Phương pháp và quy trình chọn giống ở cây sinh sản vô tính học viện nông nghiệp việt nam

Nhà chọn giống có tìm kiếm kiểu gen mới từ nguồn biến dị tự nhiên hoặc tạo ra quần thể phân ly trong thế hệ con sinh sản từ hạt và con cái vô tính của chúng rồi tiến hành chọn lọc dòng v

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Một trong những thuộc tính đặc trưng nhất của các hệ thống sống là khả năng sinh sản Để đảm bảo sự tồn tại của loài, mọi sinh vật đều cố gắng tạo những cá thể mới giống mình, để thay thế các cá thể chết do bệnh, già cỗi hoặc

do bị động vật khác ăn Tuy quá trình sinh sản khác nhau ở những loài khác nhau nhưng nói chung chỉ gồm hai dạng chủ yếu Sinh sản hữu tính và sinh sản

vô tính

 Trong sinh sản vô tính, chỉ có 1 cá thể tham gia hoặc bằng cách phân đôi, hoặc bằng cách nẩy chồi, để tạo ra hai hoặc nhiều cá thể mới

Phương pháp và quy trình chọn tạo giống ở nhiều cây trồng sinh sản vô tính về cơ bản tương đối giống nhau Trước tiên, nhà chọn giống tạo ra Những nguyên lý áp dụng cho cây sinh sản hữu tính cũng có thể áp dụng cho cây sinh sản vô tính, nếu cây có khả năng sinh sản hữu tính Nhà chọn giống có tìm kiếm kiểu gen mới từ nguồn biến dị tự nhiên hoặc tạo ra quần thể phân ly trong thế hệ con sinh sản từ hạt và con cái vô tính của chúng rồi tiến hành chọn lọc dòng vô tính Nhân giống vô tính bảo đảm tính di truyền của một gia đình (dòng vô tính) được cố định và thể hiện ngay từ đầu, khác xa với cây sinh sản bằng con đường hữu tính

Tất cả cây sinh sản vô tính ñều là cây giao phấn và rất mẫn cảm với giao phối cận huyết Các cá thể dị hợp tử cao và những kiểu gen ưu tú có thể coi là tổ hợp ưu thế lai Do đó chọn dòng vô tính có thể nhanh và hiệu quả vì biến động

di truyền có thể cố định được ngay; cả khả năng tổ hợp chung lẫn khả năng tổ hợp riêng có thể sử dụng hoàn toàn nếu chọn lọc có hiệu lực Hơn nữa, một khi kiểu gen ưu tú được xác định, nó có thể duy trì dễ dàng, cấu trúc di truyền không

bị phá vỡ do không có quá trình phân chia giảm nhiễm và dung hợp giao tử

II NỘI DUNG

1 Khái niệm, phân loại, quy trình chọn giống sinh sản vô tính

1.1 Khái niệm:

Sinh sản vô tính là kiểu sinh sản không có sự kết hợp giữa giao tử đực và cái (Không có sự tái tổ hợp di truyền) Nhiều loài cây trồng quan trọng sinh sản bằng con dường vô tính Có thể phân chia các loài cây sinh sản vô tính thành các nhóm như :

 Kết hạt bình thường nhưng nhân giống vô tính: các loài cây trồng trong nhóm này ra hoa, kết quả và hình thành hạt bình thường như những cây sinh sản hữu tính khác, nhưng chúng được nhân giống bằng phương pháp vô tính

Ví dụ: một số cây ăn quả.

 Kết hạt kém và nhân vô tính: các loài cây trồng trong nhóm này ra hoa và kết hạt trong những ñiều kiện nhất định (ví dụ :khoai lang)

 Không ra hoa hoặc bất dục: các loài cây trồng trong nhóm này không ra hoa hoặc và không kết hạt, chỉ sinh sản vô tính thông qua các bộ phân của cây (ví dụ:cây tỏi)

2.2 Phân loại

a) Các dạng sinh sản vô tính tự nhiên gồm:

+ Vô phối: sinh sản vô tính bằng cơ quan giống hạt (hạt hình thành không qua thụ tinh) Một dạng đặc biệt của vô phối là đa phôi ở cây có múi (Citrus spp.) + Chồi, thân ngầm: chuối, gừng, khoai sọ

+Thân bò: Cây dâu tây, cây bạc hà

+ Củ: Khoai tây, thược dược

b) Các dạng sinh sản vô tính nhân tạo

- Gié hành: tỏi tây

- Cành giâm, hom: gồm có giâm cành, giâm lá , giâm chồi và giâm rễ trong đó giâm cành tốc độ sinh sản nhanh hơn, hiệu quả tốt hơn cả

Ví dụ: Giam lá

- Ghép : cây có múi, xoài, nhãn, táo tây, cao su

- Tách cây: cỏ hoà thảo, cây thức ăn gia súc

Phương pháp này đơn giản, giữ được tính ưu việt của cây mẹ, bộ rễ phát triển , dễ sống và mọc nhanh Phương pháp này thích hợp với các loài cây bụi và có rễ chùm

Tách cây để trồng

Có 2 phương pháp tách cây :

+ Đào cây lên, bỏ đất để lộ rễ, cắt rời các bộ phẫn rễ, cây con từ cây mẹ , làm như vậy không ảnh hưởng đến cây mẹ , bảo vệ được sự hoàn chỉnh của bộ rễ

+ Không đào hết cây mẹ lên mà chỉ đào bên cạnh rồi cắt lấy cây con đem trồng

Các loại cây sau khi tách cây

- Nuôi cấy in vitro (nuôi cấy mô): Là quá trình sản suất một lượng lớn cây hoàn chỉnh từ các bộ phận, cơ quan như : chồi, mắt ngủ, vảy củ, thân lá của cây mẹ ban đầu

+ Ưu điểm :

 Có hệ số nhân rất cao

 Có thể nhân giống ở quy mô công nghiệp

 Chủ động giống trong sản suất.

 Tạo ra các giống cây trồng sạch bệnh

+ Nhược điểm:

 Chi phí cao

 Một số cây rất dễ bị biến dị

 Không áp dụng trên tất cả các đối tượng

2.3 Quy trình chọn giống ở cây sinh sản vô tính:

Bước 1 Tạo nguồn biến dị di truyền (đột biến nhân tạo, lai)

Bước 2 Chọn dòng vô tính từ thế hệ con cái; đánh giá sơ bộ, đánh giá năng suất Bước 3 Khảo nghiệm quốc gia

Bước 4 Công nhận và phổ biến giống mới.

Nguồn biến dị di truyền ở cây sinh sản vô tính gồm:

- Đột biến tự phát (đột biến mầm)

- Đột biến nhân tạo (cảm ứng) ở mức cây hoàn chỉnh và ở mức tế bào: Đột biến

nhân tạo là các dạng đột biến do con người tạo ra bằng các tác nhân vật

lý hoặc hóa học tác động vào một thời điểm xác định, kiểu gen nhất định nhằm gây ra một đột biến theo ý muốn

- Tái tổ hợp: phân tử ADN được tạo thành từ hai hay nhiều trình tự ADN của các loài sinh vật khác nhau.Lai giữa các dòng, giống ưu tú,lai xa

2 Phương pháo chọn giống

Nhiều cây sinh sản vô tính có độ dị hợp tử cao và đa bội thể, ví dụ, khoai tây, khoai lang, chuối, mía Giữa năng suất của một cá thể và mức dị hợp tử có

mối tương quân thuận Vì thế, mục tiêu tạo nguồn biên dị cũng như chọn tạo giống là tăng đối đa tính dị hợp tử của các cá thể trong quần thể

2.1 Chọn dòng vô tính

Phương pháp đơn giản nhất là phân lập những biến dị sẵn có trong các quần thể giống cây sinh sản vô tính Biến dị bao gồm quần thể hỗn hợp về di truyền hay đột biến tự nhiên Dòng hoá vật liệu ban đầu từ nhiều nguồn khác nhau và đánh giá các dòng rồi chọn dòng tốt nhất Thời gian chọn và cách thức

cụ thể phụ thuộc vào loại cây trồng: cây hàng năm hay cây lâu năm

Năm thứ nhất (Giai đoạn 1): Gieo trồng các quần thể dòng vô tính Kiểm

tra, đánh giá những đặc điểm cần cải tiến suốt vụ gieo trồng, đặc biệt là ở những giai đoạn quan trọng trong quá trình sinh trưởng Dựa vào kiểu hình chọn những cây mong muốn về các đặc điểm hình thái, khả năng sinh trưởng, kháng bệnh, vv

Thu hoạch riêng từng cây đã chọn, ghi chép năng suất và phân tích chất lượng sản phẩm Loại bỏ những cây không đạt yêu cầu do năng suất hoặc chất lượng kém Những dòng giữ lại ñược ghi nhãn cẩn thận

Năm thứ 2 (giai đoạn 2): Trồng thế hệ con của từng dòng đã chọn và đánh

giá như năm trước Chọn lọc số ít dòng tốt nhất

Năm thứ 3 (giai đoạn 3): Tiến hành khảo nghiệm năng suất sơ bộ cùng với

giống đối chứng Ghi chép năng suất, chất lượng, tỉ lệ bệnh Giữ lại dòng tốt nhất

Năm thứ 4-7 (giai đoạn 4): Tiến hành khảo nghiệm ở nhiều điểm để khẳng

định tính ưu việt của dòng Năm thư 8-10 (giai đoạn 5): Nhân dòng tốt nhất, khảo nghiệm rộng, công nhận giống và đưa vào sản xuất

2.2 Xử lí đột biến

Đột biến điểm là điều kiện hiếm, xảy ra với tần số thấp

Sinh trưởng của giống vô tính gồm hàng tỉ lần phân chia tế bào thì khả năng xảy ra đột biến không thấp

Xử lý đột biến nhân tạo để tăng tần số đột biến có lợi, biến dị xô ma Đột biến trong đỉnh sinh trưởng có thể hình thành biến đổi lâu dài Biến đổi như thế có thể tạo ra thể khảm và biến dị mầm Mắt hoặc cành ghép tách từ cành đột biến sẽ trở thành dòng vô tính mới

Quá trình phân lập đột biến và chọn lọc thể đột biến ở cây sinh sản vô tính được đề cập trong chương 8 Ở các loài cây cảnh, cả đột biến tự nhiên và nhân tạo đều được sử dụng làm giống mới

2.3 Phương pháp lai

Phương pháp chọn giống hiệu quả nhất ở cây sinh sản vô tính là phương pháp lai Đó là lai bố mẹ (có nhiều tính trạng mong muốn) dị hợp tử rồi chọn lọc cây con đời F1 và trong những thế hệ vô tính tiếp theo với mục đích phân lập một hay số ít dạng phân ly tốt nhất Khi thế hệ chọn lọc tăng dần số gia đình vô tính giảm đi, số cây trong từng gia đình tăng lên và cuối cùng số ít gia đình với

số cá thể lớn được khảo nghiệm và có thể trở thành giống mới

Chọn bố mẹ :Chọn bố mẹ là khâu quyết định để tạo ra thế hệ phân ly có nhiều tính trạng mong muốn Thông thường việc lựa chọn bố mẹ dựa vào các nguồn thông tin khác nhau

a.Thông tin về kiểu gen của bố mẹ liên quan tới những tính trạng đã biết được

sự

kiểm soát di truyền

b Thông tin về kiểu hình của bố mẹ: bố mẹ được lai với nhau sao cho điểm yếu của bố mẹ này được bù lại bởi bố mẹ kia

c Thông tin về sự khác nhau giữa bố mẹ về:

- Nguồn gốc địa lý

- Gia phả

- Giá trị đối với một tập hợp tính trạng

d Thông tin về tiềm năng làm bố mẹ (khả năng kết hợp)

e Thông tin về năng suất của con cái ở những thế hệ đầu từ những tổ hợp mà bố

mẹ đó đã tham gia

Ở một số cây trồng khi chọn những tổ hợp có triển vọng nhà chọn giống cần xem xét phả hệ của bố mẹ Thông tin gia phả có thể định lượng thông qua hệ

số cận huyết của cặp bố mẹ Lai các dòng vô tính có kiểu hình mong muốn không có quan hệ họ hàng là phương pháp tốt để tạo ra các gia đình dị hợp tử và

đa dạng di truyền

Đối với những tính trạng nông học và tính trạng hình thái sự khác nhau của bố mẹ có thể định lượng bằng cách tính khoảng cách Ơ clit đối với số liệu sinh hoá và chỉ thị phân tử thước đo sự giống nhau hay khác của kiểu gen i và j

có thể sử dụng:

Gsij = 2Nij

NiNj Trong đó Nij = số băng có ở cả hai bố mẹ i và j

Ni = số băng có ở bố mẹ i

Nj số băng có ở bố mẹ j

* Chọn dòng vô tính mới

Giai đoạn chọn lọc 1: Gieo hạt và cây con được trồng trong vườn chọn lọc Mỗi tổ hợp được gieo riêng Mỗi cây con là một kiểu gen Vì số lượng cây thường lớn (5000-20.000 cây con) nên chỉ đánh giá trực quan bằng cảm nhận chung về năng suất của bộ phận kinh tế, khả năng chống chịu, hay những tính trạng cần cải tiến

Giai đoạn chọn lọc 2: Mỗi dòng đời vô tính thứ nhất được trồng thành hàng 5-15 cây (phụthuộc vào cây trồng) với khoảng cách bình thường, không lặp lại Sơ đồ thí nghiệm là sơ đồ ngẫu nhiên hoàn toàn Trên ruộng chọn dòng trồng xen kẽ giống tiêu chuẩn hoặc một trong 2 bố mẹ để tạo điều kiện so sánh

Giai đoạn chọn lọc 3: Các dòng vô tính “sống sót” qua giai đoạn chọn lọc

2 được nhân lên, mỗi dòng 60 -100 cá thể Mỗi dòng được trồng 2 ô (2 lần lặp lại); bố mẹ dùng làm đối chứng Sơ đồ thí nghiệm phải bố trí sao cho có thể giảm thiểu cạnh tranh giữa các ô Những dòng được xác định là những kiểu gen tốt nhất sẽ được chuyển sang giai đoạn chọn lọc 4 Chúng được nhân lên với số lượng cá thể mỗi dòng lớn hơn

Giai đoạn chọn lọc 4: Vào thời điểm này số lượng dòng giảm đi đáng kể, nhưng số cây trong dòng tăng lên đủ để thí nghiệm lặp lại nhiều lần Sơ đồ thí nghiệm là khối ngẫu nhiên hoàn chỉnh 3-4 lần lặp lại Giống thương phẩm tốt nhất dùng làm đối chứng Thí nghiệm đánh giá được tiến hành ít nhất trong 2 vụ; đào thải những dòng kém ổn định

Giai đoạn chọn lọc 5: Chỉ những dòng tốt nhất được chuyển sang thí nghiệm khảo nghiệm nhiều ñiểm trong khoảng 3 vụ; tại mỗi điểm thí nghiệm đều được lặp lại địa điểm phải ñại diện cho vùng mục tiêu của giống và một đến

2 giống thương phẩm làm đối chứng để so sánh Khi chọn cần lưu ý tính ổn định năng suất qua nhiều vụ Chọn lọc dòng tốt nhất để gửi công nhận giống mới

2.4 Chọn giống ở cây sinh sản vô phối

Cây sinh sản vô phối sinh sản bằng hạt hình thành không qua quá trình thụ tinh hay vô tính Trong tự nhiên, hiện tượng vô phối rất phổ biến, nhưng

không thường xuyên; vô phối xảy ra trong 10% họ thực vật có hoa trong 1% của 40.000 loài Phổ biến nhất là họ hòa thảo, họ hoa hồng và một số cây ăn quả như cam quýt, xoài

Đặc điểm của sinh sản vô phối

Sinh sản vô phối ảnh hưởng tới sự phát sinh đại bào tử và phát sinh đại giao tử, nhưng không ảnh hưởng tới quá trình hình thành hạt phấn Phân chia giảm nhiễm vẫn xảy ra bình thường và hạt phấn có sức sống

Có hai dạng sinh sản vô phối: Sinh sản vô phối bắt buộc và không bắt buộc Ở cây sinh sản vô phối bắt buộc 100 % thế hệ con cái giống mẹ Ngược lại, ở cây sinh sản vô phối không bắt buộc một phần thế hệ con cái tạo thành do giảm nhiễm bình thường và/hoặc thu tinh bình thường của tế bào trứng Trong thực tế phần lớn là dạng sinh sản vô phối không bắt buộc Thành công đáng chú

ý nhất ở cây thức ăn gia súc sinh sản vô phối là cỏ Brachiaria và Panicum ở châu

Mỹ La tinh đều là cây sinh sản vô phối không bắt buộc Một đặc điểm chung của các thể vô phối hoang dại đều là đa bội thể, mà phần lớn chúng là tứ bội thể

Kiểm soát di truyền và ưu điểm của sinh sản vô phối

Nghiên cứu cơ chế di truyền về cơ chế vô phối là công việc khó thực hiện

vì khó tạo con lai và quần thể phân ly cần thiết Tuy nhiên các nghiên cứu kết luận rằng vô phối di truyền kiểu tính trạng chất lượng.Chuyển sinh sản vô phối vào chương trình chọn giống có một số ưu điểm Nếu gen kiểm soát vô phối được chuyển vào các loài hữu tính, tất cả nguồn gen trong một loài có khả năng

là bố mẹ của con lai Kiểu gen của thể vô phối được cố định ở thế hệ F1, và sức sống con lai không bị mất và qua đó giảm chi phí sản xuất hạt lai Người nông dân có thể giữ giống lai mà không phải mua hạt F1 hàng năm.Việc duy trì các kiểu gen ưu tú đơn giản và hiệu quả hơn mà không cần phải cách ly

Gieo trồng hạt vô phối cũng có nhiều ưu điểm so với củ giống Chẳng hạn đối với khoai tây có thể giảm chi phí sản xuất giống, bảo quản, vận chuyển và lây lan bệnh hại, đặc biệt bệnh virut, một bệnh dễ truyền qua củ giống

Phương pháp chọn giống

Trước khi lập kế hoạch và thiết kế phương pháp chọn giống điều cần thiết phải làm là xác định thể vô phối bằng cách đánh giá thế hệ con cái từ hạt thụ phấn tự do, hoặc quan sát tế bào Chẳng hạn, tỉ lệ đồng nhất hoặc con cái giống

mẹ từ một cá thể biểu thị mức độ vô phối Quan sát tế bào học có thể giám định nhanh hơn Vì vậy, tạo ra nguồn biến di di truyền là công việc chủ yếu đối với nhà chọn giống, đặc biệt đối với thể vô phối bắt buộc Muốn thế phải tạo ra mức

độ nhất định sinh sản hữu tính để thực hiện tái tổ hợp gen từ 2 hay nhiều bố mẹ khác nhau hoặc từ tự thụ phấn

Vô phối bắt buộc

Cây vô phối bắt buộc chỉ sinh sản bằng con đường vô phối và trong

chương trình chọn giống chỉ có thể sử dụng làm mẹ Ở cây sinh sản vô phối quá trình phát sinh tiểu bào tử tạo ra giao tử đực giảm nhiễm bình thường Để có thể

sử dụng trong chương trình chọn giống cây sinh sản vô phối cũng cần có độ hữu dục hạt phấn ở mức độ nhất định

a) Quy trình chọn giống tổng quát ñối với các loài thức ăn gia súc được trình bày trong sơ đồ dưới đây:

Thu thập vật liệu ban đầu

(nguồn gen)

Hữu tính x Vô phôi bắt

F1

1.Sử dụng cây được chọn 1 Chọn kiểu hình tốt nhất

lai với cây vô phối khác 2 Gieo lai thí nghiệm lặp lại

2.Loại bỏ cây không được

chọn

Phổ biến giống vô phối

Sơ đồ chọn giống tổng quát đối với cây thức ăn gia súc vô phối (gen trội)

b)Sơ đồ chọn giống đối với Cenchrrus cilliaris,Quy trình được lặp lại sử dụng cây S2 và F2

Dòng hữu tính Vô phối x Hữu tính

Tự thụ

Hữu tính Vô phối Vô phối Hữu tính

Sơ đồ chọn giống đối với cỏ CenChrus cillaris

Vô phối không bắt buộc

Đối với cây sinh sản vô phối không bắt buộc, như Panicums quy trình chọn giống được tiến hành như sau:

Cây vô phối x Câu hữu tính

*Cây vô phối Cây trung gian Vô phối x Hữu tính

*Cây vô phối Cây trung gian Cây hữu tính

Sơ đồ chọn giống cây vô phối không bắt buộc

2.5 Chọn giống cây có củ

Mục đích của phương pháp là tạo ra những quần thể có nền di truyền rộng

và có thể duy trì tiến bộ chọn giống lâu dài Với mỗi chu kỳ chọn lọc quần thể ñược cải tiến, tần số gen có lợi trong quần thể tăng lên Hệ thống chọn lọc chu