dài, từ 2 -3 ngày trước khi bao phấnchín cho đến 4 -8 ngày sau khi tung phấn (Smith 1935) [163] Một yếu tố kháckhông kém phần quan trọng là độ dài của nhụy hoa Nếu vòi nhụy ngắn và đầu nhụyđược bao quanh bởi các khe nứt của bao phấn, sau khi các bông hoa dao động thìkhả năng nhận phấn ở đầu nhụy là cao nhất Nếu vòi nhụy dài hoặc đầu nhụy caohơn bao phấn trước khi hạt phấn tung ra ngoài thì kh ả năng giao phấn được tăng lênđáng kể, tỷ lệ này được ghi nhận từ 0,075-12% tùy thuộc vào điều kiện môi trường,

vị trí địa 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 đực là

hiện tượng phổ biến, đặc biệt trong các loài cà chua hoang dại điển hình là L peruvianum và L hirsutum và đặc điểm này được truyền lại khi lai với cà chua trồng (L esculentum.) Hiện tượng bất dục đực ở cây cà chua được Rick

(1945)[144] phát hiện và sử dụng lần đầu tiên trong sản xuất hạt giống lai cà chua.Đến nay hiện tượng này vẫn còn được công nhận là rất hữu ích trong các chươngtrình 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 đã chỉ ra ý nghĩacủa các gen bất dục trên cây cà chua, đồng thời phân loại và sử dụng trong cácchương trình chọn giống Nhìn chung, các dạng bất dục đực ở cà chua được phânloại theo Daskalov et al (2007) [69] như sau:

a) Bất dục đực tế bào chất (TBC)

Bất dục đực tế bào chất được tìm thấy trên 150 loài thực vật Bất dục đựcTBC được di truyền, là kết quả của quá trình sắp xếp lại ADN trong ti thể và làmột đột 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 được hình thành chủ yếu từ xử lý

đột biến dạng hoang dại bằng hóa chất (Chetelat et al, 2009) [38] Rất nhiều các độtbiến này đã được lập bản đồ hoặc tạo các nhóm dựa theo mức độ và số lượng hạtphấn bất dục (Driscol, 1986) [76]; (Gorman and McComick, 1997) [94]

b) Bất dục đực di truyền nhân:

Bất dục đực di truyền nhân được biết đến như những đột biến tự nhiên,xuất hiện nhiều trong các loài cà chua hoang dại và biểu hiện với nhiều kiểuhình 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, đây là loại bất dục không có phấn hoa hữu dục Các

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

phấn bình thường mà không cần khử đực giúp giảm chi phí trong quá trình sả n xuất hạtgiống 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 điều khiển bất dục đực và kiểu di truyền

+ Bất dục đực cấu trúc

Bất dục đực này được hình thành do kết quả đột biến xảy ra trong gen làmảnh hưởng đến cấu trúc của nhị hoa, ở noãn, cánh hoa và đài hoa Đột biến cấu trúcxảy ra làm cho các phần của hoa không đồng dạng, trong khi quá trình hình thànhhạt phấn hữu dục bình thường, nhưng cấu trúc hoa bị biến đổi ngăn cản quá trìnhtung phấn Đột biến cấu trúc hoàn toàn thiếu các cơ quan mang phấn hoa, hay nhịhoa, hoặc có khuyết tật trong nhụy, hình thức nghiêm trọng là phấn hoa hiếm khiđược tung ra ngoài Người ta nhận thấy chỉ có một dạng bất dục cấu trúc có khảnăng ứng dụng cao trong chọn giống đó là dạng không hình thành bao phấn

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

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

Dạng bất dục này có khả năng tạo ra hạt phấn nhưng hạt phấn không có khảnăng nảy mầm trên chính đầu nhụy của hoa chính nó (khôgn hình thành bào tử), dokhông 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 để ngăn cản sự tiếp xúc của hạtphấn với vòi nhụy Gorman, McCormick (1997) [94] đã 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 đã được 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 n găn cản quátrình thụ phấn (Larson and Paur, 1948) [113], (Daskalov et al, 2007) [69]

Bất dục sl ( stamenless) Bất dục chức năng ps

Bất dục ms10 Bất dục chức năng ps2

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 đực vị trí - 2 (ps2): Đây là hiện tượng các bao phấn dính với nhau không nứt Gen ps2 được hình thành từ đột 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 đột biến này có đặc điểm là bao phấn hữudục bình thường nhưng bao phấn không mở để tung phấn ra ngoài Các dạng bất

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

vùng vách trong của bao phấn, (Oryol and Zhakova, 1977) [137] Do các tế bàovách trong vùng này đã kém phát triển và không đủ sức mạnh cần thiết để bao p hấn

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

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

gen ps2 là gen lặn đồng hợp tử được biết đến nhiều nhất.

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

nhưng do đầu nhụy và bao phấn cách xa nhau nên hạt phấn không thể thụ phấn chonhụy 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 đặc điểm di truyền tính

trạng vòi nhụy vươn ra ngoài, đặc biệt là các loài thuộc nhóm cây giao phấn bắt buộc(bảng 1.1) Những loài thuộc nhóm cây tự thụ phấn trong đó 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 chiLycopersicon

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

Giao phấn ngẫu nhiên

di truyền của dạng bất dục cho thấy độ dài vòi nhụy luôn thay đổi và khó xácđịnh 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 được di truyền Năm 1944, trong một báo cáo của Currence [65],ông khẳng định gen quy định tính trạng vòi nhụy vươn dài mẫn cảm với môitrường và đề ngh ị sử dụng nó trong sản xuất hạt giống lai cà chua Một nghiên cứukhác của Williams (1961) [181] khi quan sát con lai giữa dạng cà chua có vòi nhụydài và dạng bình thường, tác giả nhận thấy rằng vị trí của vòi nhụy liên quan chặtchẽ đến chiều dài ống phấn khi hoa nở, hiện tượng này được kiểm soát bởi mộtthành phần di truyền với sự tác động qua lại của các gen trội không hoàn toàn.Ngoài ra đặc điểm di truyền của dạng bất dục này còn được 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 độ thấp, (Driscoll, 1986) [77] Tuy nhiên, cho đến nay vẫn cònnhiều 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 nhụyvươn dài không chỉ đánh giá dựa trên chiều dài của vòi nhụy vươn r a từ bao phấnhình nón mà còn phụ thuộc vào độ dài của cả hai, đó là nhụy hoa và bao phấn Các

độ dài được liên kết đa gen và rất biến động dưới tác động của môi trường

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

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

tích có độ phân giải cao nhằm xác định gen ảnh hưởng đến quá trình kéo dài vòi

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

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

biến đổi kiểu hình về đặc điểm này Đột biến s ở locus này thể hiện sự liên quan đến quá trình tiến hóa từ dạng giao phấn (allogamy) sang dạng tự thụ phấn (autogamy) trong chi Lycopersicon Việc chuyển đổi từ sự giao phấn sang tự thụ phấn, không phải bởi sự thay đổi trong các protein của Style2-1, mà là do một đột 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 cóthể được kiểm soát bởi một gen đơn hơn là một vài gen liêt kết, đồng thời kết quảphân tích còn xác định tính trạng dài ra của nhụy là trội hoàn toàn Tuy nhiên sự biểuhiện kiểu hình vòi nhụy cao hơn bao phấn là kết quả của một quá trình tích hợp rất

nhiều gen trong đó có chiều dài bầu nhụy, chiều dài nhụy, chiều dài nhị và quá trìnhkéo dài ra của đầu nhụy, chúng tác động lẫn nhau trong cùng một hoa Vì vậy để tácđộng lên tính trạng này người ta không chỉ tác động lên quá trình dài ra của ống nhụy.

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

trạng vòi nhụy dài cũng đã được xác lập đối 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 đặc tính này, trong đó gen kiểm soát chiều dài vòi nhụy style2.1

quyết định chính

Hiện nay cũng có nhiều ý kiến cho rằng kiểm soát di truyền vòi nhụy dài nằmtrên các NST khác nhau ở những loài khác nhau Trong một công trình nghiên cứunăm 2009, Gorguet [91] đã xác định 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 được 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 n hiều tác giả khẳng định 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 đôi khi phải loại bỏ đặc điểm nàybằng các phép lai backross để chuyển gen vòi nhụy ngắn vào những giống bất dụcnhằm 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 cũngđược sử dụng rộng rãi trong quá trình chọn giống

Năm 2004, Chen et al (54) bắt đầu nghiên cứu về kiểu gen kiểm soát tính trạngvươn dài vòi nhụy ở cà chua, với tham vọng xây dựng được bản đồ 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 được bản dồ chính xác của se2.1, cũng như các marker liên

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

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

Năm 2007, Gourguet trên cơ sở phát triển các kết quả nghiên cứu năm 2005, 2006[91] đã 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 đã tìm thấy một số marker liên kết với các tính trạng bất dụcchức năng khác như marker T0958, T0635 hoặc TMS33 liên kết chặt với tính trạng

bất dục ps-2 và ms10 Các marker này đã được 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] đưa ra các yêu cầu với các dạng bất dục đực sử dụng trong chươngtrình sản xuất hạt giống, đó là:

+ Bất dục đực hoặc bất thụ hoàn toàn

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

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

a) Bất dục vòi nhụy vươn dài (ex)

Để tìm kiếm những kỹ thuật làm đơn giản và thuận tiện hơn quá trình lai tạo,rất nhiều nghiên cứu đã tập trung vào khai thác dạng vòi nhụy vươn dài với mụctiêu giảm công khử đực trong sản xuất hạt giống cà chua lai Những kết quả đầu tiênđạt được về nghiên cứu ứng dụng các dạng bất dục ở cây cà chua tập trung chủ yếuvào các dạng bất dục do vòi nhụy kéo dài Song người ta thấy thực sự khó khăn khi

sử dụng những dòng mẹ có đặc điểm bất dục này như:

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

thay đổi của môi trường nên khó xác định tỷ lệ hoa có vòi nhụ y vươn ra ngoài để sửdụng trong quá trình lai tạo

- Những dòng mẹ có vòi nhụ y cao hơn bao phấn dưới 1,5mm trở thànhnhững dạng bình thường trong những điều kiện thuận lợi vì vậy quá trình tự thụ cóthể xảy ra

- Giống lai F1 của các dòng có vòi nhụy vươn dài trên 2mm so với bao phấn,đôi khi cũng bị ảnh hưởng bởi đặc điểm này dẫn đến tỷ lệ đậu quả thấp ảnh hưởngtới năng suất của con lai F1

Ở Việt Nam, Nguyễn Hồng Minh (2006) [11] đã báo cáo một số nghiên cứubước đầu về việc sử dụng các dạng bất dục vò i nhụy vươn dài Kết quả đánh giánhiều năm tại vùng Gia Lâm, Hà Nội, tác giả cho thấy: kiểu hình của tính trạng vòinhụy cái vươn dài biến động mạnh trong điều kiện vụ Đông ở miền Bắc Việt Nam.Biểu hiện của tính trạng này chịu ảnh hưởng rõ rệt bởi sự tác động của nhiệt độ thấp(kèm theo ánh sáng yếu) Ngoài ra tính trạng vòi nhụy vươn dài của dòng mẹ có ảnhhưởng đến độ dài vòi nhụy của con lai F1, do vậy trong một vài trường hợp người taphải tìm cách loại bỏ sự liên kết của gen bất dục vòi nhụy vươn dài với các tínhtrạng bất dục khác nhằm tránh sự ảnh hưởng của tính trạng vòi nhụy vươn dài ditruyền đến con lai F1 (Antanassova, 2000) [36]

Như vậy, sử dụng dòng bất dục vòi nhụy siêu dài >2mm ít có ý nghĩa nêncác nhà khoa học đã tiếp cận để khai thác n hững ưu điểm của dạ ng 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, đồng thời vị trí vòi nhụy hạn chế tương đối khả năng

tự thụ của dòng mẹ khi sản xuất hạt lai Do đó nhiều tác giả đã đề cập đến việc khắcphục những nhược điểm của dạng bất dục vòi nhụy dài bằng một số biện pháp làmđơn giản các tương tác đa 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 giaophấn tự nhiên Ruttencutter et al (1975)[155] đã đề xuất kỹ thuật sản xuất hạt lai cà

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

và vòi nhụy vươn đủ dài để 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 đào thải tự nhiên sau khi

hạt F1 được sản xuất Chỉ cần thụ phấn cho dòng mẹ trước khi hoa nở một ngàyđảm bảo cho số lượng hạt trên qủa cũng như khối lượng trung bình quả cao hơnnhững bông hoa được khử đực rồi mới thụ phấn Như vậy điều quan trọng ở đây là

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

Đánh giá ảnh hưở ng của GA3 lên qúa trình kéo dài ra của vòi nhụy, Bukovacand Homa (1966, 1967) [51][52] cho rằng: Tỷ lệ hoa có vòi nhụy cao hơn bao phấnkhông ổn định có thể khắc phục bằng việc sử dụng GA3 để tăng khả năng vươn dàicủa vòi nhụy làm thuận lợi hơn cho quá trình thụ phấn, đồng thời tăng tỷ lệ hoa cóvòi nhụy cao hơn bao phấn

Để khắc phục ảnh hưởng của sự di truyền tính trạng vòi nhụy cao hơn baophấn đến tỷ lệ đậu quả của con lai F1.Larson et al (1948) [113] đã sử dụng tính tạo

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

F1 không cần khử đực dòng mẹ Tính tạo quả không hạt sẽ tạo thuận lợi cho quátrình ra hoa kết quả ở con lai F1, nâng cao năng suất Hướng nghiên cứu này đãmang lại những kết quả khả quan và hiện nay được ứng dụng ở một số nước trên thếgiới (Gorguet B, 2005, 2007, 2009) [89][91][93]

b) Bất dục bào tử thể ms.

Các dạng đột biến bất dục (ms) và đột biến bao phấn (sl) dường như được áp

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

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

cây bất dục và hữu dục, đây là đặc điểm bất lợi làm hạn chế việc ứng dụng dạng bất

dục đực 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 được loại thải ngay từ đầu

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

rất phổ biến ở Bungari từ dòng bố mẹ đẳng 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 đực vị trí (ps):

Đây là loại bất dục do một số cánh hoa có tốc độ tăng trưởng quá lớn đã gây

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

Các dạng bất dục ps đã được ứng dụng trong một số c hương trình chọn giống

(Philouze, 1978) [141]; (Oryol, 1977) [137]; (Dorossiev, 1976) [76], song hiệntượng 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 đực là nhược điểm 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 độ và độ ẩm, sự tự thụ đạt cao nhất trong điềukiện nhiệt độ cao, (Dorossiev, 1976) [76], tỷ lệ này có thể biến động từ 5-21%

Năm 1976, Dorossiev [76] đã tìm thấy một dạng bất dục vị trí chức năng có

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

được đặc trưng bởi sự thiếu hợp nhất giữa các bao phấn và cánh hoa Tuy nhiên baophấn gắn chặt với nhụy cái, đặc biệt là tại đỉnh Dựa trên dạng biến dị nà y, một

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

định nhanh chóng sự có mặt của con lai mà còn giúp các nhà chọn giống dễ dànghơn trong quá trình nhân các dòng bất dục, bởi các dạng phân ly có thể bị thải loạingay ở giai đoạn cây con

d) Bất dục đực 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 được tung ra khỏi bao phấn, dẫn đến tỷ lệ tự thụ có thể xảy ratrong những thời điểm thuận lợi, vì vậy yêu cầu khử đực là bắt buộc khi sử dụng

ps2 Ngược lại trong điều kiện có sự thay đổi của môi trường như nhiệt độ, án h

sáng hay độ 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 cầnthiết phải khử đực là hai nhược điểm chính làm hạn chế việc sử dụng dạng bất dục

đực 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 đường khác nhau để đối

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 đa 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 đổi khí hậu trong năm Các dòng ps2 có tỷ lệ tự thụ

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

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

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

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

ps2 tỷ lệ hạt giống tự thụ thấp hơn đáng 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 được dùng để sản xuất hạt giống thường xuyên được thụ phấn

trước khi bao phấn nứt 2-3 ngày, tức là trước khi bao phấn nứt thì hoa đã được thụ.Nếu vì một số lý do nào đó mà không thụ phấn cho các dòng mẹ được thì người taloại bỏ toàn bộ các hoa đã nở Do đó, tỷ lệ phần trăm các dạng tự thụ tối đa là 6 -7%.Điều này có thể sử dụ ng được để 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 được 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 lạicho tỷ lệ loại thải cây bất dục khá thấp Điều này giúp cho việc thiết lập các phươngpháp hữu ích để chọn lọc và nhân dòng ps 2, nó làm rõ ràng hơn sự kiểm s oát chặtchẽ tỷ lệ hoa tự thụ và loại bỏ cây khác dạng là cần thiết trong suốt quá trình chọngiống, (Atanassova, 1999) [35]

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

dòng bất dục đực ps2 Để khắc phục nhược điểm này một s ố nghiên cứu đã cố gắng kết hợp dạng bất dục ps2 và vòi nhụy vươn dài nhưng kết quả đã không thu được

như mong muốn Tuy nhiên, nghiên cứu so sánh về thời gian cần thiết cho việc khửđực nụ hoa ở các cây hữu dục và hoa của những dòng bất dục cho thấy thao tác khửđực đối với hoa của dòng bất dục dễ dàng hơn và nhanh chóng hơn gần hai lần sovới 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

đực nhanh chóng và hiệu quả Vấn đề này đã được giải quyết bằng việc phát triểndòng St 993 - ps2, có vòi nhụy ngắn, phù hợp cho việc khử đực bằng tay không cầndung panh kẹp (Georgiev and Atanassova, 1981) [86] Tuy nhiên, sự phát triển cácdòng cà chua có vòi nhụy ngắn làm phức tạp hơn quá trình chọn tạo giống Việc lậpbản đồ các locus chứa các gen kiểm soát tính trạng này có thể tạo thuận lợi cho quátrình chọn giống, song cho đến nay những nỗ lực này vẫn c hưa thành công.(Atanassova et al., 1993) [34]

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

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

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

lai (Atanassova, 1999) [35] Điều này đã được kiểm chứng trong thực tế khi sảnxuất hạt giống thương mại của một số giống lai phổ biến (Georgiev , 1991) [87]

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

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

điểm này (Gorguet et al., 2006) [92] Trong 10 năm qua, bất dục ps2 được 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 được 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 đực nói chung

để phát triển các giống cà chua ưu thế lai trong thời gian qua cho thấy các dòng bấtdục đực trên cây cà chua là một tiềm năng to lớn để giải quyết các vấn đề đặt ra củasản xuất như sự thiếu hụt lao động 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 được nghiên cứu và ứng dụng từ những nămđầu của thế kỷ 20, nhằm giúp các nhà chọn tạo giống cà chua đa dạng nguồn vậtliệu bằng cách tạo các biến dị tổ hợp và chọn lọc dòng thuần từ lai hữu tính Songcông nghệ sản xuất hạt giống F1 thực sự được nghiên cứu và thiết lập vào thập niên

30 - 40 của thế kỷ trước Đi tiên phong trong lĩnh vực này là các nhà khoa học củaBungari khi tìm cách chọn tạo giống cà chua thu hoạch bằng máy phục vụ cho chếbiến Giống cà chua F1 đầu tiên ra đời năm 1937 (Daskaloff et al, 1967) [68] có ưuthế vượt trội hơn hẳn bố mẹ về năng suất và sự đồng đều, do đó việc phát triểngiống lai F1 với số lượng lớn đòi hỏi phải có một quy trình công nghệ sản xuất hạtgiống hoàn thiện Nhưng phải đến năm 1958 công nghệ sản xuất hạt giống lai càchua mới được áp dụng ở nhiều nước như Bungari, Nga… Các phương pháp khácnhau để sản xuất hạt giống lai Fl đã được xem xét rộng rãi bởi Cotrelldormor W(1945) [63]; Dempsey W.H (1962) [71] với mục tiêu lớn nhất là hạ giá thành sảnxuất 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 dụngdòng mẹhữu dục

Sử dụng dòng

mẹ bất dụcđực, thụ phấnnhân tạo

Sử dụng dòng

mẹ bất dục đực

và cho thụphấn tự nhiên

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

sử dụng dòng mẹ hữu dục hay dòng mẹ bất dục đực đều có những mặt mạnh và yếukhác nhau, nếu khắc phục được những nhược điểm và phát huy ưu điểm của từngphương 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 được sản xuất từ các dòng mẹhữu dục và cho đến nay phương pháp khử đực, thụ phấn bằng tay vẫn được sử dụngkhá rộng rãi Mặc dù kỹ thuật thụ phấn bằng tay được xem là phương pháp tốn kémnhất và mất thời gian nhất Tuy nhiên do giá trị của các giống ưu thế lai và mức chiphí cho hạt giống chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng chi phí đầu tư nên phươngpháp này vẫn được sử dụng phổ biến, đặc biệt là tại các nước có giá trị lao độngtương đối rẻ như Thái Lan, Ấn độ, Việt Nam, Trung Quốc

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

a) Khử đực.

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

cà chua lai F1, ước tính công đoạn này yêu cầu khoảng 30% - 40% tổng số công laođộng (Daskalov et al, 1967) [68] Kỹ thuật khử đực và thụ phấn phải tiến hành riêngbiệt, khử đực cần được tiến hành k hoảng 1-2 ngày trước khi hoa nở để ngăn chặn sự

tự thụ Vào thời điểm này lá đài bắt đầu tách ra, bao phấn và tràng hoa bắt đầuchuyển từ màu vàng nhạt sang màu vàng sậm, khi đó cánh hoa vừa mới hé mở vàtạo thành một góc 45 º với trục, dùng kẹp hoặc panh nhẹ nhàng loại bỏ 5 bao phấn

Bình thường trong điều kiện nhà kính không cần có các biện pháp bảo vệ,bao hoa sau khi khử đực để ngăn chặn khả năng giao phấn Ở ngoài đồng trời mát,khô cùng với gió to là điều kiện thuận lợi làm tăng tỷ lệ giao phấn, do đó việc sửdụng bao cách ly là cần thiết để ng ăn chặn hiện tượng giao phấn xảy ra.

b) Thu thập và bảo quản phấn hoa.

Thụ phấn nhân tạo có thể được thực hiện bằng cách chuyển trực tiếp phấn từhoa của dòng bố đến nhụy của dòng mẹ, có hoặc không có sự trợ giúp của công cụthụ phấn (Kẹp, kim, tăm, điểm bút chì, muỗng)

Thụ phấn trực tiếp tốn nhiều thời gian hơn và đòi hỏi một số lượng các câycủa dòng bố lớn hơn so với việc sử dụng phấn hoa đã được thu thập trước đó Hơnnữa, với việc thụ phấn trực tiếp, phấn hoa có thể không được hình thành trongđiều kiện môi trường tối ưu (20-28OC), (Dorossiev, 1976) [76]; (Hafen andStevenson, 1956a) [101], hoặc chưa đủ thành thục so với phấn h oa đã được thuthập trước đó ( Sanjeev et al, 2008) [156] Phấn hoa đạt chất lượng tốt nhất khiđược thu thập từ những bông hoa hoàn toàn trưởng thành, sau khi thu thập phấnhoa có thể được bảo quản trong một khoảng thời gian (Dempsey and Yamaguchi,1960) [70]; (Visser, 1955) [175], giúp người sản xuất chủ động và linh hoạt trongquá trình lai tạo Ở nhiệt độ trong phòng phấn hoa có thể được dùng trong 5 ngày

mà không ảnh hưởng đến sức sống của hạt phấn Nếu phấn hoa được bảo quản ởđiều kiện mát (nhiệt độ liên tục 10/09o C) trong 7 ngày cũng không thấy sự suygiảm đáng kể khả năng tồn tại của hạt phấn (Cross et al, 1997) [64] Cũng có thểdùng phương pháp đông lạnh để bảo quản phấn hoa cà chua, trong điều kiện -80 º

C, sau 5 tuần bảo quản, các bông hoa được thụ phấn từ các mẫu phấn hoa đônglạnh vẫn cho tỷ lệ đậu quả tương tự và số lượng hạt /quả tương đương những bônghoa được thụ phấn bằng phấn hoa mới thu thập Các kết quả tương tự cũng đã thuđược khi phấn hoa đã 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 củadòng bố, bảo quản trong điều kiện 10°C, ẩm độ môi trường trong một hoặc hai

ngày trước khi tách phấn, sau đó sử dụng thiết bị rung để tách hạt phấn ra khỏi hoa(Dorossiev, 1976) [76].

Dựa trên nguyên tắc tung phấn khi có dao động của ống phấn, một số máythu phấn hoa đã được phát mi nh ra (Cottrelldormer, 1945) [63] để thu thập phấn từhoa trên cây Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu cho rằng việc thu thập hoa trước khitách hạt phấn có thể thu được lượng hạt phấn tăng 50% so với biện pháp thu phấntrực tiếp

c) Thụ phấn

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

Phấn hoa sau khi thu thập được đưa lên đầu nhụy bằng một công cụ thụphấn hoặc thụ phấn trực tiếp từ các dụng cụ chứa phấn Hiệu quả của kỹ thuật thụphấn không chỉ thể hiện ở lượng phấn hoa sử dụng mà là sự đảm bảo đầu nhụynhận được hạt phấn nhiều hay ít Một số nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của một

số công cụ thụ phấn khác nhau như k im tiêm, kẹp và bàn chải lông lạc đà…., cácdụng cụ này đều đảm đảm bảo thụ phấn tốt và giảm sự thất thoát phấn ho a, songthụ phấn hoa bằng một loại thìa nhỏ chuyên dụng là tốt nhất (Hafen andStevenson, 1956a) [101] Sử dụng các dụng cụ thụ phấn có nhiều ưu điểm nhưngcũng có những hạn chế nhất định đó là phải có một dụng cụ đựng phấn riêng vàhạt phấn không được bảo vệ trong quá trình di chuyển từ dụng cụ chứa phấn đếnđầu nhụy (gió có thể làm bay mất hạt phấn) Vì vậy cung cấp trực tiếp phấn hoalên đầu nhụy từ các dụng cụ đựng phấn là kinh tế nhất Hiện nay một số công tysản xuất hạt giống đã sử dụng dụng cụ đựng phấn bằng thủy tinh hình chữ J đểchuyển trực tiếp phấn hoa lên đầu nhụy Ngoài ra, ống đựng phấn bằng thủy tinhdạng thẳng có nắp đậy với một pit tông di chuyển phấn hoa đến vị trí mong muốncũng được sử dụng rộng rải (Dorosiev, 1976) [76] Tốt nhất nên sử dụng nhữngloại ống đựng phấn thích hợp cho việc tách hạt phấn và bảo quản hạt phấn Phấn

hoa có thể được sấy khô (kể cả sấy khô đóng băng) trong các ống, niêm phong vàđược lưu trữ trong điều kiện phù hợp và cuối cùng được đưa sử dụng trực tiếp cho

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

Yordanov, Ognianova, 1967) [68]

Kỹ thuật thụ phấn nên được lặp đi lặp lại 2-3 lần để đảm bảo cho hoa đãđược thụ phấn hoàn toàn đồng thời tăng số hạt/ quả (Gottl, 1963) [95] Thời điểmthụ phấn được cho là hiệu quả nhất từ 10-12h hàng ngày và sau thời gian khử đực 2-

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

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

và độ tuổi của cây, có thể có ảnh hưởng đến sức sống của vòi nhụy Đối v ới hầu hếtcác giống cà chua, nhiệt độ tối ưu cho quá trình t hụ phấn từ 20°C đến 30°C (Smith etal., 1935) [162] Tuy nhiên, tỷ lệ đậu quả và số hạt giống trên quả phụ thuộc vào tỷ lệnảy mầm của phấn hoa cũng như thời gian cần thiết để thụ tinh Trong khoảng thờigian ống phấn nảy mầm và di chuyển vào noãn nếu nhiệt độ không phù hợp có thểgây 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 đực được nghiên cứu và sử dụng lần đầu tiên trong sảnxuất hạt giống lai cà chua bởi Rick C.M (1945) [144] và cho đến nay hiện tượngnày vẫn còn được thảo luận, xem xét như là con đường hứa hẹn nhất để tạo thuậnlợi cho quá trình sản xuất hạt gi ống lai (Sawhney, 1994; 2004) [158] [159];(Gorman and McCormick, 1997) [94]; (Atanassova, 2000) [36]