ứng dụng chỉ thị phân tử khảo sát nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt trong tập đoàn giống đậu tương
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (4.38 MB, 97 trang )
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
TỐNG THỊ HUYỀN
ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ KHẢO SÁT NGUỒN GEN
KHÁNG BỆNH GỈ SẮT TRONG TẬP ĐOÀN
GIỐNG ĐẬU TƯƠNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ
HÀ NỘI - 2014
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
TỐNG THỊ HUYỀN
ỨNG DỤNG CHỈ THỊ PHÂN TỬ KHẢO SÁT NGUỒN GEN
KHÁNG BỆNH GỈ SẮT TRONG TẬP ĐOÀN
GIỐNG ĐẬU TƯƠNG
Chuyên ngành
: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Mã số
: 06.42.02.01
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS. TS. VŨ ĐÌNH HÒA
HÀ NỘI - 2014
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực
và chưa hề được sử dụng để bảo vệ một học vị, một công trình nghiên cứu nào.
Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đều được cảm ơn, các thông
tin trích dẫn trong luận văn đều được ghi rõ nguồn gốc./.
Tác giả luận văn
Tống Thị Huyền
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page i
LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành luận văn này, ngoài sự cố gắng của bản thân, tôi còn nhận
được rất nhiều sự quan tâm giúp đỡ của các thầy cô giáo, gia đình và bạn bè.
Trước tiên tôi xin cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS Vũ Đình Hòa- Bộ
môn Chọn giống- Khoa khoa học cây trồng- Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã
giành thời gian và trí tuệ hướng dẫn giúp đỡ tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô giáo trong Bộ môn Vi sinh vật Khoa Công nghệ sinh học – Học viện nông nghiệp Việt Nam đã quan tâm giúp đỡ,
đóng góp ý kiến quý báu để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn.
Tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban Lãnh đạo Viện Cây lương thực và Cây
thực phẩm, các đồng nghiệp trong Bộ môn Công nghệ sinh học - Viện Cây lương
thực và Cây thực phẩm và các đơn vị phối hợp đã giúp tôi hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè đã rất quan tâm và
luôn động viên khích lệ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này./.
Hà Nội, ngày 05 tháng 9 năm 2014
Tác giả luận văn
Tống Thị Huyền
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page ii
MỤC LỤC
Lời cam đoan
i
Lời cảm ơn
ii
Mục lục
iii
Danh mục từ viết tắt
vi
Danh mục bảng
vii
Danh mục hình
viii
MỞ ĐẦU
1
1
Đặt vấn đề
1
2
Mục đích.
2
3
Yêu cầu.
3
4
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
3
Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
4
1.1
Cây đậu tương và các nghiên cứu chọn tạo cây đậu tương
4
1.1.1
Cây đậu tương (Glycine max)
4
1.1.2
Nghiên cứu về chọn tạo đậu tương
6
1.2
Bệnh gỉ sắt đậu tương, sự phát triển của bệnh và những thiệt hại
về năng suất
8
1.2.1
Bệnh gỉ sắt trên cây đậu tương(Phakopsora pachyrhizi sydow)
8
1.2.2
Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến bệnh gỉ sắt
9
1.2.3
Tính biến chủng của nấm Phakopsora pachyrhizi
10
1.2.4
Sự phát triển của bệnh gỉ sắt (P. pachirhizi) và những thiệt hại
kinh tế
10
1.2.5
Gen qui định tính kháng bệnh gỉ sắt đậu tương và chỉ thị phân tử
16
1.3
Tình hình sản xuất đậu tương và những nghiên cứu về bệnh gỉ sắt
1.3.1
ở Việt Nam
24
Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam
24
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page iii
1.3.2
Kết quả nghiên cứu về bệnh gỉ sắt và triển vọng chọn giống đậu
tương có khả năng kháng bệnh gỉ sắt ở Vệt Nam
26
Chương 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
33
2.1
Vật liệu nghiên cứu
33
2.1.1
Vật liệu nghiên cứu
33
2.1.2
Địa điểm nghiên cứu
33
2.1.3
Thời gian nghiên cứu
33
2.2
Nội dung và phương pháp nghiên cứu
33
2.2.1
Nội dung nghiên cứu
33
2.2.2
Phương pháp nghiên cứu
34
2.3
Xử lý số liệu
43
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1
44
Đánh giá đặc điểm hình thái, năng suất và chất lượng của các
dòng, giống đậu tương trên đồng ruộng.
44
3.1.1
Đặc điểm hình thái của các mẫu giống đậu tương xuân 2014
44
3.1.2
Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của các mẫu giống đậu tương
xuân 2014
47
3.1.3
Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống đậu tương
51
3.1.4
Mức độ bị hại sâu bệnh của các dòng, giống đậu tương
55
3.1.5
Phân tích hàm lượng protein và lipit trong hạt của các giống đậu tương
57
3.2
Đánh giá khả năng kháng bệnh gỉ sắt của các giống đậu tương
bằng lây nhiễm nhân tạo
3.3
59
Sử dụng chỉ thị SSR khảo sát nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt trên
các giống đậu tương
3.3.1
3.3.2
63
Kiểm tra độ nguyên vẹn và tinh sạch DNA tổng số của các dòng
giống đậu tương
63
Sử dụng chỉ thị SSR khảo sát nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt
63
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page iv
3.4
So sánh đánh giá kết quả kiểu hình và kiểu gen của 30 các dòng,
giống đậu tương
72
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ
75
1
Kết luận
75
2
Đề nghị
76
TÀI LIỆU THAM KHẢO
77
PHỤ LỤC
84
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page v
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Tên viết tắt
SSR
Viết đầy đủ
Simple sequence repeats
AVRDC
Trung tâm nghiên cứu Rau củ châu Á
AUDPC
Chỉ số đường cong phát triển bệnh theo thời gian
FAO
USDA
Tổ chức nông lương liên hợp quốc
Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ
SRB
Bệnh gỉ sắt đậu tương châu Á
TAN
Tan-colored lesions
RB
Red brown
Chr
Chromosome
Nhất tiến HLLS
Nhất tiến hữu lũng lạng sơn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page vi
DANH MỤC BẢNG
STT
Tên bảng
Trang
1.1
Sản lượng đậu tương Việt Nam
26
2.1
Các chỉ thị liên kết gen kháng bệnh gỉ sắt
41
3.1
Đặc điểm hình thái của các giống đậu tương
45
3.2
Đặc điểm sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương
48
3.3
Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của cây đậu tương
52
3.4
Mức độ bị hại sâu bệnh của các dòng, giống đậu tương
55
3.5
Chất lượng hạt đậu tương của các dòng, giống
58
3.6
Kết quả lây nhiễm nhân tạo bệnh gỉ sắt trên dòng, giống đậu
tương
3.7
61
Kết quả chạy 10 chỉ thị SSR khảo sát nguồn gen kháng bệnh gỉ
sắt trên cây đậu tương
3.8
70
So sánh kết quả kiểu gen và kiểu hình của 30 dòng, giống đậu
tương
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
73
Page vii
DANH MỤC HÌNH
STT
Tên hình
Trang
1.1
Các dạng vết bệnh do nấm P. pachyrhizi gây hại trên lá đậu tương
12
1.2
Các nhóm liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt đậu tương
20
1.3
Diện tích trồng và sản lượng cây đậu tương Việt Nam (2007 –
2014)
26
3.1
Chỉ thị Sat143
64
3.2
Chỉ thị Sat_275
65
3.3
Chỉ thị Sat-064
66
3.4
Chỉ thị Sct_187
66
3.7
Chỉ thị Satt288
68
3.8
Chỉ thị Satt 460
68
3.9
Chỉ thị Satt620
69
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page viii
MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Hiện nay ở Việt Nam, cây đậu tương ( Glycine max (L.)) chiếm một vị
trí quan trọng trong nền nông nghiệp và nền kinh tế quốc dân, nhưng diện tích
trồng và sản lượng vẫn còn rất thấp so với các nước trên thế giới. Năm 2012,
sản lượng đậu tương nước ta giảm 34,3% so với cùng kỳ năm trước, xuống
còn 175,2 nghìn tấn do thời tiết lạnh khác nghiệt vào cuối năm 2011 và đầu
năm 2012 khiến cho năng suất và diện tích gieo trồng giảm mạnh . Quy mô
sản xuất vẫn còn tương đối nhỏ và tiếp tục không đáp ứng được nhu cầu tiêu
thụ trong nước. Nhưng đáng chú ý là năng suất đậu tương gần như không tăng
hoặc tăng không đáng kể, do nhiều nguyên nhân như hạn chế về giống và điều
kiện canh tác, bên cạnh đó là các bệnh sương mai, phấn trắng, gỉ sắt… là
những loại bệnh thường xuyên xuất hiện gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới tình
hình sản xuất đậu tương.
Bệnh gỉ sắt là bệnh hại quan trọng trên cây đậu tương do nấm Phakopsora
pachyrhizi
Sydow,
thuộc
họ
Melampsoracea,
bộ
Uredinales,
lớp
Urediniomycetes và gây thiệt hại đáng kể, làm giảm từ 10 – 80% năng suất và
chất lượng đậu tương ở nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam. Trong
những năm gần đây, các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu tương đã được tiến hành
ở nước ta và thu được một số kết quả. Tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu này chỉ
tập trung vào việc quan sát quá trình phát sinh bệnh, đánh giá sự thất thu năng
suất, hoặc phân tích phản ứng bệnh (Nguyễn Thị Bình và cs., 2008). Một số
nghiên cứu khác đánh giá đa dạng di truyền tính kháng bệnh gỉ sắt của các giống
đậu tương và cơ chế phân tử của hiện tượng này (Vũ Thanh Trà và cs., 2006; Vũ
Anh Đào và cs.,2009). Các nghiên cứu này có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo
tồn các giống có khả năng kháng bệnh, hữu ích cho công tác chọn tạo giống có
năng suất cao, chất lượng tốt và khả năng kháng sâu bệnh hại.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 1
Để thúc đẩy sản xuất đậu tương, vấn đề quan trọng là chọn tạo được
những giống đậu tương phù hợp với điều kiện sinh thái, khí hậu nước ta, đặc
biệt có khả năng kháng bệnh gỉ sắt. Yêu cầu đặt ra hiện nay là cần bộ giống
mới có khả năng chống chịu bệnh để đưa vào sản xuất mở rộng diện tích gieo
trồng và nâng cao chất lượng hạt, đáp ứng được nhu cầu đậu tương trong
nước cũng như phục vụ xuất khẩu. Do đó, nghiên cứu, đánh giá nguồn vật
liệu, chọn tạo các giống đậu tương mới có khả năng kháng bệnh gỉ sắt là một
giải pháp mang tính chiến lược cho sự phát triển bền vững. Từ trước đến nay,
chọn tạo giống đậu tương kết hợp năng suất với khả năng kháng bệnh chủ
yếu dựa vào phương pháp truyền thống nên hiệu quả chọn tạo giống chưa cao
và thời gian chọn giống dài. Việc ứng dụng chỉ thị phân tử trong nghiên cứu
nguồn gen và tạo giống kháng bệnh gỉ sắt có thể khắc phục được những hạn
chế của phương pháp truyền thống. Trong các chỉ thị, chỉ thị phân tử SSR
(simple sequence repeats - các đoạn lặp lại trình tự đơn giản) là chỉ thị biểu
hiện tính đa hình cao ở đậu tương được sử dụng phổ biến để phát hiện sự đa
hình (Zhang và cs., 2009; Wang và Takahata, 2007) và xác định sự có mặt
của gen kháng trong chọn tạo giống kháng bệnh gỉ sắt.
Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành lựa chọn và thực
hiện đề tài: “Ứng dụng chỉ thị phân tử khảo sát nguồn gen kháng bệnh gỉ
sắt trong tập đoàn giống đậu tương”
2. Mục đích.
- Xây dựng nguồn vật liệu đa dạng về nguồn gốc, có tiềm năng năng
suất và chất lượng để phục vụ lai tạo giống mới có năng suất cao và chất
lượng tốt, kháng bệnh gỉ sắt.
- Xác định được một số mẫu giống đậu tương kháng bệnh gỉ sắt bằng
lây nhiễm nhân tạo
- Phát hiện chỉ thị phân tử liên kết với gen kháng bệnh gỉ sắt ở đậu
tương.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 2
3. Yêu cầu.
- Đánh giá một số đặc điểm hình thái, năng suất , chất lượng của vật liệu.
- Lây nhiễm nhân tạo xác định dòng, giống đậu tương kháng bệnh gỉ sắt.
- Sử dụng chỉ thị phân tử SSR khảo sát nguồn gen qui định tính kháng
với các chủng nấm gây bệnh gỉ sắt.
4. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
* Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Xác định được chỉ thị phân tử cho đa hình liên kết với gen qui định
tính kháng bệnh gỉ sắt đậu tương với các chủng nấm hiện có.
- Đề xuất được các giống đậu tương mang gen kháng phục vụ cho công
tác chọn tạo giống đậu tương kháng bệnh gỉ sắt.
* Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Đánh giá nhanh khả năng kháng bệnh gỉ sắt của nguồn vật liệu đậu
tương trên cơ sở xác định khả năng kháng bệnh bằng lây nhiễm nhân tạo và
chỉ thị phân tử.
- Chọn lọc được những giống đậu tương mang gen kháng bệnh gỉ sắt để
tạo các tổ hợp lai nhằm phục vụ cho công tác chọn tạo giống năng suất cao,
chất lượng tốt và khả năng kháng bệnh gỉ sắt.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 3
Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1 Cây đậu tương và các nghiên cứu chọn tạo cây đậu tương
1.1.1 Cây đậu tương (Glycine max)
Đậu tương (tên khoa học Glycine max) là loại cây họ đậu (Fabaceae),
là loài bản địa của Đông Á. Chi Glycine Willd. được chia thành 2 phân
chi Glycine và Soja. Phân chi Soja (Moench) F.J. Herm. Bao gồm cây đậu
tương được trồng trọt Glycine max (L.) Merr., và cây đậu dại Glycine
soja Sieb. & Zucc. Cả hai loài đều là các loài cây hàng năm. Glycine soja là tổ
tiên hoang dại của Glycine max, và chúng mọc hoang ở Trung Quốc, Nhật
Bản, Hàn Quốc, Đài Loan và Nga. Phân chi Glycine bao gồm ít nhất 25 loài
cây dại lâu năm, ví dụ như
Glycine anescens
F.J. Herm. và G.
tomentella Hayata, cả hai được tìm thấy ở Úc và Papua New Guinea. Hầu hết
các giống đậu tương địa phương đang trồng ở nước ta hiện nay đều du nhập từ
Trung Quốc.
Đậu tương là một cây thực phẩm có hiệu quả kinh tế lại dễ trồng, sản
phẩm từ cây đậu tương được sử dụng rất đa dạng như dùng trực tiếp hạt thô
hoặc chế biến. Đậu tương được chế biến làm thực phẩm cho con người và làm
thức ăn cho gia súc, nguyên liệu cho công nghiệp, hàng xuất khẩu và đồng
thời là cây cải tạo đất tốt.
Giá trị thực phẩm: hạt đậu tương có thành phần dinh dưỡng cao, hàm
lượng prôtein trung bình khoảng từ 35,5 - 40%. Trong khi đó hàm lượng
prôtein trong gạo chỉ 6,2 - 12%; ngô: 9,8 - 13,2% thịt bò: 21%; thịt gà: 20%;
cá: 17 - 20% và trứng: 13 - 14,8%, lipit từ 15- 20%, hyđrát các bon từ 15-16%
và nhiều loại sinh tố và muối khoáng quan trọng cho sự pháp triển của con
người (Nguyễn Thị Hiền và Vũ Thi Thư, 2004). Hạt đậu tương là loại thực
phẩm duy nhất mà giá trị c ủa nó được đánh giá đồng thời cả prôtit và lipit.
Prôtein của đậu tương có phẩm chất tốt nhất trong số các prôtein có nguồn
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 4
gốc thực vật. Hàm lượng prôtein trong hạt đậu tương cao hơn cả hàm lượng
prôtein có trong cá, thịt và cao gấp 2 lần so với các loại đậu đỗ khác.
Trong hạt đậu còn chứa sắt, canxi, phốt pho và các thành phần chất xơ
tốt cho tiêu hóa. Vitamin trong đậu tương có nhiều nhóm B đáng kể là
vitamin B1, B2, B6, ngoài ra còn có vitamin E, acid pholic. So sánh với các
loại đậu khác, thì đậu tương có chứa các axit béo thiết yếu cao hơn, tổng số
chất béo chứa khoảng Đ/c%, thành phần cácbon hydrat chiếm 31%. Thành
phần có trong đậu tương được nhắc tới nhiều và giúp ích cho sức khỏe con
người gồm có phytosterols, lecithin, isoflavons và phytoestogen và những sản
phẩm ức chế phân hủy protein.
Ðiều cần lưu ý, trong đậu tương có hàm lượng protein khác với thịt động
vật như: trứng, thịt, cá, sữa bò ở chỗ có hai acid amin là methionin và
triptophan với lượng thấp (thông thường các loại protein được hình thành do
hơn 20 axit amin tạo nên). Do có thể sự thiếu hụt này ở hạt đậu tương nên khi
dùng làm thức ăn có thể được bổ sung thay thế bằng cystein - một loại acid
amin có chứa gốc sulfure giống methionin mà cơ thể có thể tổng hợp được,
hoặc bổ xung thêm bắp có chứa axít amin không thay thế như triptophan.
Giá trị công nghiệp: đậu tương là nguyên liệu của nhiều ngành công
nghiệp khác nhau như chế biến thức ăn chăn nuôi gia súc,chế biến thực phẩm,
nhưng chủ yếu đậu tương được dùng để ép dầu. Hiện nay trên thế giới đậu
tương là cây đứng đầu về nguyên liệu cho ép dầu, dầu đậu tương chiếm
khoảng 50% tổng lượng dầu thực vật.
Giá trị nông nghiệp: Đậu tương là nguồn thức ăn tốt cho gia súc, 1kg
hạt đậu tương đương với 1,38 đơn vị thức ăn chăn nuôi. Toàn cây đậu tương
(thân, lá, quả, hạt) có hàm lượng đạm khá cao nên các sản phẩm phụ như thân
lá tươi có thể làm thức ăn cho gia súc rất tốt, hoặc nghiền khô làm thức ăn
tổng hợp cho giá súc (Ngô Thế Dân và cộng sự, 1999). Cây đậu tương còn có
tác dụng cải tạo đất, tăng năng suất các cây trồng khác ở vụ sau. Điều này có
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 5
được là hoạt động cố định N2 của loài vi khuẩn Rhizobium cộng sinh trên rễ
cây họ Đậu. 1ha trồng đậu tương nếu sinh trưởng phát triển tốt sẽ để lại trong
đất từ 30-60Kg N (Phạm Văn Thiều, 2000). Trong hệ thống luân canh, nếu bố
trí cây đậu tương vào cơ cấu cây trồng hợp lý sẽ có tác dụng tốt với cây trồng
vụ sau, góp phần tăng năng suất cả hệ thống cây trồng đồng thời giảm chi phí
sản xuất.
1.1.2 Nghiên cứu về chọn tạo đậu tương
Trên thế giới hiện có hơn 170.000 mẫu giống đậu tương ở trên 70 quốc
gia. Có rất nhiều mẫu giống trong tập đoàn này đã được thuần hóa phục vụ
trực tiếp vào sản xuất. Chỉ có 10% mẫu giống dại được xem là mẫu giống đậu
tương có thể dùng được vì đậu tương rất khó kết hợp thành công trong các
chương trình lai tạo giống (Randall L. Nelson., 2009). Hiện nay nguồn gen
đậu tương được lưu giữ chủ yếu ở 15 nước trên thế giới: Đài Loan, Australia,
Trung Quốc, Pháp, Nigeria, Ấn Độ, Inđônêxia, Nhật Bản, Triều Tiên, Nam
Phi, Thụy Điển, Thái Lan, Mỹ và Liên Xô (cũ) (Trần Đình Long và cs, 2005).
Mỹ là nước có nhiều thành tựu trong nghiên cứu phát triển đậu tương,
họ có 560 mẫu giống đậu tương hoang dại và 9861 mẫu giống cây trồng.
Nguồn vật liệu phong phú này đã giúp Mỹ gặt hái nhiều thành công trong
chọn tạo giống đậu tương mới theo hướng năng suất cao và chống chịu sâu
bệnh hại. Mục tiêu của công tác chọn tạo giống đậu tương của Mỹ là chọn ra
những giống có khả năng thâm canh, phản ứng quang chu kỳ, chống chịu tốt
với điều kiện ngoại cảnh bất thuận, hàm lượng protein cao, dễ bảo quản và
chế biến (Johnson H.W. and Bernars R.L, 1976) . Mỹ đã lai tạo thành công
những giống đậu tương có hàm lượng protein cao (> 45%) và hàm lượng dầu
(> 25%) và đã được sử dụng rộng rãi trong công, nông nghiệp (Ngô Thế Dân,
Trần Đình Long, Trần Văn Lài và cs, 1999). Bằng cách lai tạo, các nhà chọn
giống của Mỹ đã tạo ra giống đậu tương năng suất cao nổi tiếng như: Clark
63, Harosey... với năng suất đạt 3,0 - 4,0 tấn/ha. Cũng bằng phương pháp lai
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 6
tích luỹ, ở Mỹ đã thành công trong việc đưa gen kháng bệnh vào giống đậu
tương năng suất cao (Shibles R, 1955).
Trung Quốc, đã áp dụng khoa học kỹ thuật trong lai hữu tính và nhập
nội giống với nguồn gen đậu tương khá phong phú. Bằng phương pháp lai
hữu tính đã tạo ra các giống đậu tương có năng suất cao, phẩm chất tốt và có
khả năng chống chịu bệnh khá trên diện tích sản xuất đại trà. Bằng phương
pháp đột biến thực nghiệm đã tạo ra giống Tiefeng18 do xử lý bằng tia
gamma có khả năng chịu được phèn cao, không đổ, năng suất có hệ rễ tốt,
lóng ngắn, nhiều cành, chịu hạn, khả năng thích ứng rộng.
Đài Loan bắt đầu chương trình chọn tạo giống đậu tương từ năm
1961 và đã đưa vào sản xuất các giống Kaoshing 3, Tainung 3, Tainung 4
cho năng suất cao hơn giống khởi đầu và vỏ quả không bị nứt. Đặc biệt
giống Tainung 4 được dùng làm nguồn gen kháng bệnh trong các chương
trình lai tạo giống ở các cơ sở khác nhau như trạm thí nghiệm Major (Thái
Lan), trường Đại học Philipine (Vũ Tuyên Hoàng, Trần Minh Nam và cs,
1995). Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau màu Châu Á (AVRDC) đã
thành công trong việc tạo ra giống đậu tương cao sản, chống chịu bệnh khá
như: SJ4, SJ5... (Yang W, 1993).
Gần đây, một số nước có nền nông nghiệp tiên tiến đã áp dụng chỉ thị
phân tử trong chọn tạo giống (MAS: Marker Assisted Selection). Thành công
nổi bật nhất có thể kể đến là sử dụng giống đậu tương kháng thuốc trừ cỏ bằng
công nghệ chuyển gen, phần lớn diện tích đậu tương trong ở Mỹ và các nước
Nam Mỹ đều là giống đậu tương chuyển gen. Úc đã áp dụng công nghệ tế bào
để phân lập được gen chịu hạn thành công.
Những thành tựu về giải mã hệ gen của cây trồng chủ lực như lúa,
ngô, đậu tương... tuy nhiên hơn 50% gen chưa biết chức năng trong từng hệ
gen. Nghiên cứu về đậu tương người ta xây dựng một chương trình giải mã
gen chức năng đã và đang nỗ lực hợp nhất nguồn lực cho nghiên cứu hệ gen
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 7
chức năng ở đậu tương. Theo nghiên cứu của PerterM. Gresshoff (2007), đại
học Queesland, Úc đã sử dụng nhiều công cụ để nghiên cứu gen đậu tương.
Nhiều QTLs điều khiển các tính trạng kháng bệnh, cấu trúc rễ, hàm lượng
giàu và protein đã được phát hiện liên kết với các chỉ thị phân tử đồng trội
cho phép chọn tạo giống thông minh. Bản đồ phân tử đậu tương đã thiết lập
ở tất cả các vị trí của 1110 megabase bộ genome. Thương mại hóa
“Affymetrix genechip để phân tích 37000 gen đậu tương. Tại đây đã thành
công trong việc nhân vô tính (cloning) đoạn đầu tiên của bất kỳ gen đậu
tương nào (Perter et al.,2007).
1.2. Bệnh gỉ sắt đậu tương, sự phát triển của bệnh và những thiệt hại về
năng suất
1.2.1 Bệnh gỉ sắt trên cây đậu tương(Phakopsora pachyrhizi sydow)
Bệnh gỉ sắt gây ra là một trong những bệnh chính trên cây đậu tương
(Glycine max) ở Châu Á và gây thiệt hại đáng kể về năng suất ở khắp các
nước sản xuất đậu tương. Hầu hết các nước nhiệt đới và cận nhiệt đới đều ghi
nhận có sự xuất hiện của bệnh gỉ sắt đậu tương địa phương (Sinclair, 1989).
Bệnh gỉ sắt là bệnh hại quan trọng trên cây đậu tương do nấm Phakopsora
pachyrhizi sydow, thuộc họ malampsoracea, bộ Uredinales. Đây là kí sinh
chuyên tính, chỉ sống trên cây đậu tương (Green 1984).
Về mầm bệnh, bệnh gỉ sắt ở đậu tương do hai loài nấm là Phakopsora
pachyrhizi và Phakopsora meibomiae gây ra. Loài nấm gỉ sắt ở Châu Á
Phakopsora pachyrhizi là loại gây hại nhất cho đậu tương và có độc tính cao
hơn loài Phakopsora meibomiae. Nấm gỉ sắt là mối quan tâm của nhiều loài
khoa học trên thế giới cũng như Việt Nam. Nấm gỉ sắt là loại nấm ký sinh phá
hủy lớp tế bào bao bọc làm cho cây bị thoát hơi nước mạnh, các bộ phận
cung cấp nước không thể cung cấp đủ số nước bị mất, dẫn đến mất cân bằng
giữa lượng nước hút vào và lượng nước thoát hơi, kết quả lá bị vàng ,cây đậu
tương bị héo.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 8
Nấm gỉ sắt được phát hiện đầu tiên ở Nhật bản năm 1902 và lần lượt
được ghi nhận ở Đông Nam Á và Australia năm 1934 (Kochman 1977), Ấn
Độ năm 1951 (Sharma và Mehta 1996), Hawaii năm 1994 (Killgore and Heu
1994), Châu Phi năm 1996 (Akinsanmi 2001). Nam Mỹ ghi nhận bệnh hại
năm 2001 tại Paraguay (Paiva and Yorinori 2002) và Brazil (Yorinori et al.
2005). Tiếp sau năm đó bệnh hại được thông báo ở Argentina, Bolivia và
Colombia (Rossi et al.,2003). Năm 2004, bệnh gỉ sắt đậu tương được công bố
đầu tiên ở nước Mỹ (Schneider el al. 2005). Những nghiên cứu đã chỉ ra rằng
bệnh này là nguyên nhân làm giảm năng suất cây đậu tương từ 10- 80%.
Theo Ono el al.(1992) nấm Phakopsora pachyrhizi và Phakopsora
meibomiae có phạm vi gây hại rộng, là ký sinh có khả năng sinh bào tử trên
31 loài trong 17 chi của cây họ đậu. Nấm gỉ sắt đậu tương có khả năng lây
nhiễm từ ký chủ hoang dã sang một loạt các loài thực vật họ đậu trong điều
kiện nhà kính nhân tạo (Jarvie et al.,2009). Đánh giá gần đây nhất đã xác định
được các loài vật chủ mới gồm 25 chi, trong đó có 12 chi chưa được báo cáo
từ trước (Slaminko et al. 2008).
1.2.2 Ảnh hưởng điều kiện ngoại cảnh đến bệnh gỉ sắt
Trong một khảo sát về vùng trồng và mùa vụ, sự phát triển của bệnh gỉ
sắt thay đổi tuỳ theo biểu đồ lượng mưa thông thường và phát triển nhanh
nhất tại các vùng có có biểu đồ lượng mưa không đồng đều (Tschanz, 1982).
Vào các mùa có lượng mưa thấp, sự phát bệnh của bệnh gỉ sắt bị giảm và tốc
độ phát triển bệnh chậm lại.
Việc có mưa hằng ngày thúc đẩy bệnh gỉ sắt phát triển sớm và nhanh.
Các nghiệm thức được tưới từ trên ngọn cây bị bệnh gỉ sắt nhiều hơn so với
những cây trong các nghiệm thức tưới theo rãnh hoặc không tưới nước. Cần
có mưa cho sự phát triển sớm của bệnh gỉ sắt dù cây đậu tương đã được tưới
từ trên ngọn. Kết quả cho thấy lượng mưa là yếu tố cần thiết hơn để tăng
cường bệnh gỉ sắt so với tần suất và cường độ của thời kỳ nhiễm bệnh.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 9
1.2.3 Tính biến chủng của nấm Phakopsora pachyrhizi
Ba dạng nhiễm đã được mô tả gồm: (1) thương tổn TAN là các đốm
màu nâu nhạt có kích thước khoảng 0,4 mm2 và mang 2 – 4 cụm hạ bào tử;
(2) thương tổn RB là các đốm màu nâu đỏ kích thước khoảng 0,4 mm2 và
mang 0 – 2 cụm hạ bào tử; và (3) không có các dấu hiệu hay triệu chứng nhìn
thấy được (Bromfield , 1984). Dựa trên các kiểu nhiễm này, các nòi gây bệnh
đã được mô tả và Yeh (1983) đã xác định ba nòi thông qua nuôi cấy 50 cụm
hạ bào tử đơn.
Ngoài ra, có ít nhất một nòi từ Đài Loan được ghi nhận là có mang ba
gene gây độc tính (Bromfield,1981; Bromfield và Melching, 1982). Trong
một nghiên cứu khác (AVRDC, 1985), 42 thể phân lập đã tinh sạch được
nhiễm lên các dòng Ankur, PI 200492, PI 230970, PI 230971, PI 239871A, PI
239871B, PI 459024, PI 459025, TK-5, TN-4 và Wayne. Hầu hết các thể
phân lập đều gây thương tổn TAN trên ít nhất bảy dòng và những thể này
được phân loại thành chín nòi khác nhau. Số liệu cho thấy các nòi áp đảo có
đặc tính phức tạp và những nòi này có nhiều yếu tố gây độc để có thể tương
hợp với hầu hết các dòng cây ký chủ. Các thể phân lập khác từ Đài Loan
cũng được ghi nhận là gây bệnh gỉ sắt trên tất cả các nguồn giống đã biết hoặc
nghi ngờ mang tính kháng chuyên biệt bao gồm PI200492, PI 230970, PI
339871, PI 459025 và PI 462312 (Tschanz và cs., 1986). Việc P. pachyrhizi
mang nhiều gene độc tính là không bình thường bởi vì không có dòng đậu
nành đã biết nào mang nhiều hơn một gen kháng chuyên biệt (Tschanz và cs.,
1986). Sự hiện diện của nhiều gen độc tính trong quần thể gây bệnh và việc
không có nhiều gen kháng chuyên biệt trong cây ký chủ làm gia tăng khả
năng nhiễm bệnh của cây.
1.2.4 Sự phát triển của bệnh gỉ sắt (P. pachirhizi) và những thiệt hại kinh tế
1.2.4.1Chu kỳ gây bệnh
Vòng đời của 2 loài nấm này khác so với các nấm khác. Thay vì có 5
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 10
giai đoạn trong vòng đời như các nấm khác trong bộ Urediales, P. pachirhizi
có 2 giai đoạn hiện diện trong vòng đời đó là bào tử đông và bào tử hạ
(Bromfield, 1984). Đảm và bào tử đảm cũng đã được quan sát thấy nhưng ở
điều kiện trong phòng thí nghiệm (Saksirirat and Hoppe, 1991). Vì vậy P.
pachirhizi thường sinh sản theo kiểu sinh sản vô tính thông qua giai đoạn bào
tủ đông. Không giống với hầu hết các nấm gỉ sắt khác là xâm nhiễm vào cây
ký chủ thông qua khí khổng và lỗ mở tự nhiên, bào tử đông của nấm P.
pachirhizi tạo ra đĩa áp bao quanh lớp biểu bì và xâm nhập trực tiếp qua lớp
vỏ cutin bằng sợi nấm sau 20 giờ lây nhiễm. (Bonde, 1976 ; Mc Lean, 1979 ;
Koch, 1977 ; Koch và Hoppe, 1988). Sự nảy mầm của bào tử thích hợp nhất
khi có giọt nước và ẩm độ bão hoà trong 12 giờ và trong điều kiện che tối
trong 24 giờ. Bệnh gỉ sắt cũng thích hợp trong điều kiện thời tiết mát với nhiệt
độ từ 15 – 30o C (Bromfield, 1986). Triệu chứng sẽ xuất hiện sau 7 – 9 ngày
sau khi bào tử đông nảy nầm trên lá. 9 ngày sau khi xâm nhiễm, bào tử đông
có thể được tạo ra và quá trình này có thể kéo dài trong 3 tuần. Bào tử đông
thứ cấp có thể phát triển bên viền của các bào tử ban đầu và có thể tồn tại
trong vòng 8 tuần (Bond, 1976 ; Bromfield, 1984).
1.2.4.2 Dấu hiệu và triệu chứng bệnh
Nấm gỉ sắt chỉ phát triển trên tế bào và có mặt hầu hết các vụ cây
trồng, nhưng bệnh phát sinh và phá hại nặng nhất trong vụ đậu tương xuân.
Bệnh gây hại nặng nhất ở lá nhưng cũng có thể phát triển trên thân, cành,
quả. Lúc đầu trên lá xuất hiện những điểm nhỏ màu hơi vàng nổi gờ, sau đó
vết bệnh to dần, ở giữa màu vàng nâu xung quanh có quầng vàng hẹp, vết
bệnh mở rộng đường kính tới 2 mm. Điểm gờ nhỏ là khối bào tử, thường ở
mặt dưới lá, còn mặt trên lá chỗ vết bệnh có màu vàng nâu, nhưng cũng có
khi khối bào tử hạ xuất hiện cả hai mặt. Bệnh thường xuất hiện trên những
lá bánh tẻ, bệnh có thể hại thân và quả. Bệnh nặng làm lá khô cháy, rụng
sớm, quả nhỏ khô và lép.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 11
H. 1(A). Vết bệnh lúc ban đầu
H.1(B).Phakopsora pachyrhizi: Vết bệnh
biểu hiện (TAN)
H. 1(C). Phakopsora pachyrhizi: Vết
bệnh (dạng TAN ) với một số bào tử
H. 1(D). Phakopsora pachyrhizi: Vết bệnh đỏ nâu
H. 1(E). Phakopsora pachyrhizi: vết bệnh
H. 1(F). Phakopsora pachyrhizi : Vết
(Dạng RB) với1- 2 bào tử.
dạng RB
bệnh RB không có bào tử.
Hình 1.1. Các dạng vết bệnh do nấm P. pachyrhizi gây hại trên lá đậu tương
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 12
Bệnh biểu hiện sớm nhất của bệnh là những chấm màu trong phiến lá,
cỡ 1mm, sau lớn dần và chuyển màu vàng rồi nâu, đạt tới kích thước từ 2-5
mm. Các vết bệnh có thể phát triển rộng và liên kết với nhau thành từng
mảng, làm cho phiến lá bị rách. Ở mặt dưới lá nơi có vết bệnh, xuất hiện lớp
bột màu mâu đó là hạ bào tử của nấm. Các thể bào từ sẽ được phóng thích từ
các lỗ nhỏ hoặc vết rách trên lá. Bệnh gỉ sắt phát sinh trên lá già gần mặt đất,
sau đó lan nhanh lên các bộ phận phía trên của cây. Tác hại của bệnh gỉ sắt là
làm cho lá đậu tương không quang hợp được, gây rụng lá, làm cho giảm năng
suất quả, tỷ lệ hạt lép cao. Từ khi cây đậu tương có 5-6 lá và nhất là khi cây
bắt đầu ra hoa, bệnh xâm nhiễm mạnh và sau đó phát triển kéo dài cho đến lúc
thu hoạch. Nấm xâm nhiễm vào quả làm quả phát triển không bình thường.
Do đó mà năng suất và phẩm chất hạt đậu tương giảm sút nghiêm trọng.
Những ruộng bị bệnh nặng hầu như không cho thu hoạch. Bệnh gỉ sắt thường
tập trung cao điểm vào vụ xuân từ tháng 3 và tháng 4 khi nhiệt độ đạt được
từ 20 -28 độ và cây có từ hai – ba lá kép đến khi thu hoạch quả.
Việc kiểm tra bệnh dịch gỉ sắt đã cung cấp những thông tin quan trọng
về cách thức bệnh phát triển. Có nhiều cách sắp xếp khác nhau để xếp hạng
bệnh gỉ sắt, bao gồm sử dụng hệ thống ghi chú ba con số (Yang et al., 1977),
hệ thống chia độ Horsfall-Barratt (Tschanz và Wang, 1980) và phần trăm diện
tích lá bị nhiễm (Hartman và cs., 1991). Phản ứng của đậu tương đối với nấm
P. pachyrhizi được nhiều hội nghị quốc tế xác nhận là có 2 kiểu phản ứng
chính là:1.TAN: Vết bệnh mầu nâu vàng có từ 2 đến 5 bào tử đặc trưng cho
giống nhiễm bệnh; 2.RB: Vết bệnh mầu nâu đỏ có từ 0 đến 2 bào tử biểu hiện
giống kháng bệnh (Bromfield &Melching,1982).
Ngoài cách đánh giá trên lá, các đánh giá dựa trên sự rụng lá cũng rất
quan trọng. Các cách đánh giá này thường được tiến hành bằng cách đến số
đốt có và không có lá trên các ô đối chứng và các ô bị bệnh gỉ sắt. Một số
báo cáo đã sử dụng mô khoẻ mạnh hay diện tích lá xanh để so sánh giữa
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 13
các công thức (Hartman và cs., 1991; Yang và cs., 1991). Việc đánh giá
phải được thực hiện nhiều lần trong suốt mùa sinh trưởng để có đủ số liệu
cho phân tích tiến triển bệnh. Hầu hết các báo cáo đều sử dụng các dữ liệu
về tiến triển diện tích lá bệnh hoặc lá xanh để xác định diện tích bên dưới
đường cong (hay chỉ số tích luỹ bệnh theo thời gian AUDPC) để đưa ra các
so sánh thống kê giữa các công thức có hoặc không sử dụng thuốc diệt nấm
hay kiểm tra các dòng / giống khác nhau. Dựa trên chu kỳ sương và nhiệt
độ, người ta thiết lập một mô hình mô phòng để đánh giá bệnh dịch gỉ sắt
đậu tương (Yang và cs., 1991).
1.2.4.3 Những thiệt hại về kinh tế
Theo các nhà nghiên cứu bệnh gỉ sắt là nguyên nhân gây giảm năm
suất từ 10- 80%. Tại các nước Châu Á cũng ghi nhận và thông báo về tình
hình gây hại của bệnh gỉ sắt trên cây đậu tương . Sinclair và Hartman (1999)
thông báo bệnh gỉ sắt là nguyên nhân giảm năng suất,chất lượng từ 10%- 40%
tại Thái Lan, 10%- 90% ở Ấn Độ, 10%- 50% ở Trung Quốc, 23- 90% ở Đài
loan, 40% tại Nhật Bản. Tại Australia, bệnh làm mất mùa từ 60- 70% trên
đồng ruộng và 90% trong điều kiện nhà lưới nhà kính (Ogle et al.1979). Ở
nước Mỹ, bệnh hại xuất hiện đầu tiên trong vụ hè thu (tháng 10- 2004)
(Schneider et al. 2005).
Bệnh lan rộng, phổ biến ở hầu hết các vùng trồng đậu tương trên thế
giới. Ở đông bán cầu bệnh có thể giảm năng suất trung bình từ 10-30%, có
nơi trên 50% (Bromfield, 1980; Green, 1984). Ở Việt Nam có vụ bị hại nặng
mất mùa đến 81% (Trung tâm đậu đỗ Định Trương, 1985). Ở Châu Phi, tại
Zimbawea thiệt hại năng suất có thể lên đến 80%, ở vùng độc canh là 100%.
Ở Đài Loan, bệnh gỉ sắt có thể gây thiệt hại nghiêm trọng trên cây đậu
tương không được bảo vệ bằng thuốc trị nấm và ở một số vùng, bệnh gỉ sắt là
một yếu tố làm giới hạn việc sản xuất đậu tương vụ xuân. Do sự thiếu thông
tin về bệnh gỉ sắt đậu tương ở Tây Bán cầu và nguy cơ tiềm năng ảnh hưởng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 14
đến việc sản xuất đậu tương ở Mỹ, Bộ Nông nghiệp Mỹ, Phòng thí nghiệm
Nghiên cứu Bệnh Thực vật và Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Rau Châu
Á (AVRDC) đã khởi động một dự án hợp tác vào năm 1978 để nghiên cứu
dịch tễ học của bệnh gỉ sắt đậu nành. Ngoài ra, FAO đã thiết lập một mạng
lưới nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu tương liên kết các nước Châu Á (khuyết
danh, 1992). Chương trình quốc gia của Thái Lan đã và đang tiến hành các
nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu nành với các chương trình lai giống chủ động
kéo dài hơn 10 năm qua (Nuntapunt và cs., 1984; 1994). Ở Indonesia, bệnh gỉ
sắt được xem là loại bệnh nghiêm trọng nhất trên cây đậu tương và đã lan
rộng, xuất hiện cả ở mùa mưa và mùa khô. Các hoạt động nghiên cứu ở
Indonesia bao gồm cải thiện tính kháng cây ký chủ, thử nghiệm thuốc trị nấm,
sự tồn lưu của hạ bào tử trên đồng ruộng, quản lý bệnh gỉ sắt thông qua trồng
thử nghiệm và các nghiên cứu về sự phát tán bào tử. Các phát hiện về bệnh ở
Nam mỹ năm 2001 và Acgentina năm 2002 cho thấy loài nấm P. pachyrhizi
vẫn đang lan tràn sang các vùng địa lý mới và ảnh hưởng nghiêm trọng đối
với năng suất đậu tương tại Mỹ. Ở Brazil, bệnh này gây thiệt hại 1,2 tỷ đô la
chỉ riêng trong năm 2003. Tại các nước này bệnh đã trở thành dịch, năng suất
đậu tương có thể giảm từ 10%- 80%.
Thiệt hại về năng suất đến 80% đã được ghi nhận vào những vụ trồng
khảo nghiệm ở nhiều nước ở Châu Á và ở Úc. Những cây bị nhiễm nặng có ít
quả hơn và hạt nhẹ hơn (Hartman và cs., 1991; Yang và cs., 1991). Năng suất
thị trường thậm chí còn thấp hơn do chất lượng hạt kém (Tschanz và Wang,
1980). Các thông số bệnh và thành phần năng suất: hướng đến việc xác định
các thông số bệnh như diện tích lá bị nhiễm, sự rụng lá, số vết bệnh, và chỉ số
tích luỹ bệnh theo thời gian tác động đến thành phần năng suất. Yang và cộng
sự (Yang và cs., 1991) đã chuyển ngược diện tích tương đối phía dưới đường
cong tiến triển bệnh thành tỉ lệ sinh trưởng của hạt, khoảng thời gian sinh
trưởng của hạt từ giai đoạn R4 – R7 và năng suất. Hartman và cộng sự
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp
Page 15
