Giáo trình gồm 6 chương cụ thể với chương 1, 2 trình bày về khái niệm giống và công tác trong chọn giống, nguồn gen trong chọn giống, các chương 3, 4, 5 trình bày các phương pháp chọn tạ
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 cải tiến di truyền của thực vật vì lợi ích của loài người Chọn giống cây trồng đồng nghĩa với cải tiến cây trồng Trong quá khứ, khi con người biết thuần hóa cây dại thành cây trồng chọn giống là một nghệ thuật chọn lọc, đó là khả năng quan sát và phân biệt những cá thể phù hợp với mục đích kinh tế, thẩm mỹ của mình Chọn giống mang tính khoa học khoảng 200 năm trở lại đây, đặc biệt khi tái phát hiện các định luật của Mendel và đầu thế kỷ 20 chọn giống mang tính khoa học nhiều hơn tính nghệ thuật Gần đây, công nghệ sinh học và kỹ thuật di truyền cho phép chuyển bất kỳ gen nào vào cây gọi là cây chuyển gen Bảng 1.1 so sánh đặc điểm của phương pháp chọn giống truyền thống và phương pháp chọn giống 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
Gen được chuyển Chỉ các gen từ cây trồng Gen có ích từ bất kỳ cơ thể cùng loại hoặc các loài họ sống nào (Virus Vi khuẩn, hàng tương hợp nắm men, thực vật, động vật ) Phương pháp chuyển gen
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 trở thành một phương thức sản xuất lương thực thực phẩm chủ yếu khoảng 0.000 năm trước đây, con người chuyển từ săn bắn hái lượm sang chăn nuôi trồng trọt, biến
1 đổi sinh thái phù hợp với nhu cầu của mình và cũng bắt đầu biết cách tác động vào quá trình tiến hoá tự nhiên bằng con đường chọn tạo giống cây trồng và vật nuôi Sự đa dạng sinh học của trái đất là do chọn lọc tự nhiên, còn sự đa dạng của cây trồng là do chọn lọc nhân tạo
Quá trình tiến hóa cây trồng diễn ra chậm chạp và từ từ thông qua gieo trồng và chọn lọc, đến nay nó trở thành công việc thường xuyên, liên tục của nhà tạo giống Trong quá trình đó, tính di truyền các tính trạng từ bố mẹ cho thế hệ con cái đóng vai trò hết sức quan trọng Hệ quả của tính di truyền đã được người xưa biết đến từ khi bắt đầu thực hành nông nghiệp
Nhiều nghiên cứu đã phát triển trong chọn giống cây trồng Một trong những phương pháp quan trọng là phương pháp chọn lọc Đây là phương pháp sơ khai nhất bắt đầu cùng với sự thuần hóa nhưng cũng là phương pháp thành công nhất trong chọn giống thực vật Quá trình chọn lọc đã làm thay đổi đặc điểm di truyền của cây trồng lương thực thực phẩm chủ yếu thông qua chọn lọc vô thức và chọn lọc có ý thức theo cảm nhận về 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, có 8 trung tâm khởi nguyên của những loài cây trồng quan trọng (vùng địa lý có sự đa dạng di truyền lớn nhất) mà tại đó cây trồng được thuần hóa từ các loài tổ tiên của chúng
Khả năng phân biệt và lựa chọn đã hình thành ý tưởng chọn lọc Đây là phương pháp sơ khai nhất trong chọn giống cây trồng Điều kiện tiên quyết của chọn lọc là sự đa dạng hay sự biến động di truyền quần thể Chỉ những cá thể có năng suất cao nhất, thỏa mãn nhất mục đích của nhà tạo giống từ quần thể được chọn lọc, phần còn lại bị loại bỏ Thế hệ con cái của các cá thể được chọn tiếp tục được gieo và sàng lọc Quá trình đó lặp đi lặp lại cho đến khi quần thể cây trồng đồng nhất có nhiều tính trạng mong muốn nhất
Tuy nhiên, chọn lọc các giống cây trồng năng suất cao không phải là công việc dễ dàng, nhiều công cụ khác nhau được sử dụng để hỗ trợ chọn lọc Vì vậy, chọn giống khoa học ngày càng gắn liền 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
Tái phát hiện các định luật Mendel do Tshermak Corens và De Vries mở ra kỷ nguyên mới trong di truyền học và chọn giống dựa vào 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 bắt đầu bằng các giống lúa mì tạo ra ở Mexico (mang gen lùn, năng suất cao, thích ứng với điều kiện của các nước nghèo, vùng Á nhiệt đới) Giải Nobel hòa bình dành cho M Boulang năm 1970
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
Hạt giống Cải tiến giống cây trồng thông qua chọn giống chỉ là một yếu tố để cải tiến năng suất Bốn yếu tố nước, dinh dưỡng, quản lý dịch hại và điều kiện đất đai hợp thành biện pháp canh tác tạo ra môi trường tối ưu cho cây trồng sinh trưởng và phát triển Giống biểu thị khả năng sản xuất của cây trong một môi trường nhất định Để tăng năng suất phải cải tiến môi trường sinh trưởng cho cây và cải tiến đặc điểm di truyền Năng suất tối đa không thể đạt được chỉ bằng biện pháp canh tác tốt phù hợp, như vậy thì tiềm năng năng suất của giống sẽ bị lãng phí; không có giống tốt thì lợi ích và hiệu quả của các biện pháp canh tác không đạt tối đa Thành quả chọn tạo giống trên phạm vi toàn thể giới đã nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm nông nghiệp thoả mãn nhu cầu ngày càng cao của loài người Điển hình là cuộc cách mạng xanh từ thập niên 60 của thế kỉ 20 đã làm tăng vọt năng suất cây trồng, chủ yếu là lúa mì, lúa nước, ngô do cải tiến kiểu gen kết hợp với cải tiến kỹ thuật (phân, tưới tiêu, cơ giới hoá) Ở Việt Nam công tác giống cây trồng không chỉ góp phần vào việc tăng năng suất chất lượng mà làm thay đổi cả cơ cấu mùa vụ, tính đa dạng của sản phẩm, đảm bảo an ninh lương thực… Năng suất lúa, ngô và nhiều cây trồng khác không ngừng tăng trong nhiều thập kỉ qua Các giống lúa lai, ngô lai và các giống đậu tương, lạc, cà chua cho năng suất cao được đưa vào sản xuất
1 3 MỤC TIÊU CỦA CHỌN GIỐNG
Nâng cao năng suất hạt, sợi, thức ăn, dầu đường, quả Năng suất có thể cải tiến thông qua khả năng sinh trưởng của cây, khả năng sử dụng ánh sáng, CO2, nước, và dinh dưỡng có hiệu quả Các nhà khoa học cải tiến một số tính trạng của cây trồng nhằm đạt được mục tiêu đề ra như:
- 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 một tập hợp những cá thể có cùng nguồn gốc, có bản chất di truyền giống nhau, có những biểu hiện giống nhau về hình thái, đặc điểm nông sinh học
Nói cách khác nhóm cá thể được gọi là giống khi ổn định tương đối về mặt di truyền, về năng suất, phẩm chất, khả năng thích ứng và 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 gọi là cây bố, cây nhận phấn là cây mẹ, hạt lai trên cây mẹ gọi là hạt lai F0, con lai thế hệ thứ nhất gọi là con lai F , các thế hệ tiếp theo là F , F … 1 2 3
Thụ phấn là quá trình hạt phấn tiếp xúc với đầu nhụy, bám dính trên bề mặt của đầu nhụy Nếu hạt phấn của chính hoa đó gọi là tự thụ phấn, nếu hạt phấn của 1 hoa khác đến thụ phấn cho nhụy của hoa đó gọi là quá trình giao phấn
Thụ tinh là quá trình kết hợp giữa nhân của giao tử đực và nhân của giao tử cái tạo ra hợp tử Ở cây trồng quá trình thụ tinh là quá trình thụ tinh kép vì ở đây xảy ra 2 sự kết hợp: Thứ nhất là 1 nhân n của giao tử đực đến kết hợp với nhân trung tâm của noãn tạo ra hợp tử 2n, thứ
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: Các alen khác nhau của 1 gen có nguồn gốc khác nhau từ bố mẹ có dịp phân ly trong giảm phân tạo giao tử và tái tổ hợp với nhau trong con lai, tập hợp nhiều đặc tính tốt về con lai, là cơ sở cho 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
VD: Lai trở lại, lai tích lũy Lai trở lại là cách cho con lai trở lại liên tục với bố hoặc mẹ để đạt được 1 tiêu trí mong muốn
- Lai giống: tạo ra biến dị tái tổ hợp để con lai tốt hơn bố mẹ về tính trạng nhà chọn giống mong muốn như: năng suất, chất lượng, 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 1 loài nhưng cây trồng phân bố ở các vùng địa hình, khí hậu khác nhau và chúng có sự khác nhau do điều kiện sinh thái Vì vậy khi kết hợp với nhau có thể tạo ra những con lai có 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
Ví dụ: Khi bị nấm tấn công lên lá cây có khả năng tự chết phần tế bào xung quanh nấm làm mất khả năng xâm nhập của nấm vào sâu 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
Là phương pháp lai giữa 2 cá thể của 2 dòng, giống khác nhau nhưng có sự hoán vị vai trò của bố mẹ trong 2 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 phép lai mà con lai được lai trở lại với bố hoặc mẹ nhằm củng cố 1 tính trạng nào đó mà nhà chọn giống mong muốn
Lai tích lũy (lai thay nhân, lai bão hòa)
Bằng cách lai trở lại liên tục con lai với 1 dạng bố mẹ, sau nhiều lần lai thì nhân của con lai sẽ 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 gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay chi có quan hệ họ hàng sang các giống cây trồng, đặc biệt là các gen kháng sâu, kháng bệnh, bất dục đực tế bào chất, gen phục hồi hữu dục, khả năng chống chịu điều kiện bất lợi, …
- Tận dụng sức sống con lai ở những loài nhất định, ví dụ như con lai khác loài ở bông, các loài thức ăn gia súc, như con lai giữa cây cao lương và cây cỏ Sudan, cây sinh sản vô tính như mía và khoai tây
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 - Tiến hành lai lúc hoa cái con non của cây mẹ không phù khả năng chọn lọc hạt phấn kém, hợp cho hạt phấn cây hạt phấn có khả năng nảy mầm cao
Có thị phấn không thụ tinh bố nảy mầm hơn
- Ống phấn ngắn, vòi - Tiếp cận vô tính: Nếu lai lúa mì nhụy dài, nhân của hạt với đại mạch thì không thành công phấn chết dọc đường nhưng khi ghép nội của đại mạch không tới được noãn và phôi lúa mì rồi lấy phấn đại mạch lai cho cây lúa mì ghép thì 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 những biến đổi mới mà cơ thể sinh vật thu được do tác động của yếu tố môi trường và do 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: đó là những biến đổi liên quan đến kiểu hình, không liên quan đến vật chất di truyền Những biến đổi này 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
- có thể phân ra 2 nhóm; 1) biến dị tái tổ hợp - là cách tổ hợp sắp xếp lại các gen tạo ra sự kết hợp mới ở đời còn do quá trình phân li độc lập và trao đổi chéo giữa các cặp gen trong quá trình giảm phân hình thành giao tử 2) Biến dị đột biến - là những biến đổi có tính chất hóa học vật liệu di truyền Đột biến là những biến đổi có tính chất hóa học vật liệu di truyền, xảy ra do tác động của các yếu tố môi trường và bên trong tế bào
Nguyên nhân phát sinh, bản chất và sự thể hiện của các biến dị đột biến rất đa dạng Ở các góc độ tiếp cận khác nhau, có thể phân loại đột biến theo nhiều cách Cách phân loại cơ bản nhất là phân loại theo đặc điểm biến đổi của cấu trúc kiểu gen, có 4 kiểu:
- Đột biến gen (đột biến điểm) là những biến đổi về thành phần bazơ của AND, làm biến đổi các cấu trúc của gen, dẫn tới chức năng của chúng bị biến đổi Đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể là những biến đổi liên quan tới những đoạn khác nhau
- 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 về số lượng nhiễm sắc thể bao gồm: Thay đổi số lượng của cả bộ nhiễm sắc thể các dạng đa bội thể; thay đổ số lượng ở các đôi nhiễm sắc thể riêng rẽ - các dạng lệch bội Đột biến gen ở tế bào chất đó là những biến đổi trên ADN của các bào quan như ty thể, lạp thể, hay 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 chọn giống bằng phương pháp đột biến ngày một tăng do nguồn vật liệu dự trữ ngày một cạn kiệt Trong một số trường hợp, sử dụng biến dị di truyền cảm ứng thậm trí có hiệu quả hơn
- Phương pháp này còn có thể cải tiến những tính trạng đơn gen và đa gen như áp dụng để tạo giống kháng sâu, kháng bệnh, điều kiện bất lợi, cải tiến hàm lượng các chất có ích, tăng chất lượng sản phẩm, giảm chiều cao cây, tạo ra tính chín sớm…Thậm chí phương pháp đột biến còn có thể cải tiến đồng thời nhiều tính trạng Ví dụ giống lúa mì đột biến “Sharbati Sonora 64” Như vậy, đột biến là phương pháp bổ sung cho phương pháp chọn giống khác Các
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
4 2 CÁC KIỂU ĐỘT BIẾN VÀ BIỂU HIỆN CỦA ĐỘT BIẾN Đột biến có thể phân thành 3 loại: đột biến do các yếu tố di truyền của tế bào kiểm soát, đột biến tự nhiên, đột biến nhân tạo Đột biến tự nhiên xuất hiện do tác động của các yếu tố vật lý hóa học có trong môi trường sống, và do những biến loạn về trao đổi chất trong tế bào Ở các đối tượng sinh vật nhìn chung đột biến tự nhiên xuất hiện với tần số thấp VD, ở ngô, tần số đột biến tự nhiên của gen nội nhũ màu nâu là -1,1 x 10 -3 , nội nhũ dạng đường là 2,4 x 10 -6 , ở người bệnh bạch tạng là 2,8 - 3,2 x 10 -5 , bệnh mù màu là 3,2 x 10 -5 , bệnh chảy máu không đông là 3,2 x 10 -5 Đột biến nhân tạo được chia làm 2 loại, đột biến gây ra do tác nhân vật lý và đột biến nhân tạo xử lý bằng tác nhân hóa học
3 PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ 3.1 Xử lý bức xạ ion hoá Để xử lý bằng bức xạ, hạt hoặc các bộ phận sinh dưỡng, cây con, hoa, bao phấn, hạt phấn được đặt dưới nguồn chiếu Hạt được tãi ra thành lớp mỏng Trong quá trình xử lý hạt phải trộn các bộ phận của cây phải đảo nhiều lần và tuân thủ điều kiện bảo hộ lao động
Thời gian chiếu phụ thuộc vào công suất của nguồn và liều lượng cần xử lý, công suất nhỏ thời gian xử lý dài, ngược lại công suất lớn thời gian xử lý ngắn Độ ẩm của hạt có ý nghĩa quyết định đối với tác động đột biến của tia vì độ ẩm ảnh hưởng trực tiếp tới trạng thái sinh lý Phơi khô cũng như tăng thủy phần của hạt đều làm tăng tác động của tia bức xạ Do đó hạt nên được xử lý ở độ ẩm nhất định và tiêu chuẩn hoá để có thể lặp lại kết quả Ngoài ra nhiệt độ và ôxy của hạt và của không khí cũng ảnh hưởng tới kết quả xử lý Bên cạnh việc xử lý hạt và các cơ quan sinh sản sinh dưỡng, xử lý hạt phấn cũng được quan tâm Ưu điểm của xử lý hạt phấn là khi tham gia vào quá trình thụ tinh hạt phấn truyền cho thế hệ con tất cả những đột biến Tiến hành xử lý 4-7 ngày trước khi tung phấn bằng cách cắt cành hoa cắm vào bình nước đặt dưới nguồn chiếu Liều lượng xử lý thấp hơn nhiều so với liều lượng tối ưu của hạt, vì hạt phấn có hàm lượng thủy phần cao mẫn cảm với tia hơn Liều lượng có hiệu lực thường biến động trong khoảng 0,5 đến 2 krad đối với tia X và tia gamma Sau khi xử lý hạt phấn được dùng để thụ phấn cho cây mẹ
Với tia bức xạ có thể xử lý nhanh (trong thời gian ngắn từ vài phút đến vài giờ) hoặc xử lý lâu dài trong trường gamma (từ nhiều tuần trở lên với cường độ thấp) Cũng có thể xử lý gián đoạn, trong đó tổng liều lượng xử lý được thực hiện bằng cách 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 Vì tác nhân đột biến hoá học rất độc và có thể gây ung thư nên phải thực hiện các biện pháp bảo hộ nghiêm ngặt Hạt (hay các bộ phận sinh dưỡng) được ngâm trong dung dịch một thời gian nhất định Thông thường để đạt hiệu quả cao và có thể lặp lại kết quả, xử lý tác nhân hóa học được tiến hành theo nhiều bước: làm trương hạt trong nước, xử lý rửa sạch, phơi khô hạt Riêng với Natri axit hạt có thể xử lý và gieo ngay mà không cần làm trương hay rửa sau khi xử lý Khi xử lý tác nhân hoá học, tác động của tác nhân đột biến cũng bị ảnh hưởng bởi trạng thái sinh lý của các bộ phận xử lý Trong các yếu tố ảnh hưởng, nhiệt độ và pH dung dịch đóng vai trò quan trọng bậc nhất Liều lượng xử lý là kết quả của nồng độ và thời gian xử lý Cả hai yếu tố đều có thể xác định đối với từng tác nhân, từng loài hay từng giống cây trồng thông qua thí nghiệm sơ bộ Thời gian phân giải hay bán rã của tác nhân đột biến thường ngắn nên thời gian xử lý đột biến thường trong khoảng từ 8 đến 16 giờ
Nhiệt độ xử lý xung quanh 20 o C thể tích dung dịch tốt nhất gấp 10 lần thể tích hạt được xử lý Sau khi xử lý hạt phải được rửa sạch để loại bỏ các chất phân giải do thuỷ phân Thời gian rửa phụ thuộc vào tác nhân xử lý và tốt nhất nên rửa nhiều giờ dưới vòi nước chảy
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 = tỉ số giữa thay đổi (đột biến mong muốn với hệ quả không mong muốn (như cây bị bất dục hoặc chết) = số đột biến (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 sự đào thải loại bỏ những cá thể xấu kém thích nghi, không đáp ứng được yêu cầu về tồn tại sinh sống hoặc mục đích kinh tế và giữ lại những cá thể tốt thích nghi tốt đáp ứng được mục đích kinh tế để tồn tại hoặc làm giống
- Chọn lọc trong chọn giống
Chọn lọc là phương pháp tạo giống bằng cách chọn giữ lại những cá thể hoặc tập hợp cây con tốt thoả mãn yêu cầu chọn giống để làm giống, đồng thời loại bỏ không làm giống những cá thể không thoả mãn yêu cầu
Có hai cách chọn lọc cơ bản là:
+ Chọn lọc dương: chọn lọc giữ lại những cá thể cây con tốt thoả mãn yêu cầu chọn giống để làm giống, còn đa số cây con trong quần thể ban đầu thì loại bỏ không làm giống
Khử âm: chọn lọc bỏ những cá thể xấu từ quần thể cây trồng vật nuôi đang có giữ lại cá thể tốt đang chiếm tỷ lệ lớn đa số trong quần thể làm giống
1.2 Vai trò của chọn lọc
1.2.1 Vai trò của chọn lọc tự nhiên
Chọn lọc tự nhiên giữ lại những cá thể có biến dị có lợi cho sự thích nghi chống chịu với điều kiện môi trường khắc nghiệt, biến dị về sức sinh sản đề cạnh tranh và tồn tại Đồng thời đào thải những cá thể không thích nghi với môi trường Do đó, chọn lọc tự nhiên là động lực của sự tiến hoá và là nguyên nhân của sự đa dạng sinh vật
- 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, chỉ cần loại bỏ những biến dị do giao phấn hoặc do biến dị di truyền tự nhiên (do ánh sáng tia xạ hoặc do nhiệt độ biến đổi đột ngột hoặc hút phải chất gây đột biết)
- Chọn lọc duy trì giống hoặc chọn những cá thể có biến dị di truyền ưu tú để tạo giống mới Giống mới hình thành từ một cá thể ưu tú
Loài giao phấn có cấu trúc di truyền không thuần nhất Mỗi cá thể là một con lai có kiểu
4 3 gen dị hợp tử trong đó có nhiều gen lặn gây chết hoặc giảm sức sống nhưng tiềm ẩn chưa biểu hiện do có các gen trội có lợi lấn át Nếu khi giao phấn các giao tử có gen hại này có điều kiện tổ hợp và đồng hợp tử thì con lai sẽ chết hoặc giảm sức sống, giảm năng suất Do đó, cần chọn lọc bằng con đường tự phối để loại những cá thể có gen lặn xấu ra và để các gen tốt có điều kiện tổ hợp lại vào dạng mới, giống mới
- Điều kiện để chọn lọc thành công là quần thể vật liệu khởi đầu phải có biến dị di truyền tốt có lợi Mức độ chính xác của biến dị được chọn lọc phụ thuộc vào 3 yếu tố
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 hai loại tính trạng: tính trạng trực tiếp và tính trạng gián tiếp tổng hợp cũng như mối tương quan giữa các tính trạng khác với nhau và ý nghĩa của ít các tính trạng này với mục tiêu chọn lọc
- Điều kiện ruộng gieo trồng để chọn lọc phải tốt và đồng đều Kỹ thuật thâm canh tốt và đúng với điêu kiện gieo trồng tiên tiến 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 có đủ bộ phận cái và đực, bộ phận cái thấp hơn bộ phận đực giúp cho bao phấn dễ mở, thời gian nở hoa ngắn
- Đặc điểm di truyền: diễn biến kiểu gen quần thể sau lai tăng dần số kiểu gen đồng hợp tử còn số cá thể dị hợp tử giảm xuống Ở quần thể thuần thì những đột biến gen lặn tích luỹ dần, khi đủ điều kiện sẽ biểu hiện ra kiểu hình thoái hoá giống, vì vậy cần chọn lọc duy trì
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 lẫn ít có thể chọn lọc hỗn hợp âm tính tức loại bỏ cá thể xấu ra khỏi quần thể, thu hỗn hợp tất cả những cây còn lại làm giống, có thể chọn lọc hỗn hợp một vụ hoặc nhiều vụ
Nếu quần thể lẫn nhiều thì chọn dương tính tức chọn trong đó lấy cây đúng giống, sạch bệnh hỗn hợp lại làm giống cho vụ sau Có thể chọn lọc hỗn hợp như vậy một vụ hoặc 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 hay kiểu gen mới tạo ra Kiểu gen hiện có là những giống địa phương như cây ăn quả, lúa, ngô khi nhân giống và sản xuất giống đáp ứng mục tiêu nào đó của con người
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 hiện có hoặc mới tạo ra theo đúng nguyên bản của nó đã được mô tả hoặc lưu trữ, loại bỏ những biến dị, khác dạng lẫn tạp hay phân ly ra khỏi quẩn thể giống
- Phục tráng giống Giống cây trồng sau một số lần nhân không có chọn lọc hoặc do nhiều nguyên nhân khác nhau dẫn đến sai lệch với giống gốc gọi là hiện tượng thoái hoá giống Sản xuất giống áp dụng phương pháp chọn lọc đưa giống trở về đúng nguyên bản của nó gọi là phục tráng giống
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 quan sát thấy sự khác biệt với nguyên bản về hình thái, năng suất, chất lượng sản phẩm và khả năng chống chịu theo xu hướng 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
6 Dòng (line): Là quần thể nhỏ được hình thành từ một tập hợp các cây sinh ra từ một bông, hạt của dòng nhân theo quy trình quy định với mỗi giống và loài cây trồng
Gia đình (Family): Là một quần thể được bắt nguồn từ một dòng, hạt giống của các gia đình được nhân theo tiêu chuẩn giống hỗn hợp, giống nhiều dòng
Hạt giống tác giả (Breeder’s seed): Là lô hạt giống do tác giả cung cấp, có độ thuần di truyền cao, chất lượng tốt và có chứng chỉ kiểm nghiệm
Hạt siêu nguyên chủng (Pre-basic seed): Là lô hạt giống phục tráng bắt nguồn từ thế hệ nào đó trước nguyên chủng (G1, G2 có thể G3) đạt tiêu chuẩn kiểm nghiệm quốc gia
Hạt nguyên chủng (Foundation seed, Basic seed): Là lô hạt được nhân lên từ lô hạt tác giả hoặc hạt siêu nguyên chủng theo quy trình kỹ thuật được quy định của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn và đạt tiêu chuẩn hạt nguyên chủng theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc tiêu chuẩn ngành
Hạt xác nhận (Certified seed): Là lô hạt được nhân lên từ lô hạt nguyên chủng theo quy trình kỹ thuật được quy định của Bộ Nông nghiệp và phát triển nông thôn và đạt tiêu chuẩn hạt xác nhận theo tiêu chuẩn Việt Nam hoặc tiêu chuẩn ngành
Hạt lai F1 (Hybrid seed F1): Là hạt giống của các tổ hợp lai giữa các dòng bố mẹ có khả năng kết hợp đã được công nhận giống, tuân thủ quy trình sản xuất hạt giống lai và đạt tiêu chuẩn phẩm cấp quy định theo tiêu chuẩn 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
Với những giống mới do tác giả chọn tạo ra hoặc những giống đã phục tráng để duy trì cấp hạt giống, đảm bảo độ thuần di truyền, giá trị sử dụng nhưng có số lượng đủ lớn cung cấp cho sản xuất nguyên chủng cần có phương pháp duy trì hạt giống
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 Chọn lọc những cá thể tốt nhất, sạch bệnh, khỏe mạnh và đúng giống, thu riêng, phơi riêng để gieo trồng ở 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 mỗi dòng 30 cá thể trên các tính trạng quan trọng, loại bỏ cây khác dạng cây sâu bệnh Dùng chỉ số chọn lọc để đánh giá độ thuần của các tính trạng
Chọn những dòng tốt nhất, đúng giống và độ thuần cao Hỗn hợp hạt của các dòng chọn tạo lập lô hạt tác giả hay lô hạt siêu nguyên chủng mới