GIÁO TRÌNH QUỸ GEN VÀ BẢO TỒN QUỸ GEN ( PGS.TS VŨ VĂN LIẾT ) - Chương mở đầu pot

http://www.ebook.edu.vn 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PGS.TS VŨ VĂN LIẾT GIÁO TRÌNH QUỸ GEN VÀ BẢO TỒN QUỸ GEN HÀ NỘI 2009 http://www.ebook.edu.vn 2 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 5 Chương 1 7 ĐA DẠNG SINH HỌC, ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT.7 1.1 ĐA DẠNG SINH HỌC 7 1.1.1 Khái niệm đa dạng sinh học 7 1.1.2 Vai trò của đa dạng sinh học 8 1.2 ĐA DẠNG DI TRUYỀN 10 1.2.1 Khái niệm và ý nghĩa 10 1.2.2 Xác định đa dạng di truyền 11 1.2.3 Động thái vận động của đa dạng di truyền 14 1.3 VAI TRÒ CỦA ĐA DẠNG DI TRUYỀN VÀ NGUỒN GEN TH ỰC VẬT 15 1.4 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ 18 1.5 CÁC HỌC THUYẾT VỀ NGUỒN GEN THỰC VẬT 22 1.5.1 Học thuyết “ Dãy biến dị tương đồng” 22 1.5.2 Học thuyết Trung tâm đa dạng di truyền ( Trung tâm phát sinh cây trồng) 22 1.6 CÁC TRUNG TÂM BẢO TỒN NGUỒN GEN THẾ GIỚI 32 1.7 BẢO TỒN NGUỒN GEN CỦA VIỆT NAM 34 Chương 2 40 THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT 40 2.1 XÓI MÒN NGUỒN TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT 40 2.1.1 Mứ c độ xói mòn nguồn gen thực vật 40 2.1.2 Nguyên nhân xói mòn nguồn gen thực vật 41 2.1.3 Hậu quả của xói mòn nguồn gen 43 2.2 NHIỆM VỤ, XÁC ĐỊNH ƯU TIÊN THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT 44 2.2.1 Nhiệm vụ 44 2.2.2 Những nguồn gen cần thu thập ở Việt Nam 46 2.2.3 Xác định vùng và cây trồng ưu tiên thu thập ở Việt Nam 46 2.3 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP 47 2.3.1 Chuẩn bị cho một cuộc thu thập nguồn gen thực vật 49 2.3.2 Thực hiện khả o sát cây trồng theo địa lý sinh thái 51 2.3.3 Hình thức tổ chức thu thập 59 2.3.4 Phương pháp lấy mẫu và cỡ mẫu thu thập 59 2.3.5 Thu thập thông tin trong qúa trình thu thập nguồn gen (Passport data) 63 2.4 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP TRUYỀN THỐNG 64 2.4.1 Thu thập nguồn gen hoang dại 64 2.4.2 Thu thập cây lấy hạt 64 2.4.3 Thu thập cây có củ 65 2.4.4 Thu thập cây ăn quả và cây thân gỗ 65 2.4.5 Thụ thập vật liệu trồng trọt: 65 2.5 THU THẬP NGUỒN GEN IN VITRO 66 2.5.1 Khái niệm và cơ sở khoa học của thu thậ p nguồn gen thực vật In vitro 66 2.5.2 Phương pháp cơ bản nuôi cây In vitro 67 2.5.3 Hướng dẫn kỹ thuật của phương pháp 67 2.5.4 Một số nghiên cứu thu thập nguồn gen bằng kỹ thuật In vitro 69 2.6 THU THẬP NGUỒN GEN CÓ SỰ THAM GIA 72 2.6.1 Các bước thực hiện thu thập nguồn gen có sự tham gia của người dân: 73 2.6.2 Kỹ thuật họp nhóm nông dân 73 2.7 THU THẬP NGÂN HÀNG GEN HẠT NHÂN 77 2.7.1 Khái niệm: 77 2.7.2 Thu thập ngân hàng gen hạt nhân 78 2.7.3 Chia nguồn gen thành các nhóm di truyền khác biệt 80 http://www.ebook.edu.vn 3 2.7.4 Quản lý nguồn gen hạt nhân 82 2.7.5 Sử dụng nguồn gen hạt nhân. 82 2.8 PHÂN LOẠI NGUỒN GEN SAU THU THẬP 82 2.8.1 Phân loại dựa trên hệ thống phân loại thực vật 83 2.8.2 Phân nhóm dựa trên kiểu hình 84 2.8.3 Phân nhóm nguồn gen theo vùng địa lý sinh thái 86 2.9 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU 87 Chương 3 89 BẢO TỒN NỘI VI 89 (In situ) 89 3.1 NHỮNG PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN CƠ BẢN 89 3.2 KHÁI NIỆM BẢO TỒN NỘI VI ( In situ) 90 3.3 BẢO T ỒN TRÊN TRANG TRẠI 91 3.4 CÁC PHƯƠNG PHÁP BẢO TỒN NỘI VI KHÁC 116 3.4.1 Khu bảo tồn sinh quyển hoặc khu bảo vệ đa dạng 116 3.4.2 Phương pháp vườn hộ 118 Chương 4 120 BẢO TỒN NGOẠI VI 120 4.1 KHÁI NIỆM 120 4.2 BẢO TỒN HẠT (SEED GENEBANK) (đối với hạt chịu làm khô -Orthodox seed conservation) 121 4.2.1 Thu nhận mẫu nguồn gen hạt đưa vào ngân hàng hạt 123 4.2.2 Đăng ký nguồn gen vào ngân hàng gen hạt 124 4.2.3 Độ sạch mẫu hạt nguồn gen 126 4.2.4 Độ ẩm m ẫu hạt và làm khô trước khi bảo tồn 127 4.2.5 Kiểm tra chất lượng hạt nguồn gen trược khi bảo tồn 131 4.2.6 Đóng bao và tồn trữ nguồn gen 137 4.2.7 Quản lý kho bảo tồn nguồn gen 138 4.2.8 Nhân nguồn gen 140 4.3 BẢO TỒN NGÂN HÀNG GEN ĐỒNG RUỘNG 141 (Bảo tồn ngân hàng gen đồng ruộng với loài không bảo tồn hạt khô (non-orthodox) và các loài nhân giống vô tính) 141 4.3.1 Chọn điểm và thu thập nguồn gen cho bảo tồn đồng ruộng 143 4.3.2 Nguyên lý bảo tồ n đồng ruộng 144 4.3.3 Bố trí xắp xếp ngân hàng gen đồng ruộng 146 4.3.4 Quản lý đồng ruộng 146 4.3.5 Đánh giá đặc điểm ngân hàng gen đồng ruộng 148 4.3.6 Sử dụng ngân hàng gen đồng ruộng 149 4.4 BẢO TỒN ĐÔNG LẠNH 149 4.4.1 Cơ sở lý thuyết của bảo tồn đông lạnh 150 4.4.2 Kỹ thuật bảo tồn đông lạnh 152 4.4.3 Ứng dụng bảo tồn đông lạnh với các loài thân thảo 152 4.4.4 Bảo tồn đông lạnh với các loài cây thân gỗ 154 4.4.5 Tính toàn vẹn di truyền của thực vật khi bảo tồn đông lạnh 155 4.5 BẢO TỒN IN VITRO 155 4.5.1 Nguyên lý bảo tồn In vitro 155 4.5.2 Phân loại bảo tồn In vitro 156 4.5.3 Những kỹ thuật cơ bản trong bảo tồn In vitro 157 4.6 BẢO TỒN HẠT PHẤN 159 4.7 NGÂN HÀNG DNA 159 4.7.1 Những ngân hàng DNA hiện có trên thế giới 159 4.7.2 Bảo tồn DNA hiện nay trên thế giớ i 159 http://www.ebook.edu.vn 4 4.7.3 Kỹ thuật chủ yếu trong tách và tồn trữ DNA 160 4.7.4 Ngân hàng DNA như một bảo tồn bổ sung 161 4.7.5 Luật pháp quốc tế về ngân hàng DNA 161 Chương 5 163 ĐÁNH GIÁ VÀ SỬ DỤNG NGUỒN GEN 163 5.1 NHÂN TĂNG SỐ LƯỢNG HẠT 163 5.1.1 Kỹ thuật nhân để giữ nguyên tính xác thực di truyền của nguồn gen 163 5.1.2 Bố trí thí nghiệm nhân hạt 164 5.1.3 Các chỉ tiêu theo dõi 164 5.2 HỆ THỐNG HÓA THÔNG TIN 164 5.3 CÁC LOẠI THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN 165 5.3.1 Đánh giá cơ bản 165 5.3.2 Đánh giá và mô tả đặc điểm chi tiết 165 5.4 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN 166 5.4.1 Công thức thí nghiệm trong đánh giá nguồn gen 166 5.4.2 Số lượng mẫu nguồn gen trong một thí nghiệm đánh giá 167 5.4.3 Đối chứng 167 5.4.4 Chọn điểm thí nghiệm 167 5.4.5 Kỹ thuật bố trí thí nghiệm 167 5.4.6 Thu thập thông tin thí nghiệm nguồn gen 171 5.4.7 Quản lý số liệu thu thập 174 5.4.8 Phân tích thống kê số liệu 175 5.5 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC ĐÁNH GIÁ NGUỒN GEN 178 5.6 TỔNG HỢP KẾT QUẢ VÀ TÀI LIỆU HÓA 180 5.7 SỬ DỤNG NGUỒN GEN THỰC VẬT 180 5.7.1 Nghiên cứu cơ bản: 180 5.7.2 Sử dụng trong các chương trình tạo giống với các mục tiêu khác nhau 180 5.7.5 Phân phối sử dụng nguồn gen 181 5.7.6 Sử dụng nguồn gen hoang dại và họ hàng hoang dại 183 5.7.7 Sử dụng nguồn gen cây trồng địa phương 187 5.7.8 Sử dụng nguồn gen mới tạo thành và nguồn gen cây trồng th ế giới 188 TÀI LIỆU THAM KHẢO 191 http://www.ebook.edu.vn 5 MỞ ĐẦU Nguồn gen thực vật có ý nghĩa vô cùng to lớn đối với cuộc sống con người trên trái đất, nó là nền tảng của đa dạng sinh học, đa dạng nông nghiệp, đảm bảo cho phát triển bền vững và chống nghèo đói. Con người đã nhận thức được tầm quan trọng của nguồn gen thực vật, vì vậy nhóm tư vấn Quốc tế (Consultative Group on International Agricultural Research) viết tắt là CGIAR đã được thành lậ p năm 1971. Một trong những sứ mệnh của CGIAR là nghiên cứu, hỗ trợ và hướng dẫn bảo tồn nguồn gen thực vật, cho đến nay tổ chức này đã có mạng lưới khắp toàn cầu gồm có 15 Trung tâm nghiên cứu Quốc tế. Mạng lưới của CGIAR hợp tác với hệ thống nghiên cứu nông nghiệp của tất cả các quốc gia, các tổ chức chính phủ và phi chính phủ. Mục tiêu tư vấn phát tri ển nông nghiệp bền vững, nâng cao chất lượng cuộc sống, đảm bảo an ninh lương thực, đảm bảo dinh dưỡng và sức khỏe con người, nâng cao thu nhập và cải thiện quản lý nguồn tài nguyên thiên nhiên. Năm 1991 Viện Tài Nguyên Di Truyền Thực Vật Thế Giới (IPGRI) thành lập trên cơ sở CGIAR đặt trụ sở tại Rome, Italy. Viện có các cơ quan vùng ở Cali, Colombia (Châu Mỹ), KualaLumpur, Malaysia (Châu Á Thái Bình Dương), Nairobi, Kenya (Châu Phi), Aleppo, Syria (Tây Á và Bắc Phi), và Rome, Italy (Châu Âu). Năm 1996 thành lập thêm văn phòng tại Costa Rica, năm 1997 văn phòng tại Uganda và Cameroon. Tầm nhìn của IPGRI là “ Loài người ngày nay và trong tương lai có cuộc sống tốt hơn bằng tăng thu nhập, cải thiện an ninh lương thực bền vững, sức khỏe môi trường tốt hơn thông qua bảo tồn và phát triển đa dạng sinh học nông nghiệp trên nông trại và tài nguyên rừng”. Nguồn tài nguyên được bảo tồn đa dạng tạo cơ hội tốt hơn cho sử dụng để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của con người trong tương lai. Ngày nay, gần một phần tư triệu loài thực vật trên trái đất đang cần được thu thập và bảo tồn, trong đó một số loài và vùng địa lý nguồn gen cần được ưu tiên thu thập và bảo tồn vì chúng đang bị đe dọa nghiêm trọng. Việt Nam có có vị trí địa lý, địa hình đa dạng cùng với lịch sử phát triển lâu đời của 64 nhóm dân tộc sinh sống và nền sản xuất nông nghiệp chiếm ưu thế. Điều kiện đó đã tạo nên nguồn tài nguyên di truyền thực vật của Việt Nam vô cùng đa dạng và phong phú. Những năm gần đây do dân số tăng nhanh, sự phát triển và phổ biên các giống cây trồng mới và sự phát triển của nền kính tế, đa dạng tài nguyên di truyền của Việt Nam cũng đang bị dọa. Những nguyên nhân trên dẫn đến xói mòn nguồn gen và giảm đa dạng sinh học, một số vùng đã đến mức báo động. Việt Nam đã có những phản ứng tích cực trước nguy cơ mất đa dạng di truyền và nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Chính phủ đã thành lập Trung tâm Tài nguyên di truyền thực vật (TNDTTV) thuộc Viện Khoa học Nông nghiệp Việt năm 2005 (Quyết định số 220/2005/QĐ-TTg ngày 09/9/2005). Trung tâm TNDTTV có mạng lưới gồm 18 Vi ện, Trung tâm và Trạm nghiên cứu làm nhiệm vụ nghiên cứu và bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Những nhiệm vụ chính của mạng lưới Quốc gia trong quản lý và bảo tồn nguồn tài nguyên + Nhiệm vụ duy trì và phát triển ngân hàng gen thực vật Quốc gia: thu thập và lưu giữ nguồn gen tại ngân hàng gen (Ngân hàng gen hạt “seed genebank”, ngân hàng gen đồng ruộng “field genebank”, Ngân hàng gen In vitro và AND). Bên cạnh bảo tồn, nhiệm vụ đánh giá, tư liệu hoá; thu thập và bổ sung thông tin, cung cấp nguồn gen cho nghiên cúu khoa học, mở rộng sản xuất và phục vụ chọn tạo giống cây trồng + Xây dựng giải pháp bảo tồn và khai thác sử dụng tài nguyên thực vật gồm: đa dạng di truyền; công nghệ sinh học; sinh lý và kỹ thuật hạt giống; làm giàu thêm quỹ gen; ứng dụng tin học vào quản lý dữ liệu và thông tin tài nguyên thực vật + Bảo tồn thông qua sử dụng tài nguyên thực vật, phát triển và duy trì các điểm bảo tồn In situ nguồn gen cây trồng http://www.ebook.edu.vn 6 + Quản lý và đánh giá đa dạng sinh học nông nghiệp, động thái biến động đa dạng thực vật và + Điều phối hoạt động của mạng lưới bảo tồn quỹ gen cây trồng toàn quốc. Bên cạnh thành lập Trung tâm TNDTTV quốc gia, nhiều chính sách và chương trình bảo tồn quỹ gen thực vật được Chính Phủ hỗ trợ, tạo điều kiện cho các nhà nghiên cứu, nhà bảo tồn tự nhiên, các địa phương và tổ chức xã hội khác tham gia vào quá trình bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật và đa dạng sinh học của Việt Nam Giáo trình “Quỹ gen và bảo tồn quỹ gen” là một tài liệu sử dụng cho giảng dạy, nghiên cứu, tham khảo của sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Di truyền chọn giống, Khoa học cây trồng, Công nghệ rau –hoa và cảnh quan, Bảo vệ thực vật. Mục đích cung cấp cho người đọc, cán bộ giảng dạy và cán bộ nghiên cứu, sinh viên, học viên cao học và nghiên cứu sinh những kiến thức cơ bản về đa dạng sinh học, nguồn tài nguyên di truyền thực vật. Những kiến thức và phương pháp thu thập, bảo tồn, đánh giá và sử dụng nguồn gen thực vật phục vụ cho chọn tạo giống cây trồng, bảo vệ môi trường sống và phát triển nông nghiệp bền vững. . nhà bảo tồn tự nhiên, các địa phương và tổ chức xã hội khác tham gia vào quá trình bảo tồn tài nguyên di truyền thực vật và đa dạng sinh học của Việt Nam Giáo trình Quỹ gen và bảo tồn quỹ gen . nguồn gen 140 4.3 BẢO TỒN NGÂN HÀNG GEN ĐỒNG RUỘNG 141 (Bảo tồn ngân hàng gen đồng ruộng với loài không bảo tồn hạt khô (non-orthodox) và các loài nhân giống vô tính) 141 4.3.1 Chọn điểm và. http://www.ebook.edu.vn 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI PGS. TS VŨ VĂN LIẾT GIÁO TRÌNH QUỸ GEN VÀ BẢO TỒN QUỸ GEN HÀ NỘI 2009 http://www.ebook.edu.vn