BÀI GIẢNG TẠO GIỐNG CHỐNG CHỊU SÂU BỆNH ppt

Phản ứng của cây trồng đối với bệnh có thể đổi theo tuổi vì các gen đề kháng có thể hoạt động trong thời kỳ này mà không hoạt động thời kỳ khác.. Các nòi gây bệnh mang các gen gây hại gi

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM HUẾ

DỰ ÁN HỢP TÁC VIỆT NAM – HÀ LAN

BÀI GIẢNG TẠO GIỐNG CHỐNG CHỊU SÂU BỆNH

Người biên soạn: PGS.TS Trần Văn Minh

Huế, 08/2009

Chương 1:

CƠ CHẾ TỰ VỆ CỦA CÂY

1.1 SỬ DỤNG KHẢ NĂNG ĐỀ KHÁNG TRONG PHÒNG TRỪ SÂU BỆNH

Trong trồng trọt sâu và bệnh là hai kẻ thù làm giảm đáng kể năng suất và phẩm chất nông sản Bệnh gây ra bởi nấm, vi khuẩn, virus mycoplasma và tuyến trùng Những tác nhân gây bệnh cho cây được gọi là thể gây bệnh Cây trồng cũng

có thể bị hại, do nhiều loại sâu hại khác nhau Hậu quả quan trọng nhất của hầu hết sâu bệnh là giảm sinh khối và do đó làm giảm năng suất theo 4 con đường: làm chết cây gây khuyết vượt quá khả năng bù của cây lân cận (ví dụ héo mạch dẫn, nấm địa sinh, sâu đục thân); cây nhỏ còi cọc gây ra do sự rối loạn trao đổi chất, mất chất sinh dưỡng hay rễ bị tổn thương (ví dụ nhiều loại virus, rệp, tuyến trùng) làm chết cành (ví dụ nhiều loài sâu đục thân, một số nấm gây chết ngọn); phá huỷ mô lá (ví

dụ nấm gỉ sắt, sương mai, đốm lá và côn trùng gây cháy lá)

Thiệt hại do sâu bệnh rất lớn Boyer (1982) ước tính ở Hoa Kỳ 4,1% thiệt hại năng suất do bệnh hại và 2,6% do sâu hại Dịch sâu bệnh hại cũng là nguyên nhân mất mùa ở nhiều loại cây trồng nông nghiệp Cây trồng có thể được bảo vệ chống lại bệnh và sâu hại bằng các biện pháp canh tác, tác nhân phòng trừ sinh học, sử dụng thuốc hoá học và đưa khả năng kháng sâu bệnh vào cây

Chọn giống kháng sâu bệnh – một dạng chủ yếu của phòng trừ sinh học – là một bộ phận không thể tách rời của bất kỳ một hệ thống phòng trừ sâu bệnh nào Khả năng kháng của ký chủ là một giải pháp kém tốn kém nhất và phương pháp lý tưởng để phòng trừ sâu bệnh nếu muốn duy trì năng suất và các đặc tính mong muốn khác Sử dụng khả năng kháng có nhiều ưu điểm so với phương pháp phòng trừ hoá học

- Giảm chi phí thuốc trừ sâu bệnh và giảm liều lượng thuốc hoá học cần thiết

- An toàn cho nhà nông và người tiêu dùng vì làm giảm sự tiếp xúc với thuốc

và giảm dư lượng thuốc trong sản phẩm

- Giảm ô nhiễm môi trường do thuốc hoá học phòng trừ sâu bệnh

1.2 CƠ CHẾ TỰ VỆ CỦA CÂY

1.2.1 Các loại cơ chế tự vệ

1.2.1.1 Cơ chế không ưa:

Ký chủ đã tạo ra sự không hấp dẫn cho sâu và côn trùng, chính là sự không thích ứng cho việc tạo vòng sống và đẻ trứng Kiểu kháng này cũng chính là sự hạn chế sự tấn công của sâu hại hoặc sự không chấp nhận tấn công Sự không chấp chấp nhận xuất hiện khi côn trùng không dùng thức ăn của ký chủ hoặc ký chủ không có thức ăn phù hợp cho côn trùng Cơ chế không ưa này có liên quan đến nhiều thuộc tính tính hình thái sinh lý hoặc sinh hóa của cây chủ

1.2.1.2 Cơ chế tránh sâu bệnh:

Cơ chế tránh làm giảm xác suất tiếp xúc giữa cây và sâu bệnh hại Cơ chế này hoạt động trước khi thiết lập sự tiếp xúc gần gũi giữa kí chủ và kí sinh Cơ chế tránh hoạt động chủ yếu chống lại động vật gây hại, đặc biệt là côn trùng, nhện và động vật có xương sống Nhóm gây hại này kết hợp các cơ quan cảm giác và khả năng di truyền chủ động để tìm nguồn thức ăn Chúng biểu hiện tập tính rất phức tạp thông qua thị giác và kích thích hoá học Vì thế hình dáng bên ngoài và mùi vị của cây phải không hấp dẫn Như vậy cơ chế tránh có bản chất hình thái (màu sắc

lá, lông, dạng lá), hay hoá học (chất xua đuổi) Trong các tài liệu cơ chế tránh sâu hại còn gọi là tính không ưa thích

Tránh bệnh tương đối khó vì thể gây bệnh không có cơ quan cảm giác Một

ví dụ điển hình là lá đứng ở một số cây cốc làm giảm sự bám đậu của nguồn bào tử

gỉ sắt so với các giống có lá nằm ngang Nhiều loài xâm nhập vào lá qua khí khổng Nấm tìm khí khổng dựa vào đặc điểm của lớp biểu bì Cấu trúc biểu bì thay đổi làm cho thể gây bệnh không phát hiện và tìm thấy được khí khổng

Một ví dụ khác là 2,3,4-TriO-acylglucose do lông c ủa cà chua dại Lycopersicon pennellii tiết ra có khả năng làm giảm sự sinh trưởng và sống sót của sâu xanh Helicoverpa zea và sâu khoang Spodoptera exigua (Juvik et la, 1994) hay rệp Macrosiphum euphorbiae (Goffreda et al 1989) Gen mã hoá sự tổng hợp đường

acyl này đã được chuyển vào các giống cà chua

Tính kháng có thể hoàn toàn nếu sinh trưởng và phát triển của kí sinh cản trở hoàn toàn Tính kháng cũng có thể là tính trạng số lượng Tương tự như các cơ chế tránh, cơ chế kháng cũng rất đa dạng Cơ chế kháng có thể chủ động và thụ động Trong cả hai trường hợp tính kháng có thể mang bản chất sinh hoá học, sinh lý, hay giải phẫu Ví dụ kháng thụ động có bản chất sinh hoá là sự có mặt của catechol và axit protocatechuic ở lớp vỏ ngoài củ hành có tác dụng chống lại bệnh thán đen,

Colletotrichum circinans

Việc tạo ra phytoalexin trong các tế bào xung quanh điểm sâu hay bệnh hại

là một ví dụ kháng chủ động có bản chất sinh hoá Phytoalexin chủ yếu là những hợp chất phenol trọng lượng phân tử thấp có khả năng kháng vi sinh vật, ít nhiều

đặc thù với cây tạo ra nó Phần lớn các loài thực vật đều có khả năng sản sinh ra phytoalexin Tuy nhiên, ở cây cảm nhiễm hợp chất này hoặc không được tạo ra khi nhiễm bệnh hoặc được sản sinh với lượng thấp hơn so với cây kháng

Siêu cảm là một dạng kháng chủ động rất phổ biến đối với virus, vi khuẩn, nấm, tuyến trùng và một số loài sâu hại Các tế bào xung quanh vùng bị hại chết nhanh loại trừ phát triển tiếp của thể gây bệnh Siêu cảm thường gắn liền với những thay đổi sinh lý trong mô như sản sinh phytoalexin và lignin Tính chủ động cũng

có thể mang bản chất giải phẫu Tăng bề dày của thành tế bào là một ví dụ Tế bào cây tạo ra vết lồi tại điểm tiếp xúc với sợi nấm ở những nơi thể gây bệnh tìm cách xâm nhập qua thành tế bào

1.2.1.4 Cơ chế chịu sâu, bệnh:

Cơ chế chịu sâu bệnh là khả năng của cây chịu đựng sự tấn công của sâu, bệnh hại mà không làm giảm năng suất nghiêm trọng, mặc dù chống cảm nhiễm với sâu, bệnh Chịu không làm giảm mức bị hại do sâu, bệnh Nói cách khác chịu là điều kiện mà trong đó có 2 giống biểu hiện mức bị hại như nhau ở bất kỳ một thời điểm nào, có phản ứng định lượng khác nhau đáng kể đối với mức độ thiệt hại Giống không chịu bị tổn thất về kinh tế trong khi đó giống chịu vẫn cho năng suất cao

Cơ chế chịu có thể do các yếu tố sinh lý như cây phục hồi nhanh sau khi bị hại hoặc khả năng sinh trưởng bù

Đặc tính tự nhiên của tính kháng sâu

Lúa mì Sâu kèn

Sâu tiện thân

Bọ xít xanh

H1 đến H8 (gen) Thân cứng Hàm lượng cồn benzyl cao

Antibiosis

NP hoặc AB Lúa nước Sâu đục thân

AB

AB

b) Lá mẫn c) Không ngọt d) Chín sớm

AB

NP

NP

NV

là thức ăn cho côn trùng và côn trùng không thể tái sinh được

Các yếu tố hóa sinh

Một vài nhân tố hóa sinh liên quan đến tính kháng sâu và rất nhiều loại cây trồng Các nhân tố hóa sinh có vai trò quan trọng đối với tính kháng là do cơ chế không ưa thích và kháng thể mạnh hơn các cơ chế hình thái và sinh lý Ví dụ mối quan hệ giữa hàm lượng gossypol trong cây thành phần phenolin và tính kháng sâu

ở bông Ở lúa hàm lượng silica cao trong chồi con đã giúp cây trồng không bị sâu đục thân đục nõn Ở ngô hàm lượng dimboa (2,3 dihydroxy, 7 methyl, 2H-1,4 benzoxoxazine.3 (4H)-one) có khả năng chống sâu rất mạnh Tương tự tính kháng

bọ xít xanh của lúa liên quan đến hàm lượng benzyl

1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến cách biểu hiện và mức độ đề kháng

Bệnh của cây trồng là kết quả của các tương tác với nhau Hiểu biết tác động của từng yếu tố cũng như tương tác giữa chúng với nhau, khi chọn lọc theo sức đề kháng, rất quan trọng

1.2.2.1 Tác động của chủ thể:

Kiểu gen của chủ thể, mức độ phát triển và tình trạng sinh lý của chủ thể có ảnh hưởng đến cách phản ứng của nó đối với một bệnh cụ thể nào đó Phản ứng của cây trồng đối với bệnh có thể đổi theo tuổi vì các gen đề kháng có thể hoạt động trong thời kỳ này mà không hoạt động thời kỳ khác Ví dụ: Các gen đề kháng với gỉ sắt với cây ngũ cốc trưởng thành chỉ hoạt động khi cây đã lớn chứ không có tác dụng khi cây còn là mạ

Sức đề kháng hay mẫn cảm có thể liên quan với giai đoạn phát triển của cây Thông thường sức đề kháng là tối đa vào giữa đời cây, nghĩa là trước khi các cấu trức sinh sản xuất hiện (Bell, 1982) Đối với ngũ cốc, sức đề kháng giảm dần sau khi cây trỗ Do đó khi sàng lọc để chọn sức đề kháng chậm với gỉ sắt trên đồng ruộng thì sự so sánh chỉ có giá trị giữa những hàng cùng thời kỳ chín So sánh sức

đề kháng chậm với gỉ sắt giữa các gen của các thể chủ khác nhau theo thời kỳ chín

có thể phạm sai lầm do tương tác thể chủ x môi trường Vì lý do ấy nên sự so sánh các giống phát triển hữu hạn và vô hạn với nhau về đề kháng mà cùng theo ngày ghi trên lịch cũng có thể đưa đến sai lầm (Bell, 1982) Vấn đề này kết quả công trình của Hamblin và c.s (1984) khi so sánh sức đề kháng bốn giống lupin (khác nhau về thời gian chín) chống P homopsis vào ba thời điểm gieo trồng có thể làm ví dụ Với thời điểm gieo trồng đầu các dòng trỗ sớm, tỏ ra đề kháng hơn, còn đối với thời

điểm gieo trồng thứ 2 thì chúng tỏ ra đề kháng ít hơn (bảng VI.2) Điều đó chứng tỏ

là có tương tác giữa thời kỳ phát triển của chúng với môi trường

Tương tự như thế, khi sàng lọc tính chống chịu đối với bệnh ergot và phấn than của bajra thì nhất thiết phải biết sự tung phấn xảy ra trước hay sau khi gây nhiễm (Thakur và Villiams, 1980; Thakur và c.s., 1983) Sở dĩ như thế do các bệnh này lây nhiễm qua nòi nhụy, và sau khi thụ phấn xong thì được bảo vệ vì lúc ấy vòi nhụy héo khô nhanh

Mức độ P homopsis (%) đối với các giống Lupin khác nhau

Thời vụ

gieo trồng

P22612 (rất sớm)

Illyarrie (sớm) Chittick (trung

bình)

Marri (muộn) Thời điểm 1

rõ sự hiểu biết về ảnh hưởng của chủ thể và tương tác giữa thể chủ với môi trường

có thể dẫn đến các kết luận sai lầm về mức đề kháng của các giống, nhất là khi các giống lai khác nhau về sinh trưởng và phát triển

1.2.2.2 Tác động của thể gây bệnh:

Độ gây hại, sức tấn công và mật độ gây nhiễm của thể gây bệnh phụ thuọc vào số các yếu tố ảnh hưởng đến sức đề kháng của một số thể chủ nhất định biểu hiện ra Độ gây hại là khả năng của thể gây bệnh thắng được các gen đề kháng của thể chủ Như thế sức đề kháng của thể chủ chỉ biểu hiện ra khi mà thể gây bệnh không mang các gen gây hại tương ứng

Các nòi gây bệnh mang các gen gây hại giống nhau có thể khác nhau về sức tấn công, và như thế sẽ gây ra mức độ bệnh khác nhau đối với một kiểu gen nhất định của chủ thể Do đó nếu việc sàng lọc đề kháng được tiến hành với một nòi ít tấn công thì khi thiên nhiên chọn lọc ra được một nòi có sức tấn công mạnh hơn thì sức đề kháng có thể giảm đi một phần Sự giảm sút sức đề kháng được gọi là sự hao mòn ký sinh của sức đề kháng ngang (Robinson, 1976)

Sức đề kháng cũng có thể giảm khi mật độ gây nhiễm tăng Thông thường sức đề kháng đa gen biểu hiện ra vào mức độ trung gian chịu ảnh hưởng nhiều hơn của mật độ gây nhiễm; sức đề kháng dọc đơn gen chịu ảnh hưởng ít hơn Ví dụ sức

đề kháng dọc đơn gen đối với gỉ sắt ở ngũ cốc khọ bị mật độ gây nhiễm ảnh hưởng đến, trong khi sức đề kháng với gỉ sắt chậm giảm đi lúc mật độ gây nhiễm với sức

đề kháng đối với các thể gây bệnh do đất mang theo (Bell và Mace, 1981) Cũng đã nhận thấy rằng tác động của mật độ gây nhiễm đối với sức đề kháng phụ thuộc vào cách sinh sản của thể gây bệnh

1.2.2.3 Tác động môi trường:

Môi trường tác động khác nhau lên thể chủ và lên thể gây bệnh Cả khi thể gây bệnh xâm chiếm thể chủ trong điều kiện tối ưu và sức đề kháng của thể chủ đối với một yếu tố đặc biệt của môi trường không thay đổi thì mức đề kháng thực sự

quan sát thấy cũng biến đổi từ tối đa đến tối thiểu, tuỳ thuộc vào các tổ hợp đặc biệt giữa thể chủ và thể gây bệnh (Bell, 1982) Từng yếu tố riêng của môi trường cũng

có thể tác động đến cách phát triển của bệnh qua sự ảnh hưởng của các yếu tố khác

Điều kiện nuôi cấy ví dụ như thành phần và độ pH của môi trường, cường độ ánh sáng và nhiệt độ cũng có thể tác động đến sức gây bệnh của thể gây bệnh Khi nghiên cứu sức đề kháng chống bệnh mà không quan tâm đến các yếu tố môi trường thì có thể phạm sai lầm lúc đánh giá kết quả (Kulkarni và Chopra, 1982) do có các yếu tố khác nhau của môi trường đến sức đề kháng chống các thể gây bệnh có trong đất đã được Bell tổng hợp đầy đủ và có phê phán (1982)

1.2.2.4 Tác động của môi trường đến cơ chế di truyền của sức đề kháng:

Cơ chế di truyền của sức đề kháng chống một số bệnh chịu ảnh hưởng rất mạnh của môi trường sinh học hay lý học Nhiệt độ biểu hiện như yếu tố chính quyết định hiện trạng trội của các gen đề kháng Vanderplank (1978) đưa ra các

ví dụ về gen đề kháng trội ở nhiệt độ thấp và lặn ở nhiệt độ cao Những gen như thế gồm Tm1, Tm2 và Tm3 của cà chua đối với đề kháng virus khảm vàng dâu tây

Đề kháng đối với bệnh héo Verticillum của bông đ ã được quan sát thấy lặn, tính cộng hoặc trội, tương ứng theo các nhiệt độ 250C, 270C và 290C (Bell, 1982)

Sức đề kháng đối với mildew chậm của lúa mì đã quan sát có tính di truyền đơn gen trong điều kiện môi trường nhà kính có kiểm tra và có tính di truyền đa gen trong điều kiện môi trường đồng ruộng không có kiểm tra (Ellingboe, 1981)

Cơ chế di truyền của sức đề kháng có thể bị lẫn lộn khi hiện diện hai hay nhiều thể gây bệnh một lúc, và người chọn tạo giống lại không ngờ đến yếu tố này Sức đề kháng chống bệnh héo Fusarium ở cà chua là một ví dụ rất hay về trường hợp này Sidhu và Webster (1983) chứng minh là sức đề kháng chống bệnh héo có tính đơn gen

Tính trạng át khuất (epistasis) ký sinh (sidhu, 1984) nghĩa l à tác động của một thể gây bệnh khác, cũng là một yếu tố đưa đến kết luận sai lầm về một số gen

có liên quan đến việc quyết định sức đề kháng đối với một thể gây bệnh Cây cà chua mẫn cảm đối với Verticilum nhưng đề kháng đối với Fusarium trở thành đề kháng với cả hai thể khi đất dùng chứa cả Fusarium và Verticilum (Sidhu và Webster 1979) Một quần thể F2 phân ly theo đề kháng: mẫn cảm đối với hai thể gây hại thì khi được gây nhiễm với cả hai thể sẽ cho tỷ lệ 3 đề kháng: 1 mẫn cảm đối với Fusarium, và sẽ cho tỷ lệ 15 đề kháng: 1 mẫn cảm đối với Verticilum, dù đề kháng đối với Verticilum chỉ do một gen đơn kiểm tra Tuy nhiên sức đề kháng đối với Fusarium sẽ mất đi nếu trong đất cũng có tuyến trùng nốt rễ Nếu một đời F2 phân ly theo đề kháng và mẫn cảm đối với cả hai Fusarium và tuyến trùng và 9 đề kháng: 7 mẫn cảm đối với Fusarium ((Sidhu và Webster 1974) Các kết quả trên nhấn mạnh tầm quan trọng là phải loại bỏ tác động của tất cả các thể gây bệnh khác

mà chỉ giữ lại riêng thể gây bệnh cần nghiên cứu khi khảo nghiệm di truyền học về sức đề kháng chống bệnh

1.2.2.5 Nguồn kháng bệnh:

Sức đề kháng có thể gặp được ở các giống địa phương đã thích ứng hay ở giống ngoại lai, hoặc ở các loài thân thuộc Các giống địa phương đã thích ứng là những nguồn đề kháng tốt chống các bệnh đã trở nên trầm trọng bất ngờ được nhập vào khi nhằm cải lương một tính trạng kinh tế có giá trị nào đó Các giống địa phương đã thích ứng cũng là nguồn đề kháng có giá trị để chống các bệnh ít quan trọng hay chỉ có giá trị địa phương Sức đề kháng của các giống địa phương

đã thích ứng đáng được chú ý vì hai lý do: (1) sức đề kháng ấy có thể chỉ mang theo một số lượng ít các liên kết không đáng mong muốn so với sức đề kháng ngoại lai và (2) sức đề kháng của giống ngoại lai có thể liên kết với tính mẫn cảm đối với một số loại sâu bệnh mà các giống địa phương đã thích ứng thường không mắc phải Việc sử dụng các nguồn cho ngoại lai có thể dẫn đến sự ho à nhập vô tình tính mẫn cảm kiểu ấy về sau có thể gây ra nhiều vấn đề gay cấn

Trung tâm khởi nguyên thuỷ hay thứ sinh của cả hai thể chủ và thể gây bệnh đều được xem như là những địa bàn tốt để tìm được sức đề kháng Các gen đề kháng có ở những nơi mang bệnh hoặc rất trầm trọng hoặc nhẹ không có ảnh hưởng

gì đáng kể đối với tình trạng của thể chủ (Leonard, 1983)

Tuy nhiên không nhất thiết là chỉ tìm thấy sức đề kháng ở các trung tâm khởi nguyên của chính cây trồng (Harlan, 1977) Ví dụ sức đề kháng chống bệnh lùn vàng mạch bia được tìm thấy ở các mẫu giống gốc Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên, Etiopia (Cadel và Wilcoxson, 1975; Qualset, 1975), trong khi sức đề kháng chống bệnh mildew đậu tương được thấy ở các mẫu giống của Nepan và Assam (Harlan, 1977)

Sức đề kháng cũng có thể tìm được ở các loài và họ thân thuộc xa Ví dụ như sức đề kháng của các giống lúa mì như Transfer, Agatha và Compar được dẫn xuất

từ các loài và họ xa (Knott và Drorak, 1976) Nên nhớ rằng sức đề kháng nhận từ các loài và họ xa có thể cũng không bền hơn so với sức đề kháng của các thân thuộc gần Một ví dụ nổi bật của gen R kháng chống bệnh héo muộn khoai tây dẫn xuất từ Solanum demissum Sức đề kháng cũng có thể thu được từ phương pháp gây đột biến nhân tạo (Sawhney và c.s, 1978), ho ặc từ nuôi cấy mô (Larkin và Scowcrif, 1983)

Chương 2:

DI TRUYỀN CỦA TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH

2.1 TƯƠNG TÁC GEN ĐỐI GEN

Flor (1942 – 1956) nghiên cứu di truyền của các tổ hợp kí chủ (cây lanh) và

kí sinh (bệnh gỉ sắt, Melampsora lini) đã phát hiện là các gen chính kháng bệnh

tương tác rất đặc thù với gen chính không gây bệnh Ông đ ã tóm tắt trong thuyết gen – đối – gen là “đối với mỗi gen kiểm soát tính kháng ở kí chủ thì có một gen đặc thù kiểm soát tính gây bệnh trong kí sinh” (Flor, 1956)

Theo giả thiết gen – đối – gen của Flor, gen kháng không có hiệu lực nếu thể gây bệnh mang alen gây bệnh phù hợp (thường là lặn) Gần như tất cả các nhà khoa học ngày nay đều thống nhất là tương tác đ ặc thù biểu hiện giữa alen trội kháng bệnh và các alen trội không gây bệnh (Day, 1974; Pa rlevlet, 1981; Sidhu, 1987) Nói cách khác alen kháng ở kí chủ chỉ hoạt động nếu kí sinh mang gen alen không gây bệnh

Phản ứng kháng có thể do gen trội, gen ẩn, hay nhân tố tế bào chất Tương

tự, tính gây bệnh cũng có thể do gen trội, gen ẩn hay nhân tố tế bào chất Như vậy phản ứng có liên quan đến một cặp gen – một kí chủ và một trong kí sinh Cặp gen

kí chủ - kí sinh này gọi là “cặp gen tương ứng” Minh hoạ trong bảng 1 thể hiện mối quan hệ gen – đối – gen đơn giản Trong bảng chỉ có 4 kiểu gen và 2 kiểu hình thể hiện tương tác kí chủ kí sinh khi xem xét một cặp gen tương ứng, đó là, R-/V-; R-/vv, rr/V- và rr/vv Chỉ có tổ hợp R-/V- là không có bệnh còn tất cả các cặp gen tương ứng khác đều bị bệnh Ở một số kí chủ người ta đã giám định được 20 gen R

và có thể còn nhiều gen nữa chưa được giám định

Dựa vào giả thiết gen – đối – gen, với các giống có gen kháng đã biết người

ta có thể tạo ra một giống thử để giám định các gen gây bệnh trong các nòi riêng biệt Ngược lại với sự hỗ trợ của các nòi có gen gây bệnh đã biết có thể xác định gen kháng của một giống hoặc một gen kháng mới chưa được biết đến

Giả thiết gen – đối – gen cũng có thể áp dụng cho các chiến lược áp dụng trong chọn tạo giống Các giống có gen kháng đơn có ít hứa hẹn trong việc bảo vệ cây khi đã có gen gây bệnh tồn tại trong vùng Hơn nữa sử dụng gen kháng đơn kéo theo rủi ro lớn vì một đột biến đoen lẻ trong thể gây bệnh hoặc tái tổ hợp các gen kháng có thể khắc phục hàng rào kháng bệnh Ngược lại giống có nhiều gen kháng

sẽ duy trì khả năng kháng lâu dài hơn vì xác suất đột biến ở nhiều gen gây bệnh xảy

ra cùng một lúc thấp hơn hoặc tái tổ hợp các gen gây bệnh xảy ra cùng một lúc thấp hơn hoặc tái tổ hợp các gen gây bệnh đòi hỏi thời gian lâu hơn Do đó nếu kiểm soát được quần thể gây bệnh thoả đáng có thể xác định được các nòi mới mà bổ sung gen kháng trong chương trình chọn giống

Bảng 1 Tương tác giữa alen ở kí chủ và kí sinh theo giả thiết

gen – đối – gen, (-) không bị bệnh (+) = bị bệnh

2.2 NÒI SINH LÝ VÀ KHẢ NĂNG KHÁNG ĐẶC THÙ VỚI NÒI SINH LÝ

Đối với thể gây bệnh hay kí sinh, đặc biệt kí sinh chuyên tính trong nội bộ loài thường có nhiều nhóm khác nhau còn gọi là nòi Chúng không khác nhau về hình thái nhưng khác nhau trong sự lựa chọn kí chủ và sự chuyển hoá sinh lý nên đôi khi còn gọi là nòi sinh lý (hay kiểu gây bệnh) Như vậy các nòi sinh lý có đặc điểm gây bệnh khác nhau đối với bộ giống thử Tên nòi thường được kí hiệu bằng trình tự theo các số và cho biết gen kháng nào nòi đó có thể khắc phục được Ví dụ

nòi 1 của nấm sương mai khoai tây (Phythophthora infestans) có thể tấn công tất cả

các giống không có gen kháng cũng như các giống chỉ có gen kháng 1 Nòi 1, 3, 4 ngược lại có thể tấn công các giống sau: giống không có gen kháng, giống có gen kháng 1 hoặc 3 hoặc 4 cũng như các giống có các gen kháng 1+3, 1+4, 1+3+4

Việc phân tích quần thể kí sinh được thực hiện nhờ bộ giống thử Các giống phải khác nhau về mức độ di truyền mức độ kháng để có thể xác định được các nòi gây bệnh và các gen kháng trong cây kí chủ Ví dụ ở lúa mỳ có 12 giống thử cho bệnh gỉ sắt lá và 14 giống thử cho bệnh phấn trắng, ở khoai tây có 9 giống cho bệnh sương mai, v.v…Việc giám định các nòi gây bệnh dựa vào kiểu nhiễm bệnh Kiểu nhiễm bệnh mô tả phản ứng của cây xét theo lượng hoại tử hay biến màu tại điểm nhiễm bệnh và tốc độ phát sinh bào tử của từng quần thể lạc riêng rẽ Kiểu nhiễm bệnh thường được biểu thị trên thang điểm từ 0 đến 4 hay từ 0 đến 9, trong đó điểm thấp thể hiện tính kháng còn điểm cao thể hiện tính cảm nhiễm

Nhiều nòi sinh lý của thể gây bệnh đã được giám định dựa vào kiểu nhiễm bệnh trên các giống thử Ví dụ, trên 300 nòi gỉ sắt ở lúa mỳ, trên 90 nòi phấn trắng ở đại mạch và trên 16 nòi sương mai ở khoai tây

Số nòi sinh lý có thể xác định được trong một quần thể gây bệnh phụ thuộc vào số giống thử của loài kí chủ hiện có và tương tác giữa kí chủ và kí sinh Theo Vabderplank (1968) số nòi giám định có thể được tính theo công thức sau:

X = K n

Trong đó X là số nòi sinh lý K là mức tương tác giữa kí chủ và kí sinh, n là

số giống thử có các gen kháng khác nhau

Mặt khác gen kháng ở kí chủ cũng được giám định, ví dụ như gen R1…R4 kháng bệnh sương mai khoai tây, gen Sr1…Sr32 kháng bệnh gỉ sắt ở lúa mỳ

Vì có nhiều nòi sinh lý khác nhau phân bố theo không gian và thời gian nên việc chọn giống kháng nhiều nòi cùng lúc rất khó khăn Điều quan trọng là các chương trình chọn giống cần phải kiểm soát được sự xuất hiện và phân bố của các nòi để đảm bảo gen kháng được đưa vào phù hợp với quần thể gây bệnh mà cây trồng phải

thử thách Trong thực tế nhà chọn giống chỉ có thể chọn giống kháng với những nòi chủ yếu của những thể gây bệnh nhất định, đặc biệt khả năng kháng bệnh gỉ sắt và phấn trắng ở cây cốc, sương mai ở cà chua và khoai tây Khả năng kháng kiểu này gọi là khả năng kháng đặc thù với nòi sinh lý Các giống có khả năng kháng đặc thù này đã đóng góp đáng kể vào việc phòng trừ bệnh ở nhiều vùng sinh thái nông nghiệp Tuy nhiên, các giống kháng đặc thù với nòi sinh lý thường dễ mất khả năng kháng và dịch bệnh lại bùng nổ trở lại Nguyên nhân mất tính kháng là:

(a) Giống kháng làm tăng áp lực chọn lọc đối với các nòi chủ yếu, qua đó tỷ

lệ của chúng trong quần thể gây bệnh giảm Hậu quả là những nòi có tỷ lệ thấp mà giống không có khả năng kháng tăng nhanh làm cho chúng mới trở thành phổ biến

và giống trở nên cảm nhiễm

(b) Sự xuất hiện các nòi sinh lý mới - những nòi không tồn tại vào thời điểm chọn giống được tiến hành Các chủng này được hình thành nhờ đột biến và tái tổ hợp gen

2.3 TÍNH KHÁNG DỌC VÀ KHÁNG NG ANG

Vabderplank (1963, 1968) đã đưa ra một cặp thuật ngữ kháng dọc và kháng ngang dựa vào tính đặc thù trong phản ứng với thể gây bệnh Tính kháng dọc là phản ứng kháng khác nhau của cây với các nòi sinh lý và khi lây bệnh một giống vơi nhiều nòi sinh lý tạo thành nhiều cột dọc trên bản đồ biểu hiện mức bị bệnh Nói cách khác một giống kháng một số nòi này nhưng cảm nhiễm với nòi khác của cùng thể gây bệnh Xét về tính di truyền tính kháng dọc đồng nghĩa với tính kháng đơn gen (hay ít gen) Ngược lại tính kháng ngang không mang đặc thù theo nòi mà phản ứng tương đương nhau với tất cả các nòi và được kiểm soát bởi nhiều gen (đa gen) Khi lây bệnh với nhiều nòi sinh lý khác nhau biểu đồ tạo thành một đường ngang

Do sự khác nhau về cơ chế di truyền, khả năng kháng dọc và kháng ngang ảnh hưởng khác nhau tới dịch tễ học của thể gây bệnh Vì thể gây bệnh lây bệnh lan

từ cây này sang cây khác, từ ruộng này sang ruộng khác nên khả năng kháng ngang

có hiệu lực nếu tất cả cây cùng giống không có cùng kiểu gen kháng hoặc giống khác có gen kháng khác nhau được gieo trồng bên cạnh Khả năng kháng dọc không thể ngăn ngừa tự nhiễm – sự nhiễm từ lá này sang lá khác trên cùng một cây nhưng

có thể ngăn ngừa dị nhiễm – nhiễm từ cây này sang cây khác và từ ruộng này sang ruộng khác với điều kiện là các cây và các giống có các gen kháng dọc kháng nhau (Robinson, 1976) Do đó thời gian tồn tại của khả năng kháng dọc phụ thuộc vào sự

đa dạng di truyền trong giống và số giống có gen kháng khác nhau

Ngược lại với khả năng kháng dọc, khả năng kháng ngang không làm giảm nguồn gây bệnh ban đầu nhưng làm giảm tốc độ của dịch bệnh sau khi dịch đã khởi phát

Những khác nhau cơ bản của khả năng kháng dọc và kháng ngang có thể tóm tắt như sau:

- Đơn gen - Đa gen

Trong các tài liệu, kháng bệnh ngang còn gọi là kháng bệnh đồng ruộng hoặc kháng bệnh không hoàn toàn Khả năng kháng này là tập hợp các nhân tố bao gồm những tổ hợp khác nhau của các yếu tố cấu thành:

- Thể gây bệnh cần thời gian lâu hơn để xâm nhập

- Tạo thành số vết bệnh ít hơn cũng liều lượng gây bệnh

- Thời gian từ khi nhiễm bệnh đến hình thành vết bệnh dài hơn

- Giảm độ lớn của vết bệnh

- Thời gian giữa lúc hình thành vết bệnh ít hơn

- Giảm số lần mà thể gây bệnh tạo bào tử

Các dạng kháng bệnh khác được mô tả: gỉ sắt chậm, sương mai chậm, rỉ sắt muộn, v.v…Các thuật ngữ này mô tả sự biểu hiện trên đồng ruộng của các giống có khả năng kháng bệnh

Chương 3:

CHỌN G IỐNG KHÁNG SÂU, BỆNH

Chọn giống kháng bệnh và sâu hại có nhiều đặc điểm chung như chọn giống đối với nhiều tính trạng khác Tuy nhiên chọn tạo giống kháng sâu bệnh tương đối phức tạp vì mục tiêu chọn giống liên quan tới sự thay đổi trong mối quan hệ với quần thể của thể gây bệnh hoặc sâu hại có khả năng biến dị và tiến hoá Thêm nữa các gen đề kháng chỉ có thể xác định được khi cây mang gen đề kháng tương tác với thể gây bệnh hoặc sâu hại trong điều kiện môi trường mà cây cảm nhiễm thường bị bệnh hay bị tổn thương

1 - Tạo ra biến dị di truyền trong vật liệu chọn giống phân li đủ đa dạng để

có được những tổ hợp các tính trạng mong muốn

2 - Giám định và chọn dạng mong muốn sao cho nó thích hợp với việc nhân giống vô tính hay ổn định về mặt di truyền để sản xuất

3.1 NGUỒN KHÁNG SÂU BỆNH

Sau khi xác định mục tiêu, bước đầu tiên trong chương trình chọn giống kháng sâu bệnh là giám định nguồn kháng sâu bệnh thích hợp Do đó phải nghiên cứu biến dị kiểu gen trong một loài và trong các loài hoang dại thân thuộc Nếu vấn

đề sâu bệnh mới nảy sinh, nơi tốt nhất để tìm kiếm tính đề kháng là trong các giống thích nghi với điều kiện địa phương Ưu điểm của việc sử dụng giống địa phương là

ít có nguy cơ gây ra tính cảm nhiễm với sâu bệnh khác vì chúng đã được thử nghiệm trong điều kiện địa phương

Các giống nhập nội từ các vùng khác trên thế giới thường cung cấp nguồn kháng bệnh rất tốt Ví dụ lúa mỳ khi Kenia và Ôxtrâylia cung cấp nguồn gen có kháng gỉ sắt giá trị cho các giống hiện hành ở Hoa Kỳ và Canada Đại mạch của Ethiopia đã cung cấp nguồn kháng virus vàng lùn Nguồn gen mía đường từ Giava

và Ấn Độ cung cấp nguồn kháng hoa lá cho các giống mía ở Hoa Kỳ

Phần lớn các cây trồng có trung tâm đa dạng sơ cấp và thứ cấp, tại đó tính dạng di truyền rất cao Trung tâm sơ cấp có các loài hoang dại thân thuộc Cũng như cây trồng, thể gây bệnh cũng có các trung tâm khởi nguyên Các trung tâm này của cây trồng và thể gây bệnh có thể trùng nhau Những nơi kí chủ và kí sinh song song tồn tại trong một thời gian dài thường là những nơi tốt để tìm kiếm sự đa dạng của tính kháng bệnh (Leppik, 1970) Tuy nhiên những nơi này cũng là nguồn của thể gây bệnh, nên nhà chọn giống phải hiểu biết và thận trọng khi nhập nguồn kháng bệnh

Các loài họ hàng hoang dại thân thuộc thường có khả năng kháng sâu bệnh hơn các loài trồng trọt, đặc biệt khi ký sinh và ký chủ có mối quan hệ lâu dài Qua quá trình tiến hoá và chọn lọc các dạng kháng siêu việt sống sót và tồn tại là nguồn kháng có giá trị Một ví dụ quen thuộc, là khả năng kháng bệnh sương mai và kháng virus Y khoai tây có nguồn gốc tương ứng từ các họ hàng hoang dại là Solanum demissum và S stoloniferum Hạn chế trong việc sử dụng các loài họ hàng hoang