Giống cây trồng * Khái niệm về giống “Giống là một nhóm cây trồng, có đặc điểm kinh tế, sinh học và các tính trạng hình thái giống nhau, cho nĕng suất cao, chất lượng tốt ở các vùng sinh
KHÁI QUÁT VỀ CÔNG TÁC GIỐNG CÂY TRỒNG
Chọn giống cây trồng và lịch sử phát triển
1.1.1 Thời kỳ chọn giống giản đơn
Con người đã bắt đầu công việc chọn giống từ thời kỳ chuyển từ săn bắn hái lượm sang trồng trọt và chăn nuôi Mặc dù không có mục tiêu rõ ràng, nhưng mong muốn đạt năng suất cao và phẩm chất tốt đã thúc đẩy việc chọn lựa các cá thể tốt nhất và những trái, hạt ngon nhất để làm giống cho vụ sau Giai đoạn chọn giống này kéo dài hàng ngàn năm và hoàn toàn do người sản xuất tự đảm nhận.
Khoa khảo cổ học đã phát hiện dấu tích của một số giống cây trồng trong các hang động người cổ cách đây khoảng 10.000 năm Từ khoảng 2.000 năm trước Công nguyên, các tài liệu cổ của Hy Lạp, La Mã và Trung Quốc đã ghi nhận cách chọn giống cây trồng Khái niệm về sự khác biệt giữa các giống cây ngày càng được làm rõ Mặc dù quá trình chọn giống ban đầu diễn ra chậm, nhưng kết quả đạt được là rất đáng kể nhờ vào sự tích lũy qua hàng ngàn năm, dẫn đến sự hình thành các giống cây trồng quý giá từ những loại cây hoang dã có giá trị kinh tế thấp.
1.1.2 Thời kỳ ra đời và hoạt động của các trung tâm
Cuối thế kỷ XVIII, lĩnh vực chọn giống chứng kiến những chuyển biến lớn do sự phát triển mạnh mẽ của chủ nghĩa tư bản ở Tây Âu, ảnh hưởng lớn đến nông nghiệp Sự ra đời của các trung tâm dân cư và công nghiệp đã làm tăng nhanh nhu cầu lương thực và nguyên liệu cho công nghiệp, thúc đẩy nông nghiệp tiến lên giai đoạn mới với quy mô rộng lớn trong chọn giống gia súc và cây trồng Các thành tựu trong thực vật học, phân loại thực vật và kỹ thuật hiển vi cũng đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển của khoa học chọn giống Trong giai đoạn này, các nhà chọn giống phương Tây đã đạt được nhiều kết quả trong việc chọn giống lúa và các loại cây trồng khác, đồng thời chỉ ra ý nghĩa và kỹ thuật tuyển chọn Bên cạnh phương thức chọn giống dân gian, công việc chọn giống và sản xuất giống còn được đảm nhận bởi các nhà chọn giống chuyên nghiệp.
Năm 1774, Trung tâm chọn giống “Vibnorin” được thành lập gần Paris, đóng góp quan trọng vào sự phát triển khoa học chọn giống Trung tâm này lần đầu tiên tiến hành đánh giá hệ thống các cây tuyển chọn từ các tổ hợp lai lúa mì qua nhiều thế hệ Đặc biệt, Vibnorin đã thành công trong việc chọn giống củ cải đường, tạo ra giống có hàm lượng đường cao gần gấp ba lần giống hoang dại Tuy nhiên, sự phát triển trong lĩnh vực chọn giống vẫn còn chậm do thiếu cơ sở lý luận vững chắc.
1.2 Lịch sử phát triển của khoa chọn giống
Học thuyết Darwin, ra đời vào nửa cuối thế kỷ XIX, đã ảnh hưởng sâu sắc đến sự phát triển của khoa học chọn giống Ông đã tổng hợp kinh nghiệm và kết quả của các nhà chọn giống gia súc và cây trồng, đặc biệt qua tác phẩm "Sự thay đổi của động vật và thực vật trong điều kiện nuôi trồng", nơi ông khẳng định rằng chọn lọc là một nghệ thuật Thuyết tiến hóa sinh vật của Darwin đã trở thành nền tảng khoa học cho chọn giống, bởi vì bản chất của chọn giống là thúc đẩy quá trình tiến hóa của cây trồng và gia súc dưới tác động của con người theo hướng có lợi.
Ba đường hướng chính của sự tiến hóa sinh vật bao gồm: biến dị di truyền do gen, lai khác loài và đa bội hóa Những yếu tố này đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển các loài sinh vật, góp phần vào sự đa dạng sinh học trên Trái Đất Biến dị di truyền giúp tạo ra những đặc điểm mới, trong khi lai khác loài thúc đẩy sự kết hợp gen từ các loài khác nhau Đa bội hóa, với việc nhân đôi hoặc tăng số lượng bộ gen, cũng tạo ra những biến đổi đáng kể trong quá trình tiến hóa.
Các phương pháp chọn giống không chỉ thúc đẩy nhanh quá trình tiến hóa của cây trồng mà còn tạo ra những giống mới có giá trị kinh tế cao Trung tâm chọn giống Svalop ở Thụy Điển, thành lập năm 1886, đã áp dụng thành công phương thức tuyển chọn dòng thuần cho cây tự thụ phấn Khoa học chọn giống thực sự hình thành vào đầu thế kỷ XIX với sự ra đời của di truyền học, dẫn đến việc hoàn thiện nhanh chóng các phương pháp như lai giống, gây đột biến và đa bội hóa Mặc dù chọn giống dân gian vẫn tồn tại, nhưng vai trò của nó ngày càng thu hẹp do không đáp ứng được yêu cầu cao của sản xuất nông nghiệp hiện đại Những thành tựu của Mitsurin ở Nga và Luther Burbank ở Mỹ đã đóng góp quan trọng vào sự phát triển của khoa học chọn giống, với hàng trăm giống cây ăn trái và cây trồng mới được tạo ra Ngày nay, nghiên cứu chọn giống đã phát triển mạnh mẽ với sự hợp tác giữa các nhà khoa học từ nhiều lĩnh vực, mang lại những giống cây trồng mới có năng suất cao và đặc tính tốt trong thời gian ngắn.
Trong những năm gần đây, ngành kỹ thuật gen đã phát triển mạnh mẽ, mở ra hướng chọn giống mới bằng cách chuyển gen từ loài này sang loài khác để tạo ra giống mới Sự phát triển này hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến lớn trong nông nghiệp toàn cầu Con người đang can thiệp vào quy trình tự nhiên để tạo ra các loại cây trồng chưa từng tồn tại trong tự nhiên.
Giống và công tác giống cây trồng
Giống là nhóm cây trồng có đặc điểm kinh tế, sinh học và hình thái tương đồng, mang lại năng suất cao và chất lượng tốt trong các vùng sinh thái khác nhau, với điều kiện kỹ thuật thích hợp.
Here is a rewritten paragraph:Giống là một nhóm thực vật có chung một nguồn gốc từ một cá thể hoặc một số cá thể có đặc tính, tính trạng giống nhau, được hình thành qua quá trình chọn lọc và lai tạo để phát triển các đặc điểm mong muốn.
Giống cây trồng là một quần thể thực vật có giá trị sử dụng, được xác định bởi các tính trạng sinh lý, sinh trưởng và phát dục đồng nhất trong quần thể Sự đồng đều và ổn định của giống cây trồng là yếu tố quan trọng để đảm bảo hiệu quả trong canh tác.
Giống cây trồng là quần thể cây trồng do con người tạo ra để đáp ứng các nhu cầu cụ thể Những giống cây này phải có tính di truyền và biến dị nhất định, đi kèm với các đặc trưng về sinh học, hình thái và kinh tế Chúng cần có tính di truyền ổn định và đã được kiểm chứng thực tiễn, đảm bảo khả năng cho năng suất cao và phẩm chất tốt trong các khu vực và điều kiện canh tác nhất định.
Theo Pháp lệnh giống cây trồng số 03/2004/ L-CTN ngày 4/04/2004 định nghƿa
Giống cây trồng là một tập hợp cây trồng đồng nhất về hình thái, có giá trị kinh tế nhất định và được nhận biết qua các đặc tính do kiểu gen quy định Giống cây trồng có thể phân biệt với các quần thể khác thông qua sự biểu hiện ít nhất một đặc tính và khả năng di truyền cho thế hệ sau.
Theo FAO thì giống phải hội đủ ba điều kiện:
- Đặc thù riêng biệt (Distinct)
- Đồng nhất về: Hình thái, sinh học, kinh tế (Homogenous)
Phân loại thực vật giúp hiểu rõ sự tương đồng, khác biệt và nguồn gốc của các đơn vị phân loại, với loài là đơn vị cơ bản Các cá thể cùng loài có thể lai với nhau và sinh sản hữu thụ, nhưng sự khác biệt về đặc tính sinh học giữa các dạng thực vật trong cùng một loài không đáp ứng đủ nhu cầu sản xuất nông nghiệp Do đó, việc phân biệt chi tiết hơn về các quần thể cây trồng trong cùng một loài là cần thiết, dẫn đến khái niệm giống cây trồng Giống cây trồng được phân biệt chủ yếu qua các đặc điểm sinh học và hình thái khác nhau.
- Các đặc điểm hình thái
- Sự khác nhau về độ dài của chu kǶ sinh trưởng
- Sự khác nhau về độ dài của các giai đoạn sinh trưởng và phát triển
- Đặc điểm sinh sản và tiềm nĕng nĕng suất
- Đặc điểm của các thành phần năng suất
- Sự khác nhau về các thành phần sinh thái
- Phản ứng đối với các yếu tố khác nhau của điều kiện môi trường
- Khả năng kháng sâu hại
- Khả năng thích ứng với điều kiện canh tác nhất định
Giống cây trồng là một quần thể cây có các đặc điểm sinh học tương đồng, được phát triển để thích ứng với các điều kiện tự nhiên và sản xuất nhất định Những đặc điểm chung của giống cây trồng bao gồm khả năng sinh trưởng, năng suất, và tính kháng bệnh, giúp tối ưu hóa quá trình gieo trồng.
- Quần thể gồm một hay một số kiểu gen nhất định được xem là giống khi được gieo trồng trong sản xuất
Các cá thể cây trồng cùng giống sở hữu những đặc điểm sinh học và hình thái tương đồng Mức độ tương đồng này phụ thuộc vào phương pháp tuyển chọn được áp dụng.
Giống là một loại tư liệu sản xuất đặc biệt, khác với các loại tư liệu sản xuất thông thường, vì nó bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố ngoại cảnh như thời tiết, độ ẩm, chất lượng đất đai và kỹ thuật canh tác.
Giống cây được phát triển để phù hợp với những điều kiện tự nhiên và biện pháp canh tác cụ thể Do đó, một giống có năng suất cao ở một khu vực nhất định có thể không phù hợp khi trồng ở khu vực khác hoặc trong điều kiện canh tác khác Không tồn tại một giống cây nào có thể hoạt động hiệu quả ở mọi nơi và trong mọi điều kiện.
- Công tác giống cây trồng là tạo ra số lượng lớn cần thiết để cung cấp cho sản xuất đại trà
- Duy trì củng cố độ thuần chủng sức sống và tính trạng điển hình của giống
- Đưa giống tốt phổ biến nhanh vào sản xuất
Câu 1: Lịch sử phát triển của khoa học chọn giống chia ra làm mấy thời kỳ chính?
Vai trò của mỗi thời kỳ?
Câu 2: Giống cây trồng là gì? Mục đích của công tác giống cây trồng?
CÁC PHƯƠNG PHÁP CHỌN LỌC CƠ BẢN
Chọn lọc các tính trạng và kiểu gen tốt đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến giống cây trồng Bài giảng này trình bày các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chọn lọc, các nguyên tắc cơ bản cần tuân thủ, cùng với các phương pháp hiệu quả trong chọn giống cây trồng.
+ Trình bày được các nhân tố ảnh hưởng đến chọn lọc
+ Trình bày được các nguyên tắc của chọn lọc
+ Trình bày được phương pháp chọn giống cây trồng
Kỹ năng chọn lọc những đặc điểm có lợi của cây tự thụ phấn và giao phấn là rất quan trọng trong quá trình chọn giống Việc phân tích các đặc điểm của giống cây truyền thống và hiện đại giúp nâng cao hiệu quả sản xuất nông nghiệp Năng lực tự chủ và trách nhiệm trong việc áp dụng những phương pháp chọn giống phù hợp là yếu tố then chốt để đạt được kết quả tốt nhất.
+ Vận dụng phương pháp chọn lọc vào thực tế sản xuất
+ Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, ham học hỏi
1 Cơ sở lí luận về chọn lọc
1.1 .Khái niệm về chọn lọc
1.2 Vai trò của chọn lọc
- Chọn lọc tự nhiên có vai trò làm tăng sức sống và tăng khả năng sinh sản của những cá thể có kiểu hình thích nghi
1.3 Phương thức sinh sản của cây trồng
Sự đa dạng hình thức sinh sản ở thực vật có hoa đã giúp chúng phân bố rộng rãi và chiếm ưu thế trên đất liền Trong sinh sản hữu tính, hạt phấn được gió hoặc động vật mang đến bộ phận cái của hoa để thụ tinh, tạo thành hợp tử và phát triển thành phôi bên trong hột Ngoài ra, nhiều thực vật còn có khả năng tự nhân giống mà không cần thụ phấn hay thụ tinh, được gọi là sinh sản vô tính.
Quá trình tái sinh ở thực vật là sự hình thành một cơ thể mới hoàn chỉnh từ bất kỳ phần nào của cây "mẹ" Hiện tượng này phổ biến trong thế giới thực vật và bao gồm cả sự phân đôi ở các cơ thể đơn bào, được coi là hình thức sinh sản sinh dưỡng.
Trong sinh sản sinh dưỡng, cây mẹ truyền lại đầy đủ đặc tính cho thế hệ con cái, trong khi cây con sinh ra từ hạt thường có sự biến đổi và có thể mất đi nhiều đặc tính quý giá Do đó, sinh sản sinh dưỡng được áp dụng rộng rãi trong nông nghiệp, đặc biệt trong trồng cây ăn quả và hoa, giúp tạo ra cây mới nhanh chóng và duy trì phẩm chất của cây.
* Các hình thức sinh sản sinh dưỡng trong tự nhiên
+ Bằng sự chia cắt cơ quan dinh dưỡng mẹ:
Hình thức sinh sản vô tính phổ biến ở thực vật bậc thấp như tảo, ví dụ như tảo đơn bào Chlamydomonas phân chia thành nhiều tế bào, trong khi tảo đa bào như Oscillatoria sinh sản bằng tảo đoạn Ở thực vật có hoa, hình thức này rất đa dạng và đôi khi quan trọng hơn so với sinh sản bằng hạt Cây gỗ, cây bụi và cây thân cỏ có khả năng sinh rễ và đâm chồi từ các cành nằm sát mặt đất, thân ngầm, hành và các chồi phụ trong quá trình sinh sản sinh dưỡng.
Thân bò là một kiểu sinh trưởng đặc biệt, nơi các mắt thân tiếp xúc với đất sẽ phát triển thành rễ bất định, trong khi chồi nách hình thành nhánh thẳng đứng Dù lóng của thân bò có thể chết hoặc bị cắt, chồi mới vẫn có khả năng sống độc lập Hiện tượng này thường thấy ở các loại thực vật như rau má, rau dệu, và cỏ lá gừng, nơi chúng đâm rễ và phát triển mạnh mẽ Qua thời gian, phần già ở giữa có thể chết đi, nhưng lại tạo điều kiện cho nhiều cây con phát triển Nhiều loài thực vật như cỏ thủy sinh, cỏ kim ngư và lục bình cũng có khả năng sống sót dù bị đứt đoạn và sau đó mọc rễ.
Một số hình thức sinh sản sinh dưỡng tự nhiên ở thực vật
Ngó hay nhánh dài ở nhiều thân cây có thể mọc có hoặc không có lá, bò trên mặt đất bằng những lóng dài Trên thân này, nhiều lóng ngắn với mắt (đốt) mọc rễ và chồi nách, tạo thành cây thẳng đứng Nhánh đặc biệt này được gọi là ngó, thường gặp ở các loại cây như húng lũi (Mentha aquatica var crispa), lá lốt (Piper lolot), họ Sen (Nymphaeaceae) và cát đằng (Thunbergia grandiflora) Ngoài ra, nhánh dài cũng có thể là nhánh ngầm, gọi là drageons, thường thấy ở cỏ ống và cỏ cựa gà (Panicum repens), nơi chúng sinh ra nhiều nhánh ngầm và thân mới rất nhanh chóng Rau giấp cá (Houttuynia cordata) cũng phát triển mạnh mẽ nhờ drageons.
Cỏ chỉ (Cynodon dactylon) có khả năng phát triển nhanh chóng khi gặp đất tốt, với mỗi nhánh ngắn có thể nảy sinh nhiều chồi nách và chồi bất định từ các mắt Khi tiếp xúc với đất, mỗi mắt của nhánh có thể tạo ra nhiều thân cây mới, góp phần vào sự phát triển mạnh mẽ của loại cỏ này.
* Sinh sản bằng các cơ quan đặc biệt
Thân rễ và căn hành thường xuất hiện ở các loại cỏ đa niên, nơi mà rễ mọc từ thân ngầm và mang các vẩy lá tại các mắt Tại những vị trí này, các mầm chồi sẽ phát triển cùng với rễ để hình thành cây con mới Một số ví dụ điển hình bao gồm cỏ tranh (Imperata cylindrica), cỏ gà (Cynodon dactylon), cùng với các cây thuộc họ Củ dong (Marantaceae) và họ Gừng (Zingiberaceae).
Củ và củ có nhánh ngầm phát triển nhanh chóng sau khi tách khỏi thân mẹ, giống như các loại cây cỏ cú (Cyperus rotundus), huỳnh tinh (Maranta esculenta), năng (Eleocharis tuberosa), khoai tây, khoai ngọt và khoai từ (Dioscorea).
Hành là phương thức sinh sản của các loại cây thân cỏ một năm, trong đó từ các kẽ vảy mọng nước của thân sẽ phát triển thành hành con Phương thức này thường thấy ở họ Hành (Liliaceae) và họ Thủy tiên (Amaryllidaceae).
Miên hành là một nhánh ngắn chứa nhiều chất dinh dưỡng, được bao bọc bởi các vảy (lá) Khi điều kiện thời tiết thuận lợi, chúng có khả năng phát triển thành cây mới, như ở các loài Utricularia và Myriophyllum.
- Chồi rễ/chồi thân khi cá thể mới phát triển từ chồi phụ trên rễ hoặc ở gốc thân
Ví dụ cây con sẽ mọc từ gốc cây mía để cho mùa sau Hình thức nầy phổ biến ở thực vật
- Truyền thể hay cầu hành hoặc tép, là những nhánh ngắn mà lá phù to thành củ
Cầu hành có thể mọc ở:
+ Nách lá: tỏi với mỗi tép tỏi là một cầu hành, rau trai (Commelina) cũng tương tự
Trên lá của một số loại cây như trường sinh (Kalanchoe), thuốc bỏng (Bryophyllum calicinum), thu hải đường (Begonia) và liên đài (Cotyledon glauca) có sự xuất hiện của truyền thể, thường nằm trên bề mặt lá hoặc ở kẽ các răng lá.
TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT
Nguồn gen thực vật và các trung tâm phát sinh cây trồng
1.1.1.1 Khái niệm nguồn gen thực vật
Nguồn gen thực vật là tổng hợp toàn bộ gen trong hệ thực vật, đóng vai trò quan trọng trong việc cải tiến và phát triển giống cây trồng mới Nguồn gen này bao gồm các loài hoang dại, họ hàng hoang dại, giống bản địa, giống địa phương, giống cải tiến và giống nhập nội.
1.1.1.2 Đa dạng sinh học Đa dạng sinh học (Biodiversity), theo Công ước Đa dạng sinh học năm 1992,
Đa dạng sinh học là sự phong phú của các cơ thể sống trong các hệ sinh thái trên cạn, dưới nước và biển Nó bao gồm đa dạng di truyền (đa dạng gen), đa dạng loài và đa dạng sinh thái, phản ánh sự đa dạng giữa các loài và hệ sinh thái mà chúng tạo ra.
1.1.1.3 Đa dạng di truyền (Genetic diversity)
Đa dạng di truyền là sự phong phú của các biến dị trong cấu trúc di truyền của cá thể trong loài hoặc giữa các loài, cũng như sự biến đổi di truyền trong các quần thể (Công ước đa dạng sinh học, 1992)
Đa dạng di truyền đề cập đến sự hiện diện của nhiều gen trong một loài, với mỗi cá thể trong loài mang một tổ hợp gen đặc thù Điều này dẫn đến sự hình thành các quần thể khác nhau, mỗi quần thể sở hữu tổ hợp di truyền riêng biệt.
1.1.1.4 Đa dạng loài Đa dạng loài là sự phong phú các loài được tìm thấy trong các hệ sinh thái tại một vùng lãnh thổ xác định thông qua điều tra, kiểm kê Đa dạng loài thể hiện bằng số lượng loài khác nhau sinh sống trong một khu vực nhất định (rừng mưa, rừng ngập mặn, rừng nhiệt đới)
Hiện nay, vùng nhiệt đới, đặc biệt là Đông Nam Á và sông Amazôn, là nơi thể hiện sự đa dạng loài phong phú nhất trên thế giới Theo nghiên cứu của Walters và Hamilton (1993), có hơn 90.000 loài đã được xác định ở khu vực nhiệt đới, trong khi đó, sự đa dạng này ở vùng ôn đới Bắc lại thấp hơn nhiều.
Mỹ và Âu - Á chỉ xác định được 50.000 loài
1.1.1.5 Đa dạng hệ sinh thái
Hệ sinh thái là một tập hợp quần xã sinh vật, bao gồm sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ và sinh vật phân hủy, tương tác với môi trường vật lý xung quanh Trong hệ sinh thái, các sinh vật này cùng nhau tạo ra chu trình vật chất và biến đổi năng lượng, góp phần duy trì sự sống và cân bằng tự nhiên.
1.2 Các trung tâm phát sinh cây trồng
Năm 1926, N I Vavilov đã đề xuất học thuyết về nguồn gốc phát sinh cây trồng dựa trên phân tích mô hình biến dị Ông cho rằng trên thế giới có 8 trung tâm phát sinh cây trồng chính, và các trung tâm này hoàn toàn độc lập với nhau.
Hình 1.2 Trung tâm phát sinh cây trồng theo N.I.Vavilov
* Trung tâm khởi nguyên của cây trồng (Vavilop, 1920)
Trung tâm (TT) khởi nguyên Các loài cây trồng quan trọng
TT Trung Quốc Lúa miến, đậu tương, tre trúc, hoa cúc, mơ, cải, đào, cam quýt, chè
TT Ấn Độ Lúa nước, cà, dưa chuột, xoài, mía Chuối, mít, dừa, mía Lúa mì, lanh, đậu, bông, hạnh nhân
TT Indo-Malaysia Chuối, mít, dừa, mía
TT Trung Á Lúa mì, lanh, đậu, bông, hạnh nhân
TT Cận Đông Lúa mì, đại mạch, mì đen, lanh
TT Địa Trung Hải Lúa mì, đậu lupin, cỏ ba lá, lanh, ôliu, cần tây
TT Abixini (Ethiopia) Lúa mì cứng, cao lương, cà phê, hành tây
Trung Mỹ Ngô, đậu Lima, khoai lang, bí ngô, bông, đu đủ
TT Nam Mỹ Khoai tây, khoai lang, bông, sắn, đậu, cà chua
TT Braxin-Paraguay Ca cao, sắn, lạc, dừa, cao su
* Các trung tâm tài nguyên di truyền thực vật
+ Mạng lưới toàn cầu và quốc tế
- Viện NC lúa quốc tế (IRRI), Philippine
- TT Cải tiến ngô và lúa mì quốc tế (CIMMYT), Mêhicô
- Viện Nông nghiệp nhiệt đới (IITA), Nigeria
- TT Nông nghiệp quốc tế (CIAT), Colombia
- TT NC và huấn luyện NN nhiệt đới (CATIE), Costa Rica
- Ngân hàng khoai tây Đức – Hà Lan, Braunschweig, Đức
- Viện NC cây trồng quốc tế cho vùng nhiệt đới bán khô hạn (ICRISAT), Ấn Độ
- TT khoai tây quốc tế (CIP), Peru
- TT Nghiên cứu NN quốc tế vùng khô hạn (ICARDA), Syria
- TT Nghiên cứu và Phát triển rau châu Á (AVRDC), Đài Loan
+ Mạng lưới tại Việt Nam
- Viện Nghiên cứu Ngô – Đan Phượng – Hà Nội
- Viện Di truyền thực vật – Hà Nội
- Viện Nghiên cứu Rau Quả- Gia Lâm – Hà Nội
- Viện Cây lương thực – thực phẩm – Hải Dương
- Viện Nghiên cứu Bông – Nha Hố
- Viện Khoa học kỹ thuật Nông nghiệp - Trường Đại học Nông nghiệp Hà Nội
Phân loại nguồn gen thực vật
Thu nhập, nhập nội và bảo quản nguồng gen
3.1.1 Nhiệm vụ thu thập nguồn gen thực vật
Theo nghiên cứu của Frankel và Hawkes (1975), việc lựa chọn ưu tiên trong việc thu thập nguồn gen cần dựa trên mức độ xói mòn di truyền và nguy cơ tuyệt chủng của chúng tại các khu vực địa phương Điều này giúp xác định những nguồn gen cần được bảo tồn và thu thập một cách hiệu quả.
Frankel và Soulé (1981) cùng với Hawkes (1983) đã nghiên cứu sự biến dị hiện có trong quần thể và phân loại các loại nguồn tài nguyên di truyền Họ đã phân loại và thu thập các nguồn gen khác nhau để phục vụ cho việc bảo tồn và phát triển đa dạng sinh học.
- Các giống nguyên thủy của các loài cây bản địa, giống địa phương
- Loài hoang dại thân thuộc mà loài cây trồng đã tiến hóa từ loài này
- Loài hoang dại con người đang sử dụng
- Loài hoang dại có tiềm năng sử dụng
- Các giống cũ hoặc giống tiến bộ mới
– Có cán bộ chuyên môn phụ trách
– Thu thập từ gần đến xa
– Tập trung thu thập tại các trung tâm phát sinh cây trồng
– Thu thập càng rộng càng tốt
Phương pháp thu thập được chia thành hai hình thức: truyền thống và hiện đại Mặc dù có sự khác biệt, nhưng cả hai hình thức này đều có điểm chung, vì thu thập hiện đại thực chất là một phần của quá trình thu thập truyền thống.
+ Thu thập hiện đại thu thập cả những nguồn gen cần sử dụng hiện tại hoặc chưa sử dụng nhưng sẽ sử dụng trong tương lai
+ Thu thập truyền thống chỉ thu thập nguồn gen phục vụ cho nhu cầu hiện tại a) Các bước thực hiện thu thập nguồn gen thực vật
- Thành lập nhóm cán bộ thu thập nguồn gen
Nhóm chuyên gia thu thập được thành lập từ các thành viên có chuyên môn sâu trong nhiều lĩnh vực như thực vật học, di truyền, chọn giống, nông học, sinh thái học, xã hội học và dân tộc học Nhóm cần một kỹ thuật viên có khả năng sử dụng thành thạo các trang thiết bị phân tích, đo lường và bảo quản mẫu nguồn gen sau khi thu thập.
- Chuẩn bị điều kiện thu thập
Công tác chuẩn bị thu thập thông tin bao gồm việc xây dựng chương trình và đề án với mục tiêu rõ ràng, cùng với việc chuẩn bị cơ sở vật chất và tài chính Cần thiết lập phiếu thu thập thông tin (Passport data) dựa trên mẫu phiếu của IPGRI hoặc Trung tâm Tài nguyên Thực vật Việt Nam, nhằm đảm bảo thông tin thu thập có thể được chia sẻ và tham gia vào cơ sở dữ liệu quốc gia và quốc tế.
Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình thu thập, cần xây dựng một kế hoạch chi tiết bao gồm thời gian, nhân lực và hoạt động cụ thể Kế hoạch này phải được thống nhất với địa phương và người dân nhằm tạo sự phối hợp chặt chẽ trong hoạt động thu thập.
Bước này bao gồm hai giai đoạn: thu thập thông tin thứ cấp và thu thập thông tin tại hiện trường Việc thu thập thông tin thứ cấp rất quan trọng để có được dữ liệu ban đầu, đồng thời giúp tránh việc trùng lặp thông tin đã được các cơ quan khác thu thập, từ đó giảm thiểu chi phí và lãng phí Thông tin thứ cấp có thể được lấy từ các cơ quan nghiên cứu cũng như các cơ quan quản lý ở cấp trung ương, địa phương (tỉnh, huyện và xã).
Việc thu thập nguồn gen tại hiện trường cần thực hiện theo các phương pháp chuẩn và đặc thù cho từng loại nguồn gen, nhằm đảm bảo thu thập đầy đủ và chính xác cho mục tiêu của chương trình Cần thảo luận và thống nhất phương pháp thu thập cho các loại nguồn gen như nguồn gen hoang dã, họ hàng hoang dã, cây lấy hạt, cây có củ và bộ phận sinh dưỡng.
• Sau khi thu thập tiến hành điều chỉnh và hoàn chỉnh thông tin để vào cơ sở dự
Mẫu nguồn gen được thu thập và xử lý cẩn thận để tránh hư hỏng và nhiễm bệnh, bao gồm các phương pháp như làm khô, xử lý bằng thuốc bảo vệ thực vật và đóng gói theo tiêu chuẩn phù hợp với từng loại nguồn gen Đồng thời, việc xây dựng cơ sở dữ liệu và bảo tồn nguồn gen cũng được thực hiện để đảm bảo sự bền vững và phát triển trong tương lai.
Cơ sở dữ liệu đóng vai trò quan trọng trong việc bảo tồn và chia sẻ thông tin về nguồn gen cả trong nước và quốc tế Hiện nay, đã có các cơ sở dữ liệu chung phục vụ cho quốc gia và quốc tế, cho phép thu thập, lưu giữ và chia sẻ thông tin một cách trực tiếp Hình thức tổ chức thu thập nguồn gen cần được chú trọng để nâng cao hiệu quả bảo tồn.
- Tổ chức đoàn cán bộ chuyên môn đi thu thập Ưu điểm: chính xác, đầy đủ, không bỏ sót nguồn gen
Nhược điểm: rất tốn kém (tiền của, thời gian, công sức)
Hợp tác trao đổi nguồn gen giữa các quốc gia và các trung tâm quỹ gen mang lại nhiều lợi ích, bao gồm việc tiết kiệm chi phí và thu được nguồn gen phong phú.
Nhược điểm: gây xói mòn nguồn gen địa phương và phức tạp trong công tác kiểm dịch
Hợp đồng giữa các cơ quan nhà nước và các địa phương trong việc thu thập thông tin mang lại nhiều ưu điểm như tính thuận lợi, chi phí thấp, khả năng thực hiện thường xuyên và hiệu quả Tuy nhiên, nhược điểm lớn là thiếu sự tham gia của các chuyên gia sâu, dẫn đến nguy cơ bỏ sót nguồn gen quan trọng.
- Tham gia mạng lưới thu thập đánh giá nguồn gen quốc tế Ưu điểm: rất thuận lợi
- Ghi rõ tên giống, tên loài, tên địa phương, tên la tinh
- Ghi rõ đặc tính nông sinh học, năng suất, điều kiện sinh thái nơi thu thập
- Ghi rõ chức vụ, chuyên môn của người thu thập, nơi thu thập
- Tuân theo quy định kiểm dịch c) Phương pháp lấy mẫu
Chiến lược lấy mẫu phụ thuộc vào loại cây trồng, bao gồm cây tự thụ phấn, giao phấn và sinh sản vô tính, cũng như khả năng trao đổi gen giữa các quần thể Mục đích của việc thu thập đa dạng di truyền tại khu vực đóng vai trò quan trọng trong việc xác định phương pháp lấy mẫu Các nguyên lý chọn điểm và số lượng mẫu liên quan đến đa dạng di truyền đã được thảo luận bởi Marshall và Brown (1975), Hawkes (1980), và Chang (1985), tuy nhiên, việc áp dụng phương pháp này phụ thuộc nhiều vào cách tiếp cận cụ thể.
- Để lấy mẫu thu thập tự nhiên chung và ngẫu nhiên theo khoảng thời gian xác định trước là thỏa mãn cho sự chính xác của lấy mẫu
Khoảng thời gian có thể thay đổi đáng kể nếu điều kiện sinh thái, thổ nhưỡng và môi trường đồng nhất Ngược lại, những điểm nhỏ trong một khu vực có thể biến đổi nhanh chóng theo độ cao, địa hình, loại đất, kỹ thuật canh tác và sự đa dạng sinh thái Theo Chang (1985), việc thu thập dữ liệu nên được thực hiện tại những vị trí thích hợp, đặc biệt là ở những khu vực giao thoa giữa thổ nhưỡng, sinh thái và môi trường sống tự nhiên.
Phương pháp lấy mẫu hỗn hợp tại một điểm được thực hiện bằng cách thu hoạch ngẫu nhiên các bông và quả với số lượng đồng nhất trên một cây, nhưng tại nhiều vị trí khác nhau trên cây đó.
- Đường đi lấy mẫu trên ruộng: cán bộ thu thập đi ngang qua điểm hoặc ruộng 2 lần theo hình chéo hoặc zigzag và tránh lấy mẫu quanh đường biên
LAI TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG
LAI TẠO GIỐNG CÂY TRỒNG Mục tiêu:
+ Trình bày được khái niệm và ý nghĩa của lai giống cây trồng
+ Hiểu được những tác động di truyền khi lai
+ Trình bày được khái niệm lai cùng loài
+ Biết được phương pháp lai giống cây trồng
Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Vận dụng phương pháp lai để áp dụng cho từng loại cây trồng trong thực tế
1 Khái niệm và ý nghĩa của lai giống
Lai là quá trình giao phối giữa hai dạng cha mẹ khác nhau, trong đó cây cha cung cấp phấn hoa (ký hiệu O) và cây mẹ nhận phấn hoa (ký hiệu X) Trong công thức lai, cây mẹ thường được viết trước bên trái và cây cha ở bên phải dấu nhân Các dạng cha mẹ được ký hiệu chung là "P", trong khi con lai được ký hiệu bằng "F" kèm theo số thể hiện thế hệ, như F1, F2, F3, v.v.
Mặc dù quá trình lai giống chỉ chiếm một phần nhỏ thời gian trong chọn giống, nhưng nó mang lại ý nghĩa to lớn Lai giống vẫn là phương pháp chính để đạt được những thành tựu quan trọng trong chọn giống, cho phép tạo ra nhiều dạng hình mới chưa từng có trong tự nhiên Do đó, lai giống không chỉ thúc đẩy quá trình tiến hóa của sinh vật mà còn đặc biệt quan trọng đối với cây trồng So với các phương pháp khác, lai giống là biện pháp chủ động hơn trong việc tạo ra những dạng hình mới có định hướng.
Tạo nguồn thực vật mới cho chọn giống
Hiệu quả của các phương pháp chọn giống gắn liền với đặc điểm của nguồn vật liệu khởi đầu, vốn gen của quần thể ban đầu xác định giới hạn của kết quả chọn lọc Tuy nhiên, lai giống cho phép tái tổ hợp gen, mở rộng khả năng sáng tạo ra giống mới gần như vô hạn nếu chọn đúng các kiểu gen thích hợp Hai mục tiêu chính yếu của lai trong chọn giống là tạo nguồn vật liệu mới và sản xuất ra hạt giống lai F1, ứng dụng ưu thế lai Lai giống là cơ sở để áp dụng có hiệu quả những thành tựu mà những phương pháp khác tạo ra được, ngay cả trong trường hợp người ta đã tạo ra được những đột biến có lợi bằng các tác nhân lý hay hóa học.
* Sản xuất hạt lai F1 nhằm ứng dụng ưu thế lai
Việc ứng dụng ưu thế lai của hạt giống lai F1 đang ngày càng mở rộng trong sản xuất nông nghiệp nhờ vào hiệu quả kinh tế cao mà nó mang lại Trước đây, ưu thế lai chủ yếu được áp dụng cho các loài cây thụ phấn chéo như bắp, dưa hấu, dưa leo và củ cải đường Tuy nhiên, trong những năm gần đây, phạm vi ứng dụng đã được mở rộng sang các cây có tỉ lệ thụ phấn cao như cao lương, cà chua và thuốc lá Đồng thời, nghiên cứu và ứng dụng giống lai F1 cũng đang được đẩy mạnh đối với các loại lúa nước và lúa mì.
2.1 Vai trò của việc chọn bố mẹ trong lai
Lai giống là quá trình phức tạp tạo ra các dạng mới dựa trên sự phát triển của kiểu gen trong môi trường Việc chọn lựa bố mẹ phù hợp là yếu tố quyết định thành công trong chọn tạo giống, đây là công việc khó khăn và phức tạp nhất Lựa chọn đúng bố mẹ không chỉ đáp ứng yêu cầu mà còn tạo ra biến dị tổ hợp mong muốn, từ đó đảm bảo cho việc chọn lọc thành công.
2.2.1 Lai một lần a) Lai đơn giản:
Phương pháp lai đơn là một kỹ thuật lai tạo chỉ tham gia của một bố và một mẹ, được thực hiện một lần và được ứng dụng rộng rãi vì cho phép nghiên cứu tỉ mỉ các tính trạng của bố và mẹ Trong phương pháp này, người ta tiến hành lai giữa hai bố mẹ có các tính trạng bổ sung, có thể là giữa hai giống cùng loài hoặc khác loài Bằng cách ký hiệu các dạng bố mẹ, người ta có thể dễ dàng theo dõi và phân tích kết quả của phép lai.
A, B, C, D, E, F thì công thức của lai đơn giản có các truờng hợp nhu sau:
(1) Nếu chỉ có một bố và một mẹ thì công thức lai là: A x B; C x D
(2) Nếu một giống làm mẹ các giống khác làm bố thì công thức lai là: A x (B+C+D+E+ )
(3) Nếu cho thụ phấn tự do các giống với nhau thì công thức lai là (A x B x C x D x E x )
Các công thức (2) và (3) thường được sử dụng để tạo ra quần thể mới trong cây giao phấn, cũng như tổng hợp nhiều tính trạng từ các giống khác nhau vào tổ hợp lai Điều này giúp hình thành quần thể lai với nền di truyền phong phú, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình chọn lọc Lai thuận nghịch cũng là một phương pháp quan trọng trong nghiên cứu di truyền.
Khi lai thuận nghịch thì mỗi dạng trong phép lai đều đuợc làm bố và làm mẹ
Khi xét về di truyền nhân, kết quả của lai thuận và lai nghịch là tương đương, trong khi di truyền tế bào chất lại cho kết quả khác biệt Mục tiêu của lai thuận nghịch là xác định dạng cây nào làm mẹ và dạng nào làm bố để tạo ra cây lai tốt nhất Phép lai này đặc biệt quan trọng trong trường hợp lai xa, giúp tối ưu hóa kết quả giữa lai thuận và lai nghịch.
Trong việc chọn tạo giống, phương pháp lai thuận nghịch được áp dụng trong hai trường hợp chính: Thứ nhất, khi tính di truyền của một đặc điểm liên quan đến tế bào chất; Thứ hai, khi khả năng kết hạt phụ thuộc vào cây mẹ được chọn trong cặp.
Hình: Sơ đồ lai thuận nghịch c) Lai đỉnh (Top cross):
Lai đỉnh là phương pháp quan trọng để xác định khả năng kết hợp chung của các dòng, giống cây trồng, giúp loại bỏ những dòng, giống không có khả năng kết hợp tốt Các dòng, giống có khả năng thử nghiệm sẽ được sử dụng làm bố và lai với một hoặc hai mẹ, tạo thành các dạng thử (Tester) với phổ di truyền rộng Qua đó, giữa các dòng hoặc giống và Tester sẽ hình thành những cặp lai đơn, từ đó nâng cao hiệu quả trong nghiên cứu giống cây trồng.
Lai luân phiên trong đó tất cả các dòng, giống tham gia vào sơ đồ lai đều đuợc
2.2.2 Lai nhiều lần a) Lai trở lại (lai tích luỹ, Backross): Điểm đặc biệt của phuơng pháp lai trở lại là sau khi nhận đuợc cây lai F1 tiếp tục đua nó lai với bố hoặc mẹ với số lần lặp lại cần thiết
Lai trở lại với bố: A x B Lai trở lại với mẹ: A x B
Trong nghiên cứu di truyền cách lai trở lại nhằm xác định bố mẹ là đồng hợp tử hay dị hợp tử (gọi là lai phân tích)
Kỹ thuật lai trở lại thường được áp dụng để cải thiện một giống cây trồng đã có nhiều tính trạng tốt nhưng cần bổ sung thêm một số tính trạng khác Giống cần cải tiến được gọi là thể nhận, thường là giống có năng suất cao, trong khi giống dùng để bổ sung tính trạng được gọi là thể cho, thường là giống có khả năng chống chịu tốt.
Để nâng cao năng suất và khả năng chống sâu bệnh trong tạo giống, việc lai trở lại với mẹ là rất quan trọng Trong quá trình lai, cần chú ý chọn cây mẹ có những đặc điểm và tính trạng cần thiết, đảm bảo rằng các thế hệ lai mang những đặc trưng cơ bản của thành phần không được lai trở lại.
Trong chọn tạo giống cách lai trở lại đuợc sử dụng ở những truờng hợp sau:
- Khắc phục hiện tuợng bất dục ở cây lai F1 khi lai xa
Để tạo ra giống cây trồng có khả năng chống sâu bệnh và chịu đựng tốt trong điều kiện bất thuận, cần sử dụng giống mẹ có năng suất cao nhưng khả năng chống chịu kém để lai với giống bố có năng suất thấp nhưng chống chịu tốt Sau đó, tiến hành lai trở lại với giống mẹ theo sơ đồ lai đã được xác định.
Lai giữa cây trồng và cây dại nhằm mục đích cải thiện các tính trạng như khả năng chống chịu và thích ứng của cây trồng Trong quá trình lai, cần chọn cây trồng làm mẹ để đảm bảo tính trạng mong muốn được truyền lại Sau đó, thực hiện lai trở lại với cây mẹ để duy trì và phát triển những đặc điểm ưu việt.
ƯU THẾ LAI
+ Trình bày được các khái niệm của ưu thế lai, ưu thế lai khác dòng
+ Trình bày được các kiểu ưu thế lai, cơ sở di truyền ưu thế lai
+ Trình bày được một số thành tựu ứng dụng ưu thế lai
+ Biết được phương pháp sử dụng tính bất dục trong ưu thế lai
+ Biết được phương pháp duy trì ưu thế lai trong chọn giống cây trồng
Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
+ Vận dụng những ưu điểm của ưu thế lai để lai giống cây trồng cho năng suất cao
+ Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mĩ
Học xong chương này người học nắm vững được thế nào ưu thế lai, ứng dụng ưu thế lai để sản xuất hạt lai F1
1 Hiện tượng và đặc điểm ưu thế lai
1.1 Hiện tượng ưu thế lai
Khi lai giống với nhau, con lai có thể biểu hiện ba mức độ kiểu hình khác nhau so với cha mẹ: (1) tốt hơn hẳn dạng cha mẹ tốt nhất; (2) đạt mức độ trung gian giữa hai dạng cha mẹ; (3) kém hơn cả hai giống cha mẹ Mức biểu hiện ưu thế lai trung bình khác nhau giữa các loài cây trồng và phụ thuộc vào đặc điểm sinh học của từng loài Thông thường, các giống lai F1 có năng suất cao hơn khoảng 15 - 30% so với giống thường Ưu thế lai thường thể hiện rõ trong trường hợp tự lai giữa các giống hoặc dòng có kiểu gen và đặc điểm sinh thái khác biệt Đối với nhiều tính trạng số lượng có ý nghĩa kinh tế, mức biểu hiện ưu thế lai thường nằm ở mức trung gian giữa các dạng cha mẹ, do đó, sự khác biệt giữa các tính trạng này không phải lúc nào cũng mang lại lợi ích.
1.2 Đặc điểm ưu thế lai
Thế hệ thứ nhất sau bố mẹ thường thể hiện những phẩm chất vượt trội như sức sống dồi dào, khả năng sinh trưởng nhanh chóng, phát triển mạnh mẽ, kháng bệnh tốt, năng suất cao và khả năng thích nghi tốt với môi trường.
* Thuyết tính trội : (The dominance hypothesis)
Thuyết tính trội về ưu thế lai, được C.B Davenport đề xuất vào năm 1908 và được D.F Jones bổ sung năm 1917, liên kết ưu thế lai với tác động đa dạng của các gen trội Thuyết này giải thích hai loại hiệu ứng: hiệu ứng trội và hiệu ứng tương tác giữa các gen trội ở các locus khác nhau.
Hiệu ứng trội xảy ra ở dạng dị hợp tử khi gen trội lấn át tác hại của gen lặn tại cùng locus Khi cha mẹ có tính trạng xấu do gen lặn ở trạng thái đồng hợp tử, con lai dị hợp tử sẽ không biểu hiện tác hại đó nhờ gen trội Nếu cha mẹ mang nhiều gen lặn đồng hợp tử khác nhau, con lai dị hợp tử sẽ không có nhược điểm của cha mẹ, thể hiện ưu thế lai Di truyền học sinh hóa giải thích tác hại của gen lặn lên quá trình trao đổi chất qua hai tác động: trực tiếp, khi gen lặn làm mất khả năng tổng hợp enzym hoặc thay đổi cấu trúc của enzym; và gián tiếp, khi việc mất khả năng tổng hợp enzym khiến các phản ứng sinh hóa bị tê liệt, không tạo ra sản phẩm cần thiết cho trao đổi chất Ở dạng dị hợp tử, sự hiện diện của một alen trội thường đủ để cung cấp enzym cần thiết cho quá trình này.
Hiệu ứng tương tác giữa các gen trội khác locus (opistasis)
Sự tương tác giữa các gen trội ở các locus khác có thể tăng cường khả năng sinh trưởng và phát triển của cây lai Tuy nhiên, các tương tác này thường phức tạp và chưa được nghiên cứu đầy đủ Nhờ vào sự tương tác này, có thể tạo ra các con lai với những đặc tính vượt trội hơn so với cha mẹ hoặc có những đặc tính mới mà cả hai không có Mặc dù thuyết minh trội được công nhận trong việc tạo giống lai có ưu thế cao, nhưng nó không giải thích hoàn toàn các vấn đề di truyền liên quan đến ưu thế lai Cần lưu ý rằng các gen lặn không phải lúc nào cũng có hại, mà trong một số trường hợp, chúng có thể mang lại lợi ích như khả năng kháng sâu bệnh.
* Thuyết siêu trội: (The Overddominance hypothesis)
Thuyết này do G.H Shull và E.M East đề xuất đồng thời văn năm 1908
Thuyết siêu trội xem ưu thế lai là kết quả của sự tương tác giữa các alen khác nhau tại cùng một locus, cho thấy rằng kiểu gen dị hợp tử có hiệu suất tốt hơn so với đồng hợp tử, bất kể là đồng hợp trội Điều này dẫn đến việc biểu hiện ưu thế lai tăng lên khi mức độ dị hợp tử gia tăng Thuyết này còn được gọi là thuyết ưu thế lai đơn gen hay thuyết tác động tích lũy của các alen khác nhau tại cùng một locus Cơ sở lý luận của thuyết siêu trội là các alen trội và lặn tại cùng một locus thực hiện những chức năng khác nhau, do đó có sự bổ sung lẫn nhau trong quá trình sống của sinh vật Vì vậy, theo thuyết này, không thể có thể đồng hợp tử có sức sống bằng thể dị hợp tử.
Tác động bổ sung của các alen tại cùng một locus cho thấy hai alen này đảm nhiệm những chức năng di truyền khác nhau, điều khiển sự tổng hợp các enzym có tính năng khác nhau trong quá trình trao đổi chất Các enzym này bổ sung cho nhau, mang lại hiệu quả cao hơn so với khi chỉ có từng enzym riêng lẻ ở các cây đồng hợp.
Một yếu tố khác có thể góp phần vào hiện tượng ưu thế lai là sự tương tác giữa hai alen tại cùng một locus, trong đó các enzym do hai alen này sản xuất xúc tác cho cùng một quá trình sinh hóa nhưng dưới các điều kiện môi trường khác nhau Khác với các cây đồng hợp tử của cha mẹ, quá trình trao đổi chất này chỉ có thể diễn ra ở nhiệt độ cao hoặc thấp.
Trong trường hợp thứ ba của hiện tượng ưu thế lai, cây lai dị hợp tử có khả năng tổng hợp các sản phẩm quan trọng cho quá trình trao đổi chất với liều lượng tối ưu Ngược lại, các cây cha mẹ đồng hợp tử thường sản sinh ra những sản phẩm quá thừa hoặc quá thiếu, gây ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình trao đổi chất Do đó, tác hại từ các kiểu gen đồng hợp tử ở cây cha mẹ được khắc phục nhờ kiểu gen dị hợp tử ở cây lai.
Cây lai dị hợp tử có khả năng tổng hợp hợp chất mới, điều mà các cây cha mẹ đồng hợp tử không thể thực hiện.
Mặc dù thuyết siêu trội được công nhận và áp dụng hiệu quả trong chọn giống, nó vẫn chưa giải thích đầy đủ hiện tượng ưu thế lai Có thể cả hai cơ chế ưu thế lai đều tồn tại song song trong tự nhiên Nếu đúng như vậy, cả hai thuyết đều có giá trị, nhưng mỗi thuyết chỉ làm rõ một khía cạnh của vấn đề.
Thuyết cân bằng di truyền giải thích hiện tượng ưu thế lai như một tác động tổng hợp từ nhiều cơ cấu di truyền khác nhau, không thể được lý giải chỉ bằng một nguyên nhân di truyền đơn giản Khi lai các dạng cha mẹ có khả năng phối hợp cao, con lai sẽ có số gen gây hiệu quả dương tăng lên và số gen gây hiệu quả âm giảm xuống Sự thay đổi này phản ánh sự cân bằng di truyền, dẫn đến hiện tượng ưu thế lai Hiệu quả dương có thể do gen trội, siêu trội, hoặc các nguyên nhân khác chưa được xác định Thuyết này tổng hợp các lý thuyết "Tính trội" và "Siêu trội", đồng thời khắc phục những hạn chế của chúng bằng cách xem ưu thế lai là kết quả của sự tương tác giữa yếu tố di truyền và điều kiện môi trường.
2.2 Xác định mức độ ưu thế lai
Để đánh giá chính xác con lai trong mỗi giai đoạn chọn tạo giống, cần xác định mức biểu hiện ưu thế lai Việc này giúp có cách đánh giá cụ thể và hiệu quả hơn cho quá trình chọn giống.
* Các công thức tính ưu thế lai
Sinha & Khanna (1974) và Omapop (1975) đã nêu ra các công thức tính cho các dạng ưu thế lai sau đây:
Ưu thế lai giả định, hay còn gọi là ƯTL trung bình (Heterosis; H m hay HMP), là khái niệm quan trọng trong giai đoạn lai thử Con lai thể hiện sự vượt trội về các tính trạng nghiên cứu so với giá trị trung bình của các bậc phụ huynh cùng tính trạng.
2( P + P2) trong đó: H m : ưu thế lai giả định hay ưu thế lai trung bình;
F1 : số đo trung bình của tính trạng ở con lai Fi;
P b trong đó: H b (%): ưu thế lai thực;
F 1 : số đo của tính trạng ở con lai F1;
P b : số đo tính trạng ở bố hoặc mẹ cao nhất
QUÁ TRÌNH CHỌN GIỐNG, KHẢO NGHIỆM, SẢN XUẤT THỬ VÀ CÔNG NHẬN GIỐNG
QUÁ TRÌNH CHỌN GIỐNG, KHẢO NGHIỆM, SẢN XUẤT THỬ VÀ
CÔNG NHẬN GIỐNG Mục tiêu:
Sau khi hoàn thành chương này, người học sẽ nắm vững các nguyên tắc thí nghiệm đồng ruộng, các hình thức và qui mô khảo nghiệm, nội dung khảo nghiệm, cũng như tiêu chuẩn công nhận giống.
1 Trình tự các bước chọn giống và bố trí thí nghiệm
Bước 1: Chọn giống hay dòng làm bố mẹ
Bước 2: Gieo trồng để cây bố, mẹ nở hoa trùng nhau, lấy phấn của cây bố thụ cho * Tạo giống ưu thế lai
Bước 1: Thu thập vật liệu di truyền
Bước 2: Tự thụ phấn qua nhiều thế hệ để tạo dòng thuần bố mẹ
Tùy thuộc vào mục đích thí nghiệm và các điều kiện, quy mô thí nghiệm mà có những kiểu bố trí thí nghiệm phù hợp
Hình 1: Các loại thí nghiệm và kiểu bố trí thí nghiệm trong nông nghiệp
* Bố trí kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên
Các công thức thí nghiệm được phân bổ ngẫu nhiên vào các ô, đảm bảo mọi điều kiện có cơ hội như nhau Bố trí này thích hợp cho các thí nghiệm đồng nhất, chẳng hạn như trong môi trường phòng thí nghiệm.
Ví dụ thí nghiệm 1 yếu tố: Ảnh hưởng của các chất điều hòa sinh trưởng BA lên khả năng nhân nhanh chồi in vitro cây hoa đồng tiền
Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm thiết kế kiểu CRD
Ví dụ thí nghiệm 2 yếu tố: Ảnh hưởng của chất điều hòa sinh trưởng BA lên khả năng nhân nhanh chồi in vitro của 2 giống hoa đồng tiền
Hình 3: Sơ đồ thí nghiệm thiết kế kiểu CRD
(8 nghiệm thức, 2 mức yếu tố A-Giống, 4 mức yếu tố B-Chất điều hòa sinh trưởng với 3 lần lặp lại)
Bố trí kiểu khối đầy đủ ngẫu nhiên (RCBD/RCB) được áp dụng khi số công thức thí nghiệm không quá lớn và có một hướng biến động cụ thể, chẳng hạn như hướng phì nhiêu của đất, hướng di chuyển của côn trùng, hoặc độ dốc của đồng ruộng.
Thiết kế các khối có kích thước đồng nhất, mỗi khối chứa đầy đủ các công thức cho một lần lặp lại là phương pháp quan trọng trong nghiên cứu nông nghiệp Kiểu sắp xếp RCBD (Randomized Complete Block Design) thường được áp dụng để tối ưu hóa kết quả nghiên cứu.
Ví dụ: bố trí thí nghiệm khối hoàn toàn ngẫu nhiên để so sánh ảnh hưởng của mức độ bón phân đến năng suất của một giống lúa
Hình 4: Sơ đồ thí nghiệm 1yếu tố kiểu RCBD
(6 nghiệm thức, 6 mức yếu tố B-Phân bón với 4 lần lặp lại)
Trong thí nghiệm này, chúng tôi áp dụng thiết kế khối hoàn toàn ngẫu nhiên để đánh giá ảnh hưởng của mức độ bón phân đến năng suất của hai giống lúa khác nhau Mục tiêu là so sánh hiệu quả của các mức phân bón đối với năng suất lúa, từ đó rút ra những kết luận hữu ích cho việc canh tác.
Hình 5: Sơ đồ thí nghiệm 2 yếu tố kiểu RCBD
(10 nghiệm thức, 2 mức yếu tố A-Giống, 5 mức yếu tố B-Phân bón, 4 lần lặp lại)
* Bố trí kiểu ô vuông Latinh (Latin Square D.)
Trong thí nghiệm, việc sử dụng một yếu tố với hai nguồn biến động khác nhau thường được gọi là hàng và cột Mỗi hàng và mỗi cột đại diện cho một khối đầy đủ, bao gồm tất cả các nghiệm thức cần thiết cho nghiên cứu.
Ví dụ: So sánh năng suất 7 giống ớt lai được bố trí thí nghiệm theo kiểu ô vuông Latinh
Hình 6: Sơ dồ kiểu ô vuông Latinh
(7 mức yếu tố A-Giống, 7 lần lặp lại)
* Bố trí kiểu chữ nhật Latinh (Latin Rectangular Square Design)
Khi có hai nguồn biến động khác nhau trong các thí nghiệm, thường được gọi là hàng và cột, mỗi hàng và cột tạo thành một khối đầy đủ chứa tất cả các nghiệm thức sắp xếp theo hình chữ nhật Dạng bố trí này là một biến thể từ kiểu ô vuông Latinh, với số lượng ô trong thí nghiệm ít hơn so với ô vuông Latinh Trong đó, số nghiệm thức (t) chia hết cho số hàng (r), số cột bằng số hàng (c = r), và mỗi cột chính bằng t/r cột phụ.
Ví du: So sánh năng suất 9 giống lúa lai được bố trí theo kiểu chữ nhật Latinh 3x3x3
Hình 7 Sơ đồ kiểu chữ nhật Latinh 3x3x3
* Bố trí kiểu mạng lưới (Lattice Design)
Bố trí này được áp dụng cho nhiều nghiệm thức và nhiều ô mà các nghiệm thức khác không thể bố trí Đặc điểm nổi bật là hai nghiệm thức chỉ đứng cạnh nhau một lần trong một khối, cho phép so sánh các cặp đứng cạnh với cùng một độ chính xác.
+ Mạng lưới kiểu cân bằng (Balanced Lattices)
Số nghiệm thức là số chính phương, tức là số tự nhiên có căn bậc hai là một số tự nhiên Số lần lặp lại của thí nghiệm phụ thuộc vào số nghiệm thức, được tính bằng công thức t = r^2, trong đó c = r là số ô trong khối và k = r + 1 là số lần lặp lại Tuy nhiên, khi có 36 nghiệm thức và 100 nghiệm thức trở lên, không nên sử dụng mạng lưới kiểu cân bằng.
Bảng phân bố số nghiệm thức và số lần lặp lại:
Ví dụ thí nghiệm: Đánh giá năng suất 9 giống lúa mì
Hình 8 Sơ đồ bố trị mạng cân bằng 3x3
Mạng lưới kiểu cân bằng từng phần (Partially Balanced Lattices) là phương pháp hiệu quả trong việc áp dụng cho nhiều nghiệm thức với số lần lặp lại lớn Phương pháp này giúp giảm số lần lặp lại của các nghiệm thức, ví dụ, trong thí nghiệm bố trí theo mạng lưới kiểu cân bằng, 25 nghiệm thức cần 6 lần lặp lại, trong khi mạng cân bằng từng phần chỉ cần 2 lần lặp lại Thêm vào đó, phương pháp này có khả năng bố trí 36 nghiệm thức và hơn 100 nghiệm thức, điều mà mạng cân bằng không thực hiện được Mạng cân bằng từng phần bao gồm các loại mạng đơn (2 lần lặp lại), mạng ba (3 lần lặp lại), và mạng nhiều lần lặp lại.
Hình 9 Sơ đồ bố trí mạng đơn cân bằng từng phần 5x5
* Bố trí kiểu mạng lưới vuông (Lattice, Squares)
Trong mạng lưới vuông, số nghiệm thức là số chính phương, với các hàng và cột được điều chỉnh để đảm bảo rằng không có nghiệm thức nào nằm chung trong cùng một hàng hoặc cột Phương pháp này áp dụng cho các số nghiệm thức như 9, 25, 49, 81, 121 và 169 Cụ thể, số nghiệm thức được tính theo công thức t = r², trong đó số lần lặp lại k được xác định bằng (r + 1)/2.
2 nghiệm thức cùng có mặt trên một hàng hoặc một cột là λ
Ví dụ thí nghiệm: Năng suất quả/cây của 25 giống bông trong thí nghiệm bố trí mạng lưới vuông
Hình 10: Sơ đồ lưới vuông cân bằng 5x5
Bố trí kiểu lô phụ (Split-Plot Design) được áp dụng cho thí nghiệm hai yếu tố và không sử dụng cho thí nghiệm một yếu tố Phương pháp này hỗ trợ cho việc thực hiện thí nghiệm theo phương pháp khối hoàn toàn ngẫu nhiên, giúp tối ưu hóa quá trình nghiên cứu và thu thập dữ liệu.
Trong thí nghiệm hai yếu tố theo kiểu RCBD, mỗi nghiệm thức được bố trí ngẫu nhiên ở các vị trí khác nhau trong một lần lặp lại Tuy nhiên, phương pháp RCBD có thể bị ảnh hưởng bởi các yếu tố nghiên cứu từ ô bên cạnh, dẫn đến sai lệch kết quả Do đó, việc sử dụng bố trí kiểu lô phụ là cần thiết, trong đó một trong hai yếu tố sẽ được xem là yếu tố phụ và bố trí thành các lô chính, trong khi yếu tố còn lại sẽ được coi là yếu tố chính và bố trí thành các lô phụ.
Trong nghiên cứu ảnh hưởng của 5 mức độ bón phân đạm đến 3 giống lúa, phân đạm được xem là yếu tố phụ và được bố trí thành lô chính, trong khi giống lúa là yếu tố chính và được bố trí thành lô phụ, theo thí nghiệm ở hình 5.
Hình 11 Sơ đồ thí nghiệm kiểu lô phụ 5x3
(5 mức yếu tố A-Phân bón đạm (lô chính), 3 mức yếu tố B-Giống (lô phụ), 3 lần lặp lại)
Trong kiểu bố trí này, thứ tự các ô phụ (B1-B3) trong lô chính (A1-A5) thay đổi nên loại trừ được khác biệt giữa các lô chính
Bố trí kiểu lô sọc/lô ngang (Strip – Plot Design) là một phương pháp thí nghiệm hai yếu tố, mang lại độ chính xác cao hơn so với bố trí kiểu lô phụ Với kiểu bố trí này, thứ tự các ô trong lô dọc và lô ngang được giữ nguyên, giúp loại trừ sự khác biệt giữa các lô chính và lô phụ.
Ví dụ: Nghiên cứu ảnh hưởng 5 mức độ bón phân đạm đến 3 giống lúa kiểu lô sọc/lô ngang
Hình 12 Sơ đồ kiểu lô sọc 5x3
(5 mức yếu tố A-Phân bón đạm, 3 mức yếu tố B-Giống, 3 lần lặp lại)
SẢN XUẤT GIỐNG CÂY TRỒNG
SẢN XUẤT GIỐNG CÂY TRỒNG Mục tiêu:
- Cung cấp những khái niệm về các cấp hạt giống
Nguyên lý cơ bản trong sản xuất hạt giống thuần và hạt giống ưu thế lai được áp dụng cho ba nhóm cây chính: cây tự thụ phấn, cây giao phân và cây sinh sản vô tính Việc hiểu rõ đặc điểm và phương pháp sản xuất của từng nhóm cây sẽ giúp nâng cao chất lượng hạt giống và tối ưu hóa năng suất cây trồng.
- Trình bày những nguyên lý và kỹ thuật cơ bản kiểm nghiệm cấp chứng chỉ hạt giống
1 Yêu cầu của sản xuất đối hạt giống
1.1 Tầm quan trọng của chất lượng hạt giống và nhiệm vụ
Chất lượng hạt giống đóng vai trò quyết định trong việc nâng cao năng suất và chất lượng cây trồng Hạt giống khỏe mạnh không chỉ giúp tăng năng suất nông sản mà còn cải thiện chất lượng, tăng vụ mùa và thay đổi cơ cấu cây trồng hiệu quả.
Giống tốt là nền tảng quan trọng của ngành nông, lâm nghiệp, và việc chọn tạo giống mới đòi hỏi sự đầu tư lâu dài về tài chính, kiến thức chuyên môn và kỹ thuật Để giống mới phát huy hiệu quả, hạt giống phải được sản xuất và cung cấp chất lượng cao đến tay người nông dân Sản xuất hạt giống chất lượng yêu cầu độ thuần loài và giống cao, khả năng nảy mầm mạnh, kích thước đồng nhất, không có cỏ dại và bệnh truyền qua hạt Duy trì độ thuần di truyền của hạt là rất quan trọng, giúp người trồng tận dụng tối đa lợi ích từ giống mới Do đó, quá trình sản xuất giống cần được thực hiện dưới sự giám sát chặt chẽ và trong điều kiện tiêu chuẩn hoá tốt.
Nhiệm vụ của sản xuất giống là:
+ Đưa giống mới công nhận vào sản xuất và cung cấp đủ hạt giống của các giống đã được phổ biến
+ Duy trì độ thuần di truyền của giống của giống
+ Duy trì sức sản xuất của giống
1.2 Yêu cầu của sản xuất đối với chất lượng hạt giống
Đối với lô hạt giống, cần thu hái từ nguồn giống được công nhận và còn trong thời hạn sử dụng Chất lượng hạt giống phải đảm bảo theo tiêu chuẩn quốc gia quy định tại Phụ lục I của Nghị định này.
- Đối với cây giống trong bình mô: Phải sản xuất từ giống được công nhận, đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn quốc gia về cây mầm mô
Đối với hom giống, cành ghép và mắt ghép, cần phải lấy từ vườn cây đầu dòng đã được công nhận và còn trong thời hạn sử dụng Điều này nhằm đảm bảo chất lượng theo tiêu chuẩn quốc gia về hom giống, cành ghép và mắt ghép.
Lô cây giống phải được sản xuất từ cây trong bình mô hoặc giống thu hái từ nguồn giống đã được công nhận, còn thời hạn sử dụng Điều này đảm bảo chất lượng cây giống theo tiêu chuẩn quốc gia.
Giống cây trồng lâm nghiệp quản lý chất lượng theo tiêu chuẩn cơ sở khi chưa có tiêu chuẩn quốc gia
2.1 Hiện tượng thoái hoá và biện pháp khắc phục
- Độ thuần di truyền của một giống có thể bị thoái hoá trong quá trình sản xuất giống do nhiều nguyên nhân
Lẫn cơ giới là nguyên nhân chính gây thoái hoá giống trong quá trình sản xuất giống, có thể xảy ra ở nhiều giai đoạn như gieo hạt, thu hoạch, và qua bao bì Việc sử dụng chung máy gieo hạt, cây trồng cùng loài từ vụ trước, và các giống khác ở ruộng kề bên đều có thể dẫn đến lẫn tạp Các yếu tố như hệ thống sinh sản, khoảng cách giữa các giống, và tác nhân thụ phấn ảnh hưởng đến mức độ lai tự nhiên Để hạn chế lẫn sinh học, cần chú ý đến hướng gió, số lượng và hoạt tính của côn trùng thụ phấn, cũng như khoảng cách cách ly giữa các giống.
Phân ly tồn dư có thể xảy ra ở các giống cây trồng được tạo ra bằng phương pháp lai, đặc biệt là những giống đã được công nhận và phổ biến sớm, dẫn đến mức dị hợp tử tồn dư và tạo ra sự hỗn tạp không đặc trưng, làm suy giảm độ thuần di truyền Đột biến, mặc dù là sự kiện hiếm gặp và khó phát hiện, thường không gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến giống Tuy nhiên, qua nhiều thế hệ, số lượng đột biến có thể tích lũy và đến một giới hạn nhất định, ảnh hưởng tiêu cực đến độ thuần di truyền của giống cây.
Chọn lọc tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển các giống cây giao phấn và giống nhiều dòng của cây tự thụ phấn, giúp tạo ra những quần thể di truyền ổn định nhất Những giống cây này phát huy tối đa tiềm năng năng suất khi được trồng trong điều kiện tối ưu về thành phần quần thể và môi trường Tuy nhiên, nếu được gieo trồng trong điều kiện không phù hợp, chọn lọc tự nhiên có thể dẫn đến sự chuyển dịch di truyền không mong muốn.
Tích lũy bệnh có thể ảnh hưởng đến khả năng đề kháng của giống cây mà không làm thay đổi cấu trúc di truyền của chúng Việc tích lũy bệnh qua hạt hoặc vật liệu giống có thể dẫn đến giảm tiềm năng năng suất Cây sinh sản vô tính, như khoai tây và cây ăn quả, có nguy cơ thoái hóa nhanh chóng khi nhiễm vi rút, nấm và vi khuẩn.
Biến đổi phát triển xảy ra khi cây trồng được trồng trong các điều kiện khí hậu và đất đai khác nhau, bao gồm cả những điều kiện bất lợi hoặc ở độ cao khác nhau qua nhiều thế hệ Những yếu tố này có thể dẫn đến sự thay đổi trong phản ứng sinh trưởng và di truyền trong quần thể giống cây trồng.
Để khắc phục hoặc giảm thiểu sự thoái hoá về độ thuần di truyền, có thể thực hiện những biện pháp sau: Thứ nhất, không trồng cây cùng loài trước đó trên
Việc sản xuất giống chỉ nên thực hiện ở những vùng thích ứng để ngăn chặn sự thoái hóa giống Điều này giúp tránh những biến đổi trong di truyền do việc gieo trồng nhiều thế hệ liên tiếp trong các môi trường khác nhau.
Phục tráng giống gốc là quá trình áp dụng các kỹ thuật nhằm duy trì và khôi phục các đặc tính ban đầu của giống cây, đồng thời khắc phục tình trạng thoái hóa, nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.
3.1 Nhân giống cây tự thụ phấn
Giống dòng thuần của cây tự thụ phấn đạt được sự đồng nhất và đồng hợp tử thông qua quá trình chọn giống liên tục qua nhiều thế hệ Sự đồng nhất này đảm bảo giống đạt yêu cầu trong khảo nghiệm chính thức Việc duy trì giống trước và sau khi được công nhận là cần thiết để đảm bảo hạt giống có chất lượng di truyền cao cho người sản xuất Hệ thống duy trì tại Việt Nam tập trung vào việc sản xuất hạt siêu nguyên chủng, cung cấp giống thuần 100% với chất lượng gieo trồng tốt Phương pháp duy trì bao gồm chọn lọc từng cây, trồng thế hệ con theo hàng hoặc ô, và đánh giá độ đồng nhất Các dòng chọn lọc ở giai đoạn cuối được thu hoạch và phối trộn để tạo ra hạt siêu nguyên chủng, với thời gian chọn lọc kéo dài 2 vụ.
Hình 2.1: Sơ đồ duy trì sản xuất hạt giống siêu nguyên chuẩn từ nguồn giống gốc
3.2 Sản xuất hạt cây giao phấn (ngô)