Tiểu luận - CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG - Đề tài - PHƯƠNG THỨC SINH SẢN, TÍNH TỰ BẤT HỢP VÀ BẤT DỤC ĐỰC Ở THỰC VẬT

CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG

Đề tài: PHƯƠNG THỨC

SINH SẢN, TÍNH TỰ BẤT HỢP VÀ BẤT DỤC ĐỰC Ở THỰC VẬT

PGS.TS Nguyễn Thị Trâm cùng các cán bộ nông nghiệp

kiểm tra lúa lai TH3-3 trồng tại Thanh Hóa

 Cần tạo ra được các giống cây trồng có năng suất cao, phẩm chất tốt, khả năng chống chịu cao và thích nghi được với các điều kiện tự nhiên của địa phương

 Cần áp dụng các khoa học kỹ thuật vào công tác chọn tạo giống cây trồng có hiệu quả Cần hiểu và căn cứ vào một số các chỉ tiêu trong đó chỉ tiêu về phương thức sinh sản của cây trồng đã và đang được áp dụng rộng dãi Sau đay là một số chỉ tiêu cần quan tấm.

Các phương thức sinh sản ở thực vật

Sinh sản hữu tính

1.1: Khái niệm:

Sinh sản hữu tính là sinh sản bằng hạt, kết quả dung hợp của giao tử đực (hạt phấn) và giao tử cái (tế bào trứng).

2 nhóm sinh sản hữu tính:

- Tự thụ phấn (giao phấn tự nhiên <10%)- Giao phấn (tối thiểu 50% hạt giao phấn) => Mức độ tự thụ hay giao phấn tự nhiên

phụ thuộc vào: loài và giống; mùa vụ; tốc độ và hướng gió; côn trùng thụ phấn

Các cây tự thụ phấn điển hình

Tự thụ phấn

Sinh sản hữu tính

1.1.2: Giao phấn:

Giao phấn: hạt phấn của cây này thụ phấn cho nhụy hoa trên cây khác.

Cơ chế đảm bảo sự giao phấn:

a, Lệch giao hay biệt giao (dichogamy): Hoa đực và hoa cái thành thục (chín) ở các thời điểm khác nhau Nhị chín trước: ngô,hành,cà rốt,kê…

Nhụy chín trước: chè,ca cao

b, Hoa phân tính: ở loài cây này hoa đực và hoa cái riêng.

Đơn tính cùng gốc: Hoa đực và hoa cái riêng cùng trên một cây, như bấu bí, thầu dầu

Đơn tính khác gốc: Hoa đực và hoa cái sinh ra trên những cây khác nhau Như chà là, đu đủ,măng tây…

Các cây giao phấn điển hình

Một số đặc điểm của cây tự thụ phấn và cây giao phấn

Kiểu gen của giao

tử n Tất cả như nhau Tất cả khác nhau

Sinh sản hữu tính

1.2: Cấu tạo hoa và ý nghĩa đối với chọn giống:

Hoa có 4 bộ phận: đài, cánh,nhị và nhụy:

Hoa hoàn chỉnh đủ 4 bộ phận như: bôngvải,cà chua,khoai tây.

Hoa không hoàn chỉnh thiếu một trong 4 bộ phận: hoa họ hoà thảo.

Hoa hoàn hảo-nhị và nhụy trên cùng một hoa: khoai tây,lúa,đậu tương.

Hoa không hoàn hảo-nhị và nhụy ở các hoa khác nhau: ngô,lúa dại.

Sinh sản hữu tính Ý Nghĩa với chọn giống

Đối với các loại cây trồng có đặc điểm cấu trúc hoa khác nhau cần áp dụng biện pháp chọn giống khác nhau ( tạo dòng thuần ngô cần áp dụng bao bắp, bao cờ…; tạo giống lúa lai cần gây cắt vỏ trấu, khử đực…

Tạo con lai có sức sống khỏe có khả năng thích nghi cao với môi trường

6 Thời điểm thụ tinh thuận lợi nhất

7 Khả năng bao cách ly của chùm hoa hay từng hoa riêng lẻ.

So sánh con đường sinh sản hữu tính và vô phôi trong bầu nhụy cây hạt kín

Sinh sản vô tính

2.1: Khái niệm: Sinh sản vô tính là sinh sản thông qua các bộ phấn sinh dưỡng của cây như:mắt,củ,rễ,thân…để tạo ra các cơ thể mới

Cây sinh sản vô tính thường có độ dị hợp tử cao và hậu thế sinh ra từ hạt thường phân ly

Sử dụng nhân giống vô tính vì muốn có quần thể đồng nhất.

Củ khoai

Căn hành

Sinh sản vô tính

2.2: Có hai nhóm sinh sản vô tính:

Sinh sản sinh dưỡng(Vegetative

reproduction):Cây con đồng nhất về mặt di

truyền và mang các đặc điểm của cây mẹ.

Sinh sản vô phối(Apomixis):là kiểu sinh sản mà

trong đó cơ quan sinh sản tham gia vào quả trình hình thành hạt nhưng không có sự hợp nhất của các giao tử đực và cái (không thụ

tinh).Đó là sự thay thế quá trình hửu tính bằng quá trình vô tính.Phôi hình thành do phân chia nguyên nhiễm của tế bào mẹ đại bào tử hoặc tế bào con soma của noãn không có phân chia

giảm nhiễm và thụ tinh,con cái giống hệt cây mẹ.

Sinh sản vô tính

2.3: Sinh sản vô phối bắt buộc và vô phối không bắt buộc:

Vô phối bắt buộc:Nếu sinh sản vô phối là

phương thức sinh sản duy nhất của một loài.

Vô phối không bắt buộc:cả sinh sản vô phối và sinh sản hửu tính xẩy ra trong cùng noãn hay trên cùng một cây.

Các kiểu sinh sản vô phối:

1 Bào tử lưỡng bội:phôi phát triển trực tiếp từ tế bào mẹ đại bào tử không giảm nhiễm.

2 Vô bào tử:Túi phôi hình thành trực tiếp từ TB soma và không giảm nhiễm;phôi phát triển từ trứng lưỡng bội.

Sinh sản vô tính

2.4: Các kiểu sinh sản vô phối:

3 Vô giao hay tự hợp:phôi phát triển từ hai nhân đơn bội ,là hợp nhất của 2 tế bào trong túi

phôi,hoặc là trợ bào hay TB đối cực hay là kết quả bồi hoàn lần phân chia thứ hai.

4 Phôi bất định:không hình thành túi phôi và TB trứng,phôi phát triển từ nhân hoặc mô bên

5 Trinh sinh:Phôi phát triển trực tiếp từ trứng

không thụ tinh.Nếu giảm nhiễm-thì cây vô phối đơn bội.Nếu giãm phân không bình thường thụ tinh là cần thiết để kích thích sự phát triển của phôi.

Dễ thoái hoá do bệnh,đặc biệt bệnh virus

Hạn chế tái tổ hợp (như cây tỏi)

Sinh sản vô tính

 2.6 Ứng dụng sinh sản vô tính

 2.6.1 Với sinh sản sinh dưỡng

Duy trì dòng vô tính.

Nhân giống cây không hạt.

 2.6.2 Với sinh sản vô phối

Nhân giống cây chuyển gen và giống ưu thế lai

Cây vô phối có thể gắn ngay một tính trạng mong muốn và nhân phổ biến giống mới

Tạo ưu thế lai mạnh hơn dùng hạt

Duy trì kiểu gen dị hợp khi lai xa

Tạo giống thích nghi cao

Tăng hệ số nhân và giảm sâu bệnh với cây sinh sản sinh dưỡng

Khắc phục hiện tượng cây trồng mất đi cơ chế sinh sản hữu tính như sai lệch thụ phấn thụ tinh ( nguyên nhân làm giảm năng suất)

II Tính tự bất hợp

1: Khái niệm tính tự bất hợp:

Tự bất hợp là sự không có khả năng hình thành hạt(hợp tử)khi tự thụ phấn mặc dù giao tử đực và cái có sức sống và chức năng bình thường.

Tự bất hợp là sự ngăn ngừa nội phối(giao phối cận huyết),nhất là ở cây giao phối,do ống phấn kém phát triển trong vòi nhụy.

Tự bất hợp được kiểm soát bởi một hệ thống đa alen(alen S)

Điểm biểu hiện tính tự bất hợp:

Bề mặt đầu nhụy(hạt phấn không nảy mầm)

Vòi nhụy(ống phấn bị cản trở)

Bầu,noãn(không có dung hợp giao tử)

II Tính tự bất hợp

2: Các kiểu tự bất hợp:

Có hai kiểu tự bất hợp: Đồng hình

Dị hình

Có hai kiểu đồng hình: Tự bất hợp giao tử

Tự bất bào tử

II Tính tự bất hợp

2.1: Tự bất hợp giao tử:

Do một gen S kiểm soát,ở nhiều dạng alen,dãy alen S1,S2,S3,…số lượng alen rất lớn:VD

Trifolium là 212,Ôenthera là 17,nicotiana là 17

Nhiều loại thuộc họ cà,hoà thảo,đậu,hoa hồng,… thể hiện TBH giao tử.Alen bất hợp hoạt động độc lập và quyết định phản ứng tự bất hợp(kiểu hình)của phấn.Phản ứng TBH phụ thuộc vào

kiểu gen của hạt phấn và đầu nhụy.Nếu alen

của hạt phấn giống alen đầu nhụy sẽ xảy ra bất hợp.Có 3 kiểu thụ phấn

S1S2 x S1S2:Bất hợp hoàn toàn

S1S2 x S2S3:50% Hạt phấn có hiệu lực

S1S2 x S2S4:Tương hợp hoàn toàn

II Tính tự bất hợp

3: Cơ chế tự bất hợp:

 Tương tác giữa các alen trội và đồng trội.Thuật ngữ:Kiểu đơn bội S-haplotype và S-allele.Có 2 loại chính về nảy mầm của hạt phấn trên đầu nhụy:Loại 1:có 1-10% hạt phấn nảy mầm;Loại 2:11-30%.

 Liên kết 3 gen:Gen S-locú glycoprotein tạo ra protein trợ giúp nhân phản ứng Tự bất hợp tử.

 Gen SRK(S-locus Receptor Kinase)liên kết chất nhận ở đầu nhụy.

 Gen SP11(S-locus pollen protein11)hoăc SCR(S-locus Cysteine Rich protein),là protein ben ngoài phấn thấm lên đầu nhụy và liên kết hạt phấn.SCR xác định kiểu đơn bội S đặc trưng đầu nhụy,SP11 xác định kiểu đơn bội S đặc thù của hạt phấn…

TBH kéo dài tuổi thọ hoa,cây cảnh:VD petunia

TBH là ưu điểm của cây có củ(khoai lang,sắn)

TBH hình thành quả không hạt(dứa)

Đối với chọn giống:

TBH giảm thiểu số tổ hợp lai

Các tinh trạng liên kết với gen S phân ly không bình thường

TBH cản trở việc lai lại và tạo dòng thuần

II Tính tự bất hợp

5:Phương pháp khắc phục tính tự bất hợp:

Thụ phấn nụ hay thụ phấn

sớm(budpolination-họ thập tự)

Thụ phấn muộn(họ thập tự-Lilium)

Sốc nhiệt độ(cà chua,Lycopersicon)

Xử lý hoóc môn(ở một số loài)

Chiếu tia bức xạ(Petunia,lilium)

Điều kiện sinh trưởng bất lợi(prunus)cắt ngắn vòi nhụy(khoai tây 2n)

Tăng nồng độ CO2(cây thập tự)

II Tính tự bất hợp6 Ưu nhược của Tự bất hợp.

III Bất dục đực

1: Khái niệm:

Bất dục đực là cây không có khả năng tạo ra hoặc giải phóng hạt phấn có chức năng.Bất dục đực có thể là bất dục thực,bất dục chức năng hoặc bất dục cảm ứng do hoá chất.

Bất dục đực thực:do không có cơ quan đực trong hoa cái,chuyển đổi giới tính hoặc do hạt phấn bất dục.

Bất dục đực chức năng:do bao phấn không mở mặc dù hạt phấn hửu dục bình thường.

Bất dục đực do hoá chất:do xử lý hoá chất ở những giai đoạn sinh trưởng nhất định của

cây,hoá chất can thiệp vào quá trình phát triển của giao tử đực.

III Bất dục đực

2:Bất dục đực di truyền,bất dục đực nhân (GMS/NMS):

Bất dục đực di truyền do một gen lặn(ms)trong nhân kiểm soát.

Duy trì bằng cách lai với dòng hửu dục dị hợp tử(MsMs).

Khi không thể loại bỏ hết những cây hữu dục trước khi tung phấn.Đây là một hạn chế của bất dục đực di truyền.

Hệ thống gen trong nhân:MsMs:hữu dục

Msms:hữu dục(duy trì bất dục) msms:bất dục

III Bất dục đực3 Bất dục đực tế bào chất:

Bất dục đực tế bào chất (TBC) là kết quả bất thường của tế bào chất

.TBC bất dục ký hiệu là S và tế bào chất thường là N toàn bộ con lai giữa cây bất dục TBC với cây hữu dục đều bất dục

Bất dục với TBC đựoc phát hiện ở hành tây, ngô, cà rốt và ớt

Là kết quả giữa các cây có quan hệ họ hàng xa nhau, chẳng hạn, con lai khác loài, khác chi

Ưu điểm đối vớu các loài cây cảnh vì tất cả con cái bất dục và không ra quả, sống lâu và thời gian ra hoa dài

III Bất dục đực4 Bất dục đực TBC- nhân

Là kết quả tác động phối hợp của TBC bất dục (S) và gen không phục hồi bất dục trong nhân (rf) Kiểu gen N/rfrf duy trì bất dục, gen phục hồi hữu

dục (N)/RfRf Lưu ý:

a) tính bất dục đực phải ổn định

b) sử dụng rộng rãi bất dục có thể làm tăng tính mẫn cảm với dịch bệnh (kiểu T ở mỹ, 1970-

c) ảnh hưởng của môi trường như độ dài ngày, cường độ ánh sáng, nhiệt độ, độ ẩm, mật độ trồng có thể làm ảnh hưởng tới phản ứng hữu dục của gen phục hồi.

d) Sản xuất hạt giống phải có hiệu quả kinh tế

So sánh TBH và bất dục đực

Tự Bất HợpBất dục đực

Do hàng rào cản trở sinh lý đối với thụ tinh không thụ được hạt

Do rối loạn trong quá trình phát triển hạt phấn

Các nhân tố di truyền nhân, tế bào chất hoặc cả hai kiểm soát sự biểu hiện tính bất dục

III Bất dục đực 5.1: Yêu cầu với hoá chất khử.

Phổ tác dụng rộng để gây bất dục ở các bông kế tiếp nhau.

Gây bất dục đực một cách chọn lọc và hoàn toàn không ảnh hưởng đén nhụy An toàn cho người, gia súc, môi trường Sử dụng dễ dàng, thuận tiện, hiệu quả

kinh tế cao.

III Bất dục đực

5.2: Ưu điểm của hoá chất gây bất dục

Nhiều giống có thể tạo ra tổ hợp lai

Sản xuất hạt lai đơn giản hơn vì không cần

dòng bất dục đực, dòng duy trì bất dục và dòng phục hồi

Có thể làm cho dòng bất dục dực tế bào chất và bất dục đực mẫn cảm với môi trường không hoàn toàn bất dục khi phun CHA (chemical hybridizing agent)

Khắc phục nền di truyền hẹp khi sử dụng bất dục đực TBC

Sử dụng hoá chất có thể tạo ra con lai của bất kỳ tổ hợp nào có ưu thế lai cao

III Bất dục đực

5.3: Hạn chế của hoá chất gây bất dục

Nếu CHA kém hiệu lực do diều kiện thời tiết không thuận lợi, đẻ nhánh không nhiều, hạt lai sản xuất ra không thuần.

Điều kiện thời tiết( mưa kéo dài, gió mạn) cản trở việc phun hoá chất vào giai đoạn tối ưu.

Gây hại sức khoẻ cho người Chi phí cao

Tình hình thực tiễn

 Việc áp dụng các phương thức sinh sản của thực vật trong chọn tạo giống cây trông đã và đang được áp dụng rộng rãi và thu được kết quả khả quan như:

 -Việc chọn giống lúa Việt Lai 20 của Trường Đại Học Nông Nghiệp 1 Hà Nội với phương pháp cách ly toàn cá thể với nguồn gen dòng bất bục DDH4 và dòng phục hồi từ các dòng nhập nội

 - Nghiên cứu chọn giống Lúa chịu hanjn của viện cây lương thực thực phẩm với phương pháp thu thập nguồn vật liệu giống Lúa cạn chịu hạn địa phương và các dòng lúa cải tiến nhập nội từ IRRI với phương pháp lai hữu tính kết hợp với gây đột biến để tạo ra các tổ hợp lai có khả năng chịu hạn khá, năng suất cao.

 - Chọn tạo giống Lúa lai 2 dòng kháng bệnh bạc lá Lúa của Trường Đại Học Nông Nghiệp 1 Hà Nội với phương pháp lai giữa dòng bất dục 103s và dòng phục hồi chứa gen kháng bệnh bạc lá Lúa.

 Nghiên cứu biến lúa thường thành lúa thơm

 Ghép Cà Chua trên gốc cà tím tạo ra các giống cà chua có khả năng chống một số loại sâu bệnh như héo xanh do vi khuẩn,thối gốc, tuyến trung…cho năng suất cao, chất lượng quả tốt trong điều kiện bất thuận.

 Đưa vào sản xuất thủ giống Ngô kháng sâu và kháng thuốc trừ cỏ của viện Di Truyền nông nghiệp

KẾT LUẬN

đang được phổ biến và triển khai,

bước đầu mang lại hiệu quả cho mục tiêu chọn tạo giống cây trồng

rộng rãi nên hiệu quả vẫn còn hạn chế.=> Vì vậy, trong thời gian tới cần đẩy

mạnh quá trình sản xuất trên diện rộng.

Câu hỏi thảo luận

1.Khi gây bất dục đực cần lưu ý gì?

2.Phương pháp khắc phục hiện tượng suy thoái giống tự phối?

3.Bất dục đực tế bào chất có ý nghĩa gì đối với cây cảnh?