NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIỐNG VÀ CÔNG TÁC CHỌN TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
KHÁI NIỆM VỀ CHỌN TẠO GIỐNG VÀ QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH CÔNG TÁC GIỐNG
1 1.1 Khái niệm về công tác chọn tạo giống cây trồng
Chọn giống cây trồng là một nghệ thuật và khoa học nhằm cải tiến di truyền thực vật vì lợi ích của con người, thể hiện qua việc thuần hóa cây dại thành cây trồng Trong quá khứ, quá trình này chủ yếu dựa vào khả năng quan sát và lựa chọn những cá thể phù hợp với mục đích kinh tế và thẩm mỹ Tuy nhiên, trong khoảng 200 năm trở lại đây, với sự tái phát hiện các định luật của Mendel, chọn giống đã chuyển sang hướng khoa học hơn Hiện nay, công nghệ sinh học và kỹ thuật di truyền cho phép chuyển gen vào cây, tạo ra cây chuyển gen, đánh dấu sự phát triển vượt bậc trong lĩnh vực chọn giống Bảng 1.1 so sánh đặc điểm của phương pháp chọn giống truyền thống và hiện đại.
Bảng 1.1 Phương pháp chọn giống truyền thống và chọn giống công nghệ sinh học Đặc điểm Chọn giống truyền thống Chọn giống hiện đại
Chuyển gen là quá trình chuyển giao các gen có ích từ cây trồng hoặc các sinh vật khác, bao gồm virus, vi khuẩn, nấm men, thực vật và động vật Phương pháp chuyển gen giúp cải thiện đặc tính của cây trồng và nâng cao năng suất, đồng thời tạo ra các giống cây có khả năng chống chịu tốt hơn với điều kiện môi trường.
Thời gian thu nhận cây mới Chi phí chọn giống
Lai và chọn lọc Trên 2 năm Thấp
Kỹ thuật di truyền Dưới 2 năm Cao
Công nghệ sử dụng Cơ bản, đơn giản Kỹ thuật cao, khó
1 1.2 Quá trình hình thành công tác giống
Nông nghiệp đã trở thành phương thức sản xuất lương thực chủ yếu khoảng 10.000 năm trước, khi con người chuyển từ săn bắn hái lượm sang chăn nuôi và trồng trọt.
Con người đã bắt đầu điều chỉnh sinh thái để đáp ứng nhu cầu của mình và tác động vào quá trình tiến hóa tự nhiên thông qua việc chọn tạo giống cây trồng và vật nuôi Sự đa dạng sinh học trên trái đất hình thành từ chọn lọc tự nhiên, trong khi sự đa dạng của cây trồng lại đến từ chọn lọc nhân tạo.
Quá trình tiến hóa cây trồng diễn ra chậm rãi thông qua gieo trồng và chọn lọc, hiện nay đã trở thành công việc thường xuyên của nhà tạo giống Tính di truyền từ bố mẹ đến thế hệ con cái đóng vai trò quan trọng trong quá trình này, và người xưa đã nhận thức được hệ quả của tính di truyền từ khi bắt đầu thực hành nông nghiệp.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng phương pháp chọn lọc đóng vai trò quan trọng trong chọn giống cây trồng Đây là phương pháp sơ khai nhất, bắt đầu từ quá trình thuần hóa và cũng là phương pháp thành công nhất trong lĩnh vực này Quá trình chọn lọc đã làm thay đổi đặc điểm di truyền của cây trồng lương thực thông qua hai hình thức: chọn lọc vô thức và chọn lọc có ý thức, dựa trên giá trị sử dụng, thẩm mỹ và kinh tế.
Bảng 1.2 Một số tính trạng của cây trồng bị thay đổi trong quá trình chọn lọc
Mất khả năng phát tán
Ngô, lúa mì Mất tính ngủ nghỉ
Chuyển từ lâu năm sang 1 năm Mất khả năng ra quả
Mất khả năng hình thành hạt Tăng kích thước hạt
Lúa nước, lùa mì, kiều mạch Lúa nước, lúa mì đen, sắn
Củ từ, khoai lang Chuối, cam quýt Đậu
Cơ quan dự trữ Cà rốt, sắn, khoai lang
Theo Nicolai I Vavilov xác định 8 trung tâm khởi nguyên của các loài cây trồng quan trọng, nơi có sự đa dạng di truyền lớn nhất Tại những vùng này, cây trồng đã được thuần hóa từ các loài tổ tiên của chúng.
Khả năng phân biệt và lựa chọn dẫn đến ý tưởng chọn lọc, phương pháp cơ bản trong chọn giống cây trồng Điều kiện tiên quyết cho chọn lọc là sự đa dạng di truyền trong quần thể Chỉ những cá thể có năng suất cao và đáp ứng yêu cầu của nhà tạo giống được chọn, trong khi phần còn lại bị loại bỏ Thế hệ con cái từ các cá thể được chọn sẽ tiếp tục được gieo trồng và sàng lọc Quá trình này lặp lại cho đến khi đạt được quần thể cây trồng đồng nhất với nhiều tính trạng mong muốn.
Chọn lọc giống cây trồng năng suất cao là một nhiệm vụ phức tạp, đòi hỏi sử dụng nhiều công cụ hỗ trợ khác nhau Do đó, việc chọn giống khoa học ngày càng liên kết chặt chẽ với sự phát triển của các ngành khoa học khác.
Bảng1.3 Những sự kiện khoa học ảnh hưởng đến chọn giống cây trồng
1 694 Camerarius nghiên cứu và phát hiện giới tính ở thực vật
Linneaus mô tả các cơ quan giới tính ở 1 số loài thực vật và tạo ra con lai khi lai các giống khác nhau
Loel reuter người tiên phong trong việc lai giống, đã lai và mô tả số lượng lớn con lai trong các giống khác nhau
Darwin công bố cuốn sách: "Về nguồn gốc các loài thông qua chọn lọc tự nhiên" gây tác động mạnh mẽ tới chọn giống
Mendel đề xuất các quy luật di truyền Beal chứng minh sức sống con lai ở ngô lai khi lai 2 giống ngô không có quan hệ họ hàng
Tshermak đã tái phát hiện các định luật Mendel, cùng với Corens và De Vries, đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới trong di truyền học và chọn giống dựa trên các nguyên lý di truyền.
903 Johannsen học thuyết dòng thuần, mối quan hệ giữa kiểu hình và kiểu gen
Shull East, Jones phát hiện sự suy thoái tự phối và UTL ở ngô mở đầu cho việc sử dụng giống lai F1 trong sản xuất
928 - 1929 Mueler và Stadler: đột biến phóng xạ
1 953 Watson, Crick và Winlkins: mô tả hình xoắn kép của phân tử ADN
Cách mạng xanh khởi đầu với các giống lúa mì phát triển tại Mexico, nổi bật với đặc điểm gen lùn, năng suất cao và khả năng thích ứng với điều kiện của các nước nghèo ở vùng Á nhiệt đới Năm 1970, M Boulang được vinh danh với Giải Nobel Hòa bình nhờ những đóng góp quan trọng trong lĩnh vực nông nghiệp này.
Kỹ thuật ADN tái tổ hợp được thiết lập
Các giống lúa nước thấp cây có năng suất cao được đưa vào Việt Nam, IR8, IR5, làm thay đổi mùa vụ, biến vụ xuân thành vụ lúa chính
Kỹ thuật di truyền phân tử RFLP, AFLP, RADP, …bản đồ gen
Kỹ nghệ chuyển gen và đưa cây chuyển gen vào sản xuất với trên 80 triệu ha năm 2004 trên toàn thế giới
1 2 VAI TRÒ CỦA CÔNG TÁC TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG Để tăng năng suất cây trồng cần đảm bảo những yếu tố sau:
Dinh dưỡng Quản lý dịch hại (sâu bệnh) Điều kiện đất đai
Cải tiến giống cây trồng thông qua chọn giống là một yếu tố quan trọng để nâng cao năng suất, nhưng không thể tách rời khỏi các yếu tố khác như nước, dinh dưỡng, quản lý dịch hại và điều kiện đất đai Để đạt được năng suất tối đa, cần cải thiện cả môi trường sinh trưởng và đặc điểm di truyền của cây Cuộc cách mạng xanh từ thập niên 60 đã chứng minh rằng việc kết hợp cải tiến giống với kỹ thuật canh tác hiện đại đã làm tăng đáng kể năng suất cây trồng, đặc biệt là lúa mì, lúa nước và ngô Tại Việt Nam, công tác giống cây trồng không chỉ nâng cao năng suất mà còn thay đổi cơ cấu mùa vụ và đa dạng hóa sản phẩm, góp phần đảm bảo an ninh lương thực Năng suất lúa, ngô và nhiều cây trồng khác đã không ngừng tăng trong nhiều thập kỷ qua nhờ vào việc đưa vào sản xuất các giống lúa lai, ngô lai, và các giống đậu tương, lạc, cà chua có năng suất cao.
1 3 MỤC TIÊU CỦA CHỌN GIỐNG
Nâng cao năng suất hạt, sợi, thức ăn, dầu, đường và quả có thể đạt được thông qua việc cải thiện khả năng sinh trưởng của cây và tối ưu hóa việc sử dụng ánh sáng, CO2, nước và dinh dưỡng Các nhà khoa học đang nghiên cứu và cải tiến nhiều tính trạng của cây trồng để đạt được những mục tiêu năng suất đề ra.
- Lá đứng để trồng dày
- Khả năng chống chịu điều kiện bất lợi Kháng sâu bệnh
- Chất lượng: thành phần dinh dưỡng, hàm lượng protein
4 ĐỊNH NGHĨA VÀ ĐẶC ĐIỂM CỦA GIỐNG CÂY TRỒNG
Giống cây trồng là tập hợp các cá thể có nguồn gốc chung, sở hữu bản chất di truyền tương đồng và biểu hiện giống nhau về hình thái cũng như các đặc điểm nông sinh học.
Nhóm cá thể được gọi là giống khi chúng có sự ổn định tương đối về di truyền, năng suất, phẩm chất, khả năng thích ứng và khả năng chống chịu.
1 4.2 Đặc điểm giống cây trồng
LAI VÀ ỨNG DỤNG ƯU THẾ LAI TRONG CHỌN GIỐNG
3 1 KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA CỦA LAI GIỐNG
Lai giống là sự giao phối (thụ phấn, thụ tinh) giữa các dạng bố mẹ khác nhau nhằm tạo ra các con lai có nhiều đặc tính tốt
Cây cho phấn được gọi là cây bố, trong khi cây nhận phấn được gọi là cây mẹ Hạt lai trên cây mẹ được gọi là hạt lai F0, và con lai thế hệ thứ nhất được gọi là con lai F1 Các thế hệ tiếp theo sẽ được ký hiệu lần lượt là F2, F3, và tiếp tục như vậy.
Thụ phấn là quá trình hạt phấn tiếp xúc và bám dính vào đầu nhụy của hoa Nếu hạt phấn đến từ chính hoa đó, quá trình được gọi là tự thụ phấn; ngược lại, nếu hạt phấn đến từ một hoa khác, đó là giao phấn.
Thụ tinh là quá trình kết hợp giữa nhân giao tử đực và nhân giao tử cái, tạo ra hợp tử Ở cây trồng, thụ tinh diễn ra theo hình thức thụ tinh kép, trong đó một nhân giao tử đực kết hợp với nhân trung tâm của noãn, hình thành hợp tử 2n.
2 là 1 nhân n khác của giao tử đực đến kết hợp với tế bào 2n trong noãn tạo tế bào nội nhũ 3n
Nội Hạt phấn nhũ nhân đôi 2n
2 Hạt phấn n Túi noãn Hạt
Hình 3.1 Sơ đồ quá trình thụ tinh ở thực vật bậc cao
3 1.2 Cơ sở di truyền của lai giống
Lai giống tạo ra những biến dị tái tổ hợp khi các alen khác nhau của một gen từ bố mẹ phân ly trong quá trình giảm phân Sự tái tổ hợp này trong con lai giúp tập hợp nhiều đặc tính tốt, tạo nền tảng vững chắc cho quá trình lai tạo giống.
VD: Pt/c AA bb DD x aa BB dd
F1 AaBbDd Tổ hợp được cả 3 gen trội của bố mẹ trong con lai
- Tạo sự tương tác, kết hợp có lợi giữa các gen mà ở riêng bố hoặc mẹ không có, gây các hiệu ứng tương tác gen
F1 Aa hoa hồng (tính trạng trung gian)
- Tạo ra sự kết hợp mới tốt hơn giữa tế bào chất và nhân
Lai trở lại là phương pháp giúp con lai liên tục quay về với bố hoặc mẹ nhằm đạt được một tiêu chí mong muốn Việc này không chỉ tạo cơ hội cho sự phát triển đồng đều mà còn tích lũy kinh nghiệm và đặc điểm di truyền từ cả hai phía.
Lai giống là phương pháp tạo ra biến dị tái tổ hợp nhằm sản xuất con lai vượt trội hơn so với bố mẹ về các tính trạng mà nhà chọn giống mong muốn, bao gồm năng suất, chất lượng và khả năng chống chịu.
- Cải tạo 1 tính trạng nào đó của 1 giống
2 NGUYÊN TẮC CHỌN CẶP BỐ MẸ TRONG LAI GIỐNG
Nguyên tắc 1 : Chọn cặp bố mẹ khác nhau về loại hình sinh thái
Cùng một loài, nhưng cây trồng phân bố ở các vùng địa hình và khí hậu khác nhau, dẫn đến sự khác biệt về đặc điểm sinh thái Sự kết hợp giữa các cây trồng này có thể tạo ra những con lai với tính trạng vượt trội.
VD: Lai giữa 2 loài phụ lúa Japonica và Indica
* Nguyên tắc 2: Chọn cặp bố mẹ khác nhau về năng suất
Theo công thức Pixarep tính năng suất lý thuyết của cây ăn hạt như sau
Trong đó: N: là năng suất lý thuyết
A, B, C, D là các yếu tố cấu thành năng suất
Ví dụ: Đối với lúa, các yếu tố cấu thành năng suất bao gồm: số hạt/bông, khối lượng 1000 hạt, số bông /khóm, số khóm /m 2
* Nguyên tắc 3: Chọn bố mẹ khác nhau về thời gian sinh trưởng
Ví dụ: giống lúa TH 120 ngày lai với giống TS có thời gian sinh trưởng là 167 ngày
Nguyên tắc 4: Chọn bố mẹ khác nhau về khả năng chống chịu
Tính chống chịu của cây trồng được chia làm 2 loại
Tính chống chịu dọc: là khả năng cây trồng có khả năng chống lại sự gây hại của 1
- chủng sâu bệnh nào đó
Khi cây bị nấm tấn công, khả năng tự chết của các tế bào xung quanh nấm giúp ngăn chặn sự xâm nhập sâu hơn của nấm vào bên trong.
Còn gọi là tính chống chịu đồng ruộng, là khả năng cây trồng có thể chống chịu với tất cả các loài sâu bệnh nhưng không hoàn toàn
Tính chống chịu ngang không triệt để nhưng bền vững hơn tính chống chịu dọc
* Nguyên tắc 5: Bổ sung các tính trạng đặc biệt
Chọn cặp bố mẹ có những đặc điểm tốt bổ sung cho nhau
Ví dụ: Giống ngô năng suất cao nhưng khả năng chống hạn kém cho lai với giống ngô năng suất bình thường, có khả năng chống chịu hạn cao
3 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LAI GIỐNG CÂY TRỒNG Đối với cây trồng lai bằng phương pháp truyền thống có những phương pháp lai sau:
* Lai đơn : Là lai giữa 2 cá thể khác nhau trong cùng 1 dòng hay giống
Phương pháp lai giữa hai cá thể thuộc hai dòng giống khác nhau, với việc hoán vị vai trò của bố mẹ trong hai phép lai, nhằm kiểm tra sự di truyền tính trạng qua tế bào chất.
Giống ngô LVN 54 x giống ngô LVN 61 Phép lai nghịch: ♀ x ♂ giống ngô LVN 61 x Giống ngô LVN 54
Lai trở lại là phương pháp lai giống trong đó con lai được kết hợp trở lại với một trong hai bố mẹ, nhằm củng cố một tính trạng mong muốn mà nhà chọn giống hướng tới.
Lai tích lũy (lai thay nhân, lai bão hòa)
Bằng cách liên tục lai giữa con lai và một dạng bố mẹ, sau nhiều lần lai, nhân của con lai sẽ dần được thay thế bằng nhân của bố.
Ví dụ: Để chuyển tính trạng bất dục đực (CMS) của 1 giống lúa dại vào giống G1 ta dùng phép lai lại như sau
Cây mẹ x Cây bố CMS x G1
* Lai đỉnh: là phép lai trong đó 1 giống được làm mẹ và được nhiều bố cho phấn tạo ra các tổ hợp lai khác nhau x ♂
- Ngoài ra còn có nhiều phương pháp lai phức hợp như lai hỗn hợp, lai nhiều bậc
3 4 CÁC PHƯƠNG THỨC TRONG LAI GIỐNG
Lai gần là lai giữa các cá thể hoặc các giống trong cùng 1 loài
Lai xa là lai giữa hai loài phụ hay giữa các loài khác nhau (lai trên loài) giữa các chi, các thứ hoặc loại hình xa về địa lý
VD: Lai giữa hai loài phụ lúa Japonica x Indica Lai khác loài: Lúa mì x Cỏ băng
Củ cải x Cải bắp Khoai tây trồng x Khoai tây dại
* Ứng dụng của lai xa
Chuyển giao gen mong muốn từ các loài tổ tiên hoang dã hoặc các chi có quan hệ họ hàng sang giống cây trồng là một phương pháp quan trọng, đặc biệt trong việc cải thiện các gen kháng sâu bệnh, kháng bệnh, bất dục đực tế bào chất, gen phục hồi hữu dục và khả năng chống chịu điều kiện bất lợi.
Tận dụng sức sống con lai ở các loài thực vật như bông, cũng như các loài thức ăn gia súc, chẳng hạn như sự lai tạo giữa cây cao lương và cây cỏ Sudan, cùng với những cây sinh sản vô tính như mía và khoai tây, có thể mang lại nhiều lợi ích cho nông nghiệp.
Tạo ra các loại đa bội khác nguồn mới Xác định mối quan hệ tiến hoá giữa các loài
Những khó khăn khi lai xa
Không thụ phấn thụ tinh
Nguyên nhân Cách khắc phục
Môi trường vòi nhụy đóng vai trò quan trọng trong quá trình lai giống, đặc biệt khi hoa cái con non của cây mẹ không có khả năng chọn lọc hạt phấn hiệu quả Điều này tạo điều kiện cho hạt phấn từ cây khác có khả năng nảy mầm cao, từ đó nâng cao tỷ lệ thành công trong việc thụ phấn và phát triển hạt giống chất lượng.
Có thị phấn không thụ tinh bố nảy mầm hơn
Khi lai lúa mì với đại mạch, việc sử dụng ống phấn ngắn và vòi tiếp cận vô tính là rất quan trọng Nếu lai lúa mì có nhụy dài với đại mạch, phấn có thể chết giữa chừng Tuy nhiên, khi ghép nội của đại mạch không đến được noãn và phôi lúa mì, việc sử dụng phấn của đại mạch để lai cho cây lúa mì ghép sẽ mang lại thành công.
- Lai với 1 cây trung gian VD: Lai đào dại với đào trồng thì không đậu hạt nhưng: Đào dại x Sơn đào F1
Lấy phấn của F1 thụ cho đào trồng thì đậu hạt
- TP hỗn hợp của cây khác loài khác chi
Thụ phấn bổ sung nhiều lần Cắt bớt vòi nhụy
Khó khăn Nguyên nhân Cách khắc phục
CHỌN GIỐNG ĐỘT BIẾN GEN VÀ ĐA BỘI THỂ
1 KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA VỀ ĐỘT BIẾN VÀ ĐỘT BIẾN GEN 1.1 Khái niệm
Biến dị là sự thay đổi mới trong cơ thể sinh vật, xảy ra do ảnh hưởng của môi trường và quá trình tái tổ hợp di truyền.
Biến dị tạo nên sự đa dạng vô cùng lớn ở những cá thể sinh vật và là nguyên nhân cơ bản của tiến hóa
Biến dị nói chung là những biến đổi rất đa dạng ở sinh vật, chúng được phân ra làm các nhóm:
Biến dị không di truyền là những thay đổi liên quan đến kiểu hình mà không ảnh hưởng đến vật chất di truyền Những biến đổi này thường được gọi là thường biến.
Biến dị di truyền: là những biến đổi có liên quan tới vật chất di truyền của cơ thể Ở đây
Biến dị di truyền có thể được chia thành hai nhóm chính: thứ nhất là biến dị tái tổ hợp, diễn ra khi các gen được tổ hợp và sắp xếp lại, tạo ra sự kết hợp mới ở thế hệ sau thông qua quá trình phân li độc lập và trao đổi chéo giữa các cặp gen trong quá trình giảm phân hình thành giao tử Thứ hai là biến dị đột biến, liên quan đến những biến đổi hóa học trong vật liệu di truyền, xảy ra do tác động của các yếu tố môi trường và các yếu tố bên trong tế bào.
Các biến dị đột biến có nguyên nhân, bản chất và sự thể hiện rất đa dạng Tùy thuộc vào góc độ tiếp cận, đột biến có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau Phân loại cơ bản nhất là dựa vào đặc điểm biến đổi của cấu trúc kiểu gen, với bốn kiểu chính.
Đột biến gen, hay còn gọi là đột biến điểm, là những thay đổi trong thành phần bazơ của ADN, dẫn đến sự biến đổi cấu trúc và chức năng của gen Trong khi đó, đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể liên quan đến các biến đổi ở những đoạn khác nhau của nhiễm sắc thể.
- trên nhiễm sắc thể, có thể quan sát thấy dưới kính hiển vi Nhóm này bao gồm những biến đổi: mất đoạn, đảo đoạn, chuyển đoạn, thêm đoạn
Biến đổi số lượng nhiễm sắc thể bao gồm sự thay đổi trong cả bộ nhiễm sắc thể, dẫn đến các dạng đa bội thể, và sự thay đổi ở các đôi nhiễm sắc thể riêng lẻ, gọi là lệch bội Ngoài ra, đột biến gen ở tế bào chất liên quan đến những biến đổi trên ADN của các bào quan như ty thể, lạp thể và plasmid ở vi khuẩn.
4 1.2 Ý nghĩa của phương pháp chọn giống đột biến
- Đột biến cung cấp nguồn vật liệu di truyền mang các tính trạng mới để trực tiếp hoặc gián tiếp tạo ra giống mới
Ý nghĩa của việc chọn giống thông qua phương pháp đột biến ngày càng trở nên quan trọng do nguồn vật liệu dự trữ ngày càng cạn kiệt Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng biến dị di truyền cảm ứng thậm chí có thể mang lại hiệu quả cao hơn trong việc phát triển giống mới.
Phương pháp đột biến có khả năng cải tiến nhiều tính trạng đơn gen và đa gen, như tạo giống cây kháng sâu bệnh, thích nghi với điều kiện bất lợi, tăng cường hàm lượng chất có ích, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chiều cao cây, và tạo ra tính chín sớm Một ví dụ tiêu biểu là giống lúa mì đột biến “Sharbati Sonora 64”, cho thấy rằng đột biến là phương pháp bổ sung hiệu quả cho các phương pháp chọn giống khác.
3 0 thể đột biến tạo thành, hoặc sử dụng trực tiếp làm giống mới hoặc sử dụng gián tiếp làm bố mẹ cho phương pháp lai
Phương pháp đột biến áp dụng khi Nguồn biến dị tự nhiên không có tính trạng mong muốn
- Tính trạng mong muốn có trong nguồn gen cây trồng nhưng liên kết chặt với tính trạng không mong muốn
Một giống ưu tú đang gieo trồng cần cải tiến những tính trạng đơn giản
Tính trạng mong muốn có trong nguồn gen cây dại có họ hàng thân thuộc nhưng khó lai và liên kết chặt với tính trạng không mong muốn
- Cần biến dị mới ở cây sinh sản bằng con đường vô tính
Đột biến được phân thành ba loại: đột biến do yếu tố di truyền của tế bào, đột biến tự nhiên và đột biến nhân tạo Đột biến tự nhiên xảy ra do tác động của các yếu tố vật lý, hóa học trong môi trường sống và biến đổi trong quá trình trao đổi chất của tế bào, với tần số thấp ở các sinh vật Ví dụ, tần số đột biến tự nhiên ở ngô cho gen nội nhũ màu nâu là -1,1 x 10^-3 và ở người, bệnh bạch tạng có tần số 2,8 - 3,2 x 10^-5 Đột biến nhân tạo được chia thành hai loại: đột biến do tác nhân vật lý và đột biến do tác nhân hóa học.
Để xử lý bức xạ ion hóa, hạt và các bộ phận sinh dưỡng như cây con, hoa, bao phấn, và hạt phấn cần được đặt dưới nguồn chiếu Hạt được trải thành lớp mỏng và trong quá trình xử lý, các bộ phận của cây phải được đảo nhiều lần Đồng thời, cần tuân thủ các điều kiện bảo hộ lao động để đảm bảo an toàn trong quá trình xử lý.
Thời gian chiếu xạ phụ thuộc vào công suất nguồn và liều lượng cần xử lý, với công suất nhỏ yêu cầu thời gian xử lý dài hơn và ngược lại Độ ẩm của hạt ảnh hưởng quyết định đến tác động của tia bức xạ, vì nó tác động trực tiếp đến trạng thái sinh lý của hạt Việc phơi khô hoặc tăng độ ẩm của hạt đều làm gia tăng hiệu ứng của tia bức xạ, do đó hạt cần được xử lý ở độ ẩm tiêu chuẩn để đảm bảo tính lặp lại của kết quả Nhiệt độ và nồng độ oxy cũng có ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý Ngoài việc xử lý hạt và các cơ quan sinh sản, việc xử lý hạt phấn cũng rất quan trọng, vì hạt phấn truyền tất cả các đột biến cho thế hệ con trong quá trình thụ tinh Hạt phấn nên được xử lý 4-7 ngày trước khi tung phấn bằng cách cắt cành hoa và đặt vào nước dưới nguồn chiếu Liều lượng xử lý cho hạt phấn thường thấp hơn nhiều so với hạt, với mức hiệu quả dao động từ 0,5 đến 2 krad đối với tia X và gamma Sau khi xử lý, hạt phấn sẽ được sử dụng để thụ phấn cho cây mẹ.
Tia bức xạ có thể được xử lý nhanh trong thời gian ngắn từ vài phút đến vài giờ, hoặc xử lý lâu dài trong trường gamma với cường độ thấp kéo dài từ nhiều tuần trở lên Ngoài ra, có thể thực hiện xử lý gián đoạn, trong đó tổng liều lượng được cung cấp qua các đợt xử lý ngắt quãng cách nhau một khoảng thời gian nhất định.
4 3.2 Xử lý tác nhân hoá học
Xử lý các chất hóa học thường diễn ra trong dung dịch, đòi hỏi biện pháp bảo hộ nghiêm ngặt do tác nhân đột biến hóa học có thể gây ung thư Hạt được ngâm trong dung dịch một thời gian nhất định để đạt hiệu quả cao và lặp lại kết quả Quy trình thường bao gồm làm trương hạt trong nước, rửa sạch và phơi khô Đặc biệt, với Natri axit, hạt có thể xử lý và gieo ngay mà không cần trương hay rửa Tác động của tác nhân đột biến cũng bị ảnh hưởng bởi trạng thái sinh lý của bộ phận xử lý, trong đó nhiệt độ và pH dung dịch là yếu tố quan trọng nhất Liều lượng xử lý phụ thuộc vào nồng độ và thời gian, có thể xác định qua thí nghiệm sơ bộ cho từng tác nhân, loài hoặc giống cây trồng Thời gian xử lý đột biến thường từ 8 đến 16 giờ do thời gian phân giải của tác nhân đột biến ngắn.
Nhiệt độ xử lý lý tưởng là khoảng 20°C, với thể tích dung dịch gấp 10 lần thể tích hạt cần xử lý Sau khi xử lý, hạt cần được rửa sạch để loại bỏ các chất phân giải do thủy phân, và thời gian rửa nên kéo dài nhiều giờ dưới vòi nước chảy, tùy thuộc vào loại tác nhân xử lý.
4 3.3 Hiệu quả và hiệu suất xử lý
Hiệu quả = [số đột biến tạo ra trên một đơn vị liều lượng] (ví dụ trên cường độ đo bằng
Gy hay số miligram hóa chất trong lít) x [thời gian xử lý]
Hiệu suất được tính bằng tỉ số giữa số đột biến mong muốn và hậu quả không mong muốn, như cây bị bất dục hoặc chết Cụ thể, hiệu suất là số đột biến diệp lục trên 100 bông M1 (hoặc 100 cây con M2) chia cho tỉ lệ cây bị tổn thương, chết hoặc bất dục.
4 QUY TRÌNH CHỌN LỌC ĐỘT BIẾN
4.1 Cây sinh sản bằng hạt
Bước 1: Xử lý đột biến
CHỌN LỌC GIỐNG CÂY TRỒNG
5 1 KHÁI NIỆM CHỌN LỌC GIỐNG CÂY TRỒNG
Chọn lọc là quá trình loại bỏ những cá thể kém thích nghi và không đáp ứng yêu cầu sống sót hoặc mục đích kinh tế, đồng thời giữ lại những cá thể tốt, có khả năng thích nghi cao, phục vụ cho mục đích kinh tế và nhân giống.
- Chọn lọc trong chọn giống
Chọn lọc là phương pháp tạo giống hiệu quả, bao gồm việc giữ lại những cá thể hoặc cây con đạt tiêu chuẩn giống, đồng thời loại bỏ những cá thể không đáp ứng yêu cầu.
Có hai cách chọn lọc cơ bản là:
Chọn lọc dương là quá trình giữ lại những cây con tốt nhất đáp ứng tiêu chí chọn giống, trong khi loại bỏ hầu hết các cây con không đạt yêu cầu trong quần thể ban đầu.
Khử âm là quá trình chọn lọc để loại bỏ những cá thể kém chất lượng trong quần thể cây trồng và vật nuôi, đồng thời giữ lại những cá thể tốt, chiếm tỷ lệ lớn trong quần thể để làm giống.
1.2 Vai trò của chọn lọc
1.2.1 Vai trò của chọn lọc tự nhiên
Chọn lọc tự nhiên là quá trình giữ lại những cá thể có biến dị có lợi, giúp chúng thích nghi với điều kiện môi trường khắc nghiệt và cải thiện khả năng sinh sản để cạnh tranh và tồn tại Đồng thời, quá trình này cũng loại bỏ những cá thể không thích nghi, từ đó thúc đẩy sự tiến hóa và tạo ra sự đa dạng sinh vật trong tự nhiên.
- Đa số những biến dị có lợi cho cạnh tranh tồn tại và chống chịu thì không có lợi cho lợi ích kinh tế của con người
5 1.2.2 Vai trò chọn lọc nhân tạo
Con người đã chọn từ vật liệu tự nhiên nuôi trồng theo mục đích muốn có cây cho lương
- thực và con vật cho thịt trứng dễ dàng hơn Từ đó, chuyển cây dại thành cây trồng, thú hoang thành vật nuôi
- Chọn từ một loài theo nhiều hướng nhiều mục đích sử dụng đã hình thành nhiều giống khác xa nhau
- Từ một giống chưa tốt con người chọn lọc thành những giống tốt
- Chọn lọc nhân tạo là chọn lọc có mục đích, có phương hướng, có ý thức
1.3 Tại sao phải chọn lọc trong chọn giống
Loài tự thụ phấn có tỷ lệ giao phấn thấp, vì vậy việc loại bỏ các biến dị do giao phấn hoặc biến dị di truyền tự nhiên là cần thiết Những yếu tố như ánh sáng tia xạ, nhiệt độ biến đổi đột ngột, và sự tiếp xúc với chất gây đột biến có thể ảnh hưởng đến sự phát triển của loài này.
Để tạo ra giống mới, cần lựa chọn và duy trì những cá thể có biến dị di truyền ưu tú Giống mới sẽ được hình thành từ một cá thể ưu tú, đảm bảo tính chất di truyền tốt.
Loài giao phấn có cấu trúc di truyền không thuần nhất Mỗi cá thể là một con lai có kiểu
Trong quá trình lai tạo, nhiều gen lặn có thể gây chết hoặc giảm sức sống của thế hệ con lai, nhưng thường không biểu hiện do sự chiếm ưu thế của các gen trội có lợi Khi các giao tử mang gen bất lợi kết hợp thành đồng hợp tử, con lai có thể chết hoặc giảm năng suất Vì vậy, việc tự phối chọn lọc là cần thiết để loại bỏ các cá thể mang gen lặn xấu, đồng thời tạo điều kiện cho các gen tốt tổ hợp lại thành giống mới.
Để đạt được thành công trong quá trình chọn lọc, quần thể vật liệu khởi đầu cần phải có biến dị di truyền tốt và có lợi Mức độ chính xác của biến dị được chọn lọc phụ thuộc vào ba yếu tố quan trọng.
Mức độ đồng hợp tử của vật liệu khởi đầu
Số lượng kiểu locus di truyền quyết định các tính trạng
Chọn lọc có phương hướng mục tiêu rõ ràng
- Xác định đúng vật liệu khởi đầu và nắm vững đặc trưng, đặc tính của vật liệu khởi đầu
Dựa vào cả tính trạng trực tiếp và gián tiếp, cùng với mối tương quan giữa các tính trạng, chúng ta có thể hiểu rõ hơn về ý nghĩa của những tính trạng này trong quá trình chọn lọc Việc phân tích các tính trạng sẽ giúp xác định mục tiêu chọn lọc hiệu quả hơn.
Để đạt được hiệu quả cao trong việc gieo trồng, điều kiện ruộng cần phải tốt và đồng đều Việc áp dụng kỹ thuật thâm canh tiên tiến sẽ giúp tối ưu hóa quy trình gieo trồng trong tương lai.
- Kết hợp chọn lọc trong phòng thí nghiệm và ngoài đồng
2 CHỌN LỌC CÂY TỰ THỤ PHẤN
2.1 Đặc điểm cây tự thụ phấn
Cây tự thụ có hoa lưỡng tính với đầy đủ bộ phận đực và cái, trong đó bộ phận cái nằm thấp hơn bộ phận đực, tạo điều kiện thuận lợi cho bao phấn dễ mở Thời gian nở hoa của cây này thường ngắn.
Diễn biến kiểu gen trong quần thể sau lai cho thấy sự gia tăng số lượng kiểu gen đồng hợp tử, trong khi số cá thể dị hợp tử giảm xuống Ở quần thể thuần, các đột biến gen lặn tích lũy dần và khi đủ điều kiện sẽ biểu hiện ra kiểu hình thoái hóa Do đó, việc chọn lọc và duy trì quần thể là rất cần thiết.
2.2 Chọn lọc duy trì quần thể cây tự thụ phấn
2.2.1 Dùng phương pháp chọn lọc hỗn hợp
Nếu quần thể có khả năng chọn lọc hỗn hợp âm tính, tức là loại bỏ những cá thể không đạt yêu cầu, thì việc thu hoạch những cây còn lại để làm giống sẽ trở nên hiệu quả Quá trình này có thể thực hiện qua một vụ hoặc nhiều vụ để tối ưu hóa chất lượng cây giống.
Khi quần thể cây trồng có sự đa dạng, việc lựa chọn cây dương tính, tức là cây đúng giống và không bị bệnh, là rất quan trọng để làm giống cho vụ sau Quá trình chọn lọc này có thể thực hiện trong một vụ hoặc kéo dài qua nhiều vụ.
2.2.2 Chọn lọc cá thể (Individual Selection)
Chọn lọc cá thể ưu tú rồi nhân lên thành dòng và giống
2.2.3 Chọn lọc phả hệ (Pedigree)
SẢN XUẤT GIỐNG VÀ KỸ THUẬT SẢN XUẤT HẠT GIỐNG
6 1 KHÁI NIỆM VỀ SẢN XUẤT GIỐNG
Sản xuất giống là tạo và thu hoạch hạt hay cây con từ những thực liệu thực vật nhằm mục đích phân phối, cất trữ và kinh doanh
6 2 VAI TRÒ CỦA SẢN XUẤT GIỐNG
Bảo tồn kiểu gen hiện có, bao gồm các giống địa phương như cây ăn quả, lúa và ngô, là rất quan trọng trong việc duy trì sự đa dạng sinh học Những giống này không chỉ phục vụ nhu cầu sản xuất giống mà còn đáp ứng các mục tiêu phát triển bền vững của con người Việc bảo tồn và phát triển kiểu gen mới cũng cần được chú trọng để đảm bảo nguồn thực phẩm an toàn và phong phú cho tương lai.
Kiểu gen mới tạo ra là những giống cây trồng mới được tạo ra bằng những phương pháp khác nhau
Sản xuất giống dựa trên những tính trạng và đặc điểm của giống
Duy trì kiểu gen nguyên bản, bao gồm cả kiểu gen mới, là rất quan trọng để loại bỏ các biến dị và những dạng khác không mong muốn, nhằm đảm bảo tính thuần khiết của quần thể giống.
Phục tráng giống là quá trình khôi phục giống cây trồng về trạng thái nguyên bản sau khi trải qua nhiều lần nhân giống không chọn lọc, dẫn đến hiện tượng thoái hoá giống Phương pháp này sử dụng kỹ thuật chọn lọc để đảm bảo giống cây trở lại đúng với đặc tính ban đầu của nó.
3 NHỮNG BIỂU HIỆN VÀ NGUYÊN NHÂN GÂY THOÁI HÓA GIỐNG 3.1 Những biểu hiện của sự thoái hoá
Sau một thời gian gieo trồng, chúng tôi nhận thấy sự khác biệt rõ rệt so với nguyên bản về hình thái, năng suất, chất lượng sản phẩm và khả năng chống chịu với các yếu tố xấu.
Những biến đổi xấu đi của giống cây trồng trên các tính trạng khác nhau sau một số lần gieo trồng gọi là hiện tượng thoái hoá giống
3.2 Nguyên nhân thoái hoá giống
- Điều kiện gieo trồng không phù hợp
4 KHÁI NIỆM VÀ CÁC CẤP HẠT GIỐNG
Dòng (line) là một tập hợp nhỏ gồm các cây phát sinh từ một bông hoa hoặc hạt, được nhân giống theo quy trình quy định cho từng giống và loài cây trồng cụ thể.
Gia đình là một quần thể xuất phát từ một dòng giống, bao gồm các gia đình được nhân giống theo tiêu chuẩn giống hỗn hợp và giống nhiều dòng.
Hạt giống tác giả (Breeder’s seed) là loại hạt giống được cung cấp bởi tác giả, đảm bảo độ thuần di truyền cao và chất lượng tốt, kèm theo chứng chỉ kiểm nghiệm.
Hạt siêu nguyên chủng (Pre-basic seed) là loại hạt giống phục tráng được sản xuất từ các thế hệ trước nguyên chủng (G1, G2 hoặc G3) và phải đạt tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc gia.
Hạt nguyên chủng (Foundation seed, Basic seed) là loại hạt được nhân từ hạt tác giả hoặc hạt siêu nguyên chủng, tuân thủ quy trình kỹ thuật của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Loại hạt này phải đạt tiêu chuẩn hạt nguyên chủng theo quy định của Việt Nam hoặc tiêu chuẩn ngành.
Hạt xác nhận là hạt được nhân lên từ lô hạt nguyên chủng theo quy trình kỹ thuật quy định của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Hạt này phải đạt tiêu chuẩn hạt xác nhận theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc tiêu chuẩn ngành.
Hạt lai F1 là hạt giống được sản xuất từ các tổ hợp lai giữa các dòng bố mẹ đã được công nhận, đảm bảo tuân thủ quy trình sản xuất và đạt tiêu chuẩn phẩm cấp theo quy định của Việt Nam hoặc tiêu chuẩn ngành.
Hình 6.1 Các cấp hạt giống
5 SẢN XUẤT HẠT GIỐNG Ở CÂY TỰ THỤ PHẤN 5.1 Sản xuất hạt giống thuần ở cây tự thụ phấn
5.1.1 Sản xuất duy trì hạt giống tác giả hoặc hạt giống siêu nguyên chủng
Để duy trì cấp hạt giống cho những giống mới được chọn tạo hoặc phục tráng, cần áp dụng phương pháp hiệu quả nhằm đảm bảo độ thuần di truyền và giá trị sử dụng Việc này không chỉ giúp cung cấp đủ số lượng hạt giống cho sản xuất nguyên chủng mà còn góp phần vào sự phát triển bền vững của ngành nông nghiệp.
Hình 6.2: Sản xuất hạt duy trì
* Những kỹ thuật cơ bản
- Vụ 1: Gieo trồng vườn vật liệu duy trì
Chọn đất tốt thuận lợi tưới tiêu, cách ly theo quy định đối với mỗi loài cây trồng Gieo trồng 1 cây, 1 hạt trên khóm
Mật độ thưa và áp dụng kỹ thuật tối ưu là yếu tố quan trọng trong nông nghiệp Việc chọn lọc những cá thể tốt nhất, đảm bảo sạch bệnh, khỏe mạnh và đúng giống sẽ giúp nâng cao chất lượng cây trồng Sau khi thu hoạch, cần phơi riêng những cá thể này để chuẩn bị gieo trồng cho vụ sau.
- Vụ 2: Đánh giá và chọn dòng Mỗi cá thể thu được ở vụ 1 gieo thành một hàng hay một ô nhỏ gọi là một dòng
Kỹ thuật gieo trồng như vụ 1, các dòng cách nhau 30 - 40 cm để thuận tiện cho theo dõi, đánh giá
Theo dõi 30 cá thể cho mỗi dòng về các tính trạng quan trọng, đồng thời loại bỏ những cây bị sâu bệnh Sử dụng chỉ số chọn lọc để đánh giá độ thuần của các tính trạng.
Chọn lựa những giống cây tốt nhất với độ thuần cao và đúng tiêu chuẩn là rất quan trọng Hỗn hợp hạt từ các giống đã được chọn tạo sẽ tạo ra lô hạt chất lượng, bao gồm cả lô hạt tác giả và lô hạt siêu nguyên chủng mới.
