Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của gốc ghép đến khả năng chống chịu bệnh héo xanh, sự sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây ớt cay

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VÕ THỊ BÍCH THỦY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GỐC GHÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU BỆNH HÉO XANH, SỰ SINH TRƯỞNG, NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG CÂY ỚT CAY (Capsicum spp.) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG 2018 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ VÕ THỊ BÍCH THỦY NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA GỐC GHÉP ĐẾN KHẢ NĂNG CHỐNG CHỊU BỆNH HÉO XANH, SỰ SINH TRƯỞNG, NĂNG SUẤT VÀ CHẤT LƯỢNG CÂY ỚT CAY (Capsicum spp.) LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH KHOA HỌC CÂY TRỒNG MÃ NGÀNH: 62 62 01 10 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGS.TS. TRẦN THỊ BA PGS.TS. NGUYỄN THỊ THU NGA 2018 1 LỜI CẢM TẠ Xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến! - PGS.TS. Trần Thị Ba, người đã tận tình hướng dẫn, đã kịp thời chia sẻ những khó khăn, động viên tinh thần, gợi ý và những lời khuyên hết sức bổ ích cho việc nghiên cứu và hoàn thành luận án nầy - PGS.TS. Nguyễn Thị Thu Nga, người đã đóng góp những ý kiến xác đáng góp phần hoàn chỉnh luận án. Xin chân thành cảm ơn hội đồng đánh giá luận án cấp Cơ sở: - GS.TS. Lê Văn Hòa, PGS.TS. Trần Vũ Phến, TS. Nguyễn Phước Đằng và PGS.TS. Lê Vĩnh Thúc (Trường Đại học Cần Thơ) - TS. Võ Hữu Thoại (Viện Cây ăn quả miền Nam) - TS. Nguyễn Thị Tuyết Mai (Trung tâm Giống Nông nghiệp-Sở Nông nghiệp &PTNT Vĩnh Long) Đã dành nhiều thời gian quí báu để đọc và đóng góp ý kiến cho luận án được hoàn chỉnh. Xin chân thành cảm ơn! - Ban Giám Hiệu Trường Đại học Cần Thơ, Ban Chủ Nhiệm khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng, Khoa Sau Đại học và Trung tâm Dịch vụ Khoa học Nông nghiệp. - Quý Thầy, Cô, anh chị và các bạn đồng nghiệp Bộ môn Khoa học Cây trồng, Bảo vệ Thực vật, Di truyền Giống Nông nghiệp-Khoa Nông nghiệp và Sinh học Ứng dụng; Bộ môn Sư phạm Sinh học-Khoa Sư phạm, trường Đại học Cần Thơ. - Các học viên cao học Nguyễn Thị Vẽ, Lê Thị Bích Trâm, Nguyễn Thị Như Thơ, Đinh Quy Chhai, Nguyễn Thanh Phong, Cao Bá Lộc và Nguyễn Thị Cẩm Hằng. - TS. Huỳnh Kỳ, ThS. Lê Thị Ngọc Xuân, KS. Bùi Văn Tùng, ThS. Nguyễn Châu Thanh Tùng Xin trân trọng ghi nhớ tất cả những chân tình, sự giúp đỡ của bè bạn, các em sinh viên khóa 37, 38, 39, 40, của những nông dân đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện những thí nghiệm ngoài đồng (Đồng Tháp, An Giang, thành phố Cần Thơ) mà tôi không thể liệt kê ra hết trong trang cảm tạ nầy. Cuối cùng, sự thành công hôm nay không thể thiếu sự hy sinh, chia sẻ và động viên của mẹ, chị ba và các anh em trai tôi. Võ Thị Bích Thủy 2 3 TÓM TẮT Bệnh héo xanh đã gây thiệt hại nặng nề ở những vùng thâm canh ớt ở đồng bằng sông Cửu Long, vi khuẩn Ralstonia solanacearum gây hại có phạm vi ký chủ rộng trên nhiều loại rau và lưu tồn rất lâu trong đất, bệnh thường phát triển và gây hại nặng trong điều kiện nhiệt độ cao và ẩm độ cao, đặc biệt trong mùa mưa. Hiện nay chưa có biện pháp phòng trị hiệu quả bệnh héo xanh, chủ yếu dựa vào biện pháp hóa học. Sử dụng gốc ghép là một trong những biện pháp phòng ngừa bệnh héo xanh khả thi nhất, đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới và Việt Nam đối với cây cà chua, tuy nhiên cho đến nay ở Việt Nam chưa có công trình nghiên cứu nào được công bố trên cây ớt cay. Chính vì vậy, đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của gốc ghép đến khả năng chống chịu bệnh héo xanh, sự sinh trưởng, năng suất và chất lượng cây ớt cay (Capsicum spp.)” được thực hiện từ 2013-2017 nhằm xác định: 1/ Khả năng gây hại của các chủng vi khuẩn Ralstonia solanacearum trên cây ớt cay làm ngọn ghép, 2/ Khả năng chống chịu bệnh héo xanh trên các giống ớt làm gốc và ngọn ghép, 3/ Khả năng chống chịu bệnh héo xanh trên cây ớt cay ghép, 4/ Mối tương quan di truyền và đặc điểm hình thái của các giống ớt và 5/ Gốc ghép có khả năng chống chịu bệnh héo xanh, sinh trưởng, năng suất và chất lượng ớt cay điều kiện ngoài đồng. Mười sáu thí nghiệm đã tiến hành tại Đại học Cần Thơ, tỉnh Đồng Tháp, An Giang và thành phố Cần Thơ. Mười giống ớt làm gốc ghép (địa phương và nhập nội) và 2 giống ớt cay làm ngọn ghép (Hiểm lai 207 và Sừng vàng nhập nội, F1) đang được trồng phổ biến ở Đồng bằng sông Cửu Long. Kết quả cho thấy: 1/ Khả năng gây hại cao nhất là 2 chủng vi khuẩn Rs1 (xã Tân Bình) và Rs2 (xã Tân Quới) với tỉ lệ bệnh 93,8 và 95,8%, được phân lập ở huyện Thanh Bình-Đồng Tháp trong số 6 chủng được thu thập và phân lập ở tỉnh Đồng Tháp, An Giang, Vĩnh Long, Kiên Giang trên cây ớt cay làm ngọn ghép. 2/ Khả năng chống chịu bệnh héo xanh (chủng Rs1 và Rs2) của các giống ớt làm gốc ghép: Đà Lạt, TN592, TN598, TN607, TN557, Hiểm 27 (tỉ lệ bệnh 5,1-45,8%) đều thấp hơn 2 giống ớt làm ngọn điều kiện nhà lưới, 50 ngày sau khi lây bệnh. 3/ Khả năng chống chịu bệnh héo xanh của các tổ hợp ớt ghép đều thấp hơn Đối chứng không ghép điều kiện nhà lưới ở 40 ngày sau khi lây bệnh: (i) Tổ hợp Hiểm lai 207 trên gốc (Đà Lạt, TN592, TN557, TN607, Hiểm 27) có tỉ lệ bệnh thấp tương đương 1/3 so với Đối chứng không ghép và (ii) Tổ hợp ớt Sừng vàng trên 5 giống làm gốc có tỉ lệ bệnh thấp hơn 1/7 so với Đối chứng không ghép. Tổ hợp ghép của 2 loại ớt làm ngọn trên gốc TN557 kiểm soát bệnh héo xanh tốt hơn Đối chứng ghép và không ghép. 4 4/ (i) Các giống ớt làm gốc ghép có kiểu gen gần nhau dựa vào giá trị hệ số tương đồng và sơ đồ nhánh của dấu phân tử ISSR, chúng sẽ là nguồn bố mẹ dùng lai tạo giống gốc ghép kháng bệnh héo xanh, hiện tại có thể tự nhân giống làm gốc ghép vì đây là các giống tự thụ phấn và (ii) Mười hai giống ớt (làm gốc và ngọn ghép) khá tương đồng về đặc điểm hình thái, chỉ số Shannon trung bình của 19 tính trạng là 0,69; năng suất hạt ớt cao nhất ở TN557. 5/ Hiệu quả của ớt ghép điều kiện ngoài đồng: (i) Đại học Cần Thơ (2 vụ liên tiếp trên một nền đất, lây bệnh nhân tạo): Gốc TN557 có tỷ lệ bệnh héo xanh (17,5%) thấp nhất khi ghép với 2 loại ngọn, gốc TN607 chỉ có tỷ lệ bệnh (16,7%) thấp nhất khi ghép với ngọn Sừng vàng. (ii) Tỉnh Đồng Tháp: Gốc TN557, TN607 đều cho hiệu quả giảm bệnh cao nhất. Điều kiện có lây bệnh nhân tạo, tỉ lệ bệnh ở gốc TN557 21,3%, thấp hơn Đối chứng (51,9%); ngọn Sừng vàng 33%, thấp hơn Hiểm lai 207 (46,5%). Không lây bệnh nhân tạo, gốc TN557 12,5% và TN607 là 18,8%, cũng thấp hơn Đối chứng (43,8%). Gốc TN557, TN607 đạt năng suất cao khi tổ hợp với cả 2 loại ngọn, 1,3-1,4 lần cao hơn Đối chứng. Năng suất ớt ghép vụ thuận (gieo tháng 10) 4-6 lần cao hơn vụ nghịch (gieo tháng 4). (iii) Tỉnh An Giang: Gốc TN557 và TN607 chống chịu bệnh héo xanh tốt, gốc TN557 đạt hiệu quả cao hơn khi có và không có lây bệnh nhân tạo. Ngọn Hiểm lai 207 chống chịu bệnh tốt hơn Sừng vàng khi có lây bệnh nhân tạo. Năng suất của ớt ghép gốc TN557 cao hơn 1,46 lần so với Đối chứng. Ngọn Sừng vàng ghép TN557 cho năng suất tăng 82,2% so với Đối chứng. (iv) Thành phố Cần Thơ: Gốc TN557 ghép với 2 loại ngọn đều chống chịu bệnh héo xanh tốt và năng suất cao hơn các tổ hợp còn lại. Các tổ hợp ớt ghép đều không làm thay đổi chất lượng trái như hàm lượng vitamin A và C, độ cay và độ dày thịt trái) so với không ghép. Từ khóa: Bệnh héo xanh, gốc ghép, ớt hiểm, ớt sừng vàng, năng suất, Ralstonia solanacearum 5 SUMMARY Bacterial wilt caused serious damage in the intensive hot peppers in the Mekong Delta, Ralstonia solanacearum, which has a wide range of hosts on vegetables and is stored in soil for a long time, specially severe damage in high temperature and high humidity conditions, especially during rainy season. There is no effective preventive measures against bacterial wilt, mainly based on chemical method. The use of rootstock is one of the most feasible precautions against bacterial wilt, which has been widely used in the world and in Vietnam for tomato plants. However, there have been no studies published in Vietnam yet. Therefore, "Study of bacterial wilt disease tolerance, plant growth, fruit yield and quality on grafted hot pepper (Capsicum spp.)" was carried out from 2013-2017 to determine: 1/ The ability to cause disease of different strains of Ralstonia solanacearum on hot peppers as scions, 2/ The capable tolerance to bacterial wilt of pepper varieties as rootstocks, 3/ The capable tolerance to bacterial wilt of pepper grafted combinations, 4/ The genetic relation and morphological characteristics of hot pepper as scions and rootstocks, 5/ The ability of rootstocks scions of hor pepper with capable tolerance to bacterial wilt, plant growth, fruit yield and quality in field condition. Sixteen experiments were conducted at Can Tho University, Dong Thap province, An Giang province and Can Tho city. Ten local and imported pepper varieties were used as rootstocks and 2 hot pepper scion varieties (F1) namely Hiem lai 207 and Sung vang had been widely grown in the Mekong Delta (MD). The results show that: 1/ Two strains of Rs1 (Tan Binh commune) and Rs2 (Tan Quoi commune) that were capable of highest damaged to bacterial wilt with disease incidence of 93.8 and 95.8%, colectted in Thanh Binh district, Dong Thap province in total six strains were collected and isolated in Dong Thap, An Giang, Vinh Long and Kien Giang provinces. 2/ The capable tolerance of bacterial wilt (strain Rs1 and Rs2) of six rootstock pepper varieties as Da Lat, TN592, TN598, TN607, TN557, Hiem 27 (disease incidence of 5.1-45.8%) were less than two scion pepper varieties in net house condition at 50 days post-inoculation. 3/ The capable tolerance of bacterial wilt of grafted combinations were lower than non-grafted treatment as control in net house condition at 40 days post-inoculation: (i) Combination of Hiem lai 207 and 5 rootstocks (Da Lat, TN592, TN557, TN607, Hiem 27) had a low disease incidence (1/3) compared with non-grafted control and (ii) Combination of Sung vang and 5 rootstocks (as above) had a low incidence (1/7) compared with non-grafted control. 6 Combination of two scions (Hiem lai 207 and Sung vang) and TN557 rootstock could manage bacterial wilt better than grafted and non-grafted controls. 4/ (i) The rootstock pepper varieties had the lowest genetic variation based on the value of similarity coefficient and the UPGMA dendrogram of ISSR profiles, can be used as parental source for breeding line to improve rootstock pepper varieties resistant to bacterial wilt, at present these varieties can be propagate as rootstock because these are self-pollinating varieties and (ii) Twelve hot chilli varieties (as rootstock and scions) had rather similar morphological characteristics, the average Shannon index of 19 morphological traits was 0.69; pepper seed yield was highest in TN557 (3.54 t/ha). 5/ Effect of grafted pepper in field conditions: (i) Can Tho University (2 crops consecutively on a land, artificial pathogen noculation): TN557 rootstock had the lowest disease incidence (17.5%) as grafted with Hiem lai 207 and Sung vang. TN607 rootstock was grafted with Sung vang which had the lowest disease incidence (16.7%). (ii) Dong Thap province: TN557 and TN607 rootstocks had highest bacterial wilt tolerance. Under pathogen inoculation condition: The percentage of disease incidence on rootstocks TN557 was 21.25%, lower than control (51.9%); Sung vang 33%, lower than Hiem lai 207 (46,5%). Under non- pathogen inoculation condition: The percentage of disease incidence on rootstocks TN557 was 12.5% and TN607 was 18.8%, also lower than control (43.8%). The combination of TN557, TN607 rootstocks and Hiem lai 207 and Sung vang had high fruit yield, 1.3-1.4 times higher than the control. The yield of chilli grafted in right season (sown in October) was 4-6 times higher than the off- seasons (sown in April). (iii) An Giang province: TN557 and TN607 rootstocks were good tolerant to bacterial wilt, TN557 with or without pathogen inoculation had higher efficacy. The Hiem lai 207 was tolerant to bacterial wilt better than Sung vang under pathogen inoculation. The grafted fruit yield on TN557 rootstock was 1.46 times higher than that of control. Sung vang scion variety grafted on TN557 gave 82.2% increase in fruit yield compared to the control. (iv) Can Tho city: TN557 rootstock with two types of scions (Hiem lai 207 and Sung vang) were tolerant to bacterial wilt and higher fruit yield than the rest. The grafted pepper combinations did not change fruit quality such as vitamin content (A and C), capsainoid and flesh thickness compared with no graft. Keywords: Bacterial wilt, Hiem pepper, Ralstonia solanacearum, rootstock, sung vang pepper, yield. 8 MỤC LỤC Cảm tạ ........................................................................................................................... i Tóm tắt ......................................................................................................................... ii Summary ..................................................................................................................... iv Lời cam đoan ............................................................................................................... vi Mục lục....................................................................................................................... vii Danh sách bảng ............................................................................................................ x Danh sách hình .......................................................................................................... xiii Danh sách từ viết tắt .................................................................................................. xvi Chương 1 Giới thiệu ................................................................................................... 1 1.1 Mở đầu ................................................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu ................................................................................................................. 2 1.3 Nội dung nghiên cứu .............................................................................................. 2 1.4 Đối tượng nghiên cứu ............................................................................................ 3 1.5 Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................ 3 1.6 Tính mới, tính độc đáo, tính sáng tạo ..................................................................... 3 1.7 Ứng dụng khoa học và thực tiễn ............................................................................ 4 Chương 2 Tổng quan tài liệu ..................................................................................... 5 2.1 Ảnh hưởng của gốc ghép đến khả năng chống chịu bệnh, khả năng chịu ngập, sinh trưởng, năng suất và chất lượng trái trên cây rau ................................................... 5 2.1.1 Tầm quan trọng của việc ứng dụng công nghệ ghép trên cây rau ....................... 5 2.1.2 Ảnh hưởng của gốc ghép đến khả năng chống chịu bệnh trên rau ..................... 5 2.1.3 Ảnh hưởng của gốc ghép đến khả năng chịu ngập nước .................................... 7 2.1.4 Ảnh hưởng của gốc ghép đến sinh trưởng và năng suất trên rau ........................ 9 2.1.5 Ảnh hưởng của gốc ghép đến chất lượng trái ..................................................... 9 2.2 Cơ sở khoa học của sự tiếp hợp giữa gốc và ngọn ghép trên cây rau họ cà hình thành cây ghép ............................................................................................. 10 2.2.1 Cơ chế hình thành cây ghép .............................................................................. 10 2.2.2 Mối quan hệ giữa gốc ghép và ngọn ghép ........................................................ 11 2.2.3 Yêu cầu của giống làm gốc ghép ...................................................................... 12 2.2.4 Sự tương thích của gốc ghép và ngọn ghép ...................................................... 12 2.3 Nguồn gốc và đặc điểm cây ớt ............................................................................. 13 2.3.1 Nguồn gốc cây ớt .............................................................................................. 13 2.3.2 Phân loại cây ớt ................................................................................................ 13 2.3.3 Tình hình sản xuất ớt trên thế giới và Việt Nam ............................................... 14 2.3.4 Đặc điểm hình thái cây ớt ................................................................................. 15 2.3.5 Tính đa dạng di truyền các giống ớt .................................................................. 18 2.3.6 Phương pháp đánh giá đa dạng hình thái .......................................................... 19 2.3.7 Các nghiên cứu về sự đa dạng hình thái, nông học của ớt ................................ 20 2.4 Tác nhân, triệu chứng bệnh, khả năng gây hại, sự phân bố địa lý và sự lưu tồn bệnh héo xanh vi khuẩn ....................................................................................... 21 9 2.4.1 Tác nhân gây bệnh vi khuẩn.............................................................................. 21 2.4.2 Điều kiện phát triển và khả năng lưu tồn .......................................................... 21 2.4.3 Triệu chứng bệnh héo xanh do vi khuẩn ........................................................... 22 2.4.4 Sự phát sinh bệnh héo xanh do vi khuẩn ........................................................... 22 2.4.5 Phân bố địa lý và sự lưu tồn mầm bệnh ............................................................ 23 2.4.6 Các nghiên cứu về khả năng chống chịu bệnh héo xanh do vi khuẩn trên ớt ... 23 2.5 Một số kết quả nghiên cứu về gốc ghép cây rau .................................................. 24 2.5.1 Trên thế giới ...................................................................................................... 24 2.5.2 Ở Việt Nam ....................................................................................................... 26 2.5.3 Ưu điểm và hạn chế về gốc ghép trên cây rau .................................................. 26 Chương 3 Phương pháp nghiên cứu ....................................................................... 28 3.1 Phương tiện nghiên cứu ....................................................................................... 28 3.1.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..................................................................... 28 3.1.2 Vật liệu và phương tiện nghiên cứu ................................................................. 29 3.2 Nội dung nghiên cứu ............................................................................................ 31 3.3 Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 33 3.3.1 Khảo sát khả năng gây hại của các chủng R. solanacearum trên cây ớt cay làm ngọn ghép ................................................................................................... 33 3.3.2 Đánh giá khả năng chống chịu bệnh héo xanh do vi khuẩn R. solanacearum trên các giống ớt dùng làm gốc và ngọn ghép .................................................. 38 3.3.3 Đánh giá khả năng chống chịu bệnh héo xanh do vi khuẩn R. solanacearum trên cây ớt cay ghép gốc .......................................................................................... 38 3.3.4 Khảo sát đặc điểm hình thái và tìm mối tương quan di truyền của các giống ớt dùng làm gốc và ngọn .................................................................................. 42 3.3.5 Đánh giá khả năng chống chịu bệnh héo xanh do vi khuẩn R. solanacearum, sự sinh trưởng, năng suất và chất lượng ớt ghép điều kiện ngoài đồng ................ 45 3.3.6 Phương