Tiến Sĩ Nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây từ nguồn Andigena và nhân giống khoai tây ở Vùng cao phía Bắc Vi

LUẬN ÁN TIẾN SỸ
NĂM 2013

MỤC LỤC
TRANG

LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN ii
CÁC CHỮ VIẾT TẮT iii
DANH MỤC CÁC BẢNG SỐ LIỆU ix
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ xv
MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÂY KHOAI TÂY 6
1.1.1 Tầm quan trọng 6
1.1.2 Nguồn gốc, phân loại và lịch sử phát triển 6
1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KHOAI TÂY TRÊN THẾ GIỚI 8
1.3 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT KHOAI TÂY Ở VIỆT NAM 10
1.4 CÁC NGHIÊN CỨU VỀ CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 13
1.4.1 Đặc tính của cây khoai tây liên quan đến chọn tạo giống 13
1.4.2 Nguồn vật liệu di truyền cho chọn tạo giống khoai tây 13
a. Khoai tây trồng (cultivated potatoes) 14
b. Khoai tây dại (wild potatoes) và phạm vi thích ứng 15
c. Các dạng bố mẹ chủ yếu trong chọn tạo giống khoai tây 16
1.4.3 Các mục tiêu chọn tạo giống 18
a. Năng suất cao 19
b. Chất lượng tốt 20
c. Chống chịu sâu bệnh 20
1.4.4 Phương pháp chọn tạo giống truyền thống 23
a. Lai hữu tính thông qua phương pháp chọn lọc theo chu kỳ (recurrent selection) 23
b. Chọn tạo giống ở mức tứ bội thể 25
c. Chọn tạo giống ở mức nhị bội thể 25
1.4.5 Triển vọng ứng dụng công nghệ sinh học trong chọn tạo giống khoai tây 27
a. Sử dụng công nghệ tế bào trong chọn tạo giống khoai tây: Dung hợp tế bào trần (protoplast fusion) 27
b. Chuyển gene từ các loài khoai tây dại 29
1.4.6 Chọn tạo giống khoai tây ở Việt Nam 29
1.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP NHÂN GIỐNG VÀ SẢN XUẤT KHOAI TÂY GIỐNG CHỦ YẾU 32
1.5.1 Hiện tượng thoái hóa khoai tây giống do virus 32
1.5.2 Hiện tượng thoái hóa khoai tây giống do củ giống trồng bị già về sinh lý 35
1.5.3 Nhân giống bằng hạt giống khoai tây (TPS) 36
1.5.4 Nhân giống và sản xuất khoai tây giống ở Việt Nam 36
a. Hệ thống sản xuất khoai tây giống ở Đà lạt (1500 m so với mặt biển) 37
b. Hệ thống sản xuất khoai tây giống ở Đồng bằng Bắc bộ (5 m so với mặt biển) 38
c. Hệ thống sản xuất khoai tây giống ở Vùng cao Sa Pa (1581 m so với mặt biển) 38
d. Hệ thống khoai tây giống dựa vào nguồn khoai tây giống nhập khẩu từ các nước phát triển 39
e. Khoai tây ăn nhập từ Trung quốc dùng làm củ giống trồng 40
f. Bảo quản khoai tây giống 40
g. Kiểm nghiệm và xác nhận khoai tây giống 41

Chương 2: VẬT LIỆU, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 43
2.1 VẬT LIỆU 43
2.1.1 Các vật liệu di truyền Andigena sử dụng trong nghiên cứu 43
2.1.2 Các giống khoai tây Tuberosum (bảng 2.3)sử dụng trong nghiên cứu nhân giống 45
2.1.3 Tên và ký hiệu các vật liệu nghiên cứu 46
2.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 46
2.2.1 Nội dung 1: Nghiên cứu lai tạo giống và chọn giống khoai tây từ nguồn vật liệu Andigena 46
a. Lai tạo các tổ hợp lai tại Sa Pa, Lào Cai 46
b. Đánh giá các tổ hợp hạt giống khoai tây và chọn các dòng khoai tây có triển vọng được lai tạo tại Sa Pa từ nguồn vật liệu khoai tây Andigena 49
2.2.2 Nội dung 2 : Nghiên cứu chọn lọc giống từ nguồn vật liệu Andigena nhập từ CIP (năm 2005) 50
2.2.3 Nội dung 3 : Nghiên cứu nhân giống từ nguồn vật liệu Tuberosum 52
a. Nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 tại Vùng cao Sa Pa 52
b. Nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 ở Đồng bằng sông Hồng. 53
c. Nghiên cứu nhân giống một số giống khoai tây (đã được công nhận chính thức) tại Vùng cao Sa Pa 53
d. Nghiên cứu ảnh hưởng của giống và nguồn củ giống đến nhân giống khoai tây 54
2.3 CÁC CHỈ TIÊU THEO DÕI VÀ ĐÁNH GIÁ 56
Chương 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 58
3.1 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG KHOAI TÂY TỪ NGUỒN VẬT LIỆU DI TRUYỀN ANDIGENA 58
3.1.1 Kết quả lai tạo các tổ hợp lai tại Sa Pa bằng cách sử dụng các nguồn Andigena làm bố mẹ 58
3.1.2 Kết quả chọn lọc các dòng khoai tây có triển vọng từ các vật liệu được lai tạo tại Sa Pa 64
3.1.3 Kết quả đánh giá và chọn lọc các dòng khoai tây Andigena nhập từ Trung tâm Khoai tây Quốc tế (CIP) 82
3.1.4 Chất lượng một số dòng khoai tây Andigena có triển vọng 93
3.2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY TỪ CÁC VẬT LIỆU TUBEROSUM 94
3.2.1 Kết quả nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 tại Vùng cao Sa Pa 94
3.2.2 Kết quả nghiên cứu nhân giống khoai tây Tuberosum nhập từ Đức năm 2003 ở Đồng bằng sông Hồng (Thanh Trì, Hà Nội) 100
3.2.3 Kết quả nghiên cứu nhân giống một số giống khoai tây (đã được công nhận chính thức) tại Vùng cao Sa Pa 106
3.2.4 Ảnh hưởng của giống và nguồn củ giống đến nhân giống khoai tây 109
3.3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ LIÊN QUAN ĐẾN NHÂN GIỐNG KHOAI TÂY Ở VÙNG CAO VÀ ĐỒNG BẰNG 117
3.3.1 Các dòng khoai tây Andigena ở Vùng cao và Đồng bằng 117
3.3.2 Các giống khoai tây Tuberosum ở đồng bằng và vùng cao 121
3.3.3 Tình hình gây hại của một số loại sâu bệnh chủ yếu đối với cây khoai tây ở Vùng cao Sa Pa và Đồng bằng Bắc bộ. 123
a. Bệnh mốc sương (Phytophthora infestans (Mont.) de Bary) 124
b. Các loại bệnh virus 124
c. Rệp đào (Myzus persicea) 126
d. Bọ trĩ (Thrips palmi) 126
e. Mật độ nhện (Polyphagus esculentus) 127
f. Kiến nâu (mối) đục củ khoai tây 128
g. Bệnh héo xanh (Ralstonia solanacearum) 129
3.3.4 Hệ số nhân giống, năng suất khoai tây giống (tấn/ha), sản lượng củ giống (số củ/ha), thời vụ và lợi thế nhân giống ở Vùng cao phía Bắc so với Đồng bằng 131
a. Hệ số nhân giống, năng suất khoai tây giống và sản lượng củ giống 131
b. Thời vụ nhân giống 134
c. Lợi thế của Vùng cao so với đồng bằng đối với vịệc nhân giống và sản xuất khoai tây giống 135

4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 137
4.1 KẾT LUẬN 137
4.2 ĐỀ NGHỊ 138
CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO 139
PHỤ LỤC 150



MỞ ĐẦU

1.1 Tính cấp thiết của đề tài

Ở Việt Nam, khoai tây là một trong những cây thực phẩm quan trọng và đặc biệt là một cây hàng hóa có hiệu quả kinh tế cao. Trong vụ Đông-Xuân 2011-12, ở Đồng bằng Bắc bộ, trên cùng một đơn vị diện tích gieo trồng, chỉ trong vòng 90 ngày, từ khi trồng đến khi thu hoạch, cây khoai tây cho giá trị thu nhập cao gấp từ 2 đến 3 lần giá trị thu nhập từ cây lúa với thời gian từ khi cấy đến khi thu hoạch là 120 ngày. Việt Nam có tiềm năng lớn về sản xuất khoai tây, ước tính, có khoảng 400 000 ha đất có thể dùng cho việc trồng khoai tây (Hộ và các đồng tác giả, 1993).Từ những năm đầu thập niên 1970, việc phát triển mạnh lúa Xuân ở miền Bắc Việt Nam trên cơ sở những giống lúa mới ngắn ngày, năng suất cao, đã mở ra một khoảng thời gian khoảng 4 tháng từ tháng 10 đến tháng 2 cho cây Vụ Đông phát triển. Vụ Đông trên thực tế đã trở thành một trông những vụ sản xuất chính trong sản xuất nông nghiệp ở miền Bắc Việt Nam. Trong đó, cây khoai tây là một cây lương thực, thực phẩm vụ Đông có giá trị cao. Tuy nhiên, cho đến nay, các giống khoai tây Tuberosum vẫn chiếm ưu thế trong sản xuất. Nhìn chung, các giống khoai tây Tuberosum có nhiều ưu điểm như năng suất cao, chất lượng tốt nhưng khả năng chống chịu sâu bệnh bị hạn chế. Từ năm 1996 đến nay, một số giống khoai tây Andigena đã được chọn lọc đưa vào sản xuất như KT-2, KT-3 và VC38-6, nhưng chỉ chiếm tỷ lệ nhỏ trong tổng diện tích trồng khoai tây. Trong các nguồn vật liệu di truyền có thể sử dụng cho chọn tạo giống khoai tây, nguồn gene khoai tây Andigena rất giàu biến dị di truyền, có nền di truyền rộng, đa dạng và phong phú, nhiều nguồn gene chống các bệnh khoai tây như các loại virus, bệnh mốc sương v.v Andigena còn giàu nguồn gene về năng suất củ và hàm lượng chất khô cao. Tuy nhiên việc nghiên cứu sử dụng khoai tây nguồn Andigena trong chọn tạo giống khoai tây ở Việt Nam còn rất hạn chế, chính vì thế chúng tôi đã lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu chọn tạo giống khoai tây từ nguồn Andigena và nhân giống khoai tây ở Vùng cao phía Bắc Việt Nam” làm đề tài luận án tiến sỹ. Luận án đã được thực hiện trong thời gian từ năm 2003 đến năm 2012.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Từ nguồn vật liệu khoai tây Andigena, nghiên cứu xác định được khả năng lai tạo và chọn lọc, tạo vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống khoai tây ở Việt Nam.
- Đề xuất được các cơ sở khoa học cho việc lựa chọn vùng cao là vùng thích hợp cho việc sản xuất khoai tây giống.
1.3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
1.3.1 Ý nghĩa khoa học
Kết quả nghiên cứu của đề tài là những dẫn liệu khoa học mới phục vụ cho nghiên cứu và giảng dậy về cây khoai tây ở Việt Nam, đặc biệt ở những vấn đề chính sau:
- Khẳng định điều kiện tự nhiên vùng Sa Pa thích hợp cho công tác lai tạo giống khoai tây.
- Khẳng định được tính ưu việt của nguồn gen khoai tây Andigena trong công tác chọn tạo giống khoai tây của Việt Nam.
- Đề xuất được những cơ sở khoa học của việc sử dụng vùng cao làm vùng nhân giống khoai tây cho các vùng đồng bằng.
1.3.2 Ý nghĩa thực tiễn
- Đã thực hiện lai tạo được 59 tổ hợp lai, tạo ra được tổng số 536 208 hạt lai (kiểu gene) để sử dụng làm vật liệu khởi đầu cho công tác chọn tạo giống khoai tây ở Việt Nam. Đã khẳng định được rằng áp dụng phương pháp chọn lọc theo chu kỳ là đúng đắn.
- Đã chọn lọc được 67 dòng có triển vọng từ các tổ hợp lai tạo được ở Sa Pa. Trong đó có 9 dòng đã đạt được năng suất từ 30 tấn/ha trở lên.
- Đã chọn được một số dòng khoai tây Andigena nhập nội từ CIP có năng suất cao, chất lượng tốt, chống chịu sâu bệnh tốt như VR02 (33,26 tấn/ha), VR03 (29,54 tấn/ha), VR09 (29,09 tấn/ha), LB43 (26,38 tấn/ha). Các dòng khoai tây Andigena này đã và đang được nông dân sản xuất thử.
- Đã xác định được lợi thế ưu việt của Vùng cao phía Bắc trong việc sản xuất khoai tây giống và đề xuất sử dụng Vùng cao phía Bắc làm vùng nhân giống khoai tây.
1.4 Những đóng góp mới của Luận án:
- Đề tài của Luận án là công trình đầu tiên nghiên cứu về lai tạo giống khoai tây theo phương pháp chọn lọc theo chu kỳ ở miền Bắc Việt Nam. Luận án đã chứng minh vùng cao Sa Pa có các điều kiện sinh thái phù hợp với việc lai tạo giống khoai tây và đã tạo ra được 59 tổ hợp lai với 536 208 hạt lai (genotype) từ nguồn khoai tây Andigena.
- Luận án đã phát hiện được triển vọng của hướng sử dụng nguồn vật liệu di truyền khoai tây Andigena trong chọn tạo giống khoai tây ở Việt Nam.
- Đã chọn lọc được hàng loạt dòng khoai tây Andigena có triển vọng từ các tổ hợp lai tại Sa Pa và từ các dòng khoai tây Andigena nhập nội, cho năng suất cao, chất lượng tốt.
- Từ việc nghiên cứu một số yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến nhân giống khoai tây ở Đồng Bằng sông Hồng và Vùng cao phía Bắc, đã cung cấp các dữ liệu làm cơ sở khoa học cho việc lựa chọn Vùng cao phía Bắc là vùng sinh thái thích hợp cho việc nhân giống và sản xuất khoai tây giống.