Luận án tiến sĩ: Nghiên cứu tiềm năng nguồn di truyền IRRDB'81 trong cải tiến giống cao su Hevea brasiliensis

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---------------------------------- LẠI VĂN LÂM NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NÔNG HỌC – DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NGUỒN DI TRUYỀN IRRDB’81 TRONG CẢI TIẾN GIỐNG CÂY CAO SU Hevea brasiliensis LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP TP. Hồ Chí Minh – Năm 2011 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ---------------------------------- LẠI VĂN LÂM NGHIÊN CỨU TIỀM NĂNG NÔNG HỌC – DI TRUYỀN VÀ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG NGUỒN DI TRUYỀN IRRDB’81 TRONG CẢI TIẾN GIỐNG CÂY CAO SU Hevea brasiliensis Chuyên ngành: Trồng trọt Mã số: 62 62 01 01 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP Người hướng dẫn khoa học: 1. Phó Giáo Sư Tiến Sĩ Phan Thanh Kiếm 2. Tiến Sĩ Trần Thị Thúy Hoa TP.

Hồ Chí Minh – Năm 2011 ii LỜI CẢM TẠ Tác giả chân thành cám ơn sâu sắc:  PGS. Phan Thanh Kiếm và TS. Trần Thị Thúy Hoa đã tận tình hướng dẫn khoa học và quan tâm động viên trong suốt quá trình thực hiện luận án.  Ông Mai Văn Sơn, nguyên Viện Trưởng Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên trong quá trình thực hiện luận án.

Tác giả trân trọng cảm ơn:  Bộ Giáo Dục và Đào Tạo, Trường Đại Học Nông Lâm TP. HCM đã cho phép thực hiện luận án.  Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn, Tập Đoàn Công Nghiệp Cao Su Việt Nam, Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam đã cấp nguồn kinh phí thực hiện các đề tài liên quan đến luận án.  Phòng Đào Tạo Sau Đại Học và Khoa Nông Học Trường Đại Học Nông Lâm đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhiều mặt trong quá trình học tập chương trình nghiên cứu sinh.

 Các cán bộ nghiên cứu Bộ Môn Giống và Trung Tâm Tây Nguyên thuộc Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam đã cộng tác triển khai thí nghiệm, thu thập số liệu, xử lý số liệu, đặc biệt ThS. Lê Mậu Túy, ThS. Vũ Văn Trường, ThS. Lê Thị Thùy Trang, ThS.

Phạm Hải Dương, ThS. Lê Hoàng Ngọc Anh, KS. Trần Thanh, TS. Huỳnh Bảo Lam.

Ngô Văn Hoàng, nguyên Phó Viện Trưởng Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam, đã đặt nền móng ban đầu cho công tác lưu giữ và nghiên cứu nguồn di truyền cây cao su.  Gia đình đã ủng hộ trong quá trình học tập và thực hiện luận án. Tác giả luận án Lại Văn Lâm iii LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu mà tôi trực tiếp tiến hành và tổ chức thực hiện, dưới sự hướng dẫn của PGS. Phan Thanh Kiếm và TS.

Trần Thị Thúy Hoa, tại Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam, với sự cộng tác của Bộ Môn Giống và Trung Tâm Nghiên Cứu Chuyển Giao Kỹ Thuật Cao Su Tây Nguyên thuộc Viện Nghiên Cứu Cao Su Việt Nam. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực do tôi đúc kết và đã được đăng tải từng phần trên các tạp chí chuyên ngành trong và ngoài nước. Tác giả luận án Lại Văn Lâm iv TÓM TẮT Các nghiên cứu đã được thực hiện nhằm đánh giá tiềm năng nông học, sự đa dạng và cấu trúc di truyền, cũng như khả năng ứng dụng vào chương trình cải tiến giống cao su của nguồn gen IRRDB’81 đang được lưu giữ tại Việt Nam. Tổng số 916 mẫu giống cao su, trong đó có 820 mẫu giống thuộc nguồn gen IRRDB’81, đã được đánh giá về đặc tính năng suất mủ, sinh trưởng, các bệnh hại chính và các đặc tính phụ khác ở giai đoạn trưởng thành trên 4 thí nghiệm đồng ruộng ở Đông Nam bộ và Tây Nguyên.

Nghiên cứu đa dạng di truyền và cấu trúc di truyền đã được thực hiện với chỉ thị isozyme cho 204 mẫu giống trong đó có 162 mẫu giống thuộc nguồn gen IRRDB’81, và với chỉ thị RAPD cho 250 mẫu giống trong đó có 150 mẫu giống thuộc nguồn gen IRRDB’81.988 cây lai trong đó có 1.428 cây lai giữa nguồn gen Wickham với nguồn gen IRRDB’81 đã được đánh giá về các đặc tính năng suất mủ, sinh trưởng và bệnh phấn trắng trên 5 thí nghiệm tuyển non tại Viện Nghiên cứu cao su Việt Nam. Ngoài ra, một số thông số di truyền học cũng được nghiên cứu cho cây lai từ nguồn gen IRRDB’81 ở giai đoạn non. Nhìn chung, nguồn gen IRRDB’81 thua kém xa nguồn gen thuần hóa Wickham, vốn đã được cải tiến di truyền gần một thế kỷ qua, về năng suất mủ và ở mức độ ít hơn về sinh trưởng. Tuy nhiên nguồn gen IRRDB’81 cho thấy có sự biến thiên rất lớn về năng suất mủ, giúp việc chọn lọc các mẫu giống thuộc nguồn gen này về năng suất có hiệu quả.

Không có sự khác biệt về nguồn gốc địa lý trong nguồn gen IRRDB’81 cho đặc tính năng suất mủ và sinh trưởng, và phần lớn sự biến thiên ở các đặc tính này chủ yếu do biến thiên bởi bản thân các mẫu giống. Kết quả đánh giá cũng cho thấy trong nguồn gen IRRDB’81 có sự hiện diện những mẫu giống có khả năng chống chịu bệnh phấn trắng, rụng lá mùa mưa, nấm hồng và loét sọc mặt cạo. Dựa trên kết quả đánh giá, đã chọn lọc được 53 mẫu giống thuộc nguồn gen IRRDB’81 có triển vọng về năng suất, sinh trưởng và một số đặc tính phụ để bổ sung vào sử dụng trong chương trình cải tiến giống cao su lâu dài. Trong số các mẫu giống được chọn lọc RO 62/26, MT/I/2 và MT 8/27 có năng suất mủ v triển vọng cần được đưa vào khảo nghiệm trên qui mô lớn nhằm mục đích ứng dụng vào sản xuất.

Nghiên cứu đánh giá tính đa dạng và cấu trúc di truyền của nguồn gen IRRDB’81 bằng chỉ thị isozyme và chỉ thị RAPD cho thấy nguồn gen này có sự đa dạng di truyền rất cao có thể giúp mở rộng hữu hiệu vốn di truyền cây cao su ở Việt Nam. Biến thiên di truyền do các cá thể mẫu giống góp phần quan trọng vào tổng lượng biến thiên di truyền của nguồn gen này hơn là biến thiên do nguồn gốc địa lý. Trên cơ sở chỉ thị RAPD có thể phân nguồn gen IRRDB’81 thành 3 nhóm chính theo quan hệ di truyền. Chỉ thị RAPD cũng giúp phân nhóm rõ rệt cho 150 mẫu giống IRRDB’81 theo khoảng cách di truyền.

Cả hai chỉ thị đều có hiệu quả trong nghiên cứu đánh giá sự đa dạng di truyền nguồn gen IRRDB’81, trong đó chỉ thị RAPD hiệu quả hơn do có số lượng alen đa hình cao hơn nhiều. Kết quả đánh giá hậu duệ lai giữa nguồn gen Wickham với IRRDB’81 ở giai đoạn non cho thấy có sự biến thiên di truyền rất lớn về năng suất mủ và sinh trưởng ở quần thể cây lai. Tổng cộng có 70 dòng lai Wickham x IRRDB’81 xuất sắc về năng suất mủ và sinh trưởng đã được chọn lọc cho các bước đánh giá qui mô lớn tiếp theo. Đã phát hiện được một số tổ hợp bố mẹ và mẫu giống IRRDB’81 làm bố có khả năng tạo cây lai chống chịu với bệnh phấn trắng.

Nghiên cứu các đặc điểm di truyền ở cây lai tạo ra từ tổ hợp Wickham x IRRDB’81 cho thấy quần thể này có hệ số biến thiên kiểu hình và kiểu gen rất lớn cho năng suất mủ và sinh trưởng. Ngoài ra, hệ số di truyền theo nghĩa rộng và nghĩa hẹp cao về năng suất mủ và sinh trưởng ở quần thể cây lai cho thấy việc chọn lọc cây lai từ nguồn gen IRRDB’81 theo kiểu hình vẫn có hiệu quả cho các tính trạng này. Trong tương lai cần tiếp tục di nhập thêm nguồn gen IRRDB’81, hình thành bộ sưu tập công tác để tập trung nguồn lực nghiên cứu sâu, nâng cấp di truyền bản thân nguồn gen IRRDB’81 và đưa các mẫu giống IRRDB’81 có triển vọng vào chương trình lai hữu tính nhằm khai thác hiệu quả lai xa. vi SUMMARY Studies on agronomic – genetic potentials of the IRRDB’81 germplasm and its utilization in the breeding program of the rubber tree Hevea brasiliensis.

A total of 916 Hevea accessions, including 820 from the IRRDB’81 germplasm, was evaluated for their latex yield, growth, major rubber diseases and other secondary characteristics at the maturity stage in 4 field trials in the Southeast region and the Highlands. Genetic variability and structure were studied for 204 Hevea accessions, including 162 from the IRRDB’81 germplasm, using isozyme markers, and for 250 Hevea accessions, including 150 from the IRRDB’81 germplasm, using RAPD markers. A total of 2,988 rubber offspring, among them 1,428 derived from crosses of Wickham and IRRDB’81 germplasm, was evaluated at the nursery stage for their latex yield, growth and Oidium disease in 5 early selection trials at the Rubber Research Institute of Vietnam. Additionally, various genetic parameters were also explored for offspring derived from the IRRDB’81 germplasm at the nursery stage.

In general, the IRRDB’81 germplasm was far inferior to the domesticated Wickham genetic resource, which has been genetically improved for nearly a century, in latex productivity and to a lesser extent, in growth. However, the IRRDB’81 germplasm possessed very large variation in latex yield leading to good response to selection for latex productivity. Differences due to geographical origins in latex yield and growth were not detected and most of the variation for these characteristics could be accounted for by individual accessions themselves. Results also showed that accessions tolerant to powdery mildew disease, Phytophthora leaf fall disease, pink disease and black stripe disease existed in the IRRDB’81 germplasm.

A total of 53 IRRDB’81 accessions of promising performance in latex yield, growth and secondary characteristics was selected for further utilization in the long term rubber breeding program. Among them, RO 62/26, MT/I/2 and MT 8/27 vii exhibited good latex productivity and should be further tested on large scales for commercial application purpose. Studies on the genetic variability and structure in the IRRDB’81 germplasm using isozyme and RAPD markers showed that the resource possessed the very large genetic variability which would help to effectively broaden the Hevea genetic base in Vietnam. The genetic variability contributed by individual accessions accounted for much greater part of the total genetic variability than that contributed by geographical origins.

The IRRDB’81 germplasm could be generally divided into three clusters based on the genetic relationship by RAPD markers. Based on the genetic distance by RAPD markers, 150 studied IRRDB’81 accessions were also clearly clustered into various groups. Although both markers were effective in evaluation of the genetic variability of the IRRDB’81 germplasm but RAPD markers with higher numbers of polymorphic alleles exhibited better performance. Results of evaluation of offspring derived from Wickham x IRRDB’81 crosses at the nursery stage showed that there existed the great genetic variation for latex yield and growth in the hybrid population.

A total of 70 hybrids derived from Wickham x IRRDB’81 crosses were selected for their excellent performance in latex productivity and growth for further testing on large scales. Certain crosses and IRRDB’81 accessions as male parents which could create offspring tolerant to powdery mildew disease were also recorded. The Wickham x IRRDB’81 hybrid population possessed the high genotypic and phenotypic coefficients of variation for latex yield and growth.