Bộ giáo dục và đào tạo
trờng đại học nông nghiệp i
--------------------------- Vũ thị thu Hằng Nghiên cứu tẩy sạch virus bằng kỹ thuật
nuôi cấy meristem nhằm phục tráng
giống khoai tây KT
2Luận văn thạc sĩ nông nghiệp Chuyên ngành : trồng trọt
Mã số : 60.62.01 Ngời hớng dẫn khoa học: GS.TS. Nguyễn Quang Thạch Hà nội - 2005
hoàn thành bản luận văn này. Tôi cũng xin đợc chân thành cảm ơn tập thể
cán bộ công nhân viên phòng Công Nghệ Sinh Học - Viện Sinh học Nông
nghiệp - Trờng Đại học Nông nghiệp I đã nhiệt tình giúp đỡ và tạo mọi điều
kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian thực tập.
Bên cạnh đó tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả ngời thân, bạn
bè những ngời luôn bên cạnh động viên giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và
thực hiện đề tài.
Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2005
Học viên Vũ Thị Thu Hằng
ii
Mục lục Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các chữ viết tắt v
Danh mục các bảng vi
Danh mục các hình
1. Mở đầu 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục đích của đề tài 3
1.3. Yêu cầu của đề tài 3
4.1. Điều tra ngoài sản xuất 34iii
4.1.1. Thí nghiệm 1: Điều tra thực tế và đánh giá tình hình sản xuất giống
khoai tây KT
2
tại Bắc Ninh 34
4.1.2. Thí nghiệm 2: Đánh giá độ nhiễm bệnh virus bằng phơng pháp
test ELISA
37
4.2. Thí nghiệm làm sạch virus 38
4.2.1. Thí nghiệm 3: ảnh hởng của GA
3
đến khả năng bật chồi khoai
tây KT
2
từ meristem 38
4.2.2. Thí nghiệm 4: ảnh hởng của liều lợng Agar đến khả năng bật
chồi cây từ Meristem
41
4.2.3. Thí nghiệm 5: ảnh hởng của kích thớc Meristem đến khả năng
bật chồi cây khoai tây và độ làm sạch virus
44
iv
Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t
KHKT Khoa häc kü thuËt
CS Céng sù
§BSH §ång b»ng s«ng Hång
CT C«ng thøc
§KTB §−êng kÝnh trung b×nh
PV Potato virus
TTC T×nh tr¹ng chåi
§C §èi chøng
v
Danh mục các bảng
Bảng 2.1: Năng suất năng lợng và năng suất Pr/ha/ngày của một số cây
trồng
5
Bảng 2.2. Diện tích, năng suất, sản lợng khoai tây Việt Nam từ năm
1979-2002
9
Bảng 4.1: Diện tích và năng suất khoai tây KT
2
trong các giai đoạn tại
Quế Võ- Bắc Ninh
35
Bảng 4.2: Điều tra tình hình nhiễm bệnh virus của khoai tây KT
47
Bảng 4.8: ảnh hởng của xử lý nhiệt đến khả năng bật chồi cây từ
meristem (với kích thớc meristem 0,6mm)
48
Bảng 4.9: Kết quả làm sạch virus kết hợp gia tách meristem và xử lý
nhiệt độ ở kích thớc 0,6mm
50
Bảng 4.10: ảnh hởng của xử lý nhiệt đến khả năng bật chồi cây từ
meristem (với kích thớc meristem 0,5mm)
51
Bảng 4.11: Kết quả làm sạch virus kết hợp gia tách meristem và xử lý
nhiệt độ (ở kích thớc meristem 0,5mm)
53vi
Bảng 4.12: ảnh hởng của xử lý nhiệt đến khả năng bật chồi cây từ
meristem (với kích thớc meristem 0,4mm)
54
Bảng 4.13: Kết quả làm sạch virus kết hợp gia tách meristem và xử lý
nhiệt độ ở kích thớc 0,4mm
56
Bảng 4.14: Sinh trởng của cây khoai tây KT
2
46
Đồ thị 4.4: ảnh hởng của xử lý nhiệt đến khả năng bật chồi của khoai
tây KT
2
ở kích thớc meristem 0,6mm 49
Đồ thị 4.5: ảnh hởng của xử lý nhiệt đến khả năng bật chồi của khoai
tây KT
2
ở kích thớc meristem 0,5mm 52
Đồ thị 4.6: ảnh hởng của xử lý nhiệt đến khả năng bật chồi của khoai
tây KT
2
ở kích thớc meristem 0,4mm 55
viii
Danh mục các hình ảnh 1: Triệu chứng của bệnh virus trên lá khoai tây 36
ảnh 2: ảnh hởng của nồng độ GA
3
đến khả năng bật chồi của cây từ
meristem khoai tây KT
2
ix
1. Mở đầu
1.1. Đặt vấn đề
Cây khoai tây thuộc họ cà Solanaceae chi Solanum. Trong hệ thống cây
trồng nông nghiệp của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới nh ngô, lúa nớc, lúa
mì thì khoai tây là cây trồng cho năng suất dinh dỡng và năng suất protein
cao nhất (Beuceman, Vander Zagg, 1979)[26]. Bên cạnh vai trò là cây lơng
thực quan trọng của nhiều nớc trên thế giới, khoai tây còn là cây thực phẩm,
thức ăn gia súc và còn là nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến.
Cây khoai tây có những đặc tính quý nh: thời gian sinh trởng ngắn,
thích hợp với nhiều vùng sinh thái, nhiều chân đất, cho năng suất cao củ giàu
dinh dỡng nên khoai tây đợc trồng rất phổ biến. Theo trung tâm nghiên cứu
khoai tây Quốc tế - CIP tính đến năm 1998 đã có 130 nớc trên thế giới trồng
khoai tây với tổng diện tích 18,3 triệu ha, tổng sản lợng 295,1 triệu tấn, năng
suất trung bình 16 tấn/ha.(Nguyễn Quang Thạch và cs 2004)[18].
Khoai tây là cây trồng lý tởng cho vụ Đông ở đồng bằng sông Hồng.
Cây khoai không đòi hỏi thời vụ nghiêm ngặt nh các cây trồng vụ đông khác.
Thời vụ trồng khoai tây có thể kéo dài từ 25/10 đến cuối tháng 12. Khoai tây có
thời gian sinh trởng ngắn (80 - 90 ngày) nhng lại đạt năng suất cao, có nhiều
điển hình đạt năng suất 25 - 30 tấn/ha. Sản phẩm thu hoạch dễ tiêu thụ và dễ
thơng mại hoá. Mặt u việt khác là cây khoai tây thờng đợc trồng trong vụ
đông trên các chân đất đã trồng lúa ở vụ xuân và vụ mùa. Công thức luân canh
này sẽ góp phần nâng cao độ phì nhiêu của đất, hạn chế sự lan truyền của sâu
bệnh. Trong phong trào cánh đồng 50 triệu đồng/ha/năm hiện nay, sản xuất
khoai tây có ý nghĩa quan trọng. Một vụ khoai tây có thể cho năng suất 20 - 25
tấn/ha, với giá bán 2000 đồng/kg đã cho thu nhập 40 triệu đồng/ha.
1
Tuy nhiên thực trạng sản xuất khoai tây ở đông bằng sông Hồng không
2
bị thoái hoá rất nặng. Hiện nay, 100%
giống khoai tây KT
2
đang trồng ngoài sản xuất bị thoái hoá do virus. Ngời
sản xuất tha thiết muốn có nguồn giống khoai tây KT
2
với những đặc tính u
việt ban đầu của nó. Việc tẩy sạch virus cho nhiều cây trồng trong đó có khoai
tây bằng kỹ thuật nuôi cấy meristem đã đợc nhiều nghiên cứu trên thế giới
2
thừa nhận Morel G. và Martin C. (1952) (1955)[39][40], Norris D. O.
(1954)[43], Kasanis B. (1957)[34]. Tuy nhiên ở Việt Nam việc nghiên cứu chi
tiết và đa ra quy trình tẩy sạch virus cho khoai tây một cách chính xác cụ thể
hầu nh cha có công bố. Liệu chúng ta có thể phục tráng lại giống bằng cách
tẩy sạch virus cho củ giống để cung cấp giống sạch bệnh cho sản xuất đợc
không? Xuất phát từ yêu cầu bức bách đó, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề
tài: Nghiên cứu tẩy sạch virus bằng kỹ thuật nuôi cấy meristem nhằm
phục tráng giống khoai tây KT
2
1.2. Mục đích của đề tài
ứng dụng kỹ thuật nuôi cấy meristem để tẩy sạch virus nhằm khắc phục
hiện tợng thoái hoá giống ở khoai tây KT
2
.
1.3. Yêu cầu của đề tài
- Điều tra tình hình thoái hóa do virus trên giống KT
2
[32][36]. Cây khoai tây thuộc nhóm cây thân thảo, họ cà (Solanaceae). Hiện
nay, theo tổng kết có khoảng 20 loại khoai tây thơng phẩm. Chúng đều thuộc
loài Solanum tuberosum L và ở thể tứ bội (Tetraploid) (2n=4x=48), có khả
năng sinh trởng, phát triển tốt cho năng suất cao (Võ Văn Chi và CS, 1969
[2]; Mc Collum, 1992) [43].
Khoai tây là một trong những nguồn lơng thực quan trọng của loài
ngời, đợc xếp vào cây lơng thực đứng hàng thứ 4 trên thế giới, sau lúa mì,
lúa gạo và ngô. Theo FAO (1991)[29], hàng năm sản lợng khoai tây chiếm
khoảng 50% tổng sản lợng cây có củ.
Khoai tây không những là cây lơng thực mà còn là loài rau quý của
nhiều nớc. Theo đánh giá tổng kết của Peter Vander Zaag (1979) so với một
4
số cây trồng nhiệt đới nằm trong khoảng 30
o
vĩ độ Bắc đến 30
o
vĩ Nam nh lúa,
ngô, đậu khoai tây là cây trồng có thời gian sinh trởng ngắn nhất nhng nó
lại cho năng suất năng lợng và năng suất protein là cao nhất (Đặng Thị Vân,
1997)[22].
Bảng 2.1: Năng suất năng lợng và năng suất Pr/ha/ngày
của một số cây trồng
Loại cây
trồng
Năng
suất
(T/ha)
T.gian
sinh
0
vĩ tuyến Bắc đến 40
0
vĩ tuyến Nam (Tạ Thu Cúc,
2001)[4]. Tuy nhiên do trình độ sản xuất, trình độ khoa học công nghệ và
trình độ thâm canh rất khác nhau giữa các nớc trồng khoai tây nên năng suất
rất chênh lệch. Theo thống kê của FAO (1995)[30], tính đến năm 1990 năng
5
suất của các nớc trồng khoai tây đạt từ 4 - 42 tấn /ha, sản lợng đạt khoảng
300 triệu tấn, chiếm khoảng 60 - 70 % sản lợng lúa hoặc lúa mì và chiếm
khoảng 50% tổng sản lợng cây có củ.
Về diện tích trồng khoai tây: đứng đầu là Cộng hoà Liên Bang Nga (3,5
triệu ha), tiếp đến là Trung Quốc (3,4 triệu ha), Ba Lan và Ucraina (1,5 triệu
ha). ấn Độ là nớc đứng thứ sáu với diện tích khoảng (1 triệu ha). Các quốc
gia còn lại có diện tích trồng khoai tây dới 1 triệu ha (FAO, 1996)[31].
Về năng suất: tuỳ theo mức độ thâm canh và trình độ sản xuất mà năng
suất bình quân của các nớc dao động rất lớn, từ 4 - 42 tấn/ha (FAO,
1995)[30].
Năng suất khoai tây cao thờng tập trung ở các nớc công nghiệp tiên
tiến điển hình là các nớc thuộc Tây Âu nh Anh, Pháp, Bỉ, Hà Lan, Đan
Mạch Năng suất đạt từ 35 - 42 tấn. Các nớc nh Nhật Bản, Hoa Kỳ đạt
năng suất bình quân từ 31 - 36 tấn/ha. ở các quốc gia đang phát triển, năng
suất khoai tây bình quân chỉ dao động xung quanh 10 tấn/ha (FAO,1995)[30].
Về sản lợng: Trung Quốc có sản lợng trên 40 triệu tấn mỗi năm, là
nớc đứng đầu thế giới về sản lợng khoai tây, thứ hai là Ba Lan (24 triệu
tấn), tiếp theo là Mỹ khoảng 20 triệu tấn và ấn Độ xung quanh 17 triệu tấn
(FAO, 1996)[31]
2.2.2. Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt Nam
ở Việt Nam, khoai tây là cây trồng mới nhập nội từ châu âu do ngời
Trong các cây vụ đông không có cây nào chỉ trong thời gian dới 3
tháng trồng trọt lại cho thu hoạch một khối lợng sản phẩm lớn, có ý nghĩa và
giá trị nhiều mặt nh cây khoai tây. Năng suất khoai tây Việt Nam có thể đạt
từ 8 - 30 tấn/ha tuỳ thuộc vào giống và điều kiện thâm canh.
7
Diện tích: diện tích trồng khoai tây của chúng ta biến động rất lớn.
Diện tích tăng nhanh vào những năm 1970 và đạt cực đại vào 1979, sau đó
giảm liên tục. Từ năm 1991 trở lại đây diện tích dao động trong khoảng
(28.000 - 30.000 ha). Một số năm gần đây diện tích có xu hớng tăng dần
vào niên vụ 2002-2003 lên tới 35.000 ha (Đỗ Kim Chung, 2004)[3].
Năng suất khoai tây: bình quân trong những năm 76 - 1990 dới 10
tấn/ha và dao động khoảng 10 tấn/ha trong những năm 1991 - 1998 và 11 - 12
tấn/ha những năm 1999 - 2002 (Đỗ Kim Chung, 2004, Nguyễn Thị Kim
Thanh, 1997)[3][19].
Sản lợng: sản lợng khoai tây của cả nớc dao động từ 260.100 tấn tới
361.638 tấn trong những năm1976 - 1990 và 243.348 tấn tới 382.296 tấn năm 1991
- 2000 và tăng lên tới 400.000 - 421.036 tấn những năm 2002 2003 (Đỗ Kim
Chung, 2004, Nguyễn Thị Kim Thanh, 1998 )[3][19]. (Bảng 2)
Theo kết quả của bộ môn Côn trùng học - Trờng ĐHNN I cho thấy:
nguyên nhân chính làm cho ngời nông dân thu hẹp diện tích trồng khoai tây
là do việc trồng củ giống có chất lợng kém làm năng suất khoai tây quá thấp.
Xu hớng chung tại các địa điểm điều tra cho thấy rằng: nếu có củ giống
khoai tây mới cho năng suất cao thì ngời nông dân sẽ trồng trở lại.
Giống khoai tây ngời nông dân sử dụng hầu hết là do ngời nông dân
tự mua không biết rõ nguồn gốc giống ở đâu, do trung tâm nào sản xuất và
cung cấp. Do mua giống ở ngoài giá thành cao cho nên ngời nông dân
thờng duy trì từ vụ này qua vụ khác do vậy mà các giống đang trồng phổ
biến trong sản xuất đã bị thoái hoá.
Nguån: TÝnh to¸n tõ niªn gi¸m thèng kª 2004
9
Theo kết quả điều tra cơ cấu giống ở một số vùng thuộc châu thổ sông
Hồng cho thấy: hầu hết các vờn còn duy trì các giống thuần tuý đã bị thoái
hoá nghiêm trọng (tỷ lệ nhiễm virus là 54 - 65%), hao hụt trong bảo quả lớn
(45 - 60%) năng suất khoai tây thấp (8 - 9 tấn/ha), hiệu quả sản xuất không
cao. Ngay cả nơi có trình độ thâm canh có truyền thống trồng khoai tây lâu
đời nh Hạ Hồi (Thờng Tín) năng suất cũng chỉ đạt 12 - 13 tấn/ha.
Việc nhập nội các giống khoai tây Trung Quốc tuy giá thành rẻ nhng
không kiểm soát đợc bệnh và phẩm chất củ không cao, thậm chí còn là khoai
tây thơng phẩm nên thờng chỉ trồng đợc một vụ, muốn trồng phải nhập
giống liên tục. Qua số liệu điều tra cho thấy, khoai tây Trung Quốc mọc yếu,
tỷ lệ không mọc và thối cao, chiếm 20 - 30%.
Nh vậy có thể nói rằng cây khoai tây thực sự là:
Nguồn tiềm năng sinh học cha đợc khai thác ở nớc ta
Để khắc phục đợc tình trạng trên, cần có sự phối hợp chặt chẽ giữa các
cơ quan nghiên cứu trong nớc nhằm giải quyết hai vấn đề sau:
Thứ nhất: Tìm phơng pháp phục chế những giống khoai tây có chất
lợng tốt năng suất cao, thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam cũng nh
phù hợp với thị hiếu ngời tiêu dùng. Thay thế giống khoai tây đã bị thoái hoá
bằng những giống khoai tây có khả năng cho năng suất và chất lợng cao.
Thứ hai: Nghiên cứu hoàn thiện quy trình sản xuất khoai tây giống để
đảm bảo tự sản xuất củ giống có chất lợng cao, cung cấp cho ngời nông dân
với giá thành hợp lý, kết hợp với chuyển giao kỹ thuật trồng khoai tây thơng
phẩm cho ngời nông dân.
Có nh vậy chúng ta mới mới khuyến khích đợc việc mở rộng diện
tích trồng khoai tây, đa khoai tây thực sự trở thành cây trồng lý tởng của vụ
mầm sớm, mầm sẽ già sinh lý khi trồng. Nếu sản xuất củ giống và giữ giống
theo tập quán cũ, giống sẽ chóng thoái hoá làm năng suất thấp. Vì vậy, cần có
cách sản xuất và giữ giống riêng cho giống này.
Để đảm bảo năng suất cao, phẩm chất củ tốt và hạn chế sự gây hại của
sâu bệnh, nên dùng củ giống sản xuất trong vụ xuân để trồng cho vụ đông.
Vì giống ngắn ngày nên cần bón phân sớm. Chủ yếu là bón phân
chuồng hoai mục và bón thúc.
Trồng vụ xuân cần chọn chân đất cao dễ tiêu thoát nớc. Tốt nhất là nên
trồng trên chân đất có thành phần cơ giới nhẹ, giàu dinh dỡng.
11
2.4. Hiện tợng thoái hoá giống khoai tây do virus
Thoái hóa giống khoai tây là một hiện tợng chung thờng xảy ra ở tất
cả các nớc đã và đang trồng khoai tây trên thế giới. Theo Vũ Triệu Mân, hiện
tợng này đợc Parmentier phát hiện từ năm 1786. Song phải gần một thế kỷ
sau, khi các nhà nghiên cứu xác định đợc các đặc tính của virus đã khẳng định
chúng là một trong những nguyên nhân chính làm thoái hóa khoai tây. Cho đến
năm 1913 thì bệnh thoái hoá khoai tây đã đợc Quanjer - Viện bảo vệ thực vật
Wageningen chính thức đề nghị (Nguyễn Quang Thạch, 1991) [15].
Từ những đầu thập kỷ 20, ngời ta mới chỉ phát hiện đợc 3 loại bệnh
virus chính hại khoai tây là: bệnh cuốn lá (leafrol), bệnh khảm lá (mosaic),
bệnh hoa lá (Bigarune), tiếp theo đó là hàng loạt các nghiên cứu khác của
Smith K.M. (1931); Murphy và Salaman R. N. đã phát hiện thêm nhiều loài
virus khác nhau cùng chủng loại của chúng. Theo Ross A.F. (1964) cho biết
khoai tây có thể là ký chủ của 60 loài virus gây bệnh, còn Mactin C. (1968) lại
thấy có 33 loại cha kể các chủng của chúng. Năm 1981, Hooker W. J. đã
thống kê đợc 24 bệnh do virus gây hại trong số 112 bệnh phổ biến gây hại
trên khoai tây (Đỗ Thị Thuỷ, 2004)[20].
Theo thống kê gần đây nhất của Le Hingrat Y. (1989) từ những kết quả
về bệnh virus hại khoai tây trên thế giới thì có 6 loài virus chủ yếu (có tính
- Là căn bệnh không chữa đợc: sự xâm nhiễm của virus rất khó phát
hiện mặc dù nó xảy ra trong suốt quá trình sống của cây. Khi xâm nhiễm vào
tế bào virus làm cho hệ thống AND của cây chủ thay đổi, tế bào cây chủ liên
tục sản xuất ra protein và axít nucleic của virus. Vậy tế bào cây chủ đã nhân
virus lên (Meyer K., 1986)[38]. Do vậy, nếu có tác nhân nào đó ngăn chặn
13
đợc sự nhân lên AND của virus thì đồng thời cũng ức chế sự sinh tổng hợp
AND của cây chủ. Vì thế có thể nói rằng bệnh virus khoai tây là không chữa
đợc.
- Là bệnh có đặc tính lan truyền qua các thế hệ: đối với những cây nhân
giống bằng con đờng hữu tính, virus rất ít truyền qua hạt. Song ở những cây
nhân giống vô tính (bằng củ, căn hành, cành giâm, mắt ghép) virus có mặt
trong mọi tế bào đang sống, nó đợc nhân lên trong cây, đợc vận chuyển
trong dòng nhựa đi đến mọi vùng của cây, cho tới tận các củ con là thế hệ nối
tiếp sau này. Kết quả một củ mẹ bị bệnh virus sẽ tạo nên một cây bệnh, và tiếp
tục lan truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác, từ năm này qua năm khác, bệnh
ngày càng mở rộng (Merlet J., 1979)[37].
- Là loại bệnh rất dễ lan truyền nhờ côn trùng và tiếp xúc cơ giới: các
loại côn trùng (chủ yếu là rệp) chích hút các loại khoai tây mang theo virus rồi
truyền sang các cây khoẻ khác, nếu mật độ rệp cao thì chỉ sau 1 năm, từ vụ
này qua vụ khác tỷ lệ bệnh đã lên tới 80% - 100%. Ngoài ra, virus có thể lan
truyền nhờ gió hoặc do sự vô ý của ngời chăm sóc. Việc truyền bệnh bằng
tiếp xúc cơ giới chủ yếu với virus X, Y, S qua vết thơng ở lá hay mầm.
Virus khoai tây gây ra những thay đổi lớn về chức năng sinh lý của cây
bệnh, ảnh hởng nghiêm trọng đến quá trình trao đổi chất, từ đó dẫn đến hiện
tợng thoái hoá, cây sinh trởng kém, còi cọc củ nhỏ và ít, hàm lợng tinh
bột, vitamin trong củ giảm thấp, có hiện tợng cây không có củ.
Cây khoai tây bị bệnh đã làm giảm năng suất so với cây khỏe, trọng
lợng củ/khóm giảm, tỷ lệ củ lớn thấp hoặc không có, tỷ lệ củ nhỏ tăng, nhiều
mô già ở cây thuốc lá bị bệnh (Nguyễn Quang Thạch, Nguyễn Thị Lý Anh,
2003)[17]. Cụ thể là nồng độ virus bằng không ở mô đỉnh và bao lá mầm thứ
15
Copyright: Tài liệu đại học ©