Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….20 CHƯƠNG III PHƯƠNG THỨC SINH SẢN, TÍNH TỰ BẤT HỢP VÀ BẤT DỤC ðỰC Ở THỰC VẬT Mục tiêu của chương 1. Hiểu và phân biệt ñược các phương thức sinh sản hữu tính, vô tính và ảnh hưởng của chúng tới ñặc ñiểm và di truyền của cây. 2. Nắm ñược ñặc ñiểm cơ bản của quá trình ra hoa, thụ phấn liên quan tới chọn giống và sản xuất hạt giống. 3. Phân biệt tính bất hợp và bất dục, bất dục ñực và ứng dụng trong chon giống/sản xuất giống 1. Phương thức sinh sản ở thực vật Thực vật có hai phương thức sinh sản chủ yếu: sinh sản hữu tính (bằng hạt) và sinh sản vô tính (bằng các bộ phận sinh dưỡng). 1.1 Sinh sản hữu tính Sinh sản hữu tính là sinh sản bằng hạt, kết quả dung hợp của giao tử ñực (hạt phấn) và giao tử cái (tế bào trứng). Hạt ñược phân loại theo nguồn gốc hạt phấn tham gia vào quá trình thụ phấn, thụ tinh. Hạt tự thụ hình thành khi hạt phấn kết hợp với giao tử cái tạo ra trên cùng một cây . Hạt giao phấn hình thành khi hạt phấn của cây này thụ tinh cho giao tử cái của cây kia. Các loài cây trồng ñược phân loại theo tần số tự thụ phấn và giao phấn trong quá trình hình thành hạt. Có sự biến ñộng liên tục giữa các loài từ gần như hoàn toàn tự thụ phấn ñến hoàn toàn giao phấn. Tuy nhiên, từ quan ñiểm chọn tạo giống, phần lớn các loài cây trồng sinh sản hữu tính ñược phân thành hai nhóm: tự thụ phấn (khi giao phấn tự nhiên dưới 10%) và giao phấn (tối thiểu 50% hạt giao phấn). Sự phân nhóm như vây không phải là tuyệt ñối vì giao phấn có thể xảy ra ở cậy tự thụ phấn và tự thụ phấn có thể xảy ra ở cây giao phấn. Mức ñộ tự thụ hay giao phấn tự nhiên thay ñổi phụ thuộc vào i) loài và giống, ii) ñiều kiện mùa vụ, iii) tốc ñộ và hướng gió và iv) sự có mặt và hoạt tính của côn trùng thụ phấn. Cơ chế thụ phấn là một yếu tố quan trọng trong việc xác ñịnh loại giống ñược trồng trong sản xuất và phương pháp chọn tạo giống. Ảnh hưởng của phương thức thụ phấn ñến những ñặc ñiểm của cây ñược trình bày trong bảng 1.3. Tự thụ phấn Ở cây tự thụ phấn hạt phấn thụ phấn cho nhụy ở chính hoa của mình (hoặc hoa trên cùng một cây). Mức ñộ tự thụ phấn thay ñổi theo loại cây trồng. Cây tự thụ phấn ñiển hình như lúa nước, lúa mì, ñậu tương, cà chua, cà phê chè ðể ñảm bảo quá trình tự thụ phấn cây tự thụ có các cơ chế sau: a) Thụ phấn ngậm (Cleistogamy) Quá trình thụ phấn diễn ra trong hoa chưa nở, do ñó bảo ñảm tự thụ phấn hoàn toàn. Mức giao phấn tự nhiên ở những loài như vậy nếu có cũng không ñáng kể (ví dụ: lạc, ñại mạch, yến mạch). b) Thụ phấn mở (Chasmogamy) 24 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….21 Ở những loài cây có phương thức thụ phấn này hoa chỉ nở sau khi thụ phấn ñã hoàn thành. Vì hoa mở nên khả năng giao phấn có thể xảy ra, mặc dù mức ñộ rất thấp. c) Cấu trúc hoa Ở nhiều loài, mặc dù thụ phấn thường diễn ra sau khi hoa nở, tự thụ phấn ñược bảo ñảm nhờ cấu trúc của hoa. - Nhị ñực bao quanh ñầu nhuỵ; vị trí của bao phấn so với ñầu nhụy bảo ñảm cho quá trình tự thụ phấn (ví dụ: cà chua, cà) - Nhị và vòi nhụy ñược các cơ quan khác của hoa che khuất, ngăn cản quá trình giao phấn (ví dụ: cây ñậu ñỗ). - ðầu nhụy có khả năng tiếp nhận phấn và vưon dài xuyên qua bó nhị, bảo ñảm tỉ lệ thụ phấn cao. Giao phấn (thụ phấn chéo) Ở cây giao phấn hạt phấn của cây này thụ phấn cho nhụy hoa trên cây khác. Sự chuyển phấn từ cây này sang cây khác ñược thực hiện nhờ gió hoặc côn trùng. Mức ñộ giao phấn thay ñổi theo từng loài cây. Cơ chế ñảm bảo sự giao phấn gồm: a) Lệch giao hay biệt giao (dichogamy): hoa ñực và hoa cái thành thục (chín) ở các thời ñiểm khác nhau. - Nhị chín trước: hành, cà rốt, kê mần trầu - Nhụy chín trước: ngô, chè, ca cao b) Hoa phân tính: ở những loài cây này hoa ñực và hoa cái riêng - ðơn tính cùng gốc: hoa ñực và hoa cái riêng biệt nhưng trên cùng một cây; ví dụ: bầu bí có hoa ñực cái riêng biệt, ngô chùm hoa ñực và cái riêng, thầu dầu có hoa ñực và hoa cái trong cùng chùm hoa nhưng hoa ñực phần trên hoa cái phần dưới - ðơn tính khác gốc: hoa ñực và hoa cái sinh ra trên những cây khác nhau; ví dụ, chà là, ñu ñủ, cải bó xôi, măng tây Bảng 1.3: Ảnh hưởng của tự thụ phấn và giao phấn ñối với một số ñặc ñiểm của cây. Tính trạng Tự thụ phấn Giao phấn Quần thể tự nhiên ñồng nhất không ñồng nhất Từng cá thể trong quần thể tự nhiên ñồng hợp tử dị hợp tử Kiển gen 2N ñồng hợp tử dị hợp tử Kiểu gen của giao tử 1N tất cả như nhau tất cả khác nhau Suy thoái tự phối không có Tự bất hợp không có phổ biến Cấu tạo hoa và ý nghĩa ñối với chọn giống Thông thường hoa có 4 bộ phận: ñài hoa, cánh hoa (thường có màu sắc), nhị (gồm chỉ nhị và bao phấn) và nhụy (bao gồm bầu, vòi nhụy và ñầu nhụy). Ở lúa, hoa thường có vỏ trấu lưng và bụng bao quanh nhụy (2 ñầu nhụy, 1 bầu) và nhị (6 nhị). Hoa hoàn chỉnh – có ñủ cả 4 bộ phận: bông vải, cà chua, khoai tây Hoa không hoàn chỉnh - thiếu 1 trong 4 bộ phận: hoa hoà thảo Hoa hoàn hảo - nhụy và nhị trên cùng 1 hoa: khoai tây, lúa, ñậu tương Hoa không hoàn hảo - chỉ có nhụy hoặc nhị (nhụy và nhị ở những hoa khác nhau) – ngô, lúa dại 25 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….22 Các ñặc ñiểm ra hoa quan trọng ñối với công tác chọn giống 1) Thời gian nở hoa 2) Trình tự nở hoa 3) Nhịp ñiệu nở của từng hoa riêng rẽ 4) Thời gian tiếp nhận của ñầu nhụy 5) Thời gian sống của hạt phấn 6) Thời ñiểm thụ tinh thuận lợi nhất 7) Khả năng bao cách ly cả chùm hoa hay từng hoa riêng rẽ. Quá trình thụ phấn/phát tán phấn và nguyên lý sản xuất hạt giống + Nguy cơ gây lẫn tạp phụ thuộc vào - chiều cao cây - vectơ - hệ thống thụ phấn - lượng hạt phấn + Hệ quả lẫn tạp phụ thuộc vào - quan hệ họ hàng của cây - bản chất khác nhau của giống 1.2 Sinh sản vô tính Phần lớn cây trồng sinh sản bằng hạt, nhưng một số loại cây trồng sinh sản vô tính (tự nhiên hoặc nhân tạo). Sinh sản vô tính là sự sinh sản thông qua các bộ phận sinh dưỡng của cây, chẳng hạn mắt (hoa hồng), căn hành (tuy lip), củ (khoai tây), rễ củ (khoai lang), thân (mía, sắn), hoặc hạt vô phối (xoài) ñể tạo ra những cá thể mới. Cây sinh sản vô tính thường có ñộ dị hợp tử cao và hậu thế sinh ra từ hạt thường phân ly mạnh. Vì vậy, ở một số loài cây, ñặc biệt cây ăn quả và cây cảnh người ta sử dụng nhân giống vô tính vì muốn có quần thể ñồng nhất. Có thể phân biệt hai nhóm chính sau ñây. Sinh sản sinh dưỡng: Nhân vô tính bằng các bộ phận sinh dưỡng như, củ, rễ, thân ngầm, thân bò, thân, hom cành, hom lá, căn hành, nuôi cấy mô tế bào từ các bộ phận khác nhau của cây bằng kỹ thuật in vitro; duy trì những kiểu gen ñặc biệt tránh thế hệ con biến ñổi, chỉ cần một cây ưu việt. Một nhóm cây nhân vô tính từ một cây làm thành một dòng vô tính. Cây của một dòng vô tính ñồng nhất về mặt di truyền và mang các ñặc ñiểm của cây mẹ. Sinh sản vô phối: Sinh sản vô phối là kiểu sinh sản mà trong ñó cơ quan sinh sản tham gia vào sự hình thành hạt nhưng không có sự hợp nhất của các giao tử ñực và cái (không thụ tinh). ðó là sự thay thế quá trình hữu tính bằng quá trình vô tính. Phôi hình thành do phân chia nguyên nhiễm của tế bào mẹ ñại bào tử hoặc tế bào xô ma của noãn. Không có phân chia giảm nhiễm và thụ tinh, con cái giống hệt như cây mẹ. Nếu sinh sản vô phối là phương thức sinh sản duy nhất của một loài gọi là vô phối bắt buộc. Ngược lại, nếu cả sinh sản vô phối và sinh sản hữu tính xảy ra trong cùng noãn hay trên cùng một cây gọi là vô phối không bắt buộc. Khoảng 40 họ thực vật và hàng trăm loài sinh sản theo con ñường vô phối, ví dụ: nhiều cây thức ăn gia súc, cây cao lương, cam quýt. Các kiểu sinh sản vô phối a) Bào tử lưỡng bội (diplospory): Phôi phát triển trực tiếp từ tế bào mẹ ñại bào tử không giảm nhiễm (Cỏ Poa pratensis). 26 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….23 b) Vô bào tử (apospory): Túi phôi hình thành trực tiếp từ tế bào xô ma và không giảm nhiễm; phôi phát triển trực tiếp từ trứng lưỡng bội c) Vô giao (apogamy) hay tự hợp (automixis): Phôi phát triển từ 2 nhân ñơn bội. Thông thường ñây là kết quả hợp nhất của 2 tế bào trong túi phôi, hoặc là trợ bào hay tế bào ñối cực, hay là kết quả bồi hoàn lần phân chia thứ 2. d) Phôi bất ñịnh (adventitious embryony): Trong quá trình phát triển của hạt không hình thành túi phôi và tế bào trứng; phôi phát triển từ nhân hoặc mô bênh cạnh. e) Trinh sinh ( parthenogenesis) Phôi phát triển trực tiếp từ trứng không thụ thụ tinh. Nếu gảm nhiễm bình thường số nhiễm sắc thể của tế bào trứng và cây vô phối ở trạng thái ñơn bội. Nếu giảm phân xảy ra không bình thường, số nhiễm sắc thể không giảm, phôi vô phối và cây ở trạng thái lưỡng bội. Mặc dù không có sự thụ tinh nhưng thụ phấn là cần thiết ñể kích thích sự phát triển của hạt. Ưu ñiểm của sinh sản vô tính: - Cố ñịnh ñược ưu thế lai, sử dụng toàn bộ phương sai di truyền - Duy trì giống vô hạn, dễ dàng, không phải cách ly nghiêm ngặt - Mô tả giống ñơn giản Nhược ñiểm - Dễ suy thoái do bệnh, ñặc biệt bệnh vi rút - Hạn chế tái tổ hợp (ví dụ cây tỏi) 2. Tính tự bất hợp 2.1. Khái niệm tự bất hợp Tự bất hợp là cây không có khả năng hình thành hạt (hợp tử) khi tự thụ phấn mặc dù giao tử ñực và giao tử cái có sức sống và chức năng bình thường. Tự bất hợp là một cơ chế ngăn ngừa nội phối (giao phối cận huyết), nhất là ở cây giao phấn, do ống phấn không hoặc kém phát triển trong vòi nhụy. Tính tự bất hợp ñược kiểm soát bởi một hệ thống ña alen (alen S). Tự bất hợp khác với bất dục ñực; sự khác nhau ñó ñược trình bày trong bảng 2.3. Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa tự bất hợp và bất dục ñực. Tự bất hợp Bất dục ñực 1. Do hàng rào cản trở sinh lý ñối với thụ tinh. Không thu ñược hạt do ống phấn phát triển chậm hoặc kém phát triển 2. Phấn và noãn có chức năng bình thường 3. Các yếu tố di truyền và sinh lý kiểm soát sự biểu hiện của tính tự bất hợp Do rối loạn trong quá trình phát triển hạt phấn Hạt phấn không có chức năng Các yếu tố di truyền nhân, tế bào chất hoặc cả hai kiểm soát sự biểu hiện tính bất dục ðiểm biểu hiện tính tự bất hợp - Bề mặt ñầu nhụy (hạt phấn không nảy mầm) - Vòi nhụy (sinh trưởng của ống phấn bị cản trở) - Bầu/noãn (không có dung hợp giao tử) 27 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….24 2.2. Các kiểu tự bất hợp Có hai hệ thống tự bất hợp là bất hợp dị hình và bất hợp ñồng hình. ðối với chọn tạo giống bất hợp ñồng hình ñược nhiều nhà chọn giống quan tâm. Bất hợp ñồng hình do một dãy ña alen kiểm soát và tương ñối phổ biến . Có hai loại tự bất hợp ñồng hình: tự bất hợp giao tử và tự bất hợp bào tử (Bảng 3.3). Tự bất hợp giao tử Tự bất hợp giao tử do một gen S kiểm soát, tồn tại ở nhiều dạng alen khác nhau, ñó là dãy alen S 1 , S 2 , S 3 , v.v. Nhiều loài thuộc họ cà, họ hoà thảo, họ ñậu, họ hoa hồng, v.v. biểu hiện tính tự bất hợp giao tử. Alen bất hợp hoạt ñộng ñộc lập và quyết ñịnh phản ứng tự bất hợp (kiểu hình) của hạt phấn. Số lượng alen rất lớn, ví dụ 212 ở Trifolium, 37 ở Oenothera, 17 ở Nicotiana. Phản ứng tự bất hợp phụ thuộc hoàn toàn vào kiểu gen của hạt phấn và ñầu nhụy. Nếu alen của hạt phấn giống với alen trong ñầu nhụy sẽ xảy ra hiện tượng bất hợp. Có 3 kiểu thụ phấn sau (liên hệ hình 1.3): S 1 S 2 X S 1 S 2 : bất hợp hoàn toàn, S 1 S 2 X S 2 S 3 : 50% hạt phấn có hiệu lực S 1 S 2 X S 3 S 4 : tương hợp hoàn toàn Bảng 3.3: ðặc ñiểm của hệ thống tự bất hợp giao tử và tự bất hợp bào tử Tự bất hợp giao tử Tự bất hợp bào tử Kiểu hình (kiểu giao phối) của hạt phấn do kiểu gen hạt phấn (alen S) xác ñịnh Do alen ở một hay hai locut kiểm soát Alen của gen tự bất hợp hoạt ñộng riêng rẽ trong vòi nhụy Hạt phấn bất hợp bị ức chế trong vòi nhụy Biểu hiện sau phân chia giảm nhiễm ở giao tử ñơn bội Kiểu hình (kiểu giao phối) của hạt phấn do cây sinh ra hạt phấn (bào tử thể) xác ñịnh Do alen ở một locut kiểm soát Alen của gen tự bất hợp có thể biệu hiện tính trội, hay ñộc lập, hoặc cả hai trong hạt phấn và trong vòi nhụy Ống phấn của hạt phấn bất hợp có thể bị ức chế trên bề mặt vòi nhụy hoặc tính bất hợp biểu hiện giữa các giao tử sau khi thụ tinh Biểu hiện trước phân chia giảm nhiễm hạt phấn Hình 1.3: Bất hợp giao tử 28 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….25 Tự bất hợp bào tử Hệ thống tự bất hợp bào tử ñược kiểm soát di truyền bởi 1 locut có nhiều alen; các alen có thể biểu thị tính trội hay ñồng trội (ñộc lập) ở hạt phấn và vòi nhụy. Kết quả là mối quan hệ bất hợp rất phức tạp. Phản ứng bất hợp của hạt phấn (kiểu hình) do bố mẹ thể sinh ra hạt phấn xác ñịnh. Cây họ thập tự thuộc hệ thống tự bất hợp bào tử. Các kiểu biểu hiện của các alen bất hợp (liên hệ hình 2.3): - trội S 1 > S 2 > S 3 - trội song song (co-dominant) S 1 = S 2 = S 3 i) Vòi nhụy - Trội S 1 S 1 , S 1 S 2 , S 1 S 3 = S 1 S 2 S 3 , S 2 S 4 , S 2 S 5 = S 2 - Trội song song S 1 S 1 = S 1 S 1 S 2 = S 1 + S 2 ii) Hạt phấn - Trội S 1 S 2 S 1 và S 2 = S 1 S 2 S 3 S 2 và S 3 = S 2 - Trội song song S 1 S 2 S 1 và S 2 = S 1 + S 2 S 2 S 3 S 2 và S 3 = S 2 + S 3 iii) Tính trội ở nhụy và nhị có thể khác nhau Các tổ hợp alen bất hợp có thể khi phản ứng bất hợp ở hạt phấn và vòi nhuỵ giống nhau S 1 S 2 S 2 S 3 S 1 S 2 Bất hợp S 1 S 2, S 1 S 3 S 2 S 2, S 2 S 3 S 2 S 3 S 1 S 2, S 1 S 3 S 2 S 2, S 2 S 3 Bất hợp S 1 S 3 S 3 S 4 Hình 2.3: Bất hợp bào tử 29 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….26 2.3 Hệ quả của tính tự bất hợp a) ðối với trồng trọt - Phải trồng tối thiểu 2 giống tương hợp với nhau ñể cây ñậu quả, ñậu hạt: cacao, cây trà, cây lạc tiên, táo tây, anh ñào - Tự bất hợp kéo dài tuổi thọ của hoa ở cây cảnh: petunia - Tự bất hợp là ưu ñiểm ở cây có củ: khoai lang, sắn - Tự bất hợp tạo ñiều kiện hình thành quả không hạt: dứa b) ðối với chọn giống - Tự bất hợp giảm thiểu số tổ hợp lai - Các tính trạng liên kết với gen S sẽ phân ly theo tỉ lệ không bình thường - Tự bất hợp cản trở việc lai lại và tạo dòng thuần - Sử dụng ể sản xuất hạt lai 2.4 Phương pháp khắc phục tính tự bất hợp - Thụ phấn nụ hay thụ phấn sớm (bud pollination): Họ thập tự - Thụ phấn muộn: Họ thập tự, Lilium - Sốc nhiệt ñộ: Cà chua Lycopersicon - Xử lý hooc môn: một số loài - Chiếu tia bức xạ: Petunia, Lilium - ðiều kiện sinh trưởng bất lợi: Prunus - Cắt ngắn vòi nhụy: Khoai tây 2n - Tăng nồng ñộ CO 2 : Cây thập tự 3. Bất dục ñực Bất dục ñực là cây không có khả năng tạo ra hoặc giải phóng hạt phấn có chức năng. Bất dục ñực có thể là bất dục thực, bất dục ñực chức năng hoặc bất dục cảm ứng do hoá chất. a) Bất dục ñực thực: Kiểu bất dục ñực này tạo thành do không có cơ quan giới tính ñực trong hoa cái, chuyển ñổi giới tính, hoặc do hạt phấn bất dục (bất dục ñực nhân, bất dục ñực tế bào chất, bất dục ñực tế bào chất - nhân) vì sự bất thường trong quá trình phát triển tiểu bào tử. b) Bất dục ñực chức năng: Bất dục ñực chức năng tạo thành do bao phấn không mở (do khuyết tật hoặc sai sót cấu tạo, cơ học) nên không giải phóng hạt phấn ra ngoài, mặc dù hạt phấn hữu dục bình thường. c) Bất dục do hoá chất: Bất dục ñực tạo ra khi xử lý hoá chất ở những giai ñoạn sinh trưởng nhất ñịnh của cây; hoá chất can thiệp vào quá trình phát triển của giao tử ñực. 3.1 Bất dục di truyền/bất dục ñực nhân (GMS /NMS) Bất dục ñực di truyền do một gen lặn (ms) trong nhân kiểm soát. Ở một số cây trồng một hoặc nhiều gen tham gia kiểm soát sự bất dục ñực, ví dụ ở ngô, cà chua, cao lương. Dòng bất dục ñực di truyền (msms) ñược duy trì bằng cách lai với dòng hữu dục dị hợp tử (Msms). 50% số cây thế hệ con bất dục ñực, 50% hữu dục. Trong khu lai hoặc sản xuất hạt lai, cây hữu dục trong dòng mẹ ñược nhổ bỏ ngay khi nhận biết ñược. Trong một số trường hợp, cây bất dục ñực có thể ñược xác ñịnh thông qua gen chỉ thị ở giai ñoạn cây non. Nếu không có gen chỉ thị cây bất dục ñực chỉ xác ñịnh ñược thông qua quan sát hoa một cách 30 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….27 cẩn thận; ñôi khi không thể loại bỏ hết những cây hữu dục trước khi tung phấn. ðây là một hạn chế của bất dục ñực di truyền, hạn chế giá trị sử dụng làm công cụ ñể sản xuất hạt lai. Hệ thống gen trong nhân MsMs : hữu dục Msms : hữu dục (duy trì bất dục) msms : bất dục Duy trì và nhân dạng bất dục msms x Msms 1 msms : 1Msms Ví dụ : bất dục ñực di truyền: Bất dục chức năng ở cà chua, bất dục ñực mẫn cảm với nhiệt ñộ ở lúa Ứng dung : Bất dục ñực nhân là phương pháp khử ñực di truyền ñể sản xuất hạt lai, ứng dụng ñể tạo quần thể cho chọn lọc chu kỳ, nhất là cây tự thụ phấn. Bất dục ñực chức năng là dạng bất dục do gen trong nhân kiểm soát. Cây tạo ra hạt phấn bình thường nhưng không thể giải phóng ra ngoài do bao phấn không mở. Bất dục ñực chức năng ñược nghiên cứu nhiều ở cà chua. Tuy nhiên bất dục ñực chức năng rất mẫn cảm với ñiều kiện môi trường nên ít ñược sử dụng trong sản xuất hạt lai. 3.2 Bất dục ñực tế bào chất Bất dục ñực tế bào chất là kết quả bất thường của tế bào chất. Tế bào chất bất dục thường ký hiệu là S và tế bào chất bình thường là N hoặc F. Toàn bộ con lai giữa cây bất dục tế bào chất với cây hữu dục ñều bất dục. Bất dục ñực tế bào chất ñược phát hiện ở hành tây, ngô, cà rốt, và ớt. Phần lớn nguồn bất dục ñực tế bào chất là kết quả lai giữa các cây có quan hệ họ hàng xa nhau, chẳng hạn con lai khác loài, khác chi. Có thể chuyển tính bất dục ñực vào dòng tự phối bằng cách sử dụng dạng bất dục làm mẹ và lai lại nhiều lần với dòng tự phối. Bất dục ñực tế bào chất có nhiều ưu ñiểm ñối với các loài cây cảnh vì tất cả con cái bất dục và không ra quả. Cây không ra quả sống lâu và kéo dài thời gian ra hoa. 3.3 Bất dục ñực tế bào chất-nhân Bất dục ñực tế bào chất-nhân có sự tham gia của cả tế bào chất và nhân, là kết quả tác ñộng phối hợp của tế bào chất bất dục (S) và gen không phục hồi trong nhân (rf), ví dụ ở ngô, cao lương, lúa, hướng dương, v.v. Lai cây bất dục ñực với cây có kiểu gen có phấn (N)rfrf nhưng không có khả năng phục hồi, thế hệ con hoàn toàn bất dục. Kiểu gen (N)rfrf vì thế ñược gọi là kiểu gen duy trì bất dục. Ngược lại lai cây có khả năng phục hồi thế hệ con hoàn toàn hữu dục. Sự có mặt của gen phục hồi (Rf) khắc phục tác ñộng bất dục của tế bào chất. Kiểu gen (N)/(S)RfRf gọi là kiểu gen phục hồi hữu dục. Bất dục ñực tế bào chất-nhân (thường gọi tắt là bất dục tế bào chất, CMS) là công cụ khử ñực di truyền, ñược sử dụng rộng rãi trong sản xuất hạt lai của nhiều cây trồng. ðể sử dung bất dục ñực tế bào chất-nhân có hiệu quả, những yếu tố sau ñây cần phải lưu ý: a) Tính bất dục ñực phải ổn ñịnh. Bất kỳ sự mất ổn ñịnh nào ñều dẫn ñến quá trình tự thụ phấn. b) Sử dụng rộng rãi một nguồn bất dục có thể làm tăng tính cảm nhiễm với dịch bệnh (ví dụ, bất dục ñực kiểu Texas ở Mỹ năm 1970-71) c) Ảnh hưởng của môi trường như ñộ dài ngày, cường ñộ ánh sáng, nhiệt ñộ, ẩm ñộ tương ñối, mật ñộ cây có thể ảnh hưởng tới phản ứng hữu dục của gen phục hồi d) Sản xuất hạt giống phải có hiệu quả kinh tế; năng suất và chất lượng sản phẩm của con lai phải vượt trội so với giống thường. 31 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….28 - Bất dục ñực TBC phát hiện năm 1931 - 1948 phát hiện gen có khả năng phục hồi hữu dục, ngô bất dục TBC kiểu T (Texas), ñưa BDTBC vào sản xuất hạt lai ở Hoa Kỳ; dịch bệnh ñốm lá nhỏ năm 1970-1971 do kiểu T mẫn cảm với bệnh. Các loại bất dục tế bào cất-nhân i) Bất dục ñực ñồng tế bào chất: = trong nội bộ loài Cao lương: milo x kafir Cây lanh: procumbent x tall Cải dầu: Dạng Thuỵ ðiển/ Canada x 'Bronovski' ii) Bất dục ñực dị tế bào chất = giữa các loài hoặc chi (Capsicum peruvianum) x C. annuum (Brassica nigra) x B. oleracea (Oryza spontanea) x O. sativa (Triticum timopheevi) x T. aestivum 3.4 Gây bất dục ñực bằng hoá chất Một biện pháp thay thế ñể sản xuất hạt lai ở lúa nước và lúa mì sử dụng hoá chất diệt giao tử ñực (chemical pollen suppressant, CPS hay chemical hybridization agent, CHA). Sử dụng hoá chất có thể tạo con lai bất kỳ tổ hợp nào có ưu thế lai cao. Tính bất dục ñực tương ñối dễ sử dụng vì không cần phải duy trì. Bất kỳ giống nào cũng có thể gây bất dục và sử dụng làm mẹ và không cần tìm kiếm dòng phục hồi. Một hoá chất khử ñực tốt cần thỏa mãn những yêu cầu sau: - Gây bất dục hạt phấn có chọn lọc mà không làm ảnh hưởng ñến nhụy (ñộ hữu dục) và các bộ phận khác của cây, ñảm bảo số lượng và chất lượng hạt lai trên cây mẹ. - Tác dụng một cách hệ thống hoặc bền vững ñể gây bất dục ñực của các nhánh ở các giai ñoạn khác nhau (sớm và muộn) - An toàn cho người, gia súc, không gây hại môi trường, không có hệ quả gây ñột biến. - Ổn ñịnh và tồn lưu trong cây một thời gian nhất ñịnh, không bị ảnh hưởng bởi ñiều kiện thời tiết. - Sử dụng dễ dàng, thuận tiện, hiệu quả kinh tế cao. Nhiều hóa chất diệt hạt phấn ñã ñược sử dụng, như ethaphon, ethrel, hợp chất RH531, RH532, v.v. Trong sản xuất hạt lúa lai, Trung Quốc ñã sử dụng hai chất: MG1 (Mononatri methan arsenat) và MG2 ( Natri methyl arsenat). Những hóa chất này có hiệu lực khi phun vào thời ñiểm 5-9 ngày trước kho nở hoa ở nồng ñộ 0,02% . Ưu ñiểm sử dụng hóa chất trong sản xuất hạt lai gồm (Virmani and Edwards, 19: 1) ðơn giản hóa quy trình chọn tạo giống vì không cần bất dục ñực và gen phục hồi 2) Tránh ñược các công ñoạn tốn kém và phức tạp ñể nhân dòng bất dục 3) Kiểu gen có bao phấn thò ra ngoài vẫn có thể sử dụng làm mẹ 4) Tránh ñược thời gian chuyển chuyển kiểu gen triển vọng thành dòng bất dục ñực 5) Dễ dàng trong việc ñánh giá dòng về khả năng kết hợp Những hạn chế của hoá chất gây bất dục: 32 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ……………….29 1) Liều lượng hóa chất ñủ ñể gây bất dục ñực thường gây bất dục nhụy và giảm tỉ lệ kết hạt 2) ðiều kiện hời tiết (mưa kéo dài, gió mạnh) cản trở việc phun hóa chất vào giai ñoạn tối ưu 3) Gây bất dục ñực không hoàn toàn, hóa chất chỉ có hiệu lực trong thời gian ngắn và ở giai ñoạn phát triển nhất ñịnh nên phải phun nhiều lần 4) Chi phí cao. TÀI LIỆU THAM KHẢO Fehr, W. R. 1986. Principles of cultivar development, Chapter 2, Volume 1. Macmillan Publishing Co. Poehlman, J. M., và D. A. Sleper 1995. Breeding field crops 4 th Edition. Iowa State University Press. Lê Duy Thành. 2001. Cơ sở di truyền chọn giống thực vật. NXB Khoa học và Kỹ thuật Hughes, M. A. 1996. Plant molecular genetics. Chapter 12: Breeding systems, trang 155- 167 Câu hỏi ôn tập 1. Có bao nhiêu kiểu sinh sản ở thực vật? Phân biệt tự thụ phấn và giao phấn. Những yếu tố (ñặc ñiểm) nào ñảm bảo tự thụ hay giao phấn. Kể tên cây tự thụ phấn và cây giao phấn. 2. Ảnh hưởng của tự thụ phấn và giao phấn tới cấu trúc di truyền thế hệ con cái như thế nào? 3. Tại sao thế hệ con cái hình thành từ hạt ở cây sinh sản vô tính thường không ñồng nhất? 4. Nếu muốn duy trì tính di truyền của cây, anh (chị) sẽ sử dụng phương pháp hữu tính hay vô tính? Tại sao? 5. Thế nào là sinh sản vô phối? Khả năng và ý nghĩa ứng dụng vô phối trong chọn giống? 6. Các bộ phận chủ yếu của hoa và ý nghĩa của chúng trong quá trình hình thành hạt, trong quá trình lai. 7. Sự khác nhau giữa hoa ñầy ñủ và hoa không ñầy ñủ, hoa hoàn hảo và không hoàn hảo, lưỡng tính và ñơn tính, ñơn tính cùng gốc và ñơn tính khác gốc. 8. Thế nào là tự bất hợp? Bất hợp giao tử? Bất hợp bào tử? 9. Liệt kê những trở ngại và khả năng ứng dụng tự bất hợp trong chọn giống cây trồng. 10. Có thể tạo ra dòng tự phối ở cây tự bất hợp (ví dụ cải bắp) ñược không? Làm thế nào? 11. Thế nào là bất dục ñực? 12. Các loại bất dục ñực. 13. Sự khác nhau giữa bất dục ñực tế bào chất và bất dục ñực tế bào chất –nhân. 14. Ứng dụng bất dục ñực trong chọn giống/sản xuất giống. 15. Ưu ñiểm và nhược ñiểm của bất dục ñực bằng hóa chất. 33 . – Giáo trình Chọn giống cây trồng ……….… ……………….26 2 .3 Hệ quả của tính tự bất hợp a) ðối với trồng trọt - Phải trồng tối thiểu 2 giống tương hợp với nhau ñể cây ñậu quả, ñậu hạt: cacao, cây. nhuỵ giống nhau S 1 S 2 S 2 S 3 S 1 S 2 Bất hợp S 1 S 2, S 1 S 3 S 2 S 2, S 2 S 3 S 2 S 3 S 1 S 2, S 1 S 3 S 2 S 2, S 2 S 3 Bất hợp S 1 S 3 S 3 S 4 Hình 2 .3: Bất. trội so với giống thường. 31 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng ……….… ……………….28 - Bất dục ñực TBC phát hiện năm 1 931 - 1948 phát hiện gen có khả