GIÁO TRÌNH QUỸ GEN VÀ BẢO TỒN QUỸ GEN ( PGS.TS VŨ VĂN LIẾT ) - Chương 2 pot

Chương THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.1 XÓI MÒN NGUỒN TÀI NGUYÊN DI TRUYỀN THỰC VẬT 2.1.1 Mức độ xói mịn nguồn gen thực vật Wilkes(1984) đưa ba mức đe dọa đến nguồn tài nguyên di truyền đa dạng nguồn tài nguyên di truyền thực vật sau: - Xói mịn di truyền (Genetic erosion): Xói mịn di truyền q trình làm hạn chế thu nhỏ vốn gen loài thực vật hay động vật, có cá thể quần thể bị khơng có hội thu lại hay lặp lại cá thể khác gây nguy hiểm đến đa dạng quần thể Xói mịn di truyền đa dạng nông nghiệp chăn nuôi đa dạng di truyền, gồm gen tổ hợp gen đặc thù (hoặc phức hợp gen), giống địa phương loài hóa thích nghi với mơi trường tự nhiên, nơi phát sinh phát triển Thuật ngữ xói mịn di truyền đơi sử dụng với nghĩa hẹp allel gen nghĩa rộng giống hay loài Kỹ thuật cải tiến giống trồng phát triển loại trừ giống hay nguồn gen gốc tạo giống trồng cải tiến Hơn 10.000 năm, trồng tạo số lượng lớn kiểu gen thích nghi với điều kiện địa phương Những giống trồng giống địa phương, giống trồng nông nghiệp người dân chọn lọc địa Chúng nguồn di truyền cho nhà tạo giống sử dụng để cải tiến nguồn gen tạo giống trồng chịu thâm canh suất cao Ngay sau giống cải tiến suất cao thay đa dạng di truyền hàng nghìn năm tạo nên Bên cạnh dân số tăng, dẫn đến đất đai sử dụng vào sản xuất nông nghiệp mở rộng để đáp ứng nhu cầu người làm biến nơi sinh sống loài hoang dại Các nguy yêu cầu nhân loại phải thu thập bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật cịn lại, khơng chúng biến hồn tồn Thế giới bắt đầu đưa thuật ngữ kỹ thuật bền vững đa dạng sinh học, đa dạng di truyền, bảo tồn nội vi (In- situ), bảo tồn ngoại vi (Ex –situ)… chúng trở thành thành phần bền vững tương lai - Nguồn di truyền dễ tổn thương (Genetic vulnerability): Nguồn di truyền dễ tổn thương loài dễ bị thay hay bị đe dọa tuyệt chủng môi trường bất thuận, dịch bệnh điều kiện kinh tế -xã hội khác Nguồn tài nguyên bị môi trường sinh sống môi trường sinh sống bị phá vỡ, chia cắt làm cho nguồn tài nguyên di truyền dễ bị tổn thương Nguồn di truyền dễ tổn thương gây rủi ro cho nông nghiệp đầu tư cao để trồng lương thực, hàng hóa nước phát triển Xói mịn di truyền giảm dần đa dạng di truyền thực vật tổn thương di truyền mỏng manh tảng di truyền hẹp, canh tác độc canh phạm vi rộng (sự đồng hàng triệu cây), bao trùm hàng nghìn Canh tác độc canh có rủi ro cao gặp điều kiện bất thuận hay dịch hại, ví dụ bệnh rỉ sắt thân lúa mì năm 1954, bệnh khơ vằn ngơ năm 1970 nạn đói mùa khoai tây Ai len 1840 minh chứng cho tính dễ tổn thương di truyền http://www.ebook.edu.vn 40 - Sự tuyệt chủng (Genetic wipeout): Sự đe dọa thứ ba đến nguồn tài nguyên di truyền thực vật biến loài tiềm tạo nên đa dạng nguồn tài nguyên di truyền, phá vỡ quần xã ổn định nguồn tài nguyên di truyền Sự phá vỡ dẫn đến biến số đa dạng di truyền mong muốn Rất nhiều loài trồng trồng hoang dại bị tuyệt chủng cần thiết phải có chiến lược thu thập bảo tồn Nghiên cứu V Holubec, 1997 cho thấy lồi hoang dại bơng châu Phi, nơi có nguồn gen bơng đa dạng giới, số lồi ngày có thơng tin chúng Các lồi bơng địa phương thuộc nhóm gen nơm (A, B, E F) bị đe dọa tuyệt chủng Do vậy, người cần xây dựng đồ phân bố, thu thập bảo tồn chúng Một số loài G areysianum, G incanum; G capitis-viridis cịn thơng tin xếp mức đe dọa tuyệt chủng nguy hiểm 2.1.2 Nguyên nhân xói mịn nguồn gen thực vật Xói mịn di truyền hay giảm đa dạng di truyền thực vật có nhiều quan điểm khác gồm: giảm số lượng loài thực vật giảm đa dạng di truyền loài Ngoài ra, sinh vật sống bên hay ngồi hệ sinh thái tăng lên tính đến, xem xét mức độ đa dạng di truyền (Collins and Qualset, 1999; Hillel and Rosenzweig, 2005) Loài người sử dụng 7.000 loài trồng để đáp ứng nhu cầu lương thực, thực phẩm nhu cầu khác thơng qua trồng trọt hay thu hái tự nhiên Ngày canh tác đại giới hóa có 150 lồi sử dụng canh tác thâm canh, 15 lồi trồng cung cấp 90 % lượng cho loài người Nông nghiệp, lâm nghiệp, định cư sinh sống người chiếm 95% môi trường sống trái đất, diện tích khơng sử dụng khoảng 3,2% Hoạt động người chiếm 1/3 đến 1/2 sản lượng hệ sinh thái toàn cầu Đất trồng trọt đồng cỏ phần sinh khối lớn hành tinh, chúng chiếm 40% bề mặt đất tương tự sinh khối rừng Mặc dù lượng hạt thu hoạch tăng dần, chi phí đầu tư gây hại cho môi trường tăng lên đáng kể (bao gồm suy thoái chất lượng nước sử dụng phân bón, suy thối đất trồng trọt, nơi sinh sống tự nhiên động, thực vật) Bởi tăng cường sản xuất nông nghiệp trước mắt, suy thoái làm yếu hệ sinh thái tương lai, bao gồm tài nguyên di truyền thực vật (Foley cs., 2005) Trong loài trồng, giống địa phương thay giống cải tiến, tỷ lệ tốc độ thay phụ thuộc vào lồi trồng, vùng địa lý mơi trường Cây lương thực lúa nước lúa mỳ bị thay nhanh nhất, ngun nhân xói mịn di truyền lớn (Day Rubenstein cs, 2005) Ước tính cịn 15% diện tích gieo trồng giống lúa địa phương điều kiện có tưới, lúa mỳ địa phương cịn 23%, giống ngơ địa phương cịn trồng khoảng 60% diện tích ngơ nước phát triển diện tích khơng đáng kể nước phát triển Gần 8.000 giống táo trồng Hoa Kỳ kỷ 20, đến 95% số khơng cịn tồn Giống ngô địa phương Mexico chiểm 20% tổng số giống ngơ có sản xuất, Giống lúa mỳ địa phương 10% tổng số 10.000 giống lúa mỳ Trung Quốc đến sử dụng Những nguyên nhân khác thay đổi hệ thống sản xuất nơng nghiệp gây xói mịn nguồn gen chăn thả mức, thu hoạch cường độ cao, phá rừng phát nương làm rẫy, xuất sâu bệnh mới, sách hiệp ước quốc tế (FAO,1996) Tóm lại có nhiều nguyên nhân có hai nguyên nhân dẫn đến nguyên nhân xói mòn nguồn gen (i) tăng dân số, đặc biệt nước phát triển gây áp lực lên nguồn tài nguyên (ii) tăng truyền thông du lịch thương mại toàn cầu Những nguyên nhân dẫn đến đa dạng văn hóa giảm đa dạng sinh học (Sutherland, 2003; Maffi, 2001, 2005) http://www.ebook.edu.vn 41 Xói mịn di truyền tổ hợp ngun nhân, xói mịn nhanh bị phân chia mơi trường sống Hầu hết lồi bị đe dọa sinh sống với quần thể nhỏ bị chia cắt môi trường sinh sống tự nhiên chúng xen kẽ khu định cư đất canh tác người Nguyên nhân dẫn đến cận phối khơng có điều kiện cạnh tranh quần thể cao xói mịn diễn nhanh Xói mịn di truyền q trình, hạn chế vốn gen lồi động, thực vật, vốn gen bị thu hẹp cá thể từ quần thể sống sót bị chết khơng có hội tìm thấy hay phục hồi quần thể nhỏ Xói mịn di truyền xảy cá thể sống có gen nhất, cá thể bị tạo giống khơng có hội có kiểu gen Đa dạng di truyền thấp quần thể động thực vật hoang dại, dẫn đến giảm vốn gen tương lai Sự tự thụ phấn hệ thống miễn dịch yếu loài dẫn đến tuyệt chủng thực 10 Khai thác mức Áp lực dân số Chăn thả mức Giống thay giống địa phương 20 Dịch hại 30 Du canh 40 Luật pháp sách 50 Xung đột quyền lợi Số nước 60 Chuyển đổi mục đích sử dụng đất 70 Ảnh hưởng môi trường 80 Chặt phá rừng 90 Nguyên nhân Hình 2-1 : Những nguyên nhân gây xói mịn di truyền (Stanislav Magnitskiy,2000) Nguồn tài nguyên di truyền thực vật Việt Nam năm tình trạng chung Dân số Việt Nam tăng nhanh từ năm 1954 đến (2007) dẫn đến vùng đồng canh tác thuận lợi người dân khai khẩn hết đất hoang hóa để trồng trọt, loài hoang dại vùng đồng khơng cịn có số lượng nhỏ Cuộc cách mạng xanh năm 1960 vào Việt Nam, giống cải tiến, suất cao phổ biến sản xuất để giải tình trạng thiếu lương thực Các giống lúa cải tiến nhanh chóng thay giống lúa địa phương (gié, dự, tẻ tép, tám), giống ngô lai thay giống ngô thụ phấn tự Những vùng địa phương có điều kiện khó khăn giao thông, đất đai màu mỡ, không chủ động tưới, tiêu người dân nghèo, trình thay giống địa phương giống diễn chậm do: - Giống cải tiến, giống khả chống chịu thích nghi với điều kiện địa phương không cao giống địa phương - Người dân nghèo khơng có khả đầu tư thâm canh cao - Trình độ canh tác người dân thấp - Giống địa phương có chất lượng phù hợp với thị hiếu tiêu dùng người dân địa phương - Giống địa phương phù hợp với tập quán canh tác http://www.ebook.edu.vn 42 Những nguyên nhân chứng minh với vùng núi phía Bắc Việt Nam, phía tây Miền Trung Tây nguyên Tuy nhiên vùng lại bị chi phối số nguyên nhân khác: - Sự thay giống diễn ngày mạnh mẽ - Dân số tăng di cư tự cần mở rộng diện tích canh tác dẫn đến chặt phá rừng làm nương rẫy - Chuyển đổi mục đích sử dụng chuyển đất rừng sang trồng công nghiệp, xây dựng sở hạ tầng, khu dân cư… - Kỹ thuật canh tác đất dốc khơng phù hợp 2.1.3 Hậu xói mịn nguồn gen Những nguyên nhân dẫn đến tình trạng suy thoái nguồn tài nguyên đất, nước tài nguyên di truyền thực vật diễn ngày nghiêm trọng Thiên tai, mùa, bão, lũ thời tiết bất thuận xảy thường xuyên ngày nặng nề hậu suy thoái tài nguyên đa dạng Những hậu tóm tắt sau: - Mất đa dạng sinh học giảm nguồn gen thực vật, nguồn thức ăn động vật vi sinh vật - Suy yếu môi trường sinh thái - Sản xuất ổn định phát triển khơng bền vững - Xói mịn suy giảm số lượng, chất lượng nguồn tài nguyên đất - Xói mịn suy giảm số lượng, chất lượng nguồn tài nguyên nước - Thiên tai xảy khốc liệt - Phát sinh dịch bệnh nhiều dịch bệnh - Mất dần văn hóa, tập quán kiến thức địa Nông nghiệp, lâm nghiệp nơi sinh sống người địi hỏi 95% mơi trường trái đất, diện tích trái đất khơng phát triển thêm (Lacher et al., 1999) Dân số toàn cầu ngày tăng, nhu cầu người lương thực ngày cao, nhu cầu thực phẩm, nhiên liệu nhu cầu khác tăng nhanh chóng Con nguời khai thác tự nhiên mức, mở mang thêm đất trồng trọt, khai thác rừng làm nguyên liệu cho công nghiệp chế biến Đây nguyên nhân dẫn đến suy thoái giảm nguồn tài nguyên, có nguồn tài nguyên di truyền thực vật Suy giảm nguồn gen xảy mạnh mẽ sau cách mạng xanh năm 1960 giống cải tiến, giống ưu lai có suất cao đời thay giống trồng địa phương suất thấp Việt Nam tình trạng tương tự, giống trồng địa phương đặc biệt lương thực lúa, ngô suy giảm nghiêm trọng số lượng giống diện tích gieo trồng, nhiều giống lúa lúa dự, lúa gié đồng sông Hồng Các tỉnh miền núi, vùng sâu, vùng xa mức độ đa dạng giống địa phương phong phú tình trạng đe dọa suy giảm Diện tích đất canh tác giảm dân số tăng miền núi nguyên nhân quan trọng, trước hộ nơng dân có – nương canh tác, có – nương, chu kỳ luân canh nương ngắn dẫn đến đất khơng có khả phục hồi độ màu mỡ Các giống lương thực địa phương (lúa, ngô) không sinh trưởng, phát triển đất nghèo kiệt, suất thấp Nơng dân bỏ hóa chuyển sang sử dụng cho mục đích khác, nguyên nhân giảm số lượng diện tích gieo trồng giống địa phương tính miền núi, Việt Nam Ví dụ số lượng giống lúa ngơ địa phương huyện miền núi Điện Biên suy giảm qua năm minh họa hình 2-2 http://www.ebook.edu.vn 43 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Giống lúa 2005 2004 2003 2002 Giống ngơ Hình 2-2 : Mức độ suy giảm giống lúa ngô địa phương huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên qua năm ( nguồn Vũ Văn Liết, Đồng Huy Giới 2006) Nguồn gen trồng suy giảm mạnh địi hỏi người phải có giải pháp thu thập, bảo tồn đảm bảo cho an ninh lương thực phát triển bền vững tương lai 2.2 NHIỆM VỤ, XÁC ĐỊNH ƯU TIÊN THU THẬP NGUỒN GEN THỰC VẬT 2.2.1 Nhiệm vụ Xác định ưu tiên thu thập nguồn gen bị đe dọa tuyệt chủng, nguồn gen quý, đặc hữu vùng, quốc gia Thu thập thơng tin tình trạng nguồn gen vật liệu trồng trọt thực tế đồng ruộng, mức độ xói mịn di truyền mức độ bị đe dọa tuyệt chủng chúng vùng địa phương, cở xác định ưu tiên thu thập bảo tồn (Frankel Hawkes, 1975) Những thông tin cần biết trước tiến hành thu thập nguồn gen Để khảo sát thu thập nguồn gen thành công phụ thuộc vào ba yếu tố là: (i) hợp tác tốt với địa phương, (ii) có khả tài chính, nguồn nhân lực (iii) có kiến thức kỹ nghiên cứu nguồn gen thực vật R.K Arora đưa hai mức nhiệm vụ thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật thu thập nguồn gen đặc thù thu thập theo mục tiêu rộng - Nhiệm vụ đặc thù: (Specific missions ) Thu thập biến dị đặc thù, trồng vật liệu đặc thù lương thực lúa, lúa mỳ ngơ Nguồn gen lúa chống chịu điều kiện bất thuận hạn, mặn, ngập, nguồn gen ngô ngô chịu hạn, ngô chất lượng cao nguồn gen trồng, hoang dại họ hàng hoang dại đặc hữu Ấn Độ thực thu thập đặc thù tập trung thu thập dạng lúa mỳ thích nghi với vùng đất mặn miền Tây đồng Ấn Độ, dạng ngô lúa chịu lạnh độ cao 2000 m dãy núi Himalayan, thu thập loài hoang dại đặc thù, đơn vị phân loại liên quan nông nghiệp làm vườn - Thu thập phạm vi rộng (Broadbased missions ) Mục tiêu đề cấp đến đa dạng tối đa khác (nhiệm vụ thu thập nhiều cây) có mặt vùng thực thời gian thu thập Arora, 1988 phân làm hai loại minh họa bảng 2-1 Thiết kế hai hình thức thu thập tùy thuộc vào trồng ưu tiên, vùng ưu tiên, nhu cầu đặc thù nhà tạo giống để có nguồn biến dị di truyền phong phú Biến dị di truyền lớn giúp cho hội nhận biết khai thác tính trạng mong muốn, lượng biến dị thu thập phụ thuộc vào mức độ xói mịn, nguồn gen đặc hữu loài hoang dại Trọng tâm nhiệm vụ thu thập nguồn gen để nhận biết hiểu rõ mức độ đa dang di truyền http://www.ebook.edu.vn 44 khu vực hay loài trồng khảo sát thực tế canh tác đồng ruộng, mức độ đa dạng hay phổ biến nguồn gen đặc thù Bảng 2-1: Phân loại thu thập nguồn gen I Phân loại Thu thập không cân đối Cây làm vườn, trồng, thuộc loài hoang dại Cây lấy củ, rễ thức ăn gia súc II Thu thập thông thường /cân đối Cây lấy hạt, rau , có sợi, họ đậu có dầu Những điểm ý Cần quan tâm loài vùng đặc thù Cần quan tâm loài vùng đặc thù Sự thu thập chi tiết với trồng ưu tiên Xem xét biến dị có quần thể lồi khác nguồn tài nguyên di truyền Frankel Soulé,1981; Hawkes, 1983 phân loại sau: - Các giống địa, giống địa phương - Loài hoang dại mà loài trồng tiến hóa từ lồi - Lồi hoang dại người sử dụng - Loài hoang dại có tiềm sử dụng - Các giống cũ giống tiến Các loại có mối quan hệ chặt chẽ với nhau, loại bao gồm dòng vật liệu di truyền phân loại rộng đề nghị Chang (1985) Những nguồn gen cần thu thập nhiều tác giả đề cập đến dựa trình hình thành nguồn gen di truyền nay, để có nhìn nhận đầy đủ đa dạng nguồn gen cần phải thu thập bảo tồn Hình 2-3: Các loại/ dạng khác tài nguyên di truyền thực vật hình thành tự nhiên hay nhân tạo Nguồn: Arora, Nayar and Pandey, 1990 http://www.ebook.edu.vn 45 2.2.2 Những nguồn gen cần thu thập Việt Nam Ngày để nhận biết tài nguyên di truyền cần thu thập bao tồn phân loại thành nhóm sau: Nguồn gen hoang dại - Cây lương thực : củ mài, mít rừng - Cây rau : loại rau rừng, rau gia vị - Cây ăn quả: sung, vả - Hoa, cảnh : lan rừng, loài hoa dại - Cây thức ăn gia súc: cỏ dại, lạc dại… - Cây thuốc: Nguồn gen trồng địa địa phương - Cây lúa - Cây ngô - Cây ăn - Cây rau - Hoa, cảnh Nguồn gen trồng cải tiến - Dòng giống lúa cải tiến - Giống lúa ưu lai - Dịng giống ngơ thụ phấn tự - Giống ngơ ưu lai - Dịng giống ăn - Dòng giống rau - Dòng giống hoa, cảnh Nguồn gen trồng quốc tế - Cây lương thực - Cây ăn - Hoa, cảnh - Cây rau - Các dòng quần thể - Dòng bất dục - Dòng phục hồi - Dịng trì - Dịng - Dịng tự bất hợp - Dòng ưu 2.2.3 Xác định vùng trồng ưu tiên thu thập Việt Nam Những vùng ưu tiên thu thập vùng có đa dạng cao, nguy xói mịn tài nguyện di truyền, nguồn gen quý hiếm, đặc hữu nguồn gen có giá trị kinh tế Những vùng cịn đa dạng di truyền cao Việt Nam miền núi Tây Bắc, Đông Bắc, Các huyện Miền núi Trung Bộ, Đông Nam Bộ Tây nguyên Những vùng suy giảm đa dạng áp lực dân số, di dân tự do, điều kiện bất thuận, khai thác mức, chặt phá rừng, mở rộng diện tích trồng trọt mở rộng diện tích giống trồng Ví dụ giống ngơ http://www.ebook.edu.vn 46 địa phương Tây Nguyên năm gần suy giảm nghiệm trọng số lượng diện tích giống ngơ ưu lai mà điển hình giống ngơ CP 888 Xác định trồng ưu tiên dựa nguyên tắc trên, ưu tiên thay đối theo thời gian, theo vùng sở phát triển kinh tế xã hội vùng giai đoạn định Việt Nam giai đoạn xếp thứ tự ưu tiên sau: - Lúa - Ngô - Cây thuốc - Rau - Hoa - Các loài hoang dại Đặc biệt nguồn gen có biến dị tính trạng quý chịu hạn, chịu ngập, chịu mặn, chống chịu bệnh, chua phèn trồng đặc sản địa phương 2.3 PHƯƠNG PHÁP THU THẬP Từ kỷ 18 nhà tạo giống trồng, nhà nông nghiệp khảo sát thu thập nguồn gen, tập trung vào loài thực vật có giá trị kinh tế giá trị sử dụng đặc biệt ăn quả, lương thực phục vụ chọn tạo giống phát triển nông nghiệp Quá trình phương pháp thu thập, bảo tồn khẳng định mạnh mẽ sau học thuyết Darwin biến dị loài thực vật N.I Vavilov cộng ông tạo quan tâm sâu sắc, thực giá trị đa dạng di truyền thực vật phục vụ cho cải tiến di truyền trồng, đáp ứng nhu cầu ngày cao người Khái niệm trung tâm phát sinh trồng giới đa dang di truyền nêu thành lý thuyết khoa học Nhiều quan nghiên cứu tiến hành thu thập nguồn gen thực vật với nhiều mục đích khác Phương pháp thu thập phân thành hai hình thức truyền thống đại Hai hình thức có điểm chung, thu thập đại hoạt động nằm thu thập truyền thống, thu thập đại thu thập nguồn gen cần sử dụng chưa sử dụng sử dụng tương lai Thu thập truyền thống thu thập nguồn gen phục vụ cho nhu cầu Cả hai hình thức hoạt động góp phần tăng đa dạng nguồn gen vật liệu di truyền cần thiết cho nghiên cứu phát triển Bảng 2-2 : So sánh mục tiêu phương pháp tiếp cận hình thức thu thập nguồn gen truyền thống đại Khảo sát thu thập nguồn gen Thu thập nguồn vật liệu di truyền đại truyền thống Khu vực thực vật có hoa cho Khu vực hay vùng đa dạng di truyền, trung tâm sinh khối lớn sơ cấp, thứ cấp, đại diện liên quan đến sinh thái nông nghiệp hay địa sinh thái Thu thập sở khảo sát địa Như trên, tiếp cận địa lý động lực sinh thái địa lý, tiếp cận tĩnh địa lý Cây có hoa khu vực Nguồn tài nguyên di truyền, phân bố đa dạng vùng theo mục tiêu sử dụng (cây ngũ cốc, lấy dầu, lấy sợi , thuốc, thức ăn gia súc ) Các công việc nghiên cứu chuyên Nghiên cứu tiến hóa, hóa (bao gồm sâu với nhóm nhóm minh chứng khảo cổ cổ sinh học) Phân loại đa dạng gồm Vốn gen trồng bao gồm: loài hoang dại http://www.ebook.edu.vn 47 loài đại diện (tiếp cận phân đơn vị bản, cấu trúc quần thể liên quan, tự loại) bất hợp, nguồn vật liệu di truyền giống địa phương, giống địa, hình thức chuyển đổi, nguồn tài nguyên di truyền cũ có triển vọng (tiếp cận di truyền) Tổng hợp nhóm kinh tế sở Sự dụng liên kết với dạng nơng sinh học, tính sử dụng, thơng tin thực vật học trạng mong muốn, giống địa phương, đa dạng liên dân tộc, thu thập cảnh hoang kết với nhân tố dân tộc học dại, nghiên cứu có hoa tiềm Bảng 2-3: So sánh phương pháp tiếp cận kỹ thuật thu thập nguồn gen thực vật truyền thống đại Thu thập truyền thống Thu thập đại Thu thập phạm vi rộng lồi Phạm vi hẹp, nhóm trồng loài hoang dại, vùng sinh thái khảo sát để thu thập thu thập vùng/khu vực sinh thái nơng nghiệp có canh tác nơng nghiệp khác Phân loại đại diện loài loài Thu thập vật liệu mức lồi 3.Biến dị đại diện trồng thông Trong đơn vị thu thập/vốn gen, đại diện đầy thường biến dị cực đại đến biến dị đủ phạm vi biến dị, dạng thơng thường nhỏ (nhóm trồng trọt đại diện cho thông qua thu thập ngẫu nhiên, dạng biến dị cực đại) thông qua thu thập theo đường chéo (xu hướng) Đơn vị chức nghiên cứu/thu Đơn vị chức quần thể đơn vị thập loài Sự khác rộng theo phân giới dịng gen tính trạng hình thái phân bố địa lý Thu thập hoa, vật liệu phạm Khảo sát thu thập dựa chu kỳ sinh sản, nhân vi biến dị đại diện giống hàng năm hay lâu năm Thời kỳ khảo sát đại diện đầy đủ Khảo sát lặp lại theo mùa xuất chín để vật liệu đại diện đầy đủ cho biến dị Dữ liệu ghi nhận hạn chế mức môi Dữ liệu ghi nhận khía cạnh, điểm, mơi trường, trường sống, địa phương, kích thước, đặc điểm khác màu sắc, phận cây, sử dụng Vật liệu thu thập bảo quản khơ, có Vật liệu thu thập hạt, hạt phấn, phôi, mô dinh khung thị nhận biết mẫu trạng dưỡng nhân bảo tồn, vật liệu sống thái sống, loài đại diện sở biểu ngân hàng gen đồng ruộng, trồng vườn thực vật liệu kiểu hình lại, sử dụng đánh giá ghi nhận Cả hai hoạt động cần tiến hành song song, cho hiểu biết để phục vụ cho nghiên cứu bảo tồn đầy đủ hơn, bảo vệ môi trường sống, vùng tự nhiên nghiên cứu thực vật, nông nghiệp, làm vườn, lâm nghiệp nơng - lâm Vì vậy, thu thập hai hình thức cho hiểu biết rộng phân loại hình thái trồng, sinh thái, sinh dưỡng, canh tác, phân bố trồng, tiềm kinh tế đa dạng sinh học Năm 1978 Williams đưa sơ đồ tiếp cận trình lấy mẫu thu thập nguồn gen từ bắt đầu đến kết thúc hình 2-4 http://www.ebook.edu.vn 48 Hình 2-4 Tiếp cận trình lấy mẫu thu thập nguồn gen Nguồn : Williams,1978 2.3.1 Chuẩn bị cho thu thập nguồn gen thực vật a) Thành lập nhóm cán thu thập nguồn gen Nhóm chuyên gia thu thập nhóm liên ngành, có chun mơn sâu số lĩnh vực khác thực vật học, di truyền, chọn giống, nông học, sinh thái học, xã hội học Những người hiểu biết dân tộc học, kiến thức địa có vai trị quan trọng q trình thu thập Nhóm cần kỹ thuật viên thành thạo sử dụng trang thiết bị phân tích, đo lường thiết bị bảo quản mẫu nguồn gen sau thu thập Nhóm phân cơng trách nhiệm cho thành viên, trưởng nhóm, cán hậu cần, cán chun mơn chính… Phân công công việc chuẩn bị xây dựng kế hoạch, xây dựng mẫu biểu thu thập thông tin, liên hệ địa phương, chuẩn bị hậu cần Sau công tác chuẩn bị hồn tất, họp nhóm để thống kế hoạch hoạt động kỹ thuật chung Số lượng nhóm người gồm 01 nhóm trưởng, đến cán chun mơn sâu, cán xã hội học 01 kỹ thuật viên b)Nghiên cứu tài liệu thứ cấp Thu thập ngồn gen cần ứng dụng kiến thức lấy mẫu quần thể, hiểu biết đa dạng sinh học, đa dạng di truyền mơi trường, khía cạnh văn hóa, kinh tế-xã hội canh tác nơng nghiệp khu vực thu thập Lập kế hoạch chuẩn bị chu đáo cho chương trình thu thập nguồn gen nhiều nhà khoa học đề cập đến Bennett (1970), Harlan (1975b), Hawkes (1976, 1980), Arora (1981a) and Chang (1985) Khía canh kỹ thuật cần có hiểu biết trước khu vực điều tra thu thập văn hóa cộng đồng, nhóm dân tộc sinh sống, tơn giáo, tập quán, loài trồng đa dạng có Những thơng tin tổng hợp phân tích trước tiến hành thu thập nguồn gen Những thông tin giúp: - Giảm chi phí tiết kiệm thời gian - Chiến lược lấy mẫu phù hợp - Không để thiếu hay hội thu thập nguồn gen - Chuẩn bị đầy đủ trang thiết bị, dụng cụ, phương tiện đồ dùng cần thiết khác http://www.ebook.edu.vn 49 Ví dụ: Phiêng Ban, xã Thanh Nưa huyện Điện Biên năm 2003 nhóm nơng dân liệt kê cấy trồng sau: - Lúa nương - Lúa ruộng - Ngô nương - Ngô bãi - rau cải - Sắn - Nhãn - Đu đủ Thảo luận tiếp giống lúa nương trồng: - Khẩu nia - Khẩu lương phương - Khẩu mà cha Mô tả trồng nông dân sử dụng ghi nhận thông tin nông dân cung cấp thông tin ban đầu nguồn gen minh họa sau: GIỐNG LÚA ĐỊA PHƯƠNG (NGỌ LIA) (bản mơ tả giống lúa địa phương nhóm nơng dân cung cấp thơng tin) Hình 2-10 : mẫu hạt thóc giống Ngọ nia thu nhà nơng dân Phần 1: thông tin chung - Tên giống (tên địa phương): ngọ nia (khẩu nia) ; Ký hiệu: GL3 - Người thu thập: Vũ Thị Bích Hạnh - Ngày thu thập: 21/07/05 - Nơi thu thập: Bản Pú Tửu 13- xã Thanh Xương - huyện Điện Biên tỉnh Điện Biên - Tên chủ hộ: Quàng Văn Hịa - Tên thôn bản: Bản Pú Tửu 13, xã Thanh Xương, huyện Điện Biên, tỉnh Điện Biên Phần 2: mô tả giống: - Màu sắc thân : xanh - Chiều cao : 100-110 cm; số nhánh: 5-6 nhánh; bông: - Thời gian sinh trưởng : 180-185 ngày - Chiều dài : 25-28 cm; P1000 hạt: 34,73 g - Màu sắc hạt thóc : vàng; mỏ hạt: đen; hạt gạo: trắng đục - Chất lượng: ngon, dẻo, có mùi thơm http://www.ebook.edu.vn 74 - Điều kiện sinh thái giống lúa nương: ngọ nia (khẩu nia) Giống trồng nương cao nương vừa, độ dốc tương đối lớn Yêu cầu giống đất: yêu cầu đất tốt, đặc biệt phù hợp với nương khai phá Nếu đất xấu phải bón thêm phân - Năng suất trung bình : 200-250 kg/1000m2 (≈ 25tạ/ha) Phần 3: mô tả điều kiện sinh thái canh tác - Dân tộc gieo trồng: Kh’Mú - Giống yêu cầu cung cấp đầy đủ nước suốt trình sinh trưởng, song điều kiện trồng hoàn toàn phụ thuộc vào nước trời(bố trí gieo trồng vào đầu mùa mưa năm) - Thời vụ gieo trồng: gieo: từ ngày đến 15/4 hàng năm; thu hoạch vào trung tuần tháng 10 - Kỹ thuật để giống: chọn chỗ lúa tốt nương, lúa có bơng to, khơng bị sâu bệnh, gặt để riêng làm giống Thu bơng đập riêng, phơi riêng phên cót bạt ni lông đến lúc khô; chọn hạt mẩy, màu sắc hạt sáng (sàng, xảy sạch); đóng thóc giống vào bao tải dứa, cất kín hịm gỗ, để gác nơi khơ thống nhà, tránh chuột bọ phá hại Đến vụ sau, phơi lại vài nắng đem ngâm ủ để gieo - Kỹ thuật làm đất gieo trồng: tháng hai ba dương lịch, lên nương dọn cỏ; chặt, vơ cỏ thành đống lớn, để khơ đốt Nếu có tiền, dùng thuốc trừ cỏ phun (2 gói trừ cỏ Aly/1000m2) Dùng trâu cày lật đất lên chỗ nương phẳng, dễ làm Chỗ nương khó làm cuốc tay Phơi nương ải vòng 1-2 tháng Trước gieo cày lại lần nương bé Nếu nương rộng, gieo vãi hạt lúa mặt nương, xong dùng trâu bừa đất để che phủ hạt giống, chống chim chuột phá hại, đồng thời lật gốc cỏ mọc lên - Kỹ thuật chăm sóc: - Khơng bón phân cho lúa nương Ngọ nia nương xa nhà, khó mang phân lên nương nương tốt, khơng cần bón Làm cỏ 2-3 lần nương nhiều cỏ Cụ thể, sau gieo 15-20 ngày, phun thuốc cỏ Aly Tiếp theo, nhổ cỏ tay thu hoạch cỏ thấp; cỏ mọc cao dùng dao phát Ít bị sâu bệnh hại nặng, xuất sâu bệnh có phun phịng thuốc hóa học http://www.ebook.edu.vn 75 GIỐNG NGƠ ĐỊA PHƯƠNG SILI DIM Hình 2-11 : mẫu giống ngơ Sli dim thu thập Điện Biên Phần 1: thông tin chung - Tên giống: Sli dim dút – Sli dim (ngô tẻ đỏ) - Ký hiệu: GN6 - Người thu thập: Nguyễn Văn Hà - Ngày thu thập: 21/07/05 - Nơi thu thập: Bản Pú Tửu 13- xã Thanh Xương - huyện Điện Biên - tỉnh Điện Biên - Tên chủ hộ: Quàng Văn Hịa Phần 2: mô tả giống: - Màu sắc thân: nâu nhạt xanh nhạt; lá: xanh xẫm - Chiều cao : 200-250 cm; Chiều cao đóng bắp: 130-140 cm - Thời gian sinh trưởng : 120-125 ngày - Chiều dài bắp : 15,5 cm; Tỷ lệ hạt/bắp: 0,9 ; P1000 hạt: 325,9 g - Màu sắc hạt : đỏ đỏ thẫm; màu sắc lõi: trắng - Chất lượng: ngon, dẻo, thơm - Năng suất trung bình : 55-60 tạ/ha Phần 3: mô tả điều kiện sinh thái canh tác - Dân tộc gieo trồng: Kh’Mú - Điều kiện sinh thái giống ngô: Sli dim dút – Sli dim - Giống trồng nương cao nương thấp, độ dốc không lớn, + Yêu cầu giống đất: u cầu đất trung bình, khơng kén đất trồng, + Giống yêu cầu cung cấp đầy đủ nước suốt trình sinh trưởng, song điều kiện trồng hồn tồn phụ thuộc vào nước mưa (bố trí gieo trồng vào đầu mùa mưa năm) http://www.ebook.edu.vn 76 - Thời vụ gieo trồng: gieo: từ 15-20/3 hàng năm; thu hoạch từ 20-30/8 - Kỹ thuật để giống: chọn bắp ngơ to đều, trơng thích để làm ngơ giống Sau đó, phơi khơ bi, để gác bếp vụ gieo sau Khi gieo, tẽ lấy hạt ngô bắp ngô, bỏ phần hạt đầu cuối bắp, loại bỏ hạt sâu bệnh hay bị mọt đem gieo trực tiếp nương - Kỹ thuật làm đất gieo: tháng dương lịch, lên nương dọn cỏ; chặt, vơ cỏ thành đống lớn, để khơ đốt Nếu có tiền, mua thuốc trừ cỏ phun (3 gói trừ cỏ Aly/1000m2) Dùng trâu cầy lật đất lên chỗ nương phẳng, dễ làm Chỗ nương khó làm cuốc tay Phơi nương ải vòng tháng Khi gieo, dùng cuốc bổ hốc kích thước bàn cuốc, gieo 4-5 hạt giống ngô/hốc lấp đất để chống chim chuột phá hại - Kỹ thuật chăm sóc: - Khơng bón phân cho ngơ Sli dim dút – Sli dim - Làm cỏ lần sau gieo Cụ thể, sau gieo 30 ngày, ngô mọc cao khoảng 40 cm, làm cỏ lần1 Trước thu hoạch tháng, dùng dao phát cỏ lần 2.7 THU THẬP NGÂN HÀNG GEN HẠT NHÂN 2.7.1 Khái niệm: Khái niệm ban đầu : Ngân hàng gen hạt nhân (core collection) thu thập số mẫu nguồn gen giới hạn từ tồn ngân hàng gen có, số mẫu có số lượng nhỏ đại diện cho đa dạng di truyền loài trồng họ hàng hoang dại ngân hàng gen chung (Frankel 1984) Định nghĩa có hai khái niệm sau: - Thu thập ngân hàng gen hạt nhân thu thập số mẫu nguồn gen hạn chế từ tồn mẫu thu thập có, lựa chọn để đại diện cho phổ di truyền toàn nguồn gen, bao gồm đa dạng tối đa ( Brown 1995) Như nguồn gen hạt nhân gọi “ Một tập hợp con” toàn nguồn gen ngân hàng gen - Toàn loài trồng, thu thập nguồn gen hạt nhân bao gồm số lượng giới hạn dòng lựa chọn để đại diện đa dạng di truyền toàn loài trồng họ hàng hoang dại chúng Nó tập hợp ngân hàng gen tối thiểu sử dụng hệ thống hợp tác ngân hàng gen quốc gia quốc tế bổ sung mẫu nguồn gen thiếu loài họ hàng hoang dại, nơi thiếu hệ thống bảo tồn Ngân hàng gen quốc tế thu thập nguồn tài nguyên di truyền thực vật hạt nhân để bảo tồn lâu dài cho sử dụng, nhà tạo giống, nhà nghiên cứu người sử dụng khác tiếp cận nguồn gen dễ ràng Sau 25 năm thu thập bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền thực vật để hình thành nên ngân hàng gen thực vật vơ lớn, xuất khó khăn trở ngại là: 1) Nguồn gen thu thập bảo tồn lớn dẫn đến khó khăn cỡ mẫu tổ chức thu thập xắp xếp bảo tồn; 2) Nguồn gen bảo tồn lớn số đa dạng di truyền sử dụng lại không lớn, gây cản trở nhiều mục đích sử dụng khác http://www.ebook.edu.vn 77 Nhận thức đầy đủ vấn đề Frankel 1984 đề nghị giới hạn nguồn gen thu thập nguồn gen hạt nhân, thiết lập từ mẫu nguồn gen (ngân hàng gen) thu thập Số lượng tối thiểu đại diện đa dạng di truyền toàn ngân hàng gen, đại diện cho trồng, loài hoang dại nhóm lồi ngân hàng gen lớn có Nó khơng lặp lại thu thập thu thập nguồn gen tổng tồn trước 2.7.2 Thu thập ngân hàng gen hạt nhân Thu thập mẫu hạt nhân có lợi giảm bớt khối lượng cơng việc mức độ phức tạp bảo tồn, nhân giống, đổi hạt giống, tài liệu hóa, đánh giá sử dụng Đặc biệt giảm bớt khối lượng công việc chi phí quản lý nguồn gen Ngân hàng gen thu thập nguồn gen hạt nhân sử dụng trường hợp: - Nếu toàn ngân hàng gen Quốc gia hay quốc tế có số lượng khổng lồ dẫn đến khó khăn cho hoạt động nghiên cứu, quản lý sử dụng ngân hàng gen - Khi số lượng mẫu lớn ngân hàng gen chung khó đánh giá, hiểu biết đa dạng toàn ngân hàng gen chung - Khó xác định ưu tiên thu thập bổ sung vật liệu thiếu ngân hàng - Người sử dụng khó xác định biến dị ngân hàng gen lớn biến dị phù hợp cho chương trình tạo giống cho mơi trường mục tiêu họ a) Thu thập nguồn gen hạt nhân gì? Khởi đầu “ Thu thập nguồn gen hạt nhân” (core collection) khó mơ tả thực hiện, có đến ba định nghĩa khác Khi O Frankel A.H.D Brown năm 1984 đề xuất lần đề nghị “Thu thập mẫu hạt nhân từ nguồn gen thu thập có với số tối thiểu giống dòng ngân hàng gen” Nhiều cỡ mẫu thu thập khác gây khó khăn để đặc điểm hóa đánh giá Khái niệm đưa 02 định nghĩa đơn giản Định nghĩa 1: sử dụng để thu thập nguồn gen trồng đặc thù ngân hàng gen, định nghĩa dễ ràng hướng đến thu thập gồm nhóm lồi liên quan với tập hợp mẫu thu thập có nhóm phân loại giúp mạng lưới ngân hàng gen Định nghĩa 2: mẫu hạt nhân trung tâm hay phần quan trọng nhất, tâm điểm phần quan trọng Với ý nghĩa này, mẫu hạt nhân giúp nhận biết tồn mẫu nguồn gen, sử dụng để đánh giá, thu nhận thơng tin, nhận biết thuộc tính tồn tập đoàn nguồn gen gốc Thu thập nguồn gen hạt nhân số lượng không nên vượt 10% tổng lượng nguồn gen tổng số mẫu nguồn gen Theo Brown 1989 thu thập hạt nhân không vượt 2000 mẫu Thực tế chứng minh thu thập mẫu hạt nhân dao động từ - 20% lượng mẫu lớn 2.000 mẫu nguồn gen lấy từ tập đoàn nguồn gen gốc a) Phương pháp thu thập mẫu hạt nhân Phương pháp chọn lọc thu mẫu hạt nhân chia thành bước sau - Nhận biết vật liệu đại diện tập đoàn ngân hàng gen gốc - Xác định cỡ ngận hàng hạt nhân - Chia ngân hàng gen hạt nhân thành nhóm riêng biệt - Xác định số dịng nhóm - Lựa chọn dịng (entries) từ nhóm đưa vào nguồn gen hạt nhân Sự phức tạp hay đơn giản bước phụ thuộc vào thơng tin có phương pháp sử dụng, thực theo bước thời điểm, chọn mẫu điểm sơ bộ, mẫu điểm sơ chọn mẫu điểm tiếp để đạt mẫu điểm cuối cùng, vừa http://www.ebook.edu.vn 78 đảm bảo số lượng tối thiểu vừa đảm bảo mẫu điểm đại diện cho ngân hàng gen cách xác chắn Hình 2-12 : Sơ đồ mơ tả dòng phát triển bước thu thập mẫu hạt nhân Nguồn Th.J.L.van Hintum, A.H.D Brown, and C Spillane T.Hodgkin, 2000 b) Phương pháp lấy mẫu thu thập Phương pháp chọn lọc ngẫu nhiên từ ngân hàng gen gốc sử dụng phương pháp lấy mẫu thu thập nguồn gen hạt nhân Phương pháp đơn giản hiệu thấp nhất, tốt phương pháp lấy mẫu liên tục theo số thứ tự xắp xếp ngân hang gen Một phương pháp đơn giản cải tiến lấy mẫu theo xác xuất Ví dụ lấy 10% mẫu nguồn gen có số thứ tự mà cuối số thứ tự 0, phương thỏa mãn không sử dụng thông tin nguồn gen, sử dụng cải thiện tính đại diện mẫu nguồn gen hạt nhân Các phương pháp thu thập mẫu hạt nhân khác Hodgkin cs (1995), Johnson Hodgkin (1999),Van Hintum cs (2000) phát triển áp dụng cho trồng mục đích sử dụng khác Các mẫu gen hạt nhân xem xét thu thập dựa mức độ ưu tiên tính trạng hay mẫu nguồn gen theo mục tiêu sử dụng Ngoài thu thập mẫu nguồn gen hạt nhân liên quan đến mức độ xói mịn nguồn gen, số mẫu đại diện cho loài, nguồn gen hiếm, allel đặc hữu hay nghèo nàn, tính trạng, vùng sinh thái loại vật liệu đặc thù riêng biệt (Brown Spillane, 1999) Nhận biết vật liệu đại diện cho ngân hàng gen gốc Mẫu nguồn gen hạt nhân đại diện cho toàn nguồn vật liệu di truyền hay nguồn gen thu thập, rõ ràng khác trường hợp thu thập Nó phụ thuộc vào nguồn vật http://www.ebook.edu.vn 79 liệu có, phát triển mẫu hạt nhân mục tiêu thu thập, mục tiêu sử dụng Nhưng thu thập mẫu hạt nhân phải đại diện cho nguồn vật liệu di truyền hay ngân hàng gen có Thu thập mẫu hạt nhân thiết lập để bao gồm vật liệu trồng số nguồn gen Cỡ mẫu điểm thu thập Sau xác định vật liệu mẫu hạt nhân đại diện, bước cần xác định cỡ mẫu, cỡ mẫu nhỏ mẫu nguồn Theo Spillane cộng cỡ mẫu hạt nhân chiếm khoảng 20% tổng số mẫu nguồn gen có, đơi số lượng mẫu nguồn gen lớn số mẫu hạt nhân nhỏ 5% Ví dụ lúa mạch nguồn gen có 1.600 mẫu giống thu thập mẫu nguồn gen hạt nhân ICRISAT lấy cỡ mẫu nhỏ 0,3%, mẫu hạt nhân lúa miến lấy 600 mẫu từ nguồn 40.000 mẫu nguồn gen mẫu điểm chiếm 1,5% Một số mẫu điểm cho nguồn gen có tính trạng đặc thù quần thể ngơ địa phương có khả nanưg kết hợp (KNKH) tốt, tính chống bệnh thu thập mẫu điểm bảo đảm mẫu đại diện cho đa dạng tính trạng quý hiếm, hay tính trạng mục tiêu từ ngân hàng gen Đối với loài hoang dại, tỷ lệ thu thập mẫu điểm lớn mẫu họ cà theo Spillane cộng lấy 31% vậy, khơng có tỷ lệ cố định cho tất trường hợp mà tùy theo loài mục tiêu Brown 1989 cho tỷ lệ thu mẫu khoảng 10% tổng nguồn gen chứa 70% biến dị nguồn gen đảm bảo Nếu nguồn gen chia nhóm tỷ lệ lấy mẫu nhỏ đại diện cho nguồn gen, nghiên cứu ICRISAT chia nguồn gen thành nhóm thu thập 3% tổng số mẫu nguồn gen chứa 90% biến dị nguồn gen 2.7.3 Chia nguồn gen thành nhóm di truyền khác biệt a) Chia nguồn gen thành nhóm Sự thu mẫu đại diện cho toàn đa dạng di truyền nguồn gen hiệu phụ thuộc vào chia nguồn gen lần thứ thành nhóm, kỹ thuật gọi phân lớp, nhóm có mức độ biến dị tối đa nhóm tối thiểu nhóm Đây kỹ thuật chìa khóa để thu thập mẫu hạt nhân thành cơng Có nhiều phương pháp tiếp cận khác dựa thơng tin có, vốn gen ngân hàng gen Hintum 1994 chia lần thứ dựa phép phân loại, phân chia loài hoang dại theo lồi trồng nhóm phân chia theo loài loài phụ theo phương thức bậc thang Sử dụng phân loại kiến thức hóa, phân bố, lịch sử tạo giống, cơng thức luân canh, sử dụng trật tự cấu trúc phát triển thành đa dạng di truyền Qúa trình phân lớp thường liên quan đến tính xác thực nhóm phân loại, chia loại trồng thành nhóm sinh thái (nhóm sinh thái hình thành với lịch sử lâu dài) Ví dụ phân thành lúa mạch mùa xuân lúa mạch mùa đông ( Knupffer Van Hintum 1995), Zhang cơng Trung Quốc phân nhóm vùng theo vùng trồng, nước ta nhóm sinh thái lúa chia thành nhóm lúa xuân lúa mùa, lúa cạn, lúa có tưới, lúa chịu nước sâu luá Để phân nhóm nguồn gen cần có lượng thông tin phong phú thu thập ban đầu tạo ngân hàng gen gốc thông tin bổ sung q trình nghiên cứu nguồn gen Như phân chia thành nhóm đồng di truyền Một phương pháp tiếp cận khác tạo nhóm tương tự mẫu nguồn gen sử dụng phân tích đa biến (Crossa cộng 1995), có sẵn liệu marker, đặc điểm hình thái đặc điểm khác Nếu xây dựng di truyền nhóm, sử dụng dãy phân tích đám (cluster), phương pháp phân tích tổ hợp hay biệt thức Phương pháp sử dụng với phương pháp phân loại mô tả Trong nghiên cứu vừng Trung Quốc 14 nhóm khác thiết lập sử dụng địa lý, loại giống (giống cải http://www.ebook.edu.vn 80 tiến, giống địa phương) vùng sinh thái sản xuất Phân tích đám 14 đặc điểm hình thái, nơng học sử dụng phương pháp Ward cuối nhóm hình thành mẫu hạt nhân cần thu thập Trong trường hợp liệu tính trạng số lượng, phương pháp bị ảnh hưởng tương tác kiểu gen môi trường sai số thí nghiệm Hình 2-13 : Cây đa dạng nguồn gen rau diếp sau phân thành nhóm từ ngân hàng gen gốc b) Xác định số dịng (entries) nhóm Phương pháp xác định số dịng nhóm cở sở số mẫu nguồn gen nhóm Kỹ thuật xác đinh số dịng nhóm sở số mẫu nguồn gen có nhóm, số mẫu nguồn gen nhiều nhóm thường có số tốt cho sử dụng đảm bảo đa dạng nhóm Brown đề nghị sở để xác định cỡ nhóm dựa chiến lược là: - Chiến lược cân bằng(C): ấn định số dòng nhóm độc lập với số lượng mẫu nguồn gen nhóm - Chiến lược tỷ lệ (P): số dịng nhóm tỷ lệ với số mẫu nguồn gen có nhóm - Chiến lược cỡ mẫu logic (L): số dịng nhóm loga số mẫu nguồn gen nhóm Bảng 2-9 : Ấn định số dịng với nhóm khác chiến lược xác định cỡ mẫu thu thập điểm nguồn gen, 30 dòng chọn thu từ 205 mẫu nguồn gen Nhóm Tổng số Số mẫu nguồn gen thu thập 120 50 25 10 205 Số dòng lấy mẫu điểm chiến lược khác C L P 10 18 8 7 7 30 30 30 Mỗi chiến lược cho kết số dịng nhóm khác hiệu chúng so sánh với số công thức thực hiện, chiến lược C thường hiệu hai chiến lược lại hai phương pháp L P sử dụng rộng rãi Kỹ thuật xác định số dòng nhóm dựa đa dạng marker: ngồi phương pháp lấy mẫu dựa sở số mẫu nguồn gen thu thập, ngày lấy mẫu số dòng http://www.ebook.edu.vn 81 dựa đa dạng marker Phương pháp dựa số liệu thu phân tích marker phân tử, nhóm đa dạng gen chúng ( Brown Schoen,1994) Chiến lược H, marker gen allozyme DNA marker cho biết tần suất allel locus đa hình đưa vào tính số đa dạng gen (h); Chỉ số tương đương tần suất dị hợp quần thể giao phấn hoàn toàn Lý thuyết sở tối đa allel tổng số mẫu hạt nhân (tổng số allel tổ hợp mẫu) gợi ý đóng góp nhóm vào mẫu hạt nhân ngang với đa dạng nhóm {h/(1-h)} Phương pháp tiếp cận mở rộng áp dụng với số liệu số lượng Ước lượng biến dị di truyền hiệu ứng cộng áp dụng để ước lượng {h/(1-h)} yếu tố trọng số thêm Nếu biến động mơi trường số giá trị kiểu hình coi yếu tố trọng số bổ sung thêm phân bố nhóm đa dạng mẫu hạt nhân Chiến lược M lựa chon sử dụng marker tập trung phân biệt dạng allel biểu phạm vi locus cho mẫu nguồn gen Nó xác định sử dụng số liệu marker phân tích thống kê Sử dụng chương trình đường tuyến tính để tìm tổ hợp mẫu nguồn gen quan sát tối đa số allel locus mẫu hạt nhân, lại giữ cho tổng số mẫu lấy từ nhóm Cả hai chiến lược đảm bảo yếu tố đa dạng thông tin sử dụng ngang giá trị chúng tiêu chí tổng đa dạng bên nhóm 2.7.4 Quản lý nguồn gen hạt nhân Cán quản lý nguồn gen hạt nhân cần đưa định tồn trữ, nhân mẫu giống tài liệu hóa mẫu nguồn gen thu thập hạt nhân từ ngân hang gen Tiến hành đánh giá để mở rộng đa dạng có nguồn gen đồng thời giảm bớt nguồn gen khơng cần thiết, qúa trình gọi cố định nguồn gen hạt nhân Những kết quản lý cung cấp thêm kiến thức thông tin nguồn gen nguồn gen cần bổ sung 2.7.5 Sử dụng nguồn gen hạt nhân Nguồn gen hạt nhân thiết lập để cải tiến sử dụng bảo tồn nguồn tài nguyên di truyền Chúng giúp cho quản lý ngân hàng gen, nên bảo tồn sử dụng vật liệu để cải tiến Một số hướng sử dụng khác khuyến cáo sau: - Giảm bớt công việc số mẫu nguồn gen nhỏ - Liệt kê dòng ưu tiên - Tiêu chí tham khảo cần đánh giá tồn ngân hàng gen gốc - Bộ vật liệu tối ưu để đánh giá phát triển phương pháp - Quản lý nguồn gen hạt nhân giảm bớt khối lượng công việc, thuận tiện cho sử dụng khai thác để cải tiến giống trồng, phục vụ cho nghiên cứu đào tạo 2.8 PHÂN LOẠI NGUỒN GEN SAU THU THẬP Theo A.B Damania cộng phân loại nguồn gen thực vật có nhiều phương pháp phân loại khác như: phân loại xắp xếp theo hệ thống phân loại thực vật, theo địa phương thu thập, sử dụng marker phân tử Bảo tồn nguồn gen cho nghiên cứu cần có hệ thống phân loại phù hợp, nhằm giúp người sử dụng rễ ràng tiếp cận để khai thác Hệ thống phân loại đảm bảo nguyên tắc đơn giản, khai thác nhanh đủ chi tiết đến biến dị, phản ánh tất đặc điểm đặc thù Nếu phân loại theo vùng sinh thái phải phân theo vùng địa lý sinh thái chi tiết gồm vùng chính, vùng phụ vùng phát tán nguồn gen http://www.ebook.edu.vn 82 Phân loại nguồn gen thực vật sử dụng phương pháp khác - Phân loại dựa hệ thống phân loại thực vật - Phân nhóm - Phân loại dựa điều kiện sinh thái địa lý - Phân loại dựa kỹ thuật bảo tồn mục đích sử dụng - Sử dụng marker phân tử phân loại nguồn gen Ari Kornfeld, 1996-2000 [24] cho có phương pháp phân loại thực vật khác tương quan phương pháp tóm tắt sau: Bảng 2-10: So sánh số phương pháp phân loại Đơn vị phân loại Bryophyta (Ngành rêu) Psilophyta Dương xỉ Lycopodophyta (Dương xỉ quần thể) Cycadophyta (cycads) Ginkophyta (Ginkoes) Coniferophyta (conifers) Gnetophyta Angiospermophyta (Cây có hoa) Cấu trúcmơ Khơng có bó mạch Non-vascular (Bryophytes) Cấu trúc hạt Kiểu hình Như rêu Spore Producers (sinh bào tử) Như dương xỉ Các có bó mạch (Tracheophytes) Hạt trần (Gymnosperms) Cây Gỗ, bụi Hạt kín (Angiosperms) Gỗ , bụi ,leo Dicotyledons (Lớp hai mầm) Monocotyledons (Lớp mầm) 2.8.1 Phân loại dựa hệ thống phân loại thực vật Phân loại dựa phân loại thực vật sử dụng phổ biến cho phép bảo tồn, tra cứu sử dụng nguồn gen thuận tiện Phương pháp tạo thống giới theo hệ thống IPGRI Phân loại theo hệ thống phân loại thực vật đảm bảo xác thuận tiện trao đổi thông tin lưu trữ số lượng liệu lớn Phân loại theo trật tự từ giới đến biến chủng đến giống Ví dụ lồi hoa hồng Trung Quốc có mùi thơm, màu sắc đẹp người phát hóa từ năm 1675 thuộc lồi Rosa bracteata theo hệ thống phân loại sau Thuộc Giới thực vật: Plantae Thuộc lớp mầm : Magnoliopsida Lớp phụ : Rosidae Bộ -Rosales Họ : Rosaceae Chi: Rosa L Loài : Rosa bracteata J.C Wendl http://www.ebook.edu.vn 83 Từ loài nguồn gen chia thành loài phụ (Subspecies), biến chủng (Varietas), mẫu nguồn gen (accession) Thông thường mẫu nguồn gen số hóa để lưu trữ theo IPGRI Ví dụ nguồn gen hoa hồng lai Mỹ lưu giữ hàng nhìn mẫu khác ( Nguồn Dr Eileen W Erlanson Macfarlane, University of Michigan) hệ thống lưu trữ cấp mẫu nguồn gen mô tả sau: Bảng 2-11: Ngân hàng gen hoa hồng Mỹ số hóa sau Accession ( mẫu) Hybrid (Lai) Số hoa Quả Hạt Nảy mầm Bố mẹ 13637 blanda x arkansana 47 10,6 North Dakota 13641 blanda x arkansana 32 37,5 Manitoba 14724 blanda x arkansana 23 19 74 4,1 Mich Colorado 13642 blanda x Woodsii 49 73,0 Michigan, S Dakota 14744 blanda x Woodsii 12 12 135 62,0 Michigan, Utah 14769 californica x acicularis 57,1 Calif., B C 14730 californica x nutkana 13 13 160 50,0 Calif., Wash 2.8.2 Phân nhóm dựa kiểu hình Carl Linnaeus,1996-2006 đưa phương pháp phân nhóm nguồn gen thực vật dựa vào dạng đặc điểm trạng thái đặc điểm dưa sở Sokal, R R and F J Rohlf 1981 Biometry, 2nd Ed W.H Freeman & Co., San Francisco 859 pp bao gồm: - Đặc điểm số lượng đặc điểm chất lượng - Đặc điểm riêng rẽ đặc điểm tiếp diễn - Đặc điểm riêng rẽ số đốt, số nhị hoa - Đặc điểm kép hai trạng thái số xanh số rụng - Đa trạng thái hoa đỏ, xanh, tía Đa số đặc điểm đa trạng thái ghi dãy đặc điểm thực vật học - Đặc điểm tiếp diễn trạng thái tăng trưởng chiều cao Tiếp cận kiểu hình để phân loại từ Michel Adanson (French, 1750 sử dụng 65 đặc điểm phân loại họ thực vật đến R R Sokal Peter H A Sneath Năm 1950 thiết lập hệ thống phân loai sử dụng máy tính nhóm Sokal Sneath , 1963 đưa nguyên lý phân loại số hóa Các đặc điểm phân loại theo kiểu hình cần: - Tìm kiếm biểu mối quan hệ tự nhiên quan phân tích số lớn trọng số ngang nhau, đặc điểm không tương quan Với số lượng lớn đặc điểm, kiểu hình dựa vào máy tính phương pháp thống kê, nói chung số lượng 100 – 200 sai số nhỏ Trong kỹ thuật thực số lượng lớn tốt, đặc điểm bao gồm nhiều mức độ quan khác như: quan thân, mô tế bào Các nhà hình thái học khuyến cáo sử dụng trọng số ngang để http://www.ebook.edu.vn 84 tránh sai lệch ý muốn chủ quan người phân tích nên chọn đặc điểm khơng tương quan - Phân loại hình thái khơng bao gồm phát sinh lồi, tổ tiên tiến hóa nhóm, tiến hóa đưa vào xem xét phân tích đồng Các bước phân tích kiểu hình để phân nhóm gồm - Chọn quan nghiên cứu phân loại gọi OTUs (Operational Taxonomic Units) - Chọn điểm cho điểm quan - Sử dụng tốn học mơ tả mức khoảng cách khác cặp đặc điểm quan nghiên cứu Ví dụ hệ số so sánh S = so sánh= 2; OTUs x 100 [các cặp 1,1 0,0] - Xây dựng ma trận cho tất cặp giá trị S Sử dụng kỹ thuật đám (Cluster) để tạo sơ đồ hình cây, thơng thường sử dụng phương pháp nhóm cặp khơng trọng số với giá trị trung bình số học (Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Averaging) viết tắt UPGMA Ví dụ: Ma trận tương đồng A B C D A 0,3 0,4 0,7 B 0,5 0,4 C 0,3 D So sánh B A có đặc điểm 1, giống =0,3; so sánh C A có đặc điểm 1, , giống =0,4; tiếp tục so ta có kết bảng Như A cặp với D B cặp với C giá trị tương đồng hai giá trị trùng phân tích đám (A với B) + (A với C) + (D với B) + (D với C) 0.3 + 0.4 + 0.4 + 0.3 = 14/4 = 0.35 UPGMA sơ đồ nhóm kiểu hình: Hình 2-14 Cây di truyền bốn mẫu nguồn gen Kết di truyền dựa kiểu trên, kết luận sau: hệ số đồng hình 0,3, bốn mẫu nguồn gen phân thành nhóm (nhóm A D, nhóm B C) Nếu hệ số đồng hình 0,5 phân thành nhóm (nhóm A D; nhóm B nhóm C) Nếu hệ số đồng hình 0,7 nghiã chúng có kiểu hình khác 30% mẫu nguồn gen khác nhau, khơng nhóm http://www.ebook.edu.vn 85 Một phương pháp phân nhóm dự hệ thống phân loại thực vật genome sử dụng Ví dụ nhóm lồi chi Oryza sau: Genome Các nhóm lồi chi Oryza Nhóm/Lồi Số đăng ký Nhóm Oryza AA Loài O Sativa Au73030 Trung Quốc - O Glaberrima 104042 Chad thuộc - O Barthii 104140 Cameroon * Nước - O glumaepatula B308, 100968 Brazil, Suriname - O longistaminata 104977 Kenya - O meridionalis 103317, 101147 Australia - O Nivara 106148 Lào - O Rufipogon 0413,* 105942 Trung Quốc, Thái Lan BB - O Punctata 104071 Cameroon CC - O Officinalis 105085 Philippines - O Rhizomatis 105448 Sri Lanka - O Minuta 101082 Philippines - O Eichingeri 105160 Uganda - O Alta 105143 Guyana - O grandiglumis 105669 Brazil - O Latifolia 105141 Costa Rica - O australiensis 105263 Australia BBCC CCDD EE Nhóm Ridleyanae FF Lồi O brachyantha 105151 Dãy núi Leone HHJJ - O Longiglumis 105148 Indonesia - O Ridleyi 100877 Malaysia 82047 Papua New Guinea Loài O granulata 2422,* 106469 Trung Quốc, Việt Nam - O Meyeriana 104987 Malaysia Khơng rõ O schlechteri Nhóm Granulata GG 2.8.3 Phân nhóm nguồn gen theo vùng địa lý sinh thái Phân nhóm theo địa sinh thái dự có mặt lồi vùng hay điểm sinh thái định Ví dụ số giống ngơ giống lúa địa phương có mặt vùng núi phía Bắc Việt Nam mà khơng tìm thấy động sơng Hồng Như phân nhóm có ưu điểm nhận biết nơi phát sinh nguồn gen, có điều kiện sinh thái gần nhau, http://www.ebook.edu.vn 86 gắn liền với cộng đồng địa phương không cần mô tả tất thông tin cho mẫu nguồn gen Phương pháp có nhược điểm không cho biết sâu di truyền biến dị nguồn gen Nghiên cứu J Valkoun, J Giles Waines and J Konopka phân bố lúa mỳ lúa mạch hoang dại cho thấy: hai loài lúa mỳ lưỡng bội hoang dại T boeoticum T urartu lồi Triticum urartu có mặt miền Nam Syria, T boeoticum tập trung miền Nam Thổ Nhĩ Kỳ Hai loài lúa mỳ tam bội T dicoccoides and T araraticum vùng Viễn Đơng Ví dụ phân nhóm lúa theo điều kiện sinh thái phân thành - Lúa cạn ( lúa nương) - Lúa đất cao canh tác nhờ nước trời ( lúa chịu hạn) - Lúa có tưới - Lúa đất thấp canh tác nhờ nước trời - Lứa chịu nước sâu - Lúa Hình 2-15 Các nhóm lúa theo sinh thái (nguồn IRRI,2002) 2.9 XÂY DỰNG CƠ SỞ DỮ LIỆU Cả hai cơng việc đánh giá tài liệu hóa nguồn gen thực cho sử dụng thu thập nguồn gen Các liệu ban đầu đặc điểm nguồn gen thuận tiện cho người sử dụng lựa chọn nguồn gen mong muốn Do thông tin quản lý nguồn gen phần quan trọng công việc thu thập bảo tồn nguồn gen thực vật Những thông tin đưa vào sở liệu theo Mc Millan and Salhuana, 1983: 1) Xác định thông tin ghi nhận chúng 2) Chuỗi thơng tin 3) Có cơng cụ phù hợp để lưu trữ khai thác thuận tiện 4) Xác định thông tin thứ cấp 5) Những công cụ phù hợp để lưu trữ khai thác thong tin thứ cấp thuận tiện 6) Nhân thông tin thứ cấp sử dụng công cụ 7) Chuyển tải thông tin thông tin thứ cấp đến người sử dụng Sau thu thập cần có phân loại xếp nguồn gen S Eberhart cộng đưa hướng dẫn xây dựng liệu hóa nguồn gen bằng “bộ phụ điểm” (core subset) phát triển để sử dụng với nhiều loài trồng bao gồm bước sau: - Xắp xếp, liệu thông tin khác cho sử dụng khơng bị trùng lặp nhóm - Đưa mẫu nguồn gen vào nhóm phù hợp - Lựa chọn mẫu cho nhóm, nhóm phụ từ nhóm http://www.ebook.edu.vn 87 - Thu thập tính trạng di truyền kiểu hình nhóm nhóm lớn sử dụng phương pháp phân tích đa chiều để hệ thống - Kiểm định điều chỉnh xác cuối Tinh lọc mẫu thông tin đặc điểm đánh giá thực để nhận thơng tin cần thiết cho phân tích thống kê để đo mức độ di truyền đa dạng nhóm điểm (core), số liệu kiểu hình kiểu gen sử dụng, di truyền phân bố nhân tố gen nhiễm sắc thể ảnh hưởng đến độ tin cậy nhóm Tối thiểu 10 tiêu 15 tiêu tốt Phân bổ chi tiêu phân theo mức độ quan trọng, tiêu quan trọng cho tính trạng kiểu hình di truyền cải thiện thay đổi đám sau xắp xếp lại dến khu Sử dụng marker phân tử RAPD RFLP Bộ mẫu phụ điểm nên mềm dẻo them bớt hay thay thông tin Tuy nhiên thời gian, mức độ thay đổi nên giảm tần suất độ lớn mẫu phụ Câu hỏi ơn tập chương Xói mịn nguồn gen thực vật, ngun nhân gây xói mịn nguồn gen theo Stanislav Magnitskiy năm 2000 tác động xói mịn nguồn gen Có nhiệm vụ thu thập nguồn gen, nguồn gen ưu tiên thu thập, Việt Nam theo anh,chị nguồn gen cần ưu tiên? Vì sao? Sự khác phương pháp, cách tiếp cận kỹ thuật thu thập nguồn gen truyền thống đại Tại lại thu thập nguồn gen theo điều kiện địa lý sinh thái Phương pháp lấy mẫu cỡ mẫu thu thập nguồn gen Trình bày phương pháp thu thập nguồn gen truyền thống Phương pháp thu thập nguồn gen In vitro, cho ví dụ thu thập nguồn gen chuối Phân tích ưu nhược điểm phương pháp thu thập có tham gia Mục tiêu phương pháp thu thập ngân hàng gen hạt nhân 10 Phương pháp phân loại nguồn gen sau thu thập 11 Trình bày phương pháp xây dựng sở liệu nguồn gen sau thu thập http://www.ebook.edu.vn 88 ... khăn trình bày e) Chiến lược thu mẫu nguồn gen Hawkes, 1980: Những điểm bật Thu thập hạt (Cây trồng loài hoang dại) - Thu từ (3 0 -) 50 (- 10 0) cá thể điểm (5 0 hạt cho thu ngẫu nhiên cây) - Mẫu... sau: Bảng 2- 5 : Loại quần thể, điểm số mẫu thu thập theo Chang,1985 Kiểu quần thể Điểm/ngày Số (bơng)/điểm Ít cải tiến 2 0-4 0 1 5-3 0 Không cải tiến(Nguyên thủy) 1 0 -2 0 3 0-5 0 Hoang dại 1 0-1 5 4 0-6 0 Giao... phút), cấy vào môi trường chuẩn bị trước Môi trường sử dụng cho hạt vi mô sinh dưỡng Môi trường MS - MS+ampicillin (1 00mg/L) + benomyl ( 50mg/L) (Môi trường MS-AB) - MS+ chloramphenicol (2 ,5mg/L)