Giáo trình -Chọn giống cây trồng - chương 9&10 potx

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………91 CHƯƠNG X LAI XA Mục tiêu học tập của chương 1. Hiểu ñược hả năng và phạm vi ứng dụng của lai xa (khác loài, khác chi) trong chọn giống. 2. Phân tích ñược những cơ chế sinh lý, di truyền cản trở quá trình lai xa 3. Nắm ñược kỹ thuật khắc phục khó khăn khi lai xa. 1. Những ứng dụng của lai xa Lai xa là lai giữa hai loài cùng một chi (lai khác loài) hoặc lai giữa hai loài thuộc hai chi khác nhau (lai khác chi) nhằm chuyển các gen có ích từ loài này sang loại khác. Lợi ích cụ thể của lai xa gồm (Briggs và Knowles, 1967). 1) Chuyển gen mong muốn từ loài tổ tiên hoang dại hay loài hoặc chi có quan hệ họ hàng sang các giống cây trồng. ðó là các gen kháng sâu, kháng bệnh, bất dục ñực tế bào chất, gen phục hồi, khả năng chống chịu, v.v. 2) Tận dụng sức sống con lai ở những loài nhất ñịnh, ví dụ như con lai khác loài ở bông; các loài cây thức ăn gia súc, như con lai giữa cao lương và cỏ Sudan; cây sinh sản vô tính như mía và khoai tây. 3) Tạo ra các loài dị ña bội mới, như triticale 4) Xác ñịnh mối quan hệ tiến hoá giữa các loài 2. Khó khăn khi lai xa Khó khăn chủ yếu trong việc sử dụng lai xa là hàng rào sinh sản do thiếu hài hoà giữa các hệ thống sinh lý hoặc tế bào, cản trở sự trao ñổi (interchange) di truyền giữa hai loài. Trong những trường hợp ñó lai xa khó thành công vì những lý do sau: 1. Bất hợp lai (không tạo ra hợp tử F 1 ): bất hợp lai do không hài hoà trong hệ thống sinh lý của cây từ các loài hoặc các chi khác nhau cản trở sự hình thành hợp tử F 1 . Ví dụ hạt phấn không nảy mầm trên ñàu nhụy, hoặc ống phấn không xuyên hết vòi nhụy, hoặc giao tử ñực không kết hợp với trứng mặc dù ống phấn xuyên tới noãn. 2. F1 không có khả năng sống: Một số F 1 của các tổ hợp lai xa hoặc không có khả năng sống hoặc quá yếu do những nguyên nhân sau ñây. - Bất dục nhiễm sắc thể: Sự khác nhau về cấu trúc giữa nhiễm sắc thể của hai loài can thiệp vào quá trình cặp ñôi và phân chia nhiễm sắc thể trong phân chia giảm nhiễm do không hài hoà giữa hai genom khác nhau ở con lai xa. - Không hài hoà giữa gen của loài này và tế bào chất của loài kia: kết quả tương tác có thể có hại hoặc thậm chí gây chết. - Không hài hoà giữa kiểu gen của hợp tử F 1 với kiểu gen của nội nhũ hoặc mô của loài mẹ. Sự kết hợp của hai genom, một genom của loài mẹ và genom kia của loài bố khác có thể tạo ra hiệu ứng liều lượng bất lợi. 3. F 1 bất dục: Sự bất dục nhiễm sắc thể hoặc sự không hài hoà giữa genom bố mẹ, hoặc genom của loài này với tế bào chất của loài kia có thể gây ra sự bất dục của F 1 . Nếu sự bất dục ñược gây nên bởi một phức hệ gen ñặc thù ñược gọi là bất dục gen (bất dục con lai do gen). Nếu không có sự cặp ñôi của nhiễm sắc thể ở con lai, bất dục là kết quả của phân chia không bình thường về số lượng và tổ hợp nhiễm sắc thể của giao tử từ các genom bố mẹ. Ở một số con lai xa, mặc dù sự cặp ñôi và phân chia nhiễm sắc thể xảy ra bình thường, F 1 vẫn bất dục do sự khác nhau về cấu trúc nhiễm sắc thể. Sự tương tác giữa các genom khác nhau có thể dẫn ñến sự loại trừ nhiễm sắc thể của một 100 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………92 trong hai genom bố mẹ ở hợp tử F 1 trong quá trình phân chia nguyên nhiễm của phôi và cây trưởng thành sẽ bị bất dục cao ñộ. Sự ñào thải nhiễm sắc thể cũng có thể do tính bất hợp giữa genom của loài này và tế bào chất của loài kia 4. Sự suy nhược của con lai: Trong một số trường hợp có thể thu ñược con lai xa có sức sống cao và hữu dục nhưng cây F 2 lại yếu và bất dục. Hiện tương trên gọi là sự suy nhược của con lai hay sự bất lực di truyền . Sự suy nhược con lai có thể do sự kết hợp các ñoạn nhiễm sắc thể trong quá trình phân chia giảm nhiễm ở F 1 gồm các khác nhau nhỏ về cấu trúc làm cho giao tử mất ñoạn hay lặp ñoạn tuy nhỏ nhưng lại quan trọng, do ñó các giao tử mất khả năng sống (con lai F 1 bất dục). Tái tổ hợp có thể tạo ra bào tử F 2 hoặc các thế hệ sau không bình thường, nếu giao tử bất thường thoát ñược sự ñào thải trong giai ñoạn giao tử. Hiện tượng này gọi là sự suy nhược của con lai thế hệ F 2 . 3. Phương pháp khắc phục khó khăn khi lai xa Sự trao ñổi di truyền giữa hai loài chỉ thực hiện ñược nếu khắc phục hoặc phá vỡ hàng rào trở ngại về sinh sản. Nhà chọn giống có thể áp dụng các phương pháp sau ñây. 3.1. Cản trở trước khi thụ tinh Chọn loài bố mẹ ñể lai Thông thường nhà chọn giống có nguồn gen ña dạng gồm các giống trồng trọt, tổ tiên hoang dại, họ hàng. Nhà chọn giống cần sàng lọc nguồn gen có tiềm năng biểu hiện các tính trạng mong muốn. Trước hết cần chọn nguồn gen có quan hệ họ hàng gần gũi nhất với giống trồng trọt (vựa gen thứ cấp). Cách tốt nhất ñể xác ñịnh mối quan hệ giữa giống trồng trọt và loài họ hàng là dựa vào số liệu từ các thí nghiệm lai. Nghiên cứu hệ thống sinh học của các nhà phân loại tế bào học kết hợp với các vấn ñề chọn giống là cách tốt nhất ñể xác ñịnh mối quan hệ. Nhà chọn giống phải lai thử nhiều tổ hợp khác nhau Số tổ hợp lai Sau khi chọn lọc nguồn gen làm bố mẹ, nhà chọn giống phải lai thử với số lượng lớn. ðiều này cực kỳ quan trọng vì có sự biến ñộng di truyền lớn ở các giống trồng trọt cũng như ở các loài hoang dại họ hàng. Nhà chọn giống phải tìm cách ñể thử hết phạm vi biến ñộng trong nguồn vật liệu mình có. Lai thuận nghịch Lai thuận nghịch ñể tìm hướng lai có kết quả là rất cần thiết, ñặc biệt khi nhà chọn giống chưa biết gì về các tổ hợp bố mẹ. Tăng mức bội thể: Nhân ñôi số nhiễm sắc thể ñã ñược ứng dụng thành công trong các tổ hợp lai giữa các loài khác nhau về mức bội thể. Kỹ thuật sử dụng phổ biến nhất là xử lý côn xi xin. Lai gián tiếp Khi nhà chọn giống không thể lai hai loài trực tiếp với nhau thì có thể áp dụng phương pháp gián tiếp. Phương pháp gián tiếp gồm một loạt tổ hợp lai có sự tham gia của giống trồng trọt với hai hoặc ba loài hoang dại họ hàng. Mặc dù giống trồng trọt và một loài tương hợp lai nhất ñịnh không thể lai trực tiếp với nhau, các nhiễm sắc thể của genom ñược tập hợp trong cùng một cơ thể thông qua lai gián tiếp. Tuy nhiên nhà chọn giống cũng phải tiến hành lai thử nhiều lần và sàng lọc những cá thể từ những quần thể phân ly ñể duy trì các gen mong muốn cần ñược chuyển. 101 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………93 Cải tiến kỹ thuật lai Kỹ thuật lai xa tương tự như lai trongloài. Tuy nhiên những cải tiến kỹ thuật về khử ñực và thụ phấn có thể giúp nhà chọn giống khắc phục những hàng rào cản trở trước khi thụ tinh trong những trường hợp nhất ñịnh. Các kỹ thuật ñó gồm: i) Ghép phôi: Ghép phôi hạt ñang nảy mầm của một loài vào nội nhũ hạt ñang nảy mầm của loài kia. Ví dụ, lấy phôi lúa mì ghép vào nội nhũ mì ñen ñể tạo ra cây lúa mì. Những cây này khi lai với hạt phấn mì ñen sẽ tạo ra số con lai cao hơn 5 lần so với ñối chứng. ii) Hỗn hợp hạt phấn: hỗn hợp hạt phấn có sức sống bình thường nhưng không tương hợp với hạt phấn tương hợp nhưng mất sức sống là một biện pháp khắc phục sự bất hợp lai ở một số loài (Mentor pollen), ví dụ các loài Poplar (Knox et al., 1972). iii) Sử dụng dung môi hữu cơ: ở một số loài tính bất hợp giữa hạt phấn và bề mặt vòi nhụy của loài khác có thể bị phá vỡ bằng cách xử lý ñầu nỵuy hoặc hạt phấn bằng dung môi hữu cơ. iv) Cắt bỏ ñầu nhụy trước khi thụ phấn: Khó khăn ñể tạo ra con lai xa ở khoai tây (các loài Solanum do sinh trưởng ống phấn bị ức chế) có thể khắc phục bằng cách cắt bỏ ñầu nhụy và thay thế bằng một mẫu agar chứa ñường và gelatin. v) Xử lý chất ñiều hoà sinh trưởng: ở một số tổ hợp lai xa hạt phấn có khả năng nảy mầm trên ñầu nhụy của loài khác nhưng ống phấn sinh trưởng quá chậm trong vòi nhụy làm cho trứng bị thoái hoá hoặc hoa rụng trước khi xảy ra quá trình thụ tinh. Khó khăn này có thể khắc phục bằng cách xử lý chất ñiều hoà sinh trưởng ñể kích thích ống phấn hoặc sự phát triển của quả. Chất ñiều hoà sinh trưởng cũng có thể làm tăng tỉ lệ sống của phôi sau khi thụ tinh. Ví dụ, lai giữa các giống lê lưỡng bội và tứ bội thành công nhờ xử lý bầu nhụy với axit õ- naphthoxyacetic. vi) Cát ngắn vòi nhụy: Cắt ngắn vòi nhuỵ làm rút ngắn khoảng cách ñể ống phấn ñến ñược noãn. Ví dụ cát ngắn râu ngô khi lai ngô với Tripsacum. vii) Dung hợp tế bào trần: Dung hợp tế bào trần (cong gọi là lai xô ma) ñược coi là một phương pháp hữu hiệu ñể khắc phục hàng rào sinh sản. viii) Lai với số lượng lớn: Lai với số lượng lớn cũng là biện pháp khắc phục hàng rào trước khi thụ tinh. ðể lai số lượng lớn nhà chọn giống phải áp dụng kỹ thuật khử ñực và thụ phấn hàng loạt. Nếu có gen chỉ thị, nhà chọn giống chỉ cần thụ phấn mà không cần khử ñực, rồi thu hoạch hạt từ cây mẹ và sàng lọc thế hệ con ñể tách con lai. ix) Thụ phấn in vitro: Thụ phấn noãn trong ñiều kiện in vitro, trong khi loại bỏ hoàn toàn vòi nhụy và các mô thành bầu nhuỵ, là một phương pháp hữu hiệu khi vùng bất hợp tập trung ở ñầu nhụy, vòi nhụy hoặc ở bầu. 3.2. Cản trở sau khi thụ tinh Sử dụng hoóc môn sinh trưởng Trong nhiều trường hợp hợp tử F 1 hoặc phôi non bị mất do tỉ lệ ñậu hạt thấp hoặc phôi không phát triển. Nhà chọn giống có thể xử lý hoóc môn sinh trưởng sau khi thụ phấn ñể giữ hoa và kích thích ñậu quả. Phấn hỗn hợp Hỗn hợp phấn của loài khác với loài tương hợp cũng làm tăng tỉ lệ ñậu quả. Ví dụ, nếu hoa loài mẹ có ba ñầu nhụy trên một hoa, hai ñầu nhụy thụ phấn thụ phấn với phấn của các loài khác còn ñầu nhụy kia thụ phấn với cây tương hợp cùng loài, sẽ tăng tỉ lệ ñậu quả. 102 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………94 Nuôi cấy phôi Trong trường hợp hợp tử không phát triển bình thường do nội nhũ mất khả năng nuôi dưỡng phôi thì phôi có thể nuôi cấy trên môi trường nhân tạo. Phương pháp này còn gọi là cứu phôi. Ghép Ghép cây con F 1 lên cây bình thường của một trong hai loài bố mẹ làm tăng sức sống con lai nếu F 1 không có khả năng sống do diệp lục không phát triển hoặc hệ thống rễ phát triển kém. 5) Tạo ña bội khác nguồn: Nhiều con lai xa thường bất dục cao. Có thể khắc phục tính bất dục bằng cách nhân ñôi số lượng nhiễm sắc thể của F 1 tạo ra thể ña bội thể khác nguồn. 3.3. Sự suy nhược ở F 2 Một số con lai xa F 1 phát triển và hữu dục bình thường, nhưng thế hệ con lại giảm sức sống và ñộ hữu dục, thậm chí một số không bình thường và bất dục. Sự bất dục có thể do sự mất cân bằng di truyền (Stebbins, 1958). Vì thế, nhà chọn giống phải gieo trồng quần thể lớn mới hi vọng tạo ra những tổ hợp gen và nhiễm sắc thể cân bằng. Lai lại nhiều lần với bố mẹ hồi giao cũng là một trong những phương pháp tạo ra sự cân bằng ở con lai. Chẳng hạn ở bông, lai lại một vài lần với một trong hai bố mẹ có thể phục hồi hoàn toàn bố mẹ hồi giao. 4. Một số thành tựu lai xa ở cây ăn quả 4.1 Họ cam quýt: Tangelo Họ cam quýt (Rutaceae) có một số loại có quả ngon nhất thế giới, trong ñó có nhiều con lai giữa các loài. Tangelo (Hình 1.9) là con lai giữa bưởi với quýt. Giống tangelo trồng rộng rãi ở Quận San Diego là con lai tạo ra giữa bưởi (C. x paradisi) với quýt (C. reticulata). Bản thân bưởi (C. x paradisi) là con lai giữa (C. maxima) với với cam (C. sinensis). Hình 1.9: Con lai giữa bưởi (C. x paradisi) với quýt (C. reticulata) Bưởi 103 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………………95 4.2 Họ hoa hồng (mận, mơ, ñào,v.v.) Họ hoa hồng (Rosaceae) gồm nhiều cây ăn quả có ý nghĩa kinh tế thuộc chi Prunus. Mỗi loài có rất nhiều giống khác nhau. các nhà thực vật học ñã chuyển một số loài thành các chi riêng biệt, gồm Amygdalus (ñào) và Armeniaca (mơt). Một số loại quả là ñào lông (P. persica syn. Amygdalus persica), ñào quả trơn còn gọi là nectarine (một giống khác của f P. persica), mận (P. domestica), mơ (P. armeniaca syn. Armeniaca vulgaris),và anh ñào (P. avium and P. cerasus). Một số loài của chi Prunus ñã ñược lai với nhau ñể tạo con lai khác loài (Hình 2.9). ðó là con lai giữa ñào và mơ - peachcot (Prunus persica x P. armeniaca), con lai giưa anh ñào và mơ - cherrycot (P. besseyi x P. armeniaca), con lai giữa giữa mận và mơ - plumcot (P. domestica x P. armeniaca). Một số con lai có tên khác nhau tùy theo giống bố mẹ ñược sử dụng và mức ñộ giống với một trong 2 bố mẹ Hình 2.9. Con lai giữa mận (Prunus domestica) và mơ (P. armeniaca) - Plumcot. Vì con lai giống mận nhiều hơn nên còn gọi là "pluot." " TÀI LIỆU THAM KHẢO Fehr, W. R. 1987. Principles of cultivar development. Chapter 14: Interspecific hybridization. Macmillan Publishing Company. Agrawal, R. L. 1998. Fudamentals of plant breeding and hybrid seed production. Science Publishers, Inc. Câu hỏi ôn tập 1. Thế nào là lai xa? 2. Khi nào nhà chọn giống cần tiến hành lai xa? 3. Khi lai xa gặp những khó khăn gì? tại sao? 4. Liệt kê một số phương pháp khác phục khó khăn khi lai xa. 5. Hiện tượng suy nhược ở con lai F2 là gì? Cách khắc phục như thế nào? 104 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 91 CHƯƠNG X ỨNG DỤNG ðA BỘI THỂ VÀ ðƠN BỘI THỂ TRONG CHỌN GIỐNG Mục tiêu học tập của chương 1. Hiểu và phân tích vai trò của của ña bội thể trong tiến hóa và khả năng ứng dụng chọn giống cây trồng. 2. Nắm ñược ñặc ñiểm chính của các loại ña bội thể 3. Hiểu ñược phương pháp tạo và sử dụng ñơn bội thể trong quá trình chọn giống 4. Phân biệt ñược các loại hình ña bội thể, các con ñường hình thành ña bội thể và phương pháp xử lý nhân tạo. 5. Sử dụng ña bội thể trong sản xuất 1. ða bội thể 1.1 Ý nghĩa của ña bội thể trong tự nhiên và chọn giống Một cơ thể sống ñược gọi là ña bội thể khi có tế bào chứa trên hai bộ nhiễm sắc thể cơ bản (bộ nhiễm sắc thể cơ bản ký hiệu x), nói cách khác số nhiễm sắc thể là bội số của x và lớn hơn 2x, ví dụ, tam bội thể (3x), tứ bội thể (4x), lục bội thể (6x), bát bội thể (8x). ða bội thể là hiện tượng phổ biến ở thực vật, ñặc biệt là cây hạt kín. 30% ñến 70% cây hạt kín ở trạng thái ña bội (Grant, 1971; Goldblatt, 1980). Phần lớn sản phẩm cây trồng nuối sống loài người là những cây ña bội, ví dụ như lúa mì, mía, khoai tây, khoai lang, vv. (Bảng 1.10). Một số loài của các chi có số nhiễm sắc thể thay ñổi tạo thành dãy ña bội, ví dụ các loài cà phê có số nhiễm sắc thể là 22, 44, 66 và 88 hoặc các loài thuộc họ cà có số nhiễm sắc thể 24 và 48 . ðiều ñó chứng tỏ rằng các dạng tổ tiên có số nhiễm sắc thể cơ bản tương ứng là 11 và 12 mà từ ñó tạo ra các dạng con cái có số nhiễm sắc thể khác nhau. Bảng 1.10: Số nhiễm sắc thể ở một số cây trồng Cây trồng Số nhiễm sắc thể cơ bản (x) Số nhiễm sắc thể Mức ña bội Lúa mì 7 42 6x Lạc 10 40 4x Mía 10 80 8x Chuối 11 22,33 2x, 3x Khoai tây 12 48 4x Khoai lang 15 90 6x Bông 13 52 4x Táo tây 17 34, 51 2x, 3x Ngược lại với quá trình tiến hóa xảy ra từ từ trong ñó các loài mới hình thành từ những quần thể cách ly, các loài mới cũng có thể xuất hiện một cách ñột ngột. Cơ chế phổ biến nhất thông qua sự hình thành các thể ña bội tự nhiên. Một khi một thể tứ bội xuất hiện trong quần thể nó có thể lai với các thể tứ bội khác. Tứ bội thể cũng có thể lai với các thể lưỡng bội của loài bố mẹ nhưng con cái tạo thành ñều bất dục. Hiện tượng ñó tạo ra “hàng rào sinh sản” giữa các thể ña bội và loài bố mẹ - một ñộng lực quan trong ñối với sự hình thành loài. Các nhà khoa học cho rằng ý nghĩa tiến hóa của ña bội thể không chỉ do sự làm giàu gen mà còn do sự biến ñộng di truyền nhờ tăng khả năng tái tổ hợp của các thể ña bội. Trong tự nhiên tỉ lệ ña bội bội thể có tương quan với vĩ ñộ và ñộ cao (Bảng 2.10). Có nhiều quan ñiểm khác nhau về mối quan hệ này, hoặc là nhiệt ñộ cực ñoan (sốc nhiệt ñộ) cảm ứng ña bội, hoặc là ña bội thể có tính ñệm tốt hơn thể lưỡng bội ñể chống lại các ñiều kiện khí hậu 105 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 92 cực ñoan (lạnh, hạn hán ). Tuy nhiên, trong thực tế nhiều cây trồng nhiệt ñới ở dạng ña bội thể. Quá trình tiến hóa của loài là quá trình chuyển từ lưỡng bội sang ña bội thể. Các nhà khoa học cho rằng có một số yếu tố tạo ra ưu thế thích nghi và tiến hóa của ña bội thể. Quan trọng nhất có lẽ là các thể ña bội có tính dị hợp tử cao hơn thể lưỡng bội. Chẳng hạn, thể tứ bội có bốn alen ở một locut, do ñó ñộ dị hợp tử là yếu tố chính quyết ñịnh khả năng sinh trưởng, năng suất và khả năng thích nghi . ða bội thể khác nguồn có thể có ñộ dị hợp tử cao hơn nhiều làm tăng sức sống và ưu thế lai của thể ña bội. Mặc dù ña bội thể có ý nghĩa lớn ñối với quá trình tiến hóa, việc ứng dụng ña bội thể trong chọn tạo giống vẫn còn rất hạn chế so với các phương pháp khác như lai giống hay tạo giống lai. Nguyên nhân chủ yếu là trong nhiều trường hợp các thể ña bội nhân tạo biểu hiện sự rối loạn về cân bằng di truyền. Vì thế phải tìm ñược phương pháp tạo ña bội thể phù hợp, kết hợp với lai và chọn lọc cẩn thận ñối với vật liệu thô ña bội. Bảng 2.10: Quan hệ giữa vĩ ñộ và tỉ lệ ña bội thể trong quần thực vật tự nhiên (Tischler, 1936 ) Vùng Vĩ ñộ ñịa lý Tỉ lệ ña bội thể (%) Xi-xin 36-38 37,0 Hungari 44-49 48,6 Trung Âu 46-55 50,7 ðan Mạch 54-58 53,5 Tây nam Greenland 60-62 74,0 ðảo băng 63-66 71,2 Tây bắc Alaska 68 59,3 Spitsbergen 77-81 74,0 ðảo Peary 82-84 85,9 1.2 ða bôi thể cùng nguồn (autopolyploid) ða bội thể cùng nguồn hình thành do tăng bội số nhiễm sắc thể của cùng một loài. ða bội thể ñược gọi theo bội số của bộ nhiễm sắc thể cơ bản: ví dụ, thể tam bội có ba bộ nhiễm sắc thể (3x); thể tứ bội có 4 bộ nhiễm sắc thể (4x) a) ðặc ñiểm chung của ña bội thể cùng nguồn Nếu so sánh với thế hệ tuền thân lưỡng bội ña bội thể cùng nguồn có những ñặc ñiểm khác biệt sau:  Tế bào lớn hơn thường làm cho các cơ quan như quả, hạt (rất có ý nghĩa nếu quả là bộ phận sử dụng), hoa (có ích ở cây cảnh, Hình 1.10), lá và thân (có ý nghĩa ñối với cây thức ăn gia súc.  Lá dày hơn với tỉ lệ dài trên rộng nhỏ hơn. Bộ lá thường xanh ñậm và giòn hơn  Tế bào biểu bì và khí khổng lơn hơn, trong ñó tế bào bảo vệ chứa số lượng sắc lạp nhiều hơn. Tăng số lượng sắc lạp là một chỉ tiêu có ích ñể phát hiện mức ña bội (ví dụ khoai tây, cỏ ba lá). Ví dụ, khoai tây 2x có 10-15 sắc lạp; 4x có 18-24 sắc lạp. Hình 1.9: Hoa loa kèn trắng tứ bội 106 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 93  Hạt phấn thường lớn hơn với nhiễu lỗ mầm hơn.  Sinh trưởng chậm hơn ở tất cả các giai ñoạn sinh trưởng, chín muộn hơp và ñôi khi ra hoa ngắn hơn và ít hoa hơn  ðộ hữu dục ở thể ña bội cùng nguồn thường thấp hơn thể lưỡng bội tương ứng, do ñó khả năng sản xuất hạt khó khăn gây khó khăn ñối với cây trồng phải gieo trồng bằng hạt. Tuy nhiên mức ñộ hữu dục còn phụ thuộc vào mức ña bội, ña bội càng cao bất dục càng lớn; ña bội chẵn có ñộ hữu dục cao hơn ña bội lẻ (Bảng 3.9). Bảng 3.9: Mối quan hệ giữa mức ña bội và ñộ hữu dục (ñộ nhuộm màu hạt phấn) ở ña bội thể cùng nguồn (Nishi và Mitsouka, 1969) Mức ña bội x 2x 3x 4x 5x Tỉ lệ nhuộm màu hạt phấn (%) 4 95 52 78 31  Ống phấn của cây 4x thường sinh trưởng chậm hơn cây lưỡng bội  Thể tứ bội cùng nguồn của các loài lưỡng bội tự bất hợp với hệ thống tự bất hợp giao tử một locut trở nên tương hợp, trong khi ñó hệ thống bào tử và nhiều locut phản ứng tự bất hợp chỉyếu hơn so với thể lưỡng bộiác loại ña bội thể cùng nguồn (tam bội tứ bội, ) và các ña bội thể tự nhiên b) Di truyền của ña bội thể cùng nguồn Tính di truyền của ña bội thể cùng nguồn tương ñối phức tạp. Sự phân ly thay ñổi theo sự cặp ñôi của nhiễm sắc thể, mức ñộ ña trị trong quá trình giảm nhiễm, khoảng cách của gen từ tâm ñộng và bản chất và tần số bắt chéo. Ví dụ, tứ bội thể cùng nguồn (2n=2x) có bốn nhiễm sắc thể tương ñồng. Theo nguyên lý , bốn nhiễm sắc thể tương ñồng ñều có thể cặp ñôi với nhau do ñó trong quá trình giảm nhiễm tối ña có x lần tứ trị ñược tạo thành. Tuy nhiên trường hợp như vây ít khi xảy ra. Ngoài tứ trị trong tế bào mẹ bào tử có thể tạo thành những hình thể khác như tam trị + ñơn trị, hai lưỡng trị hoặc bốn ñơn trị. Phức tạp hơn nếu thể ña bội cùng nguồn ở loại cây có nhiều hơn 2 alen trên một locut (ña alen), ví dụ : ba alen A1, A2, A3, A3; bốn alen A1, A2, A3, A4. Tính ña alen là một hiện tượng có ý nghĩa trong chọn giống ña bội cùng nguồn, ñặc biệt trong mối quan hệ với giao phối cận huyết và ưu thế lai. ðể minh họa sự phân ly một tính trạng của cây lưỡng bội và ña bội ñược trình bày dưới ñây (Hình 2.10). c) Phương pháp tạo ña bội thể cùng nguồn Tạo ña bội bằng con ñường nguyên phân ða bội thể cùng nguồn tự nhiên ñược hình thành từ các loài lưỡng bội khác nhau và chúng có nhiều ñặc ñiểm có lợi hoặc mong muốn không có ở cây lưỡng bội. ðiều ñó ñã kích thích các nhà chọn giống tìm ra những phương pháp ñể tăng nhân tạo số nhiễm sắc thể ở các loài cây trồng lưỡng bội. Các phương pháp cổ nhất dựa vào thực tế là trong quá trình giảm nhiễm sự phân chia nhiễm sắc thể rất mẫn cảm với những tác nhân như nóng, lạnh, thuốc gây mê, v.v. Khi sự phân chia tế bào không xảy ra sau quá trình nguyên phân của nhiễm sắc thể, chẳng hạn ở nhiệt ñộ tới hạn, số nhiễm sắc thể của tế bào sẽ tăng gấp ñôi. Một thực tế khác là mô sẹo hình thành khi bị chấn thương và chồi mọc từ mô sẹo ấy có số nhiễm sắc thể tăng gấp ñôi. Trong những năm 1930, sự phát hiện tác ñộng của conxixin ñối với quá trình phân bào là một bước nhảy vọt ñể tăng số nhiễm sắc thể. Xử lý conxixin Conxixin – chất alkaloid ñược chiết xuất từ tất cả các bộ phận của cây Colchicum autumnale là một tác nhân có hiệu quả nhất ñể tạo ra ña bội thể bằng con ñường nhân tạo. Conxixin tan trong nước và tạo ra tỉ lệ tế bào ña bội cao ở nồng ñộ không ñộc với nhiều 107 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 94 loài cây trồng. Khí cười (N 2 O) ở ñiều kiện áp suất cao (± 10 atm) và acenapthane có cùng tác ñộng như conxixin. Tất cả những chất này ñều là chất ñộc ñối với thoi vô sắc, làm sợi thoi mất chức năng. Sự phân chia nhiễm sắc thể xảy ra nhưng nhiễm sắc tử không ñược kéo về cực. Ở giai ñoạn sau tâm ñộng phân chia nhưng thành tế bào mới không hình thành. Do ñó tế bào mới có nhiễm sắc thể trong nhân tăng gấp ñôi. Quá trình phân chia nguyên nhiễm như vậy gọi là phân chia conxixin (Levan, 1938). Lưỡng bội Tứ bội P o AA x aa AAAA x aaaa F 1 Aa AAaa Giao tử tạo thành ở thế hệ F 1 0,5A; 0,5a 0,167 AA; 0,667Aa; 0,167aa 1A : 1a 1AA : 4Aa : 1aa Tỉ lệ phân ly ở thế hệ F 2 0,5A 0,5a 0,5A 0,25AA 0,25Aa 0,5a 0,25Aa 0,25aa 0,167AA 0,667Aa 0,167aa 0,167AA 0,0278 AAAA 0,1111 AAAa 0,0278 AAaa 0,667Aa 0,1111 AAAa 0,4444 AAaa 0,1111 Aaaa 0,167aa 0,0278 AAaa 0,1111 Aaaa 0,0278 aaaa Các nhóm kiểu gen ở thế hệ F 2 0,25AA 0,0278 AAAA (quadriplex) 0,50Aa 0,2222 AAAa (Triplex) 0,25aa 0,5000 AAaa (Duplex) 0,2222 Aaaa (Simplex) 0,0278 aaaa (Nulliplex) Hình 2.10: Phân ly ñơn tính ở con lai lưỡng bội và tứ bội cùng nguồn Vật liệu xử lý : Levan (theo Dewey, 1980) kết luận rằng một cây trồng thích hợp với việc cải tiến thông qua sự nhân ñôi số nhiễm sắc thể cần có ñặc ñiểm sau: - số lượng nhiễm sắc thể thấp - sản phẩm thu hoạch là bộ phận sinh dưỡng - là cây giao phấn - kiểu sinh trưởng lâu năm - có khả năng sinh sản sinh dưỡng Cần phải tạo ra một số lượng lớn dòng tứ bội thể từ các nguồn lưỡng bội ña dạng ñể ñảm bảo sự ña dạng alen trong chương trình chọn giống. Lai ñơn hoặc lai kép các dòng 4x ña dạng di truyền là cần thiết ñể tạo ra giống có ưu thế lai tối ña. i) Xử lý hạt: Thường sử dụng dung dịch conxixin nồng ñộ từ 0,1-0,5% và thời gian xử lý từ 2 ñến 24 giờ. Có thể xử lý trước hoặc sau khi hạt nảy mầm ở nhiệt ñộ xấp xỉ 27 o C. Các yếu tố này có thể áp dụng riêng lẻ hay kết hợp, tùy theo loại cây trồng và giống. ii) Xử lý các bộ phận sinh dưỡng: nhỏ giọt conxixin hoặc ñặt bông thấm dung dịch conxixin lên ñỉnh sinh trưởng (hoặc mầm nách, mắt củ, v.v.). Cũng có thể xử lý cành giâm trong thời gian 4-5 ngày rồi sau ñó trồng hoặc ghép khi cần thiết. ðiều quan trọng ở mọi trường hợp là chất ñộc ñối với sợi thoi phải có hoạt lực trong tế bào ñang phân chia. Chi tiết về xử lý conxixin ñối với một số cây trồng ñược cung cấp trong bảng 4.10. 108 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 95 Bảng 4.10: Xử lý conxixin ñể tạo ña bội thể cùng nguồn ở một số cây trồng. Cây trồng Vật liệu xử lý Nồng ñộ conxixin (%) Thời gian xử lý (giờ) Lúa miến Cây con 0,1-1,0 Dung dịch ñược ñưa vào mô dưới áp lực thấp; rễ không ñược tiếp xúc với dung dịch Bông vải ðỉnh ngọn cây con (4-5 lá) 0,08 Xử lý 12 giờ ngắt quãng ñều ñặn Ớt cay Hạt 0,1 8 ngày Vừng Chồi sinh dưỡng 0,4 Phun mỗi ngày 2 lần trong 3 ngày cách nhau Thuốc lá Chồi sinh dưỡng ñang sinh trưởng 0,4 Tẩm dung dịch mỗi ngày 2 lần 10- 15 phút, trong một tuần Xử lý conxixin ñối với các mô xô ma ñơn giản, dễ làm và có hiệu quả nhưng nhược ñiểm là sự tạo thành thể khảm: mô có số nhiễm sắc thể nhân ñôi và mô có số nhiễm sắc thể bố mẹ bình thường có mặt trên cùng một cây. Thông thường mô bình thường sinh trưởng nhanh hơn và chèn ép mô ña bội. Vì thế phải thường xuyên loại bỏ mô bình thường tạo cơ hội cho chồi ña bội sinh trưởng và phát triển. Xử lý ñỉnh sinh trưởng có thể giảm thiểu tính khảm về số nhiễm sắc thể. Phương pháp tốt nhất ñể tăng hiệu quả của conxixin và giảm thiểu tính khảm là làm sao có nhiều tế bào ở các giai ñoạn phân chia nguyên nhiễm bằng cách xử lý trước với 5-amono-uracil. Xử lý 5-amino-uracil ngăn chặn sự tổng hợp ADN nhưng không ngăn chặn sự phân chia tế bào ngay sau khi kết thúc xử lý. Sau khi rửa sạch 5-amino-uracil, phần lớn tế bào sẽ phân chia cùng một lúc. Bằng phương pháp này các nhà chọn giống ñã thành công trong việc giảm thiểu tính khảm ở ñậu ñỗ, ngô và hành tây. Nuôi cấy mô Trong những năm gần ñây việc nuôi cấy in vitro ñã trở thành một công cụ hữu ích ñể nhân ñôi số nhiễm sắc thể, ví dụ ở thuốc lá, khoai tây và nhiều cây trồng khác. Tuy nhiên, người ta vẫn chưa hiểu hết cơ chế làm tăng số nhiễm sắc thể trong quá trình nuôi cấy. Sự nhân ñôi nhiễm sắc thể có thể xảy ra thông qua dung hợp tế bào trần, tuy nhiên kỹ thuật này hữu ích hơn ñể tạo ña bội khác nguồn hoặc lai xa. Tất cả những phương pháp trên ñây liên quan tới quá trình ña bội hóa bằng con ñường nguyên phân, trong ñó mỗi nhiễm sắc thể ban ñầu sẽ có một cộng sự ñồng dạng thông qua ña bội hóa. ðiều này cũng có giá trị ñối với các gen (alen) trên các nhiễm sắc thể ñó, ví dụ Aa AaAa; AA AAAA và aa aaaa, nhưng ở thế hệ C1 không bao giờ tạo ra AAAa hay Aaaa. Nhân ñôi liều lượng của mỗi alen có thể có lợi ñối với một số tính trạng này nhưng lại không có lợi ñối với một số tính trạng khác, ví dụ giảm ñộ hữu dục ñã nêu ở phần trên. Mặc dù các bộ phận sinh dưỡng của cây ña bội lớn hơn và sức sống cao hơn cây lưỡng bội, nhưng năng suất sinh dưỡng của cây ña bội thường thấp hơn. Nguyên nhân có thể do ñộ ñồng hợp tử tăng (ñộ cận huyết), ñặc biệt ñối với cây giao phấn và cây sinh sản vô tính dẫn ñến suy thoái cận huyết. Vì vậy vật liệu ña bội thô sau khi xử lý phải ñược tiếp tục lai và chọn lọc Ứng dụng ña bội thể cùng nguồn trong sản xuất i) Dưa hấu tam bội không hạt: năng suất và chất lượng dưa hấu tam bội cao hơn dưa hấu lưỡng bội; hiện ñược chấp nhậ ở Nhật bản, Hoa Kỳ. Phải gieo xen cây 109 [...]... pháp 1 A - - - - - - B x A - - - - - - B 2n = 2xA 2n = 2xB Các loài b m lư ng bôi AA và BB A - - - - - - B 2n = xA + xB Song ñơn b i b t d c A - - - - - - B A - - - - - - B 2n = 2(xA + xB) Phương pháp 2 A - - - - - - B A - - - - - - B X lý conxixin A -A - A -A x - -B -B -B -B A - - - - - - B A - - - - - - B Song lư ng... c Các quá trình sau ñâu có th d n ñ n s t o thành cây ñơn b i i) M u sinh (th tinh gi ) Trong quá trình m u sinh t bào ñơn b i c a túi phôi páht tri n thành bào t th (cây hoàn ch nh) Trong trư ng h p ñó th tinh c a nhân th c p c a túi phôi v n x y ra do ñó n i nhũ ñư c t o thành nuôi s ng phôi ñơn b i Phương th c này ñã ñư c nghiên Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….…... chia l n th nh t B i hoàn phân chia l n th nh t t o ra giao t 2n ñ ng nh t di truy n và gi ng cây m ii) Thông qua s gi m nhi m l n th hai không ñ y ñ ðây chính là quá trình n i phân nguyên nhi m c a hai nhân gi m nhi m hình thành t l n phân chia Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….96 111 th nh t bình thư ng – m i nhân phân chia ki u nguyên phân Trong trư... có 2x nhi m s c th và thư ng d h p t (cây m d h p t cao) ii) Ph sinh Trong trư ng h p ph sinh quá trình th tinh di n ra bình thư ng N i nhũ phát tri n, nhưng t bào tr ng có ngu n g c t genom cây m b nhân b ñ y ra ngoài và nhân b g n vào t bào ch t m r phát tri n thành bào t th ñơn b i Th ñơn b i ph sinh, ví d ngô, ch ch a x nhi m s c th t cây b nhưng t bào ch t t cây m N u m ch a b t d c t bào ch t... campestris (2n = 2x = 20) (Hình 3.10), lúa mì (=Triticum aestivum) t Aegilops speltoides, T monococcum và Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….98 113 Aegilops squarosa (c 3 loài 2n = 2x = 14) Ngoài vi c tái t ng h p cây tr ng hi n có nhà ch n gi ng có th t ng h p các th ña b i khác ngu n m i, k t h p nh ng tính tr ng mong mu n t các b m khác nhau Triticale... th thành cây hoàn ch nh có th x y ra trong ñi u ki n in vivo (m u sinh và ph sinh) và ñi u ki n in vitro (nuôi c y bao ph n ho c ti u bào t và nuôi c y noãn) M t cây ñ ng h p t hoàn toàn ch t o ra giao t ñ ng nh t và ch m t lo i hình ñơn b i Ngư c l i, m t cây d h p t t o ra nhi u lo i hình giao t khác nhau và do ñó các ñơn b i th khác nhau v di truy n Nh ng nhóm ñơn b i th khác nhau t m t cây d h p... kh năng kháng các ñi u ki n b t l i có th nh n bi t và ch n l c ii) Có th phát hi n ñ t bi n cây ñơn b i, nh ng ñ t bi n không th truy n qua giai ño n phôi B ng 6.10: Các lo i hình ñơn b i th hình thành t b m (cây tr ng) có s nhi m s c th khác nhau Cây tr ng Công th c genom ðơn b i th t o Công th c thành genom Cây tr ng lư ng b i 2n = 2x ñơn ñơn b i 2n = x (lúa, ngô) T b i cùng ngu n 2n = 4x nh ñơn b... oleracea 2n = 10 + 10) = 40 T monococcum, Aegilops speltoides, Aegilops squarosa -D merckii D coccinea Musa balisiana (BB) 2n = 2(12 + 12) = 48 (SSTT) 2n = (9 + 10) = 38 (CCAA) 2n + (7 + 7 + 7) = 42 (AABBDD) 2n = (11 + 11) = 44 2n + ( 16 + 16) = 64 AAB ho c ABB Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….97 112 b) T o ña b i th khác ngu n N u bi t ñư c các loài... ñơn b i th các th ñơn ñơn b i nhi s c th không c p ñôi trong quá trình gi m nhi m Giao t t o thành có s nhi m s c th l ch và b t d c Ch sau khi nhân ñôi s nhi m s c th m i t o ra th lư ng b i ho c song lư ng b i h u d c hoàn toàn ñ ng h p t Nh ñơn b i: là nh ng ñơn b i th hình thành t cây cây t b i cùng ngu n Có th t o ra nh ñơn b i t cây t b i cùng ngu n b ng cách th ph n m t ki u gen nh t ñ nh c...110 ii) iii) iv) v) lư ng b i v i cây tam b i làm cây th ph n trên ru ng s n xu t qu thương ph m (t l 1 lư ng bôi : 5 tam b i) C c i ñư ng tam b i: c dài hơn và hàm lư ng ñư ng, năng su t ñư ng cao hơn Nho t b i: qu to hơn và ít h t hơn Cây t c ăn gia súc: năng su t c khô c 3 lá tam b i cao hơn lư ng b i Cây c nh: d ng hoa m i, hoa l n hơn, th i gian ra hoa kéo dài, hoa . AABB A - - - - - - B 2n = 2(x A + x B ) Phương pháp 2 A - - - - - - B Các loài bố mẹ lưỡng bôi AA và BB A - - - - - - B Xử lý conxixin A - - - - - - B A - - - - - - B x Tứ. pháp 1 A - - - - - - B Các loài bố mẹ lưỡng bôi AA và BB x A - - - - - - B 2n = 2x A 2n = 2x B A - - - - - - B Song ñơn bội bất dục 2n = x A + x B A - - - - - - B Song lưỡng. - - - B A - - - - - - B x Tứ bội cùng nguồn A - - - - - - B A - - - - - - B A - - - - - - B Tứ bội khác nguồn AABB A - - - - - - B Phương pháp 3 Phương pháp 3 sử dụng giao tử