CHƯƠNG II:
NGUỒN GEN THỰC VẬT
TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG
Đặt vấn đề:
Tài nguyên di truyền (hay nguồn gen) là hạt nhân của
đa dạng sinh vật tài nguyên di truyền có ba loại là tàinguyên di truyền thực vật, tài nguyên di truyền động vậtvà tài nguyên di truyền vi sinh vật Trong số đó, tài nguyêndi truyền thực vật có trọng số lớn nhất về thành phần loàivà giống, về mục tiêu và mức độ sử dụng Riêng về thànhphần loài và giống, tài nguyên di truyền thực vật chiếmtrên 90% tổng lượng toàn bộ tài nguyên di truyền( LưuNgọc Trình, 2005).
Tài nguyên di truyền thực vật là nền tảng cơ bản cho sựsống của xã hội loài người Tài nguyên di truyền thực vậtcung cấp cho chúng ta thức ăn, chất đốt, dược liệu… nhưbông cho vải vóc quần áo, cao su cho các loại săm lốp…Bản thân bầu không khí trong lành cho con người hít thởđể duy trì sự sống cũng là nhờ tài nguyên thực vật.
Về phương diện chọn tạo giống, đó là cơ sở cho cải tiếncây trồng, chọn tạo giống cây trồng mới hay các hoạtđộng nghiên cứu có liên quan.
Mục tiêu của chương:
Hiểu được sự cần thiết, vai trò và ý nghĩa của nguồn gen và đa dạng di truyền trong chọn giống và nông nghiệp.
Nắm được các trung tâm phát sinh và đa dạng cây trồng trên thế giới.
Phân loại được nguồn gen thực vật sử dụng trong chọn giống và trong đời sống.
Phân tích được sự cấp thiết và phương pháp thu thập, bảo tồn và sử dụng tài nguyên di truyền thực vật.
Trang 2 Nguồn gen cũng có nghĩa là cung cấp thông tin đãtư liệu hóa về nguôn gen liên quan tới 1 loài trong các ngân hàng gen trên toàn thế giới để các nhà chọn giống sử dụng.
Một thuật ngữ khác: Tài nguyên di truyền thực vật ( các
trung tâm di truyền thực vật) do nhóm chuyên gia về khámphá và du nhập thực vật của FAO, năm 1970 đưa ra.
1.2 Ý nghĩa
Sự tập hợp đa dạng di truyền hay nguồn gen thực vật cung cấp nguồn biến dị to lớn cho các chương trình chọn giống để tạo giống mới ưu việt theo ý muốn Nguồn vật liệu càng đa dạng bao nhiêu thì khả năng tạo giống tốt càng cao bấy nhiêu.
2 Phân loại nguồn gen, nguồn thu thập và trung tâm khởi nguyên.
2.1 Phân loại nguồn gen thực vật: Tập đoàn cơ bản (base collection):
Những tập hợp lớn của nguồn gen được giữ bằng hạt trong kho quốc gia và quốc tế để bảo toàn lâu dài
Chỉ cung cấp và sử dụng trong những trường cần thiết, khi tập đoàn hoạt động bị thiếu hụt, mất mát
Điều kiện bảo quản cần thiết : nhiệt độ -18 đến -200 C với độ ẩm 3-5% Hạt được đóng gói trong bao bì kín cách ly với môi trường ngoài vàkiểm tra định kì tỉ lệ nảy mầm.
Trang 3 Tập đoàn hoạt động (active collection):
Gồm các mẫu giống các loại cây trồng cụ thể của tậpđoàn cơ bản được lặp lại, được bảo quản với số lượng lớn trong điều kiện thích hợp, được tư liệu hóavà được các nhà chọn giống sử dụng trực tiếp cho công tác chọn tạo.
Thường xuyên biến động và được nhân bổ xung để sử dụng Bảo quản mức trung hạn (10-15năm) ở nhiệt độ 5C, độ ẩm không khí tương đối 30-45% và độ ẩm hạt 7-8%
Nếu số lượng và nguồn gốc địa lý của các mẫu giống đạt tới lượng đáp ứng nhu cầu toàn thế giới thìtập đoàn công tác đó được gọi là Tập đoàn thế giới.
Tập đoàn công tác (working collection):
Gồm số lượng mẫu giống cần thiết do cơ sở nghiên cứu giữ phục vụ cho công tác chọn tạo giống hoặc nghiên cứu.
Bảo quản ngắn hạn (2-3 năm) ở nhiệt độ 18-20C, độ ẩm không khí 50-60%, hàm lượng nước trong hạt 8-10%.
2.3 Trung tâm khởi nguyên cây trồng:
Nikolai I Vavilov đã tổ chức nhiều đoàn thámhiểm và thu thập cây trồng trên toàn thế giới: >300000 các mẫu của các trồng trọt lẫn các loài hoang dại họ hàng.
Đề xuất 8 trung tâm khởi nguyên của cây trồng hay trung tâm địa lý của tính đa dạng:
Trang 4Trung tâm khởi nguyên Các loài cây trồng quan trọng 1 TT Trung Quốc Lúa miến, đậu tương, tre trúc,
hoa cúc, mơ, cải, đào, cam,quýt, chè.
2.TT Ấn Độ
2A TT Indo-Malay
Lúa nước, cà, dưa chuột, xoài, mía.
Chuối, mít., dừa, mía
3.TT Trung Á Lúa mì, lanh, đậu, bông, hạnh nhân.
4.TT Cận Đông Lúa mì, đại mạch, mì đen, lanh.5.TT Địa Trung Hải Lúa mì, đậu lupin, cỏ 3 lá, lanh,
oliu, cần tây
6.TT Abixini Lúa mì cứng, cao lương, cà phê, hành tây.
7.TT Nam Mehico và Trung Mỹ
Ngô, đậu Lima, khoai lang, bí ngô, bông, đu đủ, hồ tiêu…8.TT Nam Mỹ
8A TT Chile
8B TT Braxil-Paraguay
Khoai tây, khoai lang, bông, sắn, đậu, cà chua, bí ngô.Khoai tây
Ca cao, sắn, lạc, dứa, cao su
3.Trung tâm tài nguyên di truyền thực vật
3.1 Các tổ chức quốc gia
Ở cấp quốc gia có nhiều tổ chức tham gia vào hoạt động thu thập và bảo tồn tài nguyên di truyền.
Trang 5Nước Tổ chức
Anh Vườn thực vật Hoàng Gia, Viện John Innes, Trạm chọn giống di truyền Scotland, Viện chon giống thực vậtẤn Độ Cục tài nguyên di truyền quốc gia, Niu
Braxil Trung tâm tài nguyên di truyền quốc gia.Đức Hội hợp tác kĩ thuật (GTZ), Viện Di truyền
và Nghiên cứu cây trồng trung ương.
Hà Lan Viện chọn giống cây làm vườn, Viện chọn giống cây trồng, Viện nghiên cứu giống cây trồng, Trạm kiểm nghiệm giốngIndonexia Viện sinh học quốc gia
Italia Phòng nghiên cứu nguồn gen, Đại học Bari.
Mehico Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc giaMỹ Hệ thống nguồn gen nông nghiệp quốc
gia (NPGS), Bộ nông nghiệp Mỹ.Nga Viện cây trồng toàn Liên Bang (VIR).Nhật Bản Trung tâm Nghiên cứu Nông nghiệp
Quốc gia Yatabe, Tsukuba, Viện nghiên cứu nông nghiệp Quốc gia Kyoto.
Pháp Viện Nghiên cứu Nhiệt đới và cây lương thực (IRAS), viện nghiên cứu Nông
nghiệp Quốc gia (INRRA), cơ quan nghiêncứu khoa học và kỹ thuật hải ngoại.
Oxtraylia Tổ chức nghiên cứu Khoa học và Công nghệ Liên hiệp Anh (CSIRO), Bộ Nông nghiệp bang New South Wales.
Thụy Điển Ngân hàng gen Scandivania.3.2 Các trung tâm di truyền quốc tế và vùng
Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), Los Banos, Philippin
Trung tâm cải tiến ngô và lúa mì quốc tế (CIMMYT), El Batan, Mêhico
Viện Nông nghiệp nhiệt đới (IITA), Ibadan,Nigeria
Trang 6 Trung tâm Nông nghiệp quốc tế (CIAT), Cali, Colombia
Trung tâm nghiên cứu và huấn luyện nông nghiệp nhiệt đới (CATIE), Turrialba, Costa Rica
Ngân hàng Khoai tây Đức- Hà Lan, Braunschweig, CHLB Đức
Viện nghiên cứu cây trồng quốc tế cho vùng nhiệt đới bán khô hạn (ICRISAT), Hyderabad, Ấn Độ Trung tâm Khoai tây quốc tế(CIP), Lima,Peru
Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế vùng khôhạn (ICARDA), Aleppo, Syria
Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau châu Á (AVRDC) Shanhua, Đài Loan
3.3 Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI
Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI) donhóm tư vvaans về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (CGIAR) thành lập nămm 1947 có tổ chức đặt tại Tổ chức Lương thực và nông nghiệp của Liên Hiệp Quốc (FAO) ở Rôm, Italia
Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế nghiên cứu, thu thập, bảo tồn, tư liệu hóa, đánh giá và sử dụng sự đa dạng di truyền của cây trồng có ích vì lợi ích con người trên toàn thế giới.
Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế đóng vai trò xúc tác khuyến khích các hoạt động để duy trì mạng lưới của các tổ chức nhằm bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật.
Mạng lưới của Viện tài nguyên di truyền thực vật quốc tế có trên 600 viện đóng tại trên 100 quốc gia Đối với mỗi nước trong chương trình, Viện tài
nguyên di truyền thực vật quốc tế đều hỗ trợ các hoạt động theo nhu cầu của chương trình tài nguyên di truyền
Ví dụ: TRUNG TÂM TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC
VẬT VIỆT NAM
Tên tiếng Anh: Plant Rerources Center – PRC
Trang 7Được thành lập theo Quyết định số 220/2005/QĐ-TTg ngày 09/9/2005 của Thủ tướng Chính phủ Thành lập ViệnKhoa học Nông nghiệp Việt Nam;
Trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật là đơn vị sự nghiệp khoa học, trực thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt Nam, có nhiệm vụ nghiên cứu, thu thập, bảo tồn và khai thác sử dụng tài nguyên thực vật quốc gia.
Trung tâm được Nhà nước đầu tư và cấp kinh phí hoạt động, được sử dụng con dấu và mở tài khoản riêng tại Kho bạc Nhà nước theo quy định của pháp luật
4.Thu thập và bảo tồn nguồn gen
4.1 Sự cần thiết phải thu thập và bảo tồn nguồn gen Nguồn gen tại địa phương có khả năng bị mất do
không được bảo tồn đúng cách.
Sự sói mòn gen hay sói mòn di truyền
Sự thu hẹp các vùng sinh thái cũng làm sự đa dạng trong giống cây trồng và nguồn gen bị giảm đi đáng kể.
4.2 Thu thập nguồn gen
Các giống địa phương nhất là các giống chưa được đưa vào sử dụng trong chọn giống.
Các giống cải tiến đã và đang được sử dụng trong chọn giống.
Vật liệu chọn giống không có giá trị trong canh tác song lại có giá trị trong chọn giống.
Vật liệu di di truyền đặc biệt.4.3 Phương pháp thu thập
Trang 8 Đối tượng:
Cây lấy hạt: thu thập theo ô hay theo vùng, tùy từng điều kiện phát triển của cây trồng mà phạm vithu thập khác nhau.
Cây lấy củ: thu thập khó khăn hơn cây lấy hạt vì vật liệu cồng kềnh, thu hoạch đúng thời gian… Cây ăn quả và cây than gỗ: nhiều loại cây thu hạt
khó bảo quản, cây phân bố rải rác… Cách thức:
Đoàn chuyên môn đi thu thập các vùng trong nước Các cán bộ nông nghiệp có trách nhiệm gửi nguồn
vật liệu cho cơ quan nghiên cứu và bảo tồn Hợp tác quốc tế trao đổi vật liệu.
4.4 Bảo tồn nguồn gen
Bảo tồn ngoại vi (ex – situ conservation): Là
hình thức bảo tồn chủ yếu trên thế giới, bảo tồn ngoài phạm vi cư trú của loài, bảo tồn tại trung tâm giống.
Bảo quản hạt
Bảo quản hạt ngắn hạn: hạt giống làm khô tới độ ẩm thích hợp 9%, bảo quản trong vongd năm năm. Bảo quản hạt trung hạn: độ ẩm hạt 7%, trong túi gói
chuyên dụng, độ ẩm hạt 10%, bảo quản trong nhiệt độ -10C hoặc -50C.
Bảo quản dài hạn: hạt khô độ ẩm 3%, bảo quản từ 20 – 30 năm.
Bảo quản in vitro
Đối tượng bảo quản là vật liệu sinh sản vô tính, bảo quản trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo.
Bảo quản trên đồng ruộng
Đối tượng bảo quản là cây ăn quả, cây công nghiệp cây thuốc, cây sinh sản vô tính và hữu tính khác.
Trang 9 Một số vấn đề tồn tại trong bảo tồn ngoại viở Việt Nam:
Thiếu quy hoạch tổng thể và quy hoạch chi tiết.
Công tác sưu tập chưa chú ý tới các loài quý hiếm … Việc đào tạo cán bộ bảo tồn ngoại vi chưa được chú
trọng
Chưa có chính sách cụ thể cho công tác bảo tồn ngoại vi, nhất là chính sách xã hội hoá cho công tác bảo tồn
Việc đầu tư cho công tác bảo tồn ngoại vi chưa đượcchú trọng v.v.
Bảo tồn nội vi (hay bảo tồn tại chỗ, in – situ conservation)
Bảo tồn nội vi hay bảo tồn tại chỗ là bảo tồn nguồn gen trong môi trường sống Đối tượng là bất kỳ loại cây trồng nào, nhưng chủ yếu là tổ tiên của loài hay loài hoang dại.
Đối với một số giống địa phương ta có thể bảo quản ngay trên đồng ruộng của người nông dân. Một số vấn đề tồn tại trong bảo tồn nội vi ở Việt Nam: Hệ thống các KBT có nhiều KBT có diện tích
nhỏ, tính liên kết yếu nên hạn chế đến các hoạt động bảo tồn trên phạm vi khu vực rộng.
Ranh giới các KBT phần lớn chưa được phân định rõ ràng trên thực địa.
Nguồn ngân sách cho bảo tồn còn hạn chế, chủyếu dựa vào nguồn ngân sách Nhà nước, chưa cóchính sách cụ thể để xã hội hóa công tác bảo tồn. Một số chính sách về KBT còn thiếu, như chính
sách đầu tư, quản lý vùng đệm v.v
Hệ thống phân hạng của Việt Nam một số hạng chưa phù hợp với phân hạng của IUCN
Trong quản lý hiện nay chủ yếu vẫn là bảo vệ nghiêm ngặt, chưa gắn kết được quan điểm hiện đại về bảo tồn là vừa bảo tồn, vừa phát triển
Trang 105 Nhập nội
5.1 Khái niệm:
Theo nghĩa rộng: Nhập nội là đưa vật liệu (có thể là giống, dạng, loài hoang dại có quan hệ họ hàng với cây trồng) vào môi trường mới mà trước đó chưa được gieo trồng.
Theo nghĩa hẹp: Nhập nội là di chuyển vật liệu từ nước này sang nước khác.
Vật liệu nhập nội thích hợp tốt với môi trường mới =>sau khảo nghiệm được công nhận là giống đưa vào
sản xuất mà không cần thay đổi => Nhập nội sơ cấp
( sử dụng trực tiếp).
Vật liệu nhập nội không thích ứng => chọn lọc hoặc sử dụng lai để chuyển hay kết hợp các gen có ích
=> Nhập nội thứ cấp (sử dụng gián tiếp).
Ở Việt Nam đã đưa vào sản xuất các giống nhập nội như: lúa: IR8, IR22, CR203; Khoai tây: Diamant, Nicola, Mariella…
Trang 116 Đánh giá, mô tả, lập cơ sở dữ liệu và sử dụng nguồn gen
6.1 Đánh giá, mô tả và lập cơ sở dữ liệu:
Nguồn gen được đánh giá, khảo nghiệm và nhân lên ở những địa điểm nhất định để xác định tiềm năng vàkhả năng thích ứng của chúng.
Song song với công tác thu thập, bảo tồn, đánh giá một hệ thống tư liệu hóa về tài nguyên di truyền là công việc cần thiết để sử dụng nguồn gen có hiệu quả Thông qua cơ sở dữ liệu các nhà chọn giống, nhà nghiên cứu dễ dàng tra cứu thông tin cần thiết và tìm kiếm vật liệu cho các chương trình chọn giống.
Kết quả bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật giai đoạn 2001- 2005 của Trung tâm tài nguyên di truyền Việt Nam về đánh giá và thông tin, tư liệu hóa:
Trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật đã tiến hànhđánh giá 50 – 62 tính trạng hình thái nông học của 10.400 lượt giống theo các mẫu mô tả, đánh giá đã được xây dựng và chuẩn hoá cho Hệ thống bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật Quốc gia; đánh giá tính kháng sâu bệnh của trên 7.000 lượt giống x tính trạng.
Trung tâm cũng đã khai thác và sử dụng phần mền quản lý dữ liệu của ngân hàng gen quốc tế, tạo lập phần mền song ngữ Việt-Anh của Việt Nam, từng bước hoàn thiện hệ thống thông tin tư liệu tài nguyêndi truyền thực vật, tạo lập trang Web về tài nguyên di
truyền thực vật (http://www.pgrvietnam.org.vn)
Đặc biệt, một cơ chế chia sẻ thông tin quốc gia đã được xây dựng phục vụ việc triển khai kế hoạch hành động toàn cầu về bảo tồn và sử dụng bền vữngtài nguyên di truyền thực vật phục vụ mục tiêu lương
thực và nông nghiệp
6.2 Sử dụng nguồn gen:
Trang 12 Sử dụng trực tiếp làm giống Chuyển các tính trạng đơn gen Chuyển tính trạng số lượng Chuyển gen nhờ chỉ thị Phương pháp kết hợp
Kết quả bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật giai đoạn 2001- 2005 của Trung tâm tài nguyên di truyền Việt Nam về khai thác và sử dụng nguồn gen:
Trong giai đoạn 2001-2005, Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia đã cấp phát 3.494 lượt giống và 4.250 lượt dữ liệu phục vụ các mục tiêu sử dụng khác nhau, góp phần tích cực cho công tác giống câytrồng Giống đậu xanh NTB-01 do Trung tâm nghiên cứu NN Duyên hải Nam Trung Bộ bình tuyển từ các nguồn gen đậu xanh do Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia cung cấp đã được công nhận là giống quốcgia
Ngân hàng gen cây trồng Quốc gia cũng đã nghiên cứu bình tuyển, phục tráng, chọn lọc và thử nghiệm một số dòng/giống cây trồng để phát triển trong sản xuất: giống khoai môn KMC-1 và KMN-1, khoai sọ KS-5, lúa nếp Quýt đặc sản, lúa thơm ngắn ngày LT-3, lúa nếp thơm ngắn ngày NT-96, giống hoa Uất Kim Cương Tím, giống đậu tương nhập nội TN1, đậutương cao sản DT-2006 Đặc biệt, giống khoai sọ KS4 và giống hoa Đuôi chồn đỏ đã được công nhận là giống tiến bộ kỹ thuật (giống quốc gia).
7 Vốn gen
7.1 Khái niệm về vốn gen
Khái niệm về vốn gen do Harlan và de Wet (1971) đề xuất nhằm đưa ra một định hướng thực tế về mối quan hệgiữa cây trồng và các loại họ hàng của chúng có ích đối với nhà chọn giống khi muốn lai chúngvới nhau Nguồn tàinguyên di truyền khác nhau được phân thành những vốn gen khác nhau của một loại cây trồng nhất định dựa vào khả năng lai
7.2 Các loại vốn gen
Trang 13 Vốn gen sơ cấp: Gồm các quần thể trồng trọt, các giống địa phương, các giống hay quần thể do nông dân tạo thành và duy trì, các kiểu sinh thái và các loài phụ.
Vốn gen thứ cấp: Gồm các loài có quan hệ họ hàng trong cùng 1 chi (không phải tất cả), có khả năng lai với nhau, nhưng con lai F1 có xu hướng bất dục, conlai yếu.
Vốn gen tam cấp: Gồm các loài có quan hệ xa nhau ở các chi khác nhau hay các loài có quan hệ xa trongcùng một chi
Lai giữa chúng rất khó khăn, đòi hỏi phải cứu phôi, nuôi cấy noãn…
Giá trị nguồn gen địa phương
Hình thành chọn lọc tự nhiên và nhân tạo hàng năm Nguồn vật liệu khá đa dạng về di truyền
Tính thích nghi và khả năng kháng sâu, bệnh cao Chất lượng tốt