Luận văn: NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG CỦA VIRUS Y TRÊN KHOAI TÂY TRỒNG TẠI THÁI NGUYÊN

Chia sẻ: Carol123 Carol123 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:74

Thêm vào BST

Báo xấu

82
lượt xem 22
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Khoai tây (Solanum tuberosum L.) là một cây lƣơng thực chủ lực đứng đầu trong các loại cây lấy củ trên thế giới và đứng thứ 5 trong số các cây lƣơng thực nói chung (chỉ sau lúa mì, gạo, ngô, đậu tƣơng). Củ khoai tây có giá trị dinh dƣỡng cao, đƣợc chế biến thành hàng trăm món ăn đặc sắc, ngon miệng và có lợi cho sức khoẻ con ngƣời. Củ khoai tây còn là nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp, chế biến thức ăn cho gia súc. Ngoài ra, khoai tây còn là một dƣợc phẩm dùng để chữa trị nhiều...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn: NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG CỦA VIRUS Y TRÊN KHOAI TÂY TRỒNG TẠI THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ------------------------------ VŨ THỊ BƯỞI NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG CỦA VIRUS Y TRÊN KHOAI TÂY TRỒNG TẠI THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Di truyền học Mã số: 60.42.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thái Nguyên-2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Công trình được hoàn thành tại: Khoa Sinh -Trường Đại học Sư phạm-Đại học Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Chu Hoàng Mậu Phản biện 1:…………………………………… Phản biện 2:……………………………………. Luận văn sẽ được bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn họp tại: Trường Đại học Sư phạm-Đại học Thái Nguyên Ngày…….tháng………năm 2009 Có thể tìm hiểu luận văn tại thư viện Đại học Thái Nguyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM ------------------------------ VŨ THỊ BƢỞI NGHIÊN CỨU TÍNH ĐA DẠNG CỦA VIRUS Y TRÊN KHOAI TÂY TRỒNG TẠI THÁI NGUYÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC Thái Nguyên-2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới PGS.TS. Chu Hoàng Mậu, Phó Giám đốc Đại học Thái Nguyên, đã rất tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới TS. Nguyễn Vũ Thanh Thanh (trƣờng Đại học Khoa học), các thầy cô giáo, cán bộ khoa sau đại học và khoa Sinh (trƣờng Đại học Sƣ phạm-Đại học Thái Nguyên) đã hƣớng dẫn, tạo mọi điều kiện cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS. Chu Hoàng Hà, chị Phạm Thị Vân, Phòng Công nghệ Tế bào Thực vật-Viện Công nghệ Sinh học và các cán bộ phòng thí nghiệm Di truyền học, khoa Sinh-Trƣờng Đại học Sƣ phạm; phòng thí nghiệm thuộc khoa Sinh-Trƣờng Đại học Khoa học, Đại học Thái Nguyê n đã nhiệt tình hƣớng dẫn, giúp đỡ để tôi có thể hoàn thành luận văn này. Cuối cùng, tôi xin dành cho những ngƣời thân yêu trong gia đình và bạn bè những lời biết ơn sâu sắc. ii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực và chƣa có ai công bố trong một công trình nào khác. Thái Nguyên, tháng 9, năm 2009 Tác giả Vũ Thị Bƣởi iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT aa Acid amine DNA DeoxyribonucleicvAcid RNA Ribonuleic Acid bp Basepair cDNA Complementary DNA CP Coat protein Cộng sự cs DEPC Diethyl pyrocarbonate Nhà xuất bản NXB Isopropylthio-β-D-galactosidase IPTG Kb Kilobase LB Luria and Bertani Reverse Transcriptase – Polymerase Chain Reaction RT-PCR PVY Potato virus Y PVYN Potato virus Y strain N PVYC Potato virus Y strain C PVYO Potato virus Y strain O PVYNTN Potato virus Y strain (variant) NTN RNase Ribonuclease 5-brom-4-chloro-3-indolyl-β-D-galactosidase X-gal iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC HÌNH Tên hình Trang Hình 1.1. Các gen kháng (màu xanh) với 4 virus chủ yếu (PVY, PLRV, PVX, PVA) .............................................................................. 13 Hình 1.2. Những đốm (mottle) điển hình trên cây thuốc lá N. tabacum cv Xanthi gây ra bởi PVY khoai tây sau 15 ngày tiê m ......................... 16 Hình 1.3. Hình dạng của PVY ............................................................. 16 Hình 1.4. Sơ đồ mô tả hệ gen của các chủng PVYO, PVYN và các biến thể PVYNTN, PVYNW ........................................................................... 17 Hình 1.5. Loài rệp có cánh truyền PVY (Aphis nasturtii) ..................... 19 Hình 1.6. Dấu hiệu so sánh PVY trên Nicotiana tabacum cv Xanthi (sau 15 ngày tiêm) ............................................................................... 21 Hình 1.7. Triệu chứng nhiễm lần 2 với PVY trên cánh đồng khoai tây .... 22 Hình 1.8. Triệu chứng của bệnh đốm chết hoại củ khoai tây (PTNRD) .... 23 Hình 1.9. Vị trí các gen kháng PVY trên genome khoai tây ................. 24 Hình 2.1. Sơ đồ thí nghiệm tổng quát ................................................... 29 Hình 3.1. Một số hình ảnh về khoai tây ở các vùng nghiên cứu ........... 39 Hình 3.2. Kết quả RT-PCR từ RNA của các mẫu lá khoai tây nghi nhiễm bệnh .......................................................................................... 41 Hình 3.3. Kết quả điện di DNA thu đƣợc từ kỹ thuật thôi gel trên agarose 1%....... 43 Hình 3.4. Kết quả colony-PCR một số dòng khuẩn lạc với mẫu Phổ Yên ...... 45 Hình 3.5. Kết quả colony-PCR một số dòng khuẩn lạc với mẫu Phú Bình ........ 46 Hình 3.6. Kết quả điện di tách plasmid mang gen CP .......................... 46 Hình 3.7. So sánh trình tự nucleotide của gen CP -PVY trên 2 mẫu nghiên cứu ........................................................................................... 49 Hình 3.8. So sánh trình tự acid amine của gen CP-PVY trên 2 mẫu nghiên cứu ........................................................................................... 50 Hình 3.9. Biểu đồ hình cây biểu diễn mối quan hệ di truyền của CP- PVY phân lập đƣợc từ Phổ Yên và Phú Bình với 19 trình tự trong ngân hàng gen ...................................................................................... 52 v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
DANH MỤC CÁC BẢNG Tên bảng Trang Bảng 1.1. Một số virus khoai tây thuộc nhóm 1 ............................... 8 Bảng 1.2. Một số virus khoai tây thuộc nhóm 2 ............................... 8 Bảng 1.3. Một số virus khoai tây thuộc nhóm 3 ............................... 9 Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của bệnh virus đến củ khoai tây ..................... 10 Bảng 2.1. Danh sách các mẫu thu tại các điểm nghiên cứu .............. 28 Bảng 2.2. Thành phần phản ứng PCR .............................................. 32 Bảng 2.3. Chu kì nhiệt cho phản ứng PCR ....................................... 32 Bảng 2.4. Thành phần phản ứng gắn gen vào vector tách dòng ........ 33 Bảng 2.5. Thành phần phản ứng PCR đọc trình tự ........................... 35 Bảng 2.6. Chu kì nhiệt cho phản ứng PCR đọc trình tự .................... 36 Bảng 3.1. Tỉ lệ có triệu chứng bị bệnh ở các c ánh đồng khoai tây nghiên cứu ....................................................................................... 39 Bảng 3.2. Trình tự mồi đặc hiệu nhân gen CP .................................. 40 Bảng 3.3. Trình tự mồi để thực hiện colony-PCR ............................ 45 Bảng 3.4. 19 trình tự trong ngân hàng gen đƣợc sử dụng để đƣa ra so sánh ............................................................................................. 51 Bảng 3.5. Hệ số giống nhau và khác nhau về trình tự nucleo tide vùng mã hoá của gen CP ở mẫu nghiên cứu với các mẫu trên ngân hàng gen NCBI ................................................................................ 54 vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................... 3 1.1. Cây khoai tây .................................................................................. 3 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và giá trị của khoai tây ............................... 3 1.1.2. Một số đặc điểm sinh học của cây khoai tây ................................. 5 1.1.3. Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới và ở Việt Nam ............. 5 1.2. Virus gây bệnh trên khoai tây.......................................................... 6 1.2.1. Các loại virus khoai tây ................................................................ 7 1.2.2. Đặc điểm chính của bệnh virus trên khoai tây .............................. 9 1.3. Virus Y ở khoai tây ......................................................................... 14 1.3.1. Phân loại ...................................................................................... 14 1.3.2. Cây chủ ........................................................................................ 14 1.3.3. Hình dạng và cấu trúc phân tử ...................................................... 16 1.3.4. Quan hệ họ hàng với các potyvirus khác ...................................... 17 1.3.5. Lan truyền của PVY ..................................................................... 18 1.3.6. Một số đặc điểm của PVY trên khoai tây ..................................... 20 1.4. Tình hình nghiên cứu PVY trên thế giới và ở Việt Nam .................. 24 1.4.1. Tình hình nghiên cứu PVY trên thế giới ....................................... 24 1.4.2. Tình hình nghiên cứu PVY ở Việt Nam ....................................... 27 Chƣơng 2. VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............... 28 2.1. Vật liệu nghiên cứu ......................................................................... 28 2.2. Hóa chất, thiết bị, địa điểm nghiên cứu ........................................... 28 2.2.1. Hóa chất ....................................................................................... 28 2.2.2. Thiết bị......................................................................................... 28 2.2.3. Địa điểm nghiên cứu .................................................................... 29 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................. 29 2.3.1. Phƣơng pháp thống kê .................................................................. 29 2.3.2. Phƣơng pháp tách chiết RNA tổng số........................................... 30 vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
2.3.3. Phƣơng pháp RT-PCR ................................................................. 31 2.3.4. Phƣơng pháp tinh sạch sản phẩm PCR ......................................... 33 2.3.5. Phƣơng pháp gắn gen vào vector tách dòng ................................. 33 2.3.6. Biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào khả biến E.coli DH5α ........ 34 2.3.7. Phƣơng pháp PCR trực tiếp từ khuẩn lạc (colony -PCR) ............... 34 2.3.8. Tách chiết plasmid ....................................................................... 34 2.3.9. Phƣơng pháp xác định trình tự nucleot ide .................................... 35 2.3.10. Phƣơng pháp xử lí trình tự gen thu đƣợc .................................... 36 Chƣơng 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................. 38 3.1. Kết quả khảo sát tỉ lệ nhiễm PVY ................................................... 38 3.2. Kết quả nhân gen, tách dòng cDNA ................................................ 40 3.2.1. Kết quả nhân gen bằng kỹ thuật RT-PCR ..................................... 40 3.2.2. Kết quả tinh sạch sản phẩm PCR .................................................. 42 3.2.3. Kết quả biến nạp vector tái tổ hợp vào tế bào khả biến E.coli DH5α....... 43 3.2.4. Kết quả chọn lọc plasmid tái tổ hợp bằng colony -PCR................. 44 3.2.5. Kết quả tách plasmid từ các khuẩn lạc của 2 mẫu nghiên cứu ...... 46 3.3. Kết quả so sánh trình tự gen CP -PVY phân lập từ 2 mẫu nghiên cứu với một số trình tự trong ngân hàng gen .......................................... 47 3.3.1. So sánh trình tự nucleotide và acid amine của gen CP-PVY trên 2 mẫu nghiên cứu ..................................................................................... 47 3.3.2. So sánh trình tự nucleotide gen CP -PVY trên 2 mẫu nghiên cứu với các trình tự gen CP-PVY trên khoai tây đã đƣợc công bố trong ngân hàng gen ................................................................................................ 50 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..................................................................... 55 CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ ............................................................... 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................... 57 viii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
MỞ ĐẦU 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Khoai tây (Solanum tuberosum L.) là một cây lƣơng thực chủ lực đứng đầu trong các loại cây lấy củ trên thế giới và đứng thứ 5 trong số các cây lƣơng thực nói chung (chỉ sau lúa mì, gạo, ngô, đậu tƣơng). Củ khoai tây có giá trị dinh dƣỡng cao, đƣợc chế biến thành hàng trăm món ăn đặc sắc, ngon miệng và có lợi cho sức khoẻ con ngƣời. Củ khoai tây còn là nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp, chế biến thức ăn cho gia súc. Ngoài ra, khoai tây còn là một dƣợc phẩm dùng để chữa trị nhiều bệnh nhƣ khó tiêu, đau bụng, viêm loét dạ dày, say nắng…Với những lợi ích to lớn đó, k hoai tây đã đƣợc trồng ở hơn 130 quốc gia và là một nguồn thu lớn cho hàng triệu nông dân [5]. Ở khoai tây, bệnh virus đã trở thành một hiểm họa. Ngƣời ta thấy có ít nhất 38 loại virus trên khoai tây đã đƣợc phát hiện và mô tả, phổ biến là: PVY (potato virus Y), PLRV (potato leafroll virus), PVX (potato virus X), PVA (potato virus A), PVS (potato virus S)…Trong đó, PVY gần đây đƣợc xem là virus gây bệnh nghiêm trọng nhất (Kerlan, 2008) [40]. Chúng làm giảm kích thƣớc, số lƣợng cũng nhƣ chất lƣợng củ khoai tây, gây thiệt hại kinh tế tới 80% thậm chí còn hơn (Kerlan và cs, 2008) [41]. Mặc dù vậy, nhận thức của nông dân cũng nhƣ những nghiên cứu về bệnh virus trên khoai tây ở nƣớc ta còn rất hạn chế so với các nƣớc Bắc Mĩ và Châu Âu. Do đó, việc chẩn đoán nhanh, chính xác nhằm đƣa ra những biện pháp phòng trừ bệnh thích hợp để hạn chế tối đa những thiệt hại do bệnh virus gây ra là hết sức cần thiết. Hơn nữa, những biện pháp truyền thống sử dụng để ngăn cản sự lan truyền của PVY chỉ mang tính chất phòng trừ chứ không thể chống lại đƣợc bệnh này, lại tốn nhiều thời gian và công sức. 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Gần đây, với việc áp dụng những kĩ thuật tiên tiến của sinh học phân tử vào nghiên cứu chọn tạo giống cây trồng, đặc biệt là sử dụng các vật liệu di truyền từ các virus gây bệnh để tạo cây trồng chuyển gen kháng virus đã thu đƣợc kết quả đáng khích lệ nhƣ cây khoai tây chuyển gen Nib kháng PVY. Tạo cây khoai tây chuyển gen kháng virus đƣợc coi là một biện pháp hữu hiệu để ngăn chặn và hạn chế tác hại do virus gây ra. Nhƣng vấn đề đặt ra là phổ kháng bệnh của những cây chuyển gen này phụ thuộc vào độ tƣơng đồng về mặt di truyền của chủng virus có gen đƣợc sử dụng để tạo cây chuyển gen và các dòng virus gây bệnh trong tự nhiên. Vì vậy khảo sát tính đa dạng di truyền của gen mã hoá cho protein vỏ virus (coat protein- CP) có ý nghĩa rất quan trọng trong việc nghiên cứu tạo cây chuyển gen kháng virus. Xuất phát từ những lí do trên, tôi lựa chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ là: “Nghiên cứu tính đa dạng của virus Y trên khoai tây trồng tại Thái Nguyên”. 2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU Xác định sự đa dạng trong cấu trúc gen mã hoá protein vỏ (CP - coat protein) của PVY phân lập từ các mẫu lá khoai tây thu tại một số địa phƣơng thuộc tỉnh Thái Nguyên. 3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3.1. Khảo sát, thống kê và xác định tỉ lệ nhiễm PVY trên khoai tây ở Thái Bình, Thái Nguyên, Hƣng Yên, Bắc Giang làm cơ sở cho việc thu mẫu và xác định sự có mặt của virus PVY. 3.2. Tách chiết RNA của virus từ các mẫu khoai tây thu thập đƣợc. 3.3. Nhân gen CP, tách dòng và đọc trình tự gen CP của PVY trong các mẫu khoai tây. 3.4. So sánh trình gen CP của PVY phân lập đƣợc với một số trình tự đã công bố trong ngân hàng gen NCBI. 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Chƣơng 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. CÂY KHOAI TÂY 1.1.1. Nguồn gốc, phân loại và giá trị của khoai tây Cây khoai tây có tên khoa học là Solanum tuberosum L., thuộc họ cà (Solanaceae). Khoai tây có nguồn gốc từ vùng núi Andes của Bolivia và Peru. Vào thế kỉ XVI, ngƣời Tây Ban Nha xâm chiếm Peru và họ đã đem cây khoai tây về nƣớc trồng. Đến cuối thế kỉ XVI, khoai tây đã đƣ ợc trồng rộng rãi ở nhiều nƣớc Châu Âu (Vũ Hƣớng Văn, 2007) [12], (Macdec, 1963) [45]. Khoai tây đƣợc du nhập vào nƣớc ta là do một ngƣời Pháp là giám đốc vƣờn bách thảo Hà Nội đem vào trồng thử, và nó nhanh chóng đƣợc trồng ở nhiều địa phƣơng. Do ngƣời Pháp là ngƣời đem cây về nƣớc ta và phổ biến cách trồng nên nhân dân ta gọi cây này là “ khoai tây” (Vũ Hƣớng Văn, 2007) [12], (Macdec, 1963) [45]. Khoai tây vừa là cây lƣơng thực vừa là cây thực phẩm có giá trị dinh dƣỡng cao. Củ khoai tây chứa trung bình 19% hydratcacbon (trong đó 15% tinh bột; 2,2% chất xơ); 0,1% chất béo; 2-3% protein và 79% là nƣớc. Ngoà i ra, trong khoai tây còn chứa nhiều loại vitamin và chất khoáng. Ngƣời ta đã tính khoảng hơn 200g khoai tây nƣớng cả vỏ cung cấp 844 mg kali; 28% khẩu phần sắt hàng ngày; 43% khẩu phần vitamin C; 35% khẩu phần vitamin B6 và nhiều chất khác nhƣ niacin, thiamin, folat…. (Vũ Hƣớng Văn, 2007) [12]. Còn theo Bill và Dean (1992), sử dụng 100g khoai tây có thể đảm bảo ít nhất 8% nhu cầu protein; 3% nhu cầu năng lƣợng; 10% nhu cầu sắt; 19% nhu cầu vitamin B1; 20-50% nhu cầu vitamin C của ngƣời trong một ngày (Bill và cs, 1992) [18]. 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Khoai tây đƣợc chế biến thành hàng trăm món ăn ngon phục vụ nhu cầu ẩm thực của con ngƣời. Không chỉ vậy, khoai tây còn đƣợc coi là côn g cụ làm đẹp hiệu quả và dễ sử dụng nhất. Ngoài ra, củ khoai tây cũng còn là nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp, chế biến thức ăn trong chăn nuôi. Trong công nghiệp sản xuất bánh kẹo, khoai tây đã đƣợc chế biến thành nhiều sản phẩm thơm ngon, có giá trị dinh dƣỡng cao. Khoai tây cũng đƣợc sử dụng trong công nghiệp sản xuất cồn, cao su nhân tạo (Hồ Hữu An và cs, 2005) [1] . Đặc biệt, khoai tây cũng là một dƣợc phẩm. Củ khoai tây có vị ngọt, tính bình, có tác dụng bổ khí, kiện tỳ, tiêu viêm. Nó dùng để chữa chứng khó tiêu, đau bụng, viêm loét dạ dày, viêm tuyến nƣớc bọt, say nắng, sốt, bỏng nhẹ, eczema, vết thƣơng…Hoa khoai tây chữa bệnh tăng huyết áp và là nguyên liệu chiết rutin để chữa bệnh. Quả và mầm củ khoai tây ít đƣợc dùng làm thuốc vì dễ gây độc. Trong công nghiệp dƣợc phẩm, chúng đƣợc chiết lấy solanin để làm thuốc giảm đau, chữa đau bụng, đau nhức xƣơng khớp, chữa dị ứng, chống hen, viêm phế quản, động kinh (Hƣơng Tú, 2008) [11]. Trong củ khoai tây có nhiều chất chống oxi hoá, nó có khả năng ngăn ngừa quá trình lão hoá, hạn chế sự phát triển của ung thƣ và một số bệnh khác. Các nhà nghiên cứu tại trƣờng Đại học Y Harvard -Mỹ đã phát hiện ra rằng: những ngƣời thƣờng xuyên ăn khoai tây có khả năng giảm ung thƣ tuyến tiền liệt (Vũ Hƣớng Văn, 2007) [12]. Những nghiên cứu gần đây còn cho thấy củ khoai tây rất giàu sterol, giúp tăng cƣờng khả năng miễn dịch của cơ thể. Có nghiên cứu cho thấy, khoai tây có tác dụng làm chậm sự tấn công của HIV/ AIDS. Theo dõi trên một nhóm bệnh nhân HIV thấy những ngƣời ăn khoai tây có khả năng sống thêm đƣợc ít nhất 2 năm nữa so với những bệnh nhân không ăn (Vũ Hƣớng Văn, 2007) [12]. 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
1.1.2. Một số đặc điểm sinh học của cây khoai tây Cây khoai tây thuộc loại thân thảo, bao gồm các bộ phận thân, lá, rễ, hoa, quả, hạt. Thân và lá khoai tây có nhiều lông, lá kép lông chim không đối xứng. Hoa cân đối, cánh hoa có gốc dính liền nhau. Nhị đực kết dính thành ống hoặc chóp cụt, nhị cái ở trên và dễ rụng. Cây khoai tây chủ yếu là tự thụ, một số trƣờng hợp giao phấn. Cánh hoa có các màu: trắng, tím- đỏ, tím xanh, xanh thẫm. Quả có hai ô, hạt rất nhỏ có mầm uốn cong. Khoai tây thƣờng đƣợc nhân giống bằng củ. Củ là phần phình to của phần thân cây nằm dƣới đất chứa nhiều chất dinh dƣỡng (Hồ Hữu An và cs, 2005) [1], (Đƣờng Hồng Dật, 2005) [3], (Trƣơng Quang Vinh, 2007) [14]. Ở nƣớc ta, khoai tây địa phƣơng trồng phổ biến ở phía Bắc là giống Thƣờng Tín, và phía Nam là giống Đà Lạt. Các giống nhập nội của Trung Quốc, Đức, Pháp, Hà Lan…hiện đang đƣợc trồng ở nhiều nơi (Nguyễn Mạnh Chinh, 2005) [2]. Ở đồng bằng sông Hồng, khoai tây chủ yếu trồng ở vụ đông vào tháng 10, 11, thu hoạch tháng 1, 2 năm sau. Ở các tỉnh miền núi phía Bắc và Đà Lạt trồng muộn hơn một chút khoảng tháng 1, 2 để tránh sƣơng giá vào tháng 11, 12 (Nguyễn Mạnh Chinh, 2005) [2]. 1.1.3. Tình hình sản xuất khoai tây trên thế giới và ở Việt Nam Khoai tây đƣợc trồng phổ biến ở 130 nƣớc trên thế giới. Do điều kiện sinh thái, mức độ thâm canh và trình độ sản xuất khác nhau nên năng suất khoai tây chênh lệch rất lớn, từ 7 tấn/ha đến 65 tấn/ha. Tính đến năn 2005, trên thế giới trồng đƣợc 18,57 triệu ha khoai tây, sản lƣợng đạt 320,15 triệu tấn (bằng 60-70% tổng sản lƣợng lúa hay mì). Diện tích khoai tây của thế giới trong những năm gần đây có xu hƣớng giảm nhẹ. Năm 2005, diện tích khoai tây giảm 0,37 triệu ha so với năm 2003; giảm 1,37% triệu ha so với năm 2000. Tuy vậy, năng suất khoai tây trung bình lại có xu hƣớng tăng. Năm 2005, năng suất khoai tây tăng 0,79 tấn/ha so với năm 2000 và tăng 1,32 tấn/ha so với năm 2001 (FAO, 2005) [30]. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Trong những năm gần đây, ở nƣớc ta diện tích trồng khoai tây ngày một tăng, nhƣng tốc độ tăng không cao. Năng suất khoai tây của nƣớc ta chỉ bằng 61,3% năng suất bình quân chung của thế giới, bằng 62,9% năng suất khoai tây của Châu Âu (FAO, 2005) [30]. Nhƣ vậy, khoai tây ở nƣớc ta đã và đang phát triển nhƣng tốc độ mở rộng diện tích và tăng năng suất hằng năm không cao, không ổn đinh. Có thể đƣa ra 2 nguyên nhân quan trọng dẫn đến hiện tƣợng này là: + Thiếu giống có chất lƣợng tốt, phù hợp với điều k iện khí hậu. + Chƣa có biện pháp phòng trừ bệnh đặc biệt là bệnh virus có hiệu quả (Trƣơng Quang Vinh, 2007) [14]. 1.2. VIRUS GÂY BỆNH Ở KHOAI TÂY Hiện tƣợng thoái hoá khoai tây, do virus gây ra, đã đƣợc mô tả và phát hiện ngay từ thế kỉ XVIII, nhƣng tác nhân gây ra nó phải đến tận thế kỉ XX mới đƣợc xác định. Virus cuốn lá (potato leafroll virus viết tắt là PLRV) là virus đƣợc phát hiện đầu tiên vào năm 1916 bởi Quanfer, Vanderlek và O. Botfes. Những virus chủ yếu gây khảm trên khoai tây (potato virus M, p otato virus X, potato virus Y, potato virus A) đƣợc xác định trong những năm 1920 và 1930. Những virus quan trọng khác chỉ đƣợc phám phá trong những năm 1950 (tobacco rattle virus, potato virus S) hoặc giữa những năm 1960 (potato mop-top virus) (Vũ Triệu Mân, 1986) [6], (Kerlan, 2008) [40]. Trong 4 thập kỉ gần đây, ngƣời ta đã phát hiện thấy số lƣợng virus ngày càng gia tăng ở châu Mỹ La Tinh, đặc biệt là trong châu thổ Andean, nơi đƣợc xem là khởi nguồn của khoai tây. Nhiều virus phổ biến ở các cây chủ khá c, đôi khi lại nhiễm vào khoai tây. Một số chúng, ví dụ nhƣ virus đốm héo cà chua ( tomato spotted wilt virus), gây bệnh cho khoai tây và có thể trở nên nghiêm trọng trong tƣơng lai. Nhiều tác giả cũng lƣu ý rằng, một virus truyền qua con đƣờng tiếp xúc, nhƣ pepino mosaic virus, cho đến nay vẫn chƣa đƣợc phát 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
hiện trên khoai tây, cũng có khả năng nhiễm vào nhiều cây khoai tây quan trọng và trở thành một hiểm họa trong tƣơng lai. Những ngƣời trồng khoai tây ở nhiều quốc gia đã thừa nhận rằng khoai tây giống ảnh hƣởng lớn tới hiệu quả sản xuất. Chƣơng trình sản xuất khoai tây giống phát triển trong những năm 1940 và 1950. Khoai tây giống đƣợc chứng nhận với mức độ nhiễm virus thấp bây giờ đã trở thành nhân tố chính trong cuộc chiến chống virus. Nhân giống kháng mạnh với virus cuộn lá (potato leafroll virus) đƣợc sử dụng ít nhất là từ những năm 1925 và khả năng kháng virus của nhiều cây dại họ cà đã đƣợc khai thác. Ba kiểu kháng đƣợc mô tả từ những năm 1950 và thông tin di truyền về yếu tố quy định khả năng kháng đƣợc xác định từ những năm 1970. Hiện nay, nhiều gen chống chịu đã đƣợc xác định vị trí trên genome khoai tây, tạo điều kiện cho công tác nhân giống kháng virus dựa trên các chỉ thị phân tử. Hàng loạt những biện pháp mạnh đã đƣợc xác lập để tránh sự xâm nhập của các virus kiểm dịch (Kerlan, 2008) [40]. Sử dụng vật liệu di truyền từ các virus gây bệnh để tạo cây chuyển gen kháng virus đƣợc xem là biện pháp hữu hiệu và đã thu đƣợc kết quả khá khả quan. 1.2.1. Các loại virus khoai tây Ở khoai tây có ít nhất 38 virus đã đƣợc mô tả (Kerlan, 2008) [40]. Dựa trên mức độ thiệt hại và phạm vi phân bố, virus khoai tây đƣợc phân chia thành 3 nhóm: + Nhóm 1: Gồm những virus gây thiệt hại đáng kể, phân bố tƣơng đối rộng trên thế giới. 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Bảng 1.1. Một số virus khoai tây thuộc nhóm 1 Năm đầu Thiệt hại về tiên đƣợc Phân bố Loài Chi kinh tế nói đến Rất cao Rộng khắp Potato virus Y (PVY) Potyvirus 1931 Potato leafroll virus Rất cao Rộng khắp Polerovirus 1916 (PLRV) Rộng khắp Potato virus X (PVX) Potexvirus 1931 Cao Vừa phải Rộng khắp Potato virus A (PVA) Potyvirus 1932 Vừa phải Rộng khắp Potato virus S (PVS) Carlavirus 1952 Vừa phải Rộng khắp Potato virus M (PVM) Carlavirus 1923 Rộng khắp Tobacco rattle Tobravirus 1946 Cao Chủ yếu ở Potato mop-top virus Pomovirus 1966 Khá cao khí hậu lạnh (PMTV) + Nhóm 2: Gồm những virus chỉ xuất hiện ở Châu Mỹ La Tinh, ít hay không gây thiệt hại về kinh tế. Bảng 1.2. Một số virus khoai tây thuộc nhóm 2 Năm đầu Thiệt hại tiên đƣợc về kinh Phân bố Loài Chi nói đến tế Rất thấp Andean potato latent Tymovirus 1966 Bolivia, Colombia, virus (APLV) Ecuador, Peru Chƣa biết Andean potato mottle Comovirus 1977 Chili, Ecuador, virus (APMoV) Peru, Brazil Chƣa biết Arracacha virus B- Nepovirus 1981 Bolivia, Peru oca strain (AVB-O) Cao ở Bắc Brazil Begomovirus Potato deforming 1985 một cây mosaic virus (PDMV) Rất thấp Potato rough dwart Carlavirus 1995 Argentina, virus (PRDV) Uruguay Chƣa biết Potato virus T (PVT) Trichovirus 1977 Bolivia, Peru Potato virus U (PVU) Nepovirus 1983 Không có Peru 8 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
+ Nhóm 3: Gồm những virus xuất hiện ở những vùng khác nhau trên thế giới, mức độ thiệt hại không đáng kể hay chỉ cục bộ. Bảng 1.3. Một số virus khoai tây thuộc nhóm 3 Năm đầu Thiệt hại Phân bố tiên đƣợc Loài Chi về kinh tế nói đến Alfalfa mosaic Alfamovirus Chỉ cục bộ Hiếm thấy 1940 virus (AMV) Eggplant mottled Nucleorhabdovirus 1987 Rất thấp Dwarf virus Iran (EMDV) Potato aucuba 1961 Thấp Hiếm thấy Mosaic Virus Potexvirus (PAMV) Potato latent virus 1996 Chƣa biết Bắc Mỹ Carlavirus (PotLV) Potato virus V 1986 Bolivia, Peru, Thấp Potyvirus Bắc châu Âu (PVV) 1.2.2. Đặc điểm chính của bệnh virus trên khoai tây 1.2.2.1. Triệu chứng và thiệt hại Virus gây ra các triệu chứng chủ yếu là: khảm, đốm hay sự đổi màu, bộ lá bị quăn cuộn hay méo mó, sự rụng lá, còi cọc hay biến dạng của cây (Vũ Triệu Mân, 2007) [7]. Các kiểu chết hoại khác nhau có thể xuất hiện trên lá, thân và củ có thể ở cả trong và ngoài. Kích thƣớc, số lƣợng, diện mạo và chất lƣợng của củ có thể bị ảnh hƣởng (Kerlan, 2008) [40]. Theo Vũ Triệu Mân, ở Việt Nam, các bệnh virus ảnh hƣởng lớn tới năng suất củ khoai tây. Trọng lƣợng củ trên khóm giảm, tỉ lệ củ lớn thấp hoặc không có, tỉ lệ củ nhỏ tăng cao. Nhiều củ không sử dụng để làm lƣơng thực hay thực phẩm đƣợc mà phải dùng làm thức ăn gia súc hay loại bỏ. 9 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn
Thiệt hại do bệnh virus khoai tây gây ra đƣợc chú ý nhiều hơn ở ngoài cánh đồng, nhƣng thực ra ngay ở trong kho bảo quản bệnh cũng gây ra thiệt hại. Một số điều tra cho thấy, củ khoai tây thuộc giống Ackersegen bị nhiễm virus Y, X, S, M và virus cuốn lá (PLRV) khi đƣa vào bảo quản đều tăng lƣợng củ thối và giảm khả năng nảy mầm (Vũ Triệu Mân, 1986) [6]. Bảng 1.4. Ảnh hƣởng của bệnh virus đến củ khoai tây (tính bình quân 20 khóm mỗi loại hình bệnh). (Theo Vũ Triệu Mân, 1973 -1977) Loại hình khóm bệnh Chỉ tiêu theo Khóm khoẻ dõi Xoăn lùn Cuốn lá Khảm lá Trọng lƣợng 30,0 225,0 240,0 295,0 củ (g/khóm) Tỉ lệ % củ lớn 0,0 9,2 7,7 10,4 (%) Tỉ lệ % củ 38,0 42,4 56,3 55,8 trung bình(%) Tỉ lệ củ 62,0 48,4 36,0 30,8 nhỏ(%) Tác hại của bệnh virus phụ thuộc vào nhiều yếu tố: điều kiện sống (khí hậu, thổ nhƣỡng, biện pháp chăm sóc), cây trồng có khả năng chống chịu khác nhau và loại, chủng virus gây bệnh. Có những vùng ở Tây Âu, virus cuốn lá làm giảm tới 90% sản lƣợng dự thu khi bệnh nặng. Trong khi đó, thiệt hại ở Đông Âu phần lớn lại do virus Y gây ra. Ở Việt Nam, virus cuốn lá gây hại nhẹ, nhƣng virus Y lại gây hại nặng. Nhìn chung, nơi có khí hậu ẩm và lạnh năng suất khoai tây giảm ít hơn so với nơi có khí hậu nóng và khô khi bị bệnh virus. Giống khoai tây kháng virus gồm nhiều loại: kháng cao, kháng trung bình, chịu bệnh. Virus có thể có trong giống chịu bệnh nhƣng cây không có triệu chứng, mặc dù chúng có thể là nguồn lây nhiễm cho những cây khác. 10 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.Lrc-tnu.edu.vn