Tài liệu Chọn tạo và đánh giá các dòng dưa chuột địa phương tự phối

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM ---------- ---------- ĐÀM HƯƠNG GIANG CHỌN TẠO VÀ ĐÁNH GIÁ CÁC DÒNG DƯA CHUỘT ĐỊA PHƯƠNG TỰ PHỐI CHUYÊN NGÀNH : KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ SỐ : 60.62.01.10 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS. TRẦN THỊ MINH HẰNG HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng công bố trong bất kì công trình nào khác. Tôi xin cam đoan các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được làm rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn Đàm Hương Giang Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page i LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn, ngoài sự cố gắng và nỗ lực của bản thân, tôi đã nhận được sự hỗ trợ to lớn của nhà trường, sự quan tâm động viên giúp đỡ, những ý kiến đóng góp quý báu của các thầy cô giáo trong khoa Nông học nói chung và các thầy cô trong bộ môn Rau - Quả - Hoa cây cảnh của Học viện Nông nghiệp Việt Nam nói riêng. Để có được kết quả nghiên cứu này, người tôi trân trọng cảm ơn nhất là Tiến sỹ Trần Thị Minh Hằng, người trực tiếp hướng dẫn khoa học tận tình, chu đáo cho tôi trong thời gian nghiên cứu đề tài và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, anh chị em, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo điều kiện giúp tôi hoàn thành chương trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin trân trọng cảm ơn! 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 BẢNG vi DANH MỤC HÌNH viii NGUỒN GỐC CÁC DÒNG DƯA CHUỘT ĐỊA PHƯƠNG ix MỞ ĐẦU 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ 1 2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 3 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4 1.1. Nguồn gốc và phân bố cây dưa chuột 4 1.1.1. Nguồn gốc 4 1.1.2. Phân bố 5 1.2. Đặc điểm thực vật học của cây dưa chuột .............................................................. 5 1.2.1. Rễ 5 1.2.2. Thân 6 1.2.3. Lá 6 1.2.4. Hoa 6 1.2.5. Quả và hạt 8 1.3. Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh ................................................................................. 8 1.3.1 Nhiệt độ 9 1.3.2. Ánh sáng 9 1.3.3. Ẩm độ 10 1.3.4. Đất và dinh dưỡng 10 1.4. Tạo dòng dưa chuột tự phối 12 1.5. Đánh giá khả năng kết hợp chung bằng phương pháp lai đỉnh............................. 12 1.6. Tạo giống ưu thế lai ở cây dưa chuột 1.7. Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột trên Thế giới và ở Việt Nam ....... 14 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 13 Page iii 1.7.1. Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột trên Thế giới 14 1.7.2. Tình hình nghiên cứu về chọn tạo giống dưa chuột ở Việt Nam 16 Chương 2. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 20 2.1. Vật liệu, địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................... 20 2.1.1. Vật liệu nghiên cứu 20 2.1.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu 22 2.2. Nội dung nghiên cứu 22 2.3. Phương pháp nghiên cứu 22 2.3.1. Thiết kế thí nghiệm 22 2.3.2. Phương pháp tự phối. 22 2.3.3. Phương pháp lai đỉnh. 23 2.3.4. Phương pháp phân tích số liệu 24 2.3.5. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi. 25 2.4. Kỹ thuật trồng và chăm sóc 26 Chương 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. 28 Đánh giá khả năng phân ly các tính trạng của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 có nguồn gốc từ các mẫu giống dưa chuột địa phương các tỉnh đồng bằng, trung du và miền núi Bắc Bộ. 3.1.1. 29 Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng chủ yếu của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 . 3.1.2. 29 Đánh giá khả năng phân ly tính trạng kích thước lá mầm và lá thật của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 3.1.3. 31 Đánh giá khả năng phân ly các đặc điểm của lá của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 3.1.4. 36 Đánh giá khả năng phân ly kiểu sinh trưởng và chiều dài 15 đốt của các dòng dưa chuột tự phối đời I1 và I2 3.1.5. 49 Đánh giá khả năng phân ly một số tính trạng ra hoa của các dòng dưa chuột tự phối đời I2 3.1.6. Đánh giá khả năng phân ly một số tính trạng về quả của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 3.1.7. 53 69 Đánh giá khả năng phân ly tính trạng hình thái bề mặt vỏ và gai của các dòng tự phối đời I1, I2 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 81 Page iv 3.2. Kết quả tạo dòng dưa chuột tự phối đời I2 và I3 từ các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2. 3.3. 92 Kết quả lai tạo các tổ hợp lai đỉnh giữa các dòng dưa chuột tự phối đời I1 với Cuc71 và Lũng. 93 PHẦN V KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 97 5.1. Kết luận 97 5.2. Đề nghị 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 98 101 Page v DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang Bảng 2.1. Các dòng dưa chuột tham gia thí nghiệm 20 Bảng 2.2. Các dòng dưa chuột sử dụng để lai đỉnh với 2 vật thử Cuc71 và Lũng 21 Bảng 3.1. Thời gian qua các giai đoạn sinh trưởng chủ yếu của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 29 Bảng 3.2. Đánh giá khả năng phân ly kích thước lá mầm và lá thật của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 Bảng 3.3. 31 Đánh giá khả năng phân ly hình dạng lá các dòng dưa chuột đời I1, I2 36 Bảng 3.4. Đánh giá khả năng phân ly phiến lá của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 38 Bảng 3.5. Đánh giá khả năng phân ly hình dạng lá của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 43 Bảng 3.6. Đánh giá khả năng phân ly chiều dài 15 đốt của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 51 Bảng 3.7. Đánh giá khả năng phân ly một số tính trạng về giới tính và tính tạo quả không hạt của các dòng dưa chuột tự phối đời I2 54 Bảng 3.8. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng về kích thước của hoa đực của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 58 Bảng 3.9. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng về kích thước của hoa cái và màu gai của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 64 Bảng 3.10. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng về kích thước quả của các dòng tự phối đời I1, I2 69 Bảng 3.11. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng hình dạng quả của các dòng tự phối đời I1, I2. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 72 Page vi Bảng 3.12. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng màu sắc vỏ quả của các dòng dưa chuột tự phối đời I1, I2 78 Bảng 3.13. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng hình thái bề mặt vỏ và gai của các dòng tự phối đời I1, I2 81 Bảng 3.14. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng hình thái bề mặt vỏ, gai quả và chiều dài cuống của các dòng tự phối đời I1, I2 85 Bảng 3.15. Đánh giá khả năng phân ly tính trạng về hình thái bề mặt vỏ quả của các dòng tự phối 88 Bảng 3.16. Khả năng kết hạt của các dòng dưa chuột tự phối 92 Bảng 3.17. Khả năng kết hạt của các tổ hợp lai đỉnh các dòng dưa chuột tự phối đời I1 x Cuc71 94 Bảng 3.18. Khả năng kết hạt của các tổ hợp lai đỉnh các dòng dưa chuột tự phối đời I1 x Lũng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp 95 Page vii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang Hình 3.1. Các bước tự thụ phấn cho hoa dưa chuột 24 Hình 3.1. Một số giai đoạn sinh trưởng, phát triển của các dòng dưa chuột 28 Hình 3.2. Hình ảnh lá các dòng dưa chuột địa phương tự phối đời I1 và I2. 49 Hình 3.3. Chiều dài 15 đốt thân đầu tiên của các dòng dưa chuột tự phối đời I1 và I2 52 Hình 3.4. Hình ảnh về hoa đực của các dòng dưa chuột tự phối 63 Hình 3.5. Hình ảnh về hoa cái các dòng dưa chuột tự phối 69 Hình 3.6. Hình ảnh quả các dòng dưa chuột tự phối đời I1 76 Hình 3.7. Hình ảnh quả các dòng dưa chuột tự phối đời I2 77 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page viii NGUỒN GỐC CÁC DÒNG DƯA CHUỘT ĐỊA PHƯƠNG Ký hiệu dòng Nguồn gốc BK Bắc Kạn BN Bắc Ninh CB Cao Bằng ĐB Điện Biên HD Hải Dương HP Hải Phòng HY Hưng Yên LCA Lào Cai LCH Lai Châu LS Lạng Sơn SL Sơn La TB Thái Bình TQ Tuyên Quang VP Vĩnh Phúc 1661 Thái Lan 3681 Thái Lan LŨNG Hải Phòng CÚC71 Công ty cổ phần giống cây trồng miền Nam Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page ix MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Dưa chuột (Cucumis sativus L.) là một cây trồng phổ biến trong họ bầu bí (Cucurbitaceae), là loại rau ăn quả thương mại quan trọng được trồng lâu đời ở nhiều nước trên thế giới và được biết đến là một trong những thực phẩm tốt cho sức khỏe con người. Với những ưu điểm như: thơm, ngon, giòn, ngọt, chứa nhiều khoáng chất cho sự phát triển cơ thể mà quả dưa chuột được nhiều người tiêu dùng ưa chuộng. Theo kết quả phân tích hóa sinh, trong 100g phần ăn được của quả dưa chuột chứa lượng nước rất cao 95g, đồng thời thành phần dinh dưỡng rất đa dạng: 0,8g protein, 0,1g lipid, 23mg can xi, 27mg phospho, 1mg sắt, mangan, iot, và thiamin. Dưa chuột còn chứa nhiều loại vitamin trong đó: vitamin B1 0,03mg, vitamin B2 0.04mg%, vitamin PP 0,1mg và vitamin C 5mg (Nguyễn Công Khẩn và cs., 2007). Quả dưa chuột được sử dụng rộng rãi trong các bữa ăn dưới dạng: quả tươi ăn sống, xào, trộn salad, hay muối đóng hộp, làm phong phú và tăng chất lượng rau ăn hàng ngày. Ngoài ra, quả dưa chuột còn được dùng như một vị thuốc và làm mỹ phẩm vì nó chứa nhiều dưỡng chất thiết yếu cho cơ thể. Dưa chuột là loại rau truyền thống. Đã có nhiều tài liệu nghiên cứu cho rằng dưa chuột có nguồn gốc ở Việt Nam. Hiện nay, có nhiều giống dưa chuột trồng và dưa chuột hoang dại còn tồn tại ở nước ta. Nhiều giống đã trở thành cây đặc sản của đồng bào dân tộc miền núi phía Bắc như dưa Mán của người Mán, dưa Mèo của người H’mông với ưu điểm quả to, vị ngọt dịu, ăn giòn và thơm. Tuy nhiên, do phương thức canh tác còn lạc hậu và cách để hạt giống từ vụ này sang vụ khác không đảm bảo kỹ thuật nên các giống dưa chuột bản địa đang đứng trước nguy cơ bị thoái hóa do tạp giao và tuyệt chủng. Do vậy, việc khai thác, bảo tồn và sử dụng hợp lý nguồn gen dưa chuột truyền thống của đồng bào dân tộc là rất cần thiết. Đồng bằng sông Hồng là một trong những vùng sản xuất rau lớn nhất ở nước ta. Dưa chuột là cây trồng chính và được trồng phổ biến ở đây. Với tiến bộ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển thì dưa chuột được trồng nhiều vụ trong năm, quả cho Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 1 thu hoạch nhiều đợt. Tuy nhiên, năng suất và chất lượng quả còn thấp, nguyên nhân chủ yếu là người dân thiếu bộ giống tốt cho các vùng sinh thái. Các giống dưa chuột được trồng hiện nay phần lớn là giống địa phương như: Phú Thịnh (Hưng Yên), Quế Võ (Bắc Ninh), Lũng (thành phố Hải Phòng),… với năng suất trung bình chỉ đạt từ 15-20 tấn/ha, quả nhỏ, chóng ngả vàng, chất lượng kém, không được người tiêu dùng ưa chuộng và không đạt tiêu chuẩn chế biến, xuất khẩu. Đồng thời, các giống này hầu hết do người dân tự sản xuất và để giống trong một thời gian dài nên giống có nguy cơ bị thoái hóa. Trong những năm gần đây, một số giống dưa chuột lai F1 đã được các công ty giống cây trồng giới thiệu và đưa vào sản xuất. Nông dân có xu hướng sử dụng hạt giống dưa chuột lai F1 để khắc phục những nhược điểm của các giống dưa chuột địa phương. Tuy nhiên, phần lớn giống dưa chuột lai sử dụng trong sản xuất là giống nhập nội, giá hạt giống khá đắt, không chủ động được nguồn giống và không thích ứng rộng với các thời vụ trồng và các vùng sinh thái ở nước ta. Do đó, nghiên cứu về các giống dưa chuột ưu thế lai trong nước là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu về giống ngày càng cao của thực tiễn sản xuất. Có thể nói, việc chọn lọc và tạo ra các dòng dưa chuột địa phương qua nhiều đời tự phối sẽ góp phần khai thác hiệu quả nguồn gen dưa chuột bản địa và giới thiệu giống dưa chuột chất lượng cao phục vụ sản xuất ở vùng đồng bằng sông Hồng nói riêng và cả nước nói chung. Nhằm bảo tồn và khai thác nguồn gen quý từ các giống dưa chuột bản địa tại trung du, miền núi phía Bắc - Việt Nam. TS. Trần Thị Minh Hằng (khoa Nông học, Học viện Nông nghiệp Việt Nam) và cộng sự đã tiến hành thu thập và bước đầu nghiên cứu để khai thác nguồn gen này trong công tác chọn tạo giống dưa chuột ưu thế lai trong nước. Các dòng tự phối được tạo ra là kết quả của quá trình tự thụ phấn cưỡng bức các cá thể của quần thể cây thụ phấn chéo liên tục trong nhiều thế hệ. Việc tiến hành chọn tạo các dòng tự phối qua nhiều thế hệ nhằm tạo dòng thuần, từ đó làm cơ sở cho việc tạo giống ưu thế lai. Trên cơ sở 30 dòng dưa chuột tự phối đời I1 đã được chọn tạo từ 30 mẫu giống thu thập ở các tỉnh phía Bắc để chọn tạo được các dòng thuần từ nguồn vật liệu khởi đầu này, chúng tôi tiến hành thực hiện đề tài nghiên cứu: “Chọn tạo và đánh giá các dòng dưa chuột địa phương tự phối”. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 2 2. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU * Mục đích - Tạo dòng tự phối đời I2, I3 mang đặc tính tốt từ các mẫu giống dưa chuột địa phương nhằm chọn tạo dòng thuần phục vụ cho chọn tạo giống ưu thế lai F1. - Đánh giá được mức độ phân ly ở các dòng tự phối đời I1, I2 để sơ bộ xác định độ thuần của chúng. - Tạo các tổ hợp lai đỉnh của các dòng tự phối I1 với 2 vật thử (Cuc71 và Lũng) nhằm đánh giá khả năng kết hợp chung sớm của các dòng tự phối I1. * Yêu cầu - Theo dõi các tính trạng chất lượng (vị đắng lá mầm, màu sắc lá, quả, hình dạng quả,…) và tính trạng số lượng (chiều dài lóng, kích thước lá, số lượng hoa cái, đường kính quả,…) các dòng tự phối đời I1, I2, trên cơ sở đó đánh giá được mức độ phân ly các tính trạng này. - Lai các dòng tự phối I1 với 2 vật thử Cuc71 và Lũng. - Tạo được các dòng dưa chuột tự phối ưu tú đời I2 và I3. 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN * Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cung cấp thêm cơ sở dữ liệu cho công tác chọn tạo giống dưa chuột ưu thế lai F1 ở Việt Nam. * Ý nghĩa thực tiễn Kết quả đề tài sẽ cung cấp nguồn vật liệu phục vụ cho công tác chọn tạo giống dưa chuột chất lượng cao cho thực tiễn sản xuất dưa chuột ở miền Bắc, Việt Nam. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 3 Chương 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Nguồn gốc và phân bố cây dưa chuột 1.1.1. Nguồn gốc Cây dưa chuột thuộc họ bầu bí Cucurbitaceae, chi Cucumis, loài C.sativus L., có bộ nhiểm sắc thể 2n = 14. Dưa chuột là loại rau ăn quả thương mại quan trọng, nó được trồng lâu đời trên thế giới và trở thành thực phẩm thông dụng của nhiều nước. Tuy nhiên, cho đến nay vẫn chưa có tài liệu nào xác minh về nguồn gốc phát sinh của cây dưa chuột và còn nhiều ý kiến khác nhau về xuất xứ của loài cây này. Nhiều tài liệu cho biết dưa chuột có nguồn gốc ở miền Tây Ấn Độ, nơi tồn tại các loài họ hàng hoang dại. Dưa chuột là loài lưỡng bội (2n = 2x = 14) với kích thước bộ genome ước tính khoảng 350 Mb, độ thuần của các giống dưa chuột phù hợp với mức độ đa dạng di truyền được theo dõi ở các giống bản địa Ấn Độ như loài Cucumis hardwickii. Loài hoang dại Cucumis hardwickii là dạng dưa chuột quả nhỏ đắng có gai quả cứng, thưa được tìm thấy mọc hoang dại ở chân núi Himalaya. Từ Ấn Độ, dưa chuột đã được đưa đến Hy Lạp và Ý và sau đó là Trung Quốc. (De Candole A.P, 1984), (Staub et al., 2009). Cũng có ý kiến cho rằng dưa chuột còn có nguồn gốc ở Nam Á và được trồng trọt khoảng 3000 năm nay. Dưa chuột được đưa đến một số vùng phía Tây châu Á, Bắc Phi và Nam Âu. Sau đó dưa chuột mới được giới thiệu ở Trung Quốc khoảng 100 năm trước công nguyên và nó xuất hiện ở Pháp vào thế kỷ thứ 9, ở thế kỷ 13 dưa chuột được gieo trồng ở Anh. Người Tây Ban Nha đã phát hiện ra cây dưa chuột của địa phương trong thời gian thực dân thống trị lâu dài ở thế kỷ 16. (Tạ Thu Cúc, 2000). Nhà thực vật học người Nga Vavilov (1926) lại cho rằng khu vực miền núi phía Bắc Việt Nam giáp Lào là nơi phát sinh cây dưa chuột vì ở đây còn tồn tại các loài dưa chuột hoang dại. Ông cũng khẳng định, Trung Quốc là trung tâm khởi nguyên thứ hai của cây dưa chuột do có giống dưa chuột Trung Quốc với hàng loạt tính trạng như quả dài, hình thành quả không cần thụ phấn (parthenocarpy), quả không chứa chất gây đắng Cucubitaxina, gai quả màu trắng,…(Vavilov N.I, 1926). Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 4 Cây dưa chuột được khoa học xác nhận có nguồn gốc ở Việt Nam, tồn tại ở nước ta hàng nghìn năm nay. Trong quá trình giao lưu buôn bán nó được trồng phổ biến sang Trung Quốc và từ đây chúng được phổ biến sang Nhật Bản và Châu Âu (Trần Khắc Thi và Nguyễn Công Hoan, 2005). Tài liệu sớm hơn cả có nhắc đến dưa chuột ở nước ta là sách “Nam phương thảo mộc trạng” của Kế Hàm có từ năm Thái Khang thứ 6 giới thiệu “…cây dưa leo hoa vàng, quả dài cỡ gang tay, ăn mát vào mùa hè.” Mô tả kỹ hơn cả là cuốn “Phủ biên tạp lục” (năm 1775), Lê Qúy Đôn đã ghi rõ tên dưa chuột và vùng trồng là Đàng Trong (từ Quảng Bình đến Hà Tiên) và Bắc Bộ. (dẫn theo Nguyễn Khắc Thi và cs.). 1.1.2. Phân bố Hiện nay, cây dưa chuột hầu như được trồng khắp mọi nơi trên thế giới từ vùng nhiệt đới Châu Á, Châu Phi đến tận 630 vĩ Bắc. Ở các vùng ôn đới, ở các vùng cực Bắc Châu Âu, dưa chuột luôn là một trong những cây trồng chính trong nhà ấm. Ở nước ta, cây dưa chuột có thể trồng được ở nhiều vùng trong cả nước nhưng thích hợp nhất chủ yếu ở đồng bằng và trung du, miền núi phía Bắc. Một số tỉnh trồng nhiều dưa chuột như: Hải Dương, Hải Phòng, Hưng Yên, Nam Định, Hà Nội, Phú Thọ,… 1.2. Đặc điểm thực vật học của cây dưa chuột 1.2.1. Rễ Rễ cây dưa chuột nhìn chung yếu hơn rễ của một số cây cùng họ bầu bí như: các cây bí ngô, dưa hấu và dưa thơm do dưa chuột có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới ẩm ướt. Hệ rễ của cây dưa chuột chiếm 1,5% tổng sinh khối của cây, hệ thống rễ phân bố trên bề mặt rộng từ 60-90cm, ở tầng đất sâu từ 0-30cm. Trong đất có thành phần cơ giới trung bình rễ dài 10-15cm và đạt 10-25cm trong đất thịt pha cát. Ở nhóm có thời gian sinh trưởng dài, bộ rễ cùng các cơ quan trên bề mặt đất phát triển mạnh hơn. Bộ rễ yếu và sức hấp thụ của rễ kém, nếu gặp hạn hay úng hoặc nồng độ phân cao, bộ rễ dưa dễ bị vàng khô, vì thế nên trồng dưa trên đất có thành phần cơ giới nhẹ, thoát nước tốt, có nhiều chất hữu cơ, pH từ 6,5-7,5. Mức độ phát triển bộ rễ ở giai đoạn đầu là một trong những tính trạng có tương quan chặt chẽ tới năng suất khi thu hoạch (Lã Đình Mỡ và Dương Đức Huyền). Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 5 1.2.2. Thân Cây dưa chuột có thân mảnh, nhỏ, thuộc loại thân leo hay bò có phủ một lớp lông dày bảo vệ, gây ngứa và làm rát da. Chiều cao và đường kính thân phụ thuộc vào giống, điều kiện ngoại cảnh và kỹ thuật chăm sóc, độ dài thân chính khoảng 23m. Thân cây dưa chuột phân thành nhiều đốt, mỗi đốt mang 1 hoặc 2 lá với 1 tua cuốn ở phía đối diện. Tốc độ tăng trưởng không xác định, thân tròn hoặc có góc cạnh, có lóng ít hay nhiều tùy giống. Số đốt càng ngắn thì số lá và vị trí xuất hiện hoa càng nhiều. Trên thân chính thường hình thành nhánh, số nhánh và sự phát triển của nhánh phụ thuộc vào giống và ngoại cảnh. Giống chín sớm thường có thân ngắn và phân nhánh hơn giống chín trung bình và chín muộn. Do thuộc dạng thân bò leo, cây ra quả chủ yếu trên thân chính nên cần phải làm giàn để nâng đỡ thân, lá và quả làm tăng năng suất và chất lượng quả. Đường kính thân là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tình hình sinh trưởng của cây và chọn giống. 1.2.3. Lá Lá dưa chuột gồm có 2 lá mầm và lá thật. Hai lá mầm hình trứng, mọc đối xứng nhau qua trục thân. Khi cây còn nhỏ thì độ lớn, sự cân đối và thời gian tồn tại lá mầm trên cây là những chỉ tiêu để đánh giá và dự đoán tình hình sinh trưởng của cây. Lá thật có 5 cánh, bản lá hình trái tim có xẻ thuỳ nông sâu khác nhau tuỳ từng loại giống, trên lá có lông cứng, ngắn. Độ dày mỏng của lông trên lá, diện tích lá và màu sắc lá thay đổi từ xanh vàng đến xanh thẫm tùy theo giống, kỹ thuật canh tác. Ở các cuống lá có tua cuốn giúp cây leo bám. Trong quá trình dịch chuyển từ vùng nhiệt đới ẩm tới vùng đồng bằng, sa mạc và canh tác trong nhà kính, các giống mới hiện nay khả năng ra tua cũng yếu hơn, quy trình tiến hoá này kéo dài hàng ngàn năm. Cùng với sự đột biến tự nhiên và phương thức trồng trọt, dạng dưa chuột bụi không leo, không hình thành tua là đỉnh cao nhất của sự tiến hoá loài Cucumis sativus. 1.2.4. Hoa Hoa dưa chuột có màu vàng, có 4-5 đài, 4-5 cánh hợp, đường kính hoa từ 23cm. Hoa cái mọc ở nách lá thành đôi hay riêng biệt, hoa cái bầu thường có 3-4 noãn, núm nhụy phân nhánh hoặc hợp. Hoa đực mọc thành cụm từ 5-7 hoa, có 4-5 Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 6 nhị đực hợp nhau. Dưa chuột cũng có hoa lưỡng tính (hoa có cả nhị và nhụy). Hoa dưa chuột thường nở từ 5-10 giờ sáng, trên cùng một cây hoa đực nở trước hoa cái khoảng 2-3 ngày, tuổi thọ của hoa đực ngắn từ 1-2 ngày, hạt phấn có sức sống tốt nhất 4-5 giờ sau khi hoa nở. (Vũ Thị Việt Hồng, 2010). Qua quá trình tiến hóa và tác động của con người trong công tác chọn tạo giống, nhiều dạng hoa mới của dưa chuột đã xuất hiện và sự biến dị về tính trạng giới tính ở hoa dưa chuột rất phong phú (theo Tatlioglu, 1993). Các yếu tố phi di truyền tác động đến sự biến đổi giới tính ở dưa chuột bao gồm: Chế độ dinh dưỡng, thời gian chiếu sáng, cường độ chiếu sáng và những yếu tố ngoại cảnh bất lợi. Kooistra (1974) đã chia tất cả các dạng dưa chuột có kiểu hoa khác nhau thành 7 nhóm. Biểu hiện giới tính của hoa dưa chuột cụ thể thư sau: o Dạng cây đơn tính cùng gốc (Monoecious): Cây có cả hoa đực và hoa cái. Số lượng hoa và tỷ lệ hoa đực/hoa cái tùy thuộc vào giống, điều kiện môi trường, kỹ thuật chăm sóc và chất điều tiết sinh trưởng. Dưa chuột dạng đơn tính cùng gốc có tỷ lệ đậu quả thấp, trung bình khoảng 50-60% (Hossain M.A., et al., 2002). Đây là dạng đặc trưng cho loài, hầu hết các giống dưa chuột địa phương của Việt Nam và đa số các giống nhập nội bao gồm cả gống lai F1 thuộc dạng này. o Dạng cây đơn tính cái (Gynoecious): Cây chỉ có hoa cái. Cây đơn tính cái ở dưa chuột được điều khiển bởi gen trội đơn, chủ yếu là do việc biến đổi gen và yếu tố môi trường. Cây thuộc dạng này xuất hiện hoa cái sớm hơn (28-30 ngày sau mọc) và cho tỷ lệ đậu quả cao (75-80%). Là do nó mang gen đậu quả không hạt không qua thụ tinh (Parthenocarpy). Trong công tác chọn giống nhóm này được sử dụng như dạng bất dục đực. Các con lai từ dòng hoa cái sẽ tiết kiệm được 30–40% chi phí công khử đực và sử dụng ong trong sản xuất hạt lai. Hầu hết dạng trồng trong nhà kính thường là cây đơn tính cái (gynoecious) vì chúng hầu như không cần đến côn trùng thụ phấn và sự thụ tinh giữa hoa đực và hoa cái (Daniel Nicodemo et al., 2013). o Dạng cây đơn tính đực (Androecious):Trên cây chỉ có hoa đực, dạng này rất hiếm. o Dạng cây lưỡng tính: Trên cây có hoa lưỡng tính. Trong điều kiện thuận lợi, hoa vẫn có thể đậu và tạo quả dạng tròn. Cây hoa lưỡng tính ít gặp ở dưa chuột. Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 7 o Dạng cây lưỡng tính đực (Andromonoecious): Trên cây có hoa đực và hoa lưỡng tính. o Dạng cây lưỡng tính cái (Gynomonoecious): Trên cây có hoa cái và hoa lưỡng tính. Dạng này thường gặp, nó là một gen có sẵn, dùng để phân biệt trong việc lai giữa hai dạng giới tính khác nhau. o Dạng tam tính (Trimonoecious): Trên cây có hoa đực, hoa cái và hoa lưỡng tính. Theo Kubicki 1969a, Pierce và Wehner 1990, sự biểu hiện giới tính ở cây dưa chuột (Cucumis sativus L.), được kiểm soát về mặt di truyền chủ yếu do 3 locus: đơn tính cùng gốc monoecious (M), đơn tính cái gynoecious (F), và đơn tính đực androecious (a), cùng với sự tương tác giữa kiểu gen với môi trường có ảnh hưởng đáng kể đến sự hình thành các dạng hoa. Các dạng cây đơn tính cái có kiểu gen (M-F-), đơn tính cùng gốc có kiểu gen (M-ff), lưỡng tính nếu kiểu gen là (mmF-) và kiểu gen andromonoecious (mmff) quy định dạng cây có cả hoa lưỡng tính và hoa đực. Kiểu gen (aaff) do alen a quy định làm tăng sự phát triển hoa đực, hình thành cây hoàn toàn hoa đực (Boualem.A, et al., 2014). (Seiji Yamasaki and Nobuharu Fujii, 2011). 1.2.5. Quả và hạt Quả dưa chuột thuộc loại quả thịt có 3 ngăn, hạt đính vào giá noãn. Hình dạng, kích thước, khối lượng, màu sắc quả phụ thuộc vào giống. Quả non thường được bao phủ bởi một lớp lông, bề mặt quả có gai màu trắng, đen hoặc nâu sáng. Hầu hết các giống dưa chuột có quả màu xanh sáng, xanh, xanh đậm, khi chín vỏ quả chuyển sang màu trắng, trắng xanh, vàng, vàng sáng, hay vàng nâu. Quả dưa chuột thường thuôn dài, có thể hình tròn, hình trứng, hình thon, hình trụ, hay hình elip. Chiều dài cuống quả từ 1-3cm. Quả tăng trưởng rất nhanh, ở điều kiện thuận lợi, sau nở hoa 6–8 ngày sẽ cho thu hoạch, 1 cây thu hoạch thành nhiều đợt. Hạt dưa chuột hình ôvan màu vàng nhạt, dài 10-15mm, khối lượng 1000 hạt P1000 hạt = 20–30g. 1.3. Yêu cầu điều kiện ngoại cảnh Nghiên cứu mối quan hệ giữa cây trồng với điều kiện ngoại cảnh đóng vai trò rất quan trọng trong việc thiết lập điều kiện ngoại cảnh tối ưu cho cây trồng Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 8 nhằm giúp cây trồng tăng khả năng chống chịu với điều kiện bất thuận, cũng như phát huy hết tiềm năng cây trồng trong điều kiện thuận lợi. Các yếu tố ngoại cảnh tác động đến sinh trưởng phát triển của cây trồng bao gồm: nhiệt độ, ánh sáng, ẩm độ, và thổ nhưỡng. 1.3.1 Nhiệt độ Dưa chuột có nguồn gốc nhiệt đới nên thuộc nhóm cây ưa nhiệt, rất mẫn cảm với nhiệt độ thấp. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình nảy mầm là rất lớn, nhiệt độ tối thiểu cho dưa chuột nảy mầm 15,50C nhiệt độ tối đa là 35,50C. Nhiệt độ thích hợp cho cây sinh trưởng phát trển là 25–300C về ban ngày và 18-210C về ban đêm. Ở nhiệt độ thấp kéo dài <150C các giống sinh trưởng rất khó khăn, cây sẽ phát sinh trạng thái mất cân bằng giữa quá trình đồng hóa và dị hóa (Trần Khắc Thi và cs). Nhiệt độ <100C sẽ phá vỡ mối liên kết giữa các phân tử protein và lipit với phân tử diệp lục dẫn đến quang hợp giảm, một số quá trình sinh hóa bị ngừng trệ, chu trình sống bị đảo lộn làm chết các tế bào do cây tích lũy nhiều độc tố. Nhiệt độ <50C hầu hết các giống dưa chuột có nguy cơ bị chết rét, khi nhiệt độ quá cao 35–400C làm cây ngừng sinh trưởng, hoa cái không xuất hiện. Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian ra hoa của cây. Ở nhiệt độ thích hợp, sau nảy mầm 26 ngày cây ra hoa cái. Nhiệt độ thấp sẽ kéo dài thời gian ra hoa. Tổng tích ôn từ lúc hạt nảy mầm đến thu quả đầu ở các giống địa phương là 9000C đến hết thu hoạch là 16500C (Trần Khắc Thi và Nguyễn Công Hoan, 2005). Yếu tố nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến thời gian sinh trưởng, thời gian ra hoa mà còn tác động trực tiếp đến thời gian nở hoa và quá trình tụ phấn thụ tinh của cây dưa chuột. Ở nhiệt độ 17-240C hạt phấn nảy mầm tốt nhất, nhiệt độ quá cao hay quá thấp vượt ngưỡng này đều ảnh hưởng đến sức sống hạt phấn. 1.3.2. Ánh sáng Cây dưa chuột ưa ánh sáng mạnh, cường độ ánh sáng thích hợp cho sinh trưởng, phát triển của dưa chuột là 15000–17000 lux. Đủ ánh sáng giúp cây phát triển nhiều lớp tế bào mô dậu cùng với lượng diệp lục tương ứng tạo ra hoạt động quang hợp cao, các lớp tế bào thịt lá, thịt quả xốp cũng có khoảng gian bào lớn hơn chứa nhiều nước làm quả lớn nhanh, chất lượng tốt và rút ngắn thời gian cho thu Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 9 hoạch. Dưa chuột ưa ánh sáng ngày ngắn, thời gian chiếu sáng 10–12 giờ. Cây dưa chuột cũng như các cây thuộc họ bầu bí, có sự tác động qua lại giữa cường độ ánh sáng và nhiệt độ theo tỷ lệ hoa đực và hoa cái. Ngày dài và nhiệt độ cao tạo điều kiện hình thành hoa đực trong khi ngày ngắn và nhiệt độ thấp tạo điều kiện hình thành hoa cái. (Trần Văn Lài và cs., 2002). Ở điều kiện ngày ngắn cây ra nhiều hoa cái, kết quả sớm cho năng suất cao. 1.3.3. Ẩm độ Nước là một nhân tố vô cùng quan trọng đối với sinh khối của các loại cây rau vì 80-95% trọng lượng của rau là nước và chúng phải tạo ra 5-20% trọng lượng còn lại của chúng thông qua quang hợp. Nước không thể thiếu cho quá trình sinh trưởng phát triển của cây. Dưa chuột là cây có nhu cầu nước đứng đầu trong họ bầu bí. Trong thân lá nước chiếm 93,1%, trong quả tươi có chứa tới 96,8% nước. Tuy nhiên, sự thâm nhập nước của rễ kém do đặc điểm của bộ rễ nông, có bộ lá to, hệ số thoát hơi nước cao, mô mềm, quả mọng nước, do vậy cây yêu cầu nhiều nước và giữ ẩm thường xuyên. Cây dưa chuột cần nhiều nước nhưng lại kém chịu hạn và chịu úng. Độ ẩm đất thích hợp cho dưa chuột là 85–95%, độ ẩm không khí 90–95%. (Trần Khắc Thi và Nguyễn Công Hoan, 2005). Ở các chu kỳ sinh trưởng khác nhau cây nhu cầu lượng nước khác nhau. Khi hạt nảy mầm yêu cầu lượng nước bằng 50% khối lượng hạt, thiếu nước hạt mọc chậm, thân lá sinh trưởng kém. Trong giai đoạn tạo quả cần giữ ẩm thường xuyên từ 90-10% độ ẩm đồng ruộng. Thiếu nước xảy ra trong thời kỳ này cây sẽ tích lũy nhiều chất cucurbitacins sẽ làm cho quả bị đắng. Ngoài ra, thiếu nước xuất hiện nhiều quả dị hình, quả nhỏ và mềm, hàm lượng các chất dinh dưỡng chứa trong trái như đường, khoáng chất, vitamin cũng sẽ bị giảm đi ảnh hưởng đến năng suất cuối cùng và chất lượng quả. Tuy nhiên, cần chú ý thừa nước sẽ làm rễ bị hư thối, cây dưa sẽ bị vàng và còi cọc. 1.3.4. Đất và dinh dưỡng Cây dưa chuột có nguồn gốc ở nơi ẩm ướt ven rừng, do đất đai ở nơi nguyên sản mầu mỡ nên bộ rễ kém phát triển và cũng vì lý do này mà cây dưa chuột ưa thích đất tơi xốp, giàu chất hữu cơ. Dưa chuột là cây chịu muối vừa, trong nghiên Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp Page 10