BÀI GIẢNG TẠO GIỐNG CHỐNG CHỊU SÂU BỆNH ppt

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 1 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: 2 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. 1.2.1.3. Cơ chế kháng sâu bệnh: Kháng là khả năng của cây làm giảm sự sinh trưởng và phát triển của kí sinh sau khi sự tiếp xúc với kí chủ được khởi phát hay thiết lập. Đối với sâu hại tính kháng thể hiện qua tỷ lệ chết cao hay giảm khả năng sinh sản còn gọi là kháng sinh. Painter (1951) định nghĩa kháng sinh là ảnh hưởng có hại của mô hoặc cây tới phát triển và sinh sản của sâu hại khi sâu hại dùng cây làm thức ăn. Khi sâu hại tấn công cây có cơ chế kháng này chúng có thể bị chết, đẻ ít trứng hơn, tạo ra ít sâu non, kéo dài thời gian đến thành thục, hay có tốc độ sinh trưởng chậm. Một số nhà nghiên cứu cho rằng kháng sinh là dạng kháng sâu thực sự duy nhất ở thực vật. Một ví dụ về cơ sở sinh hoá của kháng sinh là ngô kháng sâu đục thân châu Âu. Chất hoá học phân lập và xác định là 6-methoxybenzoxazolinone (6-MBOA) và 2,4-đihydroxy-7 methyoxy-1-benzoxanine-3 one (DIMBOA) có mặt trong các dòng tự phối kháng sâu. Chất hoá học này ức chế sinh trưởng của sâu non. Một ví dụ khác là 2,3,4-TriO-acylglucose do lông của 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 3 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 Ký chủ Sâu và côn trùng Nguồn kháng Cơ chế Lúa mì Sâu kèn Sâu tiện thân Bọ xít xanh H 1 đến H 8 (gen) Thân cứng Hàm lượng cồn benzyl cao Antibiosis NP hoặc AB Lúa nước Sâu đục thân Rầy nâu a) Hàm lượng silic cao b) Thân gỗ c) Có nhiều mô schleren- chymatous ở thân a) Hàm lư ợng asparagine trong lá thấp b) Mỏ hạt đỏ và vòi nhị cái tím AB NP T NP NP Ngô Đ ục thân ngôn châu Âu Đục thân ngô Có hàm lượng dimboa trong lá Hàm lượng axít aspartic cao, hàm lượng nitơ và đường thấp AB AB Bông Sâu hại bông a) Hàm lượng gossypol cao b) Lá mẫn c) Không ngọt d) Chín sớm AB NP NP NV Cải bắp Rệp cải bắp Hàm lượng sinigrin thấp NP và AB Ghi chú: AB - Kháng sinh ; NP - Không ưa 4 T- Chống chịu ; AV - Tránh Tính kháng tự nhiên Tính kháng côn trùng thể hiện liên quan đến các thuộc tính hình thái liên quan đến các thuộc tính hình thái, sinh lý hoặc sinh hóa của ký chủ. Các yếu tố sinh lý Các nhân tố sinh lý như hàm lượng osmotic trong tế bào, hoặc một số tổ chức khác cũng kháng sâu như bông trên lá của họ cà… những chất này không thể 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 Phomopsis 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. 5 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 Phomopsis (%) đối với các giống Lupin khác nhau Thời vụ gieo trồng P22612 (rất sớm) Illyarrie (sớm) Chittick (trung bình) Marri (muộn) Thời điểm 1 Thời điểm 2 Thời điểm 3 43 59 25 47 53 22 53 50 22 59 51 17 Không hiểu biết điều ấy là nguyên nhân chủ yếu khiến cho việc tạo giống bajra đề kháng được ergot và phấn than thu tiến bộ chậm. Những ví dụ trên cho thấy 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 6 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 đã được quan sát thấy lặn, tính cộng hoặc trội, tương ứng theo các nhiệt độ 25 0 C, 27 0 C và 29 0 C (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 là 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. 7 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 hoà 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), hoặc từ nuôi cấy mô (Larkin và Scowcrif, 1983). 8 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 đã 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 đặc 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. 9 Bảng 1. Tương tác giữa alen ở kí chủ và kí sinh theo giả thiết gen – đối – gen, (-) không bị bệnh (+) = bị bệnh. KÍ SINH KÍ CHỦ V- vv R- - + rr + + 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 [...]... cần cho bài học: Phòng học, máy tính, projector, bảng, bút viết 7 Các câu hỏi đánh giá: 22 - Cơ sở khoa học của phương pháp chọn giống chống chịu sâu bệnh bằng phương pháp lai - Cơ sở khoa học của phương pháp chọn giống chống chịu sâu bệnh bằng phương pháp chọn lọc - Những phương pháp chủ yếu sử dụng trong quá trình tạo giống chống chịu sâu bệnh 8 Các chủ đề của các bài học kế tiếp: là các bài thực... đánh giá tính chống chịu sâu bệnh 9 Bài tập ở nhà và các công việc khác của người học: - Sinh viên tìm hiểu các phương pháp tạo giống cây trồng chống chịu sâu bệnh trên cơ sở các kiến thức đã học - Liên hệ các kiến thức đã học với thực tiển chọn tạo giống chống sâu bệnh của các loại cây chính yếu - Chuẩn bị bài thảo luận 10 Nhận xét đánh giá cuối bài học: Đánh giá qua các câu trả lời, bài thảo luận,... Giúp sinh viên hiểu được cơ sở khoa học và các phương pháp chọn tạo giống chịu sâu bệnh 8 Mô tả vắn tắt nội dung môn học: Tạo giống cây trồng chống chịu sâu bệnh bao gồm các nội dung về chuyên sâu về lĩnh vực tạo giống chống chịu dịch hại 9 Tài liệu học tập: 1 Lê Trần Bình và các tác giả, 1997, Công nghệ sinh học thực vật trong cải tiến giống cây trồng, NXBNN 2 Công nghệ sinh học và một số ứng dụng... Học trên lớp - Chuẩn bị và tham gia các bài thảo luận 6 Các cơ sở vật chất cần cho bài học: Phòng học, máy tính, projector, bảng, bút viết 7 Các câu hỏi đánh giá: - Bản chất của tính chống chịu sâu bệnh của cây trồng? - Phân biệt các loại chống chịu bệnh của cây trồng? 8 Các chủ đề của các bài học kế tiếp: Các phương pháp chọn tạo giống chống chịu sâu bệnh 9 Bài tập ở nhà và các công việc khác của... NĂNG KHÁNG SÂU BỆNH 1,0 tiết 2.4.1 Sự bền vững của khả năng kháng sâu bệnh 2.3.2 Sử dụng tính kháng dọc 2.4.3 Sử dụng khả năng kháng ngang 2.5 THẢO LUẬN .1 tiết 2.6 KIỂM TRA 1 tiết PHẦN THỰC HÀNH (8 tiết) Bài 1 Đánh giá các giống lúa kháng sâu, bệnh 4 tiết Bài 2 Đánh giá các giống ngô kháng sâu, bệnh 4 tiết 13 Kế hoạch bài giảng: PHẦN LÝ THUYẾT BÀI 1 CƠ... dọc và kháng ngang 1.4 THẢO LUẬN 1 tiết BÀI 2: CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG SÂU BỆNH 6,5tiết 2.1 NGUỒN KHÁNG SÂU BỆNH 1,0 tiết 2.2 ĐÁNH GIÁ TÍNH KHÁNG SÂU B ỆNH 1,5 tiết 2.2.1 Phương pháp lây nhiễm bệnh 2.2.2 Cho điểm phản ứng với bệnh 2.2.3 Nhiễm sâu và đánh giá mức hại 2.3 PHƯƠNG PHÁP CHỌN TẠO GIỐNG KHÁNG SÂU BỆNH 2,0 tiết 2.3.1 Lai 2.3.2 Lai lại 2.3.3 Chọn lọc... nào liên quan đến khả năng chống chịu sâu bệnh của cây lúa, cây ngô? - Cách chọn cây để tạo được các dòng có khả năng chống chịu sâu bệnh tốt 8 Các chủ đề của các bài học kế tiếp: đánh giá tính kháng sâu bệnh của cây ngô 23 9 Bài tập ở nhà và các công việc khác của người học: sinh viên viết báo cáo, giải thích, vẽ hình minh họa và nộp bài thu hoạch 10 Nhận xét đánh giá cuối bài học: Đánh giá cách nhận... loại chống chịu sâu bệnh của cây trồng trên cơ sở các kiến thức đã học - Chuẩn bị bài thảo luận 10 Nhận xét đánh giá cuối bài học: Đánh giá qua các câu trả lời, bài thảo luận, câu hỏi cũng như mức độ tham gia của sinh viên vào các hoạt động học tập BÀI 2 PHƯƠNG PHÁP CHỌN TẠO G IỐNG KHÁNG SÂU BỆNH 1 Vị trí của bài học: tiết 8 - 14,5 2 Mục tiêu: Giúp sinh viên hiểu được các phương pháp chọn tạo giống. .. như mức độ tham gia của sinh viên PHẦN THỰC HÀNH (8 tiết) BÀI 1 Đánh giá các giống lúa, ngô kháng sâu, bệnh 1 Vị trí của bài học: Từ tiết 15,5 - 18,5 2 Mục tiêu: Biết được các khả năng chống chịu sâu bệnh của cây lúa, cây ngô Nắm được các đặc điểm thực vật học có liên quan đến khả năng chống chịu sâu bệnh của cây lúa, cây ngô 3 Phương pháp giảng dạy: Giáo viên hướng dẫn thực hành sau đó mỗi sinh viên... biotype của sâu lại thấp hơn của bệnh Cần phải nói thêm rằng sự sai khác về biotype ở sâu và côn trùng chỉ có thể nghiên cứu khi cây chủ có gen kháng Tuy vậy trong một vài trường hợp tính kháng côn trùng và sâu dễ nhận thấy hơn ở bệnh Các giống chống sâu thường ít được trồng rộng rãi như các dòng kháng bệnh Áp lực chọn lọc của một giống cây kháng bệnh cũng cao hơn nhiều so với giống chống sâu Thực tế . và sâu dễ nhận thấy hơn ở bệnh. Các giống chống sâu thường ít được trồng rộng rãi như các dòng kháng bệnh. Áp lực chọn lọc của một giống cây kháng bệnh cũng cao hơn nhiều so với giống chống sâu. . kháng sâu bệnh có giá trị cho các loài cây trồng. 3.2. ĐÁNH GIÁ TÍNH KHÁNG SÂU BỆNH Trong chọn tạo giống kháng sâu bệnh, phương pháp để xác định sự khác nhau giữa các cây về phản ứng với sâu bệnh. các giống có khả năng kháng bệnh. 12 Chương 3: CHỌN GIỐNG KHÁNG SÂU, BỆNH Chọn giống kháng bệnh và sâu hại có nhiều đặc điểm chung như chọn giống