Giáo trình -Chọn giống cây trồng - chương 2 docx

Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 6 CHƯƠNG II NGUỒN GEN THỰC VẬT TRONG CHỌN GIỐNG CÂY TRỒNG Mục tiêu học tập của chương 1. Hiểu ñược sự cần thiết, vai trò và ý nghĩa của nguồn gen và ña dạng di truyền trong chọn giống và nông nghiệp. 2. Nắm ñược các trung tâm phát sinh và ña dạngg cây trồng trên thế giới 3. Phân loại ñược nguồn gen thưc vật sử dụng trong chọn giống và trong ñời sống 4. Phân tích ñược sự cấp thiết và phương pháp thu thập, bảo tồn và sử dụng nguồn tài nguyên di truyền thực vật 1. Khái niệm nguồn gen thực vật và ý nghĩa của nguồn gen thực vật trong chọn giống Nguồn gen thực vật là một tập hợp vật liệu thực vật, có thể là các giống giống ñịa phương, các giống cải tiến, hay các loài hoang dại họ hàng thân thuộc, v.v. làm cơ sở cho cải tiến cây trồng, chọn tạo giống cây trồng mới hay các hoạt ñộng nghiên cứu có liên quan. ðó là một tập hợp tính ña dạng di truyền ở thực vật ñược tích luỹ qua nhiều năm tiến hoá trong ñiều kiện chọn lọc tự nhiên và nhân tạo. Nguồn gen cũng có nghĩa là cung cấp thông tin ñã tư liệu hoá về nguồn gen liên quan tới một loài trong các ngân hàng gen trên toàn thế giới ñể các nhà chọn giống sử dụng. Một thuật ngữ khác do Nhóm chuyên gia về khám phá và du nhập thực vật của FAO năm 1970 dùng ñể chỉ nguồn gen là Tài nguyên di truyền (Các Trung tâm tài nguyên di truyền). Mục tiêu chính của các trung tâm tài nguyên di truyền là bảo tồn nguồn gen lâu dài, nhân và phân phối nguồn gen. Sự tập hợp sự ña dạng di truyền hay nguồn gen thực vật cung cấp nguồn biến dị to lớn cho các chương trình chọn giống ñể tạo ra các giống mới ưu việt có nhiều tính trạng mong muốn. Nguồn vật liệu càng ña dạng bao nhiêu, thì khả năng/xác suất tạo ra giống tốt càng cao bấy nhiêu. Vavilov, nhà chọn giống người Nga ñã nhận ra nguyên lý giản ñơn này từ những năm ñầu của thế kỷ 20. Trong khoảng từ 1923 ñến 1931, Vavilov ñã tổ chức nhiều ñoàn thám hiểm và thu thập cây trồng trên toàn thế giới, với trên 300.000 mẫu của các dạng trồng trọt lẫn các loài hoang dại họ hàng và ñã chứng minh sự ña dạng di truyền của cây trồng và ý nghĩa của tính ña dạng ñối với chọn giống. Công trình ñiều tra, thu thập và phân loại ñã cung cấp nguồn dữ liệu giá trị và ý nghĩa to lớn về phân bố cây trồng trên thế giới, số giống trong một loài, sự biến ñộng của các tính trạng có ích, dãy biến dị tương ñồng, tần số và sự phân bố các gen ñối với các tính trạng ñặc thù, v.v Trên cơ sở các công trình này Vavilov ñã kết luận và ñề xuất 8 trung tâm khởi nguyên cây trồng trên thế giới (Bảng 1.2.). Ngày nay, nhiều trung tâm quốc tế, trung tâm vùng và quốc gia ñược thành lập ñể thu thập và bảo tồn nguồn gen. ðặc biệt, việc thu thập và bảo tồn nguồn gen ngày càng trở nên cấp thiết do nguy cơ sói mòn gen hay sói mòn di truyền. Hàng nghìn giống ñịa phương của hàng trăm loài hình thành do chọn lọc tự nhiên và nhân tạo và các loài họ hàng ñang mất dần và bị thay thế bởi các giống mới và khai hoang mở rộng diện tích trồng các giống cải tiến. Sự mất mát ñáng kể nhất xảy ra trong những thập kỷ gần ñây. Ví dụ, trong năm 1949 Trung Quốc gieo trồng gần 10.000 giống lúa mì , nhưng ñến năm 1970 số lượng giống chỉ còn khoảng 1.000 (FAO, 1995) . 10 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 7 2. Phân loại nguồn gen (tập ñoàn), nguồn thu thập và trung tâm khởi nguyên 2.1 Phân loại nguồn gen thực vật Nguồn gen thực vật ñược phân thành một số loại sau: i) Tập ñoàn cơ bản (base collection): ðây là những tập hợp lớn của nguồn gen ñược giữ bằng hạt trong kho quốc gia và quốc tế ñể bảo tồn lâu dài, chứa ñựng thông tin di truyền của mỗi loài ñược bảo quản dại hạn (các trung tâm bảo tồn). Nguồn gen này chỉ cung cấp và sử dụng trong những trường hợp cần thiết, khi tập ñoàn hoạt ñộng bị thiếu hụt, mất mát. ðể bảo quản lâu dài cần có những ñiều kiện cần thiết giữ ñược tỉ lệ nảy mầm và tính ổn ñịnh di truyền. Hạt thường ñược bảo quản ở ñiều kiện nhiệt ñộ -18 ñến -20 o C với ñộ ẩm 3- 5%. Hạt ñược ñóng gói trong bao bì kín cách ly với môi trường ngoài và kiểm tra ñịnh kỳ tỉ lệ nảy mầm. ii) Tập ñoàn hoạt ñộng (active collection): Tập ñoàn này gồm các mẫu giống các loại cây trồng cụ thể của tập ñoàn cơ bản ñược lặp lại, ñược bảo quản với số lượng lớn trong ñiều kiện thích hợp, ñược tư liệu hoá và ñược các nhà chọn giống sử dụng trực tiếp cho công tác chọn tạo. Tập ñoàn hoạt ñộng thường xuyên biến ñộng và ñược nhân bổ sung ñể sử dụng. ðiều kiện bảo quản ở mức trung hạn (10-15 năm) ở nhiệt ñộ 5 o C, ñộ ẩm không khí tương ñối 30-45% và ñộ ẩm hạt 7-8%. Nếu số lượng và nguồn gốc ñịa lí của các mẫu giống ñạt tới luợng ñáp ứng nhu cầu toàn thế giới thì tập ñoàn công tác ñó ñược gọi là Tập ñoàn thế giới. iii) Tập ñoàn công tác (working collection): Là tập ñoàn gồm số lượng mẫu giống cần thiết do cơ sở nghiên cứu giữ phục vụ cho công tác chọn tạo giống hoặc nghiên cứu. Tập ñoàn công tác thường ñược bảo quản ngắn hạn (2-3 năm) ở nhiệt ñộ 18-20 o C, ñộ ẩm không khí 50-60%, hàm lượng nước trong hạt 8-10%. Có 3 nguồn ña dạng di truyền ñược thu thập i) Cây hoang dại và các dạng sơ ñẳng tại các trung tâm ña dạng sơ cấp (khởi nguyên). Nguồn gen này ñược thu thập thông qua các ñoàn thám hiểm có tổ chức tới các vùng ña dạng cây trồng. ii) Thực vật du nhập sống trong các trung tâm trồng trọt thứ cấp, nơi mà sự ña dạng ñược bổ sung. Nguồn gen này cũng có thể thu thập thông qua các ñoàn thám hiểm tới các vùng thích hợp. iii) Sản phẩm của quá trình chọn giống, bao gồm ñột biến cảm ứng, ña bội thể, các dòng chọn giống kết hợp ñược nhiều tính trạng có lợi, các giống cải tiến (Hình 2.2a, 2.2b). 2.2 Trung tâm khởi nguyên của cây trồng Alphonse de Candolle (1886) là người ñầu tiên ñề xuất ý tưởng về Trung tâm khởi nguyên của cây trồng. De Candolle cho rằng trung tâm khởi nguyên của cây trồng là vùng ña dạng mà tại ñó cây ñược thuần hoá ñầu tiên và còn tồn tại các dạng tổ tiên hoang dại. ðiều ñó có thể hỗ trợ thông qua bằng chứng khảo cổ, lịch sử và ngôn ngữ học. ðầu những năm 1920 của thế kỷ 20 Nikolai I. Vavilov mở ra một phương pháp mới ñể ñịnh vị nguồn gen và ứng dụng kiến thức ñó vào thực tiễn chọn giống. Nguồn gen khổng lồ thu thập và tập hợp tại Viện Thực vật toàn Liên bang là nguồn gen phong phú nhất thế giới thời bấy giờ ñã giúp Vavilov ñề xuất 8 trung tâm khởi nguyên của cây trồng hay trung tâm ñịa lý của tính ña dạng (Bảng 1.2, Hình 1.2; 2.2; 3.2). Sự tập trung mang tính ñịa lý của tính ña dạng là một hiện tượng thực tế, phản ánh ý nghĩa về ñịa lý và nông học. Vavilov cũng ñề xuất luật của dãy biến dị tương ñồng: các cây trồng quan hệ gần nhau có những biến dị giống nhau. 11 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 8 Qua nhiều năm nghiên cứu các nhà khoa học ñã chỉ rõ sự chuyển dịch của nhiều loài cây trồng từ trung tâm khởi nguyên ñến các vùng ñất xa xôi vì mục ñích trồng trọt dẫn ñến sự hình thành các trong tâm ña dạng thứ cấp. Trung tâm sơ cấp: Tại trung tâm sơ cấp sự ña dạng của loài tồn tại trong sự cạnh tranh với các phần tử tự nhiên khác trong cùng môi trường sống. Ví dụ, trung tâm sơ cấp của khoai tây ở Nam Mỹ, của ngô ở Trung Mỹ. Trung tâm thứ cấp: Tại trung tâm thứ cấp những yếu tố sinh vật và phi sinh vật bất lợi trở thành những yếu tố chọn lọc. Các giống sơ ñẳng ở trung tâm thứ cấp là một phần quan trọng của nguồn gen vì có sự tham gia, tác ñộng của con người trong quá trình hình thành. Ở nhiều mặt, những trung tâm thứ cấp này ñã trở thành nguồn thu thập gen quan trọng, ñặc biệt ñối với các hệ sinh thái, sinh học khác nhau. Ví dụ, trung tâm thứ cấp của cà phê ở Braxin. Sau công trình công bố của Vavilov về nguồn gốc của cây trồng, rất nhiều thông tin, dữ liệu ñược tích lũy về vấn ñề này. Zhukovsky (1968) ñã xắp sếp lại bản ñồ thế giới về trung tâm khởi nguyên và phân bố nguồn gen thực vật. Những vùng lớn ñược chia thành những tiểu vùng ñặc thù cho các loài nhất ñịnh, hình thành bản ñồ thế giới mới về tính ña dạng di truyền mang tên Vavilov- Zhukovsky về trung tâm ña dạng và tài nguyên thực vật. Bảng 1.2: Các trung tâm ña dạng di truyền của cây trồng trên thế giới Trung tâm khởi nguyên Các loài cây trồng quan trọng 1. Trung tâm Trung Quốc Lúa miến, ñậu tương, tre trúc, hoa cúc, mơ, cải, ñào, cam quýt 2. Trung tâm Ấn ðộ Lúa nước, cà, dưa chuột, xoài, mía 2a. Trung tâm Indo-Malay Chuối, mít, dừa, mía 3. Trung tâm Trung á Lúa mì, lanh, ñậu, bông, hạnh nhân 4. Trung tâm Cận ðông Lúa mì, ñại mạch, mì ñen, lanh 5. Trung tâm ðại Trung Hải Lúa mì, ñậu lupin, cỏ ba lá, lanh, ô liu, cần tây, v.v. 6. Trung Tâm Abixini Lúa mì cứng, cao lương, cà phê, hành tây, v.v. 7. Trung tâm Mêhicô và Trung Mỹ Ngô, ñậu Lima, khoai lang, bí ngô, bông, ñu ñủ, hồ tiêu, v.v. 8. Trung tâm Nam Mỹ Khoai tây, sắn, ñậu, cà chua, bí ngô, v.v. 12 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 9 Hình 1.2: Các trung tâm khởi nguyên của cây trồng I Trung tâm Trung Quốc II Trung tâm Ấn ðộ IIa Trung tâm Indo-Malay III Trung tâm Trung Á IV Trung tâm Cận ðông V Trung tâm ðịa Trung Hải VI Trung Tâm Abixini VII Trung tâm Trung Mỹ VIII Trung tâm Nam Mỹ VIIIa Trung tâm Chiloe VIIIb Trung tâm Brazin – Paraguay 3. Các trung tâm tài nguyên di truyền thực vật 3.1 Các tổ chức quốc gia Ở cấp quốc gia nhiều tổ chức tham gia vào các hoạt ñộng thu thập và bảo tồn tài nguyên di truyền (Bảng 2.2) Bảng 2.2. Các trung tâm tài nguyên thự vật quốc gia trên thế giới Nước Tổ chức Anh Vườn Thực vật Hoàng Gia, Viện John Innes, Trạm chọn giống cây Hình 2.2: Sự ña dạng của các giống ngô ñịa phươn g Hình 3.2: Sự ña dạng của các giống ñậu Phaseolus ở Peru 13 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 10 trồng vùng Scotland, Viện chọn giống thực vật Ấn ðộ Cục Tài nguyên di truyền thực vật quốc gia, Niu Deli Brazin Trung tâm Tài nguyên di truyền quốc gia ðức Hội Hợp tác kỹ 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 giống In ñô nê xia Viện Sinh học quốc gia, Bogor Italia Phòng Nghiên cứu nguồn gen, ðH Bari Mêhicô Viện nghiên cứu nông nghiệp quốc gia Mỹ Hệ thống nguồn gen thực vật 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 ñới và cây lương thực (IRAT), Viện Nghiên cứu Nông nghiệp Quốc gia (INRA), Cơ quan nghiên cứu khoa học và kỹ thuật hải ngoại Ôxtrâylia Tổ chức Nghiên cứu Khoa học và Công nghiệp Liên hiệp Anh (CSIRO), Bộ Nông nghiệp bang New South Wales Thuỵ ðiển Ngân hàng gen Scandivania 3.2 Các trung tâm tài nguyên di truyền quốc tế và vùng Các trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế và vùng gồm: - Viện nghiên cứu lúa quốc tế (IRRI), Los Banos, Philippin - Trung tâm Cải tiến ngô và lúa mì quốc tế (CIMMYT), El Batan, Mêhicô - Viện Nông nghiệp nhiệt ñới (IITA), Ibadan, Nigeria - Trung tâm Nông nghiệp quốc tế (CIAT), Cali, Colombia - Trung tâm nghiên cứu và huấn luyện nông nghiệp nhiệt ñới (CATIE), Turrialba, Costa Rica - Ngân hàng Khoai tây ðức-Hà Lan, Braunschweig, CHLB ðức - Viện nghiên cứu cây trồng quốc tế cho vùng nhiệt ñới bán khô hạn (ICRISAT), Hyderabad, Ấn ðộ - Trung tâm khoai tây quốc tế (CIP), Lima, Peru - Trung tâm nghiên cứu nông nghiệp quốc tế vùng khô hạn (ICARDA), Aleppo, Syria - Trung tâm nghiên cứu và phát triển rau châu Á (AVRDC), Shanhua, ðài Loan 3.3 Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI) Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế (IPGRI) do Nhóm tư vấn về nghiên cứu nông nghiệp quốc tế (CGIAR) thành lập năm 1974 (ban ñầu là Hội ñồng Tài nguyên Di truyền Thực vật Quốc tế, IBPGR) có trụ sở ñặt tại Tổ chức Luơng 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 hoá, ñánh giá và sử dụng sự ña dạng di truyền của cây trồng có ích vì lợi ích của con người trên toàn thế giới. Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế ñóng vai trò xúc tác khuyên khích các hoạt ñộng ñể duy trì mạng lưới của các tổ chức nhằm bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật. 14 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 11 Mạng lưới của Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế có trên 600 viện trên 100 quốc gia. ðối với mỗi nước trong chương trình, Viện Tài nguyên di truyền thực vật quốc tế ñều hỗ trợ các hoạt ñộng theo nhu cầu của chương trình tài nguyên di truyền quốc gia. 4. Thu thập và bảo tồn nguồn gen 4.1 Thu thập nguồn gen Với sự phát triển nông nghiệp hàng hoá và hiện ñại hoá trong nông nghiệp nhiều giống cây trồng ñịa phương giảm dần về số lượng thậm chí bị thay thế hoàn toàn bởi các giống mới, một nguy cơ gọi là sự sói mòn gen hay sói mòn di truyền. Tăng tính ñồng nhất của các giống cây trồng với nền di truyền ngày càng hẹp dẫn tới nguy cơ dịch hại do sâu, bệnh, tăng rủi do cho nông dân và ñe doạ tính bền vững. Việc thu thập và bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền là một nhiệm vụ quan trọng ñối với cả mục tiêu trước mắt lẫn mục tiêu lâu dài của tất cả các nước trên thế giới. Ngày nay việc thu thập nguồn gen cây trồng ñược các nhà chuyên môn tiến hành có hệ thống thông qua nhóm chuyên gia bao gồm các lĩnh vực chọn giống, di truyền, nông học, bảo vệ thực vật và các chuyên gia ñịa phương. ðiều quan trọng nhất cần chú ý khi thu thập là kỹ thuật lấy mẫu và sự phân bố quần thể. Có thể sử dụng cả hai phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên và lấy mẫu ñịnh hướng. Tư liệu hoá các dữ liệu có ích một cách chính xác có ý nghĩa cực kỳ quan trọng ñối với người thu thập, người ñánh giá và người sử dụng. Nguồn ña dạng di truyền cần thu thập và bảo tồn gồm: - Các giống ñịa phương, nhất là các giống chưa ñược sử dung trong chọn giống - Các giống cải tiến ñã và ñang ñược gieo trồng - Vật liệu chọn giống, tuy không có giá trị canh tác nhưng có giá trị chọn giống (các tính trạng mong muốn ñặc thù như khả năng kháng sâu bệnh, chất lượng cao, v.v.) - Các vật liệu di truyền ñặc biệt (thể ñột biến, ña bội thể, bất dục ñực, cây chuyển gen ) - Các loài hoang dại họ hàng, các loài tổ tiên của cây trồng - Vật liệu nhập nội Việc tổ chức thu thập nguồn gen có thể thực hiện thông qua các hình thức sau: a. Tổ chức các ñoàn chuyên môn ñi ñiều tra, thám hiểm ñể thu thập ở các vùng khác nhau trong nước. b. Các cán bộ nông nghiệp và các cá nhân, cơ quan liên quan có trách nhiệm thu thập vật liệu và gửi nguồn vật liệu thu thập ñược về cá cơ quan chuyên môn. c. Hợp tác với các tổ chức vùng và quốc tế ñể ñịnh kỳ trao ñổi vật liệu. Thu thập và bảo tồn nguồn gen bao gồm nhiều hoạt ñộng, ñó là thu thập, mô tả, ñánh giá, tư liệu hoá, bảo tồn, trao ñổi và sử dụng. Việc bảo tồn là một công việc ñòi hỏi hết sức cẩn thận và chu ñáo ñể tránh lẫn, mất mát và ñược tư liệu hoá (cơ sở dữ liệu) ñáp ứng nhu cầu của công tác chọn tạo giống. Các mẫu giống có thể ñược duy trì trong ñiều kiện của hệ sinh thái tự nhiên hay hệ sinh thái nông nghiệp truyền thống, trên ñồng ruộng, trong nhà kính hoặc bằng hạt. Phương pháp thu thập Thu thập cây lấy hạt Mẫu thu thu thập : Chiến lược lấy mẫu phụ thuộc vào từng loài cây, ñặc biệt là phương thức sinh sản, mức ñộ chu chuyển gen giữa các quần thể, v.v. Tuy nhiên ñiều ñó thường không biết trước nên việc thu thập cần bao trùm cả vùng bằng cách lấy mẫu ngẫu nhiên với khoảng cách không gian nhất ñịnh (lấy mẫu kiểu phân ô). Khoảng cách phụ thuộc vào sự ña dạng của ñiều kiện môi trường. Chẳng hạn, nếu vùng thu thập tương ñối ñồng nhất về khí 15 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 12 hậu, loại ñất, thảm thực vật, biện pháp canh tác, các giống cây trồng và vĩ ñộ, khoảng cách không gian có thể rất lớn (20-50 km hoặc hơn). Ngược lại, nếu các yếu tố môi trường thay ñổi mạnh (nhất là vĩ ñộ), thì mẫu thu thập phải nhiều hơn (chẳng hạn mỗi một km, hoặc 100m ñộ cao). Việc lấy mẫu phải theo nguyên tắc lấy mẫu quần thể chứ không phải lấy mẫu cá thể. ðiểm lấy mẫu : ðiểm lấy mẫu là vùng mà trong ñó mẫu của quần thể ñược thu thập. Mỗi mẫu sẽ mang số hiệu thu thập riêng với những ghi chép nhất ñịnh, ví dụ: - Tên giống (cả tên ñịa phương) và tên loài (tên La tinh) - ðịa ñiểm thu thập, mùa vụ, ñiều kiện tự nhiên - ðiều kiên sinh thái, chế ñộ canh tác ở nơi thu thập - Những tính trạng chủ yếu: năng suất, khả năng chống chịu sâu, bệnh và ñiều kiên ngoại cảnh bất thuận. - Ghi tên chức vụ, chuyên môn của người thu thập - Cần tuân theo chế ñộ kiểm dịch thực vật ñã ban hành ñể tránh lây lan dịch hại nhất là các loài dịch hại nguy hiểm. Việc chọn ñiểm thu thập phụ thuộc vào: i) sự ña dạng của môi trường, ii) kiểu phân bố và mật ddooj cá thể trong quần thể, iii) quan sát những biến dị hiếm trong quần thể. ðộ biến ñộng giữa các ñiểm càng lớn thì ñiểm lấy mẫu càng gần nhau. Số cây và hạt thu thập mỗi cây trong từng mẫu : Thông thường phương pháp lấy mẫu ñược thực hiện theo kiểu ngẫu nhiên hay lấy mẫu không lựa chọn. Sai số lấy mẫu nhỏ nhất khi mẫu lớn. Phương thức chung là lấy mẫu ngẫu nhiên bằng cách thu thập cây theo một khoảng cách nhất ñịnh dọc theo mặt cắt ngang cho ñến khi không ít hơn 50 nhưng không nhiều hơn 100 cây. Mỗi cây lấy 50 hạt sao cho mỗi mẫu chứa từ 2.500 ñến 5.000 hạt Bảng 3.2). Nếu loài cây chỉ có quả nhỏ và ít hạt có thể thu một số quả của ba cây sát bên cạnh ñể ñủ 50 hạt. Nếu loài cây có nhiều chùm quả, bông, v.v. với số lượng hạt lớn, thì chỉ thu một phần của mỗi cây ñể có ñủ 50 hạt. Nếu quần thể thu thập có ñộ biến ñộng lớn người thu thập có thể i) lấy mẫu lớn hơn hoặc ii) lấy nhiều mẫu khác nhau. Trong quá trình lấy mẫu cần chú ý thu thập hạt từ những cây khỏe không bị hư hại, ñảm bảo hạt có sức sống tốt. Bảng 3.2: Số lượng hạt mẫu thu thập Loại quần thể Số cây Số hạt mỗi cây Tổng số hạt mỗi mẫu Biến ñộng lớn 100 50 5.000 Tương ñối ñồng nhất 50 50 2.500 Thu thập cây có củ Thu thập cây lấy củ khó khăn hơn so với cây lấy hạt. Những khó khăn chủ yếu gồm: - Tốn nhiều thời gian hơn ñể thu thập - Phải thu hoạch vào ñúng giai ñoạn chín. Thu hoạch non khó bảo quản, ñể già cây chết khó tìm - Vật liệu cồng kềnh khó bảo quản và vận chuyển - Mẫu thu thập khó giữ sống trong quá trình vận chuyển và bảo quản 16 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 13 Thu thập vật liệu hoang dại : các loài hoang dại tồn tại thành quần thể, nhưng mỗi kiểu gen có thể tự nhân lên trên diện tích rộng lớn. Cần quan sát kỹ lưỡng kiểu hình và mẫu không quá gần nhau theo phương thức sau: i) Thu thập chỉ một củ từ mỗi một trong 10-15 cá thể làm mẫu hỗn hợp ii) Diện tích ñiểm lấy mẫu có thể 100 x 100m hoặc nhỏ hơn iii) Lấy mẫu ở nhiều ñiểm tốt hơn là lấy nhiều cây ở ít ñiểm iv) Chọn ñiểm lấy mẫu trên phạm vi môi trường càng lớn càng tốt v) Bổ sung băng mẫu hạt nếu ñược vi) Làm tiêu bản nếu thời gian cho phép Thu thập vật liệu trồng trọt: ðây là những dòng nhân vô tính (dòng vô tính), chứ không phải là quần thể, vì thế việc lấy mẫu mang tính chọn lọc. Phương pháp lấy mẫu theo những tiêu chí sau: i) Thu thập từng giống (kiểu hình thái phân biệt ñược bằng mắt thường) khác biệt tại mỗi chợ hoặc mỗi làng ii) Lấy mẫu lặp lại ở khoảng cách 10-50 km trong vùng; khoảng cách phụ thuộc vào khoảng cách giữa các chợ hoặc các làng iii) Thu thập toàn bộ các kiểu hình thái ở mỗi ñiểm thu thập. Mẫu trùng lặp có thể chỉnh lý và loại bỏ sau iv) Bổ sung bằng mẫu hạt nếu có Thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ Khác với cây lấy hạt, thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ cũng khó và phức tạp hơn vì những lý do sau: i) Hạt của một số cây ăn quả nhiệt ñới và cây thân gỗ như chôm chôm, cà phê, cao su, cacao là hạt khó bảo quản, không thể bảo quản trong ñiều kiện bình thường và hạt sống rất ngắn. Vì vậy, nếu thu thập hạt cần ñược gieo ngay. ii) Vì lý do nêu trên, thường phải thu thập cành giâm (mắt). iii) Phương thức thu thập phải gắn liền với việc bảo quản. Cần gieo hạt trực tiếp; cành phải giâm bằng kỹ thuật phù hợp hoặc mắt phải ghép lên gốc ghép và mỗi kiểu gen phải ñược giữ lâu dài trên cây to. iv) Số lượng hạt hoặc cành giâm thu thập cần phải ñược cân nhắc kỹ lưỡng trước khi lên kế hoạch thu thập. v) Cây thường phân bố rải rác nên lấy mẫu chỉ thực hiện ñược khi phát hiện cây thực sự mà không có ý niệm gì về mẫu của quần thể Thu thập vật liệu hoang dại: i) Thu hạt 10 hay 15 cá thể trên khoảng 10 hecta và hợp lại thành một mẫu ii) Thu càng nhiều hạt cho một mẫu càng tốt. Nếu hạt lớn, như dừa chẳng hạn, 10-15 hạt là ñủ iii) Nếu không có hạt hoặc không có thiết bị ñể giữ hạt khỏi chết, thu cành hoặc bộ phận vô tính, mỗi cây một cành, từ 10 ñến 15 cá thể trên 10 hecta iv) Tiến hành lặp lại ở khoảng không gian nhất ñịnh, tùy theo sự khác biệt về khí hậu, ñộ cao và ñất ñai. v) Thu xếp ñể chuyển hạt hoặc cành về trạm ñể gieo hoặc trồng, nếu hạt thuộc loại khó bảo quản Thụ thập vật liệu trồng trọt: 17 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 14 i) Cố gắng thu thập hạt hoặc quả bất kỳ ở ñâu có thể ñược; nếu không thu cành hoặc mắt, bộ phận vô tính, v.v. ii) Nếu cây ñược trồng từ hạt thì coi cả làng là một ñiểm thu thập và thu thập kiểu ngẫu nhiên từ 10-15 cá thể. iii) Nếu cây ñược nhân bằng phương pháp vô tính từ các giống ñược chọn lọc, thu thập từng giống khác biệt và giữ mỗi giống thành mẫu riêng iv) Thu thập càng nhiều ñiểm càng tốt, thu thập rải rác ở những khoảng cách nhất ñịnh trong cả vùng v) Hạt hoặc cành thu thập ñược phải ñược giữ mát và ẩm, tốt nhất là giữ nguyên hạt trong quả và chuyển về trạm ngay, nếu hạt thuộc loại khó bảo quản. 4.2 Bảo tồn nguồn gen a) Bảo tồn ngoại vi (ex-situ conservation) ðây là hình thức bảo tồn chủ yếu hiện nay trên thế giới, một hình thức bảo tồn ngoài phạm vi cư trú tự nhiên của các loài. Tài nguyên di truyền ñược bảo tồn trong các trung tâm tài nguyên quốc gia, vùng và quốc tế khác với môi trường sống tự nhiên ở dạng bảo quản hạt, trồng ngoài ruộng hay bảo quản in vitro. Ở Việt Nam ngân hàng gen quốc gia hiện ñang lưu giữ 12.500 mẫu giống của 115 loài, trong ñó: - 10.700 mẫu bằng hạt - 1.800 mẫu ñồng ruộng - 102 mẫu trong ñiều kiện in vitro Bảo quản hạt Bảo quản ngấn hạn: Hạt giống ñược làm khô tới ñộ ẩm thích hợp (9%); thời gian bảo quản hạt giống trong vòng 5 năm. Bảo quản trung hạn: Hạt giống ñược làm khô tới ñộ ẩm thấp hơn so với bảo quản ngắn hạn (7%), bảo quan trong dụng cụ bao gói và kho chuyên dụng ở ñộ ẩm 10%, nhiệt ñộ -1 ñến - 5 o C. Bảo quản dài hạn: Hạt giống ñược làm khô tới ñộ ẩm 3%, ñựng trong họp kim loại, bảo quản trong kho lạnh sâu ở nhiệt ñộ -15 ñến -20 o C. Hạt giống ñược bảo quản từ 20-30 năm. Bảo quản in vitro Nguồn vật liệu di truyền ñược bảo quản trong môi trường dinh dưỡng nhân tạo. ðối tượng bảo quản ở dạng in vitro là những vật liệu sinh sản vô tính, hoặc các loài mà hạt khó bảo quản (recalcitrant seed), hạt phấn và ngân hàng ADN. Trong ñiều kiện in vitro cũng có thể bảo quản ngắn hạn, trung hạn và dài hạn. Trong bảo quản ngắn hạn, vật liệu ñược cung cấp cho nhu cầu chọn tạo giống và nghiên cứu của cơ sở. Trong bảo quản trung hạn, phải giảm tốc ñộ sinh trưởng của vật liệu một cách ñáng kể bằng cách giữ ở nhiệt ñộ và ánh sáng thấp, hoặc giảm nồng ñộ ô-xy. Bảo quản mẫu trong ñiều kiện nhiệt ñộ rất thấp -180 o C trong môi trường ni tơ lỏng là phương pháp bảo quản dài hạn. Với ñiều kiện này mọi quá trình sống bị ñình chỉ hoàn toàn. Bảo quản trên ñồng ruộng ðây là cách bảo quản tập ñoàn thực vật sống ngoài khu vực cư trú tự nhiên. ðối tượng bảo quản ñồng ruộng là cây lâu năm như cây ăn quả, cây công nghiệp, cây thuốc, cây sinh sản vô tính và hữu tính khác. Bảo quản nguồn gen trên ñồng ruộng có ưu ñiểm là dễ tiếp cận ñể nghiên cứu, ñánh giá và sử dụng nhưng dễ bị mất mát do ñiều kiện không thuận lợi và ñòi hỏi diện tích ñất ñai lớn và nhân lực. b) Bảo tồn nội vi (hay bảo tồn tại chỗ, in-situ conservation) 18 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng………….… ………………. 15 Bảo tồn nội vị hay bảo tồn tại chỗ là bảo tồn nguồn gen trong môi trường sinh sống, tiến hoá tự nhiên, hoặc thuần hoá ñầu tiên của cây trồng ñó. ðối tượng bảo quản nội vị có thể là bất kỳ một loài thực vật nào, nhưng chủ yếu là các loài tổ tiên của cây trồng, các loài hoang dại có quan hệ họ hàng với cây trồng. Với một số giống ñịa phương ñược hình thành do quá trình chọn lọc và trồng trọt lâu ñời tại một ñịa phương cũng có thể bảo quản tại chỗ trên ñồng ruộng của nông dân hay bảo quản dựa vào cộng ñồng . 5. Nhập nội Nhập nội theo nghĩa rộng là ñưa vật liệu (có thể là giống, dạng, loài hoang dại họ hàng với cây trồng) vào môi trường mới mà trước ñây chưa ñược gieo trồng. Theo nghĩa hẹp nhập nội là di chuyển vật liệu từ nước này sang nước khác. Nếu vật liệu nhập nội thích hợp tốt với môi trường mớithì sau khi khảo nghiệm có thể ñược công nhận là giống ñưa vào sản xuất mà không cần thay ñổi gọi là nhập nội sơ cấp (sử dụng trực tiếp). Ngược lại, nếu vật liệu nhập nội không thích ứng mà phải qua chọn lọc hoặc sử dụng lai ñể chuyển hay kết hợp các gen có ích gọi là nhập nội thứ cấp (sử dụng gián tiếp). Bằng phương pháp nhập nội trong nhiều thập kỷ qua Việt Nam ñã ñưa vào sản xuất nhiều giống cây trồng mới như, chẳng hạn ở lúa: IR8, IR22, CR203, IR64, IR17494, IR50404, Khang Dân 18, nhiều giống lúa lai nguồn gôc Trung Quốc; Khaoi tây: Diamant, Nicola, Mariella; Sắn: KM60, KM94,v.v. Mục ñích của nhập nội cây trồng trong chương trình chọn tạo giống là: i) Sử dụng những giống ưu việt ñang ñược gieo trồng trên thế giới ii) Nhập cây trồng mới và tiến hành chương trình chọn giống cây trồng ñó iii) Thu thập nguồn gen ñể sử dụng trong việc cải tiến cây trồng 5.1 Phương pháp nhập nội giống a) Tìm kiếm và thu nhận: Căn cứ vào chiến lược, mục tiêu chọn tạo và nghiên cứu việc tìm kiếm và thu nhận vật liệu nhập nội có thể thực hiện bằng nhiều con ñường khác nhau: 1) thư yêu cầu chính thức gửi tới các trung tâm tài nguyên quốc tế, khu vực, hay quốc gia, 2) hợp tác song phương, ña phương và trao ñổi vật liệu với các tổ chức, 3) thông qua quan hệ cá nhân với các nhà khoa học ở các tổ chức khác nhau. Tuy nhiên dù nhập nội bằng cách nào cũng phải tuân thủ một quy trình xác ñịnh và các quy ñịnh về kiểm dịch thực vật. b) Kiểm dịch thực vật: Kiểm dịch thực vật một biện pháp nhằm hạn chế sự lây lan sâu và bệnh hại du nhập vào vùng chưa nhiểm sâu, bệnh thông qua vật liệu từ nước ngoài hay vùng khác nhập vào. Phương pháp kiểm dịch vật liệu nhập nội ñược tiến hành tùy theo ñối tượng sâu, bệnh hại, có thể cấm hoàn toàn hay hạn chế. Mỗi nước có quy ñịnh riêng về kiểm dịch trong quá trình nhập và trao ñổi vật liệu cây trồng. Yêu cầu chung khi nhập vật liệu là giấy chứng nhận, Giấy phép nhập khẩu và tiến hành kiểm dịch. c) Giấy phép nhập khẩu: Nhà chọn giống hay cơ sở nghiên cứu phải có giấy phép nhập khẩu chính thức ñể nhập vật liệu gửi cho cơ quan có thẩm quyền trước khi vật liệu ñược chuyển ñi. ðơn xin nhập phải chứa ñủ thông tin cần thiết: tên cây trồng, loại vật liệu (hạt, quả, cây trong ống nghiệm ), tổ chức/nước sản xuất vật liệu, cách thức nhập hàng (ñóng gói và vận chuyển); nơi ñến và tên, ñịa chỉ người nhập. Việc kiểm dịch ñược tiến hành theo các bước sau: 19 [...]... ng m i, nh t là nh ng cây th c ăn gia súc hay cây h ñ u, nh ng cây tr ng mà quá trình ch n gi ng chưa có gì ñáng k ð i v i nh ng cây tr ng có quá trình ch n gi ng lâu ñ i như ngô, ñ u tương, lúa nư c, v.v vi c s d ng tr c ti p làm gi ng ít x y ra ho c h u như không th c hi n ñư c Chuy n các tính tr ng ñơn gen (Introgression) Kh năng s d ng ch y u nh t ngu n gen ph n l n các loài cây tr ng là chuy n... pháp này có hi u qu cao ñ i v i cây t th ph n, ho c cây tr ng mà d t o dòng thu n, như lúa mì, ñ u tương, ngô Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….16 21 Chuy n tính tr ng s lư ng Phương pháp ñ u tiên ñ c p t i s d ng tính tr ng ph c t p là thông qua phương pháp ch n gi ng truy n th ng (Ininda et al., 1996; Peel và Rasmusson, 20 00), ñó là lai tr c ti p r i... các phương pháp c i ti n qu n th tiêu chu n, ho c ch n các ki u gen có ích thông qua t th ph n 2. 8 Khái ni m v v a gen Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….17 22 Khái ni m v a gen do Harlan và de Wet (1971) ñ xu t nh m ñưa ra m t ñ nh hư ng th c t v m i quan h gi a cây tr ng và các loài h hàng c a chúng có ích ñ i v i nhà ch n gi ng khi mu n lai chúng v i nhau... H i th o qu c t v tăng cư ng chương trình tài nguyên di truy n th c v t Vi t nam NXB Nông nghi p Harlan, J R Genetic resources in wild relatives of crops Crop Science 16: 32 9-3 33 Stephen B Brush 1989 Rethinking crop genetic resource conservation Conservation biology, 3 (No.1)., 1 9 -2 9 Câu h i ôn t p 1 Ngu n gen th c v t là gì? T i sao g i là tài nguyên di truy n th c v t? 2 T i sao ngu n gen l i c n... v t là gì? T i sao g i là tài nguyên di truy n th c v t? 2 T i sao ngu n gen l i c n thi t cho công tác ch n gi ng? Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….18 23 3 Th nào g i là trung tâm kh i nguyên (ña d ng) cây tr ng? ð c ñi m quan tr ng và giá tr c a trung tâm kh i nguyên? 4 Nhi m v c a các trung tâm tài nguyên di truy n th c v t qu c gia, vùng và qu c t... h p (Simmonds, 1993) phương pháp này m c tiêu không ph i là s d ng ngu n gen hoang d i không thích ng trong chương trình ch n gi ng mà t o ra nh ng qu n th có n n di truy n r ng, ñư c tăng cư ng ñ s d ng trong tương lai Phương pháp k t h p cho phép s d ng nhi u m u gi ng hơn so v i các chương trình chuy n gen ði u này ñ c bi t quan tr ng vì ki u hình c a v t li u hoang d i không th hi n h t tính h u... a con lai r t ph bi n, m c dù nhân ñôi nhi m s c th có th ph c h i tính h u d c Các loài b c c u thư ng là c n thi t ñ chuy n gen t v a gen tam c p sang cây tr ng (xem chương lai xa) M t ví d c ñi n v s d ng loài b c c u ñư c th hi n năm 1950 Nga Xi-xin ñã lai Elymus x Triticum, nhưng thu ñư c r t ít con lai và con lai l i b t d c N u s d ng con lai Agropyron x Triticum làm m r i lai v i Elymus có th... truy n qua h t, cây gi ng nh t là b nh vi rút Trong nhi u trư ng h p ph i x lý ñ phòng tr sâu h i trong kho V t li u nh p n i không tho mãn yêu c u ki m d ch ho c nghi ng nhi m t p s b h y ho c tr l i ngư i g i 6 ðánh giá, mô t , l p cơ s d li u và s d ng ngu n gen 6.1 ðánh giá, mô t và l p cơ s d li u Ngu n gen ñư c ñánh giá, kh o nghi m và nhân lên nh ng ñ a ñi m nh t ñ nh, thư ng trong 2- 3 v ñ xác ñ... nguyên di truy n là công vi c c n thi t ñ s d ng ngu n gen có hi u qu Thông qua cơ s d li u các nhà ch n gi ng, nhà nghiên c u d dàng tra c u thông tin c n thi t và tìm ki m v t li u cho các chương trình ch n gi ng 6 .2 S d ng ngu n gen M c tiêu và chi n lư c s d ng ngu n gen th c v t thay ñ i theo th i gian Trong nh ng năm ñ u c a ch n gi ng nhà ch n gi ng ñơn gi n ch s d ng ngu n gen s n có, ch y u là... phương 9 Nêu các phương pháp s d ng ngu n gen 10 Nêu s khác nhau gi a v a gen sơ c p, th c p và tam c p Ý nghĩa và kh năng s d ng c a chúng trong c n gi ng Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Giáo trình Ch n gi ng cây tr ng………….… ……………….19 . nhập nội cây trồng trong chương trình chọn tạo giống là: i) Sử dụng những giống ưu việt ñang ñược gieo trồng trên thế giới ii) Nhập cây trồng mới và tiến hành chương trình chọn giống cây trồng. trình chọn giống, bao gồm ñột biến cảm ứng, ña bội thể, các dòng chọn giống kết hợp ñược nhiều tính trạng có lợi, các giống cải tiến (Hình 2. 2a, 2. 2b). 2. 2 Trung tâm khởi nguyên của cây trồng. Nội – Giáo trình Chọn giống cây trồng ……….… ………………. 12 hậu, loại ñất, thảm thực vật, biện pháp canh tác, các giống cây trồng và vĩ ñộ, khoảng cách không gian có thể rất lớn (2 0-5 0 km