đánh giá đa dạng nguồn gen và ưu thế lai một số tổ hợp khoai tây lai f1 bằng chỉ thị phân tử dna

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
------

------

NGUYỄN THỊ NHÃ

ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG NGUỒN GEN VÀ ƯU THẾ LAI
MỘT SỐ TỔ HỢP KHOAI TÂY LAI F1 BẰNG CHỈ THỊ
PHÂN TỬ DNA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2015


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO – BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM
------

------

NGUYỄN THỊ NHÃ

ĐÁNH GIÁ ĐA DẠNG NGUỒN GEN VÀ ƯU THẾ LAI
MỘT SỐ TỔ HỢP KHOAI TÂY LAI F1 BẰNG CHỈ THỊ
PHÂN TỬ DNA

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ SỐ: 60.42.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS. TS. PHAN HỮU TÔN

HÀ NỘI – 2015


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trong khóa luận này là
trung thực và chưa từng được sử dụng trong bất kỳ một báo cáo khoa học
nào.
Tôi xin cam đoan rằng, mọi sự giúp đỡ cho tôi hoàn thiện khóa luận này
đã được cảm ơn. Các thông tin trích dẫn trong khóa luận đã được ghi rõ
nguồn gốc.
Hà Nội, ngày tháng 5 năm 2015
Học viên

Nguyễn Thị Nhã

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page i


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành báo cáo tốt nghiệp này, ngoài sự nỗ lực, cố gắng của
bản thân, tôi đã nhận được rất nhiều sự động viên và giúp đỡ của cá nhân

và tập thể. Lời đầu tiên cho tôi gửi lời cảm ơn đến các Thầy cô khoa Công
nghệ sinh học đã giảng dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt
những năm tháng qua. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Phan Hữu Tôn
cùng các thầy cô Bộ môn Sinh học phân tử và ứng dụng, đã quan tâm, chỉ
bảo và hướng dẫn tận tình để tôi hoàn thành báo cáo tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, chị trong Trung tâm bảo tồn và
phát triển nguồn gen cây trồng trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội đã tạo
điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện tốt nghiệp.
Lời cảm ơn sâu sắc nhất tôi xin dành cho gia đình và những
người thân yêu của tôi.
Hà Nội, ngày

tháng 05 năm 2014

Học viên

Nguyễn Thị Nhã

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan .............................................................................................. i
Lời cảm ơn .................................................................................................ii
Mục lục .................................................................................................... iii
Danh mục bảng .......................................................................................... v
Danh mục hình .......................................................................................... vi
Danh mục biểu đồ .................................................................................... vii

Danh mục ký hiệu chữ viết tắt .................................................................viii
PHẦN I. MỞ ĐẦU .................................................................................... 1
1.1.

Đặt vấn đề ...................................................................................... 1

1.2.

Mục đích nghiên cứu...................................................................... 2

1.3.

Yêu cầu .......................................................................................... 2

PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................... 3
2.1.

Sơ lược về cây khoai tây, tình hình sản xuất khoai tây trên thế
giới và Việt Nam ............................................................................ 3

2.1.1. Giới thiệu chung về cây khoai tây .................................................. 3
2.1.2. Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới. ................................... 10
2.1.3. Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt Nam ..................................... 11
2.2.

Chọn giống ưu thế lai ................................................................... 12

2.2.1. Lai giống và nguyên tắc chọn cặp bố mẹ ...................................... 12
2.2.2. Xác định mức độ biểu hiện ưu thế lai ........................................... 16
2.3.

Đa dạng di truyền và ứng dụng chỉ thị phân tử trong chọn tạo
giống cây trồng ............................................................................ 17

2.3.1. Đa dạng di truyền và khái niệm về chỉ thị di truyền ..................... 17
2.3.2. Phương pháp sử dụng các chỉ thị phân tử để đánh giá đa dạng
di truyền ....................................................................................... 19
2.3.3. Tình hình nghiên cứu đa dạng di truyền khoai tây bằng kỹ
thuật SSR ............................................................................ 26
PHẦN III: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .................. 27
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iii


3.1.

Vật liệu nghiên cứu ...................................................................... 27

3.2.

Thời gian nghiên cứu ................................................................... 28

3.3.

Địa điểm nghiên cứu .................................................................... 28

3.4.

Nội dung nghiên cứu .................................................................... 28

3.5.

Phương pháp nghiên cứu .............................................................. 28

3.5.1. Bố trí thí nghiệm .......................................................................... 28
3.5.2. Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học và năng suất, chất lượng ....29
3.5.3. Nghiên cứu đa dạng di truyền bằng chỉ thị DNA .......................... 30
3.5.4. Đánh giá ưu thế lai (ƯTL) của các tổ hợp F1 ............................... 33
3.5.5. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................ 33
PHẦN 4. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ......................... 35
4.1.

Đánh giá một số đặc điểm nông sinh học của các mẫu giống
nghiên cứu ........................................................................... 35

4.1.1. Chỉ tiêu sinh trưởng của các giống khoai tây ................................ 35
4.1.2. Đặc điểm nông sinh học của các giống khoai tây nghiên cứu ....... 37
4.1.3. Hình dạng củ và các đặc điểm của củ khoai tây ........................... 41
4.1.4. Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất ................................ 44
4.2.

Kết quả đánh giá nguồn vật liệu bố mẹ bằng chỉ thị phân tử SSR .... 46

4.2.1. Tách chiết DNA và chọn lọc mồi đánh giá đa hình vật liệu
khởi đầu .............................................................................. 46
4.3

Nghiên cứu khả năng kết hợp của các dòng giống bố mẹ ............. 53

4.3.1. Ưu thế lai tính trạng thời gian nảy mầm ....................................... 54
4.3.2. Ưu thế lai tính trạng khối lượng củ............................................... 56
4.3.3. Ưu thế lai tính trạng số củ ............................................................ 58
4.3.4. Ưu thế lai về năng suất ................................................................. 60
4.3.5. Nhận xét chung ............................................................................ 63
4.3.6. Dự đoán một số tổ hợp lai có triển vọng....................................... 65
PHẦN V. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ....................................................... 66
5.1.

Kết luận ....................................................................................... 66

5.2.

Đề nghị ........................................................................................ 66

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page iv


TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 67
DANH MỤC BẢNG
STT

TÊN BẢNG

2.1.

Năng suất khoai tây của 5 nước đứng đầu thế giới trong 2 năm

TRANG

2012- 2013 .................................................................................... 11
3.1.

Tên tổ hợp lai và các giống bố mẹ khoai tây nghiên cứu................ 27

3.2.

Trình tự và nhiệt đô gắn mồi 6 cặp mồi SSR sử dụng trong
nghiên cứu đa dạng di truyền các mẫu giống khoai tây .................. 32

4.1.

Chỉ tiêu sinh trưởng của các giống khoai tây nghiên cứu ............... 36

4.2.

Đặc điểm hình thái, thân lá của các giống nghiên cứu .................. 38

4.3:

Đặc điểm hoa của các giống khoai tây ........................................... 40

4.4.

Một số đặc điểm thực vật học của các mẫu giống nghiên cứu ........ 42

4.5.

Một số đặc điểm thực vật học của các mẫu giống nghiên cứu ........ 43

4.6.

Năng suất và các yếu tố cấu thành năng suất của các giống
nghiên cứu ..................................................................................... 45

4.7.

Hệ số tương đồng di truyền Jaccard của 19 dòng giống khoai tây ........51

4.8.

Ưu thế lai về tính trạng mọc mầm của các tổ hợp lai ..................... 54

4.9.

Ưu thế lai tính trạng khối lượng củ của các tổ hợp lai .................... 56

4.10. Ưu thế lai về số củ trung bình của các tổ hợp lai............................ 58
4.11. Ưu thế lai về năng suất lý thuyết của các tổ hợp lai ....................... 60
4.12. Ưu thế lai về năng suất thực thu của các tổ hợp lai ........................ 62
4.13. Hệ số tương đồng của các tổ hợp khoai tây lai với 6 chỉ thị SSR ............ 64
4.14. Dự đoán một số tổ hợp lai có triển vọng ........................................ 65

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page v

DANH MỤC HÌNH
STT

TÊN HÌNH

TRANG

4.1.

Ảnh điện di DNA tổng số của 19 giống khoai tây nghiên cứu ........ 47

4.2.

Sản phẩm PCR với cặp mồi STM1106 của một số giống
nghiên cứu .................................................................................... 47

4.3.

Sản phẩm PCR với cặp mồi STM1102 của một số giống
nghiên cứu ............................................................................... 48

4.4.

Sản phẩm PCR với cặp mồi STM3012 của một số giống
nghiên cứu ............................................................................... 48

4.5.

Sản phẩm PCR với cặp mồi STM2005 của một số giống
nghiên cứu ............................................................................... 48

4.6.

Sản phẩm PCR với cặp mồi STWIN12G1 của một số giống
nghiên cứu ..................................................................................... 49

4.7.

Sản phẩm PCR với cặp mồi STM3015 của một số giống
nghiên cứu ............................................................................... 49

4.8.

Quan hệ di truyền của 19 dòng giống khoai tây nhờ phân tích
bằng chỉ thị phân tử SSR ............................................................... 52

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vi


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
STT

TÊN BIỂU ĐỒ

TRANG

4.1.

Ưu thế lai tính trạng mọc mầm của các tổ hợp lai so với bố mẹ .......... 55

4.2.

Ưu thế lai tính trạng khối lượng củ củ của các tổ hợp lai ............... 57

4.3.

Ưu thế lai tính trạng số củ của các tổ hợp lai ................................. 59

4.4.

Ưu thế lai tính trạng năng suất lý thuyết của các tổ hợp lai ............ 61

4.5.

Ưu thế lai tính trạng năng suất thực thu củ của các tổ hợp lai ............. 63

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page vii


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Tên đầy đủ

DNA

Deoxyribo Nucleic Acid

CTAB

Cetyl Trimethyl Ammonium Bromide

SSR

Simple sequence repeat

PCR

Polymerase Chain Reaction

RNA

Ribo Nucleic Acid

TB/tb

Trung bình

ƯTLT

Ưu thế lai thực

ƯTLTB

Ưu thế lai trung bình

KLTB

khối lượng trung bình

NSLT

năng suất lý thuyết

NSTT

năng suất thực thu

ƯTL

ưu thế lai

CS

Cộng sự

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page viii


PHẦN I. MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Khoai tây (Solanum tuberosum L.) là một cây lương thực có giá trị
dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao trong nền kinh tế quốc dân của nhiều nước
trên thế giới, cũng như ở Việt Nam. Hiện nay cây khoai tây đã được trồng phổ

biến ở 130 nước trên thế giới, chiếm 79%. Trong những cây lương thực chính
thì khoai tây được xếp thứ tư sau lúa mỳ, lúa gạo và ngô. Khoai tây được coi
là cây trồng có giá trị kinh tế cao, được sử dụng làm lương thực và thực phẩm
cho con người, làm thức ăn cho gia súc trong chăn nuôi. Ngoài ra khoai tây
còn làm nguyên liệu cho ngành công nghệ chế biến như bánh kẹo, mì tôm.
Tuy nhiên, trong giai đoạn hiện nay thì năng suất khoai tây của nước ta rất
thấp chỉ trong khoảng 8-10 tấn củ/ha trong khi đó năng suất khoai tây ở các
nước Châu Âu có thể đạt tới 40-50 tấn củ/ha. Điều này cho thấy năng suất
khoai tây còn rất thấp so với tiềm năng năng suất của nó.
Trong những năm gần đây, sử dụng giống khoai tây lai đã giúp cải
thiện rõ rệt về năng suất, chất lượng cũng như khả năng chống chịu và
kháng các loài sâu bệnh hại. Nhận thức được điều này, việc chọn tạo thêm
các giống khoai tây lai mới luôn được các nhà khoa học quan tâm.
Hiện nay, Trung tâm Bảo tồn và Phát triển Nguồn gen cây trồng thời
gian qua đã thu thập được hơn 800 mẫu giống trong đó nhiều mẫu giống ra
hoa ngay trong điều kiện bình thường, mở ra hướng đi mới cho việc tạo ra
giống khoai tây lai. Để chọn tạo thành công giống khoai tây lai thì cần xác
định khả năng phối hợp cho ưu thế lai giữa các dòng bố mẹ. Theo phương
pháp truyền thống ta phải lai thử sau đó đánh giá ưu thế lai để tìm được tổ
hợp có ưu thế lai cao sau đó sản xuất hạt lai. Phương pháp này đòi hỏi
nhiều công sức và thời gian trồng thử. Theo nguyên tắc tạo giống ưu thế
lai, bố mẹ càng khác xa nhau và bổ sung cho nhau nhiều tính trạng, nhiều
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 1


gen hay cụ thể là DNA thì khả năng cho ưu thế lai càng cao. Để xác định
khả năng cho ưu thế lai, chúng ta có thể cho chúng lai thử, đánh giá con lai
F1, tuy nhiên, công việc này khá là vất vả vì không có ưu thế lai. Mặt khác,

hiện nay nhờ sự phát triển của công nghệ sinh học và chỉ thị phân tử DNA,
chúng ta có thể tìm ra sự đa dạng di truyền những vùng DNA có liên quan
đến các gen quy định các tính trạng làm cơ sở tham khảo để tiến hành lai sẽ
cho ưu thế lai cao, rút bớt được khối lượng công việc lai thử và xác định
sớm được ưu thế lai giữa các tổ hợp. Vì vậy chúng tôi tiến hành thực hiện
đề tài: “ Đánh giá đa dạng di và ưu thế lai một số tổ hợp khoai tây lai F1
bằng chỉ thị phân tử DNA”.
1.2. Mục đích nghiên cứu
- Khảo sát sự đa dạng di truyền của một số giống khoai tây bố mẹ và
xác định ưu thế lai của một số tổ hợp khoai tây lai
1.3. Yêu cầu
- Đánh giá đặc điểm nông sinh học của các giống khoai tây,
- Khảo sát, đánh giá đa dạng di truyền bằng chỉ thị SSR
- Xác định khoảng cách di truyền để lựa chọn các tổ hợp lai thích
hợp có khả năng cho ưu thế lai cao.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 2


PHẦN II. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Sơ lược về cây khoai tây, tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới
và Việt Nam
2.1.1. Giới thiệu chung về cây khoai tây
a. Nguồn gốc
Cây khoai tây (Solanum tuberosum) là một cây trồng cổ đại. Có
nguồn gốc ở vùng cao nguyên thuộc dãy núi Andes (Nam Châu Mỹ) ở độ
cao 2000 - 5000m. Người Tây Ban Nha lần đầu tiên phát hiện ra cây khoai
tây khi họ đặt chân lên thung lũng Magdalenna (Nam Mỹ) của người bản xứ

chạy trốn, họ đã tìm thấy cây đậu, ngô, khoai tây. Lúc đó người ta gọi khoai
tây là Truffles vì hoa có màu sắc sặc sỡ (Salaman, 1949).
Các nhà khoa học đã phát hiện ra nhiều di tích lịch sử chứng minh
cây khoai tây có khoảng 500 năm trước công nguyên. Các bằng chứng về
khảo cổ học, lịch sử và ngôn ngữ học cũng như thực vật học cũng đều
chứng minh rằng khoai tây có nguồn gốc từ Nam Mỹ. Nhiều loài khoai tây
hoang dại còn tồn tại tới ngày nay, đặc biệt ở dãy Andes thuộc Peru,
Bolivia. Ngày nay người da đỏ ở vùng Titicaca (nam Peru, bắc Bolivia) vẫn
còn trồng những giống khoai tây khởi thủy.
Ở Việt Nam, khoai tây được người Pháp đưa vào trồng năm 1890 ở
một số vùng: Tỳ Sơn- Hải Phòng, Trà Lĩnh- Cao Bằng (1907), Thường TínHà Tây. Hiện nay, khoai tây được trồng tập trung chủ yếu ở Đồng Bằng
Sông Hồng, Sapa, Đà Lạt những vùng có khí hậu mát mẻ, ôn hòa (Nguyễn
Quang Thạch, 1993).
b. Phân loại
Khoai tây (Solanum tuberosum L.) thuộc loài S.tuberosum, chi
Solanum, họ cà Solanaceae, bộ Solanales, phân lớp Asteridae, lớp
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 3


Magnoliopsida, ngành Magnoliophyta. Gồm 160 loài có khả năng cho củ.
Khoai tây thuộc lớp thân thảo, họ cà, ngành hạt kín.
Khoai tây có bộ nhiễm sắc thể (X=12) và bao gồm 5 nhóm, nhóm
nhị bội (2n=2X=24), nhóm tam bộ (2n=3X=36), nhóm tứ bội (2n=4X=48),
nhóm ngũ bội (2n=5X=60), nhóm lục bội (2n=6X=72). Nhưng trong đó
khoai tây được trồng lấy thương hiệu nay thuộc nhóm tứ bội và được trồng
hầu hết ở tất cả các nước, các nhóm khác đều ở dạng đột biến, hoang dại
hoặc bán hoang dại.
Các nhóm tam bội, ngũ bội ít có ý nghĩa trong việc chọn giống khoai

tây, chỉ các nhóm nhị bội mới có ý nghĩa quan trọng là vật liệu cho quá
trình dung hợp tế bào trần để phối hợp các đặc tính tốt của các dòng nhị bội
khác nhau.
c. Đặc điểm thực vật học
* Rễ:
Khoai tây trồng từ củ giống chỉ phát triển rễ chùm, có rễ cọc khi trồng
bằng hạt, từ rễ cọc phát triển nhiều rễ phụ khác. Ở gốc thân ngầm dưới mặt
đất (còn gọi là tia củ) cũng có khả năng ra rễ, nhưng rễ ngắn và ít phân nhánh.
Bộ rễ phân bố chủ yếu trên đất canh tác 0 - 40 cm, nhưng cũng có rễ ăn sâu tới
1.5 - 2 m (Tạ Thu Cúc, 2007).
*Thân:
Thân khoai tây mọc thẳng, đôi khi có cấu tạo zích zắc, có 3-4 cạnh, cao
trung bình từ 40 - 70 cm đến 1 - 1,2 m. Phụ thuộc vào giống, thời kỳ chăm sóc
mà chiều cao cây có thể khác nhau. Thân thường có màu xanh hoặc xanh nhạt
hay đậm, đôi khi có màu phớt hồng hoặc tía tùy thuộc vào giống.
* Lá:
Lá hình thành và hoàn thiện theo sự tăng trưởng của cây, bản lá to, lá
kép xẻ lông chim, có 3 - 7 đôi mọc đối xứng qua trục và một lá lẻ trên cùng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 4


thường lớn hơn gọi là lá chét đỉnh, màu sắc lá phụ thuộc vào giống, thời vụ,
điều kiện chăm sóc mà có thể màu xanh, xanh đậm hoặc xanh nhạt.
* Hoa:
Hoa khoai tây thường mọc tập trung trên một chùm hoa. Nó thuộc
loại hoa lưỡng tính và có cấu tạo 5 : 5 : 5, cuống ngắn. Màu sắc hoa thường
trắng, cũng có thể là phớt hồng, tím, hồng, vàng hoặc đỏ phụ thuộc vào

từng loại và giống.
* Quả:
Quả khoai tây thuộc loại quả mọng, quả có dạng hình cầu, hình trứng
hoặc hình nón, có thể hơi tròn hoặc hơi dẹt, tùy thuộc vào giống khoai tây.
Vỏ quả có màu xanh đôi khi có sọc vằn hoặc đốm, trong quả có hai ngăn
chứa hạt và thịt quả.
* Hạt:
Hạt khoai tây thuộc loại rất nhỏ, trọng lượng 1000 hạt chỉ đạt khoảng
0,7 g đến 1 g. Hạt có dạng ovan dẹt bên ngoài là vỏ, trong có nội nhũ và phôi.
Phôi khoai tây có hình chữ U, bên trong chứa hai lá mầm phôi và rễ mầm.
*Củ:
Củ khoai tây còn có tên gọi là thân củ hay thân ngầm bởi củ được
hình thành là do thân phát triển dưới đất, trong điều kiện bóng tối. Hình
dạng củ khoai tây có thể là tròn, elip, tròn dài, đôi khi hình vuông.Trên củ
có nhiều mắt ngủ nhưng phân bố không đều, số lượng mắt ngủ nhiều hay ít
tuỳ thuộc vào từng giống, trên mỗi mắt thường có 2- 3 mầm ngủ và thường
tập trung nhiều trên đỉnh củ tuỳ thuộc từng giống, thời vụ, đất trồng và điều
kiên chăm sóc mà có trọng lượng củ khác nhau. Màu sắc củ tuỳ thuộc vào
từng giống, có thể là màu trắng, trắng nhạt, vàng, hay vàng nhạt.
* Mầm:
Mầm khoai tây phát triển từ điểm sinh trưởng của mắt củ, là cơ quan
sinh sản vô tính của khoai tây. Màu sắc của mầm khác nhau phụ thuộc vào từng
giống có thể màu trắng hoặc màu tím, khi gặp ánh sáng mầm có màu xanh.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 5


d. Yêu cầu ngoại cảnh
* Nhiệt độ:

Nhiệt độ trong vụ trồng khoai tây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng
trực tiếp đến khả năng phân bố, thời vụ gieo trồng, quá trình sinh trưởng,
phát triển và năng suất của cây. Tổng nhu cầu nhiệt cho cây khoai tây sinh
trưởng và phát triển dao động từ 16000C đến 18000C. Ở thời kỳ sinh trưởng
sinh dưỡng, cây khoai tây có thể ứng biến với biên độ nhiệt độ từ 16oC 25oC, rộng hơn so với quá trình sinh trưởng sinh thực. Nhiệt độ thích hợp
cho sự hình thành củ khoai tây là 16oC - 20oC, từ 20oC trở lên, quá trình
hình thành củ khoai tây bị kìm hãm, khối lượng chất khô của củ cũng như
chất lượng củ khoai tây bị giảm. Nhiệt độ quá thấp cũng làm ảnh hưởng
đến sinh trưởng của củ, nhiệt độ xuống thấp dưới 15oC các đặc tính như
màng vỏ, hàm lượng tinh bột thay đổi theo hướng không có lợi.
Nhiệt độ trong vụ trồng bình quân dao động từ 16oC - 18oC là thích
hợp và cho năng suất cao nhất. Các thời kỳ sinh trưởng và phát triển khác
nhau sẽ yêu cầu điều kiện nhiệt độ khác nhau:
+ Hạt nảy mầm ở nhiệt độ tối thiểu 12oC -15oC và nhiệt độ thích
hợp nhất là 18oC - 20oC. Nhiệt độ lớn hơn 25oC làm mầm phát triển
chậm và dễ thối.
+ Thời kỳ sinh trưởng thân lá nhiệt độ thích hợp là 200C - 220C.
+ Thời kỳ phát triển tia củ yêu cầu thời gian chiếu sáng ngắn để thúc
đẩy hình thành thân và củ (Mai Thạch Hoành, 2003).
* Ánh sáng
Khoai tây là cây ưa sáng, cường độ ánh sáng thích hợp cho khoai tây
sinh trưởng và cho năng suất cao là từ 40.000 - 60.000 lux. Cường độ ánh
sáng mạnh sẽ có lợi cho quá trình quang hợp sẽ thuận lợi cho hình thành,
tích lũy chất khô. Các thời kỳ khác nhau của cây khoai tây cũng yêu cầu
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 6


cường độ ánh sáng khác nhau: Thời kì từ cây non đến giai đoạn hình thành

củ khoai tây đòi hỏi ánh sáng ngày dài (trên 14h ánh sáng/ngày đêm) để
quang hợp và tích luỹ chất dinh dưỡng, đồng thời ra hoa, đậu quả. Thời kì
sinh trưởng sinh thực và khi củ bắt đầu hình thành, cây khoai tây cần có
thời gian chiếu sáng ngắn.
* Độ ẩm:
Khoai tây là cây có bộ rễ ăn nông, chính vì vậy trong thâm canh để
năng suất cao cần phải cung cấp nước thường xuyên cho cây để cây sinh
trưởng và phát triển tốt. Các thời kỳ sinh trưởng khác nhau yêu cầu về nước
cũng khác nhau.
+ Thời kỳ trồng đến xuất hiện tia củ đảm bảo độ ẩm tối thiểu 60-80 %.
+ Thời kỳ phát triển củ cần thường xuyên giữ ẩm độ ẩm đất là 80 %.
Thiếu nước hoặc thừa nước đều ảnh hưởng xấu đến sinh trưởng và
phát triển của cây (Mai Thạch Hoành, 2003).
* Đất trồng và pH đất:
Đất trồng khoai tây thích hợp nhất là đất phù sa nhẹ, đất cát pha, đất
nhẹ tơi xốp có lượng mùn cao, lớp đất canh tác dày, giữ ẩm tốt, tưới tiêu tốt.
Khoai tây có thể phát triển trên đất có pH từ 4,8 - 7,1, pH lý
tưởng đối với cây khoai tây là 5,2 - 6,4. Nếu pH trên 7 thì cây khoai tây
dễ bị nhiễm bệnh ghẻ củ. Đất có hàm lượng Chloride cao sẽ làm giảm
hàm lượng chất khô của củ. (Trương Văn Hộ, 1990).
* Nhu cầu dinh dưỡng của khoai tây
Khoai tây yêu cầu dinh dưỡng lớn và đầy đủ các nguyên tố đa
lượng và vi lượng. Ảnh hưởng của đạm đến năng suất khoai tây đã
được nghiên cứu từ thập niên 70. Năng suất tối ưu của khoai tây đạt
được khi được bón từ 45-400kg N/ha. Khi bón lượng đạm quá cao,
Ở khoai tây dễ xảy ra hiện tượng sinh trưởng lần thứ 2 tương tự
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 7

hiện tượng xảy ra khi gặp nhiệt độ cao, ánh sáng ngày dài trong thời
gian hình thành củ, hiện tượng này làm giảm năng suất và chất lượng
củ khoai tây (Benkema và Vander Zaag, 1979).
Khoai tây cũng cần nhiều P cho sự sinh trưởng, tuy nhiên, hiệu
lực của P tùy thuộc vào hàm lượng P và vôi có ở trong đất. Lượng P có
ở trong đất ít và lượng vôi tự do nhiều thì thường xuyên phải bón với
lượng P nhiều hơn.
Nhiều kết quả cho thấy, hiệu quả của K thể hiện không rõ đến năng
suất khoai tây nhưng lại liên quan rõ đến chất lượng củ, cụ thể là hàm lượng
chất khô của củ. Kali làm tăng khả năng quang hợp, tăng sự vận chuyển các
chất trong cây và tăng khả năng chống chịu sâu bệnh hại.
Các nguyên tố vi lượng như Mg, Zn, S... cần cung cấp đầy đủ và
cân đối cho cây. Nếu thiếu, cây phát triển kém, năng suất thấp.
Phân hữu cơ có vai trò quan trọng trong quá trình sinh trưởng và
phát triển khoai tây, muốn có năng suất sản lượng khoai tây cao, chất
lượng tốt thì phải sử dụng phân hữu cơ vì phân hữu cơ cung cấp một
cách cân đối các nguyên tố đa lượng và bán đa lượng cho cây và đặc
biệt bổ sung các nguyên tố vi lượng quan trọng cần cho khoai tây.
Ngoài ra, phân hữu cơ còn tạo độ xốp cho đất, tăng khả năng giữ ẩm
của đất, kích thích bộ rễ phát triển và tạo điều kiện thuận lợi cho quá
trình hình thành và phát triển của củ khoai tây.
e. Giá trị dinh dưỡng
Khoai tây được ví như “kho báu’’ ngoài yếu tố thuộc nhóm thực
phẩm cao cấp, còn có thành phần dinh dưỡng trong củ phong phú và đa
dạng. Ở nhiều nước trên thế giới, khoai tây được coi là một trong năm loài
cây lương thực quan trọng: lúa mỳ, lúa nước, ngô, đại mạch và khoai tây.
So với nhiều loài cây trồng khác, nó vừa được xem là cây lương thực vừa
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 8


là cây thực phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, hàm lượng dinh dưỡng của
khoai tây chỉ kém trứng (Leviel, 1986). Sử dụng 100g khoai tây có thể đảm
bảo ít nhất 8% nhu cầu protein, 3 % năng lượng, 10 % sắt, 10 % vitamin
B1, và 20-25 % nhu cầu vitamin C cho một người trong một ngày đêm.
Khoai tây được chế biến thành nhiều món ăn ngon, làm thuốc chữa
bệnh (bệnh viêm loét dạ dày, hành tá tràng, bệnh thần kinh, bỏng, quai bị
(ykhoanet.com). Mọi bộ phận trên củ khoai tây đều có giá trị dinh dưỡng.
Theo nguồn: Bộ Nông Nghiệp Hoa Kỳ và cơ sở dữ liệu dinh dưỡng quốc
gia, 2008 cho biết thành phần dinh dưỡng trong 100 gam củ khoai tây sau
khi luộc cả vỏ và nướng.

[Nguồn: United States Department of Agriculture, National Nutrient Database, 2008]

Bên cạnh giá trị lương thực, thực phẩm, thức ăn gia súc, khoai tây
còn là nguồn nguyên liệu trong ngành dược phẩm, cũng như sử dụng khoai
tây làm mỹ phẩm (Đỗ Kim Chung, 2003). Do đó khoai tây được khẳng
định là rất quan trọng đối với con người.

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 9


2.1.2.Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới.
Sản xuất khoai tây trên thế giới đang trải qua những thay đổi lớn.
Khoai tây có vai trò rất quan trọng trong việc cung cấp lương thực thực
phẩm cho đời sống của người dân nhiều nước trên thế giới. Theo CIP

(Trung tâm nghiên cứu kinh tế thế giới ), tính đến năm 1998 đến nay có
trên 130 nước trên thế giới trồng khoai tây, với tổng diện tích là 18.3 triệu
ha, tổng sản lượng là 295,1 triệu tấn. Theo tổ chức lương thực và nông
nghiệp Liên hợp quốc, tính đến năm 2010, tổng sản lượng khoai tây của thế
giới đạt khoảng 324,4 triệu tấn/năm, diện tích trồng 18.653.007 ha. Sau khi
Liên Xô tan rã thì Trung Quốc trở thành nước liên tục đứng đầu về sản lượng
khoai tây trên thế giới, tiếp đến là Ấn Độ và thứ 3 là Nga. Tính đến năm
2010 diện tích trồng khoai tây của Trung Quốc đạt khoảng 5.077 triệu ha.
Hiện nay, ở các nước phát triển, với trình độ khoa học kỹ thuật hiện
đại, đầu tư cho nông nghiệp lớn, năng suất trung bình và sản lượng khoai
tây không ngừng tăng do áp dụng các kỹ thuật sản xuất tiên tiến, cơ giới
hoá, đặc biệt là do sử dụng các củ giống sạch bệnh, chất lượng cao. Trong
khi đó ở các nước đang phát triển và kém phát triển (thuộc Châu Á, Châu
Phi và Châu Mỹ La Tinh), do các điều kiện kinh tế, văn hoá, xã hội còn hạn
chế, cây khoai tây chưa được đầu tư đúng mức. Tại các nước này, do sản
xuất còn lạc hậu, sử dụng củ giống kém chất lượng hoặc những củ giống từ
vụ trước dẫn đến nhanh chóng bị thoái hoá giống năng suất và sản lượng
khoai tây giảm đáng kể. Bởi vậy, củ giống chất lượng cao kháng bệnh là
vấn đề hàng đầu ảnh hưởng đến năng suất.
Khắc phục tình trạng thiếu củ giống chất lượng là vấn đề cấp thiết
cần được đặt ra đối với nền sản xuất nông nghiệp của các nước này
(Nguyễn Thị Kim Thanh, 1998). Nghiên cứu, xây dựng hệ thống sản xuất

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 10


giống khoai tây sạch bệnh, chất lượng cao đang là biện pháp được ưu tiên,
có tác động trực tiếp đến việc cải thiện tình hình sản xuất khoai tây.

Bảng 2.1. Năng suất khoai tây của 5 nước đứng đầu thế giới trong 2
năm 2012- 2013
STT

Nước

Khoai tây sản xuất

Khoai tây sản xuất

năm 2012 (Tấn)

năm 2013 (Tấn)

1

Trung Quốc

85.860.000

88.925.000

2

Ấn Độ

45.000.000

45.343.600

3

Liên bang Nga

29.532.530

30.199.126

4

Ukraine

23.250.200

22.258.600

5

Hoa Kỳ

19.165.865

19.843.919
(Nguồn: FAOSTAT, 2014)

2.1.3. Tình hình sản xuất khoai tây ở Việt Nam
Khoai tây được những người Pháp mang đến Việt Nam từ năm 1890
và chủ yếu được trồng ở vùng đồng bằng sông Hồng. Hiện nay, khoai tây
được coi là một trong những loại thực phẩm sạch, là một loại nông sản
hàng hóa được lưu thông rộng rãi.Tuy nhiên tình hình sản xuất khoai tây

nước ta đã trải qua rất nhiều biến động và phát triển không tương xứng với
tiềm năng của nó. Nếu như trước 1970, ở nước ta khoai tây chỉ được coi
như một loại rau với diện tích trồng rất nhỏ thì ngày nay khoai tây đã có vị
trí nhất định trong nền nông nghiệp nước nhà, nó đã thực sự trở thành cây
lương thực quan trong, một cây trồng lý tưởng trong các công thức luân
canh vụ đông.
Mức cung về khoai tây ở nước ta năm 2002 – 2003 là 521.036 tấn,
trong đó sản xuất trong nước chiếm 81% và 19% phải nhập khẩu. Mặc dù
cho đến nay, sản lượng khoai tây cả nước đã đạt khoảng 25.000 – 40.000
tấn/năm, ở nhiều vùng đã đạt năng suất trung bình 20 – 27 tấn/ha nhưng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 11


Việt Nam vẫn tiếp tục là nước nhập khẩu khoai tây vì: nhu cầu về khoai tây
không ngừng tăng, vượt so với cung và lượng khoai tây trong nước chỉ sẵn
có trong vòng 6 tháng trong năm, trong khi đó nhu cầu đòi hỏi phải có
khoai tây quanh năm.
Sản xuất khoai tây tại nước ta đã đạt đỉnh điểm vào năm 1979 và
1980 sau đó giảm dần. Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến năng suất kém là do
thiếu nguồn củ giống tốt. Mặt khác, do điều kiện khí hậu cùng với kĩ thuật
thâm canh, sản xuất cũng như công tác bảo quản sau thu hoạch của nước ta
còn hạn chế nên năng suất khoai tây đạt thấp, chỉ đạt 10 - 12 tấn/ha, trong
khi năng suất khoai tây của Đức là 35 tấn/ha, Hà Lan là 40 tấn/ha. Bởi vậy,
nhiệm vụ trước mắt là phải xây dựng hệ thống sản xuất và cung cấp các
giống sạch bệnh, chất lượng cao, bền vững, đáp ứng nhu cầu của nông dân.
Hiện nay, nhu cầu thị trường ngày càng tăng và áp dụng tiến bộ kĩ
thuật trong sản xuất nên khoai tây đã thực sự được chú trọng phát triển. Cả
nước hiện còn khoảng 200.000 ha đất có thể trồng được khoai ở các vùng

như: Đồng bằng Sông Hồng, miền núi phía Bắc, Bắc Trung Bộ, Tây
Nguyên với tiềm năng năng suất tối đa có thể đạt 40 tấn/ha. Với những
thuận lợi trên, khoai tây giống trong nước ta sẽ hoàn toàn chiếm lĩnh thị
trường trong nước và chúng ta rất có khả năng xuất khẩu khoai tây.
2.2. Chọn giống ưu thế lai
Ưu thế lai (heterossis) là thuật ngữ do nhà chọn giống khoai tây
G.H.Shull (Mỹ) đưa ra năm 1914 để chỉ hiệu quả lai biểu hiện vượt trội
về sức sinh trưởng, sinh sản và chống chịu của con lai ở thế hệ thứ nhất
so với các dạng bố mẹ của chúng. Hiện tượng này thể hiện rất rõ ở
những con lai thu được từ sự giao phối giữa các dòng tự phối với nhau.
2.2.1. Lai giống và nguyên tắc chọn cặp bố mẹ
Lai giống là sự giao phối giữa hai hay nhiều dạng bố mẹ có tính di
truyền khác nhau để tạo ra biến dị tổ hợp. Các dạng thực vật do sự giao
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 12


phối tự nhiên hoặc nhân tạo đã kết hợp được những tính trạng di truyền của
bố mẹ và tạo ra các cây (con) lai.
Lai giống là phương pháp cơ bản để tạo ra biến dị tổ hợp phục vụ cho
chọn lọc. Thông qua quá trình lai giống mà có thể phối hợp được các đặc tính
và tính trạng có lợi của các dạng bố mẹ và con lai. Tuy nhiên, bố mẹ truyền
cho con cái bộ gen của chúng và kết quả của quá trình tái tổ hợp mà nhiều
kiểu gen mới đã được tạo ra, sau khi tương tác với môi trường đã tạo ra các
kiểu hình mới rất có ích cho chọn giống (Nguyễn Văn Hiển, 2000).
Theo thành tựu của các nhà chọn giống thế giới, trên cơ sở di truyền
học người ta đã đưa ra các nguyên tắc cơ bản để chọn cặp bố mẹ khi lai
như nguyên tắc khác nhau về kiểu sinh thái địa lý, các yếu tố cấu thành
năng suất, thời gian, các giai đoạn sinh trưởng, tính chống chịu và các tính

trạng bổ sung đặc biệt.
2.2.1.1. Nguyên tắc khác nhau về kiểu sinh thái địa lý
Kiểu hình của một dạng thực vật là kết quả tương tác giữa kiểu gen
và môi trường. Các giống và dạng thực vật trong quá trình chọn lọc tự
nhiên và chọn lọc nhân tạo được hình thành thích nghi với một điều kiện
đất đai, khí hậu nhất định.
Thực chất các nguyên tắc chọn cặp bố mẹ theo loại hình sinh thái địa
lý là liên kết các tính trạng và đặc tính của các dạng hoặc giống xa nhau về
địa lý, sinh thái vào một giống mới. Các dạng lai xa nhau về địa lý là sự tổ
hợp các gen khác nhau của bố mẹ. Sự khác biệt về mặt di truyền được biểu
hiện ra bên ngoài bằng các tính trạng và đặc tính như chịu hạn, chịu úng,
chịu rét, thời gian sinh trưởng ngắn, dài...Việc chọn bố mẹ xa nhau về địa
lý nhằm tổ hợp được các gen kiểm tra tính trạng khác nhau. Do đó kết quả
của lai giống sẽ chắc chắn hơn và vật liệu cung cấp cho quá trình chọn lọc
sẽ phong phú hơn, xác xuất chọn được giống tốt phù hợp với điều kiện sinh
thái địa phương cao hơn.
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 13


Ở Việt Nam bằng nguyên tắc này các nhà chọn giống đã tạo ra
được nhiều giống có ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao như giống lúa
NN1 do Bác sĩ Lương Đình Của tạo ra bằng lai giữa giống Ba Thắc của
Nam Bộ và Bunco của Nhật Bản, giống VN10 do Trần Như Nguyện lai
tạo giữa hai dạng xa nhau về địa lý (A5 là dòng đột biến có nguồn gốc
Đông Nam Á và Rumani 45 có nguồn gốc Châu Âu ôn đới) có khả năng
chịu rét tốt, trồng vụ xuân cho năng suất cao và ổn định (Nguyễn Văn
Hiển, 2000).
2.2.1.2. Nguyên tắc khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất và năng

suất
Khi chọn bố mẹ nhằm nâng cao năng suất ở các thế hệ lai thì bố và
mẹ phải có sự khác nhau về các yếu tố cấu thành năng suất. Sự khác nhau
này cần có khả năng bổ sung lẫn nhau, phối hợp với nhau để tạo ra một
giống mới hoàn chỉnh hơn.
Các yếu tố cấu thành năng suất là các tính trạng số lượng. Các tính
trạng này hầu hết do hệ thống đa gen quyết định. Cụ thể khi xét năng suất
của một cây trồng thì năng suất trên một đơn vị diện tích là mục tiêu phấn
đấu của nhà chọn giống. Năng suất cá thể được tạo nên bởi các yếu tố cấu
thành năng suất. Ví dụ, ở nhóm cây ngũ cốc là số lượng khoai tây, số hạt
trên khoai tây, khối lượng 1000 hạt.
2.2.1.3. Nguyên tắc khác nhau về thời gian các giai đoạn sinh trưởng
Tùy thuộc vào mục đích của nhà chọn giống và nhu cầu của sản xuất
mà phải tạo ra các giống có thời gian sinh trưởng khác nhau từ ngắn, trung
bình đến dài. Đặc biệt để tăng vụ tránh các điều kiện thời tiết bất lợi gây
thiệt hại cho sản xuất cần có các giống có thời gian sinh trưởng từ ngắn đến
cực ngắn, song năng suất và chất lượng phải đảm bảo yêu cầu.
Để phát huy tối đa tự do tổ hợp của các kiểu gen quyết định các pha
sinh trưởng của cây trồng nhằm tạo ra giống mới có thời gian sinh trưởng
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 14


như ý muốn thì bố và mẹ dùng trong các phép lai có cấu trúc thời gian các
giai đoạn sinh trưởng khác nhau. Vì vậy, khi nghiên cứu nguồn vật liệu
khởi đầu của ngồn gen cần có các quan sát tỉ mỉ về thời gian hoàn thành
các giai đoạn sinh trưởng.
2.2.1.4. Nguyên tắc khác nhau về tính chống chịu sâu bệnh
Cây trồng vốn có đặc tính chống chịu sâu bệnh nhờ thừa hưởng tính

di truyền của tổ tiên chúng. Tính chống chịu này dần yếu đi do có sự bảo vệ
của con người trong quá trình canh tác. Việc chọn tạo ra các giống vừa có
năng suất cao vừa chống chịu tốt với các loài sâu bệnh gây hại là mục tiêu
của bất kỳ chương trình chọn giống nào.
Mặt khác ở mỗi vùng sinh thái đặc thù có các nòi sâu bệnh khác
nhau. Vì thế một giống hoàn toàn kháng bện ở vùng này nhưng khi chuyển
sang vùng khác lại bị nhiễm bệnh. Một giống cây trồng có khả năng thích
ứng rộng cần có phổ kháng sâu bệnh rộng, cùng lúc có thể chống được
nhiều nòi sinh lý khác nhau. Vì vậy, khi chọn các dạng bố mẹ cần chú ý sự
khác nhau về tính kháng bệnh ngang để tổ hợp được một phổ kháng sâu
bệnh rộng và giống lai.
Ví dụ CR203 là giống chống rầy với cả 3 biotyp nên được trồng ở rất
nhiều vùng khác nhau từ vĩ tuyến 17 trở ra, giống IRI352 kháng đạo ôn
tổng hợp. Các giống lúa này đều được tạo ra nhờ phép lai các dạng bố mẹ
có tính kháng rầy và kháng đạo ôn khác nhau (Nguyễn Văn Hiển, 2000).
2.2.1.5. Nguyên tắc bổ sung các tính trạng cần thiết
Giống cây trồng là sản phẩm của toàn thể loài người. Một giống cây
trồng tốt sẽ được con người nhân rộng ra nhiều vùng địa lý khác nhau.
Nhập nội giống cây trồng có các tính trạng tốt là phương pháp nhanh để
đưa giống vào sản xuất. Tuy nhiên, các giống cây trồng mới tạo ra khi di
chuyển từ vùng sinh thái này sang vùng sinh thái khác tỏ ra còn khiếm
khuyết hoặc thiếu một số tính trạng quan trọng nào đó như kém chịu rét,
Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn Thạc sỹ Khoa học Nông nghiệp

Page 15