Tài liệu Phát triền nguồn vật liệu đậu cô ve (phaseolus vulgaris l.) phục vụ chương trình chọn tạo giống năng suất cao, chịu nóng và chống bệnh gỉ sắt

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ NGỌC PHÁT TRIỂN NGUỒN VẬT LIỆU ĐẬU CÔ VE (PHASEOLUS VULGARIS L.) PHỤC VỤ CHƯƠNG TRÌNH CHỌN TẠO GIỐNG NĂNG SUẤT CAO, CHỊU NÓNG VÀ CHỐNG BỆNH GỈ SẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP - 2017 HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM PHẠM THỊ NGỌC PHÁT TRIỂN NGUỒN VẬT LIỆU ĐẬU CÔ VE (PHASEOLUS VULGARIS L.) PHỤC VỤ CHƯƠNG TRÌNH CHỌN TẠO GIỐNG NĂNG SUẤT CAO, CHỊU NÓNG VÀ CHỐNG BỆNH GỈ SẮT Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 01 11 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Vũ Văn Liết HÀ NỘI - 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận án là trung thực, khách quan và chƣa từng dùng để bảo vệ lấy bất kỳ học vị nào. Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận án đã đƣợc cám ơn, các thông tin trích dẫn trong luận án này đều đƣợc chỉ rõ nguồn gốc. Hà Nội, ngày… tháng… năm 2017 Tác giả luận án Phạm Thị Ngọc i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án, tôi đã nhận đƣợc sự hƣớng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cô giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Nhân dịp hoàn thành luận án, cho phép tôi đƣợc bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới GS.TS Vũ Văn Liết đã tận tình hƣớng dẫn, dành nhiều công sức, thời gian và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ môn Di truyền và chọn giống cây trồng, Khoa Nông học - Học viện Nông nghiệp Việt Nam đã tận tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể lãnh đạo, cán bộ viên chức Viện nghiên cứu và phát triển cây trồng, Dự án JICA-DCG, Bộ môn Công nghệ vi sinh – Khoa Công nghệ sinh học đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn gia đình, ngƣời thân, bạn bè, đồng nghiệp và các em sinh viên thực tập tốt nghiệp đã tạo mọi điều kiện thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tôi hoàn thành luận án./. Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2017 Nghiên cứu sinh Phạm Thị Ngọc ii MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt vi Danh mục bảng viii Danh mục hình xi Trích yếu của luận án xii Thesis abstract xiv PHẦN 1 MỞ ĐẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của đề tài 1 1.2 Mục tiêu của đề tài 3 1.3 Phạm vi nghiên cứu 3 1.4 Những đóng góp mới của đề tài 4 1.5 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4 PHẦN 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 5 2.1 Đa dạng di truyền nguồn gen cây đậu cô ve 5 2.1.1 Nguồn gốc và phân bố 5 2.1.2 Đa dạng di truyền nguồn gen đậu cô ve hoang dại 6 2.1.3 Đa dạng di truyền đậu cô ve trồng (giống bản địa và giống cải tiến) 7 2.1.4 Khai thác nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại 10 2.2 Chọn giống đậu cô ve chịu nóng 12 2.2.1 Phản ứng chịu bất thuận nóng ở cây trồng 13 2.2.2 Di truyền tính chịu nóng ở cây trồng 14 2.2.3 Di truyền tính chịu nóng ở đậu cô ve 17 2.2.4 Nguồn gen đậu cô ve chịu nóng 17 2.2.5 Công tác chọn giống đậu cô ve chịu nóng 18 2.3 Chọn giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 20 2.3.1 Đặc điểm của nấm U. appendiculatus gây hại trên đậu cô ve 20 2.3.2 Đa dạng và phân loại bệnh gỉ sắt trên đậu cô ve 23 2.3.3 Di truyền và đa dạng nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt ở đậu cô ve 26 iii 2.3.6 Chọn giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 35 3.1 Địa điểm nghiên cứu 35 3.2 Thời gian nghiên cứu 35 3.3 Vật liệu nghiên cứu 35 3.4 Nội dung nghiên cứu 36 3.5 Phƣơng pháp nghiên cứu 36 3.5.1 Nội dung 1: Thu thập và đánh giá đánh giá nguồn vật liệu đậu cô ve 36 3.5.2 Nội dung 2: Đánh giá năng suất và khả năng chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn từ tập đoàn 41 3.5.3 Nội dung 3: Lai tạo và chọn lọc dòng đậu cô ve năng suất, chịu nóng 42 3.5.4 Nội dung 4: Sàng lọc và tạo nguồn vật liệu đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 42 3.5.5 Phƣơng pháp phân tích kết quả thí nghiệm 44 3.5.6 Phƣơng pháp phân tích số liệu 46 PHẦN 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47 4.1 Thu thập và đánh giá nguồn vật liệu đậu cô ve 47 4.1.1 Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống đậu cô ve 47 4.1.2 Đánh giá đa dạng di truyền của các mẫu giống đậu cô ve thu thập dựa trên chỉ thị hình thái và chỉ thị phân tử 4.2 53 Đánh giá khả năng sinh trƣởng phát triển, năng suất và khả năng chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 59 4.2.1 Đặc điểm sinh trƣởng phát triển của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 60 4.2.2 Đặc điểm hình thái quả của 15 mẫu giống đậu cô ve 62 4.2.3 Đặc điểm hình thái hạt của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 63 4.2.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất quả tƣơi của 15 mẫu giống đậu cô ve 4.2.5 65 Đánh giá khả năng chống chịu với sâu bệnh hại tự nhiên của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 66 4.2.6 Đánh giá khả năng chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 68 4.3 Kết quả lai tạo và chọn lọc dòng đậu cô ve năng suất, chịu nóng 79 4.3.1 Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai 79 iv 4.3.2 Đánh giá biến động di truyền của một số tính trạng liên quan đến năng suất của các dòng bố mẹ 80 4.3.3 Kết quả lai tạo 82 4.3.4 Đặc điểm nông sinh học của các dòng đậu cô ve mới 83 4.3.5 Đặc điểm hình thái, chất lƣợng quả của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 85 4.3.6 Đặc điểm hình thái hạt của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87 4.3.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87 4.3.8 Đánh giá khả năng chịu nóng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 90 4.3.9 Khả năng chống chịu sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 93 4.4 Sàng lọc và tạo nguồn vật liệu đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 94 4.4.1 Nghiên cứu, sàng lọc mẫu giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt bằng lây nhiễm nhân tạo 4.4.2 94 Đánh giá phản ứng với nấm gỉ sắt trên đồng ruộng của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 97 4.4.3 Kiểm tra sự có mặt của các gen kháng gỉ sắt bằng chỉ thị phân tử 99 4.4.4 Tạo nguồn vật liệu mang gen kháng bệnh gỉ sắt 105 PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 108 5.1 Kết luận 108 5.2 Đề nghị 108 Danh mục các công trình đã công bố 109 Tài liệu tham khảo 110 Phụ lục 131 v DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt AFLP bp BPGV cDNA CGIAR CIAT Chữ viết đầy đủ Amplified Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc) Base pair (Cặp nucleotit – bazơ ni tơ) Portuguese Bank of Plant Germplasm (Ngân hàng nguồn gen cây trồng Bồ Đào Nha) complementary DNA (DNA bổ sung) Consultative Goup for International Agicultural (Tổ chức tƣ vấn nông nghiệp quốc tế) International Central for Topical Agiculture (Trung tâm Nông nghiệp nhiệt đới quốc tế) cM Centimorgan (Đơn vị chiều dài bản đồ di truyền) DNA Deoxyribonucleic Acid (Axit deoxyribonucleic EDTA Ethylene Diamine Tetra Acetic FAO Food and Agiculture Organization of the United Nations (Tổ chức Lƣơng thực và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc) GCV Genotypic Coefficient of Variation (Hệ số biến động kiểu gen) GMP Geometric Mean Productivity (Năng suất trung bình hình học) HII Heat Intensity Index (Chỉ số cƣờng độ nhiệt) HSI Heat Susceptibility Index (Chỉ số mẫn cảm nóng) Hsps Heat-shock proteins (Protein sốc nhiệt) HTI Heat Tolerance Index (Chỉ số chịu nóng) iPBS Interprimer binding sites IPCC IPGRI Isolate JICA Intergoverment Panel on Climate Change (Ủy ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu) International Plant Genetic Resources Institute (Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế) Mẫu bệnh thu thập Japan International Cooperation Agency (Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản) vi MAS Marker Assisted Selection (Chọn lọc nhờ chỉ thị phân tử) MP Mean Productivity (Năng suất trung bình) NILs Nearly Isogenic Lines (Dòng đẳng gen) NST Nhiễm sắc thể Nu Nucleotit NSLT Năng suất lý thuyết NSTT Năng suất thực thu OP Open pollinated (Thụ phấn tự do) PCR Polymerase Chain Reaction (Phản ứng chuỗi trùng hợp) PCV Phenotypic Coefficient of Variation (Hệ số biến động kiểu hình) PIC Polymorphic Information Content (Hàm lƣợng thông tin đa hình) QTL Quantitative Trait Loci (Vị trí tính trạng số lƣợng) RAPD RCBD RFLP SCAR SNPs Randomly Amplified Polymorphic DNAs (Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên) Randomized Complete Block Designs (Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh) Restriction Fragment Length Polymorphism (Đa hình chiều dài mảng phân cắt giới hạn) Sequence Characterized Amplified Region (Vùng khuếch đại trình tự đặc trƣng) Single Nucleotide Polymorphism (Đa hình của các nucleotide đơn) SSR Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản) TOL Tolerance (Chỉ số chống chịu) UPGMA USDA Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages (Phƣơng pháp nhóm cặp không trọng số trung bình toán học) United States Department of Agriculture (Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) vii DANH MỤC BẢNG STT 2.1 Tên bảng Trang Một số tính trạng quan trọng tìm thấy trong các loài cô ve thuần hóa và loài dại 2.2 11 Danh sách và hệ thống danh pháp phân loại chủng sinh lý của nấm gỉ sắt Uromyces appendiculatus tại Hội thảo Quốc tế lần thứ 3 năm 2002 tại Nam Phi 2.3 24 Thang điểm đánh giá mức độ nhiễm bệnh gỉ sắt trên đối tƣợng đậu cô ve theo phƣơng pháp của Stavely et al., 1983 2.4 25 Thang điểm đánh giá mức độ nhiễm bệnh gỉ sắt dƣới điều kiện đồng ruộng theo phƣơng pháp của Van Schoonhoven and Pastor-Corrales, 1987. 26 2.5 Một số giống đậu cô ve kháng gỉ sắt 33 3.1 Các giai đoạn phát triển của cây đậu cô ve 37 3.2 Phân nhóm hình dạng Quả dựa theo chiều dài và chiều rộng quả 38 3.3 Phân nhóm màu sắc hạt 38 3.4 Phân nhóm hình dạng hạt dựa theo tỉ lệ chiều dài/chiều rộng hạt 39 3.5 Thang điểm đánh giá mức độ nhiễm bệnh thối gốc, lở cổ rễ 40 3.6 Đánh giá cấp độ gây hại 40 4.1 Phân nhóm các mẫu giống đậu cô ve trong tập đoàn theo mục đích sử dụng 47 4.2 Phân nhóm các mẫu giống đậu cô ve trong tập đoàn theo một số đặc điểm hình thái hạt 4.3 48 Phân nhóm các mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu dựa trên một số tính trạng hình thái quả 4.4 49 Phân nhóm dựa theo các tính trạng năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất 50 4.5 Số alen và chỉ số PIC của 20 chỉ thị SSR 56 4.6 Danh sách 15 mẫu giống đậu cô ve đƣợc chọn lọc năm 2013 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.7 59 Thời gian qua các giai đoạn sinh trƣởng của 15 mẫu giống đậu cô ve trong vụ Đông 2013 và vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội viii 60 4.8 Một số đặc điểm sinh trƣởng phát triển và hình thái của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu 61 4.9 Đặc điểm hình thái quả của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu 62 4.10 Một số đặc điểm hình thái hạt của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu 64 4.11 Các yếu tố cấu thành năng suất của 15 mẫu giống đậu cô ve leo nghiên cứu trong vụ Đông 2013 và vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.12 Khả năng chống chịu sâu bệnh hại tự nhiên của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn trong vụ Đông 2013 và vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.13 65 67 Một số đặc điểm và tính trạng liên quan đến khả năng chịu nóng của 15 dòng đậu cô ve nghiên cứu trong vụ Xuân Hè năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.14 69 Độ hữu dục của hạt phấn của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu trong vụ Xuân Hè năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.15 Các chỉ số chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve dựa trên năng suất quả tƣơi trong năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.16 77 Hệ số tƣơng quan giữa các chỉ số chống chịu nóng tính theo năng suất cá thể quả tƣơi 4.19 77 Hệ số tƣơng quan giữa các tính trạng liên quan đến khả năng chịu nóng với năng suất hạt khô và các chỉ số chống chịu nóng 4.20 74 Hệ số tƣơng quan giữa các chỉ số chống chịu nóng tính theo năng suất cá thể hạt khô 4.18 73 Các chỉ số chống chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve tính theo năng suất hạt khô trong năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.17 70 78 Hệ số tƣơng quan giữa các tính trạng liên quan đến khả năng chịu nóng với năng suất quả tƣơi và các chỉ số chống chịu nóng 78 4.21 Một số đặc điểm của các mẫu giống chọn lọc là bố mẹ 79 4.22 Một số mô tả thống kê và thông số biến động di truyền của một số tính trạng liên quan đến năng suất của các các dòng bố mẹ 4.23 4.24 80 Hệ số tƣơng quan giữa phƣơng sai kiểu gen (nửa phía trên) và phƣơng sai kiểu hình (nửa phía dƣới) với các tính trạng năng suất 81 Đặc điểm hình thái của các dòng đậu cô ve thế hệ F4 83 ix 4.25 Thời gian qua các giai đoạn sinh trƣởng và đặc điểm sinh trƣởng của các dòng đậu cô ve thế hệ F4 trong vụ Xuân và Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 84 4.26 Một số đặc điểm hình thái quả của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 85 4.27 Một số chỉ tiêu chất lƣợng quả tƣơi của các dòng đậu cô ve mới lai tạo (điểm) 86 4.28 Một số đặc điểm hình thái hạt của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87 4.29 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng đậu cô ve mới lai tạo trong vụ Xuân và vụ Xuân Hè năm 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.30 Một số chỉ tiêu liên quan đến khả năng chịu nóng của các dòng đậu cô ve thế hệ F4 trong vụ Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.31 92 Khả năng chống chịu sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo trong vụ Xuân và Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.33 91 Một số chỉ số chịu nóng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo trong vụ Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 4.32 88 93 Kết quả lây nhiễm nhân tạo bào tử nấm gỉ sắt trên các mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 96 4.34 Đánh giá mức độ nhiễm bệnh gỉ sắt dựa trên diện tích lá bị bệnh 97 4.35 Đánh giá cấp độ bệnh gỉ sắt theo kích thƣớc cụm bào tử 98 4.36 Kết quả chạy PCR tìm 8 gen kháng gỉ sắt trên các mẫu giống đậu cô ve 103 4.37 Kết quả chạy PCR kiểm tra gen kháng Ur-11 ở các dòng đậu cô ve thế hệ F4 106 4.38 Một số đặc điểm nông sinh học của 2 dòng đậu cô ve F4 mang gen kháng gỉ sắt Ur-11 trong vụ Đông 2016 107 x DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1 Phân bố địa sinh thái hai vốn gen đậu cô ve 2.2 Sơ đồ tóm tắt phản ứng của thành tế bào với bất thuận nóng 14 2.3 Chu kỳ sống của nấm gỉ sắt đậu cô ve 22 2.4 Triệu chứng bệnh trên lá, thân và quả đậu cô ve 23 2.5 Vị trí chỉ thị OX11630 và OF101,050, biểu hiện khoảng cách di truyền (cM) liên kết với khối gen kháng bệnh gỉ sắt 2.6 6 28 Một phần bản đồ liên kết của đậu cô ve phát triển bằng chỉ thị AFLP và SCAR nhận biết gen Ur-13 29 2.7 Gen kháng trên nhóm di truyền 4, 8 và 11 của đậu cô ve 30 4.1 Sơ đồ quan hệ di truyền 60 mẫu giống nghiên cứu dựa trên chỉ thị hình thái 54 4.2 Kết quả chạy điện di sản phẩm PCR của 60 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu với chỉ thị BM200 4.3a 55 Sơ đồ quan hệ di truyền của 22 mẫu giống đậu cô ve thân bụi nghiên cứu xác định bằng chỉ thị SSR 4.3b 57 Sơ đồ quan hệ di truyền 38 mẫu giống đậu cô ve thân leo nghiên cứu xác định bằng chỉ thị SSR 58 4.4 Sơ đồ lai tạo các dòng đậu cô ve 82 4.5 Biều đồ năng suất cá thể của 11 dòng đậu cô ve mới lai tạo trong vụ Xuân và vụ Xuân Hè 2016 89 4.6 Ảnh thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo nấm bệnh gỉ sắt 95 4.7 Phản ứng với nấm gỉ sắt trên đồng ruộng 98 4.8 Ảnh điện di PCR 10 chỉ thị SCAR liên kết với 8 gen kháng gỉ sắt 4.9 Ảnh điện di sản phẩm PCR của 28 dòng đậu cô ve thế hệ F4 với chỉ thị SAE19 100 106 xi TRÍCH YẾU CỦA LUẬN ÁN Tên tác giả: Phạm Thị Ngọc Tên Luận án: Phát triển nguồn vật liệu đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) phục vụ chƣơng trình chọn tạo giống năng suất cao, chịu nóng và chống bệnh gỉ sắt. Chuyên ngành: Di truyền và Chọn giống cây trồng Mã số: 62 62 01 11 Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam Mục đích nghiên cứu Tạo lập tập đoàn công tác, phát triển và cung cấp nguồn vật liệu di truyền ƣu tú cho chƣơng trình chọn tạo giống đậu cô ve năng suất cao, chịu nóng và chống bệnh gỉ sắt cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam. Phƣơng pháp nghiên cứu - Các đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền của nguồn vật liệu đƣợc đánh giá theo phƣơng pháp đánh giá nguồn gen của IPGRI, 2001. Thí nghiệm đƣợc bố trí theo phƣơng pháp khảo sát tập toàn, 2 lần nhắc lại, diện tích ô thí nghiệm 5m2. - Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu nóng của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn từ tập đoàn đƣợc trồng trong 3 vụ là vụ Đông 2013, vụ Xuân 2014 và vụ Xuân Hè 2014. Phƣơng pháp đánh giá theo CIAT, 2012. - Thí nghiệm đánh giá phản ứng nhiễm bệnh gỉ sắt trên đồng ruộng của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn từ tập đoàn đƣợc trồng trong vụ Xuân 2015. Phƣơng pháp đánh giá theo phƣơng pháp của Van Schoonhoven and Pastor-Corrales (1987). - Thí nghiệm đánh giá các dòng đậu cô ve thế hệ F4 mới lai tạo đƣợc trồng trong vụ Xuân và vụ Xuân Hè 2016. Các thí nghiệm đƣợc bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), 2 lần lặp lại, mỗi ô 5m2. - Phƣơng pháp chỉ thị phân tử: sử dụng chỉ thị phân tử SSR đánh giá đa dạng di truyền, chỉ thị SCAR dò tìm gen kháng bệnh gỉ sắt, ADN đƣợc chiết tách theo phƣơng pháp của Doyle and Doyle (1990) có cải tiến, phản ứng PCR khuyếch đại và điện di trên gel agarose 4%. - Phƣơng pháp lây nhiễm nấm gỉ sắt nhân tạo: đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp của Ariarathne và Pradeep Nuwan (2001) và có thay đổi cho phù hợp với điều kiện thí nghiệm. - Phƣơng pháp lai: lai tạo theo phƣơng pháp truyền thống: Lai hữu tính, lai đơn khử đực và thụ phấn bằng tay, cách ly bằng bao cách ly. xii Các kết quả chính và kết luận: 1) Thu thập đƣợc 60 mẫu giống đậu cô ve khá đa dạng bao gồm 2 loại hình sinh trƣởng là thân bụi (22 mẫu giống) và thân leo (38 mẫu giống) với 2 loại hình sử dụng: ăn quả tƣơi và ăn hạt, 3 nhóm màu sắc quả (xanh, vàng, tím) và 8 nhóm màu sắc hạt. Trên cơ sở dữ liệu đặc điểm nông sinh học kết hợp với sử dụng chỉ thị phân tử SSR đã phân nhóm di truyền của của 60 mẫu giống trong tập đoàn công tác. Dựa trên dữ liệu về đặc điểm nông sinh học đã phân chia tập đoàn thành 4 nhóm với hệ số tƣơng đồng di truyền dao động từ 0,1 đến 0,5. Dựa trên 15 chỉ thị phân tử SSR cho đa hình đã phân chia 22 mẫu giống đậu cô ve thân bụi thành 2 nhóm với hệ số tƣơng đồng di truyền từ 0,52 đến 1,0 và 38 mẫu giống đậu cô ve thân leo cũng đƣợc phân thành 2 nhóm với hệ số tƣơng đồng di truyền từ 0,55 đến 1,0. Đây là nguồn vật liệu di truyền khá đa dạng phục vụ chƣơng trình chọn giống đậu cô ve ở Việt Nam. 2) Chọn đƣợc 15 mẫu giống từ tập đoàn thu thập để đánh giá sàng lọc cho chọn giống. Đã nhận biết 3 mẫu giống có tiềm năng năng suất cao là CV05, CV07 và CV22; 4 mẫu giống có khả năng chịu nóng khi trồng trong vụ Xuân Hè là CV41, CV42, CV67 và CV69; 1 mẫu giống kháng với mẫu bệnh gỉ sắt thu thập là DLO22. 3) Từ kết quả đánh giá mức độ phản ứng với nấm bệnh gỉ sắt của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn từ tập đoàn thu thập thông qua thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo, khảo sát trên đồng ruộng kết hợp với kiểm tra sự có mặt của các gen kháng gỉ sắt bằng 10 chỉ thị SCAR cho thấy Ur-11 là gen kháng với các mẫu bệnh gỉ sắt thu thập tại Việt Nam. 4) Sử dụng các dòng đậu cô ve chịu nóng trong lai giống, đã chọn đƣợc 5 dòng đậu cô ve thế hệ F4 là BH1, BH2, BH3, BH4 và BH11 có năng suất cao và chịu nóng, thích hợp với vụ Xuân Hè ở miền Bắc. 5) Sử dụng dòng đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt trong lai giống đã chọn đƣợc 2 dòng F4 mang gen kháng gỉ sắt Ur-11 đó là BR8/15/16 và BR11/38/27 có khả năng chống chịu với chủng gỉ sắt ở miền Bắc Việt Nam. xiii THESIS ABSTRACT PhD. candidate: PHAM THI NGỌC Thesis title: Development of the common bean (Phaseolus vulgaris L.) germplasm for variety breeding with high yield, heat tolerance and rust resistance. Major: Plant Genetics and Breeding Code: 62.62.02.11 Education organization: Vietnam National University of Agriculture Research Objectives: To creat common bean working collection to develop common bean germplasm to identify new promising lines with high yield, tolerance to heat temperature and rust resistance for common bean breeding in the North of Vietnam. Materials and Methods: Characterization of gene resources using method of IPGRI, 2001 (International Plant Genetic Resources Institute) including 60 accessions from domestic and exotic germplasm collection. Evaluation of germplasm accessions in the field experiment which is laid out as the simple lattice design with 2 replications, the area of plots: 5 m2 (1 x 5m). Characterization and screening for heat tolerance genotypes on the field experiment is used by method of CIAT (2012). Evaluation of genotypes for rust resistant on the field experiment is used by method of Van Schoonhoven and Pastor-Corrales (1987) Evaluation of genotypes for rust resistant in geenhouse was implemented by Ariarathne and Pradeep Nuwan (2001) method with modifying. Using SSR marker to evaluated diversity, and SCAR marker detected genes resistance to rust, DNA was extracted according to Doyle and Doyle method (1990) with modified, amplified DNA fragments and Amplification products were separated in 4% agarose gel containing 10 µg ethidium bromide/ml, visualized under UV light. Hybridization method is single cross between two parents and emasculated and pollinated technique by hand and utilization isolated by bag. Statistical analysis: the quantitative traits were analysed for various statistical parameters. mean, range, variances, correlations etc. Phenotypic and genotypic 2 coefficients of variation (PCV and GCV) for each trait were computed as PCV = (σ P/ mean) x 100, GCV = (σ2G/ mean) x 100 as per (Burton, 1952). Broad sense heritability was estimated as h2 (bs) = (σ2G / σ2P) x 100 as per Lush (1940). Heat Toletance Index is calculated by method of Fernandez (1993). Genetic similarity according to Nei and Li (1979). Software used are EXCEL 2013, IRRISTAT ver.5.0, and NTSYS-pc version 2.1 xiv (Rohlf, 2000). Main findings and Conclusions Scientific and practical significance: - Evaluated and identified genetic diversity of common bean germplasm collected from domestic and exotic - Identifying for heat tolerance and rust resistance in common bean germplasm which were collected from domestic and exotic and utilized for breeding progam of common bean. - Selected the elite lines from crosses with character of heat tolerance and rust resistance. Conclusions: - There were selected 60 accessions of common bean with two kinds of gowth habit (bush and climbing habit) and two kinds of consumption produce (snap bean and dry bean) with 3 goups of pod color (geen, purple and yellow) and 8 goups of seed color. This is valuable germplasm using for common bean breeding progam. - Identified bio-agonomical characteristics of collecting materials, classified genetic goups by phonotypical and molecular markers. This is basis data using for breeding of common bean. - Screening germplasm and selected 15 best accessions from germplasm among them there are 3 high yield accessions (CV05, CV07, CV22); 4 heat tolerant accessions (CV41, CV42, CV67 and CV69); 1 rust resistant accession (DLO22). - Combination of checked rust resistance genes to detect on the genome of 15 selected common bean accessions with the results of evaluation rust resistant accessions in geenhouse and in the field showed that Ur-11 gene can resist to rust isolates, that collected in the North of Vietnam. - Crossing and segment selecting were selected 5 high yield, heat tolerant lines which adapted with Spring – summer season in North of Vietnam including BH1, BH2, BH3, BH4 and BH11. - Selected 2 lines from F4 populations (BR8/15/16 and BR11/38/27) which contained Ur-11 gene resistance to rust isolates collecting from the North of Vietnam. xv PHẦN 1. MỞ ĐẦU 1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) đã đƣợc thuần hóa khoảng 8000 năm trƣớc đây ở châu Mỹ và ngày nay trở thành một loại thực phẩm chính trên phạm vi toàn thế giới. Bên cạnh việc cung cấp năng lƣợng, đậu cô ve còn là nguồn protein và dinh dƣỡng vi lƣợng cho con ngƣời. Nó đƣợc sử dụng rộng rãi ở các nƣớc đang phát triển bởi giá thành rẻ hơn protein động vật, lại có thể tồn trữ, bảo quản đƣợc thời gian dài hơn. Cũng nhƣ các loài cây họ đậu khác, đậu cô ve còn có giá trị to lớn về kinh tế và môi trƣờng do nó có khả năng cố định đạm nên trong quá trình canh tác loài cây trồng này có thể giảm bớt việc sử dụng phân bón hóa học - chìa khóa của vệ sinh an toàn thực phẩm và phát triển nông nghiệp bền vững (Castro-Guerrero et al., 2016). Với những giá trị to lớn của cây trồng này, đậu cô ve đã trở thành cây họ đậu quan trọng đƣợc trồng rộng rãi khắp trên thế giới, là nguồn dinh dƣỡng của hơn 300 triệu ngƣời, đặc biệt ở Đông Phi và Mỹ La Tinh đậu cô ve cung cấp 85% lƣợng protein và 32% năng lƣợng sinh học (Petry et al., 2015). Với sản lƣợng hàng năm khoảng 12 triệu tấn, Châu Mỹ La tinh là khu vực đứng đầu về sản xuất đậu cô ve, trong đó hai nƣớc sản xuất lớn nhất là Brazil và Mexico. Châu Phi là vùng quan trọng thứ 2, sản xuất khoảng 2,5 triệu tấn/năm, tập trung ở các nƣớc Uganda, Kenya, Rwanda, Burundi, Tanzania, và Congo. Ở châu Á, hai nƣớc có sản lƣợng lớn nhất là Ấn Độ và Trung Quốc với khoảng hơn 4 triệu tấn/năm. Ở Mỹ, đậu cô ve là cây trồng kinh tế quan trọng với diện tích trồng đậu cô ve lấy hạt là 769 nghìn ha năm 2012 và đã đem lại giá trị 1,5 triệu đô la (Petry et al., 2015; CGIAR, 2016). Theo CIAT (1991), cây đậu cô ve có đặc điểm chung là năng suất không ổn định do các yếu tố bất thuận phi sinh học nhƣ khí hậu thời tiết và đất đã ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển của cây. Cây đậu cô ve thƣờng đƣợc trồng dƣới điều kiện canh tác nhờ nƣớc trời, trong điều kiện đó bệnh hại là một yếu tố khiến năng suất thấp và không ổn định. Nông dân thƣờng trồng muộn hoặc sớm hơn để tránh bệnh hại và điều đó đã do đó ảnh hƣởng đến khả năng đậu quả của cây đậu cô ve do thời gian ra hoa rơi vào thời điểm thời tiết khí hậu không phù dẫn tới giảm tỉ lệ đậu quả khiến năng suất thấp. Luque and Creamer (2014) đã phối hợp với CIAT nghiên cứu nhận biết 1 những trở ngại chính và xu hƣớng sản xuất, tiêu thụ trong sản xuất đậu cô ve. Các tác giả đã đề xuất rằng cần chọn lọc giống với một số tính trạng nhƣ chống chịu điều kiện bất thuận, cải tiến năng suất, kháng sâu bệnh và sản phẩm phù hợp với yêu cầu thị trƣờng, cải tiến chất lƣợng dinh dƣỡng. Lima et al., 2015 cho rằng một giống đậu cô ve triển vọng phải tổ hợp đƣợc một số tính trạng mà ngƣời sản xuất và ngƣời tiêu dùng chấp nhận. Ở Brazil, ngƣời sản xuất yêu cầu phải có năng suất cao, cấu trúc cây phù hợp, kháng một số sâu bệnh chính và dạng hạt phù hợp với thị trƣờng, trong khi đó ngƣời tiêu dùng quan tâm đến tính trạng chất lƣợng hạt. Do vậy, một chƣơng trình chọn tạo giống cố gắng đáp ứng đƣợc những yêu cầu thị trƣờng (Lima et al., 2015). Nghiên cứu của Singh (2001) cũng kết luận sản xuất đậu cô ve trên thế giới bị hạn chế do gặp bất thuận sinh học và phi sinh học. Nền di truyền của các giống thƣơng mại ở mức hẹp và không phù hợp cho chống chịu bất thuận sinh học và phi sinh học. Để sản xuất đậu cô ve bền vững cần chọn tạo giống đậu cô ve có năng suất cao, chất lƣợng tốt, giảm phụ thuộc vào nƣớc tƣới, phân bón, thuốc trừ sâu bệnh và chi phí công lao động. Yêu cầu này đặt ra mục tiêu cải tiến giống bằng quy tụ các alen phù hợp từ các giống trồng, họ hàng hoang dại vào giống thƣơng mại ƣu tú. Cách tiếp cận của chƣơng trình tạo giống đậu cô ve gồm: (i) chuyển gen từ nguồn gen vào giống phổ biến trong sản xuất, (ii) quy tụ các allele phù hợp từ các nguồn khác nhau, và (iii) cải tiến đồng thời một số tính trạng năng suất, chất lƣợng và chống chịu. Ngày nay, với sự hỗ trợ của kỹ thuật phân tử có thể nhận biết và quy tụ gen chống chịu từ loài dại và giống bản địa vào nền di truyền ƣu tú một cách dễ dàng hơn (Gujaria-Verma et al., 2016). Griffiths (2009) khuyến cáo rằng đậu cô ve ăn quả là một cây trồng rất quan trong ở nhiều nƣớc, nó đem lại giá trị kinh tế và dinh dƣỡng cho ngƣời dân. Mặc dù vậy, bệnh gỉ sắt (Uromyces appendiculatus) và bất thuận phi sinh học nhƣ nhiệt độ cao đã hạn chế sản xuất đậu cô ve ở nhiều khu vực vùng nhiệt đới. Nâng cao khả năng chống chịu với nhiều chủng gỉ sắt cũng nhƣ thích nghi với nhiệt độ cao là chiến lƣợc chìa khóa trong tạo giống đậu cô ve ở các nƣớc nhiệt đới. Ở Việt Nam, Ngô Thế Dân và cs. (1999), Nguyễn Văn Thiết và cs. (2002), Trần Thị Trƣờng và cs. (2013) đã chỉ ra rằng sâu bệnh hại, thiếu giống cho năng suất cao, giống có khả năng chống chịu với sâu bệnh hại là những yếu tố chính gây hạn chế sản xuất cây đậu đỗ. Với cây đậu cô ve, công tác chọn tạo và phát triển giống còn rất hạn chế. Tính đến năm 2009 mới có 3 giống đậu cô ve đƣợc 2 công nhận giống là: giống đậu cô ve leo do Công ty Giống cây trồng miền Nam tuyển chọn từ giống đậu nhập nội của Đài Loan, đƣợc trồng phổ biến từ năm 1996; giống đậu cô ve leo hạt trắng, do Công ty Cổ phần Giống cây trồng miền Nam chọn lọc quần thể từ giống OP nhập nội của Ấn Độ, mở rộng sản xuất năm 2000; giống đậu cô ve lùn hạt trắng do Công ty cổ phần Giống cây trồng miền Nam chọn lọc quần thể từ giống OP nhập nội; mở rộng vào sản xuất năm 2000 (Phạm Đồng Quảng và cs., 2009). Viện nghiên cứu Rau quả cũng đã nhập nội và tuyển chọn đƣợc 2 giống đậu cô ve thân leo TL1 và giống đậu cô ve tím CVT02 (Trần Văn Lài và cs., 2005). Những giống có trong sản xuất hiện nay chủ yếu là giống nhập nội hoặc do các công ty nƣớc ngoài cung cấp, khả năng thích ứng với điều kiện nóng ẩm cũng nhƣ khả năng chống chịu bệnh kém (Phạm Đồng Quảng và cs., 2009). Nghiên cứu về đa dạng di truyền nguồn gen và bệnh gỉ sắt trên cây đậu đỗ ở Việt Nam Chu Hoàng Mậu và cs. (2011) đã nghiên cứu đa dạng nguồn vật liệu di truyền và kháng bệnh gỉ sắt trên cây đậu tƣơng hay nghiên cứu của Vũ Thanh Trà và cs. (2011) về mối quan hệ di truyền của một số giống đậu tƣơng Việt Nam có phản ứng khác nhau với bệnh gỉ sắt. Tuy nhiên, nghiên cứu vật liệu di truyền và kháng bệnh trên đậu cô ve còn rất hạn chế. Từ những đòi hỏi thực tiễn trên, việc phát triển vật liệu đậu cô ve để phục vụ cho công tác chọn giống có năng suất cao, chống chịu tốt với điệu kiện bất thuận và sâu bệnh là chiến lƣợc quan trọng trong chọn tạo giống đậu cô ve ở Việt Nam. 1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI Tạo lập tập đoàn công tác các mẫu giống đậu cô ve, chọn lọc và phát triển các dòng đậu cô ve mới theo hƣớng năng suất, chịu nóng và kháng bệnh gỉ sắt cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam. 1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu cơ sở về tập đoàn công tác cây đậu cô ve (60 mẫu giống) thu thập trong nƣớc và nhập nội. - Đánh giá chi tiết các mẫu giống tuyển chọn ở các mùa vụ về các đặc điểm nông sinh học, khả năng chịu nóng và kháng bệnh gỉ sắt. - Phát triển nguồn vật liệu các dòng đậu cô ve mới có khả năng chịu nóng và kháng bệnh gỉ sắt tại miền Bắc Việt Nam. 3