Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 5: Chọn giống cây đậu tương

Bài giảng Chọn giống cây trồng ngắn ngày - Chương 5: Chọn giống cây đậu tương cung cấp đến học viên các kiến thức về giá trị của cây đậu tương; phân loại, nguồn gốc và tình hình sản xuất cây đậu tương; đặc điểm thực vật học; đa dạng di truyền và nguồn gen đậu tương; mục tiêu chọn tạo giống đậu tương;... Mời các bạn cùng tham khảo chi tiết nội dung bài giảng!

CHƯƠNG 5 CHỌN GIỐNG CÂY ĐẬU TƯƠNG

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/

ở bảy vùng sinh thái của nước ta

Lớp Học Phần VNUA ( Khoa Nông Học ) - Học Viện Nông Nghiệp Việt Nam

https://sites.google.com/site/lophocphank57vnua/

Cây đậu tương

II GIÁ TRỊ CỦA CÂY ĐẬU TƯƠNG

2.1 Giá trị kinh tế

 Là cây cung cấp một lượng dinh dưỡng cao:

 Hàm lượng Prôtêin rất cao 36- 44%, lypit 16- 22% (là các axit béo không no), hydratcabon 30-40%, chất khoáng 3- 4%

 Prôtêin của Đậu tương chứa đầy đủ và cân đối các axit amin, đồng thời có cả các vitamin B1, B2, A, D, C, K…

 Đậu tương chứa hàm lượng Trytophan và lysin tương đối cao

+ Có thể tạo ra nhiều món ăn khác nhau rất bổ và rẻ từ đậu tương

2.2 Giá trị trong Y học

 ĐT có tác dụng chữa bệnh còi xương ở trẻ em và các động vật non

 Tác dụng hạn chế chất gây buớu cổ (do trong Đậu tương

có chứa các chất kháng dinh dưỡng dễ phân huỷ bởi nhiệt độ)

 Các nhà khoa học tại trường ĐH Y Wake Forest đã phát hiện ra chất Isoflavone có trong ĐT, còn gọi là Photoestrogen có thể hạ thấp được mức Cholesterol ở tỷ

lệ 10%

2.3 Giá trị trong nông nghiệp

 Hạt nghiền nhỏ cùng với thức ăn chăn nuôi

 Làm bã đậu, khô dầu đậu tương

 Rễ của chúng cộng sinh với VK Rhizobium Japonicum

 Mỗi vụ trồng Đậu tương để lại cho đất 50- 80 kg N/ha

Sản phẩm của đậu tương

III PHÂN LOẠI, NGUỒN GỐC VÀ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT

3.1 Phân loại khoa học

• Giới ( regnum ):Plantae

• Ngành ( phylum ):Magnoliophyta

• Lớp ( class ):Magnoliopsida

• Bộ ( ordo ):Fabales

• Họ ( familia ):Fabaceae

• Phân họ ( subfamilia ):Faboideae

• Chi ( genus ): Glycine

• Loài ( species ): G max

• Tên hai phần Glycine L max (L.) Merr

70 60

70 60 50 40

30 20

10

30

TR OP IC O F CA NCE R

40 50 60

60 50 40

30 20

30

40

50 60

70

80 80

70 60 50 40 30 20 10

GREENL D

GR EE

NLAND

NORTH AMERICA

ANTARCTICA

SOUTH AMERICA

P A C I F I C

O C E A N

O C E A N

I N D I A N

O C E A N

PACIFIC OCEAN

A

T L A N T

I C

The Plant: Origins

CHINA

JAPAN

KOREA

RUSSIA MONGOLIA

Manchuria

To be more specific, soybeans came from

Manchuria, a region of China

3.3 Tình hình sản xuất

 Đậu tương được trồng ở hầu hết các nước trên thế giới, tập trung chủ yếu ở khu vực Châu Mỹ (73,3%) sau đó Châu Á (23,15%)

 Năm 2007, diện tích là 94 triệu ha, năng suất trung bình là 23 tạ/ha, trong đó Mỹ đạt năng suất cao nhất 27 -29 tạ/ha

 Các nước trồng nhiều: Mỹ (84 triệu tấn); Brazin 58 triệu tấn

Bảng 4.1 Sản xuất đậu tương của một số nước trên thế giới

trong ba năm 2009-2011

Năm

Nước

Diện tích (triệu ha)

Năng suất (tạ/ha)

Sản lượng (triệu tấn)

2009 2010 2011 2009 2010 2011 2009 2010 2011

Mỹ 30,91 31 29,8 29,58 29,22 27,9 91,42 90,61 83,2 Brazil 21,75 23,33 25,0 26,37 29,48 26,2 57,35 68,76 65,5 Argentina 16,77 18,13 17,5 18,48 29,05 23,0 30,99 52,68 41,0 Trung

Quốc 9,19 8,52 7,6 16,30 17,71 17,6 14,98 15,08 13,5

 Phân bố vùng trồng:

- Trung du các tỉnh phía bắc: Bắc Ninh, Bắc Giang, Cao Bằng…

- Ở vùng Đồng bằng thì phát triển mạnh ở vụ đông

- Miền Nam: ĐBSCL như Cần Thơ (NS cao nhất cả nước)

- Miền Đông Nam bộ - Tây Nguyên

4.4 Hoa

 Hoa rất nhỏ và dài 3-5 mm gây khó khăn cho quá trình lai giống

 Hoa mọc thành chùm 2, 3, 5 hoa trên nách lá

 Là cây tự thụ điển hình, thụ phấn khác hoa chiếm 0,1% đầu nhuỵ và bầu nhuỵ được bao bọc bởi 1 đài hoa kín dính liền với

10 bao phấn

 Thời gian nở hoa từ 6-10h, khi hoa mở ra thì quá trình thụ tinh

cơ bản đã hoàn thành (đã thụ phấn trước đó khoảng 10- 16h)

4.5 Quả và hạt

 Là loại quả giáp, biến động số quả trên cây lớn tuỳ thuộc giống

và điều kiện môi trường

 Mỗi quả có từ 1-4 hạt thường là 2-3 hạt

 Hạt chứa hàm lượng dinh dưỡng cao: Chứa các chất ức chế Tripsin cao – không nên ăn sống Đậu tương (ở 270 o C bị phân huỷ)

V Đa dạng di truyền và nguồn gen đậu tương

Đậu tương trồng được xuất hiện đầu tiên trong quyển Species Plantarum

của Linnaeus, với tên gọi Phaseolus max L Việc kết hợp Glycine max (L.) Merr., theo đề nghị của Merrill năm 1917, đã trở thành tên gọi chính thức được công nhận của loài này

Hệ thống phân loại căn cứ vào đặc điểm về hình thái, sự phân bố địa lý và

số lượng nhiễm sắc thể, chi Glycine được chia thành 2 chi phụ Glycine và Soja

Chi phụ Glycine bao gồm ít nhất 23 loài, hầu hết là những cây lâu niên, hoang dại cổ xưa, được tìm thấy ở Australia, các đảo phía nam Thái Bình Dương, Philippin, Đài Loan và Đông Nam Trung Quốc

Bảng 4.2 Các loài chủ yếu của chi Glycin e L (Wild) và sự phân bố của chúng

TT Loài 2n Bộ gen Sự phân bố

10 G gracei B.E Pfeil and Craven 40 A Úc

11 G hirticaulis Tind and Craven 40 80 H S Úc

Bảng 4.2 Các loài chủ yếu của chi Glycin e L (Wild) và sự phân bố của chúng

TT Loài 2n Bộ gen Sự phân bố

Chi phụ Glycine

12 G lactovirens Tind and Craven 40 I Úc

13 G latifolia (Benth.) Newell and Hymowitz 40 B Úc

14 G latrobeana (Meissn.) Benth 40 A Úc

15 G microphylla (Benth.) Tind 40 B Úc

16 G montis-douglas B.E Pfeil and Craven 40  Úc

17 G peratosa B Pfeil and Tind 40 A Úc

18 G pindanica Tind and Craven 40 H Úc

19 G rubiginosa Tind and B Pfeil 40 A Úc

20 G stenophita B Pfeil and Tind 40 B Úc

21 G syndetika B.E Pfeil and Craven 40 A Úc

22 G tabacina (Labill.) Benth 40 80 Phức tạp B Úc và Nam TBD

Đài Loan

Chi phụ Soja (Moench) F.J Herm

24 G soja Sieb and Zucc 40 G (Wild Soybean)

25 G max (L.) Merr 40 G Cultigen (Soybean)

b) Nguồn gen đậu tương

Theo tác giả Trần Đình Long và cs (2005), hiện nay nguồn gen đậu tương được lưu giữ chủ yếu ở 14 nước trên thế giới, với tổng số 45.038 mẫu giống

Bộ sưu tập nguồn gen Mỹ có hơn 21.000 mẫu nguồn gen đậu tương, đậu tương hoang dại và các loài Glycine lâu năm hoang dại

Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau màu châu Á (AVRDC) đã phân phát được trên 20.000 giống đến 546 nhà khoa học của 164 nước Nhiệt Đới

và Á Nhiệt Đới

Trung Quốc đã chọn tạo thành công 1000 giống đậu tương và liên tục đưa vào sản xuất Hầu hết các giống này đều có tiềm năng năng suất và chất lượng cao, khả năng chống chịu tốt với dịch hại và điều kiện bất thuận

Viện Tài nguyên Sinh học Nông nghiệp Quốc gia Nhật Bản hiện đang lưu giữ khoảng 6000 mẫu giống đậu tương khác nhau, trong đó có 2000 mẫu giống được nhập từ nước ngoài về phục vụ cho công tác chọn tạo giống

Trong giai đoạn 2001 - 2005 các nhà chọn tạo giống đậu tương của Việt Nam đã tiến hành khảo sát được 9482 lượt mẫu giống đậu tương và đã phân lập được 1425 dòng đậu tương làm vật liệu phục vụ công tác chọn tạo giống

c Di truyền tính trạng ở đậu tương

Hàng vài trăm gen đã được nhân biết như gen bất dục đực ms 1 , ms 2 , ms 3

và ms 4 trong nhóm liên kết trên 13 trong tổng số 20 nhiễm sắc thể

Di truyền tính trạng sắc tố ở các bộ phận của cây như thân, hoa, quả và hạt như màu đen và nâu của vỏ hạt và rốn hạt đã nhận biết do hai cặp gen điều khiển là Tr và Rr

Lông trên thân và hạt cũng có màu nâu hoặc hoặc màu xám và tính trạng này được điều khiển bởi đơn gen và màu nâu trội so với màu xám

Kết thúc phát triển thân được điều khiển bởi 2 gen Dt 1 và Dt 2 , Dt 1 là trung gian và Dt 1 là bán hữu hạn trội so với hữu hạn dt 1 Dt 1 và Dt 2 trội so với dt 1

và dt 2 Gen dt 1 lấn át đối với Dt 2 và dt 2

Màu sắc quả tại thời điểm chín được điều khiển bởi 2 gen là L 1 L 2 và L 1 l 2 ;

L 1 l 2 tạo ra quả màu đen, l 1 L 2 tạo ra quả màu nâu

Một nghiên cứu lập bản đồ liên kết di truyền các locus tính trạng số lượng trên 20 nhiễm sắc thể đậu tương để sàng lọc 3 quần thể dòng thuần tái hợp bằng marker SNP (Single nucleotide polymorphisms) như minh họa hình 4-

1

Hình 4.1 Bản đồ liên kết di truyền của 20 NST đậu tương, nhiễm sắc thể ký hiệu trên và nhóm liên kết ký hiệu phí dưới 1536 marker SNP bên trái và 1006 marker SSR bên phải

Hình 4.2 Bản đồ di truyền liên kết gen kháng bệnh thối hạt đậu tương

VI MỤC TIÊU CHỌN TẠO GIỐNG

6.1 Mục tiêu tổng thể:

 Trồng Đậu tương là cây dùng để lấy Prôtêin, cần kết hợp được

cả hai tính trạng quan trọng đó là: Năng suất cao và chất lượng Prôtêin phải được đảm bảo (đây là hai tính trạng độc lập với nhau)

 Trồng Đậu tương lấy bột làm bánh thì cần loại cân đối giữa hàm lượng các chất: Prôtêin, Lipit và Hydratcacbon

6.2 Mục tiêu cụ thể

 Tạo ra được các giống có thời gian sinh trưởng ngắn, năng suất trung bình, hàm lượng Prôtêin cao và có khả năng trồng xen vào giữa các vụ lúa

 Thời gian sinh trưởng 110-115 ngày

 Năng suất từ 4-4,5 tấn/ ha

 Sử dụng Đậu tương như một vụ chính, dùng để thay thế một

vụ lúa Các giống này có:

 Đối với Đậu tương làm rau:

 Cần đảm bảo sự tích lũy nhanh chất khô trong hạt

 Cân đối giữa đường và tinh bột

 Quả và hạt có màu xanh

 Thời gian bảo quản phải dài

 Prôtêin dễ tiêu và cần triệt tiêu hết Tripsin

VII.PHƯƠNG PHÁP CHỌN TẠO GIỐNG

6.1 Chọn lọc tạo giống đậu tương

Phương pháp áp dụng những bước sau:

1.Chọn lọc trực tiếp từ nguồn vật liệu di truyền trong trường hợp nguồn vật liệu di truyền đa dạng có sẵn biến dị di truyền (nguồn vật liệu di truyền là những dòng/giống, giống địa phương, loài hoang dại…)

2.Chọn lọc các thế hệ phân ly sau lai, đột biến hay chuyển gen

3.Chọn lọc nhờ marker phân tử

1 300 cây chọn từ dòng gốc sử dụng cho nghiên cứu chọn lọc

2 Nguồn vật liệu trên được thí nghiệm trên đồng ruộng tại Mỹ để

(i) xác định năng suất (kiểu hình) của mỗi dòng phụ trong một môi trường đại diện và có dòng gốc của chúng; (ii) xác định locu

dị hợp liên kết với năng suất khác nhau giữa các dòng phụ từ quần thể dòng gốc; (iii) xác định alen liên kết với năng suất và hữu ích sử dụng cho MAS trong quần thể gốc đặc thù

Ví dụ của Soper và cs (2010) chọn lọc nhờ marker phân tử cải tiến năng suất, các tác giả sử dụng 9 quần thể dòng đậu tương ưu tú gốc ban đầu để sử dụng dò tìm QTL liên quan đến năng suất

Những quần thể này là giống thương mại hoặc chuẩn bị phóng thích ra sản xuất ở Argentina, chúng được coi là quần thể gốc hay dòng gốc cho chọn lọc

Quá trình các bước và kỹ thuật chọn lọc như sau:

2 bố mẹ bởi vậy các dòng gốc có thể vẫn còn một phần dị hợp, quần thể phân ly ngẫu nhiên từ dòng gốc đã được chọn lọc

di truyền đã công bố trước (100 marker)

thu hoạch tạo bộ phụ dòng tái hợp (RIL), khi chín thu hoạch Hạt của mỗi cây thu hoạch và hỗn hợp tạo như một dòng phụ duy nhất

6.2 Lai tạo giống đậu tương

a Phương pháp chọn lọc 1 hạt cải tiến

Hình 4.3 Các bước

và kỹ thuật chọn

lọc 1 hạt

b Phương pháp chọn lọc trồng dồn

Hình 4.4 Các bước và kỹ thuật chọn lọc trồng

dồn

c Phương pháp phả hệ

Hình 4.5 Các bước và kỹ thuật chọn lọc phả hệ

6.3 Lai trở lại nhờ marker phân tử

Lai trở lại sử dụng để chuyển gen tạo giống đậu tương, lai trở lại cũng sử dụng để quy tụ gen, tạo dòng tái hợp

Một ví dụ cụ thể để ứng dụng lai trở lại chuyển gen hàm lượng axít phytic thấp tạo giống đậu tương

BC 1 F 1 : trồng trên đồng ruộng, tách chiết DNA và phân tích điện di, các cây cho phấn được chọn mang alen phytate thấp

BC 2 F 1 : trồng cây lai, tách chiết DNA của các cá thể BC 2 F 1 phân tích nhận biết hàm lượng phytic thấp tại locus Satt237 và Satt561

BC 3 F 1 : Mỗi cây cho gen đã chọn lọc mang bản sao alen phytate thấp tại 2 locus MLG N - Satt237 và MLG L - Satt561 và có thể sử dụng MAS chọn lọc thế hệ chuyển gen tiếp theo

BC 4 F 1 : Tất cả các dòng trồng theo hàng trên đồng ruộng, đánh giá

và sản xuất hạt giống

Hạt các cây thế hệ đầu (BC 1 , BC 2 , BC 3 ) của nghiên cứu đã phân tích hàm lượng phosphorous để nhận biết biểu hiện tính trạng phytate thấp, sau đó chọn lọc tính trạng trợ giúp của marker phân

tử

6.4 Lai quy tụ gen tạo giống đậu tương

Hình 4.6 Phương pháp quy tụ gen Rsv1, Rsv3, và Rsv4 kháng bệnh thối hạt SMV

6.5 Đột biến tạo giống đậu tương

Vật liệu: hạt đậu tương giống địa phương

Phương pháp: Chiếu tia gamma nguồn 60 Co, liều lượng 100 đến

300 Gy từ gieo đến chín sinh lý

Mục đích: Cải tiến ngắn ngày và nâng cao hàm lượng dầu

Các bước thực hiện

 Xử lý 800 hạt , gieo vào trường phóng xạ tia gamma γ nguồn 60 Co

cây, tự thụ phấn thu hạt cho phả hệ tiếp theo

tính trạng nông học khác

6.6 Chọn tạo giống đậu tương chuyển gen

Hai phương pháp sử dụng rộng rãi nhất là chuyển gen nhờ vi

bắn gen

Phương pháp chuyển gen nhờ vi khuẩn đơn giản và không yêu cầu trang thiết bị lớn và tốn kém Tuy nhiên, phương pháp này thường lồng một đơn gen hoặc số bản sao thấp và ít khi sắp xếp lại

Chuyển gen trực tiếp bằng bắn gen là chuyển gen mong muốn vào

tế bào cây mục tiêu sử dụng vi đạn tungsten hoặc vàng

Vật liệu chuyển gen đậu tương phổ biến là gốc lá mầm, phôi chưa chín, đỉnh phôi, trụ dưới lá mầm, mô lá

Quá trình chuyển gen vào gốc lá mầm nhờ vi khuẩn minh họa tại hình 4.7

Hình 4.7 Quá trình chuyển gen vào gốc lá mầm đậu tương nhờ vi khuẩn Agrobacterium

VII.PHƯƠNG PHÁP CHỌN TẠO GIỐNG

 Đậu tương là cây tự thụ điển hình, hiện nay vẫn chưa có biện pháp nào để giao phấn nên phương pháp chọn giông ƯTL là chưa làm được

 Áp dụng các biện pháp chọn giống như ở cây tự thụ:

 Phương pháp chọn lọc (Single Seed):

 Ở thế hệ đầu tiên tổ chức gieo bình thường 25- 28cây/m2

 Các thế hệ sau gieo dày sao cho trên một cây chỉ có 1 quả: 300-350cây/m2

 Trên 1 quả lấy 1 hạt lặp lại quy trình cho đến khi có quá trình phân ly khoảng 90% số các thể có kiểu gen đồng hợp tử thì trồng bình thường

 Mỗi hạt lập thành một dòng

 Phương pháp đột biến

 Được áp dụng tương đối rộng rãi, có hai tác nhân:

 Vật lý (tia gama Co60): Cải thiện hàm lượng Prôtêin, rút ngắn thời gian sinh trưởng và tạo giống cảm ôn

 Hoá học (DES-Dietylsunfat): Tạo ra dạng thấp cây và cây mang quả từ cành cấp 2 Sử dụng NE(Nitrozo Ethyl): Tăng khả năng cộng sinh sớm của vi khuẩn nốt sần

 Phương pháp chuyển nạp gen

 Chuyển gen Bt có khă năng chống sâu bệnh rất tốt nhưng chưa được áp dụng rộng rãi

 Sử dụng một số giông chứa gen mục tiêu

- Gen chịu hạn

- Tăng khả năng tạo nốt sần

- Tăng khả năng kháng sâu bệnh: bệnh gỉ sắt, bệnh vi khuẩn, Bệnh do Virus (xoăn lá)

1 Giống đậu tương ĐT80

Giống đậu tương ĐT80 có thời gian sinh trưởng 90-100 ngày, hoa màu tím, chống đổ tốt, ít phân cành, chịu hạn khá Khối lượng 100 hạt đạt từ 12-13 kg, có thể đạt năng suất 21,0-22,5 tạ/ha, thích hợp cho vụ Hè

2 Giống đậu tương ĐT84

Giống đậu tương ĐT84 có thời gian sinh trưởng 80-85 ngày, cây sinh trưởng khoẻ, cây cao 40-50 cm, ít phân cành, hoa màu tím, khối lượng 1.000 hạt 180-220 g màu vàng sáng, năng suất trung bình từ 13-18 tạ/ha, năng suất cao có thể đạt 25 tạ/ha Thích hợp cho vụ Xuân muộn và Hè-Thu

8.MỘT SỐ GiỐNG ĐẬU TƯƠNG