Phát triển nguồn vật liệu đậu cô ve (P. vulgaris) cho giống năng suất cao, chịu nóng và kháng 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. 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. 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 Nguồn gốc và phân bố 5 2.2 Đa dạng di truyền nguồn gen đậu cô ve hoang dại 6 2.3 Đa dạng di truyền đậu cô ve trồng (giống bản địa và giống cải tiến) 7 2.4 Khai thác nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại 10 2.2 Chọn giống đậu cô ve chịu nóng 12 2.1 Phản ứng chịu bất thuận nóng ở cây trồng 13 2.2 Di truyền tính chịu nóng ở cây trồng 14 2.3 Di truyền tính chịu nóng ở đậu cô ve 17 2.4 Nguồn gen đậu cô ve chịu nóng 17 2.5 Công tác chọn giống đậu cô ve chịu nóng 18 2.3 Chọn giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 20 2.1 Đặc điểm của nấm U. appendiculatus gây hại trên đậu cô ve 20 2.2 Đa dạng và phân loại bệnh gỉ sắt trên đậu cô ve 23 2.3 Di truyền và đa dạng nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt ở đậu cô ve 26 iii 2.6 Chọn giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 30 PHẦN 3 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 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 3.1 Nội dung 1: Thu thập và đánh giá đánh giá nguồn vật liệu đậu cô ve 36 3.2 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 3.3 Nội dung 3: Lai tạo và chọn lọc dòng đậu cô ve năng suất, chịu nóng 42 3.4 Nội dung 4: Sàng lọc và tạo nguồn vật liệu đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 42 3.5 Phƣơng pháp phân tích kết quả thí nghiệm 44 3.6 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 Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống đậu cô ve 47 4.2 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 53 4.2 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 4.1 Đặc điểm sinh trƣởng phát triển của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 60 4.2 Đặc điểm hình thái quả của 15 mẫu giống đậu cô ve 62 4.3 Đặc điểm hình thái hạt của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 63 4.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất quả tƣơi của 15 mẫu giống đậu cô ve 65 4.5 Đánh giá khả năng chống chịu với sâu bệnh hại tự nhiên của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 66 4.6 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 4.1 Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai 79 iv 4.2 Đánh giá biến động di truyền của một số tính trạng liên quan đến năng suất của các dòng bố mẹ 80 4.3 Kết quả lai tạo 82 4.4 Đặc điểm nông sinh học của các dòng đậu cô ve mới 83 4.5 Đặc điểm hình thái, chất lƣợng quả của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 85 4.6 Đặc điểm hình thái hạt của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87 4.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87 4.8 Đánh giá khả năng chịu nóng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 90 4.9 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 4.1 Nghiên cứu, sàng lọc mẫu giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt bằng lây nhiễm nhân tạo 94 4.2 Đánh giá phản ứng với nấm gỉ sắt trên đồng ruộng của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 97 4.3 Kiểm tra sự có mặt của các gen kháng gỉ sắt bằng chỉ thị phân tử 99 4.4 Tạo nguồn vật liệu mang gen kháng bệnh gỉ sắt 105 PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 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 Chữ viết đầy đủ Amplified Fragment Length Polymorphism AFLP (Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc) bp Base pair (Cặp nucleotit – bazơ ni tơ) Portuguese Bank of Plant Germplasm BPGV (Ngân hàng nguồn gen cây trồng Bồ Đào Nha) cDNA complementary DNA (DNA bổ sung) Consultative Goup for International Agicultural CGIAR (Tổ chức tƣ vấn nông nghiệp quốc tế) International Central for Topical Agiculture CIAT (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 Food and Agiculture Organization of the United Nations FAO (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 Intergoverment Panel on Climate Change IPCC (Ủy ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu) International Plant Genetic Resources Institute IPGRI (Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế) Isolate Mẫu bệnh thu thập Japan International Cooperation Agency JICA (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) Randomly Amplified Polymorphic DNAs RAPD (Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên) RCBD Randomized Complete Block Designs (Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh) Restriction Fragment Length Polymorphism RFLP (Đa hình chiều dài mảng phân cắt giới hạn) Sequence Characterized Amplified Region SCAR (Vùng khuếch đại trình tự đặc trƣng) Single Nucleotide Polymorphism SNPs (Đa hình của các nucleotide đơn) SSR Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản) TOL Tolerance (Chỉ số chống chịu) Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages (Phƣơng UPGMA pháp nhóm cặp không trọng số trung bình toán học) USDA United States Department of Agriculture (Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ) vii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Một số tính trạng quan trọng tìm thấy trong các loài cô ve thuần hóa và loài dại 11 2.2 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 24 2.3 Thang điểm đánh giá mức độ nhiễm bệnh gỉ sắt trên đối tƣợng đậu cô ve theo phƣơng pháp của Stavely et al.4 Thang điểm đánh giá mức độ nhiễm bệnh gỉ sắt dƣới điều kiện đồng ruộng theo phƣơng pháp của Van Schoonhoven and Pastor-Corrales, 1987.5 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.