Nghiên cứu đặc điểm biến dị và khả năng di truyền về sinh trưởng và một số tính chất gỗ của Bạch đàn urô (E. urophylla ST. Blake) và một số dòng Bạch đàn lai tại Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

VIỆN KHOA HỌC LÂM NGHIỆP VIỆT NAM

MAI TRUNG KIÊN

ĐOÀN NGỌC DAO

NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM BIẾN DỊ VÀ KHẢ NĂNG DI TRUYỀN

VỀ SINH TRƯỞNG VÀ MỘT SỐ TÍNH CHẤT GỖ CỦA BẠCH

ĐÀN URÔ VÀ MỘT SỐ DÒNG BẠCH ĐÀN LAI TẠI VIỆT NAM

Chuyên ngành đào tạo: Di truyền và chọn giống cây lâm nghiệp

Mã số: 62-62-02-07

LUẬN ÁN TIẾN SĨ NÔNG NGHIỆP

Người hướng dẫn khoa học:

TS. Hà Huy Thịnh

GS.TS. Lê Đình Khả1.

GS.TS. Lê Đình Khả

2. TS. Hà Huy Thịnh

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là do tôi thực

hiện, các số liệu trong luận án là hoàn toàn trung thực và chưa được người

khác công bố trong bất kỳ tài liệu hay công trình nào khác, nếu sai tôi hoàn

toàn chịu trách nhiệm.

Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là do tôi trực tiếp thu

thập, đồng thời có kế thừa kết quả đề tài “Nghiên cứu cải thiện giống nhằm

tăng năng suất, chất lượng cho một số loài cây trồng rừng chủ lực” giai

đoạn 2006 – 2010. Đề tài luận án của tôi là một phần trong kết quả đề tài

“Nghiên cứu cải thiện giống nhằm tăng năng suất, chất lượng cho một số

loài cây trồng rừng chủ lực” giai đoạn 2011 – 2015 do TS Hà Huy Thịnh

làm chủ nhiệm mà tôi là cộng tác viên và đã được chủ nhiệm đề tài cho

phép.

Hà Nội, ngày 10 tháng 02 năm 2014

Tác giả

Mai Trung Kiên

i

LỜI CẢM ƠN

Luận án được hoàn thành tại Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam

năm 2013.

Có được kết quả này ngoài sự nỗ lực của nghiên cứu sinh không thể

thiếu sự giúp đỡ của Viện Khoa học Lâm nghiệp Việt Nam và đặc biệt là của

Viện Nghiên cứu Giống và Công nghệ sinh học Lâm nghiệp, đơn vị trực tiếp

hỗ trợ về nhân lực, vật liệu giống và hiện trường nghiên cứu của các đề tài

nghiên cứu cải thiện giống do Viện Nghiên cứu Giống và Công nghệ sinh học

Lâm nghiệp chủ trì thực hiện.

Nghiên cứu sinh xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và kính trọng đến

GS.TS Lê Đình Khả và TS. Hà Huy Thịnh, là những thầy hướng dẫn khoa

học, đã dành nhiều thời gian và công sức để giúp đỡ nghiên cứu sinh hoàn

thành luận án.

Xin chân thành cám ơn TS. Phí Hồng Hải, TS. Nguyễn Đức Kiên và

tập thể cán bộ Viện Nghiên cứu Giống và Công nghệ sinh học lâm nghiệp

đã giúp đỡ nghiên cứu sinh trong việc thu thập, xử lý số liệu và hoàn thiện

luận án.

Hà Nội, tháng 02 năm 2014

ii

MỤC LỤC

TT Trang

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ iii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 6

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 6

1 Trên thế giới 6

1.1 Phân bố và đặc điểm sinh học của Bạch đàn urô và pellita 6

1.2 Nghiên cứu về biến dị Bạch đàn urô và pellita 9

1.2.1 Biến dị giữa các xuất xứ 9

1.2.2 Khả năng di truyền 11

1.2.3 Hệ số tương quan giữa sinh trưởng và một số tính chất gỗ 12

1.2.4 Tương tác kiểu gen - hoàn cảnh 13

1.3 Nghiên cứu về lai giống trong các loài bạch đàn 14

1.4 Chọn lọc dòng vô tính và phát triển rừng trồng dòng vô tính 17

2 Ở Việt Nam 20

2.1 Biến dị giữa các xuất xứ và gia đình Bạch đàn urô và pellita 20

2.1.1 Bạch đàn urô 20

2.1.2 Bạch đàn pellita 22

2.2 Khả năng di truyền 23

2.2.1 Hệ số di truyền 23

2.2.2 Hệ số tương quan giữa sinh trưởng với khối lượng riêng của gỗ 24

2.2.3 Tương tác kiểu gen hoàn cảnh 25

2.2.4 Đánh giá cấu trúc di truyền quần thể chọn giống bạch đàn urô 26

2.3 Nghiên cứu về lai giống trong các loài Bạch đàn 27

2.4 Chọn lọc dòng vô tính và phát triển rừng trồng dòng vô tính 30

2.5 Nghiên cứu sâu bệnh hại 32

2.6 Một số nhận định 33

CHƯƠNG 2 35

iii

NỘI DUNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35

2.1 Nội dung nghiên cứu 35

2.2 Vật liệu nghiên cứu 35

2.3 Phương pháp nghiên cứu 41

2.3.1 Phương pháp tiếp cận 41

2.3.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 41

2.3.3 Phương pháp thu thập số liệu 43

2.3.4 Phương pháp xác định khối lượng riêng và hàm lượng cellulose

của gỗ 45

2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 47

CHƯƠNG 3 51

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 51

3.1 Biến dị về sinh trưởng và chất lượng thân cây Bạch đàn urô

và Bạch đàn lai UP 51

3.1.1 Biến dị giữa các nguồn hạt giống Bạch đàn urô 52

3.1.2 Biến dị giữa các gia đìnhBạch đàn urô 53

3.1.3 Biến dị giữa các dòng vô tính Bạch đàn urô 60

3.1.4 Biến dị giữa các dòng vô tính Bạch đàn lai UP 64

3.1.5 Tổng hợp chung các dòng vô tính Bạch đàn urô và Bạch đàn lai UP 67

3.2 Biến dị về khối lượng riêng và hàm lượng cellulose của Bạch

đàn urô và Bạch đàn lai UP 68

3.2.1 Biến dị về khối lượng riêng 70

a Biến dị giữa các gia đình Bạch đàn urô 70

b Biến dị giữa các dòng Bạch đàn urô 73

c Biến dị giữa các dòng Bạch đàn lai UP 75

3.2.2 Biến dị về hàm lượng cellulose giữa các dòng Bạch đàn urô và

Bạch đàn lai UP 77

3.3 Khả năng di truyền của các tính trạng sinh trưởng, độ thẳng

thân... 80

3.3.1 Khả năng di truyền ở các gia đình Bạch đàn urô 81

3.3.2 Khả năng di truyền ở các dòng vô tính Bạch đàn urô 84

3.3.3 Khả năng di truyền ở các dòng vô tính Bạch đàn lai UP 86

3.4 Tương quan tính trạng – tính trạng của Bạch đàn urô và

Bạch đàn lai UP 88

iv

3.4.1 Tương quan tính trạng – tính trạng của các gia đình Bạch đàn urô 88

3.4.2 Tương quan tính trạng – tính trạng của các dòng Bạch đàn urô 89

3.4.3 Tương quan tính trạng – tính trạng của các dòng Bạch đàn lai UP 91

3.5 Tương quan tuổi – tuổi của các tính trạng sinh trưởng trong

các trong các khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 và Bạch đàn urô 93

3.6 Tương tác kiểu gen – hoàn cảnh ở Bạch đàn urô và Bạch đàn

lai UP 94

3.6.1 Tương tác gia đình – hoàn cảnh ở Bạch đàn urô 95

3.6.2 Tương tác dòng - hoàn cảnh ở Bạch đàn urô và Bạch đàn lai UP 97

3.7 Một số đề xuất cho cải thiện giống Bạch đàn urô và Bạch đàn

lai UP 101

3.7.1 Cải thiện các tính trạng sinh trưởng và tính chất gỗ ở các chương

trình cải thiện giống Bạch đàn urô 101

3.7.2 Độ tuổi trong nghiên cứu chọn giống Bạch đàn urô 104

3.7.3 Phát triển các dòng Bạch đàn urô và Bạch đàn lai UP ưu việt 104

KẾT LUẬN, TỒN TẠI VÀ KHUYẾN NGHỊ 106

4.1 Kết luận 106

4.2 Tồn tại 110

4.3 Khuyến nghị 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO 114

v

BẢNG KÊ CÁC TỪ VIẾT TẮT

Ký hiệu viết tắt Nghĩa đầy đủ

CVa Hệ số biến động di truyền

CVG Hệ số biến động kiểu gen

D Đường kính ngang ngực

Den Khối lượng riêng của gỗ

ĐC Đối chứng

Đnc Độ nhỏ cành

Đtt Độ thẳng thân

F.pr Xác suất của F (Fisher) tính toán

Ftính Giá trị F tính

h2

Hệ số di truyền theo nghĩa hẹp

H2

Hệ số di truyền theo nghĩa rộng

H Chiều cao vút ngọn

Icl Chỉ tiêu chất lượng tổng hợp

KNDVT Khảo nghiệm dòng vô tính

KNHT Khảo nghiệm hậu thế

L.sd (Least Significant

Diference) Khoảng sai dị đảm bảo

PP Chỉ số pilodyn (đo gián tiếp khối lượng

riêng của gỗ)

Ptn Phát triển ngọn

SSO Vườn giống hữu tính

Sk Sức khỏe

vi

TB Trung bình

TBVG Trung bình vườn giống

XH Xếp hạng

V% Hệ số biến động

σ

2

a Phương sai di truyền lũy tích

vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng Tên bảng Trang

2.1

Số lượng gia đình/dòng Bạch đàn urô và Bạch đàn lai UP,

năm trồng và nguồn gốc vật liệu của các khảo nghiệm giống

được sử dụng trong các nội dung nghiên cứu của luận án

37

2.2 Đặc điểm khí hậu các địa điểm nghiên cứu 38

2.3 Tính chất vật lý và hóa học của đất ở các địa điểm 40

3.1

Sinh trưởng và chất lượng thân cây của các nguồn hạt Bạch

đàn urô tại khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 ở Ba Vì và Đông

Hà (6 tuổi)

52

3.2

Sinh trưởng và chất lượng thân cây giữa các gia đình bạch

đàn urô tại khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 ở Ba Vì – Hà Nội

(6 tuổi)

56

3.3

Sinh trưởng và chất lượng thân cây giữa các gia đình Bạch

đàn urô tại khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 ở Đông Hà –

Quảng Trị (6 tuổi)

59

3.4 Sinh trưởng và chất lượng thân cây của các dòng vô tính

Bạch đàn urô tại Nam Đàn (5 tuổi) và Ba Vì (4 tuổi) 62

3.5 Sinh trưởng và chất lượng thân cây của các dòng vô tính

Bạch đàn lai UP tại Đông Hà (5 tuổi) và tại Ba Vì (4 tuổi) 66

3.6

Sinh trưởng và trị số pilodyn của các gia đình Bạch đàn urô

tại các khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 tại Ba Vì (3 tuổi) và

Đông Hà (3 tuổi)

71

3.7

Khối lượng riêng của gỗ, trị số Pilodyn và thứ tự xếp hạng

về sinh trưởng của các dòng Bạch đàn urô trong khảo

nghiệm dòng vô tính tại Ba Vì (4 tuổi) và Nam Đàn (5 tuổi)

74

3.8

Khối lượng riêng của gỗ, trị số Pilodyn và thứ tự xếp hạng

về sinh trưởng của các dòng Bạch đàn lai UP trong khảo

nghiệm dòng vô tính tại Ba Vì (4 tuổi) và Đông Hà (5 tuổi)

76

3.9

Hàm lượng cellulose và thứ tự xếp hạng về sinh trưởng của

các dòng Bạch đàn urô trong khảo nghiệm dòng vô tính tại

Ba Vì (4 tuổi)

77

3.10 Hàm lượng cellulose và thứ tự xếp hạng về sinh trưởng của 78

viii

các dòng Bạch đàn lai UP trong khảo nghiệm dòng vô tính

tại Ba Vì (4 tuổi) và Đông Hà (5 tuổi)

3.11

Hệ số di truyền (h2

) và hệ số biến động di truyền lũy tích

(CVa) của các tính trạng sinh trưởng và chất lượng ở các gia

đình Bạch đàn urô tại Ba Vì (6 tuổi) và Đông Hà (6 tuổi)

82

3.12

Hệ số di truyền (H2

) và hệ số biến động kiểu gen (CVG) của

các tính trạng sinh trưởng và chất lượng của các dòng vô

tính Bạch đàn urô tại khảo nghiệm Ba Vì (4 tuổi) và Nam

Đàn (5 tuổi)

85

3.13

Hệ số di truyền (H2

) và hệ số biến động kiểu gen (CVG) của

các tính trạng sinh trưởng và chất lượng của các dòng vô

tính Bạch đàn lai UP trong các khảo nghiệm tại Ba Vì (4

tuổi) và Quảng Trị (5 tuổi)

87

3.14

Hệ số tương quan di truyền giữa đường kính và chiều cao với

trị số pilodyn của các gia đình Bạch đàn urô tại Ba Vì và

Đông Hà

89

3.15

Tương quan giữa các tính trạng sinh trưởng, khối lượng riêng

của gỗ và hàm lượng cellulose ở các dòng bạch đàn urô tại

khảo nghiệm Ba Vì (4 tuổi) và Nam Đàn (5 tuổi)

90

3.16

Tương quan giữa các tính trạng sinh trưởng, khối lượng riêng

của gỗ và hàm lượng cellulose ở các dòng Bạch đàn lai UP tại

khảo nghiệm Ba Vì (4 tuổi) và Đông Hà (5 tuổi)

92

3.17

Hệ số tương quan kiểu gen (Rg) và kiểu hình (Rp) của các

tính trạng sinh trưởng giữa các độ tuổi khác nhau trong

khảo nghiệm hậu thế Bạch đàn urô tại Ba Vì và Đông Hà

93

3.18 Tương tác gia đình – hoàn cảnh ở Bạch đàn urô giữa hai lập

địa Ba Vì và Đông Hà (6 tuổi) 95

3.19 Tương tác dòng – hoàn cảnh ở Bạch đàn urô giữa hai lập

địa Ba Vì và Nam Đàn (6 tuổi) 98

3.20 Tương tác dòng – hoàn cảnh ở Bạch đàn lai UP giữa hai lập

địa Ba Vì và Đông Hà (5 tuổi) 100

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH, BIỂU ĐỒ

Hình Tên hình Trang

1.1 Phân bố tự nhiên của bạch đàn urô 6

1.2 Phân bố tự nhiên của bạch đàn pellita 8

2.1 Địa điểm nghiên cứu 36

2.2 Cấu tạo của Pilodyn và phương pháp thu thập số liệu

pilodyn

45

2.3 Xác định khối lượng riêng của gỗ bằng phương pháp nước

chiếm chỗ 46

3.1 Khảo nghiệm hậu thế Bạch đàn urô Ba Vì (6 tuổi) 55

3.2

Độ vượt (%) về thể tích, đường kính ngang ngực và chỉ tiêu

chất lượng thân cây tổng hợp của 10 gia đình sinh trưởng tốt

nhất so với dòng U6 và trung bình toàn khảo nghiệm hậu thế

thế hệ 2 ở Ba Vì

57

3.3

Độ vượt (%) về thể tích, đường kính ngang ngực và chỉ tiêu

chất lượng thân cây tổng hợp của 10 gia đình sinh trưởng tốt so

với dòng U6 và trung bình toàn khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2

ở Đông Hà – Quảng Trị

58

3.4 Khảo nghiệm dòng vô tính Bạch đàn lai UP tại Ba Vì (3

tuổi)

67

3.5 Mở cửa sổ để đo trị số pilodyn tại khảo nghiệm hậu thế thế

hệ 2 tại Ba Vì

72

3.6 Dòng Bạch đàn lai UP54 tại Đông Hà (6 tuổi) 79

3.7 Giá trị chọn giống về thể tích thân cây của 76 gia đình Bạch

đàn urô tại Ba Vì và Đông Hà

97

3.8 Giá trị chọn giống về thể tích thân cây của 24 dòng Bạch

đàn urô ở Ba Vì và Nam Đàn 99

3.9 Giá trị chọn giống về thể tích thân cây của 28 dòng Bạch

đàn lai UP ở Ba Vì và Đông Hà 100

1

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Các loài bạch đàn được nhập vào Việt Nam từ những năm 1930 và đến

nay đã trở thành nhóm cây trồng chủ lực trong các chương trình trồng rừng tập

trung và phân tán ở nước ta. Đến năm 2011, tổng diện tích rừng trồng Bạch đàn

ở Việt Nam là 353,000 ha, chiếm 32% diện tích rừng trồng cả nước (Bộ Nông

nghiệp và Phát triển nông thôn, 2011) [1]. Rừng trồng bạch đàn đã góp phần

đáng kể đáp ứng nhu cầu gỗ nguyên liệu cho công nghiệp giấy, ván dăm, gỗ trụ

mỏ, gỗ xây dựng và đồ gỗ nội thất, góp phần tăng thu nhập của dân ở các nơi

trồng rừng ở nước ta.

Bạch đàn urô (Eucalyptus urophylla S.T. Blake) là loài cây sinh trưởng

nhanh, thích nghi tốt với điều kiện lập địa ở miền Bắc, miền Trung và khu

vực Tây Nguyên. Gỗ của Bạch đàn urô thường được sử dụng làm gỗ nguyên

liệu giấy và ván dăm. Trong khi đó, Bạch đàn pellita (Eucalyptus pellita

F.Muel.) tuy mới được nhập vào Việt Nam nhưng cũng đã thể hiện là loài cây

có triển vọng trong trồng rừng, có khả năng chịu hạn và sâu bệnh tốt, tính chất

gỗ rất phù hợp cho đóng đồ mộc cao cấp.

Trong những năm gần đây, chọn tạo các giống bạch đàn lai và sử dụng

trong trồng rừng là hướng đi mới có nhiều triển vọng và góp phần nâng cao

năng suất rừng trồng ở Việt Nam (Lê Đình Khả và Nguyễn Việt Cường,

2000) [72]. Trong giai đoạn 2000 - 2005, kết hợp khảo nghiệm hậu thế thế hệ

1 với xây dựng vườn giống Bạch đàn urô, Trung tâm nghiên cứu Giống cây

rừng (nay là Viện nghiên cứu Giống và Công nghệ sinh học Lâm nghiệp) đã

chọn được một số gia đình và cá thể tốt cho các nghiên cứu cải thiện giống

tiếp theo. Tiếp nối chương trình cải thiện giống, trong giai đoạn 2006 - 2010,

Viện đã xây dựng các quần thể chọn giống thế hệ 2 cho Bạch đàn urô và các

2

quần thể chọn giống thể hệ 1 cho Bạch đàn pellita, từ đó đã tạo được một số

tổ hợp lai giữa hai loài này và đưa vào khảo nghiệm giống tại Ba Vì - Hà Nội,

Nam Đàn - Nghệ An, Đông Hà - Quảng Trị.

Tuy nhiên các nghiên cứu trước đây mới chỉ tập trung tiến hành các

nghiên cứu đối với các khảo nghiệm hậu thế thế hệ 1, còn các khảo nghiệm

hậu thế thế hệ 2 và khảo nghiệm dòng vô tính Bạch đàn lai UP mới nghiên

cứu đánh giá về biến dị sinh trưởng. Vì vậy, việc đi sâu nghiên cứu biến dị di

truyền về sinh trưởng và một số tính chất gỗ, nhằm đẩy nhanh quá trình chọn

giống đối với Bạch đàn urô và Bạch đàn lai UP, tạo ra các giống vừa sinh

trưởng nhanh vừa có chất lượng tốt là rất cần thiết. Đề tài “Nghiên cứu đặc

điểm biến dị và khả năng di truyền về sinh trưởng và một số tính chất gỗ của

Bạch đàn urô (E. urophylla ST. Blake) và một số dòng Bạch đàn lai tại Việt

Nam” của nghiên cứu sinh là một phần trong đề tài “Nghiên cứu cải thiện giống

nhằm tăng năng suất, chất lượng cho một số loài cây trồng rừng chủ lực” (giai

đoạn 2005 - 2010 và 2011 - 2015), do TS. Hà Huy Thịnh làm chủ nhiệm, mà

nghiên cứu sinh là một trong những cộng tác viên chính của đề tài.

2. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

- Ý nghĩa khoa học của đề tài

Kết quả của luận án là cơ sở khoa học cho cải thiện giống bạch đàn

theo hướng nâng cao năng suất và chất lượng gỗ cho trồng rừng gỗ xẻ.

- Ý nghĩa thực tiễn của đề tài

+ Dựa trên các kết quả nghiên cứu về biến dị và khả năng di truyền về

sinh trưởng và chất lượng gỗ trong các khảo nghiệm hậu thế thế hệ 2 và các

khảo nghiệm giống lai UP, đề tài đã chọn được 11 dòng Bạch đàn urô và