Báo Cáo Nghiên cứu chọn tạo giống chè năng suất cao, chất lượng tốt nhờ chỉ thị phân tử và công nghệ cứu phô

BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
NĂM 2011

Nội dung
Trang

NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1 Nội dung nghiên cứu 30
2.2 Vật liệu nghiên cứu 31
2.2.1 Đối tượng nghiên cứu31
2.2.2 Hóa chất và thiết bị nghiên cứu 31
2.2.3 Địa điểm nghiên cứu 35
2.2.4 Thời gian thực hiện 35
2.3 Phương pháp nghiên cứu 35
III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 46
3.1 Phân nhóm di truyền các giống chè bằng chỉ thị phân tử và xác định một số tổ hợp lai 46
3.1.1 Đánh giá đặc điểm hình thái các giống/dòng chè 48
3.1.2 Nhận dạng kiểu gen và phân nhóm di truyền các giống/dòng chè bằng chỉ thị phân tử microsatellite (SSR) 61
3.1.3 Xác định tổ hợp lai 77
3.2 Lai tạo giữa các giống chè 83
3.3 Nuôi cấy cứu phôi và tái sinh cây hoàn chỉnh 92
3.3.1 Nghiên cứu tạo mô sẹo/chồi từ nuôi cấy cứu phôi 92
3.3.2 Tổng hợp kết quả nuôi cấy cứu phôi chè lai của các tổ hợp lai 99
3.3.3 Nhân nhanh các chồi chè thu được từ cứu phôi và tái sinh cây hoàn chỉnh 102
3.4 Phân tích kiểu gen SSR ở các giống bố mẹ và con lai 114
3.5 Tuyển chọn dòng chè triển vọng 121
3.5.1 Đánh giá và chọn lọc các dòng chè chất lượng 125
3.5.2 Đánh giá và chọn lọc các dòng chè năng suất 129
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 137
Kết luận 137
Kiến nghị 138
Mục Nội dung
Trang

MỞ ĐẦU
Cây chè (Camellia sinensis (L.) O. Kuntze) thuộc họ chè Theaceae có nguồn gốc từ Đông Nam Á, được trồng phổ biến rộng rãi trên thế giới từ thế kỷ 18. Cho đến nay, đã có hơn 52 quốc gia trồng và chế biến chè. Là loại cây trồng lưu niên với thời gian thu hái kéo dài đến hơn 60 năm và có giá trị kinh tế cao, sản xuất và chế biến chè đã trở thành một trong những ngành kinh tế nông nghiệp quan trọng ở nhiều quốc gia.
Năm 2003, diện tích trồng chè trên toàn thế giới đã lên tới 2,7 triệu hecta (ha) với tổng sản lượng chè khô đạt khoảng 3 triệu tấn [48]. Ở Việt Nam, chè là cây công nghiệp có vai trò quan trọng trong cơ cấu cây trồng ở các tỉnh Trung du và miền núi [4], [8], [16], [18], [44]. Phát triển cây chè ở những vùng này có ý nghĩa cao về các mặt kinh tế, xã hội và môi trường. Ngoài việc thích ứng tốt với điều kiện thổ nhưỡng khí hậu vùng đất dốc, cây chè còn góp phần xóa đói giảm nghèo, ổn định và định canh định cư cho đồng bào các dân tộc thiểu số. Chính vì vậy, nghị quyết đại hội Đảng lần thứ IX đã xác định vị trí và định hướng phát triển cây chè vùng Trung du miền núi Bắc bộ. Chính phủ đã có nhiều chính sách cụ thể cho phát triển cây chè ở các tỉnh Trung du miền núi phía Bắc và coi cây chè là cây kinh tế mũi nhọn. Nhờ đó trong những năm gần đây, diện tích, sản lượng cũng như kim ngạch xuất khẩu của ngành chè Việt Nam đã tăng lên nhanh chóng. Hiện nay cả nước có 35 tỉnh trồng chè với diện tích và sản lượng không ngừng tăng lên [16]. Năm 2005, diện tích chè cả nước đạt 125.000 ha, sản xuất khoảng 140.000 tấn chè khô, xuất khẩu đạt 102 triệu USD; trong đó tiêu dùng trong nước hơn 30.000 tấn, trị giá trên 650 tỷ đồng. Đến năm 2007, sản lượng chè cả nước đạt 164.000 tấn chè khô (đứng thứ sáu trên thế giới) với giá trị xuất khẩu đạt hơn 130 triệu USD. Mục tiêu tới năm 2015, diện tích chè cả nước sẽ đạt 150.000 ha, đồng thời những diện tích chè giống cũ sẽ dần được thay thế bằng các giống mới có năng suất và chất lượng cao hơn [11].
Để đáp ứng được nhu cầu phát triển nhanh và bền vững của ngành chè thì nguồn giống là yếu tố hàng đầu đóng vai trò quan trọng nhất. Hiện nay, năng suất và giá trị chè Việt Nam còn thấp so với thế giới (năng suất bình quân đạt 1,228 tấn/ha (chè khô), có giá từ 1,0-1,2 USD/kg). Nguyên nhân của hạn chế đó có nhiều, nhưng quan trọng là chúng ta chưa có nhiều giống chè năng suất cao, chất lượng tốt đáp ứng yêu cầu sản xuất và xuất khẩu [1], [2], [5]. Nhằm nâng cao năng suất và chất lượng chè Việt Nam, tăng sức cạnh tranh trên thị trường thế giới, công tác chọn tạo giống chè mới cũng như nhập nội những giống chất lượng cao nhận được nhiều sự quan tâm khuyến khích từ các cấp quản lý cũng như các cơ sở nghiên cứu, sản xuất và chế biến chè ở nước ta. Tuy nhiên, kết quả thu được chưa thực sự tương xứng mà nguyên nhân chính là do công tác chọn tạo giống chè đến nay chưa được cải tiến, chủ yếu vẫn áp dụng các phương pháp chọn lọc từ nguồn giống tự nhiên kết hợp với lai hữu tính và thuần hoá, chọn lọc từ nguồn nhập nội.
Lai hữu tính- lựa chọn trước những tính trạng tốt của cặp lai bố mẹ nhằm tạo ưu thế lai cho con lai sau này- là phương pháp truyền thống được ưa chuộng và áp dụng rộng rãi trong chọn tạo giống chè mới ở nước ta [5], [18]. Nhưng do đặc điểm nông sinh học của cây chè mà phương pháp này có hai nhược điểm lớn là mất nhiều thời gian và độ tin cậy không cao. Cây chè có thời gian sinh trưởng phát triển khá dài, để trồng một cây chè từ hạt đến khi có thể đánh giá đầy đủ các đặc điểm năng suất- chất lượng phải mất từ ba đến năm năm hoặc lâu hơn. Bên cạnh đó, quá trình chọn lựa bố mẹ cho phép lai hữu tính cũng như sàng lọc quần thể nhằm tìm ra dòng triển vọng chủ yếu dựa vào các đặc điểm hình thái, do vậy chịu tác động lớn của điều kiện môi trường nên rất khó chọn tạo được giống chè mang đặc tính mong muốn và có tính ổn định cao [35]. Những nhược điểm trên đã làm hạn chế đáng kể hiệu quả của các phương pháp chọn tạo giống chè truyền thống. Để có được những dòng triển vọng các nhà chọn giống sẽ phải tiêu tốn rất nhiều thời gian, công sức và cần có những điều kiện cơ sở vật chất khác (vườn ươm, vườn trồng đánh giá- khảo nghiệm) song kết quả thu được lại không ổn định. Chính vì vậy phải mất rất nhiều năm cũng như công sức nghiên cứu, ngành chè nước ta mới có được hai giống chè lai LDP1 và LDP2 được công nhận là giống quốc gia [11], [13].
Để tháo gỡ những hạn chế trên thì việc áp dụng các tiến bộ khoa học kỹ thuật vào chọn tạo giống chè là giải pháp tất yếu. Trong khoảng hai mươi năm trở lại đây, công nghệ sinh học đã có những bước phát triển không ngừng và được ứng dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực y - dược, nông nghiệp, thủy sản, môi trường Riêng đối với nông nghiệp, ứng dụng của công nghệ sinh học (công nghệ sinh học nông nghiệp) đã có những thành tựu to lớn, góp phần nâng cao năng suất- chất lượng của nhiều giống cây trồng và được coi là chìa khóa giải quyết bài toán an ninh lương thực đang ngày càng bức bách hiện nay.
Tuy không phải là cây lương thực trọng yếu nhưng chè là cây công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền sản xuất nông nghiệp của nhiều quốc gia. Chính vì vậy, trong vài năm gần đây, cây chè đã trở thành đối tượng hướng đến của công nghệ sinh học với mục tiêu nâng cao năng suất, chất lượng cũng như khả năng chống chịu đối với các tác nhân gây hại. Để thực hiện được điều này thì cải thiện hiệu quả công tác chọn tạo giống chè là hướng tiếp cận phù hợp nhất. Trên thế giới, công nghệ chỉ thị phân tử và công nghệ cứu phôi- hai trong số những mảng quan trọng của công nghệ sinh học nông nghiệp- đã được áp dụng khá phổ biến trong cải tiến và hỗ trợ công tác chọn tạo giống chè. Nhờ chỉ thị phân tử mà các nhà khoa học xác định được sự khác biệt về mặt di truyền của quần thể giống khởi đầu, từ đó chọn lựa các cặp lai có mức độ tương đồng/ khoảng cách di truyền phù hợp có thể cho ưu thế lai cao nhất. Việc tiếp cận ở mức độ phân tử cho phép đánh giá các giống bố mẹ một cách chính xác, không bị ảnh hưởng bởi các điều kiện ngoại cảnh, rút ngắn thời gian và nâng cao hiệu quả công tác lai tạo. Không những vậy, chỉ thị phân tử còn là công cụ hữu hiệu giúp xác định cây lai của từng tổ hợp lai, qua đó đánh giá được tính chính xác của những phép lai đã thực hiện và chọn lọc được những cá thể có kiểu gen mong muốn [19], [22], [27], [28]. Bên cạnh đó, nhờ công nghệ nuôi cấy mô, chúng ta có thể tạo ra những cá thể từ phôi lai xa (vốn rất khó phát triển thành hạt) và nhân nhanh hàng loạt cây chè con với những đặc tính đồng nhất với độ ổn định cao trong khoảng thời gian ngắn hơn rất nhiều so với các phương pháp nhân giống vô tính truyền thống khác [13], [15]. Quả thực, với sự trợ giúp của công nghệ sinh học, mà cụ thể là công nghệ chỉ thị phân tử và công nghệ cứu phôi, chúng ta hoàn toàn khắc phục được những khó khăn trở ngại khi sử dụng phương pháp truyền thống trong chọn tạo giống chè mới phục vụ sản xuất [17], [25], [30].
Ở nước ta hiện nay, ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống cây trồng là hướng đi đầy tiềm năng và đã mang lại kết quả rất khả quan như trong chọn tạo các giống lúa, ngô, đậu tương, bông . [3], [10]. Mặc dù vậy, riêng đối với chọn tạo giống chè thì đây vẫn còn là hướng tiếp cận rất mới mẻ và chưa được quan tâm đầu tư thích đáng. Các kết quả nghiên cứu về đa dạng di truyền và ứng dụng lai xa, cứu phôi ở cây chè vẫn còn rất khiêm tốn, cần phải được đầu tư mạnh mẽ hơn một cách có hệ thống. Đến nay, hầu hết các nghiên cứu chọn tạo giống chè đều áp dụng phương pháp truyền thống, nên chưa mang lại hiệu quả mong muốn. Chính vì vậy, ứng dụng công nghệ sinh học sẽ là giải pháp hữu hiệu nhất cần được áp dụng trong giai đoạn hiện nay để nâng cao hiệu quả chọn tạo các giống chè và hoàn toàn phù hợp với mục tiêu cũng như nội dung mà “Chương trình trọng điểm phát triển và ứng dụng Công nghệ sinh học trong lĩnh vực nông nghiệp và phát triển nông thôn đến năm 2020” đã đề ra.
Trên cơ sở đó, chúng tôi đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu chọn tạo giống chè năng suất cao, chất lượng tốt nhờ chỉ thị phân tử và công nghệ cứu phôi” nhằm ứng dụng hướng tiếp cận mới vào công tác giống của ngành chè nước ta.
Đề tài được thực hiện từ tháng 9 năm 2007 đến tháng 10 năm 2010 với sự tham gia phối hợp của Viện Khoa học kỹ thuật Nông lâm nghiệp (KHKT NLN) miền núi phía Bắc.
Mục tiêu chung của đề tài
Ứng dụng chỉ thị phân tử và công nghệ cứu phôi để nâng cao hiệu quả trong công tác chọn tạo giống chè.
Mục tiêu cụ thể
Phân nhóm di truyền các giống/dòng chè ở Việt Nam bằng chỉ thị phân tử và ứng dụng công nghệ cứu phôi để chọn tạo các dòng chè có năng suất cao, chất lượng tốt phục vụ sản xuất chè ở vùng núi và Trung du Bắc Bộ.
Đối tượng nghiên cứu
Cây chè Camellia sinensis (L.) O. Kuntze