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

i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG 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 TƯƠNG CÓ KHẢ
NĂNG KHÁNG BỆNH GỈ SẮT KHÁC NHAU

Chuyên ngành: Công nghệ sinh
học
Mã số: 60.42.02.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ SINH
HỌC

Ngươi hương dân khoa hoc: GS.TS. Chu Hoàng
Mậu

Thái Nguyên - 2014


ii

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liêu va kết quả trình bày trong luận văn là
trung thực, được sự đồng ý của cán bộ hướng dẫn va chưa được ai công bố
trong bất ky công trinh nao. Mọi trích dẫn trong luận văn đều ghi rõ nguồn

gốc.
Tác giả

Hoàng Thị Trang


3

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Chu Hoàng Mậu đã định
hướng khoa học, tận tình hướng 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 kiện giup
đơ tôi hoan thành các thí nghiệm. Tôi xin cam ơn ThS Hoàng Phú Hiệp và các
thầy, cô Bộ môn Di truyền và Sinh học hiện đại, trường Đại học Sư phạm –
Đại học Thai Nguyên đã tạo mọi điều kiện cho tôi trong quá trình tiến hành
các thí nghiệm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm.
Tôi xin bay tỏ lòng biết ơn tới các thầy cô và cán bộ khoa Khoa học sự
sống, trường 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

4

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN............................................................................................................i
LỜI

CẢM

ƠN

................................................................................................................iii

MỤC

LỤC......................................................................................................................iv
DANH

MỤC

CHỮ

TẮT....................................................................................vi

VIẾT
DANH

MỤC

CÁC

BANG ........................................................................................ 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
Chương
1
TỔNG
QUAN
............................................................................3

TÀI

LIỆU

1.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÂY
ĐẬU TƯƠNG ................................................................................................ 3
1.1.1. Cây đậu tương ............................................................................................................
3
1.1.2.

Đặc
điểm
hóa
sinh
...................................................................... 8

của

cây

đậu

tương

1.2. BỆNH GỈ SẮT VÀ TÍNH KHÁNG BỆNH GỈ SẮT Ở CÂY ĐẬU
TƯƠNG ......................................................................................................... 9
1.2.1.
Bệnh
gỉ
sắt
ở
...................................................................................... 9

cây

1.2.2.
Tính
chống
chịu
bệnh

tương.....................................................11

sắt

gỉ

đậu
của

tương
cây

đậu

1.2.3. Tinh hinh nghiên cưu bênh gi săt va tinh khang bênh gi săt ở cây đậu tương
.....12


5

1.3. MÔT SÔ CHI THI SƯ DUNG TRONG PHÂN TÍCH ĐA DẠNG DI
TRUYỀN Ở CÂY ĐẬU TƯƠNG................................................................. 15
1.3.1.
Chỉ
thị
hình
........................................................................................................15

thái

1.3.2.
Chi
thi
sinh.........................................................................................................16

hoa


6

1.3.3.Chỉ thị phân tử
...........................................................................................................17
1.3.4. Bản đồ QTL..............................................................................................................21
Chương 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
.................................23
2.1. VẬT LIỆU, HÓA CHẤT, THIẾT BỊ VÀ ĐỊA ĐIỂM NGHIÊN CỨU..........
23
2.1.1. Vật liệu......................................................................................................................23
2.1.2. Hóa chất
....................................................................................................................24
2.1.3. Thiết bị và địa điểm nghiên
cứu..............................................................................25
2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................... 25
2.2.1. Phương pháp thu thập mẫu và tách chiết DNA tổng số
........................................25
2.2.2. Tuyển chọn và tổng hợp các cặp mồi SSR cho phân tích
mẫu.............................26
2.2.3. Phản ứng PCR-SSR
.................................................................................................27
2.2.4. Phương pháp điện di DNA trên gel

agarose...........................................................28
2.2.5. Phương pháp phân tích và xử lý dữ liệu PCRSSR...............................................28
Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN...................................................................29
3.1. NHÂN BẢN CÁC PHÂN ĐOẠN DNA BẰNG PHẢN ỨNG PCR-SSR.......
29
3.1.1. Kết quả tách chiết DNA tổng số từ mầm đậu tương
.............................................29
3.1.2. Kết quả nhân ban cac phân đoan DNA bằng phản ứng PCR- SSR
.....................30
3.2. PHÂN TÍCH TINH ĐA DANG TRUYỀN CỦA CÁC GIỐNG ĐÂU
TƯƠNG KHÁNG BỆNH GI SĂT KHÁC NHAU ........................................ 36
3.3. THAO LUÂN CHUNG ......................................................................... 40


7

KẾT LUẬN VÀ ĐÊ NGHI .........................................................................................44
1. Kết luận .................................................................................................... 44
2. Đề nghị..................................................................................................... 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................45


8

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 được nhân bản

ASM

Acibenzolar-S-methyl benzo-(1,2,3)- thiadiazole-7carboxylic 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 Lương 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

lượng RAPD

Random Amplified Polymorphism DNA - DNA đa hình được

nhân
bản ngẫu nhiên
RFLP

Restriction Fragment Length Polymorphism - đa hình về chiều dài
phân đoạn cắt hạn chế


vii

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
Kỳ

United State Department of Agriculture - Bộ nông nghiệp Hoa

UPGMA

Phương pháp phân nhóm

8

DANH MỤC CÁC BANG
Bảng 1.1. Diện tích thu hoạch đậu tương một số nước trên thế giới
....................... 4
Bảng 1.2. Sản lượng sản xuất đậu tương ở một số quốc gia trên thế giới................
5
Bảng 1.3. Năng suất đậu tương một số nước trên thế giới.....................................
6
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 ..........
7
Bảng 2.1. Ký hiệu, xuất xứ và đặc điểm của các giống đậu tương nghiên cưu
............23
Bảng 2.2. Trình tự các cặp mồi SSR sử dụng trong nghiên cứu...........................
27
Bảng 2.3. Thành phần phản ứng PCR-SSR .......................................................
28
Bảng 3.1. Số phân đoạn DNA được nhân bản bằng phản ứng PCR-SRR từ 5
cặp mồi SSR
........................................................................................................ 35
Bảng 3.2. Tỷ lệ phân đoạn đa hình khi sử dụng 5 cặp mồi SSR...........................
36
Bang 3.3. Hê sô khac nhau giưa cac giông đâu tương dưa trên cac dư liêu phân
tich
SSR (%) ........................................................................................................ 37


9

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hinh 1.1. Diện tích trồng và sản lượng cây đậu tương tại Việt Nam (20112015)......…8
Hình 1.2. La cây đâu tương nhiêm bênh gỉ sắt ...........................................................11
Hình 3.1. Kêt qua điện di kiêm tra DNA tổng số tách từ mầm đậu tương cua 12
giống đậu tương nghiên cứu...........................................................................................29
Hình 3.2. Kêt qua điên di kiêm tra san phâm PCR với cặp mồi Satt009F/Satt009-R .......................................................................................................................30
Hình 3.3. Kêt qua điên di kiêm tra san phâm PCR với cặp mồi Sat_640 –F
/Sat_640-R .........................................................................................................................31
Hình 3.4. Kêt qua điên di kiêm tra san phâm PCR với cặp mồi Sct_187-F
/Sct187-R ...........................................................................................................................32
Hình 3.5. Kêt qua điên di kiêm tra san phâm PCR với cặp mồi Satt431-F/
Satt431-R ...........................................................................................................................33
Hình 3.6. Kêt qua điên di kiêm tra san phâm PCR với cặp mồi Satt460-F
/Satt460-R ..........................................................................................................................34
Hinh 3.7. Sơ đô hinh cây vê môi quan hê di truyên cua 12 giống đậu tương có
phản ứng khác nhau với bệnh gỉ sắt dưa trên dư liêu phân tich SSR
.....................38


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Đậu tương (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 tương 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 tương được sử dụng

rộng rãi cho các mục đích khác nhau như làm thức ăn, dầu ăn, thực phẩm chức
năng, nguyên liệu cho y học và công nghiệp…Bên cạnh giá trị dinh dưỡng cao,
cây đậu tương 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 tương đã được quan tâm trồng và phát triển mạnh ở nhiều quốc gia
trên thế giới. Ở Việt Nam, đậu tương là nhóm cây trồng chính được ưu tiên
khuyến khích phát triển, sản xuất đứng sau lúa, ngô và lạc.
Việt Nam từng là một nước xuất khẩu đậu tương vào những năm 1980,
tuy nhiên cho đến nay nước ta đã trở thành nước nhập khẩu đậu tương với số
lượng lớn với hàng triệu tấn khô dầu đậu tương đang được nhập khẩu hàng
năm. Mặc dù diện tích gieo trồng có tăng hàng năm những năng suất thấp và
sản lượng đạt được 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
hưởng tới diện tích gieo trồng và làm giảm năng suất, chất lượng hạt đậu
tương, gây tổn thất lớn về kinh tế.
Bệnh gỉ sắt ở đậu tương do loài nấm Phakopsora pachyrhizi gây ra và
đang được coi là một trong những mối đe dọa chính trên cây đậu tương gây
thiệt hại đáng kể, làm giảm từ 10-80% năng suất và chất lượng đậu tương ở
nhiều nước trên thế giới trong đó có Việt Nam.


2

Trong những năm gần đây, các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt ở đậu tương đã
được tiến hành và thu được 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 chưa 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 tương 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 lượng
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 được mức độ đa dạng di truyền của một số giống đậu tương co
kha năng 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
tương dựa trên chỉ thị SSR.


3

Chương 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. NGUỒN GỐC, PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA CÂY
ĐẬU TƯƠNG
1.1.1. Cây đậu tương
Đậu tương hay đỗ tương, đậu tương (tên khoa học Glycine max) là
loại cây họ Đậu (Fabaceae), là loài bản địa của Đông Á. Cây đậu tương được
thuần hóa và trồng nhiều ở Trung Quốc vào khoảng thế kỷ XVII trước công
nguyên. Sau đó cây đậu tương được truyền bá và du nhập sang các nước Nhật
Bản, Thái Lan, Philipppin, Việt Nam....vài thế kỷ sau đó. Cây đậu tương được
trồng ở châu Âu và ở Hoa Kỳ vào khoảng thế kỷ XVII và XVIII. Loài
này giàu hàm lượng chất đạm protein. Hạt đậu tương có hàm lượng 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 người ta
đã chế biến đậu tương thành hơn 600 sản phẩm dinh dưỡng có giá trị khác
nhau. Sản phẩm của đậu tương được dùng làm thực phẩm cho người, 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 tương là cây thân thảo, lá có ba loại: lá mầm,
lá nguyên và lá kép. Hoa đậu tương nhỏ không hương vị, có dạng cánh bướm.
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 dưỡng cao. Về đặc điểm di truyền, đậu tương có bộ
nhiễm sắc thể lưỡng bội 2n = 40 là cây tự thụ phấn, ít có khả năng thụ phấn
chéo. Bộ gen đơn bội của đậu tương có từ 1,29 -1,8 x 109 bp. Thời gian sinh
trưởng của đậu tương được chia làm 3 loại: chín sớm, chín trung bình và chín
muộn.


4

Trên thế giới cây đậu tương được coi là một trong những cây lương thực
chiến lược của nhiều quốc gia như 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 tương được trồng rộng rãi trên cả năm châu lục, tập chung nhiều
tại Châu Mỹ, sau đó là Châu Á. Hoa Kỳ là nước có diện tích trồng cây đậu
tương lớn nhất thế giới và được đầu tư sản xuất cây đậu tương với quy mô
công nghiệp. Diện tích đậu tương của các quốc gia những năm gần đây luôn
biến động, các nước như Hoa Kỳ, Barazil, Argentina tăng theo từng năm, còn
các nước thuộc lục địa Châu Á lại giảm như Nhật Bản, Việt Nam, Trung Quốc
lại giảm trong các năm gần đây được thể hiện qua bảng 1.1.
Bảng 1.1. Diện tích thu hoạch đậu tương một số nước trên thế giới

Q
u
ốH
o
B
ra
N
h
A
r
Ấ
n
T
r
I
n
V
i

N
ă
7
8
2
3
1
3
1
8

9
5
8
5
6
6
1
9

N
ă
7
9
2
3
1
3
1
8
1
0
7
8
6
2
1
8

N
ă

8
0
2
4
1
3
1
7
1
0
6
7
5
6
1
2

D
ệ
N
ă
8
5
2
7
1
2
1
9
1

2
6
6
5
5
1
1

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

Đậu tương 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
đây sản lượng đậu tương 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


5

tích gieo trồng tăng nhanh, năng suất bình quân tăng khá cao 23 tạ/ha. Các
nước sản xuất đậu tương đứng đầu thế giới: Mỹ, Brazin, Argentina và Trung
Quốc chiếm khoảng 90-95% tổng sản lượng đậu tương trên thế giới.
Bảng 1.2. Sản lượng sản xuất đậu tương ở một số quốc gia trên thế giới

Q
u
Hố
o
B

ra
A
rg
T
ru
Ấ
n
In
d
T
h
V
iệ

N
ă
2
2
6
8
5
2
1
5
1
2

N
ă
2

2
7
4
4
8
1
4
1
2
8
4
17 1
7 7
29 2
8 6

N
ă
2
0
6
5
4
0
1
3
1
4
8
4

S
l
N
ă
2
4
8
1
4
9
1
2
1
1

1 1
7 7

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

Hàng năm diện tích và sản lượng cây đậu tương luôn được các nước quan
tâm và đầu tư mở rộng. Trong đó Hoa Kỳ là nước có diện tích gieo trồng cây
đậu tương lớn nhất. Tuy diện tích và sản lượng có tăng nhưng 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 như phấn trắng, gỉ sắt... đã làm
ảnh hưởng tới năng suất và sản lượng đậu tương không nhỏ. Năng suất đậu
tương của các nước cũng biến động tăng giảm theo từng năm (Bang 1.3).

6

Bảng 1.3. Năng suất đậu tương một số nước trên thế giới

Q
u
Bố
ra
H
o
A
rg
T
h
T
ru
In
d
Ấ
n
V
iệ

NN N N
ă ă ă ă
2 3 2 2
9 1 6 9
2 2 2 2
9 8 6 9

2 2 2 2
9 6 2 5
1 1 1 1
9 9 8 7
1 1 1 1
7 8 9 8
1 1 1 1
3 3 4 4
1 1 1 9
3 1 3 7
1 1 1 1
5 4 4 4
* Theo số liệu thống kê của Tổ chức Lương thực và Nông nghiệp Liên
hợp quốc (FAO) ().
Ở Việt Nam, hiện nay đậu tương được 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 tương chiếm một vị trí rất quan trọng trong nền
nông nghiệp nước ta, đặc biệt là ở những vùng nông thôn nghèo, kinh tế chưa
phát triển. Tuy nhiên việc sản xuất đậu tương ở trong nước vẫn chưa được
đầu tư cao, năng suất còn thấp, do vậy nghiên cứu cải tiến các đặc điểm nông
học của các giống địa phương và tạo giống mới có năng suất cao, thích nghi
với điều kiện sinh thái ở những vùng khác nhau bằng phương pháp truyền
thống kết hợp với hiện đại sẽ đáp ứng được yêu cầu của thực tiễn đặt ra và đó
cũng là chiến lược quan trọng về sự phát triển cây đậu đỗ ở nước ta.
Năm 2013, Việt Nam nhâp khâu khoang 556 nghìn tấn đâu tương tư Hoa
Ky, giảm 3,7% so với năm trước nhưng tăng 145% so với năm 2011. Đến

7

mua vụ 2013/14, với tình hình ngành công nghiệp xay xát trong nươc có sự
tăng trường, lượng xuất khẩu đậu tương được dự đoán sẽ lên 600 nghìn tấn.
Cũng trong mua vu 2012/13, với sự phục hồi của ngành thức ăn sau suy thoái
kinh tế, tổng lượng khô đậu tương nhập khẩu tăng trở lại đạt 2,97 triệu tấn,
tăng 19% so với năm trước. Đây là lĩnh vực tiếp tục được 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 lượng dầu đậu tương cua Viêt Nam năm 2013 đã giảm 9,8% do
nhu cầu thấp hơn so với dự kiến, lượng xuất khẩu cũng giảm xuống còn 13%
so với năm 2012 do sản lượng 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

2 2 22 2
D 0 0 00 0
iệ 1 1 1 1 1
8 1 1 2 3
n
N 11 91 17 10 10
ăT , , , , ,
ổ 2 1 1 1 1
n 6 7 6 7 9
6 *3Nguồn:
8 6 Tổng
2 cục Thống kê Việt Nam (GSO), Bộ Nông nghiệp và Phát triển
Nông thôn, *số liệu dự báo cua USDA

Điều kiện thời tiết không thuận lợi đã khiến sản lượng đậu tương nước ta

năm 2013 giảm 3% so với năm 2012, xuống còn 168 nghìn tấn. Mưa bão nặng
nề và kéo dài suốt năm đã khiến năng suất cây trồng và diện tích thu hoạch
đậu tương (Hinh 1.1). Quy mô sản xuất nhỏ lẻ so với các loại cây trồng khác
chính là nguyên nhân khiến ngành đậu tương vẫn không đáp ứng được nhu cầu
tiêu thụ trong nước. Tổ chức USDA dự báo nếu điều kiện thời tiết thuận lợi,
diện tích gieo trồng đậu tương năm 2013 và 2014 lần lượt đạt 120 nghìn và
130 nghìn héc-ta, với mức sản lượng tăng nhẹ khoảng 176 và 192 nghìn
tấn. Khả năng


8

cạnh tranh cua đậu tương so với ngô vẫn còn thấp do san lương tính trên mỗi
héc-ta trồng đậu tương thấp hơn so với trồng ngô. Khu vực trồng đậu tương
chính tập trung ở vùng Đồng bằng sông Hồng, miền Bắc nước ta.
Hinh 1.1: Diện tích trồng và sản lượng cây đậu tương tại Việt
Nam

(2011-2015)
* Nguồn: Tổng cục Thống kê Việt Nam, *số liệu dự
báo

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

từ 30-55%. Protein được dự trữ trong bào quan có chức năng cung cấp
nguồn amino acid và nitơ hoặc là các enzyme tham gia vào quá trình nảy
mầm của hạt. Loại potein được dự trữ chủ yếu ở hạt đậu tương là globulin..
Ở đậu tương, hàm lượng lipid chiếm từ 12-25% khối lượng khô. Chất


9

lượng lipid của hạt đậu tương rất tốt, cho nên nó được sử dụng rộng rãi trong
công nghiệp chế biến thực phẩm. Hạt đậu tương còn có các loại vitamin tan
trong lipid, đặc biệt là vitamin E. Ngoài ra, trong hạt đậu tương còn chứa một
số chất khác như carbohydrade, muối khoáng, nucleic acid, kích thích sinh
trưởng.
Các protein của lá đậu tương chủ yếu là các protein liên quan đến quá
trình trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng. 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 tương đã đưa 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 tương có thành phần dinh dưỡng rất cao, giá trị của nó
được đánh giá đồng thời cả về hàm lượng protien và lipid. Trong đó do hàm
lượng protein cao là yếu tố quan trọng làm cho cây đậu tương trở thành nguồn
thực phẩm quan trọng cho người, động vật và ngoài ra cây đậu tương còn
dùng làm thuốc chữa bệnh rất tốt, nhất là hạt đậu tương 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 tương (Glycine max) ở Châu Á và gây thiệt hại đáng
kể về năng suất ở các nước trồng đậu tương. Hầu hết các nước nhiệt đới và
cận nhiệt đới đều ghi nhận có sự xuất hiện của bệnh gỉ sắt đậu tương địa
phương [50]. Ở Đài Loan, bệnh gỉ sắt có thể gây thiệt hại nghiêm trọng trên
cây đậu tương không được bảo vệ bằng thuốc trị nấm và ở một số vùng, bệnh


10

gỉ sắt là một yếu tố làm giới hạn việc sản xuất đậu tương vụ xuân. Do sự thiếu
thông tin về bệnh gỉ sắt đậu tương ở Tây Bán cầu và nguy cơ tiềm năng ảnh
hưởng đến việc sản xuất đậu tương 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 tương. Dự án hợp tác này kéo dài
đến năm 1982 và các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu tương được tiếp tục tiến
hành ở AVRDC cho đến năm 1992.
Ngoài ra, FAO đã thiết lập một mạng lưới nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu
tương liên kết các nước Châu Á. Chương trình quốc gia của Thái Lan đã và
đang tiến hành các nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu tương với các chương trình
lai giống chủ động kéo dài hơn 10 năm qua [34]. Ở Indonesia, bệnh gỉ sắt
được xem là loại bệnh nghiêm trọng nhất trên cây đậu tương, xuất hiện cả ở
mùa mưa và mùa khô. Các hoạt động nghiên cứu ở Indonesia bao gồm cải
thiện tính kháng cua cây, thử nghiệm thuốc trị nấm, sự tồn lưu 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 thước từ 2-5mm
với hình đa dạng, có góc cạnh. Ở mặt dưới 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 được phát tán nhờ gió. Ở điều kiện thích hợp (15300C), ẩm ướt 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 thường phát triển mạnh
vào thời điểm cây đậu tương 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.


11

Hình 1.2. La cây đâu tương nhiêm bênh gỉ sắt

Quá trình nhiễm bệnh bắt đầu khi bào từ hạ nảy mầm để hình thành một
ống mầm phát triển trên bề mặt lá (đường 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 tương đối của cây
dưới áp lực của bệnh gỉ sắt. Để so sánh năng suất tương đối, người ta so sánh
một dòng được trồng trên ô được và không được bảo vệ bằng thuốc trừ nấm.
Mặc dù cần có thêm diện tích ruộng, tính chống chịu cần được đánh giá vào
mỗi mùa vụ chứ không giống như việc thu thập dữ liệu đường cong tiến triển
bệnh, sự rụng lá và đếm nốt bệnh cho tính kháng gây giảm tốc độ phát bệnh.
Sự tương tác giữa vật chủ và vật ký sinh theo mô hình tương 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 tương 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 được phát
hiện và mô tả có khả năng liên quan tới tính kháng đối với một số chủng nấm

12

P.pachyrhizi. Tuy nhiên vẫn chưa có nghiên cứu nào công bố giống đậu
tương nào kháng được với tất cả các chủng nấm P.pachyrhizi.
1.2.3. Tinh hinh nghiên cưu bênh gi săt va tinh khang bênh gi săt 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 nước trên thế giới, bệnh gỉ sắt gây thiệt
hại nghiêm trọng đến cây đậu tương và một số cây trồng khác, làm hạn chế
năng suất đậu tương 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 tương có
tính kháng bệnh gỉ sắt cao và năng suất vợt trội như: giống Tainung 4 có sức
kháng bệnh nhiều hơn các giống khác. Các nước đã đầu tư rất nhiều kinh phí
và thời gian vào các dự án nghiên cứu, có dự án kéo đài tới chục năm như:
Mỹ, Brazil, Trung Quốc… Ở Đài Loan và Thái Lan, nhiều dòng đã được 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, người ta đã xác định được các
dòng tính chống chịu cao hoặc có thể kháng một phần.Thiệt hại năng suất của
các dòng chống chịu này thường ít hơn so với các dòng có năng suất cao
khác. Xu hướng tương tự cũng xảy ra ở những dòng bị giảm sút ở chỉ tiêu
trọng lượng 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 lượng vết
bệnh trên mắt lá. Gần đây, cùng với mức độ phần trăm tăng năng suất thì chỉ
tiêu chống chịu stress đã được 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)
được chia thành bốn đoạn bằng cách vẽ các đường 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 được ở bất kỳ nhóm nào trong bốn nhóm.

13

Bằng kỹ thuật phân tử, những biến đổi ở mức độ alen và tính di truyền
được tìm thấy ở đậu tương. Verma và cộng sự (1996) đã công bố về những
biến đổi alen của SSR ở mức độ cao trong sinh chất mầm đậu tương [41].
Theo ông, có 28 alen SSR được nhắc lại trong nhóm 96 kiểu gen đậu tương.
Akkaya và cộng sự(1992) đã lập bản đồ 40 locus SSR ở đậu tương 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 tương từ 14 nước 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 tương ở Nhật Bản
và Trung Quốc [21].. Các phát hiện của của nhóm nghiên cứu này đã chỉ ra
rằng các giống đậu tương của các nước 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 được bản đồ gen với 20
nhóm gen liên kết ở đậu tương trên cơ sở ba quần lai của các trường đại học
Iowa, Utah và Nebraska [25].
Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù cây đậu tương (Glycine max (L.) Merrill)
chiếm một vị trí quan trọng trong nền nông nghiệp và nền kinh tế quốc dân,
nhưng diện tích trồng và sản lượng vẫn còn rất thấp so với các nước trên thế
giới. So với năm 2001, diện tích trồng đậu tương ở nước ta trong năm 2005
tăng 24,16%, sản lượng tăng 29,10%. Nhưng đáng chú ý là năng suất đậu
tương gần như không tăng hoặc tăng không đáng kể, do nhiều nguyên nhân
như hạn chế về giống và điều kiện canh tác, bên cạnh đó là các bệnh sương
mai, phấn trắng, gỉ sắt… là những loại bệnh thường xuyên xuất hiện gây ảnh
hưởng nghiêm trọng tới tình hình sản xuất đậu tương. Thực tiễn này đòi hỏi
phải có sự đánh giá, lựa chọn các giống đậu tương mới có năng suất cao, chất
lượng tốt đồng thời có khả năng kháng được các bệnh, đặc biệt là bệnh gỉ sắt
[12]. Trong những năm gần đây, các công trình nghiên cứu về bệnh gỉ sắt đậu

14

tương đã được 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 tương còn ít được đề cập đến.
Ở nước ta, kết quả thí nghiệm của một số tác giả thuộc trường Đại học
Nông nghiệp Hà Nội cho thấy các giống đậu tương 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 tương 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 lượng 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 trường như 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].
Những năm gần đây, Trung tâm Nghiên cứu và Phát triển Đậu đỗ -Viện
Cây lương thực và cây thực phẩm đã nghiên cứu, lai tạo và kiểm định được
một số giống có khả năng kháng với bệnh gỉ sắt như: DT2000, CBU8325,
DT95. Giống DT2000 được 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 bước đầu khả quan. Như vậy, do các đoạn SSR có mức độ đa hình cao
và phân bố ngẫu nhiên trong hệ gen đậu tương 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.