Luận Văn 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.doc

Nhận viết đề tài trọn gói – ZL: 0934 573 149 – Luanvantot.com
TẢI TÀI LIỆU KẾT BẠN ZALO : 0934 573 149
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.TS. 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 ... tháng ... 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
2.1.1 Nguồn gốc và phân bố 5
2.1.2 Đa dạng di truyền nguồn gen đậu cô ve hoang dại 6
2.1.3 Đa dạng di truyền đậu cô ve trồng (giống bản địa và giống cải tiến) 7
2.1.4 Khai thác nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại 10
2.2 Chọn giống đậu cô ve chịu nóng 12
2.2.1 Phản ứng chịu bất thuận nóng ở cây trồng 13
2.2.2 Di truyền tính chịu nóng ở cây trồng 14
2.2.3 Di truyền tính chịu nóng ở đậu cô ve 17
2.2.4 Nguồn gen đậu cô ve chịu nóng 17
2.2.5 Công tác chọn giống đậu cô ve chịu nóng 18
2.3 Chọn giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 20
2.3.1 Đặc điểm của nấm U. appendiculatus gây hại trên đậu cô ve 20
2.3.2 Đa dạng và phân loại bệnh gỉ sắt trên đậu cô ve 23
2.3.3 Di truyền và đa dạng nguồn gen kháng bệnh gỉ sắt ở đậu cô ve 26

iii

2.3.6 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
3.5.1 Nội dung 1: Thu thập và đánh giá đánh giá nguồn vật liệu đậu cô ve 36
3.5.2 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
3.5.3 Nội dung 3: Lai tạo và chọn lọc dòng đậu cô ve năng suất, chịu nóng 42
3.5.4 Nội dung 4: Sàng lọc và tạo nguồn vật liệu đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt 42
3.5.5 Phƣơng pháp phân tích kết quả thí nghiệm 44
3.5.6 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
4.1.1 Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học chính của các mẫu giống đậu cô ve 47
4.1.2 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
4.2.1 Đặc điểm sinh trƣởng phát triển của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 60
4.2.2 Đặc điểm hình thái quả của 15 mẫu giống đậu cô ve 62
4.2.3 Đặc điểm hình thái hạt của các mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn 63
4.2.4 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất quả tƣơi của 15 mẫu giống
đậu cô ve 65
4.2.5 Đánh giá khả năng chống chịu với sâu bệnh hại tự nhiên của các mẫu
giống đậu cô ve tuyển chọn 66
4.2.6 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
4.3.1 Lựa chọn bố mẹ cho các tổ hợp lai 79

iv

4.3.2 Đánh giá biến động di truyền của một số tính trạng liên quan đến năng
suất của các dòng bố mẹ 80
4.3.3 Kết quả lai tạo 82
4.3.4 Đặc điểm nông sinh học của các dòng đậu cô ve mới 83
4.3.5 Đặc điểm hình thái, chất lƣợng quả của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 85
4.3.6 Đặc điểm hình thái hạt của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87
4.3.7 Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các dòng đậu cô ve mới
lai tạo 87
4.3.8 Đánh giá khả năng chịu nóng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 90
4.3.9 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
4.4.1 Nghiên cứu, sàng lọc mẫu giống đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt bằng lây
nhiễm nhân tạo 94
4.4.2 Đánh giá phản ứng với nấm gỉ sắt trên đồng ruộng của các mẫu giống
đậu cô ve tuyển chọn 97
4.4.3 Kiểm tra sự có mặt của các gen kháng gỉ sắt bằng chỉ thị phân tử 99
4.4.4 Tạo nguồn vật liệu mang gen kháng bệnh gỉ sắt 105
PHẦN 5 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 108
5.1 Kết luận 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
AFLP
Amplified Fragment Length Polymorphism
(Đa hình chiều dài các đoạn ADN nhân bản chọn lọc)
bp Base pair (Cặp nucleotit – bazơ ni tơ)
BPGV
Portuguese Bank of Plant Germplasm
(Ngân hàng nguồn gen cây trồng Bồ Đào Nha)
cDNA complementary DNA (DNA bổ sung)
CGIAR
Consultative Goup for International Agicultural
(Tổ chức tƣ vấn nông nghiệp quốc tế)
CIAT
International Central for Topical Agiculture
(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
FAO
Food and Agiculture Organization of the United Nations
(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
IPCC
Intergoverment Panel on Climate Change
(Ủy ban Liên Chính phủ về biến đổi khí hậu)
IPGRI
International Plant Genetic Resources Institute
(Viện Tài nguyên di truyền thực vật Quốc tế)
Isolate Mẫu bệnh thu thập
JICA
Japan International Cooperation Agency
(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)
RAPD
Randomly Amplified Polymorphic DNAs
(Đa hình các đoạn ADN khuếch đại ngẫu nhiên)
RCBD Randomized Complete Block Designs (Khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh)
RFLP
Restriction Fragment Length Polymorphism
(Đa hình chiều dài mảng phân cắt giới hạn)
SCAR
Sequence Characterized Amplified Region
(Vùng khuếch đại trình tự đặc trƣng)
SNPs
Single Nucleotide Polymorphism
(Đa hình của các nucleotide đơn)
SSR Simple Sequence Repeats (Những trình tự lặp lại đơn giản)
TOL Tolerance (Chỉ số chống chịu)
UPGMA
Unweighted Pair Group Method using Arithmetic Averages (Phƣơng
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., 1983 25
2.4 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. 26
2.5 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
4.1 Phân nhóm các mẫu giống đậu cô ve trong tập đoàn theo mục đích sử dụng 47
4.2 Phân nhóm các mẫu giống đậu cô ve trong tập đoàn theo một số đặc điểm
hình thái hạt 48
4.3 Phân nhóm các mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu dựa trên một số tính
trạng hình thái quả 49
4.4 Phân nhóm dựa theo các tính trạng năng suất và các yếu tố cấu thành
năng suất 50
4.5 Số alen và chỉ số PIC của 20 chỉ thị SSR 56
4.6 Danh sách 15 mẫu giống đậu cô ve đƣợc chọn lọc năm 2013 tại Gia Lâm,
Hà Nội 59
4.7 Thời gian qua các giai đoạn sinh trƣởng của 15 mẫu giống đậu cô ve
trong vụ Đông 2013 và vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 60

viii

4.8 Một số đặc điểm sinh trƣởng phát triển và hình thái của 15 mẫu giống
đậu cô ve nghiên cứu 61
4.9 Đặc điểm hình thái quả của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu 62
4.10 Một số đặc điểm hình thái hạt của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu 64
4.11 Các yếu tố cấu thành năng suất của 15 mẫu giống đậu cô ve leo nghiên
cứu trong vụ Đông 2013 và vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 65
4.12 Khả năng chống chịu sâu bệnh hại tự nhiên của các mẫu giống đậu cô ve
tuyển chọn trong vụ Đông 2013 và vụ Xuân 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 67
4.13 Một số đặc điểm và tính trạng liên quan đến khả năng chịu nóng của 15
dòng đậu cô ve nghiên cứu trong vụ Xuân Hè năm 2013 và 2014 tại Gia
Lâm, Hà Nội 69
4.14 Độ hữu dục của hạt phấn của 15 mẫu giống đậu cô ve nghiên cứu trong
vụ Xuân Hè năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 70
4.15 Các chỉ số chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve dựa trên năng suất quả
tƣơi trong năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 73
4.16 Các chỉ số chống chịu nóng của các mẫu giống đậu cô ve tính theo năng
suất hạt khô trong năm 2013 và 2014 tại Gia Lâm, Hà Nội 74
4.17 Hệ số tƣơng quan giữa các chỉ số chống chịu nóng tính theo năng suất cá
thể hạt khô 77
4.18 Hệ số tƣơng quan giữa các chỉ số chống chịu nóng tính theo năng suất cá
thể quả tƣơi 77
4.19 Hệ số tƣơng quan giữa các tính trạng liên quan đến khả năng chịu nóng
với năng suất hạt khô và các chỉ số chống chịu nóng 78
4.20 Hệ số tƣơng quan giữa các tính trạng liên quan đến khả năng chịu nóng
với năng suất quả tƣơi và các chỉ số chống chịu nóng 78
4.21 Một số đặc điểm của các mẫu giống chọn lọc là bố mẹ 79
4.22 Một số mô tả thống kê và thông số biến động di truyền của một số tính
trạng liên quan đến năng suất của các các dòng bố mẹ 80
4.23 Hệ số tƣơng quan giữa phƣơng sai kiểu gen (nửa phía trên) và phƣơng sai
kiểu hình (nửa phía dƣới) với các tính trạng năng suất 81
4.24 Đặc điểm hình thái của các dòng đậu cô ve thế hệ F4 83

ix

4.25 Thời gian qua các giai đoạn sinh trƣởng và đặc điểm sinh trƣởng của các
dòng đậu cô ve thế hệ F4 trong vụ Xuân và Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm,
Hà Nội 84
4.26 Một số đặc điểm hình thái quả của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 85
4.27 Một số chỉ tiêu chất lƣợng quả tƣơi của các dòng đậu cô ve mới lai tạo
(điểm) 86
4.28 Một số đặc điểm hình thái hạt của các dòng đậu cô ve mới lai tạo 87
4.29 Các yếu tố cấu thành năng suất và năng suất của các dòng đậu cô ve mới
lai tạo trong vụ Xuân và vụ Xuân Hè năm 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 88
4.30 Một số chỉ tiêu liên quan đến khả năng chịu nóng của các dòng đậu cô ve
thế hệ F4 trong vụ Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 91
4.31 Một số chỉ số chịu nóng của các dòng đậu cô ve mới lai tạo trong vụ
Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 92
4.32 Khả năng chống chịu sâu bệnh hại trên đồng ruộng của các dòng đậu cô
ve mới lai tạo trong vụ Xuân và Xuân Hè 2016 tại Gia Lâm, Hà Nội 93
4.33 Kết quả lây nhiễm nhân tạo bào tử nấm gỉ sắt trên các mẫu giống đậu cô
ve nghiên cứu trong vụ Xuân 2015 tại Gia Lâm, Hà Nội 96
4.34 Đánh giá mức độ nhiễm bệnh gỉ sắt dựa trên diện tích lá bị bệnh 97
4.35 Đánh giá cấp độ bệnh gỉ sắt theo kích thƣớc cụm bào tử 98
4.36 Kết quả chạy PCR tìm 8 gen kháng gỉ sắt trên các mẫu giống đậu cô ve 103
4.37 Kết quả chạy PCR kiểm tra gen kháng Ur-11 ở các dòng đậu cô ve thế hệ F4 106
4.38 Một số đặc điểm nông sinh học của 2 dòng đậu cô ve F4 mang gen kháng
gỉ sắt Ur-11 trong vụ Đông 2016 107

x

DANH MỤC HÌNH
STT Tên hình Trang
2.1 Phân bố địa sinh thái hai vốn gen đậu cô ve 6
2.2 Sơ đồ tóm tắt phản ứng của thành tế bào với bất thuận nóng 14
2.3 Chu kỳ sống của nấm gỉ sắt đậu cô ve 22
2.4 Triệu chứng bệnh trên lá, thân và quả đậu cô ve 23
2.5 Vị trí chỉ thị OX11630 và OF101,050, biểu hiện khoảng cách di truyền (cM)
liên kết với khối gen kháng bệnh gỉ sắt 28
2.6 Một phần bản đồ liên kết của đậu cô ve phát triển bằng chỉ thị AFLP và
SCAR nhận biết gen Ur-13 29
2.7 Gen kháng trên nhóm di truyền 4, 8 và 11 của đậu cô ve 30
4.1 Sơ đồ quan hệ di truyền 60 mẫu giống nghiên cứu dựa trên chỉ thị hình thái 54
4.2 Kết quả chạy điện di sản phẩm PCR của 60 mẫu giống đậu cô ve nghiên
cứu với chỉ thị BM200 55
4.3a Sơ đồ quan hệ di truyền của 22 mẫu giống đậu cô ve thân bụi nghiên cứu
xác định bằng chỉ thị SSR 57
4.3b Sơ đồ quan hệ di truyền 38 mẫu giống đậu cô ve thân leo nghiên cứu xác
định bằng chỉ thị SSR 58
4.4 Sơ đồ lai tạo các dòng đậu cô ve 82
4.5 Biều đồ năng suất cá thể của 11 dòng đậu cô ve mới lai tạo trong vụ
Xuân và vụ Xuân Hè 2016 89
4.6 Ảnh thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo nấm bệnh gỉ sắt 95
4.7 Phản ứng với nấm gỉ sắt trên đồng ruộng 98
4.8 Ảnh điện di PCR 10 chỉ thị SCAR liên kết với 8 gen kháng gỉ sắt 100
4.9 Ảnh điện di sản phẩm PCR của 28 dòng đậu cô ve thế hệ F4 với chỉ thị
SAE19 106

xi

TRÍCH YẾU CỦA LUẬN ÁN
Tên tác giả: Phạm Thị Ngọc
Tên Luận án: Phát triển nguồn vật liệu đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) phục vụ
chƣơng 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
Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nông nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu
Tạo lập tập đoàn công tác, phát triển và cung cấp nguồn vật liệu di truyền ƣu tú
cho chƣơng trình chọn tạo giống đậu cô ve năng suất cao, chịu nóng và chống bệnh gỉ
sắt cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam.
Phƣơng pháp nghiên cứu
- Các đặc điểm nông sinh học, đa dạng di truyền của nguồn vật liệu đƣợc đánh giá
theo phƣơng pháp đánh giá nguồn gen của IPGRI, 2001. Thí nghiệm đƣợc bố trí theo
phƣơng pháp khảo sát tập toàn, 2 lần nhắc lại, diện tích ô thí nghiệm 5m2
.
- Thí nghiệm đánh giá khả năng chịu nóng của 15 mẫu giống đậu cô ve tuyển chọn từ
tập đoàn đƣợc trồng trong 3 vụ là vụ Đông 2013, vụ Xuân 2014 và vụ Xuân Hè 2014.
Phƣơng pháp đánh giá theo CIAT, 2012.
- Thí nghiệm đánh giá phản ứng nhiễm bệnh gỉ sắt trên đồng ruộng của 15 mẫu
giống đậu cô ve tuyển chọn từ tập đoàn đƣợc trồng trong vụ Xuân 2015. Phƣơng pháp
đánh giá theo phƣơng pháp của Van Schoonhoven and Pastor-Corrales (1987).
- Thí nghiệm đánh giá các dòng đậu cô ve thế hệ F4 mới lai tạo đƣợc trồng trong
vụ Xuân và vụ Xuân Hè 2016.
Các thí nghiệm đƣợc bố trí theo khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh (RCBD), 2 lần lặp
lại, mỗi ô 5m2
.
- Phƣơng pháp chỉ thị phân tử: sử dụng chỉ thị phân tử SSR đánh giá đa dạng di
truyền, chỉ thị SCAR dò tìm gen kháng bệnh gỉ sắt, ADN đƣợc chiết tách theo phƣơng
pháp của Doyle and Doyle (1990) có cải tiến, phản ứng PCR khuyếch đại và điện di trên
gel agarose 4%.
- Phƣơng pháp lây nhiễm nấm gỉ sắt nhân tạo: đƣợc thực hiện theo phƣơng pháp
của Ariarathne và Pradeep Nuwan (2001) và có thay đổi cho phù hợp với điều kiện thí
nghiệm.
- Phƣơng pháp lai: lai tạo theo phƣơng pháp truyền thống: Lai hữu tính, lai đơn
khử đực và thụ phấn bằng tay, cách ly bằng bao cách ly.

xii

Các kết quả chính và kết luận:
1) Thu thập đƣợc 60 mẫu giống đậu cô ve khá đa dạng bao gồm 2 loại hình sinh
trƣởng là thân bụi (22 mẫu giống) và thân leo (38 mẫu giống) với 2 loại hình sử dụng: ăn
quả tƣơi và ăn hạt, 3 nhóm màu sắc quả (xanh, vàng, tím) và 8 nhóm màu sắc hạt. Trên cơ
sở dữ liệu đặc điểm nông sinh học kết hợp với sử dụng chỉ thị phân tử SSR đã phân nhóm di
truyền của của 60 mẫu giống trong tập đoàn công tác. Dựa trên dữ liệu về đặc điểm nông
sinh học đã phân chia tập đoàn thành 4 nhóm với hệ số tƣơng đồng di truyền dao động từ
0,1 đến 0,5. Dựa trên 15 chỉ thị phân tử SSR cho đa hình đã phân chia 22 mẫu giống đậu cô
ve thân bụi thành 2 nhóm với hệ số tƣơng đồng di truyền từ 0,52 đến 1,0 và 38 mẫu giống
đậu cô ve thân leo cũng đƣợc phân thành 2 nhóm với hệ số tƣơng đồng di truyền từ
0,55 đến 1,0. Đây là nguồn vật liệu di truyền khá đa dạng phục vụ chƣơng trình chọn
giống đậu cô ve ở Việt Nam.
2) Chọn đƣợc 15 mẫu giống từ tập đoàn thu thập để đánh giá sàng lọc cho chọn
giống. Đã nhận biết 3 mẫu giống có tiềm năng năng suất cao là CV05, CV07 và CV22;
4 mẫu giống có khả năng chịu nóng khi trồng trong vụ Xuân Hè là CV41, CV42, CV67
và CV69; 1 mẫu giống kháng với mẫu bệnh gỉ sắt thu thập là DLO22.
3) Từ kết quả đánh giá mức độ phản ứng với nấm bệnh gỉ sắt của 15 mẫu giống đậu
cô ve tuyển chọn từ tập đoàn thu thập thông qua thí nghiệm lây nhiễm nhân tạo, khảo sát
trên đồng ruộng kết hợp với kiểm tra sự có mặt của các gen kháng gỉ sắt bằng 10 chỉ thị
SCAR cho thấy Ur-11 là gen kháng với các mẫu bệnh gỉ sắt thu thập tại Việt Nam.
4) Sử dụng các dòng đậu cô ve chịu nóng trong lai giống, đã chọn đƣợc 5 dòng
đậu cô ve thế hệ F4 là BH1, BH2, BH3, BH4 và BH11 có năng suất cao và chịu nóng,
thích hợp với vụ Xuân Hè ở miền Bắc.
5) Sử dụng dòng đậu cô ve kháng bệnh gỉ sắt trong lai giống đã chọn đƣợc 2 dòng
F4 mang gen kháng gỉ sắt Ur-11 đó là BR8/15/16 và BR11/38/27 có khả năng chống
chịu với chủng gỉ sắt ở miền Bắc Việt Nam.

xiii

THESIS ABSTRACT
PhD. candidate: PHAM THI NGỌC
Thesis title: Development of the common bean (Phaseolus vulgaris L.) germplasm for
variety breeding with high yield, heat tolerance and rust resistance.
Major: Plant Genetics and Breeding Code: 62.62.02.11
Education organization: Vietnam National University of Agriculture
Research Objectives: To creat common bean working collection to develop common
bean germplasm to identify new promising lines with high yield, tolerance to heat
temperature and rust resistance for common bean breeding in the North of Vietnam.
Materials and Methods:
Characterization of gene resources using method of IPGRI, 2001 (International
Plant Genetic Resources Institute) including 60 accessions from domestic and exotic
germplasm collection.
Evaluation of germplasm accessions in the field experiment which is laid out as
the simple lattice design with 2 replications, the area of plots: 5 m2
(1 x 5m).
Characterization and screening for heat tolerance genotypes on the field
experiment is used by method of CIAT (2012).
Evaluation of genotypes for rust resistant on the field experiment is used by
method of Van Schoonhoven and Pastor-Corrales (1987)
Evaluation of genotypes for rust resistant in geenhouse was implemented by
Ariarathne and Pradeep Nuwan (2001) method with modifying.
Using SSR marker to evaluated diversity, and SCAR marker detected genes
resistance to rust, DNA was extracted according to Doyle and Doyle method (1990)
with modified, amplified DNA fragments and Amplification products were separated in
4% agarose gel containing 10 µg ethidium bromide/ml, visualized under UV light.
Hybridization method is single cross between two parents and emasculated and
pollinated technique by hand and utilization isolated by bag.
Statistical analysis: the quantitative traits were analysed for various statistical
parameters. mean, range, variances, correlations etc. Phenotypic and genotypic
coefficients of variation (PCV and GCV) for each trait were computed as PCV = (σ2
P/
mean) x 100, GCV = (σ2
G/ mean) x 100 as per (Burton, 1952). Broad sense heritability
was estimated as h2
(bs) = (σ2
G / σ2
P) x 100 as per Lush (1940). Heat Toletance Index
is calculated by method of Fernandez (1993). Genetic similarity according to Nei and Li
(1979). Software used are EXCEL 2013, IRRISTAT ver.5.0, and NTSYS-pc version 2.1

xiv

(Rohlf, 2000).
Main findings and Conclusions
Scientific and practical significance:
- Evaluated and identified genetic diversity of common bean germplasm collected
from domestic and exotic
- Identifying for heat tolerance and rust resistance in common bean germplasm
which were collected from domestic and exotic and utilized for breeding progam of
common bean.
- Selected the elite lines from crosses with character of heat tolerance and rust
resistance.
Conclusions:
- There were selected 60 accessions of common bean with two kinds of gowth
habit (bush and climbing habit) and two kinds of consumption produce (snap bean and
dry bean) with 3 goups of pod color (geen, purple and yellow) and 8 goups of seed
color. This is valuable germplasm using for common bean breeding progam.
- Identified bio-agonomical characteristics of collecting materials, classified
genetic goups by phonotypical and molecular markers. This is basis data using for
breeding of common bean.
- Screening germplasm and selected 15 best accessions from germplasm among
them there are 3 high yield accessions (CV05, CV07, CV22); 4 heat tolerant accessions
(CV41, CV42, CV67 and CV69); 1 rust resistant accession (DLO22).
- Combination of checked rust resistance genes to detect on the genome of 15
selected common bean accessions with the results of evaluation rust resistant accessions
in geenhouse and in the field showed that Ur-11 gene can resist to rust isolates, that
collected in the North of Vietnam.
- Crossing and segment selecting were selected 5 high yield, heat tolerant lines
which adapted with Spring – summer season in North of Vietnam including BH1, BH2,
BH3, BH4 and BH11.
- Selected 2 lines from F4 populations (BR8/15/16 and BR11/38/27) which
contained Ur-11 gene resistance to rust isolates collecting from the North of Vietnam.

xv

PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) đã đƣợc thuần hóa khoảng 8000 năm
trƣớc đây ở châu Mỹ và ngày nay trở thành một loại thực phẩm chính trên phạm
vi toàn thế giới. Bên cạnh việc cung cấp năng lƣợng, đậu cô ve còn là nguồn
protein và dinh dƣỡng vi lƣợng cho con ngƣời. Nó đƣợc sử dụng rộng rãi ở các
nƣớc đang phát triển bởi giá thành rẻ hơn protein động vật, lại có thể tồn trữ, bảo
quản đƣợc thời gian dài hơn. Cũng nhƣ các loài cây họ đậu khác, đậu cô ve còn
có giá trị to lớn về kinh tế và môi trƣờng do nó có khả năng cố định đạm nên
trong quá trình canh tác loài cây trồng này có thể giảm bớt việc sử dụng phân bón
hóa học - chìa khóa của vệ sinh an toàn thực phẩm và phát triển nông nghiệp bền
vững (Castro-Guerrero et al., 2016).
Với những giá trị to lớn của cây trồng này, đậu cô ve đã trở thành cây họ
đậu quan trọng đƣợc trồng rộng rãi khắp trên thế giới, là nguồn dinh dƣỡng của
hơn 300 triệu ngƣời, đặc biệt ở Đông Phi và Mỹ La Tinh đậu cô ve cung cấp
85% lƣợng protein và 32% năng lƣợng sinh học (Petry et al., 2015). Với sản
lƣợng hàng năm khoảng 12 triệu tấn, Châu Mỹ La tinh là khu vực đứng đầu về
sản xuất đậu cô ve, trong đó hai nƣớc sản xuất lớn nhất là Brazil và Mexico.
Châu Phi là vùng quan trọng thứ 2, sản xuất khoảng 2,5 triệu tấn/năm, tập trung ở
các nƣớc Uganda, Kenya, Rwanda, Burundi, Tanzania, và Congo. Ở châu Á, hai
nƣớc có sản lƣợng lớn nhất là Ấn Độ và Trung Quốc với khoảng hơn 4 triệu
tấn/năm. Ở Mỹ, đậu cô ve là cây trồng kinh tế quan trọng với diện tích trồng đậu
cô ve lấy hạt là 769 nghìn ha năm 2012 và đã đem lại giá trị 1,5 triệu đô la (Petry
et al., 2015; CGIAR, 2016).
Theo CIAT (1991), cây đậu cô ve có đặc điểm chung là năng suất không ổn
định do các yếu tố bất thuận phi sinh học nhƣ khí hậu thời tiết và đất đã ảnh
hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển của cây. Cây đậu cô ve thƣờng đƣợc trồng
dƣới điều kiện canh tác nhờ nƣớc trời, trong điều kiện đó bệnh hại là một yếu tố
khiến năng suất thấp và không ổn định. Nông dân thƣờng trồng muộn hoặc sớm
hơn để tránh bệnh hại và điều đó đã do đó ảnh hƣởng đến khả năng đậu quả của
cây đậu cô ve do thời gian ra hoa rơi vào thời điểm thời tiết khí hậu không phù
dẫn tới giảm tỉ lệ đậu quả khiến năng suất thấp.
Luque and Creamer (2014) đã phối hợp với CIAT nghiên cứu nhận biết

1

những trở ngại chính và xu hƣớng sản xuất, tiêu thụ trong sản xuất đậu cô ve.
Các tác giả đã đề xuất rằng cần chọn lọc giống với một số tính trạng nhƣ chống
chịu điều kiện bất thuận, cải tiến năng suất, kháng sâu bệnh và sản phẩm phù hợp
với yêu cầu thị trƣờng, cải tiến chất lƣợng dinh dƣỡng. Lima et al., 2015 cho
rằng một giống đậu cô ve triển vọng phải tổ hợp đƣợc một số tính trạng mà
ngƣời sản xuất và ngƣời tiêu dùng chấp nhận. Ở Brazil, ngƣời sản xuất yêu cầu
phải có năng suất cao, cấu trúc cây phù hợp, kháng một số sâu bệnh chính và
dạng hạt phù hợp với thị trƣờng, trong khi đó ngƣời tiêu dùng quan tâm đến tính
trạng chất lƣợng hạt. Do vậy, một chƣơng trình chọn tạo giống cố gắng đáp ứng
đƣợc những yêu cầu thị trƣờng (Lima et al., 2015).
Nghiên cứu của Singh (2001) cũng kết luận sản xuất đậu cô ve trên thế giới
bị hạn chế do gặp bất thuận sinh học và phi sinh học. Nền di truyền của các giống
thƣơng mại ở mức hẹp và không phù hợp cho chống chịu bất thuận sinh học và
phi sinh học. Để sản xuất đậu cô ve bền vững cần chọn tạo giống đậu cô ve có
năng suất cao, chất lƣợng tốt, giảm phụ thuộc vào nƣớc tƣới, phân bón, thuốc
trừ sâu bệnh và chi phí công lao động. Yêu cầu này đặt ra mục tiêu cải tiến giống
bằng quy tụ các alen phù hợp từ các giống trồng, họ hàng hoang dại vào giống
thƣơng mại ƣu tú. Cách tiếp cận của chƣơng trình tạo giống đậu cô ve gồm: (i)
chuyển gen từ nguồn gen vào giống phổ biến trong sản xuất, (ii) quy tụ các allele
phù hợp từ các nguồn khác nhau, và (iii) cải tiến đồng thời một số tính trạng năng
suất, chất lƣợng và chống chịu. Ngày nay, với sự hỗ trợ của kỹ thuật phân tử có
thể nhận biết và quy tụ gen chống chịu từ loài dại và giống bản địa vào nền di
truyền ƣu tú một cách dễ dàng hơn (Gujaria-Verma et al., 2016). Griffiths (2009)
khuyến cáo rằng đậu cô ve ăn quả là một cây trồng rất quan trong ở nhiều nƣớc,
nó đem lại giá trị kinh tế và dinh dƣỡng cho ngƣời dân. Mặc dù vậy, bệnh gỉ sắt
(Uromyces appendiculatus) và bất thuận phi sinh học nhƣ nhiệt độ cao đã hạn
chế sản xuất đậu cô ve ở nhiều khu vực vùng nhiệt đới. Nâng cao khả năng chống
chịu với nhiều chủng gỉ sắt cũng nhƣ thích nghi với nhiệt độ cao là chiến lƣợc
chìa khóa trong tạo giống đậu cô ve ở các nƣớc nhiệt đới.
Ở Việt Nam, Ngô Thế Dân và cs. (1999), Nguyễn Văn Thiết và cs. (2002),
Trần Thị Trƣờng và cs. (2013) đã chỉ ra rằng sâu bệnh hại, thiếu giống cho năng
suất cao, giống có khả năng chống chịu với sâu bệnh hại là những yếu tố chính
gây hạn chế sản xuất cây đậu đỗ. Với cây đậu cô ve, công tác chọn tạo và phát
triển giống còn rất hạn chế. Tính đến năm 2009 mới có 3 giống đậu cô ve đƣợc

2

công nhận giống là: giống đậu cô ve leo do Công ty Giống cây trồng miền Nam
tuyển chọn từ giống đậu nhập nội của Đài Loan, đƣợc trồng phổ biến từ năm
1996; giống đậu cô ve leo hạt trắng, do Công ty Cổ phần Giống cây trồng miền
Nam chọn lọc quần thể từ giống OP nhập nội của Ấn Độ, mở rộng sản xuất năm
2000; giống đậu cô ve lùn hạt trắng do Công ty cổ phần Giống cây trồng miền
Nam chọn lọc quần thể từ giống OP nhập nội; mở rộng vào sản xuất năm 2000
(Phạm Đồng Quảng và cs., 2009). Viện nghiên cứu Rau quả cũng đã nhập nội và
tuyển chọn đƣợc 2 giống đậu cô ve thân leo TL1 và giống đậu cô ve tím CVT02
(Trần Văn Lài và cs., 2005). Những giống có trong sản xuất hiện nay chủ yếu là
giống nhập nội hoặc do các công ty nƣớc ngoài cung cấp, khả năng thích ứng với
điều kiện nóng ẩm cũng nhƣ khả năng chống chịu bệnh kém (Phạm Đồng Quảng
và cs., 2009).
Nghiên cứu về đa dạng di truyền nguồn gen và bệnh gỉ sắt trên cây đậu đỗ ở
Việt Nam Chu Hoàng Mậu và cs. (2011) đã nghiên cứu đa dạng nguồn vật liệu di
truyền và kháng bệnh gỉ sắt trên cây đậu tƣơng hay nghiên cứu của Vũ Thanh
Trà và cs. (2011) về mối quan hệ di truyền của một số giống đậu tƣơng Việt Nam
có phản ứng khác nhau với bệnh gỉ sắt. Tuy nhiên, nghiên cứu vật liệu di truyền
và kháng bệnh trên đậu cô ve còn rất hạn chế.
Từ những đòi hỏi thực tiễn trên, việc phát triển vật liệu đậu cô ve để phục vụ
cho công tác chọn giống có năng suất cao, chống chịu tốt với điệu kiện bất thuận và
sâu bệnh là chiến lƣợc quan trọng trong chọn tạo giống đậu cô ve ở Việt Nam.
1.2. MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
Tạo lập tập đoàn công tác các mẫu giống đậu cô ve, chọn lọc và phát triển
các dòng đậu cô ve mới theo hƣớng năng suất, chịu nóng và kháng bệnh gỉ sắt
cho các tỉnh phía Bắc Việt Nam.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
- Nghiên cứu cơ sở về tập đoàn công tác cây đậu cô ve (60 mẫu giống) thu
thập trong nƣớc và nhập nội.
- Đánh giá chi tiết các mẫu giống tuyển chọn ở các mùa vụ về các đặc điểm
nông sinh học, khả năng chịu nóng và kháng bệnh gỉ sắt.
- Phát triển nguồn vật liệu các dòng đậu cô ve mới có khả năng chịu nóng
và kháng bệnh gỉ sắt tại miền Bắc Việt Nam.

3

1.4. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI
- Thu thập và đánh giá đƣợc mức độ đa dạng di truyền của tập đoàn công
tác bao gồm 60 mẫu giống đậu cô ve mới trong nƣớc và nhập nội ở điều kiện
miền Bắc Việt Nam. Đây là nguồn vật liệu di truyền có giá trị trong chọn tạo
giống và phát triển sản xuất đậu cô ve.
- Đã xác định đƣợc 4 mấu giống đậu cô ve trong tập đoàn nghiên cứu có
khả năng chịu nóng tốt (CV41, CV42, CV67, CV69), nhiều dòng đậu cô ve mang
một số gen kháng bệnh gỉ sắt khác nhau, trong đó đã xác định đƣợc gen Ur-11 có
ý nghĩa quan trọng nhất trong phản ứng kháng bệnh gỉ sắt đậu cô ve ở miền Bắc
Việt Nam.
- Chọn lọc đƣợc 5 dòng đậu cô ve thế hệ F4 có khả năng chịu nóng khi
trồng trái vụ (vụ Xuân Hè) và 2 dòng mang gen kháng gỉ sắt Ur-11 góp phần vào
công tác chọn tạo giống đậu cô ve ở Việt Nam.
1.5. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.5.1. Ý nghĩa khoa học
Đề tài đã phân tích, đánh giá mức độ đa dạng di truyền của nguồn vật liệu
đậu cô ve thu thập trong nƣớc và nhập nội, phân lập các nhóm vật liệu theo các
tính trạng mục tiêu làm cơ sở dữ liệu cho công tác chọn tạo giống đậu cô ve năng
suất, chịu nóng và kháng bệnh gỉ sắt.
Thông qua lây nhiễm nhân tạo kết hợp với sử dụng chỉ thị phân tử ADN để
xác định gen kháng hiệu quả với các mẫu bệnh thu thập đã xác định đƣợc gen
Ur-11 có ý nghĩa quan trọng nhất trong phản ứng kháng bệnh gỉ sắt ở đậu cô ve ở
miền Bắc Việt Nam.
1.5.2. Ý nghĩa thực tiễn
Tạo lập tập đoàn mẫu giống khá phong phú góp phần cho công tác bảo tồn,
khai thác và phát triển giống đậu cô ve ở Việt Nam.
Chọn tạo đƣợc 5 dòng đậu cô ve mới (thế hệ F4) có khả năng chịu nóng,
thích hợp với trồng vụ Xuân Hè và 2 dòng mang gen kháng gỉ sắt Ur-11 góp
phần vào công tác chọn tạo giống đậu cô ve ở Việt Nam.

4

PHẦN 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. ĐA DẠNG DI TRUYỀN NGUỒN GEN CÂY ĐẬU CÔ VE
2.1.1. Nguồn gốc và phân bố
Gepts (1998) đã công bố về nguồn gốc và tiến hóa của đậu cô ve (Phaseolus
vulgaris L. 2n = 2x =22) rằng, cây trồng này đƣợc trồng ở tất cả các lục địa trừ
Nam Cực. Cây đậu cô ve có 3 loại sản phẩm thu hoạch: loại ăn hạt (dry beans),
thu hoạch khi hạt chín hoàn toàn; loại thu quả (shell beans), thu hoạch khi hạt
chín sinh lý và loại thu quả xanh (geen hoặc snap beans), thu hoạch quả trƣớc khi
hạt phát triển.
Đậu cô ve (Phaseolus vulgaris L.) thuộc họ đậu hoặc họ cánh bƣớm
(Fabaceae or Leguminosae family). Tổ tiên hoang dại của đậu cô ve ở khu vực
Trung và Nam Mỹ. Những dạng tổ tiên của đậu cô ve tìm thấy ở các vùng khí hậu từ
nóng trung bình, khí hậu khô cằn đến nhiệt đới đất thấp ẩm và ngay cả tại khu vực
mát hơn nhƣ vùng núi Nam Mỹ. Trong số các cây họ đậu đỗ thì chi Phaseolus là chi
lớn nhất, với hơn 70 loài có nguồn gốc từ Trung Mỹ và Bắc Mỹ (Freytag and
Debouck, 2002). Năm loài trong số này đã đƣợc thuần hóa là P. vulgaris; P.
dumosus, P. coccineus, P. acutifolius, P. lunatus và thêm một vài loài đang bắt đầu
đƣợc thuần hóa (Delgado-Salinas et al., 2006). Trong số 5 loài này thì 2 loài có
nguồn gốc Mesoamerica (P. dumosus và P. coccineus) là có quan hệ gần gũi nhất
với P. vulgaris. Giữa ba loài này có thể xảy ra lai xa. Dựa trên dữ liệu giải trình tự
gen tổng hợp chất ức chế α – amylase thì P. vulgaris tách ra từ P. dumosus và P.
coccineus cách đây khoảng 2 triệu năm (Gepts et al., 1999).
Những kiến thức về nguồn gốc và tiến hóa của loài cây trồng có ý nghĩa
quan trọng cho nghiên cứu bảo tồn và khai thác sử dụng chọn tạo vật liệu di
truyền hiệu quả. Bitocchi et al. (2012) đã nghiên cứu nguồn gốc đậu cô ve bằng
phƣơng pháp đánh giá đa dạng nucleotit tại 5 locus gen của số lƣợng lớn mẫu
thu thập đại diện cho các khu vực phân bố sinh thái địa lý của các dạng đậu cô ve
dại. Kết quả chỉ ra rằng, Mesoamerica (khu vực Trung và phía Nam Bắc Mỹ) là
nguồn gốc của đậu cô ve.
Nƣớc ta chƣa có tài liệu nào công bố chi tiết về sự hiện diện của đậu cô ve
vào thời gian nào chỉ biết các thƣơng gia đem đậu cô ve (Haricot vert) quả màu
xanh và đậu cô bơ (Haricot beurre) quả màu vàng vào nƣớc ta hàng trăm năm
nay (Tạ Thu Cúc, 2006).

5

2.1.2. Đa dạng di truyền nguồn gen đậu cô ve hoang dại
Nhiều bằng chứng cho thấy đậu cô ve dại có nguồn gốc ở hai vùng địa lý
sinh thái khác biệt và đã hình thành nên vốn nguồn gen di truyền hoang dại khác
nhau (Mesoamerica và Andean), nó phân tách từ quẩn thể đậu cô ve hoang dại tổ
tiên hơn 100.000 năm trƣớc đây. Từ các vốn gen hoang dại này, gần 8.000 năm
trƣớc đậu cô ve đã đƣợc thuần hóa độc lập và hình thành đậu cô ve Mexico và
Nam Mỹ ngày nay (Mamidi et al., 2013; Bitocchi et al., 2013).
Các giống thuần hóa thích nghi địa phƣơng đã phát triển thành các giống
bản địa có các đặc điểm khác biệt. Đậu cô ve bản địa Mexico thuần hóa cùng thời
gian với ngô và là một phần trong hệ thống canh tác ‗milpa‘ (hệ thống canh tác
gồm đậu cô ve, ngô với bí xanh), hệ thống này thích nghi khắp châu Mỹ. Sự
thuần hóa đã dẫn đến những thay đổi về hình thái của cây đậu cô ve nhƣ tăng số
hạt, kích thƣớc lá, thay đổi tập tính sinh trƣởng, phản ứng quang chu kỳ và biến
động về màu sắc vỏ hạt (Singh et al., 1991; McClean et al., 2002; Zizumbo-
Villarreal et al., 2010).
Hình 2.1. Phân bố địa sinh thái hai vốn gen đậu cô ve
Nguồn: Schmutz et al. (2014)

6

Đậu cô ve hoang dại lần đầu đƣợc mô tả ở Argentina (Burkart, 1941;
Burkart and Brucher, 1953) và Guatemala (McBryde, 1947), sau đó đƣợc Gept
và Debouk tổng hợp năm 1991. Gần đây, Debouk et al. (1993) và Freyre et al.
(1996) đã mô tả chi tiết hơn về tập tính và mối quan hệ di truyền của đậu cô ve
hoang dại ở Ecuador-Comlombia và Bolivia. Trên cơ sở những kiến thức hiện có
đã cho thấy đậu cô ve đƣợc trồng ở phạm vi rất rộng, từ miền Bắc Mexico (380
N) đến Tây Bắc Argentina (350
S), ở độ cao 500 đến 2000m và lƣợng mƣa 500
đến 1800mm. Hai nhóm phụ đã đƣợc mô tả là P. vulgaris var. aborigineus và P.
vulgaris var. mexicanus (Delgado-Salinas, 1985). Chúng đƣợc phân biệt cả về
hình thái và ở mức độ phân tử rất rõ rệt (Gepts, 1998).
Một hội nghị quốc tế về sử dụng nguồn gen đậu cô ve hoang dại và họ hàng
hoang dại để cải tiến giống đậu cô ve đã đƣợc tổ chức vào năm 2012 tại Trung
tâm nông nghiệp nhiệt đới CIAT, bởi vì đây là cây họ đậu quan trọng trên thế
giới nhƣng bất thuận sinh học và phi sinh học đã hạn chế năng suất đậu cô ve đến
600kg/ha, giảm thu nhập ở các nƣớc sản xuất. Năng suất thấp cũng ảnh hƣởng
đến an ninh lƣơng thực trong tình trạng nhu cầu tăng tƣơng ứng với tỷ lệ tăng
dân số, đặc biệt với sự đe dọa của biến đổi khí hậu. Biến đổi khí hậu liên quan
đến các bất thuận nhƣ nhiệt độ cao, hạn và bệnh hại ảnh hƣởng mạnh đến đậu cô
ve. Để vƣợt qua những bất thuận này, những biến dị di truyền mới đã đƣợc nhận
biết và sử dụng trong chƣơng trình tạo giống. Đa dạng di truyền hiện nay của các
loài đậu trồng rất hẹp trong khi các loài dại và họ hàng hoang dại chƣa sử dụng
có mức đa dạng rất lớn (Porch et al., 2013). Cải tiến nền di truyền của các giống
đậu cô ve bằng cách sử dụng nguồn gen chƣa từng đƣợc sử dụng, đó là các loài
đậu cô ve hoang dại và họ hàng hoang dại là một hƣớng quan trọng trong công
tác chọn tạo giống ứng phó với biến đổi khí hậu. Bằng cách lai quy tụ gen từ các
loài dại và họ hàng hoang dại nhƣ P. acutifolius, P. coccineus, P. costaricensis
và P. dumosus vào loài trồng dƣới sự hỗ trợ của những công cụ di truyền phân tử
mới đã đem lại thành công.
2.1.3. Đa dạng di truyền đậu cô ve trồng (giống bản địa và giống cải tiến)
Những bằng chứng khảo cổ đã chứng minh rằng đậu cô ve đƣợc biết đến từ
khoảng 7.000 năm trƣớc và là cây lâu đời nhất ở Địa Trung Hải (Aguilar et al., 2012).
Đậu cô ve lấy hạt đƣợc trồng ở Mỹ La tinh, tại những vùng có nhiệt độ
trung bình từ 17,5 đến 250
C, hầu hết các vùng trồng có nhiệt độ trung bình 210
C.

7

Sự tiến hóa của đậu cô ve trong quá trình thuần hóa đã khiến chúng thích nghi
đƣợc với điều kiện ấm hơn và quang chu kỳ ngày dài. Ví dụ nhƣ đậu cô ve trồng
ở California với nhiệt độ trung bình trong mùa vụ trồng là 270
C. Đậu cô ve lấy
hạt cũng trồng đƣợc ở miền Bắc châu Âu (Gepts, 1998).
Mức độ da dạng của giống đậu cô ve bản địa là rất lớn và đã đƣợc nhiều
nghiên cứu công bố. Nghiên cứu đa dạng nguồn gen đậu cô ve ở Italy của Raggi et
al. (2013) đã chỉ ra rằng đậu cô ve là loài cây trồng quan trọng có nguồn gốc từ
Mesoamerica. Các giống bản địa của Italy đƣợc phân chia rõ ràng thành 3 nhóm và
không gắn với các vốn gen gốc. Cấu trúc quan sát đƣợc cũng có thể do sự thích nghi
với môi trƣờng, cũng có thể do ảnh hƣởng bởi độ cao so với mực nƣớc biển. Sự
phối hợp sử dụng số liệu hình thái, hóa sinh và phân tử đã nhận biết sự khác biệt rõ
ràng ở hầu hết các giống bản địa. Kết quả thu đƣợc có thể giúp cho công tác bảo tồn
nội vi các giống bản địa ở Italy cũng nhƣ sử dụng để đăng ký trong danh mục bảo
tồn và chỉ dẫn địa lý ở châu Âu, phục vụ cho mục đích thƣơng mại và phân phối hạt
giống đậu cô ve bản địa tốt hơn. Sử dụng đa dạng di truyền nguồn gen bản địa còn
phục vụ cho công tác chọn tạo giống, ứng dụng trong hệ thống canh tác hữu cơ và
canh tác truyền thống (Raggi et al., 2013).
Đến năm 2001, bộ mẫu nguồn gen đậu (Phaseolus) có khoảng 65.000 mẫu
trong các ngân hàng gen giống cây trồng, trong đó hơn 90% là P. vulgaris. Trung
tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế (CIAT) có bộ sƣu tập lớn nhất thế giới, bao
gồm hơn 40.000 mẫu, trong đó có 26.500 là đậu cô ve trồng (thuần hóa), khoảng
1.300 mẫu là loại đậu cô ve hoang dã và phần còn lại là họ hàng xa của đậu cô ve
(CIAT, 2001).
Vùng cao nguyên Đông Phi là vùng sản xuất đậu cô ve quan trọng và các
giống đậu cô ve ở đây có sự đa dạng cao. Asfaw et al. (2009) đã đánh giá mức độ
đa dạng và cấu trúc quần thể của 192 giống bản địa của Ethiopia và Kenya cùng
với 4 kiểu gen đối chứng thông qua phân tích đặc điểm kiểu hình (morphological
phenotyping) và sử dụng chỉ thị phân tử SSR. Nguồn gen đem phân tích là đại
diện cho các vùng sinh thái sản xuất đậu cô ve khác nhau và các dạng hạt của đậu
cô ve của các nƣớc này. Kết quả cho thấy, các giống bản địa biểu hiện đa dạng
và thuộc hai vốn gen Andean và Mesoamerica, tuy nhiên có rất ít sự chuyển gen
giữa 2 nhóm này. Các kiểu gen Mesoamerica chiếm ƣu thế ở Ethiopia trong khi
các kiểu gen Andean lại có ƣu thế ở Kenya. Giống bản địa của cùng một nƣớc có
xu hƣớng nằm trong cùng một nhóm, điều này chỉ ra rằng nguồn gen khác biệt ở

8

mức quốc gia. Các tác giả cũng quan sát thấy mức độ đa dạng di truyền ở các
giống bản địa của Ethiopia cao hơn so với Kenya, điều này có nghĩa là kiểu gen
Mesoamerica có mức độ đa dạng cao hơn kiểu gen Andean.
Các nhà khoa học của Thổ Nhĩ Kỳ đã sử dụng chỉ thị phân tử SRAP (trình
tự quan hệ khuyếch đại đa hình-Sequence Related Amplified Polymorphism),
POGP (đa hình gen oxy hóa - Peroxidase Gene Polymophism (POGP), và cpSSR
(trình tự lặp đơn lục lạp - Chloroplast Simple Sequence Repeats) trong nghiên
cứu đa dạng nguồn gen đậu cô ve trồng của nƣớc này. Kết quả sơ đồ phả hệ hình
cây biểu hiện mối quan hệ di truyền giữa các giống đậu cô ve phân chia thành 2
nhóm, có thể đại diện cho 2 vốn gen chính khác biệt. Bằng việc sử dụng 3 hệ
thống chỉ thị phân tử đã dò tìm đƣợc194 alen trong đó 118 alen là đa hình
(Ceylan et al., 2014).
Tại Trung Quốc, Zhang et al. (2008) đã nghiên cứu đánh giá mức độ đa
dạng của 229 mẫu giống đậu cô ve bản địa Trung Quốc bằng 30 chỉ thị phân tử
SSR. Tổng cộng có 166 alen đã đƣợc phát hiện với mức trung bình là 5,5 alen
mỗi locus cho tất cả các chỉ thị. Các giống bản địa đã đƣợc phân thành hai nhóm.
Mức độ đa dạng cho các giống bản địa của Trung Quốc có nguồn gốc từ nguồn
Andean cao hơn so với các giống bản địa của Trung Quốc có nguồn gốc
Mesoamerica.
Các nhà khoa học Brazil đánh giá, phân tích các mẫu nguồn gen đậu cô ve
dựa trên các tính trạng hình thái, các đặc điểm nông học và chỉ thị phân tử SSR
theo phƣơng pháp Ward-MLM (Ward clustering method và Modified location
model). Tổng số 57 mẫu nguồn gen trong ngân hàng gen của Brazil đã đƣợc sử
dụng cho nghiên cứu, trong đó có 31 giống bản địa ở cộng đồng Fortaleza ở
Brazil; 20 mẫu nguồn gen của Embrapa Trigo; và 6 giống thƣơng mại. Đánh giá
trên 5 tính trạng nông học (chu kỳ sinh trƣởng của cây, số hạt trên quả, số quả
trên cây, khối lƣợng 100 hạt và năng suất hạt); 5 tính trạng hình thái (dạng hình
sinh trƣởng, kích thƣớc cây, dạng hạt, màu sắc hạt và nhóm thƣơng mại) và sử
dụng 16 chỉ thị SSR để đánh giá đa dạng. Kết quả cho thấy có sự biến dị di
truyền cao về tính trạng nông học, hình thái và ở cấp độ phân tử của 57 mẫu
giống nghiên cứu. Phƣơng pháp Ward-MLM đã phân chia các mẫu giống thành 5
nhóm. Các mẫu nguồn gen có nguồn gốc từ Andean có khối lƣợng hạt nặng hơn
các nguồn khác. Phƣơng pháp phân tích Ward-MLM là kỹ thuật rất hữu ích để
đánh giá nguồn gen khi đồng thời sử dụng đƣợc số liệu hình thái, nông học và
chỉ thị phân tử (Cabral et al., 2010).

9

Các nhà khoa học Thổ Nhĩ Kỳ đã sử dụng 47 mồi của chỉ thị iPBS
(interprimer binding sites) để xác định mức độ đa dạng di truyền của 67 mẫu
nguồn gen đậu cô ve. Kết Quả đã thu đƣợc tổng số 180 alen đa hình, trung bình
thu đƣợc 4 alen đa hình trên một mồi, hệ số tƣơng đồng di truyền của các mẫu
nguồn gen trong phạm vi từ 0,09 đến 0,99 và chỉ số PIC của chỉ thị iPBS là 0,73.
Qua phân tích đám đã phân các mẫu nguồn gen nghiên cứu đƣợc chia thành 4
quần thể khác nhau. Kết quả này chỉ ra rằng, sử dụng chỉ thị iPBS có thể xác định
thành công mức đa dạng di truyền của các mẫu nguồn gen đậu cô ve (Nemli et
al., 2015).
Nhƣ vậy có thể thấy công tác đánh giá mức độ da dạng di truyền của
nguồn gen đậu cô ve đã đƣợc các nƣớc tiến hành rất đầy đủ ở tất cả các cấp độ
từ kiểu hình (các tính trạng hình thái, nông học) đến mức phân tử (sử dụng các
loại chỉ thị phân tử). Kết quả đã cho thấy cây đậu cô ve có mức độ đa dạng di
truyền cao và đều có nguồn gốc từ 2 vốn gen Mesoamerica và Andean.
2.1.4. Khai thác nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại
Các loài đậu cô ve hoang dại đƣợc phân bố từ Mexico đến Argentina. Do
phân bố tại nhiều vùng sinh thái nhƣ thế nên các loài cô ve hoang dại có nhiều
tính trạng thích nghi và rất đa dạng. Mặc dù vậy, việc sử dụng nguồn gen hoang
dại trong các chƣơng trình chọn giống còn hạn chế, bởi vì sự biệt lập trong sinh
sản giữa các vốn gen thuần hóa Andean và Mesoamerica. Lai giữa loài dại và
dạng thuần hóa của cùng vốn gen đem đến tiềm năng lớn hơn trong việc nâng cao
biến dị di truyền của loài cây trồng này. Đánh giá các mẫu nguồn gen hoang dại
cho thấy biểu hiện kháng sâu và bệnh, hàm lƣợng N, Fe, và Ca trong hạt cao hơn,
điều này sẽ đóng góp cơ bản để cải tiến chất lƣợng dinh dƣỡng và năng suất
ở đậu cô ve. Phƣơng pháp lai trở lại và chọn lọc chu kỳ đã đƣợc sử dụng để
chuyển hai nhóm tính trạng số lƣợng và chất lƣợng, đặc biệt là tính trạng năng
suất và khối lƣợng 100 hạt, từ loài dại vào đậu cô ve đã đƣợc thuần hóa (Acosta-
Galleggos et al., 2007).
Một số tính trạng có lợi có trong quần thể hoang dại (bảng 2.1) nhƣng lại
không có trong quần thể trồng do nó mất đi trong quá trình thuần hóa nhƣ tính
kháng vi khuẩn, kháng mọt hạt, hạt có thành phần khoáng Ca, N, Fe, Zn cao. Đậu
cô ve có phổ di truyền rộng, có thể trồng ở nhiều điều kiện sinh thái từ vùng khô
hạn đến vùng ẩm nhiệt đới, do vậy có khả năng mang các tính trạng thích nghi,

10

tuy nhiên một vài trong số đó đã bị mất trong quá trình thuần hóa (Acosta-
Galleggos et al., 2007).
Các nhà khoa học ở Trung tâm nông nghiệp nhiệt đới quốc tế CIAT đã sử
dụng phƣơng pháp lai trở lại để chuyển gen từ loài cô ve hoang dại vào nguồn
gen đã thuần hóa từ các vốn gen khác nhau. Ví dụ phát triển quần thể lai trở lại
giữa giống đậu đen ƣu tú Nego Tacaná của Mexico và mẫu nguồn gen hoang dại
G24423 của Colombia (Salinas et al., 1997). Tổ hợp lai đƣợc thực hiện ở CIAT
và thế hệ phân ly đƣợc đánh giá trong chƣơng trình hợp tác giữa Mexico và Mỹ.
Một dòng tạo ra ở thế hệ BC2F4:7 có năng suất cao nhất trong thí nghiệm ở Đại
học Michigan (5790 kg/ ha) và cao hơn bố mẹ Nego Tacaná 27% (Kelly, 2004).
Bảng 2.1. Một số tính trạng quan trọng tìm thấy trong các loài cô ve thuần
hóa và loài dại
Tính trạng Loài Nguồn tham khảo
Kháng bệnh đốm
lá Kháng bệnh loét
Kháng rệp đậu
Kháng thối rễ Chịu
lạnh
Kháng virus khảm vàng
Chịu mặn
P. coccineus và P. dumosus
P. coccineus và P. dumosus
P. acutifolius
P. coccineus
P. angustissimus A. Gay
P. coccineus
P. macvaguii Delgado, P.
micranthus Hook. and
Arn, P. filiformis Benth
Mahuku et al., 2003 Mahuku
et al., 2003 Singh and
Muñoz, 1999 Silbernagel and
Hannan, 1992
Balasubramanian et al., 2004
Osorno et al., 2003
Bayuelo-Jimenez et al., 2002
Parsons and Howe, 1984;
Chịu hạn P. acutifolius Markhart, 1985; Federici
et al., 1990
Chịu nóng P. acutifolius Federici et al., 1990
Nguồn: Acosta-Galleggos et al. (2007)
Nguồn gen hoang dại đã đƣợc sử dụng để chuyển gen tính trạng chất lƣợng
vào loài trồng, nhƣ tính trạng kháng sâu bệnh. Chuyển gen arcelin kháng với mọt
hạt trong bảo quản từ loài dại vào loài trồng là một đóng góp cải tiến chống chịu
của đậu cô ve. Các tính trạng khác nhƣ bệnh thối rễ cũng đã chuyển từ loài dại
vào loài trồng thành công (Navarrete-Maya and Gallegos, 1999).
Nhiều loài côn trùng và tuyến trùng gây hại đậu cô ve và là nguyên nhân
làm giảm năng suất (35 đến 100%) và chất lƣợng đậu cô ve toàn cầu ở cả hai
nhóm: đậu cô ve ăn hạt và ăn quả. Chiến lƣợc nghiên cứu và chọn giống kháng

11

sâu ở châu Mỹ đã thành công và cũng phát triển giống kháng đa côn trùng và
tuyến trùng. Các phƣơng pháp sử dụng hiệu quả trong chọn tạo giống kháng sâu
bệnh là lai trở lại, phả hệ, hỗn hợp - phả hệ (Backcross, pedigee, and bulk-
pedigee breeding method).
Mặc dù là cây họ đậu quan trọng nhƣng năng suất của đậu cô ve lại hạn
chế, chỉ khoảng 600kg/ha, do những bất thuận sinh học và phi sinh học. Tuy
nhiên nhu cầu sử dụng các sản phẩm từ loại cây trồng này ngày càng tăng. Do
vậy cải tiến di truyền đậu cô ve bằng cách sử dụng khai thác đa dạng nguồn gen
hoang dại và họ hàng hoang dại có quan hệ gần loài trồng là một hƣớng đi quan
trọng trong thời gian tới. Công tác cải tiến và chuyển gen từ các loài cô ve dại
nhƣ P. acutifolius, P. coccineus, P. costaricensis và P. dumosus vào loài trồng
bƣớc đầu đã đạt đƣợc những thành công (Porch et al., 2013).
2.2. CHỌN GIỐNG ĐẬU CÔ VE CHỊU NÓNG
Trong chu kỳ sống, cây trồng chịu tác động của nhiều loại bất thuận của môi
trƣờng. Các loại bất thuận có thể phân thành 2 nhóm chính là bất thuận sinh học và
bất thuận phi sinh học. Bất thuận phi sinh học nhƣ hạn, ngập, mặn, kim loại nặng,
chua, phèn, thiếu hụt dinh dƣỡng, bất thuận nhiệt độ cao, thấp ảnh hƣởng đến năng
suất và khả năng sống sót của cây trồng (Shaik et al., 2014). Bất thuận phi sinh học
làm giảm sản lƣợng nông nghiệp, do vậy phát triển các kiểu gen mới thích nghi với
môi trƣờng bất thuận là rất cần thiết (Wang et al., 2011; Wu et al., 2014; Dolferus,
2014). Hiện tƣợng ấm lên toàn cầu làm tăng nhiệt độ là dạng bất thuận phi sinh học
chủ yếu đối với cây trồng khiến chúng cần phải điều chỉnh để sống sót. Bất thuận
nóng là sự tăng nhiệt độ vƣợt qua điểm thích ứng của cây trồng (10 - 15°C là nhiệt
độ cơ bản cây bắt đầu sinh trƣởng phát triển). Điễm bắt đầu gây bất thuận nóng tùy
thuộc vào từng loài cây trồng và kiểu gen trong mỗi loài. Cây bắt đầu thay đổi về
hình thái, sinh lý, sinh hóa khi gặp bất thuận nóng đã đƣợc ghi nhận ở cây
Arabidopsis, ngô và lúa mỳ (Hossain et al., 2013).
Biến đổi khí hậu toàn cầu đặc biệt là nhiệt độ cao (HT) đƣợc dự đoán nhiệt độ
sẽ tăng lên 1–3°C vào giữa thế kỷ 21 và khoảng 2–5°C vào cuối thế kỷ (Eitzinger et
al., 2010, IPCC, 2012). Đây là yếu tố chính liên quan đến sản xuất nông nghiệp
(Hatfield et al., 2011; Lobell et al., 2011) bởi vì nó ảnh hƣởng đến sinh trƣởng, phát
triển và năng suất của cây trồng (Ahmad and Prasad, 2012). Do vậy chọn các dòng
chịu nóng và nghiên cứu các chuỗi phản ứng sinh hóa tổng hợp giúp hiểu biết về sự
phản ứng nhƣ thế nào của cây trồng khi nhiệt độ tăng lên

12

và cơ chế bảo vệ của chúng trong điều kiện nhiệt độ cao để từ đó có thể cải tiến
cơ chế chịu nóng khác nhau (Halford, 2009).
Bất thuận nóng, đặc biệt là trong giai đoạn sinh trƣởng sinh thực, là nguyên
nhân làm giảm năng suất đậu cô ve nghiêm trọng, bởi vì cây trồng này tiến hóa ở
điều kiện mát của vùng Trung và Nam Mỹ, nơi nhiệt độ trung bình trung của mùa
vụ trồng là 12 đến 24°C (Debouck and Tohme, 1989). Điều kiện bất thuận nóng
ảnh hƣởng đến toàn bộ sự sinh trƣởng phát triển của cây đậu cô ve nhƣ quang
hợp, cố định đạm, có thể gây hại đến màng sinh chất và ảnh hƣởng đến năng suất
(Shonnard et al., 1994).
2.2.1. Phản ứng chịu bất thuận nóng ở cây trồng
Bất thuận nóng ảnh hƣởng đến sinh trƣởng và phát triển của cây qua các con
đƣờng khác nhau. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rễ là cơ quan mẫn cảm với bất
thuận nóng hơn các cơ quan khác, điều này cho thấy nhiệt độ cao của đất ảnh hƣởng
mạnh hơn nhiệt độ cao trong không khí vì nó ảnh hƣởng đến toàn bộ cây (Liu et al.,
2005). Để duy trì khả năng sinh trƣởng phát triển, cây trồng có những cơ chế chống
chịu đặc thù. Mặc dù thành tế bào không thay đổi về cấu trúc dƣới điều kiện sốc
nhiệt nhƣng nhiều nghiên cứu cho thấy nó cũng bị ảnh hƣởng ở nhiều mức khác
nhau khi gặp bất thuận nóng nhƣ thay đổi thành phần đƣờng, hemicellulose và
cellulose. Những thay đổi này cho thấy thành phần màng tế bào cũng bị ảnh hƣởng
của bất thuận nóng và có sự khác nhau giữa các kiểu gen. Nhƣ vậy, bất thuận nóng
là nguyên nhân thay đổi quá trình trao đổi chất của màng tế bào và đây là cơ chế
sinh lý quan trọng của chống chịu nóng ở cây trồng (Le Gall et al., 2015).
Bất thuận nóng là nguyên nhân làm tăng đột ngột biểu hiện của các protein
để phản ứng chống chịu bằng cách kích thích hàng rào bảo vệ của cây trồng.
Protein sốc nhiệt (Heat-shock proteins -Hsps) và enzyme kháng ô xy hóa
(antioxidant enzymes) là các chỉ số đánh giá khả năng chống chịu với bất thuận
nóng của cây trồng. Protein sốc nhiệt đƣợc tổng hợp và tích lũy từ các protein
đặc thù, những protein này đƣợc gọi là HSP. Phản ứng ô xy hóa liên quan đến
một số chuỗi phản ứng nhƣ chu kỳ nƣớc, chu kỳ ô xy liên quan đến oxy già
H2O2 (Halliwell–Asada), enzyme (glutathione peroxidase), phân tách OH
(Haber– Weiss) và chất phản ứng (Fenton reactions) giúp bảo vệ cây trồng chống
lại những độc tố.

13

Hình 2.2. Sơ đồ tóm tắt phản ứng của thành tế bào với bất thuận nóng
Ghi chú: XTH: xyloglucan endo-β-transglucosylases/hydrolases; AGP: arabinogalactan protein.
Nguồn: Le Gall et al. (2015)
2.2.2. Di truyền tính chịu nóng ở cây trồng
Di truyền chống chịu nóng đƣợc xác định khi một kiểu gen có năng suất
hơn kiểu gen khác khi môi trƣờng xảy ra bất thuận nóng (Fischer and Maurer,
1978) ảnh hƣởng bất thuận đến năng suất (Y) trong đó tham số xác định mẫn
cảm với bất thuận (S) và tăng bất thuận (D) và năng suất tiềm năng (Yp).
Y = Yp (1 - S x D)
Trong đó:
D = (1 - X/Xp); X và Xp là năng suất trung bình của tất cả các giống dƣới
điều kiện bất thuận và điều kiện tối ƣu.
Phƣơng trình toán học:
S = (1 - Y/Yp)/D = (Yp - Y)/(Yp x D)
Trong đó, D là hằng số của thí nghiệm đặc thù, S là mức năng suất giảm do bất
thuận quan hệ với năng suất tiềm năng, giá trị S thấp là không mong muốn. Vì vậy S
là ngƣợc với chịu nóng. Khi sử dụng S để xác định khả năng thích nghi với bất
thuận xảy ra một số trƣờng hợp: S có tƣơng quan dƣơng với Yp. Điều này có nghĩa
là các giống có S thấp cũng có thể có khả năng chịu bất thuận thấp (Y).
Di truyền khả năng chịu nóng ở cây trồng rất phức tạp, có cả hiệu ứng cộng,
trội, siêu trội là lấn át gen. Di truyền quan trọng nhất là gen điều khiển tổng hợp
các protein sốc nhiệt (HSP), những công bố về gen hin điều khiển tổng hợp

14

protein này, với các protein sốc nhiệt khác nhau nhƣ HSP60, HSP70, HSP100…
có các gen khác nhau nhƣ Athsf1, Athsf3, AtHsfA2, OsHSFA2e, HsfA1, HSF3,
TLHS1 và hsp17.7 (Singh and Gover, 2008).
Ở lúa, hai QTLs chính chịu nóng ở lúa là qHTSF1.1 (R2
= 12.6%) và
qHTSF4.1 (R2
= 17.6%), dò tìm trên NST số 1 và NST số 4 ở quần thể BC1F1 và
F2 của tổ hợp lai IR64 x N22 (Ye et al., 2012). Gần đây một nghiên cứu trên 90
dòng chuyển gen cung cấp 5 QTL chịu nóng giả thích 6.83–14.63% phƣơng sai
kiểu hình. Dòng chuyển gen Y106 mang hai QTLs chịu nóng là qHTS1-1 và
qHTS3 đã nhận biết khi chuyển gen từ lúa dại (O. rufipogon Giff.) và lúa trồng
Y106 (Lei et al., 2013).
Ở lúa mỳ, đánh giá các tính trạng liên quan đến độ tàn lá nhân biết 9 QTL
qua NST số 2A, 6A, 6B, 3A, 3B và 7A (Vijayalakshmi et al., 2010). Chỉ số mẫn
cảm nóng (HSI) đã xây dựng sử dụng các tham số nhƣ năng suất hạt và giảm
nhiệt (TD) của bông kết quả cúng nhận biết có 14 QTLs liên kết với chịu nóng
đƣợc khám phá (Mason et al., 2011).
Ở cao lƣơng, 4 QTL (Stg1–4) liên quan đến khả năng duy trì lá xanh trên ba
nhóm liên kết LGs là A, D và J. Mức độ quan trọng trên QTL là Stg1 và Stg2 với
các gen quang hợp và chịu nóng trên nhóm liên kết LG A phản ứng cả với bất
thuận nóng và hạn (Xu et al.,. 2000).
Ở đậu adzuki, hai QTL là HQTL1 và HQTL2 đã nhận biết là có khả năng
làm tăng sức sống hạt phấn dƣới bất thuận nóng (Kaga et al., 2003; Vaughan et
al., 2005). Lucas et al. (2013) đã công bố 5 vùng genome quan trọng với chịu
nóng ở đậu bò.
Ở cà chua, đã xác định đƣợc 6 QTL liên kết với khả năng đậu quả trong
điều kiện bất thuận nóng và nghiên cứu nhận biết gen và QTL liên kết với khả
năng chịu nóng ở nhiều loài cây trồng đã đƣợc công bố (Jha et al., 2014).
Nhiệt độ tăng cao trên toàn cầu ở mức độ nghiêm trọng nhƣ hiện nay là
tiếng chuông đe dọa loài ngƣời. Bằng chứng rõ ràng đó là sự sụt giảm năng suất
lớn của nhiều loài cây trồng. Tác động leo thang của bất thuận nóng đặt an ninh
lƣơng thực cũng nhƣ dinh đƣỡng toàn cầu vào mức rủi ro rất lớn. Thực chất, cây
trồng phản ứng với bất thuận nhiệt độ cao bằng việc khởi động một số lớn các
gen phản ứng với bất thuận. Mặc dù vậy, quá trình này rất phức tạp và hiểu biết
cơ chế chống chịu nóng (HT) còn nghèo nàn. Giới hạn đánh giá dự đoán qua các
kỹ thuật phân tích kiểu hình, đánh giá tƣơng tác kiểu gen x môi trƣờng (G x E)

15

đƣợc coi là nút thắt chính trong chƣơng trình chọn giống cải tiến khả năng chống
chịu bất thuận nóng (HT). Do vậy, nên tập trung đánh giá đa dạng cây trồng và
các tính trạng sinh lý-hình thái và thích ứng mục tiêu để chọn lọc. Một việc quan
trong không kém nữa đó là đƣa nhanh và chính xác gen hoặc QTL liên quan đến
chịu nóng HT-related gene(s)/QTLs vào các giống mẫn cảm nóng để tăng khả
năng chịu nóng của một kiểu gen. Đây là một phần của chọn giống phân tử, chức
năng genome và kỹ thuật chuyển gen là những hỗ trợ tăng cƣờng cho đánh giá
kiểu hình thế hệ tiếp theo (Jha et al., 2014).
Dƣới điều kiện nóng cây trồng tích lũy các hợp chất trao đổi chất khác nhau
nhƣ các hợp chất kháng ô xy hóa, các chất bảo vệ áp suất thẩm thấu, các protein
sốc nhiệt (heat-shock proteins -Hsps) và các hợp chất trao đổi chất từ các chuỗi
phản ứng khác (Bokszc-zanin and Fragkostefanakis, 2013). Hsps đóng vai trò
truyền tín hiệu bất thuận, bảo vệ và sửa chữa protein bị gây hại, bảo vệ quang
hợp cũng nhƣ điều chỉnh phản ứng ô xy hóa khử của tế bào. Sự biểu hiện của rất
nhiều Hsps đƣợc biết nhƣ là chiến lƣợc để thích nghi chống chịu nóng. Phản
ứng sốc nhiệt đƣợc điều khiển ở hai cấp độ sao mã và dịch mã. Một trình tự cis-
acting DNA, yếu tố sốc nhiệt (heat-shock element (HSE) đƣợc xác định là cần
thiết cho quá trình sao mã (Nover and Baniwal, 2006). Yếu tố sốc nhiệt HSE có
trình tự thống nhất chung –GAA—TTC – và là đa sao chép ngƣợc của tất cả các
gen điều khiển chống chịu bất thuận nóng. Khurana et al. (2013) đã đề cập đến
mức độ quan trọng của chất hoạt hóa 5‘-UTR của sHsp26, ông nhấn mạnh có thể
vai trò không hoàn hảo của hộp CCAAT hoặc yếu tố cis-element mới phản ảnh
bất thuận nóng. Sự biểu hiện của gen HS là gián tiếp gắn chất hoạt hóa sao mã,
yếu tố sao mã bất thuận nóng (HSFs). Một số nghiên cứu đã chứng minh các
HSFs là tới hạn của bất thuận nhiệt độ, một số khác đóng vai trò nhỏ hơn
(Hsp101, HSA32, HSFA1 và HSFA3).
Phân loại protein sốc nhiệt Hsp: trên cơ sở khối lƣợng phân tử, chức năng
và trình tự amino acid, protein sốc nhiệt HSPs có thể phân thành 5 loại chính là
Hsp100, Hsp90, Hsp70, Hsp60 và sHSPs (Kotak et al., 2007; Gupta et al., 2010;
Al-Whaibi, 2011). Thực vật có khoảng 20 sHsps và có thể có 40 dạng sHsps
trong một loài cây trồng. Sự đa dạng của các protein này phản ảnh sự thích nghi
chống chịu với bất thuận nóng (Asthir, 2015).
Chống chịu nhiệt độ cao là một cơ chế di truyền ở thực vật chủ yếu biểu
hiện qua các gen protein sốc nhiệt hoặc gián tiếp thay đổi mức của các protein

16

sao mã sốc nhiệt (Singh and Gover, 2008). Nghiên cứu gen protein sốc nhiệt ở
đậu cô ve, Simões-Araújo et al. (2003) đã công bố rằng thực vật phản ứng với bất
thuận nhiệt độ bằng cách tổng hợp một bộ protein sốc nhiệt (HSPs), các protein
có thể chống chịu lại với bất thuận nhiệt. Trong nghiên cứu của các tác giả, các
protein sốc nhiệt nhỏ (small HSPs - sHSPs) đã đƣợc tạo ra trong 8 giống đậu cô
ve và đánh giá bằng phân tích Northern blot sử dụng W HSP 16.9 cDNA nhƣ
đoạn dò. Đậu bò đƣợc sử dụng làm đối chứng dƣơng trồng cùng với đậu cô ve
dƣới điều kiện nhiệt độ cao của vùng bán khô hạn của Brazil. Sau thời gian sinh
trƣởng, các cây đƣợc xử lý sốc nhiệt trong 2 giờ ở nhiệt độ 40o
C. Tất cả các
giống thí nghiệm có thể tạo ra sHSP mRNAs lai với đoạn dò W HSP 16.9 cDNA.
2.2.3. Di truyền tính chịu nóng ở đậu cô ve
Cơ sở di truyền chịu nóng thời kỳ sinh trƣởng sinh thực ở đậu cô ve đã
đƣợc nghiên cứu khi lai tổ hợp lai đậu cô ve chịu nóng x mẫn cảm nóng. Bố mẹ,
con lai F1, F2 và lai trở lại của một tổ hợp lai dòng đậu cô ve chịu nóng
―Cornell 503‖ với dòng mẫn cảm nóng là giống Majestic đƣợc trồng trong điều
kiện điều khiển môi trƣờng nhiệt độ cao (320
C ngày và 280
C đêm), bắt đầu khi
cây bắt đầu ra hoa liên tục đến khi tàn cây. Trong thời kỳ ra hoa, mỗi cây của tất
cả các thế hệ đƣợc theo dõi tỉ lệ và cho điểm mức độ thui chột của cơ quan sinh
sản. Phân bố mức độ thui chột của các thế hệ phân ly (F2 và lai trở lại) đã chỉ ra
rằng tỷ lệ thui chột của cơ cơ quan sinh sản cao trong điều kiện nhiệt độ cao
đƣợc điều khiển bằng đơn gen lặn của giống Majestic. Sự thui chột các cơ quan
sinh sản là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá khả năng chịu nóng và sự ảnh hƣởng đến
năng suất của nhiều loài cây họ đậu hàng năm. Đây là báo cáo đầu tiên về đơn
gen phản ứng với điều kiện bất thuận nóng ở đậu cô ve và những cây họ đậu
tƣơng tự. Kết quả gợi ý rằng dòng Cornell 50 có thể cải tiến khả năng chịu nóng
của các giống mẫn cảm nóng, và khả năng chống chịu nóng ở đậu cô ve có thể
ảnh hƣởng bởi một gen chính (Rainey and Giffiths, 2005).
2.2.4. Nguồn gen đậu cô ve chịu nóng
Sử dụng các loài hoang dại hay họ hàng hoang dại cho chọn giống chống
chịu bất thuận theo nhiều nhà chọn giống là một cách tiếp cận quan trọng. Những
locus di truyền trong nguồn gen cây trồng và họ hàng hoang dại hiện nay có thể
đảm bảo để vƣợt qua những thách thức của môi trƣờng bất thuận. Các loài và họ
hàng hoang dại của chúng có khả năng thích nghi cực kỳ cao với môi trƣờng, do

17

vậy có thể chọn lọc và tổ hợp những locus có lợi để cải tiến năng suất cây trồng
trong môi trƣờng bất thuận. Điều này đã đƣợc chứng minh trong lịch sử phát
triển nông nghiệp thế giới. Một điển hình về hiệu quả của sử dụng nguồn gen họ
hàng hoang dại là nhận biết di truyền đặc hiệu chống chịu bất thuận mà thực vật
đã hình thành và tiến hóa trong tự nhiên để chuyển vào dòng, giống ƣu tú thành
công. Những locus này thƣờng liên quan với điều khiển hoặc chức năng phân
biệt, sao chép hoặc các gen duy trì cân bằng ở thực vật (Mickelbart et al., 2015).
Đánh giá nguồn gen, nhận biết kiểu gen chịu nóng là bƣớc quan trọng phục
vụ công tác chọn giống đậu cô ve chịu nóng ứng phó với biến đổi khí hậu toàn
cầu. Mẫn cảm nóng là yếu tố hạn chế chính đến năng suất và chất lƣợng đậu cô
ve và hƣớng đến cải tiện khả năng chịu nóng sẽ tăng năng suất ổn định đậu cô
ve. Cajiao et al. (2015) đã đánh giá khả năng chịu nóng của các dòng ƣu tú từ
chƣơng trình tạo giống với mục đích là nhận biết kiểu gen khác nhau chống chịu
bất thuận nóng dƣới điều kiện đồng ruộng. Các bộ nguồn gen khác nhau với hơn
1000 dòng đậu cô ve đã đƣợc phát triển để cải tiến khả năng chịu hạn, dinh
dƣỡng thấp và chịu nóng tại Đại học Tolima ở Armero, Colombia.
Ribeiro et al. (2015) đã tiến hành thí nghiệm đánh giá khả năng chịu nóng
trong điều kiện thiếu nƣớc trên 5 giống đậu cô ve là A320, A222, Carioca,
BAT477 và Ouro Nego. Những phát hiện của các tác giả chỉ ra rằng phƣơng sai
kiểu gen có ý nghĩa trong chịu nhiệt của đậu cô ve, một tính trạng quan trọng cần
phải quan tâm trong các chƣơng trình chọn giống cây trồng.
Đậu cô ve là một cây lƣơng thực quan trọng ở Sudan. Hạn và nóng là yếu
tố chính ảnh hƣởng đến năng suất. Các tác giả đánh giá 9 kiểu gen đậu cô ve để
xác định kiểu gen có năng suất ổn định dƣới các ngày gieo trồng và chế độ nƣớc
khác nhau, thực hiện trên ba ruộng thí nghiệm ở 10 điều kiện môi trƣờng đại diện
cho các vùng có tổ hợp bất thuận hạn và nóng. Các kiểu gen là Bellenber-1,
COWU-3-94-9, S/Hashim/98 và kiểu gen hạt nhỏ DB 190-74-1 biểu hiện ổn định
nhất. Nhƣ vậy có thể sử dụng những kiểu gen này để cải tiến khả năng chịu hạn
và nóng của đậu cô ve ở Sudan (Khalifa et al., 2013).
2.2.5. Công tác chọn giống đậu cô ve chịu nóng
Theo Beebe et al. (2011), tiềm năng chọn giống chịu hạn và chịu nóng là rất
lớn bởi vì hiện nay có tới 6,7 triệu ha diện tích trồng cây họ đậu không phù hợp
do bất thuận. Chính vì vậy chọn tạo giống chống chịu hạn và nóng là mục tiêu
quan trọng trong cải tiến di truyền.

18

Luận Văn 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.doc

Luận Văn 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.doc

Recommended

Recommended

More Related Content

Similar to Luận Văn 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.doc

Similar to Luận Văn 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.doc (20)

More from tcoco3199

More from tcoco3199 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (15)

Luận Văn 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.doc