Luận Án Tiến Sĩ Nông Nghiệp Nghiên Cứu Chọn Tạo Giống Đậu Tương Kháng Bệnh Phấn Trắng Cho Các Tỉnh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

NGUYỄN ĐẠT THUẦN

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG KHÁNG

BỆNH PHẤN TRẮNG CHO CÁC TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

HÀ NỘI - 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

NGUYỄN ĐẠT THUẦN

NGHIÊN CỨU CHỌN TẠO GIỐNG ĐẬU TƯƠNG KHÁNG

BỆNH PHẤN TRẮNG CHO CÁC TỈNH PHÍA BẮC VIỆT NAM

Chuyên ngành: Di truyền và chọn giống cây trồng

Mã số: 62 62 01 11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học

1: TS. Trần Thị Trường

2: PGS.TS. Nguyễn Xuân Hồng

HÀ NỘI - 2017

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi trong suốt

thời gian từ năm 2011 - 2016. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung

thực và chưa được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Mọi trích dẫn

đều có nguồn gốc rõ ràng.

Tác giả của luận án

Nguyễn Đạt Thuần

ii

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới

PGS.TS. Nguyễn Xuân Hồng và TS. Trần Thị Trường, những người tâm

huyết đã luôn tận tình chỉ dạy, động viên và đã dành rất nhiều thời gian công

sức để hướng dẫn, định hướng cho tôi trong quá trình thực hiện luận án

Tôi chân thành cảm ơn Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, Ban

Đào tạo Sau đại học, Viện Cây lương thực và Cây thực phẩm, Trung tâm

Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt

quá trình học tập, nghiên cứu tại Viện và đơn vị chuyên môn.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các đồng nghiệp và bạn bè đã hỗ

trợ tôi thực hiện một số nội dung nghiên cứu, thu thập số liệu và đã có những

ý kiến góp ý quý giá giúp tôi hoàn thành luận án.

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới vợ, các con và những

người thân trong gia đình đã động viên và là điểm tựa tinh thần, vật chất cho

tôi trong những năm tháng tiến hành nghiên cứu và hoàn thành luận án.

Tác giả của luận án

Nguyễn Đạt Thuần

iii

MỤC LỤC

STT Nội dung Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục các bảng biểu vii

Danh mục các hình ảnh xi

Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt xii

MỞ ĐẦU 1

1. Tính cấp thiết của đề tài 1

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 2

3.1. Ý nghĩa khoa học 2

3.2. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài 3

4. Đối tượng, phạm vi và địa điểm nghiên cứu 3

4.1. Đối tượng nghiên cứu 3

4.2. Phạm vi nghiên cứu 3

4.3. Phạm vi về không gian 3

4.4. Phạm vi về thời gian 4

5. Những đóng góp mới của luận án 4

Chương 1. Cơ sở khoa học và tổng quan tài liệu của đề tài 5

1.1. Cơ sở khoa học của đề tài 5

1.2. Nguồn gốc xuất xứ và vai trò của cây đậu tương 6

1.2.1. Nguồn gốc xuất xứ 6

1.2.2. Vai trò của cây đậu tương 7

1.3. Những nghiên cứu nước ngoài liên quan đến đề tài 9

1.3.1. Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới 9

iv

1.3.2. Một số yếu tố hạn chế sản xuất đậu tương 11

1.3.3. Nghiên cứu về chọn tạo giống đậu tương trên thế giới 13

1.3.4. Nghiên cứu bệnh phấn trắng đậu tương và biện pháp phòng trừ 16

1.3.5. Di truyền mức độ kháng và tương quan giữa bệnh hại với các tính

trạng khác ở đậu tương 19

1.3.6. Nghiên cứu chọn tạo giống kháng bệnh 25

1.4. Những nghiên cứu trong nước liên quan đến đề tài 27

1.4.1. Tình hình sản xuất đậu tương ở trong nước 27

1.4.2. Một số yếu tố hạn chế sản xuất đậu tương 28

1.4.3. Một số kết quả nghiên cứu về giống đậu tương tại Việt Nam 29

1.5. Những kết luận chính rút ra từ tài liệu 34

Chương 2. Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu 36

2.1. Vật liệu nghiên cứu 36

2.2. Nội dung nghiên cứu 37

2.2.1. Nội dung 1: Nghiên cứu đánh giá và tạo vật liệu khởi đầu cho

chọn giống đậu tương có năng suất cao và kháng bệnh phấn trắng 37

2.2.2. Nội dung 2: Nghiên cứu di truyền mức độ kháng bệnh phấn trắng và

chọn lọc dòng đậu tương có năng suất cao và kháng bệnh phấn trắng 37

2.2.3. Nội dung 3: Nghiên cứu đánh giá các giống đậu tương kháng

bệnh phấn trắng và có triển vọng cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam 37

2.3. Phương pháp nghiên cứu 37

2.3.1. Phương pháp sàng lọc nguồn gene đậu tương kháng bệnh phấn trắng 37

2.3.2. Phương pháp đánh giá đặc điểm nông sinh học và năng suất của

vật liệu khởi đầu 42

2.3.3. Phương pháp lai hữu tính tạo vật liệu khởi đầu 42

2.3.4. Phương pháp nghiên cứu di truyền mức độ kháng bệnh phấn

trắng đậu tương 44

v

2.3.5. Phương pháp nghiên cứu chọn lọc dòng lai đậu tương kháng bệnh

phấn trắng và có năng suất cao 46

2.3.6. Phương pháp đánh giá khả năng kháng bệnh phấn trắng của các

dòng đậu tương ưu tú chọn lọc 48

2.3.7. Phương pháp khảo sát năng suất các dòng ưu tú kháng bệnh phấn

trắng chọn lọc 48

2.3.8. Phương pháp so sánh chính quy và thử nghiệm tính thích ứng của

các giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng có triển vọng 49

2.4. Quy trình kỹ thuật và chăm sóc 50

2.5. Các chỉ tiêu theo dõi về đặc điểm nông học của giống 50

2.6. Phân tích và xử lý số liệu 52

Chương 3. Kết quả nghiên cứu và thảo luận 56

3.1. Kết quả nghiên cứu đánh giá và tạo vật liệu khởi đầu cho chọn

giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng và có năng suất cao 56

3.1.1. Kết quả sàng lọc nguồn gene đậu tương kháng bệnh phấn trắng 56

3.1.2. Kết quả đánh giá đặc điểm nông sinh học và năng suất của vật

liệu khởi đầu 66

3.1.3. Kết quả lai hữu tính tạo vật liệu khởi đầu 75

3.2. Kết quả nghiên cứu di truyền mức độ kháng bệnh phấn trắng và chọn

lọc dòng đậu tương kháng bệnh phấn trắng và có năng suất cao 78

3.2.1. Kết quả nghiên cứu di truyền mức độ kháng bệnh phấn trắng

đậu tương 78

3.2.2. Kết quả nghiên tương quan của bệnh phấn trắng đối với năng suất

và một số đặc điểm nông học khác ở đậu tương 86

3.2.3. Kết quả chọn lọc dòng lai đậu tương kháng bệnh phấn trắng và có

năng suất cao 88

vi

3.3. Nghiên cứu đánh giá các giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng

và triển vọng cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam 94

3.3.1. Kết quả đánh giá khả năng kháng bệnh phấn trắng của 18 dòng

đậu tương ưu tú chọn lọc 94

3.3.2. Kết quả khảo sát năng suất của các dòng đậu tương ưu tú kháng

bệnh phấn trắng chọn lọc 96

3.3.3. Kết quả so sánh chính quy và thử nghiệm khả năng thích ứng của

các giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng có triển vọng ở một

số tỉnh phía Bắc Việt Nam 103

Kết luận và đề nghị 116

1. Kết luận 116

2. Đề nghị 116

Một số hình ảnh minh hoạ 118

Các công trình đã công bố liên quan đến luận án 129

Tài liệu tham khảo 130

Phụ lục 145

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

STT Tên bảng Trang

1.1: Tình hình sản xuất đậu tương trên thế giới qua một số năm 10

1.2: Một số giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng trên thế giới 26

1.3: Tình hình sản xuất đậu tương ở Việt Nam qua một số năm 27

2.1: Mức độ nhiễm bệnh phấn trắng theo thang phân cấp bệnh 39

2.2: Số lượng cá thể trong từng quần thể tối thiểu và thực tế tham gia

thí nghiệm 45

2.3: Địa điểm, thời vụ và mật độ gieo trồng các giống đậu tương

kháng bệnh phấn trắng triển vọng 49

2.4: Các tỷ lệ phân ly kiểu hình ở F2 cho các tính trạng do một hay

hai gen kiểm soát 53

3.1: Mức độ kháng hoặc nhiễm bệnh phấn trắng của 250 mẫu giống

đậu tương qua các giai đoạn sinh trưởng ở điều kiện tự nhiên

trên đồng ruộng trong vụ xuân 2011 59

3.2: Một số đặc điểm nông học chính và các yếu tố cấu thành năng

suất của 8 mẫu giống đậu tương điển hình chọn lọc trong vụ

xuân 2011 60

3.3: Mức độ kháng hoặc nhiễm bệnh phấn trắng của 50 mẫu giống đậu

tương bằng lây nhiễm nhân tạo ở vụ xuân 2012 và xuân 2013 61

3.4: Kết quả sàng lọc mức độ kháng bệnh phấn trắng của 50 mẫu

giống đậu tương bằng lây nhiễm nhân tạo trong vụ xuân 2012 và

vụ xuân 2013 65

3.5: Thời gian sinh trưởng của các giống đậu tương thí nghiệm vụ

xuân 2012 tại Thanh Trì - Hà Nội 67

3.6: Một số chỉ tiêu sinh trưởng của các mẫu giống đậu tương vụ

xuân năm 2012 tại Thanh Trì - Hà Nội 69

viii

3.7: Mức độ nhiễm sâu, bệnh hại và khả năng chống đổ của các mẫu

giống đậu tương trong vụ xuân năm 2012 tại Thanh Trì - Hà Nội 71

3.8: Yếu tố cấu thành năng suất của các mẫu giống đậu tương vụ

xuân năm 2012 tại Thanh Trì - Hà Nội 72

3.9: Năng suất của các mẫu giống đậu tương thí nghiêm trong vụ

xuân năm 2012 tại Thanh Trì, Hà Nội 74

3.10: Kết quả lai hữu tính và phát triển quần thể tạo vật liệu nghiên

cứu di truyền mức độ kháng bệnh phấn trắng đậu tương 75

3.11: Một số đặc điểm nông sinh học chính của các giống bố mẹ 77

3.12: Kết quả lai tạo vật liệu chọn giống kháng bệnh phấn trắng và có

năng suất cao trong vụ hè 2012, vụ xuân 2013 và vụ hè 2013 78

3.13: Mức độ nhiễm bệnh phấn trắng của các cá thể ở điều kiện lây

nhiễm nhân tạo vụ xuân năm 2013 80

3.14: Di truyền mức độ kháng bệnh phấn trắng ở tổ hợp lai ĐT26 x

William 82 và EO89-10 x William 82 82

3.15: Di truyền mức độ kháng bệnh phấn trắng dựa trên phân tích kiểu

gene ở tổ hợp ĐT26 x William 82 và EO89-10 x William 82 85

3.16: Tương quan giữa mức độ kháng bệnh với năng suất và đặc điểm

nông học khác ở đậu tương dựa trên quần thể phân ly F2 87

3.17: Một số đặc điểm nông học chính của các cá thể ưu tú thế hệ

BC2F2 vụ xuân năm 2014 tại Thanh Trì - Hà Nội 89

3.18: Một số đặc điểm nông học chính của các cá thể ưu tú được chọn

lọc ở thế hệ BC2F3 vụ hè năm 2014 tại Thanh Trì - Hà Nội 91

3.19: Một số đặc điểm nông học của các dòng ưu tú chọn lọc ở thế hệ

BC2F4 trong vụ đông năm 2014 tại Thanh Trì - Hà Nội 93

ix

3.20: Kết quả đánh giá mức độ kháng bệnh phấn trắng của 18 dòng

đậu tương ứu tú hệ BC2F5 chọn lọc bằng nhiễm nhân tạo vụ

xuân 2015 95

3.21: Danh sách và nguồn gốc các dòng đậu tương ưu tú kháng bệnh

phấn trắng tham gia thí nghiệm đánh giá năng suất tại Hà Nội,

Thái Bình và Thái Nguyên trong vụ xuân 2015 96

3.22: Một số đặc điểm hình thái của các giống đậu tương ưu tú tham

gia thí nghiệm vụ xuân năm 2015 97

3.23: Một số đặc điểm sinh trưởng phát triển của các dòng đậu tương

ưu tú vụ xuân năm 2015 tại Hà Nội, Thái Bình và Thái Nguyên 98

3.24: Khả năng chống chịu sâu bệnh, khả năng chống tách vỏ quả và

chống đổ của các dòng đậu tương ưu tú kháng bệnh phấn trắng

trong vụ xuân năm 2015 tại Hà Nội, Thái Bình và Thái Nguyên 100

3.25: Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đậu

tương ưu tú vụ xuân 2015 tại Hà Nội, Thái Bình và Thái Nguyên 101

3.26: Đặc điểm hình thái của các giống đậu tương kháng bệnh phấn

trắng có triển vọng tại các điểm triển khai trong vụ hè 2015, vụ

đông 2015 và vụ xuân 2016 104

3.27: Một số đặc điểm nông sinh học của các giống đậu tương kháng

bệnh phấn trắng có triển vọng trong vụ hè 2015, vụ đông 2015

và vụ xuân 2016 105

3.28: Một số đặc điểm nông sinh học của các giống đậu tương kháng

bệnh phấn trắng có triển vọng trong vụ hè 2015, vụ đông 2015

và vụ xuân 2016 106

3.29: Khả năng chống chịu sâu của các giống đậu tương kháng bệnh

phấn trắng có triển vọng tại các điểm khảo nghiệm ở vụ hè

2015, vụ đông 2015 và vụ xuân 2016 107

x

3.30: Khả năng chống chịu bệnh của các giống đậu tương triển vọng tại

các điểm thí nghiệm ở vụ hè 2015, vụ đông 2015 và vụ xuân 2016 108

3.31: Khả năng chống tách vỏ quả và đổ của các giống đậu tương

kháng bệnh phấn trắng có triển vọng tại các điểm khảo nghiệm

ở vụ hè 2015, đông 2015 và xuân 2016 109

3.32: Trung bình các yếu tố cấu thành năng suất của các giống đậu

tương kháng bệnh phấn trắng có triển vọng tại các điểm khảo

nghiệm trong vụ hè 2015, vụ đông 2015 và vụ xuân 2016 110

3.33: Năng suất thực thu của các giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng

có triển vọng trồng trong vụ hè 2015 tại các điểm khảo nghiệm 111

3.34: Năng suất thực thu của các giống đậu tương kháng bệnh phấn trăng

có triển vọng trồng trong vụ đông 2015 tại các điểm khảo nghiệm 112

3.35: Năng suất thực thu của các giống đậu tương kháng bệnh phấn trắng

có triển vọng trồng trong vụ xuân 2016 tại các điểm khảo nghiệm 113

3.36: Khả năng thích ứng của các giống đậu tương kháng bệnh phấn

trắng có triển vọng khảo nghiệm trong vụ hè 2015, vụ đông

2015 và vụ xuân 2016 tại một số tỉnh phía Bắc Việt Nam 114

xi

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

STT Hình ảnh Trang

1.1: Sản lượng đậu tương của thế giới năm 2015 11

2.1: Phân tầng lá phục vụ đánh giá bệnh phấn trắng qua các giai

đoạn sinh trưởng V4, V6 và V8 38

2.2: Mức độ nhiễm bệnh theo thang phân cấp bệnh (cấp 0 đến 5) 39

2.3: (a) Bào tử nấm bệnh phấn trắng và (b) cách che phủ nylon sau

khi lây nhiễm 41

2.4: Các bước lai hữu tính đậu tương 43

2.5: Sơ đồ lai tạo vật liệu nghiên cứu di truyền mức độ kháng bệnh

phấn trắng 44

2.6: Sơ đồ lai và chọn lọc dòng lai đậu tương kháng bệnh phấn trắng

có năng suất cao 47

3.1: Nhiệt độ và ẩm độ trung bình ngày từ 01/01 đến 30/04/2011 57

3.2: Mức độ nhiễm bệnh phấn trắng của các giống đậu tương ở điều

kiện tự nhiên qua các giai đoạn sinh trưởng vụ xuân 2011 58

3.3: Kết quả PCR kiểm tra cá thể trong quần thể mang gene kháng 83

xii

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BVTV Bảo vệ thực vật

D Dòng

Đ/C Đối chứng

HCVS Hữu cơ vi sinh

KHCN Khoa học và Công nghệ

KHKT Khoa học kỹ thuật

KL hạt/cây Khối lượng hạt của một cây

KL100 hạt Khối lượng của 100 hạt

NC&PT Nghiên cứu và Phát triển

NN Nông nghiệp

NN&PTNT Nông nghiệp và Phát triển nông thôn

NS Năng suất

NSLT Năng suất lý thuyết

NSTT Năng suất thực thu

Nxb Nhà xuất bản

PT Phấn trắng

QT Quần thể

ST Sinh trưởng

TB Trung bình

TGST Thời gian sinh trưởng

TT Thứ tự

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Đậu tương [Glycine max (L.) Merrill] là một trong những cây thực

phẩm quan trọng và là cây cải tạo đất lý tưởng trong hệ thống canh tác cây

trồng. Với ưu thề ngắn ngày, đậu tương có thể được gieo trồng nhiều vụ trong

năm, trong nhiều công thức luân canh, xen canh, tăng vụ, gối vụ. Những năm

gần đây, diện tích trồng đậu tương ở nước ta có nhiều biến động và đang có

xu thế giảm. Diện tích đậu tương chỉ còn 120.000 ha trong năm 2016, năng

suất bình quân chỉ đạt 1,43 tấn/ha, bằng 1/2 năng suất bình quân của thế giới

(2,78 tấn/ha) và bằng khoảng 2/5 so với năng suất bình quân của nước Mỹ

(3,50 tấn/ha) (Bộ Nông nghiệp Mỹ, tháng 3/2017). Sản lượng đậu tương của

nước ta mới chỉ đáp ứng được khoảng từ 6% đến 8% nhu cầu đậu tương thực

phẩm và chế biến thức ăn gia súc.

Đậu tương là cây trồng rất mẫn cảm với với sâu bệnh hại (Mahesha,

2006). Trong điều kiện nhiệt đới gió mùa giống như ở miền Bắc Việt Nam,

sâu bệnh hại là một trong những nguyên nhân chính gây ảnh hưởng trực tiếp

đến sự sinh trưởng và phát triển của cây đậu tương, dẫn đến thiệt hại lớn về

năng suất (Shepard et al. 2013). Bệnh phấn trắng là một loại bệnh hại chính

trên cây đậu tương và xuất hiện ở hầu hết ở các nước sản xuất đậu tương trên

thế giới như Mỹ, Canada, Braxin, Agentina, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung

Quốc, Việt Nam .... Bệnh phấn trắng có thể làm giảm năng suất hạt đậu tương

từ 10% đến 70% so với các giống ở điều kiện không bị nhiễm loại bệnh này

(Grau and Laurence, 2005).

Ở Việt Nam, mặc dù bệnh phấn trắng trên cây đậu tương mới được

ghi nhận vào năm 2000 (Nguyễn Thị Bình và cs. 2004). Tuy nhiên, bệnh đang

có chiều hướng lây lan và phát triển nhanh, gây thiệt hại đáng kể đến năng

suất và chất lượng hạt đậu tương. Bệnh phấn trắng xuất hiện và gây hại chủ