sử dụng chỉ thị ssr để phân tích tính đa dạng di truyền của một số giống đậu tương có khả năng bệnh gỉ sắt khác nhau

i

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC



HOÀNG THỊ TRANG


SỬ DỤNG CHỈ THỊ SSR ĐỂ PHÂN TÍCH TÍNH ĐA DẠNG DI
TRUYỀN CỦA MỘT SỐ GIỐNG ĐẬU TƢƠNG CÓ KHẢ
NĂNG KHÁNG BỆNH GỈ SẮT KHÁC NHAU



LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH HỌC






Thái Nguyên - 2014
ii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

LỜI CAM ĐOAN


Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn là trung
thực, đƣợc sự đồng ý của cán bộ hƣớng dẫn chƣa đƣợc ai công bố
. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn gốc.

Tác giả


Hoàng Thị Trang










iii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Chu Hoàng Mậu đã định

hƣớng khoa học, tận tình hƣớng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong
suốt quá trình tôi tiến hành nghiên cứu và hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS Vũ Thanh Trà đã tạo mọi điều kiệ
ệm. Tôi x Hoàng Phú Hiệp và các thầy,
cô Bộ môn Di truyền và Sinh học hiện đại, trƣờng Đại học Sƣ phạm – Đại học
Th i Nguyên đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình tiến hành các thí
nghiệm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm.
Tôi xin tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô và cán bộ khoa Khoa học sự
sống, trƣờng Đại học Khoa học – Đại học Thái Nguyên đã tận tình dạy dỗ, chỉ
bảo và truyền cho tôi niềm đam mê nghiên cứu khoa học.
Cuối cùng tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã
nhiệt tình động viên cho tôi thêm động lực hoàn thành tốt quá trình học tập và
nghiên cứu khoa học.


.
Thái Nguyên, tháng 10 năm 2014
Tác giả



Hoàng Thị Trang
iv

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN i
LỜI CẢM ƠN iii

MỤC LỤC iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vi
DANH MỤ viii
DANH MỤC CÁC HÌNH ix
MỞ ĐẦU 1
1. Đặt vấn đề 1
2. Mục tiêu nghiên cứu 2
3. Nội dung nghiên cứu 2
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3
1.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÂY
ĐẬU TƢƠNG 3
1.1.1. Cây đậu tƣơng 3
1.1.2. Đặc điểm hóa sinh của cây đậu tƣơng 9
1.2. BỆNH GỈ SẮT VÀ TÍNH KHÁNG BỆNH GỈ SẮT Ở CÂY ĐẬU
TƢƠNG 10
1.2.1. Bệnh gỉ sắt ở cây đậu tƣơng 10
1.2.2. Tính chống chịu bệnh gỉ sắt của cây đậu tƣơng 12
1.2.3 ở cây đậu tƣơng 13
1.3. PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI
TRUYỀN Ở CÂY ĐẬU TƢƠNG 17
1.3.1. Chỉ thị hình thái 17
18
v

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


1.3.3.Chỉ thị phân tử 18
1.3.4. Bản đồ QTL 23
Chƣơng 2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU 25
2.1.1. Vật liệu 25
2.1.2. Hóa chất 26
2.1.3. Thiết bị và địa điểm nghiên cứu 27
2.2. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 27
2.2.1. Phƣơng pháp thu thập mẫu và tách chiết DNA tổng số 27
2.2.2. Tuyển chọn và tổng hợp các cặp mồi SSR cho phân tích mẫu 28
2.2.3. Phản ứng PCR-SSR 30
2.2.4. Phƣơng pháp điện di DNA trên gel agarose 31
2.2.5. Phƣơng pháp phân tích và xử lý dữ liệu PCR-SSR 31
Chƣơng 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32
3.1. NHÂN BẢN CÁC PHÂN ĐOẠN DNA BẰNG PHẢN ỨNG PCR-SSR 32
3.1.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số từ mầm đậu tƣơng 32
3.1.2. Kết quả ằng phản ứng PCR- SSR 33
ỀN CỦA CÁC GIỐ
TƢƠNG KHÁNG BỆ 41
44
KẾT LUẬ 49
1. Kết luận 49
2. Đề nghị 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 50

vi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

2-DE Two dimentional electrophoresis - điện di hai chiều

ABC ATP - binding cassette
AFLP Amplified Fragment Length Polymorphism - Đa dạng chiều dài các
phân đoạn đƣợc nhân bản
ASM Acibenzolar-S-methyl benzo-(1,2,3)- thiadiazole-7-carboxylic
acid S-methyl ester
AVRDC Asian Vegetable Research Devlopment Center - Trung tâm phát
triển rau màu Châu Á, Đài Loan
AUDPC Area Under Disease Progress Curve
Bp Base pair
cs Cộng sự
CTAB Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide
DNA Deoxyribonucleic acid
ĐVT Đơn vị tính
EDTA Ethylene Diamin Tretraaxetic Acid
EtBr Ethidium bromide
FAO Food and Agriculture Organisation – Tổ chức Nông Lƣơng thế giới
ISSR Inter - Simple Sequence Repeat
kb Kilo base
MAS Marker Assisted Selection – Chỉ thị phân tử
PCR Polymerase Chain Reaction - Phản ứng chuỗi tr ùng hợp polymerase
QTL Quantitative Trait Loci - Bản đồ các locus kiểm soát tính trạng số lƣợng
RAPD Random Amplified Polymorphism DNA - DNA đa hình đƣợc nhân
bản ngẫu nhiên
RFLP Restriction Fragment Length Polymorphism - đa hình về chiều dài
phân đoạn cắt hạn chế
vii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

SDS Sodium Đoecyl Sulphat
SNP Single nucleotide polymorphism
SSR Simple Sequence Repeats -trình tự lặp lại đơn giản
STSs Sequence Tagged Site
TAE Tris – Acetate – EDTA
Tris Trioxymetylaminometan
XK Xuất khẩu
USDA United State Department of Agriculture - Bộ nông nghiệp Hoa Kỳ
UPGMA Phƣơng pháp phân nhóm












viii

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu



Bảng 1.1. Diện tích thu hoạch đậu tƣơng một số nƣớc trên thế giới 4
Bảng 1.2. Sản lƣợng sản xuất đậu tƣơng ở một số quốc gia trên thế giới 5
Bảng 1.3. Năng suất đậu tƣơng một số nƣớc trên thế giới 7

Bảng 1.4. Diện tích, năng suất, tổng sản lƣợng của đậu tƣơng của nƣớc ta
trong năm 2011, 2012, 2013 và dự báo trong các năm tiếp theo 2014 -2015 8
Bảng 2.1. Ký hiệu, xuất xứ và đặc điểm của các giống đậ 25
Bảng 2.2. Trình tự các cặp mồi SSR sử dụng trong nghiên cứu 30
Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PCR-SSR 31
Bảng 3.1. Số phân đoạn DNA đƣợc nhân bản bằng phản ứng PCR-SRR từ 5 cặp
mồi SSR 39
Bảng 3.2. Tỷ lệ phân đoạn đa hình khi sử dụng 5 cặp mồi SSR. 40
SSR (%) 41








ix

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


DANH MỤC CÁC HÌNH

1.1. Diện tích trồng và sản lƣợng cây đậu tƣơng tại Việt Nam (2011-2015) …9
Hình 1.2. gỉ sắt 12
ệ ổng số tách từ mầm đậ 12
giống đậu tƣơng nghiên cứu 32
ới cặp mồi Satt009-
F/Satt009-R 33

ới cặp mồi Sat_640 –F
/Sat_640-R 34
với cặp mồi Sct_187-F
/Sct187-R 35
với cặp mồi Satt431-F/
Satt431-R 36
với cặp mồi Satt460-F
/Satt460-R 38
12 giống đậu tƣơng có
phản ứng khác nhau với bệnh gỉ sắ 42
1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


MỞ ĐẦU

1. Đặt vấn đề
Đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill) là cây công nghiệp ngắn ngày, có giá
trị kinh tế cao, mang ý nghĩa trong cải tạo đất trồng, dễ canh tác, đặc biệt có khả
năng thích nghi với nhiều vùng sinh thái khác nhau. Hạt đậu tƣơng chứa 30-55%
protein, chứa nhiều loại amino acid không thay thế, 12-25% lipid và các vitamin
cần thiết cho cơ thể. Các sản phầm từ đậu tƣơng đƣợc sử dụng rộng rãi cho các
mục đích khác nhau nhƣ làm thức ăn, dầu ăn, thực phẩm chức năng, nguyên liệu
cho y học và công nghiệp…Bên cạnh giá trị dinh dƣỡng cao, cây đậu tƣơng còn
có khả năng cố định đạm nhờ vi khuẩn R. japonicum sống cộng sinh trên rễ cây
tạo thành các nốt sần, giúp cải tạo đất hiệu quả. Do đó, cây đậu tƣơng đã đƣợc
quan tâm trồng và phát triển mạnh ở nhiều quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam,
đậu tƣơng là nhóm cây trồng chính đƣợc ƣu tiên khuyến khích phát triển, sản
xuất đứng sau lúa, ngô và lạc.

Việt Nam từng là một nƣớc xuất khẩu đậu tƣơng vào những năm 1980, tuy
nhiên cho đến nay nƣớc ta đã trở thành nƣớc nhập khẩu đậu tƣơng với số lƣợng
lớn với hàng triệu tấn khô dầu đậu tƣơng đang đƣợc nhập khẩu hàng năm. Mặc
dù diện tích gieo trồng có tăng hàng năm những năng suất thấp và sản lƣợng đạt
đƣợc không ổn định, khả năng chống chịu bệnh và các stress kém. Sâu bệnh nói
chung và bệnh gỉ sắt nói riêng là nguyên nhân trực tiếp ảnh hƣởng tới diện tích
gieo trồng và làm giảm năng suất, chất lƣợng hạt đậu tƣơng, gây tổn thất lớn về
kinh tế.
Bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng do loài nấm Phakopsora pachyrhizi gây ra và đang
đƣợc coi là một trong những mối đe dọa chính trên cây đậu tƣơng gây thiệt hại
đáng kể, làm giảm từ 10-80% năng suất và chất lƣợng đậu tƣơng ở nhiều nƣớc
2

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


trên thế giới trong đó có Việt Nam.
Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng đã
đƣợc tiến hành và thu đƣợc một số kết quả đáng kể, tuy nhiên hầu hết các nghiên
cứu này mới chỉ tập trung vào việc giám sát quá trình phát triển bệnh, nghiên
cứu dịch tễ học, đánh giá sự thất thu năng suất hoặc phân tích phản ứng bệnh mà
chƣa chú trọng nhiều đến việc tìm hiểu khả năng kháng bệnh gỉ sắt. Việc nghiên
cứu sự đa dạng di truyền của tập đoàn đậu tƣơng có phản ứng khác nhau đối với
bệnh gỉ sắt không chỉ có ý nghĩa trong việc bảo tồn các giống có khả năng kháng
bệnh mà còn có ý nghĩa quan trọng trong công tác chọn tạo giống có chất lƣợng
cao.
Xuất phát từ những lý do trên chúng tôi lựa chọn và thực hiện đề tài: “Sử
dụng chỉ thị SSR để phân tích tính đa dạng di truyền của một số giống đậu
tương có khả năng kháng bệnh gỉ sắt khác nhau”.
2. Mục tiêu nghiên cứu

Đánh giá đƣợc mức độ đa dạng di truyền của một số giống đậu tƣơng
kháng bệnh gỉ sắt khác nhau bằng chỉ thị SSR.
3. Nội dung nghiên cứu
- Tách và nhân bản các phân đoạn SSR bằng phản ứng PCR - SSR.
- Nghiên cứu, phân tích mức độ đa dạng di truyền của các giống đậu
tƣơng dựa trên chỉ thị SSR.





3

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Chƣơng 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÂY
ĐẬU TƢƠNG
1.1.1. Cây đậu tương
Đậu tƣơng hay đỗ tƣơng, đậu tƣơng (tên khoa học Glycine max) là loại
cây họ Đậu (Fabaceae), là loài bản địa của Đông Á. Cây đậu tƣơng đƣợc thuần
hóa và trồng nhiều ở Trung Quốc vào khoảng thế kỷ XVII trƣớc công nguyên.
Sau đó cây đậu tƣơng đƣợc truyền bá và du nhập sang các nƣớc Nhật Bản, Thái
Lan, Philipppin, Việt Nam vài thế kỷ sau đó. Cây đậu tƣơng đƣợc trồng ở châu
Âu và ở Hoa Kỳ vào khoảng thế kỷ XVII và XVIII. Loài này giàu hàm
lƣợng chất đạm protein. Hạt đậu tƣơng có hàm lƣợng protein cao từ 20% – 45%
dễ tan và hầu hết chứa các loại axit amin, đặc biệt là các loại axit amin không

thay thế, vitamin E, muối khoáng, lipid vì vậy ngƣời ta đã chế biến đậu tƣơng
thành hơn 600 sản phẩm dinh dƣỡng có giá trị khác nhau. Sản phẩm của đậu
tƣơng đƣợc dùng làm thực phẩm cho ngƣời, thức ăn gia súc, nguyên liệu cho
công nghiệp, làm hàng xuất khẩu và là loài cải tạo đất trồng rất tốt.
Về đặc điểm hình thái, đậu tƣơng là cây thân thảo, lá có ba loại: lá mầm, lá
nguyên và lá kép. Hoa đậu tƣơng nhỏ không hƣơng vị, có dạng cánh bƣớm. Quả
thuộc loại quả giáp, khó tách, hơi cong, lúc quả non có màu xanh, nhiều lông khi
chín có màu nâu. Hạt có nhiều hình dạng: hình tròn, hình bầu dục, tròn dẹt có
giá trị dinh dƣỡng cao. Về đặc điểm di truyền, đậu tƣơng có bộ nhiễm sắc thể
lƣỡng bội 2n = 40 là cây tự thụ phấn, ít có khả năng thụ phấn chéo. Bộ gen đơn
bội của đậu tƣơng có từ 1,29 -1,8 x 10
9
bp. Thời gian sinh trƣởng của đậu tƣơng
đƣợc chia làm 3 loại: chín sớm, chín trung bình và chín muộn.
4

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Trên thế giới cây đậu tƣơng đƣợc coi là một trong những cây lƣơng thực
chiến lƣợc của nhiều quốc gia nhƣ Mỹ, Brazil, Argentina, Trung Quốc, Thái
Lan do khả năng thích nghi rộng với các điều kiện khí hậu và sinh thái khác nhau
nên đậu tƣơng đƣợc trồng rộng rãi trên cả năm châu lục, tập chung nhiều tại Châu
Mỹ, sau đó là Châu Á. Hoa Kỳ là nƣớc có diện tích trồng cây đậu tƣơng lớn nhất
thế giới và đƣợc đầu tƣ sản xuất cây đậu tƣơng với quy mô công nghiệp. Diện tích
đậu tƣơng của các quốc gia những năm gần đây luôn biến động, các nƣớc nhƣ
Hoa Kỳ, Barazil, Argentina tăng theo từng năm, còn các nƣớc thuộc lục địa Châu
Á lại giảm nhƣ Nhật Bản, Việt Nam, Trung Quốc lại giảm trong các năm gần đây
đƣợc thể hiện qua bảng 1.1.
Bảng 1.1. Diện tích thu hoạch đậu tương một số nước trên thế giới

Quốc gia
Diện tích thu hoạch (Nghìn ha)
Năm 2010
Năm 2011
Năm 2012
Năm 2013
Hoa kỳ
78849447
79260943
80359578
85632823
Brazil
23327296
23968663
24975258
27864915
Nhật Bản
137700
136700
131100
128800
Argentina
18130799
18746227
17577320
19418825
Ấn Độ
9554190
10180000
10840000

12200000
Trung Quốc
8516115
7889055
6750080
6600100
Indonesia
660823
620928
567871
550793
Việt Nam
197800
181390
120751
119600

* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc
(FAO) ().

Đậu tƣơng là cây trồng lấy hạt, là cây cung cấp dầu quan trọng nhất trong
các cây lấy dầu. Hiện nay qua thống kê của FAO cho thấy từ năm 1980 trở lại
5

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


đây sản lƣợng đậu tƣơng thế giới đã tăng lên 2 lần chủ yếu nhờ vào tăng năng
suất và diện tích, tuy có biến động qua các năm. Trong vòng 20 năm qua diện
tích gieo trồng tăng nhanh, năng suất bình quân tăng khá cao 23 tạ/ha. Các nƣớc

sản xuất đậu tƣơng đứng đầu thế giới: Mỹ, Brazin, Argentina và Trung Quốc
chiếm khoảng 90-95% tổng sản lƣợng đậu tƣơng trên thế giới.
Bảng 1.2. Sản lượng sản xuất đậu tương ở một số quốc gia trên thế giới
Quốc gia
Sản lƣợng ( nghìn tấn)
Năm 2010
Năm 2011
Năm 2012
Năm 2013
Hoa Kỳ
227932,4
224594
203008,3
240826,1
Brazil
68756,3
74815,5
65848,9
81699,8
Argentina
52677,4
48878,8
40100,2
49306,2
Trung Quốc
15083,2
14485,1
13050,2
12500,2
Ấn Độ

12736,8
12214
14666
11948
Indonesia
907
843,8
843,2
780
Thái Lan
177,1
176,2
180
190
Việt Nam
298,1
266,5
175,3
173,7

* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp quốc
(FAO) ().


Hàng năm diện tích và sản lƣợng cây đậu tƣơng luôn đƣợc các nƣớc quan
tâm và đầu tƣ mở rộng. Trong đó Hoa Kỳ là nƣớc có diện tích gieo trồng cây đậu
tƣơng lớn nhất. Tuy diện tích và sản lƣợng có tăng nhƣng luôn biến động giữa
các năm trở lại đây nguyên nhân có thể kể đến là do kỹ thuật canh tác, biến đổi
khí hậu gây hạn hán, hay dịch bệnh nhƣ phấn trắng, gỉ sắt đã làm ảnh hƣởng
6

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


tới năng suất và sản lƣợng đậu tƣơng không nhỏ. Năng suất đậu tƣơng của các
nƣớc cũng biến động tăng giảm theo từng năm 1.3).
7

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Bảng 1.3. Năng suất đậu tương một số nước trên thế giới
Quốc gia
Năng suất (tấn/ha)
Năm 2010
Năm 21011
Năm 2012
Năm 2013
Brazil
2947,5
3121,4
2636,6
2932,0
Hoa kỳ
2922,4
2819,9
2664,2
2914,5
Argentina
2905,4

2607,4
2281,4
2539,1
Thái Lan
1972,5
1963,1
1800,0
1792,5
Trung Quốc
1771,1
1836,1
1933,3
1893,9
Indonesia
1372,6
1359,0
1484,8
1416,1
Ấn Độ
1333,0
1199,8
1353,0
979,3
Việt Nam
1509,6
1469,4
1451,7
1452,3

* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên hợp

quốc (FAO) ().

Ở Việt Nam, hiện nay đậu tƣơng đƣợc trồng trên cả 7 vùng nông nghiệp,
trong đó vùng núi phía Bắc có diện tích gieo trồng lớn nhất là 46,6%, đồng
bằng Sông Hồng 19,3%, vùng Tây Nguyên 11%, miền Đông Nam Bộ 10,2%,
đồng bằng Sông Cửu Long 8,9%, khu Bốn 2,3% và vùng Duyên hải miền
Trung 1,6% [4]. Cây đậu tƣơng chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền
nông nghiệp nƣớc ta, đặc biệt là ở những vùng nông thôn nghèo, kinh tế chƣa
phát triển. Tuy nhiên việc sản xuất đậu tƣơng ở trong nƣớc vẫn chƣa đƣợc
đầu tƣ cao, năng suất còn thấp, do vậy nghiên cứu cải tiến các đặc điểm nông
học của các giống địa phƣơng và tạo giống mới có năng suất cao, thích nghi
với điều kiện sinh thái ở những vùng khác nhau bằng phƣơng pháp truyền
thống kết hợp với hiện đại sẽ đáp ứng đƣợc yêu cầu của thực tiễn đặt ra và đó
cũng là chiến lƣợc quan trọng về sự phát triển cây đậu đỗ ở nƣớc ta.
Năm 2013, Việ 556 nghìn tấ
8

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


, giảm 3,7% so với năm trƣớc nhƣng tăng 145% so với năm 2011. Đế
ụ 2013/14, với tình hình ngành công nghiệ ự
tăng trƣờng, lƣợng xuất khẩu đậu tƣơng đƣợc dự đoán sẽ lên 600 nghìn tấn.
Cũng trong 2012/13, với sự phục hồi của ngành thức ăn sau suy thoái
kinh tế, tổng lƣợng khô đậu tƣơng nhập khẩu tăng trở lại đạt 2,97 triệu tấn,
tăng 19% so với năm trƣớc. Đây là lĩnh vực tiếp tục đƣợc cải thiện và USDA
dự đoán sẽ tăng nhẹ, đạt 3,1 triệu tấn vào năm 2014 và 3,2 triệu tấn năm
2015. Sản lƣợng dầu đậ 2013 đã giảm 9,8% do
nhu cầu thấp hơn so với dự kiến, lƣợng xuất khẩu cũng giảm xuống còn 13%
so với năm 2012 do sản lƣợng thấp.

Bảng 1.4. Diện tích, năng suất, tổng sản lượng của đậu tương của nước ta
trong năm 2011, 2012, 2013 và dự báo trong các năm tiếp theo 2014 -2015
Năm
2011
2012
2013
2014*
2015*
(nghìn ha)
181,1
119,6
117,8
120
130
Năng suất (tấn/ha)
1,47
1,45
1,43
1,47
1,48
Tổng sản lƣợng
(nghìn tấn)
266,9
173,7
168,4
176,4
192,4

*

Điều kiện thời tiết không thuận lợi đã khiến sản lƣợng đậu tƣơng nƣớc ta
năm 2013 giảm 3% so với năm 2012, xuống còn 168 nghìn tấn. Mƣa bão nặ
ốt năm đã khiến năng suất cây trồng và diện tích thu hoạch đậ
1.1). Quy mô sản xuất nhỏ lẻ so với các loại cây trồng khác chính là
nguyên nhân khiến ngành đậu tƣơng vẫn không đáp ứng đƣợc nhu cầu tiêu thụ
trong nƣớc. Tổ chức USDA dự báo nếu điều kiện thời tiết thuận lợi, diện tích
9

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


gieo trồng đậu tƣơng năm 2013 và 2014 lần lƣợt đạt 120 nghìn và 130 nghìn
héc-ta, với mức sản lƣợng tăng nhẹ khoảng 176 và 192 nghìn tấn. Khả năng
cạnh tran ậu tƣơng so với ngô vẫn còn thấ ỗi
héc-ta trồng đậu tƣơng thấp hơn so với trồng ngô. Khu vực trồng đậu tƣơng
chính tập trung ở vùng Đồng bằng sông Hồng, miền Bắc nƣớc ta.
1.1: Diện tích trồng và sản lƣợng cây đậu tƣơng tại Việt Nam
(2011-2015)
* Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam, *số liệu dự báo

Sự biến động sản lƣợng, năng suất hay diện tích đậu tƣơng của nƣớc ta
là không cao, dự kiến các năm tiếp theo 2014 và 2015 cũng tăng không đáng
kể, nguyên nhân là ngƣời dân và nhà nƣớc vẫn chƣa đầu tƣ sâu sắc tới cây
đậu tƣơng, bên cạnh đó bệnh dịch hại cây hay điều kiện khí hậu làm thiện
hại đáng kể sản lƣợng đậu tƣơng.
1.1.2. Đặc điểm hóa sinh của cây đậu tương
Hạt đậu tƣơng có thành phần chủ yếu là protein, lipid, glucid, các
vitamin và các chất khoáng. Trong hạt đậu tƣơng, hàm lƣợng protein chiếm

từ 30-55%. Protein đƣợc dự trữ trong bào quan có chức năng cung cấp
10

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


nguồn amino acid và nitơ hoặc là các enzyme tham gia vào quá trình nảy
mầm của hạt. Loại potein đƣợc dự trữ chủ yếu ở hạt đậu tƣơng là globulin
Ở đậu tƣơng, hàm lƣợng lipid chiếm từ 12-25% khối lƣợng khô. Chất
lƣợng lipid của hạt đậu tƣơng rất tốt, cho nên nó đƣợc sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp chế biến thực phẩm. Hạt đậu tƣơng còn có các loại vitamin tan
trong lipid, đặc biệt là vitamin E. Ngoài ra, trong hạt đậu tƣơng còn chứa một
số chất khác nhƣ carbohydrade, muối khoáng, nucleic acid, kích thích sinh
trƣởng.
Các protein của lá đậu tƣơng chủ yếu là các protein liên quan đến quá
trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lƣợng. Đó là các protein có liên quan
đến quá trình vận chuyển điện tử, các enzyme, các protein dự trữ, hoặc các
protein có liên quan đến các quá trình trao đổi và chuyển hóa của các amino
acid hoặc các protein liên quan đến tính kháng bệnh, stress. Một số nghiên
cứu phân tích hệ protin lá đậu tƣơng đã đƣa ra nhận xét rằng một số đoạn
protein có chức năng bảo vệ, một số protein có liên quan đến tính khàng bệnh
gỉ sắt [17], [47].
Tóm lại, hạt đậu tƣơng có thành phần dinh dƣỡng rất cao, giá trị của nó
đƣợc đánh giá đồng thời cả về hàm lƣợng protien và lipid. Trong đó do hàm
lƣợng protein cao là yếu tố quan trọng làm cho cây đậu tƣơng trở thành nguồn
thực phẩm quan trọng cho ngƣời, động vật và ngoài ra cây đậu tƣơng còn
dùng làm thuốc chữa bệnh rất tốt, nhất là hạt đậu tƣơng có mầu đen.
1.2. BỆNH GỈ SẮT VÀ TÍNH KHÁNG BỆNH GỈ SẮT Ở CÂY ĐẬU
TƯƠNG
1.2.1. Bệnh gỉ sắt ở cây đậu tương

Bệnh gỉ sắt do nấm Phakopsora pachyrhizi gây ra là một trong những
bệnh chính trên cây đậu tƣơng (Glycine max) ở Châu Á và gây thiệt hại đáng
11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


kể về năng suất ở các nƣớc trồng đậu tƣơng. Hầu hết các nƣớc nhiệt đới và
cận nhiệt đới đều ghi nhận có sự xuất hiện của bệnh gỉ sắt đậu tƣơng địa
phƣơng [50]. Ở Đài Loan, bệnh gỉ sắt có thể gây thiệt hại nghiêm trọng trên
cây đậu tƣơng không đƣợc bảo vệ bằng thuốc trị nấm và ở một số vùng, bệnh
gỉ sắt là một yếu tố làm giới hạn việc sản xuất đậu tƣơng vụ xuân. Do sự thiếu
thông tin về bệnh gỉ sắt đậu tƣơng ở Tây Bán cầu và nguy cơ tiềm năng ảnh
hƣởng đến việc sản xuất đậu tƣơng ở Mỹ, Bộ Nông nghiệp Mỹ, Phòng thí
nghiệm Nghiên cứu Bệnh Thực vật và Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển
Rau Châu Á (AVRDC) đã khởi động một dự án hợp tác vào năm 1978 để
nghiên cứu dịch tể học của bệnh gỉ sắt đậu tƣơng. Dự án hợp tác này kéo dài
đến năm 1982 và các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu tƣơng đƣợc tiếp tục tiến
hành ở AVRDC cho đến năm 1992.
Ngoài ra, FAO đã thiết lập một mạng lƣới nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu
tƣơng liên kết các nƣớc Châu Á. Chƣơng trình quốc gia của Thái Lan đã và
đang tiến hành các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu tƣơng với các chƣơng trình
lai giống chủ động kéo dài hơn 10 năm qua [34]. Ở Indonesia, bệnh gỉ sắt
đƣợc xem là loại bệnh nghiêm trọng nhất trên cây đậu tƣơng, xuất hiện cả ở
mùa mƣa và mùa khô. Các hoạt động nghiên cứu ở Indonesia bao gồm cải
thiện tính kháng , thử nghiệm thuốc trị nấm, sự tồn lƣu của hạ bào tử
trên đồng ruộng, quản lý bệnh gỉ sắt thông qua trồng thử nghiệm và các
nghiên cứu về sự phát tán bào tử.
Dấu hiệu và triệu chứng bệnh: là những chấm màu trong ở phiến lá, cỡ
1mm, sau lớn dần và chuyển màu vàng rồi nâu, đạt tới kích thƣớc từ 2-5mm

với hình đa dạng, có góc cạnh. Ở mặt dƣới phiến lá xuất hiện lớp bột màu nâu
đó là các bào tử hạ của nấm, khi bệnh phát triển rộng ra trên các lá nó sẽ làm
rách phiến lá, các bào tử đƣợc phát tán nhờ gió. Ở điều kiện thích hợp (15-
12

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


30
0
C), ẩm ƣớt nó sẽ nảy mầm và xâm nhập vào lá qua các lỗ khí khổng. Vết
bệnh có thể hình thành ở các bộ phận của cây. Bệnh thƣờng phát triển mạnh
vào thời điểm cây đậu tƣơng ra hoa, từ lá tầng thấp rồi lan lên lá tầng trên,
làm lá vàng khô rồi rụng hàng loạt. Bệnh này xảy ra quanh năm và gây thiệt
hại tới 40-50% năng suất hạt.









Hình 1.2.

Quá trình nhiễm bệnh bắt đầu khi bào từ hạ nảy mầm để hình thành một
ống mầm phát triển trên bề mặt lá (đƣờng kính 5-400 µm) cho đến khi sợi áp
hình thành. Tùy vào điều kiện thời tiết mà thời gian lây nhiễm bệnh kéo dài
theo từ 15 tuần tới 20 tuần.

1.2.2. Tính chống chịu bệnh gỉ sắt của cây đậu tương
Tính chống chịu bệnh gỉ sắt là khả năng cho năng suất tƣơng đối của cây
dƣới áp lực của bệnh gỉ sắt. Để so sánh năng suất tƣơng đối, ngƣời ta so sánh
một dòng đƣợc trồng trên ô đƣợc và không đƣợc bảo vệ bằng thuốc trừ nấm.
Mặc dù cần có thêm diện tích ruộng, tính chống chịu cần đƣợc đánh giá vào
mỗi mùa vụ chứ không giống nhƣ việc thu thập dữ liệu đƣờng cong tiến triển
bệnh, sự rụng lá và đếm nốt bệnh cho tính kháng gây giảm tốc độ phát bệnh.

13

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Sự tƣơng tác giữa vật chủ và vật ký sinh theo mô hình tƣơng tác gen đối
gen (gen for gen). Đến nay, các nhà khoa học đã phát hiện thấy có năm gen
chính liên quan đến tính kháng bệnh gỉ sắt ở đậu tƣơng bao gồm: gen Rpp1,
gen Rpp2; gen Rpp3; gen Rpp4; gen Rpp5 và gen Rpp6. Các nghiên cứu về
gen cho thấy sáu gen Rpp1, Rpp2, Rpp3, Rpp4, Rpp5 và Rpp6 đã đƣợc phát
hiện và mô tả có khả năng liên quan tới tính kháng đối với một số chủng nấm
P.pachyrhizi. Tuy nhiên vẫn chƣa có nghiên cứu nào công bố giống đậu
tƣơng nào kháng đƣợc với tất cả các chủng nấm P.pachyrhizi.
1.2.3 ở cây
đậu tương
Trên thế giới, đã có nhiều công trình nghiên cứu về gỉ sắt [35], [36],
[37], [38], [39], [40], [43], [44]. Ở các nƣớc trên thế giới, bệnh gỉ sắt gây thiệt
hại nghiêm trọng đến cây đậu tƣơng và một số cây trồng khác, làm hạn chế
năng suất đậu tƣơng vụ xuân. Vì vậy ở nhiều quốc gia trên thế giới đã có rất
nhiều công trình nghiên cứu khắc phục và chọn tạo nhiều giống đậu tƣơng có
tính kháng bệnh gỉ sắt cao và năng suất vợt trội nhƣ: giống Tainung 4 có sức
kháng bệnh nhiều hơn các giống khác. Các nƣớc đã đầu tƣ rất nhiều kinh phí

và thời gian vào các dự án nghiên cứu, có dự án kéo đài tới chục năm nhƣ:
Mỹ, Brazil, Trung Quốc… Ở Đài Loan và Thái Lan, nhiều dòng đã đƣợc chọn
và sàng lọc thử nghiệm tính chống chịu bệnh gỉ sắt [34]. Dựa trên phần trăm
gia tăng năng suất khi so sánh giữa các dòng, ngƣời ta đã xác định đƣợc các
dòng tính chống chịu cao hoặc có thể kháng một phần.Thiệt hại năng suất của
các dòng chống chịu này thƣờng ít hơn so với các dòng có năng suất cao
khác. Xu hƣớng tƣơng tự cũng xảy ra ở những dòng bị giảm sút ở chỉ tiêu
trọng lƣợng 100 hạt. Các dòng mang khả năng chống chịu bệnh gỉ sắt có diện
tích lá bị bệnh nhỏ nhất hoặc có tính kháng một phần dựa trên số lƣợng vết
14

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


bệnh trên mắt lá. Gần đây, cùng với mức độ phần trăm tăng năng suất thì chỉ
tiêu chống chịu stress đã đƣợc áp dụng trong đánh giá tính chống chịu bệnh gỉ
sắt bằng cách sử dụng các ô ba chiều để chia các nguyên liệu khảo nghiệm ra
thành bốn nhóm. Mặt phẳng X -Y (X: tính độc bệnh, Y: năng suất phần trăm)
đƣợc chia thành bốn đoạn bằng cách vẽ các đƣờng phần cắt tại điểm chính
giữa của trục X và trục Y. Trục Z thể hiện mức độ chống chịu stress mà một
dòng có đƣợc ở bất kỳ nhóm nào trong bốn nhóm.
Bằng kỹ thuật phân tử, những biến đổi ở mức độ alen và tính di truyền
đƣợc tìm thấy ở đậu tƣơng. Verma và cộng sự (1996) đã công bố về những
biến đổi alen của SSR ở mức độ cao trong sinh chất mầm đậu tƣơng [41].
Theo ông, có 28 alen SSR đƣợc nhắc lại trong nhóm 96 kiểu gen đậu tƣơng.
Akkaya và cộng sự(1992) đã lập bản đồ 40 locus SSR ở đậu tƣơng cùng với
118 chỉ thị RFLP và RAPD [20] Ngoài ra, Abe và cộng sự (2003) đã phân
tích 20 locus SSR của 131 giống đậu tƣơng từ 14 nƣớc Châu Á và nhận thấy
rằng trung bình trên mỗi locus SSR có đến 11,2 alen. Họ cũng đã nhận ra sự
khác nhau về nguồn gốc di truyền giữa tập đoàn giống đậu tƣơng ở Nhật Bản

và Trung Quốc [21] Các phát hiện của của nhóm nghiên cứu này đã chỉ ra
rằng các giống đậu tƣơng của các nƣớc Đông Nam Á và Trung Á phần lớn bắt
nguồn từ Trung Quốc. Trong khi đó, Cregan và cộng sự (1999) đã sử dụng
đồng thời các chỉ thị SSR, RAPD, AFLP và thiết lập đƣợc bản đồ gen với 20
nhóm gen liên kết ở đậu tƣơng trên cơ sở ba quần lai của các trƣờng đại học
Iowa, Utah và Nebraska [25].
Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù cây đậu tƣơng (Glycine max (L.) Merrill)
chiếm một vị trí quan trọng trong nền nông nghiệp và nền kinh tế quốc dân,
nhƣng diện tích trồng và sản lƣợng vẫn còn rất thấp so với các nƣớc trên thế
giới. So với năm 2001, diện tích trồng đậu tƣơng ở nƣớc ta trong năm 2005
15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


tăng 24,16%, sản lƣợng tăng 29,10%. Nhƣng đáng chú ý là năng suất đậu
tƣơng gần nhƣ không tăng hoặc tăng không đáng kể, do nhiều nguyên nhân
nhƣ hạn chế về giống và điều kiện canh tác, bên cạnh đó là các bệnh sƣơng
mai, phấn trắng, gỉ sắt… là những loại bệnh thƣờng xuyên xuất hiện gây ảnh
hƣởng nghiêm trọng tới tình hình sản xuất đậu tƣơng. Thực tiễn này đòi hỏi
phải có sự đánh giá, lựa chọn các giống đậu tƣơng mới có năng suất cao, chất
lƣợng tốt đồng thời có khả năng kháng đƣợc các bệnh, đặc biệt là bệnh gỉ sắt
[12]. Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu
tƣơng đã đƣợc tiến hành nhiều nơi trên thế giới và ở Việt Nam [17], [32],
[33], [34], [35], [36], tuy nhiên việc nghiên cứu một các hệ thống về bệnh gỉ
sắt và khả năng kháng bệnh này ở cây đậu tƣơng còn ít đƣợc đề cập đến.
Ở nƣớc ta, kết quả thí nghiệm của một số tác giả thuộc trƣờng Đại học
Nông nghiệp Hà Nội cho thấy các giống đậu tƣơng trồng đều bị nhiễm bệnh
với các mức độ khác nhau. Các giống ít bị bệnh hay bị nhiễm muộn trên đồng
ruộng hiện nay là M103, DT93, DT84, AK03, AK05, VX93, dòng 42. Các

giống nhiễm bệnh nặng là V74 (DT74) và DH4. Trong nghiên cứu về mối
quan hệ di truyền của 19 giống đậu tƣơng Việt Nam với 25 cặp mồi bằng chỉ
thị RADP, tác giả Đinh Thị Phòng và cộng sự cho thấy có 17/25 mồi có tính
đa hình với giá trị PIC (Polymorphic Information Content-Hàm lƣợng thông
tin đa hình) dao động từ 0,11 đến 0,6, trong đó có 3 mồi có tính đa hình cao
(PIC>0,5). Ngoài ra, tác giả cũng cho rằng các giống có tính chống chịu với
điều kiện bất lợi của môi trƣờng nhƣ giống HL92 (kháng bệnh xoăn lá và thối
quả) và HL203 (chống chịu khá với sâu bệnh) đều nằm trong cùng nhóm phụ
III và có hệ số sai khác di truyền 0,114. Hoặc hai giống M103 (chịu nóng) và
giống DT84 (chịu lạnh và chịu úng) đều nằm trong nhóm phụ II và có hệ số
sai khác di truyền 0,082 [12].
16

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


Những năm gần đây, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ -Viện
Cây lƣơng thực và cây thực phẩm đã nghiên cứu, lai tạo và kiểm định đƣợc
một số giống có khả năng kháng với bệnh gỉ sắt nhƣ: DT2000, CBU8325,
DT95. Giống DT2000 đƣợc công nhận là giống Quốc gia có khả năng kháng
cao đối với gỉ sắt ở các mùa vụ khác nhau. Các nghiên cứu sử dụng chỉ thị
SSR bƣớc đầu khả quan. Nhƣ vậy, do các đoạn SSR có mức độ đa hình cao
và phân bố ngẫu nhiên trong hệ gen đậu tƣơng nên chúng có thể cung cấp
những dẫn chứng chính xác và tin cậy trong nghiên cứu sinh học phân tử, di
truyền học và lai tạo giống cây trồng.
Trong nghiên cứu của Vũ Thanh Trà và cộng sự (2006), mƣời một giống
đậu tƣơng bao gồm các giống nhập nội nhƣ DT2000 (có khả năng kháng bệnh
gỉ sắt), DT12, VX92 và VX93 (có năng suất cao), các giống địa phƣơng nhƣ
Cúc Vàng, Vàng Mƣờng Khƣơng và CBU8325 (có khả năng chịu sâu, nấm và
chịu hạn tốt) và các giống tạo ra từ bằng phƣơng pháp đột biến nhƣ DT84,

DT95, M103 và DT96, con lai của DT84 và DT90 (có khả năng kháng bệnh
gỉ sắt) đƣợc đánh giá khả năng kháng bệnh gỉ sắt dựa trên chỉ số tích luỹ bệnh
theo thời gian AUDPC kết hợp các phân tích về phản ứng bệnh, khả năng tạo
bào tử và tạo quầng [17]. Kết quả cho thấy, các giống DT95 và CBU8325 có
chỉ số AUDPC thấp khả khả năng kháng bệnh gỉ sắt gần tƣơng đƣơng với
giống kháng đối chứng (DT2000). Hạt giống của các giống này đƣợc tiếp tục
nghiên cứu về chất lƣợng hạt trên phƣơng diện hoá sinh và cho thấy chúng có
hàm lƣợng protein và lipid từ trung bình đến cao, có mặt đầy đủ các loại dự
trữ chính, đảm bảo là nguồn cung cấp thực phẩm có chất lƣợng dinh dƣỡng
cao cho con ngƣời và gia súc.